ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД С ПОЗИЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И ПОЗИЦИОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
PNEUMATIC DRIVE WITH POSITION ADJUSTMENT AND CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к пневматическому приводу и, более точно, к пневматическому приводу с позиционным управлением и позиционным регулированием.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приводное устройство представляет собой устройство, которое выполняет некоторое механическое действие. Одним приводным устройством является поршень, при этом плунжер поршня перемещается возвратно-поступательно. Следовательно, плунжер может быть соединен каким-либо образом с обрабатываемой деталью или другой механической системой.
В то время как некоторые приводы используются для перемещения обрабатываемой детали, другие приводные устройства (исполнительные механизмы) используются для поддержания постоянного положения обрабатываемой детали. Это может быть затруднено, когда усилие, приложенное обрабатываемой деталью или к обрабатываемой детали, не является постоянным. Под действием переменных сил исполнительный механизм может иметь тенденцию колебаться между оптимальными положениями.
Одной попыткой решения данной проблемы было создание пневматического привода. Пневматический привод обеспечивает приложение давления воздуха к одной стороне плунжера. Приложенное давление может быть подано таким образом, что плунжер будет или оставаться в фиксированном положении, или перемещаться в заданном направлении. Проблема, связанная с исполнительным механизмом, используемым для поддержания заданного положения, состоит в том, что при изменении силы, действующей на исполнительный механизм, давление воздуха, приложенное к исполнительному механизму (приводу), также должно изменяться для поддержания заданного положения. Например, если усилие, приложенное к исполнительному механизму, увеличивается, давление воздуха также должно увеличиваться. Аналогичным образом, если усилие, приложенное к исполнительному механизму, уменьшается, давление воздуха также должно уменьшаться.
В прошлом способность к регулированию давления воздуха в ответ на изменения усилия, приложенного к исполнительному механизму, представляла собой проблему. Один применяемый способ включает в себя установку клапана смещения на обрабатываемой детали и обеспечение пневматического сообщения клапана смещения с исполнительным механизмом. Клапан смещения перемещается вместе с исполнительным механизмом, и поэтому в случае перемещения исполнительного механизма клапан смещения также перемещается. Как только исполнительный механизм переместится на заданное расстояние, клапан смещения или открывается, или закрывается для обеспечения возможности увеличения или уменьшения давления воздуха в исполнительном механизме, или поддержания постоянного давления воздуха в исполнительном механизме. Проблема, связанная с встраиванием клапана смещения, состоит в том, что клапан смещения, как правило, имеет постоянную площадь поперечного сечения для прохода воздуха и, следовательно, «знает» только положения «открыт» и «закрыт». Следовательно, площадь поперечного сечения данных клапанов смещения не должна быть выбрана слишком большой, поскольку быстрая реакция на короткие ходы вызвала бы резонансные колебания. Тем не менее, как правило, желательно короткое время срабатывания. Следовательно, площадь поперечного сечения клапана должна быть сбалансирована с учетом риска резонансных колебаний. Вследствие данного компромисса для клапанов смещения, как правило, характерна присущая им проблема перехода за заданную позицию. Это обусловлено тем, что одно и то же количество воздуха подается/выпускается независимо от того, насколько близко исполнительный механизм находится от заданного для него положения.
Следовательно, в данной области техники существует потребность в пропорциональном клапане привода, который обеспечивает сохранение положения привода (исполнительного механизма) надлежащим образом и может обеспечивать регулирование положения привода (исполнительного механизма).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пропорциональный клапан привода, выполненный с возможностью позиционного управления и позиционного регулирования, создан в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Пропорциональный клапан привода содержит корпус клапана, имеющий по меньшей мере две камеры. Пропорциональный клапан привода также содержит золотник клапана, при этом золотник клапана выполнен с возможностью перемещения внутри корпуса клапана. В пропорциональном клапане привода образованы одна или несколько канавок. Одна или несколько канавок пневматически сообщаются с указанными, по меньшей мере, двумя камерами корпуса клапана. В пропорциональном клапане привода образованы одно или несколько отверстий. Указанное одно или несколько отверстий пневматически сообщаются с указанными одной или несколькими канавками. Перемещение золотника клапана относительно корпуса клапана обеспечивает пневматическое действие клапана.
Способ образования пропорционального клапана привода разработан в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Способ включает в себя выполнение корпуса клапана и разделение корпуса клапана, по меньшей мере, на две камеры путем использования множества уплотнительных элементов. Способ дополнительно включает в себя размещение золотника клапана внутри корпуса клапана. Способ дополнительно включает в себя выполнение одного или нескольких отверстий в пропорциональном клапане привода. Способ дополнительно включает в себя выполнение одной или нескольких канавок в пропорциональном клапане привода. Указанные одна или несколько канавок сообщаются с указанными одним или несколькими отверстиями и с указанными по меньшей мере двумя камерами.
Способ регулирования подачи пневматического воздуха в пневматический привод разработан в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Способ включает в себя соединение элемента с пневматическим приводом, при этом первое усилие действует на указанный элемент, а пневматический привод создает второе усилие, действующее на указанный элемент и противоположное первому усилию. Способ дополнительно включает в себя выполнение пропорционального клапана привода. Пропорциональный клапан привода регулирует подачу воздуха в пневматический привод и из пневматического привода. Пропорциональный клапан привода содержит одну или несколько канавок. Пропускное сечение (площадь поперечного сечения), открытое для прохода воздуха, определяется изменением первого усилия, действующего на указанный элемент.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (АСПЕКТЫ)
В одном варианте осуществления корпус клапана содержит по меньшей мере три камеры.
В другом варианте осуществления камеры разделены множеством уплотнительных элементов.
В еще одном варианте осуществления по меньшей мере одна из камер находится под действием рабочего давления.
В еще одном варианте осуществления выпуск по меньшей мере из одной из камер осуществляется вне пропорционального клапана привода.
В еще одном варианте осуществления первый конец золотника клапана соединен с основанием.
В еще одном варианте осуществления часть корпуса клапана соединена с основанием.
В еще одном варианте осуществления золотник клапана выполнен с возможностью регулирования относительно корпуса клапана.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок имеют переменную площадь поперечного сечения.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок имеют по существу постоянную площадь поперечного сечения.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок образованы в золотнике клапана.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок представляют собой множество отверстий.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок образованы по меньшей мере в одной из камер.
В еще одном варианте осуществления золотник клапана дополнительно содержит множество уплотнительных элементов.
В еще одном варианте осуществления указанные одна или несколько канавок имеют площадь поперечного сечения, которому придана такая форма, что площадь поперечного сечения уменьшается при увеличении расстояния от одного или нескольких отверстий.
В еще одном варианте осуществления максимальная площадь поперечного сечения указанных одной или нескольких канавок по меньшей мере такая же, что и площадь поперечного сечения указанных одного или нескольких отверстий.
В еще одном варианте осуществления максимальная площадь поперечного сечения одной или нескольких канавок меньше площади поперечного сечения указанного одного или нескольких отверстий.
В еще одном варианте осуществления указанные одно или несколько отверстий образованы в золотнике клапана.
В еще одном варианте осуществления указанные одно или несколько отверстий образованы в корпусе клапана.
В еще одном варианте осуществления пропорциональный клапан привода соединен с некоторым элементом, при этом данный элемент также соединен с приводом.
В еще одном варианте осуществления пропорциональный клапан привода соединен с данным элементом с использованием системы рычагов.
В еще одном варианте осуществления пропорциональный клапан привода имеет ход, который отличается от хода привода.
В еще одном варианте осуществления пропорциональный клапан привода имеет ход, который имеет направление, отличающееся от направления хода привода.
В еще одном варианте осуществления пропорциональный клапан привода имеет ход, который по существу такой же, что и ход привода.
В одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя разделение корпуса клапана по меньшей мере на три камеры путем использования множества уплотнительных элементов.
В другом варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя соединение золотника клапана с основанием.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя соединение корпуса клапана с основанием.
В еще одном варианте осуществления способа золотник клапана выполняют с возможностью регулирования относительно корпуса клапана.
В еще одном варианте осуществления способа указанные одно или несколько отверстий образуют в золотнике клапана.
В еще одном варианте осуществления способа указанные одно или несколько отверстий образуют в корпусе клапана.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одной или нескольких канавок, имеющих переменную площадь поперечного сечения.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одной или нескольких канавок, имеющих по существу постоянную площадь поперечного сечения.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование указанных одной или нескольких канавок в золотнике клапана.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одной или нескольких канавок в корпусе клапана.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование указанных одной или нескольких канавок в виде множества отверстий.
В еще одном варианте осуществления способа указанные одна или несколько канавок имеют такую форму, что площадь поперечного сечения уменьшается при увеличении расстояния от одного или нескольких отверстий.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно обеспечивает по меньшей мере одну из указанных по меньшей мере трех камер, в которой создается рабочее давление.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно обеспечивает по меньшей мере одну из указанных по меньшей мере трех камер, сообщающуюся с выпускным элементом.
В еще одном варианте осуществления способа пропорциональный клапан привода дополнительно содержит корпус клапана, при этом корпус клапана соединен с указанным элементом.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя использование системы рычагов для соединения пропорционального клапана привода с указанным элементом.
В еще одном варианте осуществления способа пропорциональный клапан привода имеет ход, отличающийся от хода указанного элемента.
В еще одном варианте осуществления способа пропорциональный клапан привода имеет ход с направлением, отличающимся от направления хода указанного элемента.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одной или нескольких канавок в золотнике клапана, предусмотренном в пропорциональном клапане привода.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одной или нескольких канавок с переменной площадью поперечного сечения.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя образование одного или нескольких отверстий в золотнике клапана, предназначенных для сообщения с приводом, и образование одной или нескольких канавок с такой формой, что площадь поперечного сечения одной или нескольких канавок уменьшается при увеличении расстояния от одного или нескольких отверстий.
В еще одном варианте осуществления способа способ дополнительно включает в себя размещение одной или нескольких канавок в таком положении, что скорость, с которой воздух подается в привод посредством пропорционального клапана привода, увеличивается по мере увеличения хода пропорционального клапана привода.
В еще одном варианте осуществления способа пропорциональный клапан привода обеспечивает уменьшение колебаний пневматического привода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает привод с пропорциональным клапаном привода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.2 показывает привод с пропорциональным клапаном привода в состоянии перед подачей рабочего газа для пневматических систем в привод посредством клапана привода.
Фиг.3 показывает сечение пропорционального клапана привода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.4 показывает сечение средней камеры пропорционального клапана привода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Фиг.5а показывает золотник клапана с канавкой и отверстием, образованными в нем.
Фиг.5b показывает золотник клапана с одной или несколькими канавками, содержащими множество отверстий, образованных в нем.
Фиг.6 показывает привод и пропорциональный клапан привода, соединенные посредством использования системы рычагов.
Фиг.7 показывает пропорциональный клапан привода в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1-7 и в нижеприведенном описании показаны конкретные примеры для разъяснения специалисту в данной области техники того, каким образом создать и использовать наилучший вариант осуществления изобретения. Для разъяснения принципов изобретения некоторые традиционные аспекты были упрощены или исключены. Для специалистов в данной области техники будут понятны отклонения от данных примеров, которые находятся в пределах объема изобретения. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что признаки, описанные ниже, могут быть объединены разными способами для создания множества нескольких вариантов осуществления изобретения. В результате изобретение не ограничено конкретными примерами, описанными ниже, а только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
Фиг.1 схематически показывает пневматический привод 100. Пневматический привод 100 включает в себя корпус 101, шток 102 и плунжер 103. Несмотря на то, что пневматический привод 100 показан в виде цилиндра одностороннего действия, следует понимать, что привод (исполнительный механизм) может также представлять собой цилиндр двустороннего действия. В показанном варианте осуществления корпус 101 расположен на основании 107, и первый конец штока 102 присоединен к плунжеру 103, а его второй конец присоединен к элементу 104. Тем не менее, следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления корпус 101 может быть присоединен к элементу 104, и конец штока 102 может быть присоединен к основанию 107.
Шток 102 обеспечивает передачу механического усилия от привода 100 к элементу 104. Несмотря на то, что привод 100 показан со штоком 102, привод 100 в некоторых вариантах осуществления может содержать каретку, которая перемещается относительно наружной поверхности корпуса 101 приводного устройства, то есть пневматический привод 100 содержит, например, цилиндр бесштокового типа или пневмобаллон сильфонного типа.
Элемент 104 может иметь одно или несколько усилий, действующих на него. Как показано на фиг.1, первое усилие 105 создается, например, некоторой полезной нагрузкой. На элемент 104 также действует второе усилие 106, создаваемое приводом 100. Для удерживания элемента 104 по существу в постоянном положении второе усилие 106 должно поддерживаться по существу равным первому усилию 105. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения второе усилие 106 или больше, или меньше первого усилия 105, и, следовательно, элемент 104 перемещается в направлении действия большего усилия.
В некоторых вариантах осуществления может быть предпочтительным регулирование положения элемента 104. Пропорциональный клапан 110 привода выполнен присоединенным к элементу 104, при этом пропорциональный клапан 110 привода пневматически сообщается с приводом 100 посредством использования, например, соединительных магистралей 114. Пропорциональный клапан 110 привода может быть соединен с элементом 104 известными средствами. В соответствии с одним вариантом осуществления пропорциональный клапан 110 привода содержит трехпозиционный трехходовой клапан. Тем не менее, следует понимать, что пропорциональный клапан 110 привода не следует ограничивать клапаном данного типа и могут быть использованы другие известные клапаны, такие как пятипозиционный трехходовой клапан, например, в том случае, когда пневматический привод 100 содержит, например, цилиндр двустороннего действия. В настоящем изобретении могут использоваться другие известные клапаны и используемый прецизионный клапан не следует ограничивать приведенными выше примерами.
Пропорциональный клапан 110 привода содержит корпус 112 и золотник 113 клапана. По меньшей мере, на одном конце золотник 113 клапана присоединен к основанию 111. В альтернативных вариантах осуществления золотник 113 клапана может быть соединен с элементом 104 вместо соединения корпуса 112 с элементом 104, как показано на фигурах. В данном альтернативном варианте осуществления часть корпуса 112 может быть присоединена к основанию 111. В любом из двух вариантов осуществления основание 111 может быть выполнено в виде подвижного основания, при этом обеспечивается регулирование основания 111 для получения заданного положения привода. Перемещение основания 111 обеспечивает регулирование золотника 113 клапана относительно корпуса 112 клапана. Регулирование заданного положения привода описано ниже с дополнительными подробностями.
Фиг.2 показывает привод 100, в котором первое усилие 105 превышает второе усилие 106. В данном варианте осуществления элемент 104 переместился вниз из его заданного положения. Как показано, плунжер 103 переместился ближе к основанию 107, чем показано на фиг.1. Вместе с перемещением элемента 104 пропорциональный клапан 110 привода также переместился относительно золотника 113 клапана. Под влиянием данного перемещения пропорциональный клапан 110 привода обеспечивает подачу давления воздуха в нижнюю часть привода 100. По мере подачи давления к приводу 100 второе усилие 106, приложенное со стороны привода 100, увеличивается, что вызывает принудительное смещение плунжера 103 и штока 102 в направлении вверх, как показано на фиг.1 и 2. Пропорциональный клапан 110 привода будет продолжать подавать давление воздуха к приводу 100 до тех пор, пока элемент 104 и корпус 112 клапана привода не вернутся в их исходные заданные положения.
Если, напротив, первое усилие 105 уменьшается, элемент 104 и корпус 112 клапана привода будут перемещаться в направлении вверх (не показано). В данном случае пропорциональный клапан 110 привода будет реагировать посредством сброса давления воздуха из привода 100 в окружающую среду. Сброс давления воздуха приводит к возврату элемента 104 и корпуса 112 клапана привода в их исходные заданные положения.
Заданное положение элемента 104 и корпуса 112 клапана привода может быть отрегулировано, например, оператором. Как рассмотрено ниже более подробно, положение корпуса 112 клапана относительно золотника 113 клапана определяет то, подается ли давление воздуха в привод 100 или давление воздуха сбрасывается из привода 100. Таким образом, посредством регулирования основания 111, которое присоединено к золотнику 113 клапана, можно отрегулировать заданное положение элемента 104. Это возможно, поскольку пропорциональный клапан 110 привода будет обеспечивать подачу или сброс давления воздуха до тех пор, пока золотник 113 клапана не вернется в «среднее» положение пропорционального клапана 110 привода. Следовательно, даже если первое усилие 105 не изменяется, положение элемента 104 может быть изменено посредством регулирования положения основания 111. Например, если желательно поднять элемент 104, основание 111 может быть поднято. В ответ на подъем основания 111 и, следовательно, подъем золотника 113 клапана пропорциональный клапан 110 привода будет подавать давление воздуха в привод 100. Поскольку первое усилие 105 не изменилось, второе усилие 106 будет больше первого усилия 105. Пропорциональный клапан 110 привода будет обеспечивать подачу давления воздуха до тех пор, пока элемент 104 не будет поднят в его новое заданное положение.
Если желательно опустить элемент 104, могут быть выполнены те же самые операции; тем не менее, основание 111 будет опускаться, а не подниматься. В данном случае пропорциональный клапан 110 привода будет обеспечивать сброс давления воздуха до тех пор, пока элемент 104 не опустится в новое заданное положение.
Фиг.3 показывает сечение пропорционального клапана 110 привода в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Пропорциональный клапан 110 привода включает в себя корпус 112, подвижный золотник 113, уплотнительные элементы 322а-d, места 323а-d уплотнения и камеры 324, 325 и 326.
Несмотря на то, что показаны четыре уплотнительных элемента, следует понимать, что можно использовать большее или меньшее количество уплотнительных элементов. Аналогичным образом, несмотря на то, что на фиг.3 показаны три камеры, следует понимать, что пропорциональный клапан 110 привода может включать в себя любое число камер, и ссылка на три камеры выполнена для ясности и согласованности. В соответствии с одним вариантом осуществления, по меньшей мере, одна из камер пневматически сообщается с рабочим давлением. В некоторых вариантах осуществления первая камера 324 пневматически сообщается с рабочим давлением, которое может быть обеспечено посредством источника сжатого воздуха (непоказанного). Нижеприведенное рассмотрение относится только к первой камере 324, сообщающейся с рабочим давлением, для ясности. Тем не менее, следует понимать, что другие камеры могут сообщаться с рабочим давлением помимо первой камеры 324 или в качестве альтернативы первой камере 324.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из камер пневматически сообщается с выпускным элементом (непоказанным). В соответствии с одним вариантом осуществления третья камера 326 пневматически сообщается с выпускным элементом. Приведенное ниже рассмотрение относится только к третьей камере 326, сообщающейся с выпускным элементом, для ясности. Тем не менее, следует понимать, что другие камеры могут сообщаться с выпускным элементом помимо третьей камеры 326 или в качестве альтернативы третьей камере 326. В некоторых вариантах осуществления, в которых третья камера 326 сообщается с выпускным элементом, уплотнительный элемент 322d может быть исключен, и третья камера 326 может содержать выпускной элемент. В том случае, когда уплотнительный элемент 322d предусмотрен, третья камера может иметь отдельный канал (отверстие) (непоказанный), который выходит в окружающую среду. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления третья камера 326 может быть исключена. В данном варианте осуществления вместо третьей камеры 326 пропорциональный клапан 110 привода может содержать менее трех камер и выпускной элемент. Следовательно, несмотря на то, что приведенное ниже рассмотрение относится к трем камерам, изобретение не должно быть ограничено данным вариантом осуществления.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из камер перекрыта как относительно рабочего давления, так и относительно выпускного элемента. В одном варианте осуществления данная камера представляет собой вторую камеру 325. Несмотря на то, что приведенное ниже рассмотрение относится только ко второй камере 325, перекрытой по отношению к рабочему давлению и выпускному элементу, следует понимать, что другие камеры могут быть перекрыты или помимо второй камеры 325, или в качестве альтернативы второй камере 325. В том случае, когда предусмотрен пропорциональный клапан 110 привода, привод 100 может сообщаться с выпускным элементом и источником сжатого воздуха через посредство пропорционального клапана 110 привода.
Фиг.4 показывает вторую камеру 325 пропорционального клапана 110 привода более подробно. Как можно видеть, золотник 113 клапана может иметь одно или несколько отверстий 327 и 328. Несмотря на то, что на фигурах показаны только отверстие 327 и отверстие 328, следует понимать, что могут быть выполнены дополнительные отверстия. Отверстия выполнены для обеспечения сообщения между приводом 100 и камерами 324, 325, 326. В некоторых вариантах осуществления подводящая магистраль 114 может быть предусмотрена для сообщения с отверстием 328 и с приводом 100. Подводящая магистраль 114 может быть соединена с концом золотника 113 клапана, как показано на фиг.3, или, альтернативно, может быть соединена с корпусом 112 привода. Несмотря на то, что показаны отверстия 327 и 328, следует понимать, что отверстия могут быть исключены, и в данном случае канал для выпуска из второй камеры 325 будет проходить через корпус 112 пропорционального клапана привода. В данном случае подводящая магистраль 114 будет соединена с корпусом 112 пропорционального клапана привода.
Кроме того, могут быть выполнены одна или несколько канавок 329, сообщающихся с отверстиями 327, 328. Несмотря на то, что показаны две канавки 329, это выполнено только для ясности и следует понимать, что любое число канавок может быть использовано, и формулу изобретения не следует ограничивать двумя канавками 329. Кроме того, несмотря на то, что канавка 329 показана в середине золотника 113 клапана, следует понимать, что канавки могут быть предусмотрены в альтернативных или дополнительных местах вдоль золотника 113 клапана. Например, в некоторых вариантах осуществления одна или несколько канавок могут быть выполнены в золотнике 113 клапана и расположены так, что в том случае, когда золотник 113 клапана будет находиться в среднем положении, будет иметься канавка, находящаяся в камере 324, и канавка, находящаяся в камере 326. В данном варианте осуществления отверстие 327 может быть исключено, и подводящая магистраль 114 может быть соединена непосредственно с корпусом 112. Альтернативно, одна или несколько канавок могут быть образованы в корпусе 112, и уплотнительные элементы 322а-d могут быть расположены на золотнике 113 клапана (см. фиг.7). Канавка 329 обеспечивает возможность сообщения камер с отверстиями 327, 328. Таким образом, комбинация канавок и отверстий обеспечивает возможность сообщения камер пропорционального клапана 110 привода с приводом 100.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения одна канавка 329 из одной или нескольких канавок 329 имеет переменную площадь поперечного сечения (см., например, фиг.5а). Фиг.5а показывает канавку 329, имеющую переменную площадь поперечного сечения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. Тем не менее, следует понимать, что канавки 329 могут иметь любую форму поперечного сечения и не должны быть ограничены канавками с переменной площадью поперечного сечения. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько канавок 329 имеют по существу постоянную площадь поперечного сечения.
Как показано на фиг.5а, площадь 531 поперечного сечения рядом с отверстием 327 больше площади 530 поперечного сечения, находящегося дальше от отверстия 327. Фиг.5а показывает форму канавки 329 в сечении, у которой изменяется более одного размера. Например, по мере увеличения расстояния от отверстия 327 канавка 329 становится как более узкой, так и менее глубокой. В альтернативных вариантах осуществления канавка 329 может быть выполнена с такой формой, что канавка 329 становится или только более узкой, или только менее глубокой. Следовательно, точная форма канавки 329 не должна быть ограничена той, которая показана на фиг.5а. За счет образования канавки 329 с подобной площадью поперечного сечения регулирующий клапан 110 обеспечивает пропорциональное распределение давления воздуха.
Фиг.5b показывает одну или несколько канавок 329 в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления одна или несколько канавок 329 образуют множество отверстий. Множество канавок 329 показано как прерывистое, то есть канавки 329 являются отдельными. Тем не менее, следует понимать, что некоторые или все из канавок 329 могут образовывать непрерывную канавку. Как показано на фиг.5b, множество канавок 329 проходят непосредственно к отверстию 328. В данном варианте осуществления одно или несколько отверстий 327 могут быть исключены, поскольку множество канавок 329 «содержит» множество отверстий. В предыдущих вариантах осуществления одно или несколько отверстий 327 служили для ограничения потока, обеспечивающего давление воздуха. Однако в варианте осуществления, показанном на фиг.5b, множество канавок 329 могут служить для ограничения потока, обеспечивающего давление воздуха.
Множество канавок 329 показаны как имеющие по существу постоянную площадь поперечного сечения, а также как по существу равномерно распределенные вдоль золотника 113 клапана. Тем не менее, следует понимать, что множество канавок 329 могут быть образованы с разными диаметрами для получения заданного потока, обеспечивающего давление воздуха. Кроме того, множество канавок 329 могут быть расположены вдоль золотника 113 клапана на разных расстояниях друг от друга для регулирования того, сколько канавок 329 будут открыты в направлении камеры при заданном смещении.
Как показано на фигурах, по мере увеличения расстояния от отверстия 327 площадь поперечного сечения канавки 329 уменьшается. Несмотря на то, что площадь 531 поперечного сечения канавки 329 рядом с отверстием 327 показана, по меньшей мере, такая же как площадь 532 поперечного сечения отверстия 327, следует понимать, что площадь 531 поперечного сечения канавки 329 может быть меньше площади 532 поперечного сечения отверстия 327. За счет выполнения канавки 329 с большей площадью поперечного сечения по сравнению с площадью 532 поперечного сечения отверстия 327 отверстие 327 определяет максимальный поток, проходящий через пропорциональный клапан 110 привода. Однако отверстие 327 может иметь большую площадь поперечного сечения, при этом в данном случае канавка 329 будет определять максимальный поток, проходящий через пропорциональный клапан 110 привода.
Если снова обратиться к фиг.3 и 4, можно видеть, что пропорциональный клапан 110 привода может работать следующим образом. Когда элемент 104 находится в его оптимальном положении, золотник 113 клапана расположен в середине пропорционального клапана 110 привода, как показано на фиг.3 и 4. Оптимальное положение может быть отрегулировано посредством регулирования положения основания 111 (см. фиг.1 и 2). Тем не менее, при колебаниях первого усилия 105 элемент 104 может перемещаться или вверх, или вниз. Вследствие того, что пропорциональный клапан 110 привода соединен с элементом 104, пропорциональный клапан 110 привода и, более точно, корпус 112 пропорционального клапана привода также перемещается относительно золотника 113 клапана.
Если, например, первое усилие 105 увеличивается и второе усилие 106 поддерживается постоянным, первое усилие 105 больше не будет по существу равно второму усилию 106, создаваемому приводом 100, и элемент 104 перемещается вниз. Вследствие того, что корпус 112 пропорционального клапана привода соединен с элементом 104, он также перемещается вниз (или вправо, как показано на фиг.3 и 4). Поскольку золотник 113 клапана прикреплен к основанию 111, золотник 113 клапана не перемещается. Аналогичным образом, если первое усилие 105 уменьшается, а второе усилие 106 поддерживается постоянным, элемент 104 и, следовательно, корпус 112 пропорционального клапана привода перемещается вверх (или влево, как показано на фиг.3 и 4).
Как можно видеть на фиг.3 и 4, длина 331 канавки 329 меньше расстояния между уплотнительными элементами 322b и 322с. В результате малые перемещения, то есть те перемещения, которые меньше расстояния 332 между местами 323b и 323с уплотнения, не приводят к потоку воздуха под давлением, проходящему в привод 100 или из привода 100. Это обусловлено тем, что вторая камера 325 перекрыта как по отношению к источнику сжатого воздуха, так и по отношению к выпускному элементу. Следовательно, когда золотник 113 клапана находится в среднем положении, давление воздуха в приводе 100 остается постоянным.
Однако в том случае, если корпус 112 пропорционального клапана привода переместится на расстояние, которое превышает расстояние 332, то часть канавки 329, имеющая площадь 530 поперечного сечения, переместится за место 323b или 323с уплотнения и вызовет открытие определенного пропускного поперечного сечения. Дальнейшее перемещение приведет к тому, что образуется пропускное поперечное сечение канавки 329 большей площади.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения пропорциональный клапан 110 привода предусмотрен для поддержания положения элемента 104. В соответствии с данным вариантом осуществления первая камера 324 находится под рабочим давлением, и третья камера 326 сообщается с выпускным элементом (непоказанным), выходящим наружу. Если первое усилие 105, действующее на элемент 104, увеличивается, корпус 112 пропорционального клапана привода будет перемещаться вправо, как показано на фиг.3 и 4. Когда это происходит, канавка 329 перемещается через место 323b уплотнения, и пропускное поперечное сечение канавки 329, имеющее определенную площадь, образуется по отношению к первой камере 324. Поскольку в первой камере 324 создано рабочее давление, воздух под давлением (пневматическое давление) поступает в канавку 329 и проходит в отверстие 327 и затем в отверстие 328. Отверстие 328 может быть соединено с приводом 100. Таким образом, заданное количество сжатого воздуха будет подано на привод 100. По мере того, как корпус 112 смещается дальше вправо, пропускное поперечное сечение большей площади образуется по отношению к камере 324. Это приводит к бóльшему количеству сжатого воздуха, поступающему в канавку 329.
По мере того, как давление воздуха подается в привод 100, второе усилие 106 увеличивается, и элемент 104 вместе с корпусом 112 клапана начинают возвращаться в их исходные положения. Когда происходит данный возврат, корпус 112 клапана привода перемещается назад влево (как показано на фиг.3 и 4), и пропускное поперечное сечение канавки 329, имеющее меньшую площадь, образуется по отношению к первой камере 324. Поскольку площадь пропускного поперечного сечения уменьшается, величина давления, подаваемого на привод 100, также уменьшается до тех пор, пока не наступит состояние, при котором никакая часть канавки 329 не будет открыта по отношению к первой камере 324. По мере уменьшения площади пропускного сечения скорость возврата также уменьшается. Пропорциональный клапан 110 привода позволяет избежать перехода за заданную позицию и входа в резонанс (образования резонансных колебаний), поскольку количество воздуха, подаваемого в привод 100, напрямую зависит от положения корпуса 112 клапана относительно золотника 113 клапана.
Поскольку площадь поперечного сечения канавки 329 уменьшается по мере увеличения расстояния от отверстия 327, когда конец канавки 329 будет открыт по отношению к первой камере 324, только небольшое количество воздуха будет поступать в канавку 329, и, следовательно, только небольшое давление будет подаваться на привод 100. Таким образом, величина давления, подаваемого на привод 100, пропорциональна положению золотника 113 клапана относительно корпуса 112 пропорционального клапана привода.
Если, наоборот, первое усилие 105 уменьшается, элемент 104 и, следовательно, корпус 112 пропорционального клапана привода будет перемещаться влево, как показано на фиг.3 и 4. Если корпус 112 пропорционального клапана привода переместится на расстояние, превышающее расстояние 332, канавка 329 переместится через место 323с уплотнения, и пропускное поперечное сечение канавки 329, имеющее определенную площадь, образуется по отношению к третьей камере 326 или непосредственно по отношению к выпускному элементу в тех вариантах осуществления, в которых третья камера 326 исключена. Поскольку третья камера 326 открыта по отношению к выпускному элементу, воздух проходит через отверстия 327 и 328 и выходит в окружающую среду. Когда корпус 112 пропорционального клапана привода перемещается дальше влево, пропускное поперечное сечение канавки 329 по отношению к третьей камере 326 будет увеличиваться по площади, в результате чего большее количество воздуха выходит в окружающую среду и происходит сброс давления воздуха. В результате потери давления воздуха элемент 104 и корпус 112 пропорционального клапана привода опускаются (перемещаются вправо) назад в исходное положение. Когда золотник 113 клапана переместиться назад в среднюю камеру 325, канавка 329 больше не будет открыта по отношению к камере 326, и, таким образом, давление воздуха больше не будет сбрасываться в окружающую среду.
Ход корпуса 112 пропорционального клапана привода относительно золотника 113 клапана заканчивается до того, как канавка 329 сможет достичь наружных мест 323а и 323d уплотнения у наружных уплотнительных элементов 322а и 322d. Это предотвращает нежелательный сброс давления воздуха. Это также предотвращает попадание грязи и отходов в отверстие 327, что могло бы вызвать повреждение пропорционального клапана 110 привода или привода 100.
Форма поперечного сечения одной или нескольких канавок 329 обеспечивает возможность уменьшения величины давления воздуха/скорости воздуха, поступающего в отверстие 327 или выходящего из отверстия 327, по мере уменьшения площади пропускного поперечного сечения, обеспечивающего проход в первую или третью камеру. Таким образом, колебания, которые, как правило, возникают вследствие перехода за заданную позицию, уменьшаются или устраняются. Кроме того, пропорциональный клапан 110 привода обеспечивает возможность более быстрой реакции по сравнению с той, которая может быть обеспечена, например, в клапанах смещения (переключения). Это обусловлено тем, что в клапане смещения размер канавки должен быть задан с учетом риска колебаний. Следовательно, канавка/отверстие клапана смещения может быть выполнена/выполнено с размером, который меньше действительно желательного, чтобы избежать колебаний. Однако выполнение меньшей канавки/отверстия приводит к увеличению времени срабатывания, поскольку скорость, с которой давление воздуха может быть подано на привод, уменьшается. Пропорциональный клапан 110 привода позволяет обеспечить малое время срабатывания при одновременном уменьшении риска колебаний.
Фиг.6 показывает пропорциональный клапан 110 привода в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. В данном варианте осуществления корпус 112 пропорционального клапана привода соединен с элементом 104 посредством использования системы 660 рычагов. Использование системы 660 рычагов обеспечивает ряд преимуществ. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно обеспечить перемещение элемента 104 в направлении, отличном от направления перемещения пропорционального клапана 110 привода. Кроме того, система 660 рычагов обеспечивает возможность перемещения элемента 104 в направлении, отличном от направления перемещения золотника 113 клапана. В варианте осуществления, показанном на фиг.6, по мере подъема элемента 104 в ответ на уменьшение первого усилия 105, например, корпус 112 пропорционального клапана привода опускается. Другое преимущество выполнения системы 660 рычагов заключается в том, что пропорциональный клапан 110 привода может быть расположен на расстоянии от элемента 104. Это может быть желательным по ряду причин, включая возможность доступа, пространственные ограничения и т.д.
Система рычагов также может быть отрегулирована для изменения хода пропорционального клапана 110 привода относительно элемента 104. Поскольку элемент 104 имеет такой же ход, что и привод 100, система рычагов может быть отрегулирована для изменения хода пропорционального клапана 110 привода относительно привода 100. Например, когда пропорциональный клапан 110 привода соединен непосредственно с элементом 104, любое перемещение элемента 104 приводит к эквивалентному перемещению корпуса 112 пропорционального клапана привода. Тем не менее, может быть желательно обеспечение наличия разных ходов. Посредством регулирования системы 660 рычагов сравнительно небольшое перемещение элемента 104 может приводить к большему перемещению корпуса 112 пропорционального клапана привода. Это обеспечивает меньшее время срабатывания с большей чувствительностью.
Фиг.7 показывает пропорциональный клапан 110 привода в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. Пропорциональный клапан 110 привода, показанный на фиг.7, аналогичен пропорциональным клапанам привода, показанным на предыдущих фигурах. Различие заключается в местоположении канавок 329. Одна или несколько канавок 329 показаны как образованные в корпусе 112, а не в золотнике 113 клапана. При наличии канавок 329, образованных в корпусе 112, один или несколько уплотнительных элементов 322 присоединены к золотнику 113 клапана и перемещаются вместе с золотником 113 клапана, а не являются стационарными в корпусе 112. Кроме того, один или несколько уплотнительных элементов 322 показаны в виде уплотнительных элементов 322 с местами 323 уплотнения с обеих сторон. Несмотря на то, что данный конкретный вариант осуществления уплотнительных элементов 322 показан только на фиг.7, следует понимать, что они могут быть использованы в любом из упомянутых вариантов осуществления.
Когда в варианте осуществления, показанном на фиг.7, корпус 112 клапана перемещается относительно золотника 113 клапана, канавки 329 проходят за уплотнительные элементы 322, и пропускное поперечное сечение определенной площади будет образовано относительно второй камеры 325. По мере увеличения смещения пропускное поперечное сечение большей площади образуется по отношению ко второй камере 325. Это обеспечивает возможность или входа большего количества воздуха в отверстие 328, или выхода большего количества воздуха из отверстия 328. В показанном варианте осуществления отверстие 327 исключено. Отверстие 327 не является необходимым в показанном варианте осуществления, поскольку уплотнительные элементы 322 перемещаются вместе с золотником 113 клапана, и, таким образом, как только пропускное поперечное сечение одной или нескольких канавок 329, имеющее определенную площадь, будет образовано по отношению ко второй камере 325, воздух сможет достигать отверстия 328 без необходимости в отверстии 327. Тем не менее, отверстие 327 может быть выполнено в корпусе 112 клапана для ограничения потока, проходящего через пропорциональный клапан 110 привода.
Кроме того, отверстие 328 образовано в корпусе 112 клапана, а не в золотнике 113 клапана. Тем не менее, следует понимать, что золотник 113 клапана может иметь оба отверстия 327, 328, при этом в указанном случае пропорциональный клапан 110 привода будет сообщаться с приводом 100, как описано выше. Как показано на фиг.7, пропорциональный клапан 110 привода сообщается с приводом 100 через посредство отверстия 328, образованного в корпусе 112 клапана, и посредством подводящей магистрали 114.
Комбинация привода 100 и пропорционального клапана 110 привода образует механико-пневматический замкнутый контур регулирования. Замкнутый контур регулирования обеспечивает как позиционное управление, так и позиционное регулирование привода 100 и элемента 104. Комбинация обеспечивает непосредственное определение положения привода 100 без необходимости во внешних измерениях. Кроме того, комбинация дополнительно обеспечивает автоматическое срабатывание и регулирование без необходимости в переустановке вручную при изменении усилия, приложенного к приводу 100. Комбинация дополнительно обеспечивает снижение риска резонанса, вызываемого регулировками вследствие колебаний усилия.
Подробные описания вышеописанных вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, которые авторы изобретения рассматривают как находящиеся в пределах объема изобретения. Действительно, специалистам в данной области техники будет понятно, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть скомбинированы по-разному или исключены для создания дополнительных вариантов осуществления, и подобные дополнительные варианты осуществления будут находиться в пределах объема и идей изобретения. Для средних специалистов в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть скомбинированы в целом или частично для создания дополнительных вариантов осуществления в пределах объема и идей изобретения.
Таким образом, несмотря на то, что определенные варианты осуществления и примеры изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, в пределах объема изобретения возможны различные эквивалентные модификации, как будет понятно для специалистов в соответствующей области техники. Идеи, представленные здесь, могут быть применены для других приводов и клапанов приводов, а не только для вариантов осуществления, описанных выше и показанных на сопровождающих фигурах. Соответственно, объем изобретения должен определяться из нижеприведенной формулы изобретения.