CZ19428U1 - Pojistný a rázový ventil pro ochranu hydraulických jednotek - Google Patents

Description

Pojistný a rázový ventil pro ochranu hydraulických jednotek

Oblast techniky ¹ Užitný vzor se týká pojistného a rázového ventilu pro ochranu hydraulických jednotek, zejména hydraulických válců mechanizovaných výztuží hlubinných dolů proti důlním otřesům a podob5 ným přetížením. Jedná se o hydraulické jednotky, které pracují s pojistným tlakem kapaliny v rozmezí od 30 MPa až do 50 MPa, kde hydraulickým médiem je zpravidla vodní emulze tj. voda s určitým obsahem lubrikačního a konzervačního přípravku.

Dosavadní stav techniky

Pojistné ventily pro ochranu hydraulických jednotek, označované také jako ventily pro důlní ío otřesy nebo rázové ventily, se používají u hydraulických výztuží tam, kde jsou důvody k obavám, že vlivem důlních otřesů dojde k přetížení hydraulických stojek těchto výztuží a v důsledku toho k jejich poškození a tím i k ohrožení osob pracujících v dole.

Dosavadně známé pojistné ventily pro ochranu hydraulických válců mechanizovaných výztuží hlubinných dolů jsou řešeny jako dvojstupňové, které používají ovládací píst přímo nebo nepří15 mo působící na hlavní píst pojistného ventilu. Například je známé řešení pojistného ventilu obsahující ovládací píst, který je posuvný ve vnitřním vrtání ventilového pouzdra proti nastavitelné síle opěrné pružiny ventilu. Ovládací píst uzavírá vrtání přestavitelného členu, který spojuje prostor, v němž je uložena opěmá pružina a který je napojen na vnější volné ovzduší s tlakovou stranou chráněné hydraulické jednotky. Vrtání přestavitelného členu je v první fázi působení pojistného ventilu ovládacím pístem odkrýváno pro uvolňovací vypouštění tlakové kapaliny z tlakového prostoru hydraulické jednotky. Ovládací píst je pracovně spojen s hlavním pístem ventilu, který je opatřen axiálním vrtáním s radiálními otvory a je posuvně veden v rozšířeném hlavním vrtání ventilového pouzdra a přesuvný do vyrovnávací komory, ležící mezi čelem hlavního pístu a přestavitelným členem aje těsněn vůči hlavnímu vrtání ventilového pouzdra. V pláš25 ťové stěně ventilového pouzdra jsou vytvořeny radiální průchody, spojené s vnějším volným ovzduším, které jsou zakryté hlavním pístem a při překročení pojistného tlaku dojde ke zdvihu hlavního pístu a ke spojení tlakového prostoru hydraulické jednotky s volným ovzduším přes radiální otvory. Pojistné ventily této konstrukce mají poměrně malé rozměry, avšak mají pouze maximální objemový průtok kolem 1000 1/mín. Nevýhodou u těchto pojistných ventilů jsou nedostačující uzavírací hodnoty.

Dokonalejší řešení pojistného ventilu pro ochranu hydraulických jednotek je známé např. z patentového spisu CZ 288 696 (DE 1993/4302080). Ovládací píst a hlavní píst tohoto pojistného ventilu tvoří oddělené jednotky, kde hlavní píst je posuvný proti stavěči pružině, opřené na zadním čele přestavitelného členu. Axiální vrtání hlavního pístu je prodlouženo zúženým průchozím axiálním vrtáním, spojujícím tlakový prostor hydraulické jednotky s vyrovnávací komorou, spojenou se slepým vrtáním ovládacího pístu. Tyto známé pojistné ventily pracují na principu přímého posouvání ventilového pístu a odkrývání odtokových otvorů v hlavním pístu v důsledku vzrůstajícího tlaku v jištěném prostoru proti tlaku pružiny. Pro dosažení většího průtoku kapaliny je potřeba zvětšovat rozměry ventilového pístu a zejména odtokových děr. To vede k problémům s jejich spolehlivým těsněním a velké prostorové náročnosti pružiny, která musí být v odpovídající míře velká a dlouhá, aby byla schopná vyvinout potřebnou sílu, čímž vzniká nutnost zvětšení rozměrů celého pojistného ventilu. Dostatečně uspokojivé nejsou rovněž dynamické parametry u těchto pojistných ventilů, zvláště rychlost otevírání při prudkém nárůstu tlaku v tlakovém prostoru chráněné hydraulické jednotky a s tím spojený vznik velkých tlakových špiček.

Cílem tohoto užitného vzoruje proto vytvořit pojistný ventil poměrně mých rozměrů, umožňující velký průtok kapaliny a mající zejména vysokou rychlost vypouštění kapaliny při prudkém nárůstu jejího tlaku v tlakovém prostoru chráněné hydraulické jednotky pri jejím přetížení, zejména vlivem důlních otřesů.

- 1 CZ 19428 Ul

Podstata technického řešeni

Uvedeného cíle je dosaženo dvojstupňovým uspořádáním pojistného a rázového ventilu pro ochranu hydraulických jednotek, Jeho konstrukce je založena na dosud známém základním uspořádání pojistného ventilu, který je tvořen tělesem, majícím v nitru válcovou komoru s radiálně vyústěnými výtokovými otvory tlakové kapaliny. Do tělesa je z jedné strany axiálně zaústěn přívod tlakové kapaliny z chráněné hydraulické jednotky a v jeho válcové komoře je posuvně uložena proti pružině uzavírací kuželka přívodu tlakové kapaliny, která má průchozí kanálek. Válcová komora v tělese je z druhé strany uzavřena uzávěrem, ve kterém je posuvně uložen proti stavitelné pružině pomocný píst s ovládacím pístem. Podstata řešení pojistného a rázového ven10 tilu podle užitného vzoru spočívá v tom, že válcová komora tělesa ventilu je z jedné strany uzavřena uzávěrem s prodlouženým vnitřním hrdlem, které je opatřeno radiálními přepouštěcími otvory. Z druhé strany je do válcové komory zaústěn přívod tlakové kapaliny, kterýje uzavírán kuželkou, která je umístěna ve válcové komoře na vnitřním hrdle uzávěru proti pružině za uzávěrem válcové komory, Kuželka je opatřena průchozím kanálkem a vnitřním válcovým prostorem, i5 spojeným s průchozím kanálkem. Ve válcovém prostoru je uložena jedním koncem zátka, kterou je uzavřeno vnitřní hrdlo uzávěru válcové komory. Druhý konec zátky ve vnitřním hrdle uzávěru nese pomocný píst, který je současně posuvně uložen ve vnitřním hrdle uzávěru. V uzávěru je uložen ovládací píst, zasahující svým jedním koncem s náběhem do propouštěcí a těsnicí manžety umístěné ve vnitru pomocného pístu. Ovládací píst se opírá svým druhým koncem, vyčníva20 jícím z uzávěru válcové komory, o stavitelnou pružinu prostřednictvím přítlačného talířku. Mezi přítlačným talířkem a uzávěrem válcové komory je umístěn zesilovač síly stavitelné pružiny, působící na začátku zdvihu ovládacího pístu. Zesilovačem síly stavitelné pružiny může být např. permanentní magnet, upevněný na čelní ploše přítlačného talířku proti uzávěru válcové komory. Podstatou ventilu podle tohoto užitného vzoru jsou rovněž tato jeho eventuální konkrétní prove25 dění. Kuželka je opatřena těsnicím sedlem, které směřuje proti těsnicí hraně v ústí přívodu tlakové kapaliny, která je vytvořena o větším průměru, než je průměr tohoto přívodu. Na kuželce je vytvořeno osazení pronikající do přívodu tlakové kapaliny. Propouštěcí a těsnicí manžeta je opatřena na čele vybráním ve tvaru V a na ovládacím pístu je proveden náběh o menším průměru než je vnitřní průměr manžety. Hloubka válcového prostoru kuželky je rovná nebo větší než je vzdálenost radiálních přepouštěcích otvorů vnitřního hrdla uzávěru válcové komory od čela zátky.

Řešením pojistného a rázového ventilu podle užitného vzoru lze dosáhnout velmi dobrých dynamických parametrů, zvláště rychlosti otevírání.při prudkém nárůstu tlaku v chráněném prostoru hydraulické jednotky a tím výrazně omezit vznik tlakových špiček. Uvedených funkčních vlast35 nosti se dosahuje dvojstupňovým uspořádáním ventilu, kde hlavní - velký průtok je řízen ovládacím průtokem. Ovládací průtok je vytvářen pomocí ovládacího pístu, jenž má nelineární závislost přítlačné síly na svém zdvihu. Tuto nelineární závislost ovládacího pístu lze s výhodou realizovat kombinací síly stavitelné přítlačné pružiny a zesilovače síly stavitelné přítlačné pružiny. V důsledku této vlastnosti dojde při pohybu ovládacího pístu ze své klidové polohy nejprve k poklesu přítlačné síly působící na něj a následně k jejímu zvyšování až do konce zdvihu ovládacího pístu. To umožňuje nejen rychlé otevření ventilu, ale i jeho včasné uzavření při velkém průtoku kapaliny, což je mimořádně důležité zejména u pojistného a rázového ventilu, kterými jsou vybavovány důlní hydraulické mechanizované výztuže, které jsou určeny do porubů ohrožených horskými otřesy.

Přehled obrázků na výkresech '

Na připojených výkresech jsou znázorněna dvě příkladná provedení pojistného a rázového ventilu pro ochranu hydraulických jednotek, podle užitného vzoru. Na obr. 1 je v nárysném pohledu a podélném řezu jedno provedení ventilu a na obr. 2 je v nárysu a podélném řezu druhé, variantním provedení ventilu pro velký průtok.

-2CZ 19428 Ul

Příklady provedení

Pojistný a rázový ventil v provedení podle užitného vzoru, znázorněný na obr. 1, se skládá, jako dosavadní pojistné ventily hydraulických jednotek, z tělesa i válcového tvaru, které je opatřeno spojem umožňujícím připojení k chráněnému prostoru hydraulické jednotky, v tomto případě k hydraulickému válci mechanizované důlní výztuže. V nitru má těleso i válcovou komoru 3 s radiálně vyústěnými výtokovými otvory 21 tlakové kapaliny. Do válcové komory 3 je z jedné strany v ose tělesa I zaústěn přívod 20 tlakové kapaliny z chráněné hydraulické jednotky a proti tomuto přívodu 20 je ve válcové komoře 3 posuvně uložena kuželka 2 s průchozím kanálkem 5, která je na těsnicí hranu 22 přitlačována pružinou 4. Z druhé strany je válcová komora 3 uzavřelo na uzávěrem 6 v němž je uložen pomocný píst 8 a ovládací píst 10. Ovládací píst 10 je posuvně uložen v uzávěru 6 přes talířek 13 proti stavitelné pružině 12.

Nově je konstrukce pojistného a rázového ventilu řešena tak, že uzávěr 6 válcové komory 3 tělesa I je proveden s prodlouženým vnitřním hrdlem 25, které má radiální přepouštěcí otvory 16 a které je uzavřeno jedním koncem zátky 7 s průchozím vrtáním 26 v ose. Zátka 2 tvořící s uzávě15 rem 6 jeden funkční celek je zároveň svým druhým koncem umístěná nehybně ve vnitřním válcovém prostoru 18 provedeném v kuželce 2, kterýje zátkou 7 uzavřen a utěsněn těsnicím kroužkem 23. Funkční podmínkou pak je, že hloubka válcového prostoru 18 kuželky 2 musí být rovná nebo větší než je vzdálenost radiálních přepouštěcích otvorů 16 vnitřního hrdla 25 od čela zátky 7. Na konci zátky 7, který se nachází uvnitř vnitřního hrdla 25, je veden, uložen a těsněn těsnicím kroužkem 27 pomocný píst 8 v provedení jednostranně otevřeného dutého válečku, v jehož dutině je hybně umístěna těsnicí a propouštěcí manžeta 9. V uzávěru 6, je proti pomocnému pístu 8 posuvně uložen a těsněn těsnicím kroužkem H ovládací píst 10. Ovládací píst 10 zasahuje přes těsnicí a propouštěcí manžetu 9 do dutiny pomocného pístu 8, Těsnicí a propouštěcí manžetou 9 prochází ovládací píst 10 svým kuželovým náběhem 24. Pri vysunutém ovládacím pístu JO z těsnicí a propouštěcí manžety 9 je umožněn průtok kapalíny kolem povrchu pomocného pístu 8 přes radiální přepouštěcí otvory J_6 do válcové komory 3 a z této přes výtokové otvory 21 a nátrubek lg do venkovního prostředí. Na pístnici ovládacího pístu 10, který přečnívá z uzávěru 6 je nasazen přítlačný talířek 13 s tlačnou stavitelnou pružinou 12, která se opírá o seřizovači šroub 15 zašroubovaný v tělese 1 ventilu. Mezi přítlačným talířkem J3 a uzávěrem 6 je umístěn zesilo30 vač 14 síly stavitelné pružiny 12, působící na začátku zdvihu ovládacího pístu 10. V tomto příkladném provedení pojistného a rázového ventilu tvoří zesilovač 14 permanentní magnet, který je připevněn k čelní ploše přítlačného talířku 13. Válcový prostor 18 kuželky 2 je spojen průchozím kanálkem 5 s přívodem 20 tlakové kapaliny. Část kuželky 2, která zasahuje do přívodu 20 tlakové kapaliny je zúžena do menšího průměru, na němž je upevněno těsnicí sedlo 17, které směřuje proti těsnicí hraně 22 tělesa 1. Proti těsnicí hraně 22 je těsnicí sedlo 17 kuželky 2 v její výchozí poloze přitlačeno pružinou 4. Těsnicí hrana 22 je provedena na větším průměru než je průměr přívodu 20 tlakové kapaliny, do něhož zasahuje osazení 28 kuželky 2. Je-li v tlakovém prostoru chráněné hydraulické jednotky menší tlak než nastavený jmenovitý pojistný tlak, je kuželka 2 dotlačována svým sedlem 17 na těsnicí hranu 22 tělesa 1 silou pružiny 4 a hydraulic40 kou silou vznikající v důsledku tlaku působícího na plochu mezikruží mezi těsnicím průměrem sedla 17 a vnitřním průměrem válcového prostoru 18 kuželky 2. Pomocný píst 8, nesoucí propouštěcí a těsnící manžetu 9, je již působením malého tlaku kapaliny dotlačen na uzávěr 6. Ovládací píst 10 je silou stavitelné pružiny 12 a silou permanentního magnetu dotlačován na uzávěr 6 a v této pozici je ve výchozí poloze. Tímto je jištěný tlakový prostor hydraulické jednotky pojist45 ným a rázovým ventilem utěsněn. Stoupne-li tlak v jištěném prostoru nad nastavenou jmenovitou hodnotu, překoná síla vyvozená tímto tlakem na ploše ovládacího pístu 10 součet sil stavitelné pružiny 12 a permanentního magnetu a dojde k pohybu ovládacího pístu 10, který po krátkém zdvihu v těsnicí a propouštěcí manžetě 9 umožní průtok kapaliny z válcového prostoru 18, přes zátku 7, do prostoru vnitřního hrdla 25, před pomocným pístem 8, tj. mezi ovládací píst 10 a pomocný píst 8. Vzhledem k tomu, že pomocný píst 8 je přitlačen na uzávěr 6 dojde ke zvýšení tlaku na ovládací píst 10 a tím k urychlení jeho pohybu a k ještě většímu otevření prostoru před pomocným pístem 8, k čemuž významně přispívá i pokles síly permanentního magnetu pri vzda-3CZ 19428 Ul lování se od uzávěru 6. V důsledku zvýšeného tlaku v prostoru mezi ovládacím pístem 10 a pomocným pístem 8 dojde rovněž k posunu pomocného pístu 8 v opačném směru než se pohybuje ovládací píst ]0 a to dále zvýší protékající množství kapaliny v mezeře mezi ovládacím pístem a těsnicí a propouštěcí manžetou 9. V důsledku tohoto průtoku dojde k poklesu tlaku, ve vál5 covém prostoru 18 kuželky 2. Tento pokles tlaku způsobí pohyb kuželky 2 proti síle přítlačné pružiny 4 a tím otevření průtoku kapaliny přes sedlo 17 kuželky 2. Je-li pokles tlaku ve válcovém prostoru 18 po otevření kuželky 2 dostatečně velký, silou stavitelné pružiny 12 a permanentního magnetu dojde ke zpětnému pohybu ovládacího pístu 10 až do jeho výchozí- polohy. Zpětnému pohybu napomáhá rovněž postupně se zvyšující pritažná síla permanentního magnetu při přiblí10 žení se k uzávěru 6, Zpětný pohyb ovládacího pístu 10 způsobí nárůst tlaku před a pokles tlaku za těsnicí a propouštěcí manžetou 9 v pomocném pístu 8. V důsledku toho se pomocný píst 8 začne pohybovat do své výchozí polohy směrem k uzávěru 6 a tím zcela uzavře průtok kapaliny z válcového prostoru j_8 přes přepouštěcí otvory 16 do válcové komory 3. V důsledku přítoku kapaliny přes průchozí kanálek 5 do válcového prostoru 18 stoupne v tomto prostoru 1J tlak, což způsobí zpětný pohyb kuželky 2 a úplné uzavření přívodu 20 tlakové kapaliny. Tímto se vyrovná tlak v jištěném prostoru hydraulické jednotky a ve válcovém prostoru 18 kuželky 2. Je-li tlak ve válcovém prostoru 18 nižší než jmenovitý tlak pojistného a rázového ventilu, činnost ventilu se ukončí. Je-li tlak v jištěném prostoru vyšší než jmenovitý tlak ventilu, cyklus otevření ventilu se opakuje tak dlouho, pokud nedojde k dostatečnému poklesu tlaku v jištěném prostoru. Je-li ná20 růst tlaku v jištěném prostoru velmi rychlý nebo odpouštěné množství kapaliny přes pojistný a rázový ventil nestačí snížit tlak v jištěném prostoru, dojde k úplnému otevření kuželky 2. Tato pak částečně překryje radiální přepouštěcí otvory 16, tím stoupne tlak rovněž v prostoru před ovládacím pístem 10 a ten zůstane otevřen dokud tlak v jištěném prostoru dostatečně neklesne. Je-li tedy tlak v jištěném prostoru vysoký i pri téměř plně otevřené kuželce 2 v přívodu 20 tlako25 vé kapaliny, zůstane kuželka 2 zcela vysunutá a umožní maximální průtok kapaliny přímo přes výtokové otvory 21 a nátrubek 19 z ventilu ven. Teprve po poklesu tlaku na hodnotu blízkou jmenovitému tlaku ventilu se začne kuželkou 2 zavírat přívod 20 tlakové kapaliny a jejím posunem se současně odkryjí radiální přepouštěcí otvory 16. Tím se obnoví původně nastavené průtokové poměry i funkce ovládacího pístu W a pomocného pístu 8, což způsobí včasné uzavření celého pojistného a rázového ventilu, jak je popsáno výše. Varianta pojistného a rázového ventilu pro velký průtok kapaliny, například do 10 0001/min, který je znázorněn na obr. 2, má vzhledem k velké světlosti přívodu 20 tlakové kapaliny kuželku 2 tvarovanou jako mezikruhovou. Tím se dosáhne přiměřeně menších nároků na ovládací sílu a menšího objemu kapaliny potřebné k jejímu ovládání. Ovládací tlak působí opět jen na mezikruhovou plochu kuželky 2.

Průchozí kanálek 5 může být v tomto případě nahrazen mezikruhovou štěrbinou. Ostatní díly, zejména ovládací píst 10 a pomocný píst 8, zůstávají v principu stejné.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Poj istný a rázový ventil pro ochranu hydraulických j ednotek, tvořený tělesem (1) maj ícím v nitru válcovou komoru (3) s radiálně vyústěnými výtokovými otvory (21) tlakové kapaliny, do

   40 něhož je z jedné strany axiálně zaústěn přívod (20) tlakové kapaliny z chráněné hydraulické jednotky, ve válcové komoře (3) je posuvně uložena proti pružině (4) kuželka (2) s průchozím kanálkem (5), přičemž válcová komora (3) je z druhé strany uzavřena uzávěrem (6) obsahujícím pomocný píst (8) s ovládacím pístem (10), které jsou posuvně uloženy v uzávěru (6) proti stavitelné pružině (12), vyznačující se tím, že válcová komora (3) je z jedné strany uza45 vřena uzávěrem (6) s vnitřním hrdlem (25), opatřeným radiálními přepouštěcími otvory (16) a z druhé strany je do ní zaústěn přívod (20) tlakové kapaliny, který je uzavíratelný kuželkou (2) umístěnou ve válcové komoře (3) a vedenou na vnitřním hrdle (25) uzávěru (6) proti pružině (4), přičemž kuželka (2) má průchozí kanálek (5) a na něj navazující .válcový.prostor (18), ve kterém je jedním koncem uložena zátka (7) vnitřního hrdla (25), která nese svým druhým koncem po-4CZ 19428 Ul mocný píst (8), jenž je posuvně uložen ve vnitřním hrdle (25) uzávěru (6), přičemž v uzávěru (6) a pomocném pístu (8) je uložen, skrze propouštěcí a těsnicí manžetu (9) pomocného pístu (8), přilehle proti zátce (7) vnitřního hrdla (25), ovládací píst (10), opírající se o stavitelnou pružinu (12) prostřednictvím přítlačného talířku (13), přičemž za ovládacím pístem (10) a uzávěrem (6) s je umístěn zesilovač (14) síly stavitelné pružiny (12) v začátku zdvihu ovládacího pístu (10).
2. 2. Pojistný a rázový ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že zesilovačem (14) síly stavitelné pružiny (12) je permanentní magnet.
3. 3. Pojistný a rázový ventil podle nároku 1 nebo nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že kuželka (2) je opatřena těsnicím sedlem (17), směřujícím proti těsnicí hraně (22) v ústí přívoio du (20) tlakové kapaliny, která je vytvořena o větším průměru, než je průměr tohoto přívodu (20), přičemž na kuželce (2) je vytvořeno osazení (28) pronikající do přívodu (20) tlakové kapaliny,
4. 4. Pojistný ventil podle nároku 1 nebo nároků 1 až 3, vy z n a č uj í c í se tím, že propouštěcí a těsnicí manžeta (9) je opatřena na čele vybráním ve tvaru V a na ovládacím pístu (10)

   15 je vytvořen náběh (24) o menším průměru než je vnitřní průměr manžety (9).
5. 5. Pojistný ventil podle nároku 1 nebo nároků laž4, vyznačující se tím, že hloubka válcového prostoru (18) kuželky (2) je rovná nebo větší než je vzdálenost radiálních přepouŠtěcích otvorů (16) vnitřního hrdla (25) uzávěru (6) válcové komory (3) od čela zátky (7).
6. 6. Pojistný ventil podle nároku 1 nebo nároků laž5, vyznačující se tím, že pro20 pouštěcí a těsnicí manžeta (9) pomocného pístu (8) je umístěna v. pomocném pístu (8) neposuvně.