УСИЛИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE AMPLIFIER

Настоящее изобретение относится к усилителю давления, содержащему корпус, усилительный поршень в корпусе, имеющий область высокого давления в камере высокого давления и область низкого давления в камере низкого давления, и переключающий клапан, имеющий управляемый давлением клапанный элемент, имеющий большую область давления и малую область давления.
Такой усилитель давления известен, например, из патентного документа US 6866485 В2.
Указанный усилительный поршень выполнен в виде ступенчатого поршня. Область низкого давления больше области высокого давления. Когда текучая среда, в частности, гидравлическая текучая среда, воздействует на область низкого давления, давление в области высокого давления возрастает на соотношение между областью низкого давления и областью высокого давления.
Когда усилительный поршень выполнил усилительный ход и достиг своего конечного положения, он должен быть возвращен в начало данного хода. Для этого в камеру высокого давления подают текучую среду под давлениями подачи, и камеру низкого давления устанавливают на еще более низкое давление, например, на давление в емкости. Данным изменением давления в камере низкого давления управляют с помощью переключающего клапана.
Указанный переключающий клапан управляется давлением, то есть положение клапанного элемента управляется величинами разницы давлений, действующими в одном или другом направлении.
Задача настоящего изобретения заключается в создании усилителя давления с высокой рабочей частотой.
Данная задача решается посредством усилителя давления согласно приведенному выше описанию, отличающегося тем, что клапанный элемент и усилительный поршень размещены в одном и том же отверстии в корпусе.
Давлением, управляющим положением клапанного элемента, управляют с помощью усилительного поршня. Если усилительный поршень и клапанный элемент размещены в одном отверстии в корпусе, имеется по меньшей мере одно давление, воздействующее одновременно на клапанный элемент и на усилительный поршень. Таким образом, текучая среда может очень быстро вступать в действие с клапанным элементом, и обеспечена возможность управления временем реакции клапанного элемента. Чем меньше время реакции или ответа, тем выше может быть рабочая частота усилителя давления.
В одном варианте осуществления изобретения усилительный поршень и клапанный элемент имеют общую продольную ось. Это облегчает выполнение указанного отверстия.
В одном варианте осуществления изобретения клапанный элемент имеет первое устройство механического стопорения для перемещения в первом направлении и второе устройство механического стопорения для перемещения во втором направлении, противоположном первому направлению. Конечные положения клапанного элемента определены указанными устройствами стопорения. Таким образом, обеспечена возможность воздействия больших сил на клапанный элемент переключающего клапана и одновременного сохранения определенных положений переключения клапанного элемента.
В одном варианте осуществления изобретения первое устройство механического стопорения расположено внутри клапанного элемента в направлении перемещения. Первым устройством механического стопорения может быть, например, радиально внешний выступ на клапанном элементе и радиально внутренняя ступень в отверстии, в котором размещен клапанный элемент.
В одном варианте осуществления изобретения второе устройство механического стопорения образовано передней поверхностью клапанного элемента и заглушкой, закрывающей указанное отверстие. Данный вариант осуществления имеет простую конструкцию.
В одном варианте осуществления изобретения указанная заглушка содержит окружную стенку, окружающую конец клапанного элемента. В области, окруженной стенкой заглушки, клапанный элемент может иметь уменьшенный внешний диаметр.
В одном варианте осуществления изобретения клапанный элемент содержит область переноса давления, соединенную посредством усилительного поршня с высоким давлением или с низким давлением. Как указано выше, клапанный элемент переключающего клапана управляется давлением, причем управляемое давление управляется посредством усилительного поршня. Область переноса давления может быть выполнена, например, рядом с концом клапанного элемента, окруженным окружной стенкой заглушки. Этот конец клапанного элемента может иметь уменьшенный внешний диаметр для создания большей области переноса давления. Клапанный элемент может дополнительно содержать область постоянного давления, которая меньше области переноса давления. Путем изменения давления, воздействующего на область переноса давления, можно регулировать положение клапанного элемента.
В одном варианте осуществления изобретения усилительный поршень имеет такую длину хода, что по меньшей мере на конечном участке возвратного перемещения он соударяется с клапанным элементом. В этом случае происходит механический сдвиг клапанного элемента с помощью усилительного поршня, в частности, во время возвратного хода. Возвратный ход представляет собой ход, при котором усилительный поршень перемещается в направлении, в котором камера высокого давления увеличивается, а камера низкого давления уменьшается. Таким образом, может быть дополнительно уменьшено время ответа клапанного элемента.
В одном варианте осуществления изобретения клапанный элемент нагружен вспомогательной силой в направлении, противоположном возвратному перемещению усилительного поршня. Таким образом, перемещение клапанного элемента в противоположном направлении может быть также ускорено.
В одном варианте осуществления указанная вспомогательная сила по меньшей мере частично обеспечена пружинным устройством. Пружинное устройство содержит по меньшей мере одну пружину, напряжение, например сжатие, которой происходит во время возвратного перемещения усилительного поршня. При перемещении клапанного элемента в противоположном направлении пружина разжимается для ускорения клапанного элемента.
В одном варианте осуществления изобретения указанная вспомогательная сила по меньшей мере частично обеспечена давлением в накопителе. Данный накопитель может содержать, например, газ. Пружинное устройство и накопитель могут быть использованы поочередно или совместно друг с другом.
В одном варианте осуществления изобретения корпус является составной частью блока поршень-цилиндр, что позволяет встроить усилитель давления в блок поршень-цилиндр, чтобы сделать данный блок максимально компактным.
В одном варианте осуществления изобретения корпус является составной частью цилиндра блока поршень-цилиндр. Такая конструкция является очень компактной.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично показан вид спереди усилителя давления,
на фиг. 2 показано сечение А-А с фиг. 1,
на фиг. 3 показано сечение В-В с фиг. 2,
на фиг. 4 показано сечение С-С с фиг. 2,
на фиг. 5 показано сечение D-D с фиг. 2,
на фиг. 6 показано сечение Е-Е с фиг. 2,
на фиг. 7 показано сечение F-F с фиг. 2.
Усилитель 1 давления содержит корпус 2, имеющий ступенчатое отверстие. Данное отверстие содержит две секции, то есть секцию с большим диаметром, образующую область 3 низкого давления, и секцию с меньшим диаметром, образующую камеру 4 высокого давления.
Усилительный поршень 5 выполнен в виде ступенчатого поршня, имеющего первую часть 6 с большим диаметром и вторую часть 7 с меньшим диаметром. Первая часть 6 содержит переднюю поверхность, образующую область 8 низкого давления. Внешний диаметр первой части 6 соответствует внутреннему диаметру камеры 3 низкого давления.
Вторая часть 7 содержит переднюю поверхность, образующую область 9 высокого давления. Внешний диаметр второй части 7 соответствует внутреннему диаметру камеры 4 высокого давления.
В части отверстия, образующей камеру 3 низкого давления, размещен клапанный элемент 10 переключающего клапана 11. На конце, противоположном усилительному поршню 5, камера 3 низкого давления закрыта заглушкой 12. Заглушка 12 содержит окружную стенку 13, окружающую концевую секцию 14 клапанного элемента 10. Концевая секция 14 является частью клапанного элемента 10, имеющей наименьший внешний диаметр.
По направлению к усилительному поршню 5 за концевой секцией 14 следует выступ 15, проходящий в окружном направлении и образующий наибольший диаметр клапанного элемента 10. Поверхность выступа 15, обращенная к заглушке 12, образует область 16 переноса давления. Противоположная сторона выступа 15 образует область 17 постоянного давления. Область 16 переноса давления больше области 17 постоянного давления.
По направлению к усилительному поршню 5 за выступом 15 следует передняя часть 18, имеющая диаметр, промежуточный между диаметром секции 14 концевой части и диаметром выступа 15.
Часть отверстия, образующая камеру 3 низкого давления, содержит ступень 19. Часть отверстия, образующая камеру 3 низкого давления между ступенью 19 и заглушкой 12, имеет увеличенный внутренний диаметр, и данный диаметр соответствует внешнему диаметру выступа 15. Кроме того, камера 3 низкого давления имеет внутренний диаметр, соответствующий внешнему диаметру передней части 18 клапанного элемента 10.
Выступ 15 совместно со ступенью 19 образует первое устройство механического стопорения. Поскольку выступ 15 расположен в средней части клапанного элемента 10, первое устройство стопорения расположено внутри клапанного элемента в направлении перемещения.
Заглушка 12 совместно с передней поверхностью концевой секции 14 образует второе устройство механического стопорения.
Первое устройство механического стопорения является ограничением для перемещения клапанного элемента 10 по направлению к усилительному поршню 5. Второе устройство механического стопорения является механическим ограничением для перемещения клапанного элемента 10 в направлении от усилительного поршня 5.
Кроме отверстия, образующего камеру 3 низкого давления и камеру 4 высокого давления, корпус 2 содержит канал 20 давления, канал 21 емкости и соединительный канал 22. Способом, не показанным на чертежах, канал 20 давления соединен с источником давления, например, с насосом. Канал 21 емкости соединен с емкостью или другим резервуаром принимающим текучую среду, возвращаемую из усилителя 1 давления. Соединительный канал 22 выходит в камеру 4 высокого давления и в камеру 3 низкого давления.
Вторая часть 7 усилительного поршня 5 содержит уменьшение 23 диаметра, или просто канавку, начинающуюся на заранее определенном расстоянии от области 9 высокого давления и проходящую в направлении к первой части 6 усилительного поршня 5.
Способом, не показанным на чертежах, камера 4 высокого давления соединена с каналом 20 давления, и также или же иным способом соединена с источником давления.
Клапанный элемент 10 выполнен в виде полого цилиндра, имеющего множество отверстий 24 в его цилиндрической стенке.
Когда клапанный элемент 10 находится в положении, показанном на фиг. 2, то есть когда он контактирует с заглушкой 12, камера 3 давления соединена с каналом 21 емкости так, что давление емкости (или другое низкое давление) присутствует в камере 3 низкого давления.
Область 9 высокого давления усилительного поршня 5 нагружена давлением в камере 4 высокого давления, соответствующим давлению подачи в канале 20 давления. Таким образом, усилительный поршень 5 перемещается по направлению к переключающему клапану 11. Как показано на фиг. 7, во время этого перемещения текучая среда может высасываться из канала 21 емкости.
Когда усилительный поршень 5 достигает или почти достигает своего конечного положения в направлении указанного перемещения, устанавливается соединение между соединительным каналом 22 и камерой 4 высокого давления. Давление в камере 4 высокого давления проходит в область 16 переноса давления через отвод 25 соединительного канала 22.
Область 17 постоянного давления постоянно находится под давлением канала 20 давления (фиг. 4), то есть под давлением подачи. Поскольку область 16 переноса давления больше области 17 постоянного давления, а давление, воздействующее на обе стороны, является одинаковым, клапанный элемент 10 смещается по направлению к усилительному поршню 5, пока выступ 15 не упрется в ступень 19. В этом положении отверстия 24 начинают взаимодействовать с наложением с канавкой 26, соединенной с каналом 20 давления (фиг. 5). Теперь давление подачи в канале 20 давления присутствует в камере 3 низкого давления и воздействует на область 8 низкого давления усилительного поршня 5. Поскольку область 8 низкого давления больше области 9 высокого давления усилительного поршня 5, усилительный поршень 5 смещается по направлению от переключающего клапана 11, обеспечивая тем самым более высокое давление в камере 4 высокого давления.
Перемещение усилительного поршня 5 продолжается до тех пор, пока уменьшение 23 диаметра не начнет взаимодействовать с наложением с соединительным каналом 22. Как только уменьшение 23 диаметра начинает взаимодействовать с наложением с соединительным каналом 22, создается соединение между областью 6 переноса и каналом 21 емкости. Теперь давление, воздействующее на область постоянного давления, превышает давление, воздействующее на область 16 переноса давления, и клапанный элемент перемещается обратно в положение, изображенное на фиг. 2.
Благодаря изображенному соединению с возможностью передачи текучей среды с различными областями клапанного элемента 10, то есть с областью 16 переноса давления и областью 17 постоянного давления, можно достичь высокой скорости ответа для переключающего клапана 11, поскольку текучая среда может очень быстро вступать в действие, то есть обтекать клапанный элемент.
Не изображенным на чертежах способом усилительный поршень 5 может иметь такую длину хода, что по меньшей мере на конечной части возвратного перемещения он соударяется с клапанным элементом 10, вследствие чего происходит механическое смещение клапанного элемента 10 при возвратном ходе.
При возвратном ходе усилительного поршня 5 клапанный элемент 10 может также заряжать пружинное устройство или накопитель, заполненный сжимаемой текучей средой, например, воздухом или другим газом, таким образом, что используется либо пружина, либо давление в накопителе для принудительного перемещения клапанного элемента 10 совместно с усилительным поршнем 5 в направлении увеличения давления. При этом сила пружины или давление в накопителе образует своего рода вспомогательную силу. Данная вспомогательная сила может быть также обеспечена иным способом.
Корпус 2 может являться составной частью блока поршень-цилиндр, в частности, цилиндра блока поршень-цилиндр.