Пневматический привод с цилиндром одностороннего действия
PNEUMATIC DRIVE WITH SINGLE-ACTING CYLINDER

Изобретение относится к пневматическим приводам с цилиндром одностороннего действия с пружинным возвратом, и может использоваться в пневмоприводах различных объектов с поступательным и вращательным движением исполнительных частей, например, в приводах контакторов высокого напряжения локомотивов.
Известен электропневматический контактор (патент на ПМ RU №72357 от 04.12.2007 г.), контакты которого приводятся с помощью пневматического цилиндра с мембранным поршнем, а отводятся внешней пружиной.
Недостаток данного пневмопривода с пневмоцилиндром - низкая надежность мембранного поршня и отсутствие средств управления, обеспечивающих быстрый возврат мембранного поршня пружиной.
Известен контактор электропневматический (патент ПМ RU №54256 от 21.11.2005), контакты которого приводятся с помощью пневмоцилиндра одностороннего действия с пружиной в штоковой полости.
В кострукции пневмопривода с пневмоцилиндром отсутствуют средства крепления пневмоцилиндра к контактору и средства управления пневмоприводом.
Известен пневмоцилиндр одностороннего действия [http://hydro-pnevmo.ru/topic.php?ID=93], состоящий из: гильзы, крышки передней с центральным отверстием и периферийными отверстиями, крышки задней с отверстием под штуцер для подвода и выпуска воздуха, и периферийными отверстиями; стяжных шпилек, проходящих через периферийные отверстия в крышках, закрепленных гайками; поршня с уплотнениями, установленного внутри гильзы, делящего полость гильзы на поршневую и штоковую полости; штока, соединенного с поршнем, проходящего через центральное отверстие в передней крышке; пружины между поршнем и передней крышкой.
Известен пневмоцилиндр одностороннего действия
[http://kampm.ru/articles/111/114/8291/] с возвратной пружиной в штоковой полости, имеющий средства крепления к неподвижной части приводимого объекта как на передней крышке в виде резьбового зажима, так и на задней крышке в виде цапфы.
Известны пневмоцилиндры одностороннего действия с возвратной пружиной в штоковой полости [DE №10139769 от 13.08.2001 г., ЕР №0872646 от 18.06.2003 г.] со средствами крепления к неподвижной части приводимого объекта в виде цапфы на задней крышке пневмоцилиндра, а к подвижной части - с помощью резьбового соединения на конце штока.
В конструкциях данных пневмоцилиндров одностороннего действия - не показаны средства управления, обеспечивающие быстрый возвратный ход поршня под действием пружины.
Известен пнемораспределитель с электромагнитным управлением двухпозиционный с ручным дублером (http://kampm.ru/articles/111/114/831/). патент RU №2241167 от 16.04.2003), содержащий: корпус пневмораспределителя с первым отверстием для присоединения пневмолинии сжатого воздуха, соединенным с центральным отверстием с первым седлом, выполненным вокруг центрального отверстия, и вторым отверстием для подсоединения корпуса к рабочей полости пневмоцилиндра; электромагнитный клапан с корпусом, с соленоидом, с гильзой внутри соленоида, имеющий якорь в виде стержня из магнитомягкого материала, размещенным в гильзе соленоида, с продольными пазами на наружной поверхности якоря; первый уплотнительный элемент, взаимодействующий с первым седлом, и второй уплотнительный элемент, размещенные по концам якоря; пробку якоря с центральным отверстием, соединенным с атмосферой и со вторым седлом вокруг центрального отверстия в пробке якоря, взаимодействующим со вторым упругим цилиндрическим элементом на другом конце якоря; проставку между корпусом эолектромагнитного клапана и корпусом пневмораспределителя; пружину, поджимающую якорь и второй упругий элемент ко второму кольцевому седлу; полость под якорем, соединяемую через выходной канал со вторым отверстием в корпусе пневмораспределителя и с рабочей полостью пневмоцилиндра.
Недостаток известного пневматического клапана - в том, что вследствие большого сопротивления течению воздуха через пазы на наружной поверхности якоря и отверстие в пробке гильзы соленоида клапан не обеспечивает быстрый выпуск воздуха из управляемой им рабочей полости пневмоцилиндра.
Известен клапан быстрого выхлопа, используемый в системах управления пневматическими приводами и устанавливаемый в пневматической линии между двухпозиционным пневмораспределителем и пневмоцилиндром [патент CN №204187023 U от 09.10.2014 г.].
Известен клапан быстрого выхлопа серии VSO [http://catalog.camozzi.ru/, с. 791], устанавливаемый в пневматической линии между двухпозиционным пневмораспределителем и пневмоцилиндром.
Недостаток известных клапанов быстрого выхлопа - в дополнительном сопротивлении пневматической линии выпуску воздуха в атмосферу и в трудоемкости монтажа.
Известен пневматический привод с цилиндром одностороннего действия [http://camozzi.ru, цилиндры пневматические серии 40, прототип], закрепляемый на неподвижной части приводимого объекта как с помощью шарнира, установленного на задней крышке, так и с помощью угловых лап, закрепляемых на передней и задней крышках, состоящий из: гильзы, крышки передней с центральным отверстием и периферийными отверстиями, крышки задней с отверстием под штуцер для подвода и выпуска воздуха, и периферийными отверстиями; стяжных шпилек, проходящих через периферийные отверстия в крышках, закрепленных гайками; поршня с уплотнениями, установленного внутри гильзы, делящего полость гильзы на поршневую и штоковую полости; демпфера между поршнем и задней крышкой; штока, соединенного с поршнем, проходящего через центральное отверстие в передней крышке; пружины между поршнем и передней крышкой; устройства крепления пневмопривода к неподвижной части приводимого объекта.
Недостаток данного пневматического привода - увеличенная длительность рабочего цикла пневмопривода.
Техническая задача, решаемая изобретением, - сокращение длительности рабочего цикла пневмопривода.
Техническая задача решена в конструкции пневматического привода, содержащей:
- цилиндр одностороннего действия, состоящий из гильзы, крышки передней с центральным отверстием, крышки задней с напорным отверстием для подвода воздуха к рабочей полости пневмоцилиндра и выпускным отверстием для отвода поздуха из нее, шпилек с гайками, соединяющих крышку заднюю, гильзу и крышку переднюю; поршня с уплотнениями, делящего полость гильзы на поршневую полость, являющуюся рабочей полостью пневмоцилиндра, и штоковую полость; шток, соединенный с поршнем, проходящий через центральное отверстие в передней крышке, с вилкой на конце штока с отверстиями в ее боковинах для соединения с подвижным элементом приводимого объекта; возвратной пружины, размещенной в штоковой полости между передней крышкой и поршнем; демпфера, размещенного в поршневой полости между задней крышкой и поршнем;
- пневмораспределитель с электромагнитным клапаном, присоединенным к его корпусу через проставку, соединяющим поршневую полость пневмоцилиндра с напорным отверстием через отверстие в седле клапана и с атмосферой через выпускное отверстие; устройство крепления пневматического привода к неподвижной части приводимого объекта, при этом устройство крепления пневматического привода к неподвижной части приводимого объекта расположено на передней крышке, а корпусом пневмораспределителя является задняя крышка пневмоцилиндра, имеющая:
- цилиндрическую полость, закрытую пробкой с центральным сквозным отверстием, высота которой меньше глубины полости, с кольцевым седлом на пробке, размещенным внутри полости вокруг центрального сквозного отверстия, с кольцевой полостью между частью наружной поверхности пробки и поверхностью цилиндрической полости и выпускным отверстием в задней крышке, входящим в кольцевую полость;
- размещенный в цилиндрической полости между ее торцом и кольцевым седлом на пробке эластичный клапан с манжетой по его периферии, примыкающей к поверхности цилиндрической полости, установленный с возможностью пропускания сжатого воздуха в рабочую полость пневмоцилиндра при включении электромагнитного клапана;
- при этом электромагнитный клапан установлен на задней крышке, является двухпозиционным с расположенным в проставке нормально закрытым отверстием в седле для впуска воздуха под давлением из напорного отверстия в поршневую полость пневмоцилиндра и соединенным с атмосферой отверстием для выпуска воздуха из-под эластичного клапана через центральное отверстие в пробке гильзы и для выпуска воздуха из поршневой полости пневмоцилиндра через центральное отверстие в пробке, расположенной в цилиндрической полости в задней крышке.
Для упрощения конструкции пневматического привода каналы в задней крышке, соединяющие напорное и выпускное отверстия с поршневой полостью, выходят на боковую поверхность задней крышки, корпус электромагнитного клапана управления с проставкой закреплены на боковой поверхности задней крышки так, что ось электромагнитного клапана перпендикулярна оси пневмоцилиндра.
Для удобства монтажа электромагнитного клапана управления задняя крышка является удлиненной в направлении, перпендикулярном оси пневматического цилиндра, напорное отверстие выходит на торцевые поверхности задней крышки, при этом электромагнитный клапан управления с проставкой установлены на верхнем торце удлиненной части задней крышки так, что ось электромагнитного клапана параллельна оси пневмоцилиндра.
Для повышения безопасности объекта управления в проставке установлен ручной дублер.
Достижение технического эффекта, - сокращение длительности рабочего цикла пневмоцилиндра, - обеспечивается следующей совокупностью отличительных признаков:
- устройство крепления пневматического привода к неподвижной части приводимого объекта расположено на передней крышке, а корпусом пневмораспределителя является задняя крышка пневмоцилиндра, имеющая цилиндрическую полость, закрытую пробкой с центральным сквозным отверстием, высота которой меньше глубины полости, с кольцевым седлом на пробке, размещенным внутри полости вокруг центрального сквозного отверстия, с кольцевой полостью между частью наружной поверхности пробки и поверхностью цилиндрической полости и выпускным отверстием в задней крышке, входящим в кольцевую полость; размещенный в цилиндрической полости между ее торцом и кольцевым седлом на пробке эластичный клапан с манжетой по его периферии, примыкающей к поверхности цилиндрической полости, установленный с возможностью пропускания сжатого воздуха в рабочую полость пневмоцилиндра при включении электромагнитного клапана, при этом электромагнитный клапан установлен на задней крышке, является двухпозиционным с расположенным в проставке нормально закрытым отверстием в седле для впуска воздуха под давлением из напорного отверстия в поршневую полость пневмоцилиндра и соединенным с атмосферой отверстием для выпуска воздуха из-под эластичного клапана через центральное отверстие в пробке гильзы и для выпуска воздуха из поршневой полости пневмоцилиндра через центральное отверстие в пробке, расположенной в цилиндрической полости в задней крышке.
Данная совокупность отличительных признаков не найдена в процессе патентно-информационного поиска, следовательно, техническое решение соответствует критерию «новизна». Она также не следует явно из уровня техники, следовательно, техническое решение имеет изобретательский уровень.
На фиг. 1 показан пневматический привод с пневмоцилиндром одностороннего действия с задней крышкой, являющейся корпусом пневмораспределителя и с электромагнитным клапаном управления, установленным на боковой стороне задней крышки.
На фиг. 2 - пневматический привод с пневмоцилиндром одностороннего действия с задней крышкой, удлиненной в направлении, перпендикулярном оси пневмоцилиндра, являющейся корпусом пневмораспределителя и с электромагнитным клапаном управления, установленными на верхнем торце задней крышки.
На фиг. 3 - вид А на фиг. 2.
Пневматический привод (фиг. 1-3) содержит:
- пневмоцилиндр 1 одностороннего действия, состоящий из гильзы 2, крышки 3 передней с центральным отверстием 4 и с устройством 5 крепления пневмопривода к неподвижной части приводимого объекта (не показан), крышки 6 задней, являющейся корпусом 7 пневмораспределителя 8, с напорным отверстием 9 для подвода воздуха к поршневой полости 10 пневмоцилиндра 1 и выпускным отверстием 11 для выпуска воздуха из поршневой полости 10; шпилек 12 с гайками 13, соединяющих переднюю крышку 3, гильзу 2 и заднюю крышку 6; поршня 14 с уплотнением относительно гильзы 2 пневмоцилиндра 1, делящего полость гильзы 2 на поршневую полость 10, и штоковую полость 15; штока 16, соединенного с поршнем 14, проходящего через центральное отверстие 4 в передней крышке 3, с вилкой 17 на конце штока 16 с отверстиями 17а в ее боковинах для соединения с подвижным элементом приводимого объекта (не показан); возвратной пружины 18, размещенной в штоковой полости 15 между поршнем 14 и передней крышкой 3; демпфера 19, размещенныого в поршневой полости 10 между поршнем 14 и задней крышкой 6, при этом крышка 6 имеет цилиндрическую полость 20, закрытую пробкой 21 с центральным сквозным отверстием 22, высота которой меньше глубины полости 20, с кольцевым седлом 23 на пробке 21, размещенным внутри полости 20 вокруг отверстия 22, и кольцевой полостью 24 в полости 20 между частью наружной поверхности 25 пробки 21 и поверхностью цилиндрической полости 20, соединенной отверстием 11 с поршневой полостью 10; размещенный в цилиндрической полости 20 между ее торцом 26 и кольцевым седлом 23 эластичный клапан 27 с манжетой 28 по его периферии, примыкающей к поверхности цилиндрической полости 20, установленной с возможностью пропускания сжатого воздуха через кольцевую полость 24 и отверстие 11 в поршневую полость 10 пневмоцилиндра 1 при включении электромагнитного клапана 29, присоединенного к задней крышке 6 через проставку 30.
Электромагнитный клапан 29 является двухпозиционным с отверстием 31 в седле 32 клапана проставки 30, нормально закрытым для воздуха под давлением из напорного отверстия 9 и соединенным с атмосферой каналами для выпуска воздуха из полости между эластичным клапаном 27 и торцом 26 полости 20 при включении электромагнитного клапана 29.
Электромагнитный клапан 29 имеет: корпус 33 с соленоидом 34 с гильзой 35 внутри соленоида 34 и якорем 36 в виде трубки из магнитомягкого материала в гильзе 35; продольные пазы 37 на наружной поверхности якоря 34; первый уплотнительный элемент 38 и второй уплотнительный элемент 39, размещенные внутри якоря 36; пробку 40 в гильзе 35, имеющую сквозное центральное отверстие 41; кольцевое седло 42 вокруг соединенного с атмосферой центрального отверстия 41 пробки 40, взаимодействующее с первым уплотнительным элементом 38 при включении соленоида 34 для открытия уплотнительным элементом 39 отверстия 31 в кольцевом седле 32.
В проставке 30 под якорем 36 вокруг второго кольцевого седла 32 имеется полость 43, соединенная через отверстие 43а через канал 44 и отверстие 11 с поршневой полостью 10 пневмоцилиндра 1, а через продольные пазы 37 на наружной поверхности якоря 36 и через сквозное центральное отверстие 41 пробки 40 - с атмосферой, при этом между якорем 36 и корпусом 33 электромагнитного клапана 29 установлена пружина 45, поджимающая уплотнительный элемент 39 к седлу 32.
Для удобства монтажа напорное отверстие 9 через канал 9а и выпускное отверстие 11 через канал 44 выходят на боковую поверхность 6а (фиг. 1) задней крышки 6, корпус электромагнитного клапана 29 с проставкой 30 закреплены винтами 46 на боковой поверхности 6а задней крышки 6 так, что ось электромагонитного клапана 29 перпендикулярна оси пневмоцилиндра 1.
Для удобства обслуживания при эксплуатации задняя крышка 6 является удлиненной в направлении, перпендикулярном оси пневмоцилиндра 1 (фиг. 2), при этом электромагнитный клапан 29 с проставкой 30 закреплены винтами 46 на торце 6b удлиненой части задней крышки 6 так, что ось электромагнитного клапана 29 параллельна оси пневмоцилндра 1.
Для безопасности работы пневмопривода при отключении электропитания в проставке установлен ручной дублер 47 (фиг. 3), взаимодействующий с якорем 36 электромагнитного клапана 29.
При включении соленоида 34 и подаче сжатого воздуха через отверстие 9, канал 9а и отверстие 31 якорь 36 перемещается, и уплотнительный элемент 38 закрывает центральное отверстие 41, предотвращая перепуск воздуха в атмосферу.
Сжатый воздух через полость 43 и отверстие 43а в проставке 30 и через канал 44 в крышке 6 поступает под торец 26 полости 20, сдвигает эластичный клапан 27, который закрывает отверстие 22 в пробке 21, при этом воздух отжимает лепестковую часть манжеты 28, и через кольцевую полость 24 и отверстие 11 поступает в поршневую полость 10 пневмоцилиндра 1, совершая работу при перемещении поршня 14.
Для совершения быстрого возвратного хода поршня 14 пневмоцилиндра 1 соленоид 34 должен быть обесточен, пружина 45 перемещает якорь 36, поджимает уплотнительный элемент 39 к седлу 32, закрывая доступ воздуха под давлением из отверстия 9 в полость 43, уплотнительный элемент 38 отходит от седла 42 и открывает отверстие 41 в пробке 40. Воздух из поршневой полости 10 пневмоцилиндра 1 под действием возвращающей силы пружины 18 на поршень 14 вытесняется через отверстие 11 и кольцевую полость 24, воздействует на манжету 28, перемещает эластичный клапан 27 к торцу 26 полости 20, открывая отверстие 22 для быстрого выпуска воздуха из поршневой полости 10, через кольцевую полость 24 в атмосферу. Рабочий цикл пневмопривода завершается.