PL207274B1 - Zawór hydrauliczny uruchamiany elektromagnesem - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zawór hydrauliczny uruchamiany elektromagnesem, znajdujący zastosowanie zwłaszcza w elektrohydraulicznie sterowanych maszynach górniczych, a w szczególności w układach sterowania sekcji obudów zmechanizowanych.

Znany jest, na przykład z polskiego opisu wynalazku PL 205 241 przełącznik elektromagnetyczny, posiadający obudowę elementu wykonawczego zawierającą cewkę, kotwicę, magnetyczny rdzeń i suwak włączający dla przynajmniej dwóch elektromagnesów. Od strony głowicy obudowa elementu wykonawczego wyposażona jest w wybrania dla regulatora skoku włączającego, odpowiadające każdemu z suwaków włączających elektromagnesów, a ponadto posiada zdejmowaną płytę czołową, wyposażoną w urządzenie do ręcznego uruchamiania każdego z suwaków włączających, montowaną z zastosowaniem uszczelki czołowej. Obudowa elementu wykonawczego ma również od strony dna wyjmowany blok zaworowy, obejmujący hydrauliczne zawory wielodrożne, zamocowany poprzez uszczelkę denną, a także system elektroniczny dla przyłączenia iskrobezpiecznego dopływu prądu oraz elektroniczny system uruchamiania elektromagnesów, zlokalizowane poza obudową elementu wykonawczego.

Znany jest, na przykład z niemieckiego opisu patentowego DE 41 40 233 C2 iskrobezpieczny zawór hydrauliczny uruchamiany elektromagnesem, nie posiadający wybrania od strony czołowej, ani zintegrowanego z nim urządzenia do regulacji skoku włączającego suwaka, w którym iskrobezpieczny układ elektroniczny zabezpieczony jest w obudowie systemu elektronicznego za pomocą masy zalewowej. Sama obudowa systemu elektronicznego zamocowana jest na obudowie elementu wykonawczego za pomocą złącza śrubowego, również zalanego masą zalewową, co uwarunkowane jest wymogami bezpieczeństwa, a zwłaszcza zabezpieczenia przeciwwybuchowego w warunkach pomieszczeń górniczych. Wymiana iskrobezpiecznej elektroniki w tak skonstruowanych zaworach jest niemożliwa, bo prowadziłoby to do eliminacji zabezpieczenia przeciwzapłonowego.

Celem wynalazku jest wykonanie takiego zaworu hydraulicznego uruchamianego elektromagnesem, który będzie łatwy w obsłudze i konserwacji, a także umożliwi wymianę elementów bez utraty warunków iskrobezpiecznego zasilania, szczególnie w górnictwie podziemnym.

Istota wynalazku polega na tym, że w każdym z wybrań, wykonanych w obudowie elementu wykonawczego od jego strony czołowej, przypisanych suwakom włączającym, umieszczony jest układ ochronny dla przynależnej mu cewki elektromagnesu. Dzięki takiemu wykonaniu obudowa elementu wykonawczego, płyta czołowa, obudowa systemu elektronicznego oraz blok zaworowy mogą stanowić rozdzielne, wymienne moduły połączone z zastosowaniem uszczelek, co umożliwia odrębną wymianę każdego z tych elementów z zachowaniem wymaganych zabezpieczeń przeciwzapłonowych, bez potrzeby zalewania elementów mocujących obudowę systemu elektronicznego masą zalewową.

W preferowanym wykonaniu układ ochronny wyposażony jest w przynajmniej jedna diodę, co zabezpiecza sąsiednie elektromagnesy przed przypadkowymi impulsami powstającymi przy swobodnym ruchu suwaka włączającego i kotwicy.

Dodatkowo korzystnym jest, gdy wkład ochronny i dioda stanowią podzespoły płytki sterującej, będącej zintegrowanym wkładem, umieszczonym w wybraniu dla odpowiadającego mu suwaka włączającego i zabezpieczonym za pomocą prostych środków przed przemieszczeniem i wstrząsami.

W szczególnie pożądanym wykonaniu ukł ad ochronny stanowi element zintegrowany z regulatorem skoku włączającego, który posiada tarczę regulacyjną kształtowo pasowaną, osadzoną na suwaku włączającym i zaryglowana w pozycji regulacyjnej za pomocą palca ryglującego, który przechodzi przez wybrania w strefach brzegowych tarczy regulacyjnej i mocowany jest w obudowie elementu wykonawczego.

Dla zoptymalizowania funkcji uszczelniania połączeń obudowy elementu wykonawczego celowym jest, aby uszczelka czołowa i/lub uszczelka denna miały postać płyt uszczelniających z wybrzuszeniami w postaci zgrubień lub ścięć. To nie tylko udoskonala funkcję uszczelniania między przylegającymi do siebie powierzchniami, ale również pomaga rozdzieleniu połączonych części, co wynika z kumulowania siły reakcji przy dokręcaniu łączonych elementów ze sobą .

Szczególnie korzystnym jest, gdy uszczelka czołowa i uszczelka denna posiadają profil wzajemnie identyczny lub będący lustrzanym odbiciem, co zapobiega założeniu niewłaściwej uszczelki lub odwrotnemu jej usytuowaniu w trakcie robót remontowych.

W preferowanym wykonaniu zaworu układ ochronny umieszczony w wybraniu obudowy elementu wykonawczego połączony jest ze zlokalizowanym w bocznej obudowie systemem elektroniczPL 207 274 B1 nym, wyposażonym w przełącznik do regulacji prądu podtrzymania współpracującej z nim cewki elektromagnesu.

Ponadto korzystnym jest w takim przypadku, gdy obudowa elementu wykonawczego wykonana jest z materiału ferromagnetycznego, jako że dzięki dodatkowej masie ferromagnetycznej, przy tej samej wartości prądu na cewce uzyskuje się wzrost siły magnetycznej, względnie można obniżyć wartość prądu włączającego.

W celowym wykonaniu obudowa elementu wykonawczego posiada powł okę , korzystnie z tworzywa sztucznego, przykładowo stosownego polimeru bądź duroplastu, dzięki czemu obudowa zabezpieczona jest przed oddziaływaniem wilgoci i korodowaniem elementów ferromagnetycznych.

Dalsze usprawnienie konstrukcji zaworu uzyskuje się wtedy, gdy położenie bloku zaworowego i/lub płyty czołowej, a także przynależnych im uszczelki czołowej i/lub uszczelki dennej względem obudowy elementu wykonawczego ustalane jest co najmniej jednym kołkiem, zlokalizowanym na połączeniu tych elementów, co wymusza prawidłowy montaż zaworu.

Dla konstrukcji modułowej zaworu celowym jest takie jego wykonanie, w którym blok zaworowy i płyta czołowa zamocowane są do obudowy elementu wykonawczego roz łącznie, niezależnie od siebie. Pozwala to na niezależne odłączanie i dołączanie ich do elementu wykonawczego.

Zasadnicza zaleta zaworu według wynalazku polega na tym, że poprzez zintegrowanie układu ochronnego dla każdej cewki przynależnego elektromagnesu w obudowie elementu wykonawczego, powstaje możliwość wymontowania i wymiany obudowy z systemem elektronicznym, bez naruszania parametrów kontrolnych zabezpieczenia przeciwzapłonowego. Jednocześnie przy elektromagnesie zasilanym prądem stałym układ ochronny wyposażony w diodę przeciwdziała uszkodzeniu izolacji uzwojenia cewki oraz zabezpiecza przed zjawiskami wynikającymi z impulsów napięcia przy zachowaniu możliwości bezpiecznej wymiany elektroniki. Zawór charakteryzuje się przy tym prostą i logiczną konstrukcją, umożliwiającą łatwą regulację, konserwację i wymianę podzespołów, oraz doskonałym zabezpieczeniem przed wnikaniem kurzu i wilgoci, co wynika choćby z dużej powierzchni uszczelek czołowej oraz dennej, a także pewności prawidłowego ich osadzenia.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia zawór hydrauliczny uruchamiany elektromagnesem w widoku bocznym, a fig. 2 - zawór hydrauliczny w przekroju podłużnym.

Zawór hydrauliczny 1 wykonany jest z modułowych, rozdzielnie złożonych segmentów. Centralnie usytuowany element wykonawczy 2 (fig. 1) ma obudowę 3 wyposażoną od strony czołowej w płytę czołową 4 mocowaną poprzez uszczelkę czołową 5, a do jej spodniej strony zamocowany jest kołnierzowo blok zaworowy 6 również z zastosowaniem uszczelki dennej 7 zabezpieczającej przed wnikaniem wilgoci i kurzu. Blok zaworowy 6 zamocowany jest do obudowy 3 śrubami 8 przechodzącymi przez tą obudowę 3, i których łby 9 położone są swobodnie w krawędziowo otwartych wybraniach 10 płyty czołowej 4, dzięki czemu śruby 8 mogą być zluzowane nawet przy zamocowanej płycie czołowej 4. Płyta czołowa 4 zamocowana jest rozłącznie bezpośrednio do obudowy 3 elementu wykonawczego 2 za pomocą nie pokazanych złączy śrubowych. Z kolei blok zaworowy 6 zamocowany jest do wyposażonej w przyłącza hydrauliczne, nie narysowanej listwy przyłączeniowej urządzenia sterowanego 11, na przykład sekcji obudowy kroczącej, za pomocą śrub mocujących 12, których łby 13 są swobodnie zlokalizowane we wpustach brzegowych 14 powierzchni wzdłużnych 15 elementu wykonawczego 2 i dostępne są od strony czołowej elementu wykonawczego 2 lub płyty czołowej 4. Ustalanie właściwej pozycji bloku zaworowego 6 względem obudowy 3 elementu wykonawczego 2 realizowane jest przynajmniej jednym kołkiem centrującym 16, natomiast do ustalania właściwego położenia płyty czołowej 4 względem obudowy 3 przewidziany jest co najmniej jeden odpowiadający jej kołek prowadzący 17. Do jednej z dwóch powierzchni poprzecznych 18 obudowy 3 elementu wykonawczego 2 zamocowana jest rozłącznie za pomocą kilku śrub 19 obudowa 20 systemu elektronicznego. Rodzaj tego złącza śrubowego jest tak dobrany, że płyta czołowa 4, obudowa 3 elementu wykonawczego 2, obudowa 20 systemu elektronicznego, czy też blok zaworowy 6 może zostać usunięty bez konieczności demontażu bądź usuwania innych obudów.

Przykładowy zawór hydrauliczny 1 wykonany jest jako zawór podwójny (fig. 2) i w prostokątnej obudowie 3 elementu wykonawczego 2 umieszczone są dwa identycznie wykonane lecz uruchamiane oddzielnie elektromagnesy 21A i 21B, usytuowane obok siebie równolegle do osi O. Każdy z elektromagnesów 21A, 21B posiada cewkę 22, rdzeń 23, suwak włączający 24 przechodzący przez całą obudowę 3, oraz kotwicę 25 w którą wkręcony jest suwak włączający 24 na odcinkach z gwintem drobnozwojowym 26. Te odcinki z gwintem drobnozwojowym 26 sprzęgające suwak włączający 24

PL 207 274 B1 z kotwicą 25 umożliwiają regulację skoku włączającego elektromagnesów 21A, 21B przy zdemontowanej płycie czołowej 4. Regulacja tego skoku odbywa się poprzez relatywny obrót pomiędzy kotwicą 25 a suwakiem włączającym 24, czemu służy element wielokątny 27 na końcu suwaka włączającego 24, na którym kształtowo osadzona jest tarcza regulacyjna 28. Kotwica 25 każdego elektromagnesu 21A, 21B zabezpieczona jest przed przekręceniem i jakąkolwiek rotacją za pomocą kołka 29, jednak może się poruszać w osi O. Tarcza regulacyjna 28 posiada w strefie brzegowej odpowiednie wybrania 30 służące zaryglowaniu ustawionego skoku włączającego. Po ustawieniu pozycji regulacyjnej palec ryglujący 31 wchodzi w jedno z tych wybrań 30. Tarcza regulacyjna 28 i palec ryglujący 31, za pomocą którego regulowany jest skok włączający, wchodzą w cylindryczne wybranie 32A względnie 32B na stronie czołowej elementu wykonawczego 2, tworzące z jednej strony w obudowie 3 pustą przestrzeń. Palec ryglujący 31 sięga w położeniu zaryglowanym do otworu 33 w dnie cylindrycznego wybrania 32A, 32B. Mechanizm regulacji skoku włączającego zabezpieczony jest w obudowie 3 elementu wykonawczego 2 i dostę p do niego istnieje wyłącznie po zdemontowaniu płyty czołowej 3.

Elementom wielokątnym 27 suwaka włączającego 24 obydwóch elektromagnesów 21A, 21B przyporządkowane są ponadto przyciski ręczne 34A, 34B umożliwiające w sytuacjach awaryjnych włączenie nie narysowanych hydraulicznych zaworów wielodrożnych 35A, 35B przyporządkowanych w bloku zaworowym 6 elektromagnesom 21A, 21B. Przyciski ręczne 34A, 34B posiadają kołpaki 36 z materiał u elastycznego, które umieszczone są w odpowiednich gniazdach 37 w pł ycie czoł owej 4 oraz utrzymują je w pozycji przed końcem suwaka włączającego 24. Kołpaki 36 i uszczelka czołowa 5 stanowią zabezpieczenie cylindrycznych wybrań 32A, 32B przed wnikaniem kurzu i wilgoci.

W obudowie 20 elektroniki zamocowane jest gniazdo wtykowe 38, poprzez które obydwa elektromagnesy 21A, 21B podłączone są przewodem elektrycznym do zasilania prądem stałym. Do zlokalizowanych w komorze wewnętrznej 39 obudowy 20 sworzni kontaktowych 40 gniazda wtykowego 38 podłączony jest nie narysowany system elektroniczny, który w stanie włączenia elektromagnesów 21A, 21B, a więc przy osiowo przesuniętych kotwicach 25 i suwaku włączającym 24 w stosunku do przedstawionej pozycji wyjściowej, pozwala na zmniejszenie prądu podtrzymania przepływającego przez cewkę 22 elektromagnesów 21A, 21B. Ten system elektroniczny połączony jest poprzez nie narysowane, rozłącznie wprowadzone przez otwór przelotowy 41 do obudowy 3 elementu wykonawczego 2 łączniki z układem ochronnym 42A, 42B dla cewek 22 elektromagnesów 21A, 21B. Układ ochronny 42A podłączony jest przez nie narysowane łączniki do cewki 22 elektromagnesu 21A, a układ ochronny 42B podłączony jest przez nie narysowane łączniki do korpusu cewki 22 elektromagnesu 21B. Obydwa układy ochronne 42A, 42B posiadają płytkę sterującą 43A, 43B uzbrojoną w diodę 44A, 44B o stosownym schemacie procesowym. Ponieważ układy ochronne 42A, 42B zintegrowane są w obudowie 3 elementu wykonawczego 2, również obudowa 20 systemu elektronicznego, łącznie z mieszczącym się w niej systemem elektronicznym może podlegać wymianie względnie odnowieniu bez naruszania parametrów systemu zabezpieczenia przeciwzapłonowego.

Układy ochronne 42A, 42B umieszczone są w komorach utworzonych przez cylindryczne wybrania 32A, 32B i zabezpieczone przed wnikaniem kurzu i wilgoci przez uszczelkę czołową 5 i kołpaki 36. Obydwa układy ochronne 42A, 42B stanowią gwarancję, że przy odłączeniu jednego z elektromagnesów 21A, 21B prąd obciążenia przynajmniej jednej cewki 22 przepływa przez diody 44A, 44B i nie powstają napięcia szczytowe.

Możliwość odłączenia płyty czołowej 4 i bloku zaworowego 6 od obudowy 3 elementu wykonawczego 2 jest znacznie ułatwiona poprzez to, że uszczelka czołowa 5 i uszczelka denna 7 posiadają nie narysowane wybrzuszenia, które po zluzowaniu przynależnych śrub uwalniają siłę rozdzielającą, skumulowaną podczas ich dokręcania.

W przedstawionym przykładzie wykonania (fig. 2) obydwa elektromagnesy 21A, 21B znajdują się w pozycji wyjściowej, przy wyłączonym zasilaniu. Przez zasterowanie jednego z elektromagnesów 21A, 21B do przynależnej mu cewki 22 doprowadzony zostaje prąd stały, a więc powstaje pole elektromagnetyczne przyciągające kotwicę 25 do rdzenia 23 i inicjuje wysuw suwaka włączającego 24. Suwak włączający 24 odziaływuje przy tym siłą sprężyny 45 na osadzone w bloku zaworowym 6 zawory wielodrożne 35A, 35B. Po osiągnięciu pozycji włączającej, poprzez spadek prądu podtrzymania z wykorzystaniem siły indukcji magnetycznej szczątkowej może zostać zredukowana wartość prądu włączenia cewki 22 nie powodując zmiany pozycji włączającej elektromagnesu 21A względnie 21B. Korzystnym jest przy tym, gdy obudowa 3 elementu wykonawczego 2 wykonana jest z materiału ferromagnetycznego, co umożliwia znaczną redukcję poboru prądu potrzebnego do włączenia elektromagnesu 21A względnie 21B. Przy zastosowaniu ferromagnetycznej obudowy 3 elementu wykoPL 207 274 B1 nawczego 2, posiada ona nie narysowaną powłokę z tworzywa sztucznego lub materiału do niego zbliżonego.

W ramach przedstawionego wynalazku mieś ci się wiele moż liwych odmian wykonania zaworu hydraulicznego, uruchamianego elektromagnesem. Układy ochronne 42A, 42B elektromagnesów 21A, 21B mogą być zrealizowane w inny sposób, niekoniecznie za pomocą diod 44A, 44B. Także samo zabezpieczenie śrubowe dla kotwicy 25 zamiast jednego kołka 29 może być wykonane w postaci elementu kształtowego w kotwicy 25 i obudowie 3 elementu wykonawczego 2. Również system elektroniczny może być zatopiony w obudowie 20 masą zalewową. Przedstawiony zawór hydrauliczny znajduje korzystne zastosowanie w sterowaniach górniczych obudów kroczących, do uruchamiania stojaków i siłowników roboczych.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór hydrauliczny uruchamiany elektromagnesem, którego obudowa elementu wykonawczego zawiera cewkę, kotwicę, rdzeń magnetyczny i suwak włączający dla każdego z co najmniej dwóch elektromagnesów, a także ma dla każdego suwaka włączającego wybranie na regulator skoku włączającego, wyposażona przy tym w zamocowaną rozłącznie od czoła obudowy przez uszczelkę czołową płytę czołową z urządzeniami do ręcznego uruchamiania przyporządkowanymi każdemu z suwaków włączają cych oraz również rozłącznie zamocowanym od strony spodniej elementu wykonawczego, poprzez uszczelkę denną, blokiem zaworowym, zawierającym hydrauliczne zawory wielodrożne i systemem elektronicznym, wyposażonym w gniazdo wtykowe do przyłączenia iskrobezpiecznego zasilania prądem z systemem włączającym dla elektromagnesów, znamienny tym, że w każdym z wybrań (32A, 32B) umieszczony jest układ ochronny (42A, 42B) dla przynależnej mu cewki (22).
2. 2. Zawór wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e obudowa (3) elementu wykonawczego (2), pł yta czołowa (4), obudowa (20) systemu elektronicznego oraz blok zaworowy (6) wykonane są jako rozdzielne, wymienne moduły, połączone przez uszczelki (5, 7).
3. 3. Zawór wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ukł ad ochronny (42A, 42B) posiada przynajmniej jedną diodę (44A, 44B).
4. 4. Zawór wedł ug zastrz. 3, znamienny tym, ż e układ ochronny (42A, 42B) i dioda (44A, 44B) są elementami składowymi płytki sterującej (43A, 43B), korzystnie stanowiącej zintegrowany wkład, umieszczonej w wybraniu (32A, 32B).
5. 5. Zawór według zastrz. 1 albo 3, albo 4, znamienny tym, że układ ochronny (42A, 42B) stanowi element zintegrowany z regulatorem skoku włączającego, który posiada tarczę regulacyjną (28), kształtowo pasowaną, osadzoną na suwaku włączającym (24), zaryglowaną w pozycji regulacyjnej za pomocą palca ryglującego (31), przechodzącego przez wybrania (30) w strefach brzegowych tarczy regulacyjnej (28) i mocowanego w obudowie (3) elementu wykonawczego (2).
6. 6. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że uszczelka czołowa (5) i/lub uszczelka denna (7) mają postać płyt uszczelniających z wybrzuszeniami w postaci zgrubień lub ścięć.
7. 7. Zawór wedł ug zastrz. 6, znamienny tym, ż e uszczelka czoł owa (5) i uszczelka denna (7) posiadają profil wzajemnie identyczny lub będący lustrzanym odwzorowaniem.
8. 8. Zawór wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ukł ad ochronny (42A, 42B) połączony jest ze zlokalizowanym w obudowie (20) systemem elektronicznym, wyposażonym w przełącznik do regulacji prądu podtrzymania cewki (22) elektromagnesu (21A, 21B).
9. 9. Zawór wedł ug zastrz. 2, znamienny tym, ż e obudowa (3) elementu wykonawczego (2) wykonana jest z materiału ferromagnetycznego.
10. 10. Zawór według zastrz. 9, znamienny tym, że obudowa (3) elementu wykonawczego (2) ma powłokę, korzystnie z tworzywa sztucznego.
11. 11. Zawór według zastrz. 2 albo 6, albo 7, znamienny tym, że położenie bloku zaworowego (6) i/lub płyty czołowej (4), a także przynależnych im uszczelki czołowej (5) i/lub uszczelki dennej (7) względem obudowy (3) elementu wykonawczego (2) ustalane jest co najmniej jednym kołkiem (16, 17) zlokalizowanym na połączeniu tych elementów.
12. 12. Zawór według zastrz. 2, znamienny tym, że blok zaworowy (6) i płyta czołowa (4) zamocowane są do obudowy (3) elementu wykonawczego (2) rozłącznie, niezależnie od siebie.