PL166692B1 - Zawór hydrauliczny - Google Patents

Abstract

1. Zawór hydrauliczny, mający kadłub z gniazdem uszczelniającym na obwodzie trzpieniowego suwaka, obciążonego jednostronnie dociskową sprężyną, w którym przepływ odbywa się na zewnątrz suwaka, znamienny tym, że gniazdo (2), korzystnie z poliamidu, jest uszczelnione uszczelką (5) względem kadłuba (6) na obwodzie zewnętrznym, a od wewnętrznej średnicy dopasowane z lekkim wciskiem do walcowej powierzchnisuwaka (1) na szerokości (s) równej niewielkiej części jego długości, przy czym jedna powierzchnia (2b) gniazda (2) przylega ściśle do pierścienia (3a) dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka (1) również na szerokości (s1) równej niewielkiej części jego długości, który korzystnie stanowi elementprowadzącejsuwak (1) śruby (3) z promieniowymi otworami (15).

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór hydrauliczny do otwierania i zamykania przepływu cieczy w układzie hydraulicznym.

Jednym z podstawowych typów dotychczas znanych zaworów hydraulicznych jest zawór z grzybkiem dociskanym do gniazda, przy czym grzybek ten ma najczęściej kształt kuli lub stożka. Gdy zawór tego typu działa jako zwrotny i ciecz pod ciśnieniem znajduje się od strony grzybka, ciecz ta dociska grzybek do gniazda poprawiając szczelność zaworu. Natomiast, gdy ciecz pod ciśnieniem jest zgromadzona od strony gniazda, jak to ma miejsce w zaworach bezpieczeństwa i zaworach przelewowych, grzybek musi być dociskany do gniazda przy użyciu siły, na przykład sprężyny lub siły sprężonego gazu i w chwili równoważenia się tej siły przez siłę cieczy pod ciśnieniem występuje nieszczelność zaworu. W przypadku, gdym zawór z grzybkiem dociskanym do gniazda pracuje jako odcinający i gdy ciecz pod ciśnieniem znajduje się od strony grzybka, występują trudności przy otwieraniu zaworu i grzybek należy konstruować jako odciążony,co podnosi znacznie koszty jego produkcji i zmniejsza pewność działania, dając dodatkowe miejsce do uszczelnienia, w którym może nastąpić wyciek. Duże siły występujące w tego typu zaworach, przy wysokim ciśnieniu cieczy, uniemożliwiają automatyzację układów hydraulicznych.

Z powyższych względów w ostatnich latach w hydraulice, zwłaszcza sterowniczej, znalazł zastosowanie zawór z suwakiem tulejowym zaopatrzonym w szereg małych 0 1 mm promieniowych otworków rozmieszczonych na jego obowdzie. Otworki te łączą się z centrycznym kanałem wykonanym wewnątrz suwaka. Suwak w czasie działania wykonuje ruch posuwisty wzdłuż swej osi. Gdy otworki rozmieszczone na obwodzie suwaka miną uszczelkę uszczelniającą suwak w kadłubie, następuje przepływ cieczy tymi otworkami do kanału wewnątrz suwaka i dalej do odbiornika, na przykład siłownika hydraulicznego. Gdy suwak wykona ruch powrotny i otworki

166 692 rozmieszczone na jego obwodzie cofną się poza uszczelkę uszczelniającą go w kadłubie, przepływ cieczy ustaje. Powierzchnia przepływu takiego zaworu zależy od liczby otworków wykonanych na obwodzie suwaka w tej samej płaszczyźnie jego przekroju. Ponieważ długość obwodu jest ograniczona i zależna od średnicy suwaka, zawory tego rodzaju mają duże wymiary. Dla zaworu o powierzchni przepływu równej 0,5 cm² na obwodzie suwaka, w jednej płaszczyźnie, należy wykonać 64 otworki 0 1 mm, co znaczy, że w praktyce należy zastosować suwak o średnicy około 50 mm. Przy próbie zastosowania w suwaku otworków większych od 0 1 mm, ich ostre krawędzie kaleczyły uszczelki. Drugą wadą tych zaworów jest duże tarcie występujące pomiędzy suwakiem a uszczelkami uszczelniającymi go w kadłubie. Tarcie to jest powodem dużej histerezy zaworu, czyli dużego rozrzutu pomiędzy ciśnieniem otwierania się i zamykania zaworu. Poza tym siła potrzebna do uruchomienia suwaka w celu otwarcia zaworu jest również stosunkowo duża.

Znany jest także, na przykład z polskiego opisu patentowego nr 154 551, zawór hydrauliczny z gniazdem uszczelniającym na obwodzie trzpieniowego suwaka obciążonego jednostronnie sprężyną dociskową, w którym przepływ odbywa się na zewnątrz suwaka. Suwak jest osadzony w gnieździe kadłuba poprzez kołnierzową tuleję stanowiącą prowadnik suwaka. Tuleja na części długości ma średnicę mniejszą od średnicy gniazda i na długości tego odcinka ma promieniowe otwory oraz osiowe otwory w kołnierzu rozmieszczone obwodowo wokół pobocznicy części cylindrycznej i osiowe kanały w talerzu dociskowej sprężyny suwaka. Na końcu tulei jej średnica zewnętrzna jest równa średnicy gniazda, tworząc ustalający pierścień o powierzchni czołowej skośnej zbieżnie w kierunku osi, zaś gniazdo na końcu ma wewnętrzny pierścieniowy uskok, a głębokość tego gniazda jest większa od długości cylindrycznej części tulei tak, że czołowa powierzchnia tulei oraz uskok tworzą gniazdo uszczelki o przekroju kołowym. W tak skonstruowanym zaworze uzyskano już znaczne zwiększenie przekrojów spływowych nie ograniczonych wielkością suwaka oraz zwiększenie trwałości i szczelności wobec jednorodnej powierzchni suwaka w miejscu współpracy z uszczelką. Sama uszczelka jednak, odkształcając się wywołuje duże siły tarcia i niekorzystną charakterystykę pracy zaworu, jak już wspomniano powyżej.

Powyższe wady i niedogodności dotychczas znanych typów zaworów usuwa całkowicie zawór hydrauliczny, mający kadłub z gniazdem uszczelniającym na obwodzie trzpieniowego suwaka, obciążonego jednostronnie dociskową sprężyną, w którym przepływ odbywa się na zewnątrz suwaka, według wynalazku. Istota wynalazku polega na tym, że gniazdo jest uszczelnione uszczelką względem kadłuba na obwodzie zewnętrznym, a od wewnętrznej średnicy dopasowane z lekkim wciskiem do walcowej powierzchni suwaka na szerokości równej niewielkiej części jego długości. Jedna powierzchnia gniazda przylega ściśle do pierścienia dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka również na szerokości równej niewielkiej części jego długości. Wspomniany pierścień stanowi korzystnie element prowadzącej suwak śruby z promieniowymi otworami. Zawór według wynalazku może mieć ponadto dwa gniazda uszczelniające na obwodzie trzpieniowego suwaka z przewężeniem, uszczelnione uszczelkami względem kadłuba na obwodzie zewnętrznym, a od wewnętrznej średnicy dopasowane z lekkim wciskiem do walcowych powierzchni suwaka na szerokości równej niewielkiej części jego długości. W tym przypadku pierwsze gniazdo jedną powierzchnią przylega ściśle do pierścienia dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka również na szerokości równej niewielkiej części jego długości, który korzystnie stanowi element prowadzącej suwak śruby, a drugie gniazdo jedną powierzchnią przylega ściśle do prowadzącej ten suwak tulei, natomiast przeciwległe powierzchnie obu gniazd opierają się na dystansowej tulei z promieniowymi otworami. Uszczelka drugiego gniazda jest tutaj umieszczona w rowku na jego obwodzie zewnętrznym. W obu przypadkach gniazda są wykonane z poliamidu lub materiału o podobnych właściwościach mechaniczno-flzycznych.

Zawór hydrauliczny według wynalazku zachowuje wszystkie zalety znanego zaworu z przepływem na zewnątrz suwaka, a mianowicie przede wszystkim dużą powierzchnię przepływu przy małych wymiarach, na przykład dla powierzchni przepływu równej 0,5 cm2 średnica suwaka wynosi 10 mm. Zawór ten jest również trwały i szczelny, dzięki tak zwanemu efektowi samouszczelnienia, który polega na zwiększonym docisku uszczelki i gniazda do siebie, do suwaka i do kadłuba, wywołanym powstającymi w tych elementach siłami prostopadłymi do osi wzdłużnej zaworu. Jednocześnie gniazdo wykonane z poliamidu, stykające się na małej szerokości z suwakiem zaworu, pomimo dużego ciśnienia daje małą siłę nacisku na suwak, wywołując niewielkie siły tarcia.

166 692

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór hydrauliczny skonstruowany jako zawór bezpieczeństwa, a fig. 2 - zawór hydrauliczny skonstruowany jest reduktor ciśnienia.

Zawór hydrauliczny, wykonany jako zawór bezpieczeństwa, ma trzpieniowy suwak 1 o średnicy d i gniazdo 2 dopasowane od wewnętrznej średnicy z lekkim wciskiem do walcowej powierzchni tego suwaka 1, na szerokości s równej niewielkiej części jego długości. Gniazdo 2 ma jednostronne sfazowanie 2a wykonane od strony obciążonej cieczą pod ciśnieniem oraz przylega ściśle jedną powierzchnią 2b do pierścienia 3a, stanowiącego element śruby 3 prowadzącej suwak 1. Pierścień 3a ma jednostronne sfazowanie 3b od strony odpływowej komory 4 i jest dopasowany suwliwie do walcowej powierzchni suwaka 1 również na szerokości S1 równej niewielkiej części jego długości. Gniazdo 2 jest wykonane z poliamidu i uszczelnione gumową uszczelką 5 względem kadłuba 6 na obwodzie zewnętrznym. Suwak 1 jest wciskany do gniazda 2 za pomocą kołpaka 7 z dociskową sprężyną 8. W górnej części sprężyny 8 umieszczona jest wkładka 9 z osadzoną w niej centrycznie kulą 10, co zmniejsza tarcie przy napinaniu sprężyny 8 i zapobiega jej nieosiowemu obciążeniu. Kadłub 6 jest umieszczony w tulei 11 zamkniętej od góry korkiem 12 blokowanym śrubą 13. Końcówka 6a kadłuba 6 służy do połączenia zaworu z układem hydraulicznym. Ciecz pod ciśnieniem dopływa do zaworu otworem 14, a wypływa z odpływowej komory 4 na zewnątrz promieniowymi otworami 15 śruby 3 i promieniowymi otworami 16 kadłuba 6.

Zawór hydrauliczny, wykonany jako reduktor ciśnienia, ma trzpieniowy suwak 17 o średnicy d1 i dwa gniazda 18, 19 wykonane z poliamidu, dopasowane od wewnętrznej średnicy z lekkim wciskiem do walcowych powierzchni tego suwaka 17, na szerokości s równej niewielkiej części jego długości oraz ma dystansową tuleję 20 i prowadzącą suwak 17 tuleję 21, umieszczone w kadłubie 22. Pierwsze gniazdo 18 jedną powierzchnią przylega ściśle do pierścienia 23a, dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka 17 również na szerokości s1 równej niewielkiej części jego długości, który stanowi element prowadzącej suwaka 17 śruby 23. Drugie gniazdo 19 jedną powierzchnią 19a przylega ściśle do tulei 21, a od strony wysokociśnieniowej komory 24 ma jednostronne sfazowanie 19b. Drugie gniazdo 19 ma ponadto obwodowy rowek 19c na obwodzie zewnętrznym, w którym jest umieszczona gumowa uszczelka 25, uszczelniająca je względem kadłuba 22. Suwak 17 jest utrzymywany w górnym położeniu za pomocą dociskowej sprężyny 26 umieszczonej w kołpaku 27, dociskającej wkładkę 28 do tulei 21. W śrubie 23 jest wykonana komora 29 zredukowanego ciśnienia i otwór 30 łączący zawór z odbiornikiem zredukowanego ciśnienia. Ciecz pod wysokim ciśnieniem dopływa do zaworu otworem 31 i promieniowymi otworami 32 w dystansowej tulei 20, na ktróej opierają się przeciwległe powierzchnie obu gniazd 18, 19. Pierwsze gniazdo 18 jest uszczelnione względem kadłuba 22 gumową uszczelką 33 na obwodzie zewnętrznym. Taką samą uszczelką 34 uszczelniona jest względem kadłuba 22 śruba 23.

Zawór hydrauliczny wykonany jako zawór bezpieczeństwa działa w sposób następujący. Ciecz pod ciśnieniem, dopływająca otworem 14, wywiera nacisk na suwak 1, gniazdo 2 i uszczelkę 5. Gniazdo 2 i uszczelka 5 są dociskane do pierścienia 3a. Siła wytworzona przez ciecz pod ciśnieniem działająca na suwak 1 jest równoważona przez siłę dociskowej sprężyny 8. W chwili gdy ciśnienie cieczy w otworze 14 odpowiednio wzrośnie, sprężyna 8 ugina się, a suwak 1 przemieszcza się w kierunku odpływowej komory 4. Po wysunięciu się suwaka 1 z gniazda 2 zawór traci szczelność i między suwakiem 1 a pierścieniem 3a występuje przeciek o małym natężeniu. Po wysunięciu się suwaka 1 z pierścienia 3a następuje przepływ cieczy przez zawór. W chwili spadku ciśnienia cieczy w otworze 14 do odpowiedniej wartości, sprężyna 8 wciska suwak 1 do gniazda 2 zamykając przepływ cieczy przez zawór. Przy otwartym zaworze ciecz z otworu 14 przepływa przez gniazdo 2 do odpływowej komory 4, a stamtąd promieniowymi otworami 15 i 16 wypływa na zewnątrz zaworu. Ciśnienie otwierające zawór wynosi:

(F + T) π· d² gdzie F to siła sprężyny 8, T siła tarcia pomiędzy suwakiem 1 i gniazdem 2 przy otwieraniu się zaworu, natomiast d średnica suwaka 1. Ciśnienie, przy którym zawór zamyka się wynosi:

Pi

4(F-Ti) π· d²

166 692 gdzie T1 to siła tarcia pomiędzy suwakiem 1 i gniazdem 2 przy zamykaniu się zaworu. Im więc mniejsza jest siła tarcia pomiędzy suwakiem 1 i gniazdem 2 tym korzystniejsza jest charakterystyka pracy zaworu.

W zaworze hydraulicznym wykonanym w postaci reduktora ciśnienia, ciecz pod wysokim ciśnieniem dopływa otworem 31 do wysokociśnieniowej komory 24, a następnie wokół przewężenia 17a suwaka 17 przepływa do komory 29 zredukowanego ciśnienia, skąd otworem 30 odpływa do odbiornika, na przykład hydraulicznego siłownika. Wartość zredukowanego ciśnienia ustala się za pomocą siły dociskowej sprężyny 26. Zawór zamyka się przy ciśnieniu wynoszącym:

p₂ (F₂ + T2) π· d² gdzie F2 to siła dociskowej sprężyny 26, T2 siła tarcia pomiędzy gniazdami 18 i 19 a suwakiem 17 przy zamykaniu się zaworu, natomiast di średnica suwaka 17. Gdy ciśnienie w komorze 29 zredukowanego ciśnienia osiągnie wartość p₂, dociskowa sprężyna 26 ugina się i suwak 17 przemieszcza się w kierunku tej sprężyny 26, zamykając przepływ przez pierwsze gniazdo 18. Gdy ciśnienie cieczy we wspomnianej komorze 29 odpowiednio spadnie, dociskowa sprężyna 26 przemieszcza suwak 17 w jego górne położenie, otwierając drogę przepływu cieczy przez zawór. Ciśnienie otwarcia zaworu wynosi:

pa (F2-T3) π· d² gdzie T3 to siła tarcia pomiędzy gniazdami 18 i 19 a suwakiem 17 przy otwieraniu się zaworu. Ciecz pod ciśnieniem w wysokociśnieniowej komorze 24 naciska na drugie gniazdo 19, dociskając jego powierzchnię 19a do tulei 21. Wewnętrzna powierzchnia tego gniazda 19 o szerokości s uszczelnia suwak 17 względem tulei 21. Po zamknięciu się zaworu identyczną funkcję spełnia również pierwsze gniazdo 18.

Fig 2

Fiq 1.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,(00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór hydrauliczny, mający kadłub z gniazdem uszczelniającym na obwodzie trzpieniowego suwaka, obciążonego jednostronnie dociskową sprężyną, w którym przepływ odbywa się na zewnątrz suwaka, znamienny tym, że gniazdo (2), korzystnie z poliamidu, jest uszczelnione uszczelką (5) względem kadłuba (6) na obwodzie zewnętrznym, a od wewnętrznej średnicy dopasowane z lekkim wciskiem do walcowej powierzchni suwaka (1) na szerokości (s) równej niewielkiej części jego długości, przy czym jedna powierzchnia (2b) gniazda (2) przylega ściśle do pierścienia (3a) dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka (1) również na szerokości (s1 równej niewielkiej części jego długości, który korzystnie stanowi element prowadzącej suwak (1) śruby (3) z promieniowymi otworami (15).
2. 2. Zawór hydrauliczny, mający kadłub z gniazdami uszczelniającymi na obwodzie trzpieniowego suwaka z przewężeniem, obciążonego jednostronnie dociskową sprężyną, w którym przepływ odbywa się na zewnątrz suwaka, znamienny tym, że gniazda (18,19), korzystnie z poliamidu, są uszczelnione uszczelkami (33, 25) względem kadłuba (22) na obwodzie zewnętrznym, a od wewnętrznej średnicy dopasowane z lekkim wciskiem do walcowych powierzchni suwaka (17) na szerokości (s) równej niewielkiej części jego długości, przy czym pierwsze gniazdo (18) jedną powierzchnią przylega ściśle do pierścienia (23a) dopasowanego suwliwie do walcowej powierzchni suwaka (17) również na szerokości (s1 równej niewielkiej części jego długości, który korzystnie stanowi element prowadzący suwak (17) śruby (23), a drugie gniazdo (19) jedną powierzchnią (19a) przylega ściśle do prowadzącej ten suwak (17) tulei (21), natomiast przeciwległe powierzchnie obu gniazd (18,19) opierają się na dystansowej tulei (20) z promieniowymi otworami (32).
3. 3. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że uszczelka (25) drugiego gniazda (19) jest umieszczona w rowku (19c) na jego obwodzie zewnętrznym.