ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
WATER DISTRIBUTOR

Изобретение относится к водораспределительному устройству.
Регулируемое по времени снабжение многочисленных садовых оросительных установок таких, например, как дождевальные установки четырехугольного или кругового действия, оросительные установки капельного или корневого полива и другие аналогичные, осуществляется, как известно, при помощи программируемых ЭВМ-орошения в сочетании с водораспределительными устройствами. Водораспределительное устройство посредством водовпускного присоединения соединено с водовыпускным присоединением ЭВМ-орошения и содержит, в свою очередь, многочисленные выходы с соответствующим водопроводным подключением. Корпус распределителя установлен с возможностью поворота в кожухе водораспределительного устройства и, в зависимости от положения поворота, подсоединяет один из водопроводных выходов к общему впускному присоединению, в то время как соответственно другие выходы отсечены. Устройство поэтапного переключения по сигналу поэтапного гидравлического переключения ЭВМ-орошения, переключает корпус распределителя дальше на следующий выход. Сигнал поэтапного гидравлического переключения ЭВМ-орошения содержит смену давления на общем впускном присоединении, в частности временное отключение подачи воды ЭВМ-орошения. В типовом исполнении устройство поэтапного переключения содержит шпиндель с направляющей спиралью, перемещающийся в направлении спиральной оси, в зависимости от давления воды против возвратной пружины, поршень, который увлекает с собой корпус распределителя при повороте вокруг спиральной оси, и муфту свободного хода. Принцип действия такового известного водораспределительного устройства общеизвестен.
Зачастую не все из имеющихся выходов водораспределительного устройства востребованы для снабжения оросительных установок. Такие выходы обозначены в дальнейшем как неактивные и, наоборот, обозначены как активные выходы, которые подключены к снабжаемым водой оросительным установкам. Неактивные выходы могут быть отсечены каждый в отдельности ниже по потоку корпуса распределителя. Поэтапное переключение корпуса распределителя от одного действующего выхода на следующий выход осуществляется посредством отключения подачи воды ЭВМ-орошения и снижения давления воды в водораспределительном устройстве. Снижение давления на активных выходах за счет стока воды к подключенной оросительной установке происходит быстро, однако эта возможность снижения давления ограничена в местах, в которых действующий выход представляет собой отсеченный неактивный выход. Вследствие этого все выходы, как правило, соединены посредством узких дренажных труб, которые также при отсеченных неактивных выходов после прекращения подачи воды приводят к снижению давления на активных выходах. Для достаточного снижения давления воды требуется выдержать относительно продолжительное время отсечки подачи воды, как правило от 30 до 60 секунд.
Посредством дренажных труб работающие под давлением водораспределительные устройства нагружают водой в равной мере как действующие выходы, так и другие активные выходы, что может привести к неконтролируемому чрезмерному орошению, в частности, когда речь идет об оросительных установках с незначительным расходом жидкости, например капельным.
Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать водораспределительное устройство с цикличным поэтапным переключением корпуса распределителя путем изменения давления.
Изобретение описано в независимом пункте формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения содержат предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения.
Форма осуществления устройства поэтапного переключения для различных величин шага при поэтапном переключении корпуса распределителя позволяет предпочтительным образом пропустить неактивные выходы водораспределительного устройства при поэтапном переключении корпуса распределителя, так что такие неактивные выходы не соединены как действующие выходы с общим впускным присоединением. За счет этого, во-первых, устраняется проблематика снижения давления на неактивных выходах посредством дренажных труб и, во-вторых, задержка во времени за счет появляющегося в известных водораспределительных устройствах промежуточного шага на неактивных выходах. Корпус распределителя при шаге в поэтапном переключении, когда после отсечения подачи воды происходит падение давления вначале на действующем выходе, переключается за один этап на следующий активный выход, причем шаг в поэтапном переключении позволяет осуществить лишь одно шаговое приращение к ближайшему смежному активному выходу или несколько таких шаговых приращений к более удаленному активному выходу. Следующие друг за другом шаги поэтапного переключения, в зависимости от распределения выходов, имеют различную величину, которая меняется с изменением распределения выходов.
Потребные, соответственно, шаговые величины между следующими друг за другом активными выходами предпочтительно могут быть заданы в распределителе, при этом в распределителе предпочтительно предусмотрены выделенные отдельным выходам установочные средства, посредством которых отдельные выходы могут быть помечены как активные или неактивные для устройства поэтапного переключения.
Установочные средства при подключении выпускного присоединения к ведущей к оросительной установке линии и/или при отсечении выхода могут автоматически настраиваться как активные или неактивные. Установочные средства представляют собой предпочтительно механически просто переключаемые пользователем, преимущественно вручную и без использования инструмента, в частности поворотные или вращающиеся установочные рычаги.
Различные шаговые величины поэтапного переключения определяют различную длину хода перемещающегося под воздействием высокого давления воды в процессе этапа орошения и/или при падении давления поршня, при этом большему ходу поршня соответствует, как правило, большая величина шага поэтапного переключения.
Предпочтительным образом установочные средства действуют как переменно ограничивающие путь перемещения упоры для перемещения поршня и взаимодействуют с ответной структурой, которая совмещает перемещение поршня и вращение корпуса распределителя. Ответная структура выполнена предпочтительно в форме ступенчатого в направлении поэтапного переключения управляющего кулачка в виде ряда сопряженных упоров. Поэтапное переключение корпуса распределителя осуществляется предпочтительно известным образом по направляющей спирали шпинделя с обгонной муфтой. При заданном шаге спирали величина углового шага поворотного движения пропорциональна осевому ходу поршня, соответственно осевому перемещению связанной с поршнем спирали.
Ниже изобретение детально поясняется со ссылкой на чертежи на основе предпочтительного примера осуществления.
При этом показаны:
Фиг.1 - вырез распределительного кожуха,
Фиг.2 - распределитель с кожухом в разрезе,
Фиг.3 - другой вид к фиг.2,
Фиг.4 - схемы переключения с развертками управляющего кулачка,
Фиг.5 - вариант к фиг.4.
На фиг.1 показан наклонно сверху вид верхнего участка кожуха GE водораспределительного устройства, которое включает всего шесть выходов. Кожух содержит общее для всех выходов входное присоединение ЕА, к которому подключается подводящая линия, например шланг от ЭВМ-орошения.
Под представленной на фиг.1 с откинутой кверху крышкой расположено несколько установочных рычагов SH для ручной активации пользователем без помощи инструмента, которые могут занимать при повороте два положения. Показанные на фиг.1 установочные рычаги SH для однозначной взаимосвязи с соответствующими выходами в нижеследующем описании обозначены номерами Н3, Н4, Н5 и Н6. Установочные рычаги служат для маркировки соотносящихся с ними выходов как активных или как неактивных. Установочные рычаги Н3 и Н4 находятся в положении, которое соответствует маркировке соотносящихся с ними выходов как активных выходов. Установочные рычаги Н5 и Н6 находятся в положении, которое помечает соответствующие им выходы как неактивные выходы. На кожухе могут быть предусмотрены надписи On для положений, отнесенных к активной маркировке, и Off для положений, отнесенных к неактивной маркировке.
Распределитель с фиг.1, для которого приняты шесть выходов, содержит лишь четыре установочных рычага. Два выхода из шести помечены без установочных средств долговременно как активные выходы и не могут быть помечены как неактивные выходы. Это отвечает тому положению, что целесообразно использование водораспределительного устройства, по меньшей мере, лишь с двумя подключенными к оросительным установкам выходами.
На кожухе GE водораспределительного устройства установлена прозрачная покровная панель FK как контрольное окно, через которое, как вытекает из последующего описания, возможно получить информацию о положении поворота распределителя в данный момент во взаимодействии с выходом как действующим выходом. Покровная панель FK может быть выполнена на кожухе также съемной.
На фиг.2 и 3 с различных углов обзора показано водораспределительное устройство в представленном на фиг.1 конструктивном исполнении в кожухе с разрезом. На этом изображении из установочных рычагов можно видеть лишь рычаги Н3 и Н6. Установочные рычаги закреплены на кожухе с возможностью поворота вокруг осей НА и на обращенной от рукояток относительно поворотных осей стороне содержат кулачковые упоры N3 и соответственно N6, которые для устройства поэтапного переключения служат как маркировка активного или неактивного выхода. В установочном рычаге Н3, который помечает выход А3 как активный, кулачковый упор N3 выступает параллельно оси вращения DA устройства поэтапного переключения, которая ниже описывается детально, в направлении последней, т.е. на фиг.2 вниз. Установочный рычаг Н6 находится в положении, которое соотносящийся с ним выход А6 помечает для устройства поэтапного переключения как неактивное. Кулачковый упор N6 установочного рычага Н6 находится в положении поворота в сторону.
Для устройства поэтапного переключения принят применяемый обычно основной принцип с поворотным вокруг оси вращения DA шпинделем со спиралью WE, поворотным в направлении вокруг оси вращения DA устройством обгонной муфты и перемещающимся аксиально в направлении оси вращения поршнем, а также корпусом распределителя. На примере с фиг.2 корпус распределителя VK содержит дискообразный участок, который разделен на шесть равных угловых сегментов. Один из этих шести сегментов образует выемку AU в теле диска и взаимодействует соответственно с действующим выходом. Другие пять сегментов на своих расположенных внизу дисковых поверхностях имеют уплотнения DS, которые взаимодействуют с лежащей в плоскости ответной поверхностью кожуха, с целью уплотнения выполненных в кожухе каналов как выходов. Пространство поверх корпуса распределителя VK в рабочем режиме заполнено водой и с целью водопровода сообщено с впускным присоединением ЕА. Конструктивное исполнение корпуса распределителя с дискообразным участком для уплотнения недействующих выходов является особенно предпочтительным, поскольку действующее при этом во внутреннем пространстве WR давление воды поджимает уплотнения DS к сопряженной поверхности кожуха и герметизирует особенно надежно. Корпус распределителя может поворачиваться устройством поэтапного переключения вокруг оси вращения DA.
На фиг.3 в качестве предпочтительного варианта усовершенствования изображены средства смещения в форме кулачков VN на нижней стороне дискообразного участка корпуса распределителя VK. Кулачки предпочтительно выступают в осевом направлении вниз за уплотняющее устройство и при вращательном движении корпуса распределителя во время поэтапного шагового переключения способствуют тому, что корпус распределителя смещается в осевом направлении от содержащей водовыпускные выходы части кожуха. Смещение предпочтительно настолько большое, что уплотняющее устройство DS полностью удаляется с расположенной напротив корпуса распределителя поверхности кожуха, которая с взаимодействующим уплотняющим устройством образует герметичную поверхность во время процессов орошения. Кулачки VN предпочтительно в направлении движения поэтапного переключения имеют скошенные поверхности, которые прилегают к кромкам выходов и, скользя вдоль них, способствуют осевому перемещению корпуса распределителя. Благодаря осевому перемещению корпуса распределителя на участке движения шага поэтапного переключения предпочтительно снижается трение и одновременно достигается чистящий эффект, так что при удалении уплотнительного устройства с сопряженной поверхности протекающая между ними вода вымывает частицы грязи и тем самым снижает износ уплотняющего устройства и сопряженной поверхности. Снижение трения выгодно, в частности, для больших величин шага поэтапного переключения.
Устройство поэтапного переключения содержит, как известно, шпиндель со спиралью WE, которая в закрепленной на кожухе втулке HU поворачивается вокруг оси вращения и, кроме того, аксиально смещается в направлении оси вращения DA. Спираль WE в своем вращательном движении вокруг оси вращения DA, а также в своем осевом смещении в направлении оси вращения DA соединена с поршнем КО. Поршень КО опирается по оси на кольцо DR. Кольцо DR также содержит скользящее уплотнение, которое герметизирует кверху водопроводное внутреннее пространство WR. Поршень КО на своей верхней стороне отжимается вниз обратной пружиной RF, которая отцентрирована во втулке FH, а на своем другом конце оперта на кожух.
В зоне спирали WE установлен диск FS как часть устройства обгонной муфты, который направляется по спирали. Диск FS имеет шестикратное пилообразное зацепление, которое взаимодействует с соответствующей ответной структурой на кожухе как обгонная муфта. Диск FS отжимается вниз пружиной, но в своей функции обгонной муфты при вращении в указанном стрелкой направлении вращения свободного хода аксиально может смещаться по зубьям зацепления и таким образом вращаться относительно кожуха в направлении стрелки. Вращение диска FS в обратном направлении заблокировано взаимодействующим с кожухом зацеплением.
На изображениях в разрезе с фиг.2 и фиг.3 поршень показан в опущенном положении в соответствии с низким давлением во внутреннем пространстве WR. Это соответствует состоянию, когда ЭВМ орошения перекрывает подачу. Корпус распределителя VK при вращении вокруг оси вращения DA жестко соединен с поршнем КО и в осевом направлении по существу не смещается. Поршень КО при сохранении вращательного соединения с корпусом распределителя перемещается относительно последнего в осевом направлении. В представленном положении поворот корпуса распределителя, помеченный установочным рычагом Н3 как активный выход А3, образует действующий выход для следующего процесса орошения. Цифра 3 на расположенной над кольцом DR окружности указывает в этом положении поворота в направлении контрольного окна FK, так что пользователь может получить из него информацию о действующем положении поворота.
Для запуска процесса орошения ЭВМ-орошения открывает на выходе А3 вентиль и вода под высоким давлением источника, обычно в несколько бар, повышает давление воды WR во внутреннем пространстве и смещает поршень КО против противодействующей силы пружины сжатия RF в направлении стрелки КН относительно корпуса распределителя VK. Корпус распределителя под действием давления воды поджимается к выходам и изолирует все выходы, кроме действующего выхода А3, относительно внутреннего пространства WR. При этом осевом перемещении в направлении KH поршень КО захватывает спираль WE и диск FS устройства обгонной муфты поворачивается вокруг оси вращения DA относительно спирали WE в направлении свободного хода. Поршень при перемещении в направлении КН не поворачивается вокруг оси вращения. Вращательное соединение между поршнем и корпусом распределителя сохраняется, например, за счет выступающего в поршень рядом с осью участка корпуса распределителя. Когда процесс орошения после истечения программируемого ЭВМ орошения времени орошения заканчивается, ЭВМ орошения прекращает подачу воды во впускное присоединение EA водораспределительного устройства и поршень КО аксиально смещается обратной пружиной FR в направлении стрелки KL в направлении корпуса распределителя VK. При этом спираль WE точно так же вновь аксиально смещается вместе с поршнем КО. Посредством направляющей спирали между спиралью и обгонной муфтой диск FS поджимается против обозначенного на диске стрелочного направления, однако из-за зубчатого зацепления на кожухе не может поворачиваться относительно кожуха. В равной мере посредством направляющей спирали осуществляется поворот шпинделя вокруг оси вращения, который ведет также к соответствующему повороту поршня КО и корпуса распределителя вокруг оси вращения. За счет шестикратного зацепления диска FS и сопряженной поверхности на кожухе при повороте корпуса распределителя одно из нескольких определенных положений поворота всегда обеспечивается как целевое положение.
Втулка HU вокруг спирали WE закреплена на кожухе с возможностью смещения в направлении оси вращения. Посредством ручного вдавливания втулки аксиально в кожух корпус переключение распределителя может продолжаться независимо от подачи воды.
Мера поворота корпуса распределителя VK при обратном движении поршня и шпинделя определяется шагом спирали и осевым перемещением.
В отличие от применяемых обычно водораспределительных устройств с таким принципом поэтапного переключения, в которых при равном на каждом поэтапном переключении, ограниченном неподвижным упором ходе поршня, величина шага углового поэтапного переключения корпуса распределителя всегда равна шаговому приращению IW от одного выхода к следующему выходу, согласно изобретению предусмотрено, что может быть задана переменная величина шага на поэтапном переключении корпуса распределителя и, в частности, шаги поэтапного переключения могут быть осуществлены за один этап с величиной шага нескольких шаговых приращений.
С этой целью в предлагаемой предпочтительной форме осуществления может быть задан переменный шаг поршня, при этом задачу формируют установочный рычаг и его кулачковые упоры во взаимодействии с перемещающимся вместе с поршнем в осевом и вращательном направлении управляющим кулачком в виде сопряженного упора. При этом управляющий кулачок в направлении поэтапного переключения многократно ступенчато изогнут вокруг оси вращения DA и имеет несколько ступеней, из которых видны упорные ступени, обозначенные позициями S1, S2 и S3. C выходами водораспределительного устройства, обозначенными как А1 и А2, которые не маркируются как неактивные выходы, увязаны неподвижные упоры в соответствующем кулачковому упору N3 показанного установочного рычага Н3 осевом положении. На фиг.2 эти неподвижные упоры прикрыты втулкой FH и обратной пружиной RF.
Поверхности сопряженных упоров отдельных ступеней ступенчатого управляющего кулачка равномерно расположены от ступени S1 до ступени S5 в окружном направлении, образующем направление SR поэтапного переключения, вокруг оси вращения с равным ступенчатым приращением.
Способ функционирования представленной в изображениях в разрезе формы осуществления устройства поэтапного переключения поясняется в дальнейшем на основе разверток управляющего кулачка SS со ступенями от S1 до S5 и соответствующих отдельным выходам от А1 до А6 положений упора на фиг.4. При этом развертка управляющего кулачка SS и корпуса распределителя VK циклично продолжаются с обеих сторон прерывистыми линиями, чтобы посредством положений упора показать полный охват управляющего кулачка.
Как видно на фиг.4, управляющий кулачок SS в осевом направлении AR имеет пять различных ступеней от S1 до S5. Управляющий кулачок в одном из положений поршня представляет в соответствующем изображениям в разрезе осевом положении соответственно отключенную подачу воды.
Из шести выходов водораспределительного устройства выходы А1, А2 отмечены долговременно неподвижными упорами AF1, AF2 как активные. Далее, как показано на фиг.1, выходы А3 и А4 отмечены установочными рычагами Н3 и Н4 как активные выходы, вследствие чего кулачковые упоры установочного рычага Н4 и Н3 позиционированы дополнительно к управляющему эксцентрику и действуют как упоры на положениях поворота установочных рычагов Н3, Н4. Упорные поверхности неподвижных упоров AF1, AF2, равно как и кулачковые упоры N3, N4 установочных рычагов Н3 и Н4, расположены в плоскости перпендикулярно оси вращения DA. Угловое приращение поэтапного переключения между двумя непосредственно смежными в окружном направлении выходами обозначено IW.
На фиг.4(А) представлено изображение управляющего кулачка SS в соответствии с положением поворота в изображениях в разрезе с выходом А3 как действующим выходом. Также показан при повороте вокруг оси вращения DA соединенный с управляющим кулачком корпус распределителя VK с выемкой AU, которая в показанном положении поворота расположена над выходом А3 и в очередном процессе орошения обеспечивает проход подаваемой через впускное присоединение водораспределительного устройства воды в выход А3, при этом остальные выходы в представленном на фиг.4(А) положении поворота корпуса распределителя отсечены.
В представленном положении поворота эксцентрика и корпуса распределителя ступень S1 сопряженного упора расположена на расстоянии D1 напротив кулачкового упора N4 установочного рычага Н4. Расстояния между ступенями от S2 до S5 управляющего кулачка и упорной плоскостью AP обозначены позициями D2, D3, D4 и D5. Расстояния от D1 до D5 равномерно увеличиваются, предпочтительно всегда на равное ступенчатое приращение IS между следующими друг за другом ступенями.
При запуске процесса орошения, исходя из показанного в изображениях в разрезе положения поворота и безнапорного внутреннего пространства WR, поршень вместе с управляющим кулачком смещаются по оси от корпуса распределителя до тех пор, пока ступень S1 не наталкивается на кулачковый упор N4 маркирующего выход A4 как активное установочного рычага Н4. Ход перемещения поршня ограничен, таким образом, на расстояние D1, так что при последующем обратном движении поршня после отсечки подачи воды происходит обратное осевое смещение на эту величину D1 и соответствующий этому осевому смещению на величину D1 поворот поршня, управляющего кулачка и корпуса распределителя на соответствующий угловой шаг. При этом путь смещения D1 согласован с шагом спирали таким образом, что корпус распределителя переключается на следующее в направлении поэтапного переключения выход А4, как представлено на фиг.4(В).
В представленном на фиг.4(В) положении поворота управляющего кулачка и корпуса распределителя установленные на неактивную маркировку выходов А5, А6 установочные рычаги Н5 и Н6 посредством ступеней S1 и S2 не приводят к эффективному упору. Возможные положения упора помечены пунктирными линиями. Упоры AF1, AF2 и Н3 расположены над ступенями S3, S4 и S5, при том что из этих ступеней ступень S3 с D3 имеет минимальное расстояние. При запуске следующего процесса орошения, в котором выход A4 нагружается водой как действующий выход, поршень вместе с управляющим кулачком аксиально смещается поэтому по пути перемещения D3 до тех пор, пока ступень сопряженного упора S3 не натолкнется на соответствующий выходу A1 неподвижный упор AF1. После завершения процесса орошения поршень вместе со шпинделем аксиально перемещается назад по этому пути перемещения D3 и при этом посредством направляющей спирали и блокирующей обгонной муфты переключается дальше на угловой шаг, который соответствует осевому пути перемещения D3. При этом пути допускается, что пути перемещения D2, D3, D4 и D5 рассчитаны таким образом, что при возврате поршня им соответствуют угловые шаги в два, три, четыре и пять шаговых приращений, при этом шаговое приращение представляет собой угол между двумя следующими непосредственно друг за другом выходами. При завершении процесса орошения на выходе A4 как действующим выходе происходит при возврате поршня поворот поршня вместе с корпусом распределителя на три угловых приращения, так что после этого выемка AU корпуса распределителя находится над помеченным долговременно как активным выходом А1 и помеченные как неактивные выходы А5 и А6 пропускаются за один шаг поэтапного переключения.
На основании непосредственно смежных, помеченных на продолжительно время как активные выходов А1 и А2, получаемая максимальная величина шага поворота составляет пять угловых приращений как поэтапное переключение от выхода А2 непосредственно на выход А1, если отсутствуют другие помеченные как активные выходы. Находящийся на фиг.4 непосредственно справа от ступени S1 участок управляющего кулачка в работе не участвует и расположен на уровне ступени S5.
Очевидно, что поэтапное переключение с переменной в описанном способе действия величиной углового шага, при любом положении поворотных рычагов, всегда приводит соответственно к следующему активному выходу, причем определенный неподвижными или переменными упорами путь перемещения всегда пропорционально соответствует угловому шагу до ближайшего помеченного как активный выхода.
На фиг.5 показан вариант к фиг.4, причем в этом случае принято, что вновь два выхода А1, А4 помечены соответствующими им неподвижными упорами как долговременно активные, с тем отличием, что эти помеченные как долговременно активные выходы А1 и А4 не являются непосредственно смежными, а расположены со смещением относительно друг друга на три угловых приращения. В этом случае получаемая максимальная величина углового шага при поэтапном переключении корпуса распределителя составляет лишь три угловых приращения, если отсутствует другой помеченный как активный выход. Управляемый кулачок может быть ограничен в этом случае тремя ступенями S1, S2, S3, которые следуют друг за другом в окружном направлении. Остальные участки управляющего кулачка не участвуют в работе и расположены на уровне ступени S3 или ниже.
Приведенные выше и в формуле изобретения, а также извлекаемые из чертежей признаки, равно как их различная комбинация, могут быть выгодно реализованы. Изобретение не ограничивается описанными примерами осуществления, наоборот, в рамках профессионального знания оно может быть многократно модифицировано, в частности корпус распределителя может быть выполнен также цилиндрическим с радиально отстоящими выходами или также с наклонно расположенными уплотняющими поверхностями между корпусом распределителя и выходами. Компоненты устройства обгонной муфты могут быть собраны также в другой форме с идентичным результатом.