CZ16662U1 - Hydraulicky ovládaný zpětný ventil - Google Patents

Description

Hydraulicky ovládaný zpětný ventil

Oblast techniky

Užitný vzor se týká hydraulicky ovládaného zpětného ventilu pro řízení jednotlivých funkcí hydraulických válců mechanizovaných výztuží hlubinných dolů nebo pro řízení hydraulických válců jiných zařízení a strojů, pracujících s tlakem kapaliny v rozmezí od 0 MPa až do přibližně 50 MPa s jmenovitým tlakem většinou 32 MPa, kde hydraulickým médiem je zpravidla vodní emulze tj. voda s určitým obsahem lubrikačního a konzervačního přípravku.

Dosavadní stav techniky

Hydraulicky ovládané zpětné ventily sestávají z tělesa, ve kterém je vytvořen systém kanálů pro ío přívod vysokotlaké kapaliny, pro její výstup, resp. rozvod z ventilu do hydraulického zařízení, pro řízené ovládání zpětného ventilu a pro její vypouštění z hydraulického zařízení přes zpětný ventil. Napříč těmito kanály je v tělese ventilu vytvořena válcová komora, ve které jsou umístěny základní funkční prvky zpětného ventilu a podpůrné prvky jeho řízeného ovládání. Základní funkční prvky obsahují hlavní hydraulický válec s řídicím pístem a axiálně přidružený vedlejší hydraulický válec s ovládacím pístem řídicího pístu. Hlavní válec je napojen na přívodní a vypouštěcí kanál a na rozvodný kanál tlakové kapaliny. Vedlejší válec je napojen na kanál řízeného ovládání zpětného ventilu. Řídicí píst je opatřen uzavíracím kuželem a tlačnou pružinou, kterou je řídicí píst a tím i uzavírací kužel zatížen proti těsnicímu sedlu v prostoru hlavního hydraulického válce před řídicím pístem, přičemž tento prostor je napojen na rozvodový kanál tlakové kapaliny ze zpětného ventilu. Ovládací píst je zatěžován ve směru od uzavíracího kužele řídicího pístu vlastní pružinou a proti ním tlakem kapaliny z ovládacího kanálu. Při činnosti zpětného ventilu v tomto základním uspořádání dochází vlivem proudění kapaliny o vysokém tlaku k rozkmitání a vzniků rázů v hydraulickém obvodu. K zamezení vzniku tohoto nežádoucího jevu je u zpětných ventilů, pracujících v režimu vysokých tlaků, vřazen do jejich konstrukce redukční element, umožňující v předstihu snížení provozního tlaku kapaliny v hlavním hydraulickém válci, a rozvodném kanálu před řízeným otevíráním zpětného ventilu a vypouštěním tlakové kapaliny. Známé je např. řešení hydraulicky ovládaného zpětného ventilu s takovýmto elementem podle patentové přihlášky DE 1998/19813909 a patentu CZ 293180. Podle tohoto řešení je jím odlehčovací ventil umístěný v otevřené válcové dutině řídicího pístu, před jeho tlačnou pružinou, při30 čemž válcová dutina je napojena otvorem v uzavíracím kuželu na rozvodový kanál zpětného ventilu. Odlehěovací ventil tvoří kuželka s čepem, uloženým v sedle otvoru uzavíracího kuželu řídicího pístu, ze kterého v uzavřené poloze vyčnívá. Řídicí píst je posouván ovládacím pístem, kterým je jeho tlakem na čep kuželky napřed otevírán odlehěovací ventil a tím snižován tlak kapaliny, zatěžující řídicí píst a následně vysunut uzavírací kužel řídicího pístu z těsnicího sedla, kterým se umožní vypuštění tlakové kapaliny z rozvodného kanálu přes zpětný ventil do vypouštěcího kanálu. Snížení tlaku kapaliny jednak usnadňuje řízené otevírání zpětného ventilu a jednak se ztlumí nebo zamezí vibracím a rázům v hydraulickém sytému, vznikajícím zejména v důsledku rozkmitání řídicího pístu v hlavním válci, vlivem odtékající kapaliny pod vysokým tlakem. Za určitých specifických podmínek tlaků a rychlostí proudění kapaliny může přesto do40 cházet při plnění zpětného ventilu nebo při jeho řízeném hydraulickém otevírání k nežádoucímu rozkmitání a to zejména kuželky odlehčovacího ventilu. To následně způsobí kmitání kapaliny, změny průtoku přes zpětný ventil a tím vznik rázů, jak ve vlastním hydraulickém ventilu, tak v dalších ovládacích prvcích, hadicích a hydraulických válcích. Nežádoucí rázy pak vytvářejí riziko poškození jednotlivých součástí hydraulického obvodu i celého hydraulického zařízení, např.

mechanizované výztuže. Vlivem těchto rázů je velmi obtížně zaručena dynamická stabilita funkce dosavadně vyráběných hydraulicky ovládaných zpětných ventilů, zvláště při kolísání tlaků mimo požadované hodnoty v jednotlivých větvích hydraulického obvodu. Negativně je ovlivněna životnost a spolehlivost celého systému zařízení, roste počet poruch zařízení, rostou náklady na náhradní díly a ztráty způsobené výpadky provozních hodin. Takový stav vytváří nebezpečné situace rovněž pro obsluhu hydraulických zařízení. Nevýhodou zpětných ventilů

-1 CZ 16662 Ul vybavených odlehčovacím ventilem je, že jsou konstrukčně poměrně složité, jak z hlediska počtu dynamických elementů, tak z hlediska náročnosti výroby. Cílem tohoto užitného vzoru je proto zjednodušení dosavadních řešení hydraulicky ovládaných zpětných ventilů s maximálním potlačením nežádoucích kmitů a rázů při vysoké funkční spolehlivosti.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody jsou odstraněny novým technickým řešením a vzájemným uspořádáním základních funkčních prvků hydraulicky ovládaného zpětného ventilu, kterým se zamezí při činnosti tohoto ventilu vzniku kmitů a hydraulických rázů v hydraulickém obvodu a to v širokém rozsahu požadovaných průtoků a tlaků kapaliny a zajistí stabilizované a řízené otevírání a zavilo raní zpětného ventilu.

Tyto vlastnosti splňuje řešení hydraulicky ovládaného zpětného ventilu pro řízení hydraulických válců podle tohoto užitného vzoru, který sestává z tělesa, v němž je uspořádán hlavní hydraulický válec s řídicím pístem, který je opatřen uzavíracím kuželem, zatíženým pružinou proti těsnicímu sedlu, umístěnému v průtočném prostoru tlakové kapaliny mezi kanály přívodu tlakové kapaliny do tohoto válce a rozvodu z tohoto válce a které jsou upraveny v tomto tělese. K hlavnímu hydraulickému válci je axiálně přidružen pomocný hydraulický válec s ovládacím pístem řídicího pístu, přičemž je pomocný hydraulický válec hydraulicky spojen s přívodním kanálem řízeného otevírání zpětného ventilu. Samotná podstata nového technického řešení spočívá v tom, že přívodní kanál tlakové kapaliny pro hydraulicky řízené otevírání zpětného ventilu je hydrau20 licky spojen s prostorem pomocného hydraulického válce kanálkem. Tento kanálek může být vyústěn proti ploše ovládacího pístu, přilehlé ke dnu pomocí hydraulického válce, přičemž velikost plochy kanálku a velikost této přilehlé plochy ovládacího pístu je v poměru minimálně 1 : 800 a řídicí píst hlavního hydraulického válce je opatřen, pro hydraulické spojení přívodního kanálu s rozvodným kanálem, axiální průchozí dutinou s nejméně jednou radiální dírou, která je z průchozí dutiny řídicího pístu vyústěna na jeho válcovém povrchu, před uzavíracím kuželem řídicího pístu. Podstatu řešení hydraulicky ovládaného zpětného ventilu podle technického řešení dále tvoří tyto jeho konkrétní úpravy

Velikost plochy ovládacího pístu a mezikruhové plochy uzavíracího kužele řídicího pístu je provedena v poměru 1,6 až 5 : 1.

Kanálek pomocného hydraulického válce je proveden v jeho stěně anebo v jeho dnu, které je v tomto případě překryté čelní plochou přidružené závitové koncovky se štěrbinou pro hydraulické spojení kanálku s přívodním kanálem hydraulicky řízeného otevírání zpětného ventilu a pro filtraci tlakové kapaliny.

Vnitřní prostory hlavního hydraulického válce těsnicího sedla a pomocného hydraulického válce tvoří společnou komoru pro posuv řídicího pístu a ovládacího pístu.

Přehled obrázků na výkrese

Na připojeném výkrese je znázorněno příkladné provedení hydraulicky ovládaného zpětného ventilu podle užitného vzoru v nárysném podélném řezu. Obr. 1 představuje základní provedení tohoto zpětného ventilu a na obr. 2 je tentýž ventil ve variantě s filtrační štěrbinou tlakové kapa40 líny.

Příklady provedení technického řešení

Hydraulicky ovládaný zpětný ventil v provedení podle obr. 1 sestává z tělesa i v němž je odvrtáno válcové vybrání 12, ve kterém je uložen hlavní hydraulický válec 3 s řídicím pístem 4, na jehož obvodě je proveden uzavírací kužel 10. Tento je společně s řídicím pístem 4 zatížen pruži45 nou 9 proti těsnicímu sedlu 8 ve tvaru prstence, které je umístěno ve válcovém vybrání 12 tělesa i přilehle k hlavnímu hydraulickému válci 3. Na těsnicí sedlo 8 přilehle navazuje pomocný hyd-2CZ 16662 Ul raulický válec 5 s ovládacím pístem 6 řídicího pístu 4. Řídicí píst 4 hlavního hydraulického válce 3 je odvrtán ve své ose průchozí dutinou 18 a před, resp. pod uzavíracím kuželem 10 je do dutiny 18 kolmo navrtáno několik děr 11. Dále je v tělese i v ose jeho válcového vybrání 12, vyvrtán přívodní kanál 14, který navazuje na hlavní hydraulický válec 3. Kanál 14 slouží současně k vy5 pouštění tlakové kapaliny ze zpětného ventilu. Vyvrtány jsou v tělese i rovněž rozvodné kanály 15, které jsou vedeny k hlavnímu hydraulickému válci 3 kolmo a se kterými jsou hydraulicky spojeny prostřednictvím přepouštěcích otvorů 13 tohoto válce 3 na jeho konci u těsnicího sedla 8 a rovněž vyvrtány přívodní kanály 16 pro hydraulicky řízené otevírání zpětného ventilu, které jsou vedeny k pomocnému hydraulickému válci 5 kolmo a s ním hydraulicky spojeny prostředío nictvím kanálku 2 těsně u dna válce 5. Všechny tyto kanály 14, 15, 16 jsou vybaveny obvyklým systémem pro napojení hydraulických hadic k tělesu i zpětného ventilu, utěsnění a zajištění spoje proti uvolnění pomocí zástrčných spon v otvorech. Obvykle jsou v tělese! rovněž vyvrtány díry, pro mechanické uchycení zpětného ventilu na jim řízený hydraulický válec, jak je znázorněno na obr. 1 a 2. Čelní plocha ovládacího pístu 6 je na své hraně zkosená proti ústí kanálku 7, čímž je vytvořena ploška pro počáteční tlak přivedené tlakové kapaliny z kanálku 7 na ovládací píst 6. Hlavní hydraulický válec 3, těsnicí sedlo 8 a pomocný hydraulický válec 5 jsou ve společném válcovém vybrání 12 tělesa 1 zpětného ventilu po obvodě utěsněny O-kroužky a axiálně sevřeny zašroubovaným závitovým koncem pomocného hydraulického válce 5 v závitu 19 válcového vybrání 12 tělesa i zpětného ventilu. Variantně může být provedeno toto axiální sevření prostřednictvím samostatné závitové koncovky 2 zašroubované v závitu 19 válcového vybrání 12 tělesa 1 zpětného ventilu, jak je znázorněno na obr. 2. V tomto případě je závitová koncovka 2 opatřena štěrbinou 20 nebo tuto vytváří provedeným zahloubením na své ploše ve styku s pomocným hydraulickým válcem 5. Účelem štěrbiny 20 je filtrovat tlakovou kapalinu přicházející ke kanálku 7, proto je její šířka menší než průměr kanálku 7. Pro správnou funkcí zpětného ven25 tilu pro konkrétní světlost a požadované průtočné množství je rozhodující poměr mezikruhově plochy řídicího pístu 4, plochy ovládacího pístu 6 a plochy kanálku 7. S ohledem na požadovanou odolnost hydraulicky ovládaného zpětného ventilu proti jeho nežádoucímu otevření při nenadálém růstu tlaku v přívodním kanále 16, tvoří plocha ovládacího pístu 1,6 až 5 násobek mezikruhové plochy řídicího pístu 4. Pro řízení a stabilizaci rychlosti posuvu ovládacího pístu 6 v pomocném válci 5 v obou směrech pohybu a tlumení kmitů tohoto pístu 6 je jeho plocha k ploše kanálku 7 v poměru 800 : 1 nebo větším. Tento a vyšší poměr zajišťuje rovněž dostatečné hydrodynamické tlumení pohybu ovládacího pístu 6 a tím i utlumení všech potenciálních kmitů. Alternativně může být vyvrtán kanálek 7 ve dnu pomocného hydraulického válce 5, které je v tomto případě překryté čelní plochou přidružené závitové koncovky 2, se štěrbinou 20 pro hydraulické spojení kanálku 7 s přívodním kanálem 16 hydraulicky řízeného otevírání zpětného ventilu. Vnitřní prostoty hlavního hydraulického válce 3 těsnicího sedla 8 a pomocného hydraulického válce 5 tvoří společnou komoru 17 pro posuv řídicího pístu 4 a ovládacího pístu 6. Při jejich nezatíženém postavení tlakovou kapalinou je mezi přilehlými plochami těchto pístů 4 a 6 mezera 21, přibližně 1 mm.

V pracovním režimu tlaková kapalina vstupuje do zpětného ventilu přívodním kanálem 14, prochází dutinou 18 řídicího pístu 4, radiálními děrami Π. a společnou komorou 17 mezi řídicím pístem 4 a ovládacím pístem 6 k těsnicímu sedlu 8 a tlakem stlačuje pružinu 9 řídicího pístu 4, resp. čímž se nadzvedne jeho uzavírací kužel 10 z těsnicího sedla 8 a kapalina proudí přes propouštěcí otvory 13 do rozvodných kanálů 15 k hydraulickému válci, který je ovládán zpětným ventilem, např. k hydraulickým stojkám mechanizované důlní výztuže. V okamžiku nárůstu tlaku kapaliny v rozvodných kanálech 15 na úroveň jejího tlaku v přívodním kanále 14, dochází k zastavení průtoku kapaliny a pružina 9 posouvá uzavírací kužel 10 řídicího pístu 4 zpět do těsnicího sedla 8 a zpětný ventil se uzavírá. V rozvodných kanálech 15 a tím i v hydraulických stojkách výztuže je kapalina uzavřena, tlak uzamčen a v rozvodných kanálech 15 je udržován i při poklesu tlaku kapaliny v přívodním kanále 14. Podnětem z vnějšího prostředí může tímto dojít k dalšímu navýšení tlaku v hydraulických stojkách výztuže a v rozvodných kanálech 15 zpětného ventilu.

-3CZ 16662 Ul

Při řízeném otevírání hydraulicky ovládaného zpětného ventilu, kdy tato jeho funkce se uplatňuje např. při plenění hydraulických stojek mechanizované důlní výztuže, je přivedena tlaková kapalina kanálem 16 řízeného otevírání zpětného ventilu, přes kanálek 2 pod ovládací píst 6. Ovládací píst 6 se začne posouvat směrem k řídicímu pístu 4 definovanou rychlostí, která je určena průto5 kem tlakové kapaliny přes kanálek 7 a zatlačí na řídicí píst 4. Jelikož mezikruhová plocha řídicího pístu 4, na kterou působí provozní tlak kapaliny z rozvodného kanálu 15, je menší než plocha ovládacího pístu 6, na který působí tlaková kapalina přivedená kanálkem 7 z kanálu 16, dojde k vysunutí uzavíracího kužele 10 z těsnicího sedla 8. Za tohoto stavu dojde ihned v počáteční fázi posunu řídicího pístu 4 a tím pootevření těsnicího sedla 8, k průtoku tlakové kapaliny z rozío vodného kanálu 15, tzn. k jejímu přetoku z uzamčeného prostoru hydraulických stojek důlní výztuže, přes propouštěci otvory 13 a těsnicí sedlo 8 do společné komory 17 mezi ovládacím pístem 6 a řídicím pístem 4. To způsobí navýšení tlaku tlakové kapaliny v této komoře 17, které má za následek zpomalení nebo zastavení pohybu obou pístů 4, 6 až do poklesu tohoto tlaku odtečením kapaliny do odpadu kanálem 14. Pokles tlaku v prostoru kanálu 14 umožní další pohyb řídi15 čího pístu 4 tlačeného ovládacím pístem 6 až dojde k postupnému a úplnému otevření zpětného ventilu. Při přerušeném působení tlaku v kanále 14, tj. při uvolnění tlaku pod ovládacím pístem 6, dojde v důsledku současného působení pružiny 9 a tlaku v rozvodném kanále 15 k posunu řídicího pístu 4 ve směru k těsnicímu sedlu 8 a tím k uzavření ventilu, tzn. k opětovnému uzamčení prostoru v rozvodném kanále 15. Rychlost zpětného posuvu ovládacího pístu 6 a řídicího pístu 4 je závislá na tlaku v rozvodném kanále 15 a poměru mezikruhové plochy řídicího pístu 4, plochy ovládacího pístu 6 a plochy kanálku 7.

Claims (5)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Hydraulicky ovládaný zpětný ventil pro řízení hydraulických válců, který sestává z tělesa, v němž je uspořádán hlavní hydraulický válec s řídicím pístem, opatřeným uzavíracím kuželem,

25 zatíženým pružinou proti těsnicímu sedlu, umístěnému v průtočném prostoru tlakové kapaliny mezi kanály přívodu tlakové kapaliny do tohoto válce a rozvodu z tohoto válce, které jsou upraveny v tělese, přičemž je k hlavnímu hydraulickému válci axiálně přidružen pomocný hydraulický válec s ovládacím pístem řídicího pístu, hydraulicky spojený s přívodním kanálem řízeného otevírání zpětného ventilu, vyznačující se tím, že přívodní kanál (16) tlakové kapa30 liny pro hydraulicky řízené otevírání zpětného ventilu je hydraulicky spojen s prostorem pomocného hydraulického válce (5) kanálkem (7), přičemž velikost plochy kanálku (7) a velikost plochy ovládacího pístu (6) pomocného hydraulického válce (5) je v poměru minimálně 1 : 800 a že řídicí píst (4) hlavního hydraulického válce (3) je opatřen, pro hydraulické spojení přívodního kanálu (14) s rozvodným kanálem (15), axiální průchozí dutinou (18), s nejméně jednou radiální

35 dírou (11), vyústěnou z této dutiny (18) před uzavíracím kuželem na řídicím pístu (4).

2. Hydraulicky ovládaný zpětný ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost plochy ovládacího pístu (6) a mezikruhové plochy řídicího pístu (4) je v poměru 1,6 až 5 : 1.

3. Hydraulicky ovládaný zpětný ventil podle nároků 1 nebo 1 a 2, vyznačující se

40 t í m, že kanálek (7) pomocného hydraulického válce (5) je upraven v jeho stěně.

4. Hydraulicky ovládaný zpětný ventil podle nároků 1 nebo 1 a 2, vyznačující se tím, že kanálek (7) pomocného hydraulického válce (5) je upraven v jeho dnu, překrytém přidruženou závitovou koncovkou (2) se štěrbinou (20), pro hydraulické spojení kanálku (7) s přívodním kanálem (16) hydraulicky řízeného otevírání zpětného ventilu a pro filtraci tlakové ka45 paliny.

-4CZ 16662 Ul

5. Hydraulicky ovládaný zpětný ventil podle nároků 1 a 3 nebo 1 a 4 nebo 1, 2 a 3 nebo 1,2 a 4, vyznačující se tím, že vnitřní prostory hlavního hydraulického válce (3), těsnicího sedla (8) a pomocného hydraulického válce (5) tvoří společnou komoru (17) pro posuv řídicího pístu (4) a ovládacího pístu (6).