PL246723B1

PL246723B1 - Hydraulic distributor

Info

Publication number: PL246723B1
Application number: PL438677A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Towarnicki; Michał Stosiak; Grzegorz Lesiuk; Kamil Urbanowicz
Original assignee: Politechnika Wroclawska; Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2025-03-03
Also published as: PL438677A1

Abstract

Rozdzielacz hydrauliczny znajdujący zastosowanie do sterowania kierunkiem przepływu cieczy roboczej w układach hydraulicznych w szczególności układach narażonych na drgania zewnętrzne jakie występują w maszynach roboczych, urządzeniach mobilnych i pojazdach specjalnych i utworzony z korpusu (1), w którym utworzona jest komora rozdzielcza (2), w której umiejscowiony jest suwak (3) w skrajnych pozycjach położenia przepływowo zestawiający ze sobą odchodzące od komory rozdzielczej (2) kanały przepływowe (P, A, B, T, T), których drugie końce wyprowadzone są na zewnętrzną powierzchnię korpusu (1), przy czym korpus (1) co najmniej z jednej bocznej strony zestawiony jest z elektromagnesem (4) sterującym położeniem suwaka (3) poprzez wychodzący z niego rdzeń (5), który z suwakiem (3) zestawiony jest osiowo, a poza tym w komorze rozdzielczej (2) po obu stronach suwaka (3) umiejscowione są sprężyny (6), które przy braku zasilania elektromagnesu (4) pozycjonują suwak (3) pośrodku komory rozdzielczej (2), charakteryzuje się tym, że w suwaku (3), na całej jego długości, utworzony jest kanał przepływowy (7) przy obu końcach suwaka (3) zestawiony z promieniowo odchodzącymi od niego kanałami wlotowo/wylotowymi (8), za którymi umiejscowiona jest, zamocowana na każdym końcu suwaka (3), tarcza dławiąca (9), która obwodowo spasowana jest z pobocznicą komory rozdzielczej (2) i w której utworzone są stożkowe otwory przelewowe (10) z naprzemiennie w przeciwnych kierunkach nachylonymi pobocznicami.A hydraulic distributor used to control the flow direction of a working fluid in hydraulic systems, in particular in systems exposed to external vibrations such as occur in working machines, mobile devices and special vehicles, and made of a body (1), in which a distribution chamber (2) is formed, in which a slider (3) is located in extreme positions of the position, fluidically aligning the flow channels (P, A, B, T, T) extending from the distribution chamber (2), the second ends of which are led out to the outer surface of the body (1), wherein the body (1) is aligned on at least one side with an electromagnet (4) controlling the position of the slider (3) via a core (5) extending therefrom, which is aligned axially with the slider (3), and in addition, in the distribution chamber (2) on both sides of the slider (3) there are springs (6) located, which in the absence of power supply to the electromagnet (4) position the slider (3) in the middle of the distribution chamber (2), characterized in that in the slider (3), along its entire length, a flow channel (7) is formed at both ends of the slide (3) combined with inlet/outlet channels (8) radiating therefrom, behind which a choke disc (9) is located, attached to each end of the slide (3), which is circumferentially fitted to the side surface of the distribution chamber (2) and in which conical overflow holes (10) are formed with side surfaces inclined alternately in opposite directions.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest rozdzielacz hydrauliczny znajdujący zastosowanie do sterowania kierunkiem przepływu cieczy roboczej w układach hydraulicznych, w szczególności układach narażonych na drgania zewnętrzne jakie występują w maszynach roboczych, urządzeniach mobilnych i pojazdach specjalnych.The subject of the invention is a hydraulic distributor used to control the flow direction of a working fluid in hydraulic systems, in particular systems exposed to external vibrations such as occur in work machines, mobile devices and special vehicles.

W obecnie używanych rozdzielaczach hydraulicznych znane są skutki działania zewnętrznych drgań mechanicznych na obudowę rozdzielacza. Gdy kierunek ich działania pokrywa się z osią suwaka rozdzielacza, to suwak również zostaje wzbudzony w d rgania. Wynika to z zastosowanych sprężyn powrotnych oraz typowego napędu elektromagnetycznego suwaka. Drgania zewnętrzne prowadzą do niestabilnych położeń suwaka oraz pulsacji wydajności i ciśnienia, na skutek okresowo zmieniającej się szczeliny przepływowej w rozdzielaczu. W poniższych opisach ujawniono konstrukcje, których celem jest wyeliminowanie powyżej opisanych niekorzystnych zjawisk w pracy rozdzielacza.In currently used hydraulic distributors, the effects of external mechanical vibrations on the distributor housing are known. When the direction of their action coincides with the axis of the distributor slide, the slide is also excited into vibration. This results from the used return springs and the typical electromagnetic drive of the slide. External vibrations lead to unstable slide positions and pulsation of efficiency and pressure, due to the periodically changing flow gap in the distributor. The following descriptions disclose designs that aim to eliminate the above-described unfavorable phenomena in the operation of the distributor.

I tak, z polskiego opisu patentowego PL 235454 znany jest rozdzielacz hydrauliczny, który składa się z korpusu, wewnątrz którego znajduje się element sterujący/suwak, który centrowany jest z obu stron sprężyną i który zestawiony jest z elektromagnesami. Pomiędzy elektromagnesami a sprężynami znajdują się podkładki elastyczne, które stykają się wyłącznie ze sprężynami i elektromagnesami wyposażonymi w zwory elektromagnesu, na które nasadzone są zakończone kuliście nasadki. Zastosowanie podparcia sprężyn oraz nasadek na zworze elektromagnesu powoduje redukcje drgań przekazywanych od drgającego korpusu na element sterujący rozdzielacza hydraulicznego. Powyższe w pewnym stopniu doprowadza do poprawy stabilności pracy zaworu oraz zmniejszenia drgań elementu sterującego i redukcji pulsacji ciśnienia w układzie hydraulicznym.Thus, from the Polish patent description PL 235454, a hydraulic distributor is known, which consists of a body, inside which there is a control element/slider, which is centered on both sides by a spring and which is set with electromagnets. Between the electromagnets and the springs, there are elastic pads, which contact only the springs and electromagnets equipped with electromagnet armatures, on which spherically ended caps are mounted. The use of spring support and caps on the electromagnet armature reduces vibrations transferred from the vibrating body to the control element of the hydraulic distributor. To a certain extent, the above leads to an improvement in the stability of the valve operation and a reduction in the vibrations of the control element and a reduction in pressure pulsation in the hydraulic system.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.422548 znany jest rozdzielacz hydrauliczny zbudowany z korpusu, w którym umieszczony jest suwak poruszany zespołem napędowym w postaci silnika elektrycznego z napędem śrubowym. Suwak jest wydrążony w środku oraz posiada nacięty gwint wewnętrzny. W osi suwaka umieszczona jest śruba napędowa trwale połączoną z wałem silnika. Poza tym, w suwaku umieszczona jest dodatkowo, kasująca luz na gwincie głównym, nakrętka, która blokowana jest klejem lub dodatkowym kołkiem na zewnętrznej części gwintu. Ujawnione rozwiązanie zapobiega przemieszczaniu się suwaka pod wpływem działania zewnętrznych drgań na korpus rozdzielacza, w szczególności w osi suwaka rozdzielacza. Ujawnione rozwiązanie w pewnym zakresie poprawia stabilność pracy rozdzielacza, eliminuje drgania suwaka oraz prowadzi do redukcji pulsacji wydajności i ciśnienia w układzie hydraulicznym.From the Polish patent application P.422548 a hydraulic distributor is known, constructed from a body in which a slider is placed, moved by a drive unit in the form of an electric motor with a screw drive. The slider is hollow inside and has an internal thread cut. A drive screw is placed in the slider axis, permanently connected to the motor shaft. In addition, the slider additionally contains a nut, eliminating the play on the main thread, which is locked with glue or an additional pin on the external part of the thread. The disclosed solution prevents the slider from moving under the influence of external vibrations on the distributor body, in particular in the axis of the distributor slider. The disclosed solution improves the stability of the distributor operation to a certain extent, eliminates slider vibrations and leads to a reduction of efficiency and pressure pulsation in the hydraulic system.

Z rosyjskiego zgłoszenia patentowego SU1006822 znany jest układ hydrauliczny przeznaczony do redukcji drgań znacznej masy uzyskanej ze zwiększonej objętości tłoka w siłowniku. Główny tłok podparty jest z obu stron popychaczami zakończonymi mniejszymi tłokami znajdującymi się w komorach cylindra. Niewielkie wychylenie głównego tłoka powoduje przesterowanie rozdzielacza hydraulicznego, powodując wyrównanie sił działających na główny tłok w wyniku pracy układu hydraulicznego. Dzięki takiemu układowi uzyskuje się tłumienie masy głównego tłoka.From the Russian patent application SU1006822 is known a hydraulic system designed to reduce vibrations of a significant mass obtained from the increased volume of the piston in the cylinder. The main piston is supported on both sides by pushers ending with smaller pistons located in the cylinder chambers. A small deflection of the main piston causes overdriving of the hydraulic distributor, causing equalization of the forces acting on the main piston as a result of the work of the hydraulic system. Thanks to such a system, the mass of the main piston is damped.

W rozwiązaniu znanym z polskiego zgłoszenia wynalazku P.290296 odnoszącego się do hydraulicznego tłumika drgań powstających przy zmianie kierunku ruchu cieczy zastosowano tłumienie przepływu między komorami siłownika poprzez wprowadzenie nastawnych zaworów dławiących. Ruch cieczy przez zawory wynika z ruchu tłoka wewnątrz siłownika.In the solution known from the Polish patent application P.290296 relating to a hydraulic damper of vibrations generated when changing the direction of fluid movement, flow damping between the actuator chambers was applied by introducing adjustable throttle valves. The movement of the fluid through the valves results from the movement of the piston inside the actuator.

Znane jest także z polskiego zgłoszenia wynalazku P.401969 zastosowanie tarczy tłumiącej do redukcji drgań elementu zamykającego w mikrozaworze maksymalnym. W przedstawionym rozwiązaniu tarcza zamontowana jest w sposób stały na elemencie sterującym pracą suwaka.It is also known from the Polish patent application P.401969 the use of a damping disc to reduce vibrations of the closing element in the maximum microvalve. In the presented solution, the disc is permanently mounted on the element controlling the operation of the slide.

Problemem jaki stoi do rozwiązania przed przedmiotowym wynalazkiem jest konstrukcja, która skutecznie zapewni niwelowanie skutków oddziaływania zewnętrznych drgań mechanicznych na obudowę rozdzielacza.The problem that the invention in question must solve is a design that will effectively eliminate the effects of external mechanical vibrations on the distributor housing.

Rozdzielacz hydrauliczny utworzony z korpusu, w którym utworzona jest komora rozdzielcza, w której umiejscowiony jest suwak w skrajnych pozycjach położenia przepływowo zestawiający ze sobą odchodzące od komory rozdzielczej kanały przepływowe, których drugie końce wyprowadzone są na zewnętrzną powierzchnię korpusu, przy czym korpus co najmniej z jednej bocznej strony zestawiony jest z elektromagnesem sterującym położeniem suwaka poprzez wychodzący z niego rdzeń, który z suwakiem zestawiony jest osiowo, a poza tym w komorze rozdzielczej po obu stronach suwaka umiejscowione są sprężyny, które przy braku zasilania elektromagnesu pozycjonują suwak pośrodku komory rozdzielczej, według wynalazku charakteryzuje się tym, iż w suwaku, na całej jego długości, utworzony jest kanał przepływowy przy obu końcach suwaka zestawiony z promieniowo odchodzącymi od niego kanałami wlotowo-wylotowymi, za którymi umiejscowiona jest, zamocowana na każdym końcu suwaka, tarcza dławiąca, która obwodowo spasowana jest z pobocznicą komory rozdzielczej i w której utworzone są stożkowe otwory przelewowe z naprzemiennie w przeciwnych kierunkach nachylonymi pobocznicami.Hydraulic distributor formed from a body in which a distribution chamber is formed, in which a slider is located in extreme positions of the position in a flow manner connecting flow channels extending from the distribution chamber, the second ends of which are led out to the outer surface of the body, wherein the body is connected at least on one side with an electromagnet controlling the position of the slider via a core extending therefrom, which is connected axially to the slider, and in addition, springs are located on both sides of the slider in the distribution chamber, which, in the absence of power supply to the electromagnet, position the slider in the middle of the distribution chamber, according to the invention is characterized in that in the slider, along its entire length, a flow channel is formed at both ends of the slider, connected with inlet and outlet channels extending radially from it, behind which a choke disc is located, attached at each end of the slider, which is circumferentially fitted to the side of the distribution chamber and in which conical overflow holes are formed with alternating opposite directions sloping sides.

Utworzenie osiowego kanału przepływowego jak w rozwiązaniu według wynalazku pozwala na przemieszczanie się cieczy w komorze rozdzielczej z jej jednego końca na drugi koniec - na zewnętrzne strony suwaka. Podparcie hydrauliczne suwaka oraz tłumienie przepływu cieczy uzyskuje się poprzez zainstalowanie na końcach suwaka tarcz dławiących. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na redukcję drgań podczas pracy rozdzielacza hydraulicznego.The creation of an axial flow channel as in the solution according to the invention allows the liquid in the distribution chamber to move from one end to the other end - to the outer sides of the slider. Hydraulic support of the slider and damping of the liquid flow are obtained by installing throttling discs on the ends of the slider. The solution according to the invention allows for the reduction of vibrations during the operation of the hydraulic distributor.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy rozdzielacza hydraulicznego, fig. 2 tarczę dławiącą z sześcioma stożkowymi otworami rozmieszczonymi symetrycznie wokół pionowej osi tarczy co kąt 60°, a fig. 3 przekrój osiowy tarczy dławiącej ze stożkowymi otworami.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows an axial cross-section of the hydraulic distributor, Fig. 2 shows a choke disc with six conical holes arranged symmetrically around the vertical axis of the disc at an angle of 60°, and Fig. 3 shows an axial cross-section of the choke disc with conical holes.

Rozdzielacz hydrauliczny w przykładzie wykonania według wynalazku utworzony jest z korpusu 1, w którym utworzona jest komora rozdzielcza 2, w której umiejscowiony jest suwak 3 w skrajnych pozycjach położenia przepływowo zestawiający ze sobą parami odchodzące od komory rozdzielczej 2 kanały przepływowe P, A, B, T, T, których drugie końce wyprowadzone są na zewnętrzną powierzchnię korpusu 1. Od obu naprzeciwległych boków, korpus 1 zestawiony jest z elektromagnesami 4 sterującymi położeniem suwaka 3 poprzez wysuwne z nich rdzenie 5, z który jeden osiowo zestawiony jest z jednym a drugi z drugim końcem suwaka 3. W komorze rozdzielczej 2 po obu stronach suwaka 3 umiejscowione są sprężyny 6, które przy braku zasilania elektromagnesów 4 pozycjonują suwak 3 pośrodku komory rozdzielczej 2. W suwaku 3, na całej jego długości, utworzony jest osiowy kanał przepływowy 7 przy obu końcach suwaka 3 przepływowo zestawiony z promieniowo odchodzącymi od niego kanałami wlotowo-wylotowymi 8, za którymi, to jest idąc w kierunku obu naprzeciwległych końców suwaka 3, umiejscowione są, zamocowane na końcach suwaka 3, tarcze dławiące 9, w których utworzone są stożkowe otwory przelewowe 10 z naprzemiennie w przeciwnych kierunkach nachylonymi pobocznicami. Na każdym końcu suwaka 3 zamocowana jest jedna tarcza dławiąca 9. Średnica tarcz dławiących 9 jest zbieżna ze średnicą komory rozdzielczej 2 w obszarze przesuwu tarcz dławiących 9. W tarczy dławiącej 9 utworzonych jest sześć, rozmieszczonych symetrycznie wokół pionowej osi tarczy co kąt 60° stożkowych otworów przelewowych 10 (o kształcie ściętego stożka). Kolejno, nachylenie powierzchni stożkowej co drugiego otworu przelewowego 10 zwrócone jest w przeciwnym kierunku. Czyli co 120° otwory przelewowe 10 zwężają się w tym samym kierunku. Podczas przepływu cieczy stożkowe otwory przelewowe 10 działają jako dyfuzor lub konfuzor. Sprężyny 6 pozycjonujące suwak 3 w pozycji wypośrodkowanej po każdej ze stron suwaka 3 zaparte są pomiędzy ści anką zamykająca od boku komorę rozdzielczą 2 i tarczą dławiącą 9. Tarcza dławiąca 9 zamontowana jest na stałe z suwakiem 3. Taka konstrukcja powoduje ruch cieczy przez otwory przelewowe 10 w tarczy dławiącej 9 podczas zmiany pozycji suwaka 3. Przykładowo, tarcze dławiące 9 mogą mieć wymiary: średnicę zewnętrzną 24 mm, średnicę wewnętrzną 10 mm, grubość 3 mm, a utworzone w nich otwory przelewowe 10 mogą mieć nachylenie tworzącej otworu stożkowego 5°, średnicę mniejszego otworu stożkowego 2,5 mm, a większego 3 mm. Wielkość otworów przelewowych 10 dobiera się w zależności od ciśnień panujących w rozdzielaczu. Przedstawione rozwiązanie może być stosowane dla rozdzielcza sterowanego dwoma cewkami elektromagnetycznymi - elektromagnesami 4, jak ma to miejsce w niniejszym przykładzie wykonania, jak również w przypadku sterowania za pomocą jednej cewki elektromagnetycznej - elektromagnesu. Zasadniczą korzyścią wynikającą z wprowadzonego układu tłumienia oddziaływania zewnętrznych drgań mechanicznych jest redukcja przemieszczania się suwaka 3. W konstrukcji uzyskuje się poprawę stabilności położenia suwaka 3, wyeliminowanie jego drgań oraz redukcję pulsacji wydajności i ciśnienia w układzie hydraulicznym, powodowaną ruchem drgającym suwaka 3. Zasada działania rozdzielacza według wynalazku jest iden tyczna jak rozdzielaczy znanych ze stanu techniki. I tak, przesuw suwaka 3 w jednym kierunku przepływowo zestawia ze sobą kanały przepływowe P i B oraz jeden T i A, a w kierunku przeciwnym kanały przepływowe P i A oraz B i drugi T. W rozwiązaniu według wynalazku sprężyny 6 dodatkowo podtrzymują tarcze dławiące 9 podczas zmiany pozycji suwaka 3. Tarcza dławiąca 9 powoduje opory przepływu cieczy podczas zmiany pozycji suwaka 3. Ruch cieczy przez tarcze dławiące 9 możliwy jest dzięki osiowemu kanałowi przepływowemu 7 oraz promieniowym kanałom wlotowo/wylotowym 8 wewnątrz suwaka 3. W wyniku pracy suwaka 3 ciecz przemieszcza się z jego jednego końca na drugi koniec, między przestrzeniami bocznymi 2a suwaka 3. W wyniku podparcia hydraulicznego suwaka 3 oraz dławienia przepływu cieczy przez tarczę dławiącą 9 otrzymuje się redukcję drgań podczas pracy rozdzielacza hydraulicznego. Rozwiązanie może być stosowane w jedno lub dwustopniowych rozdzielaczach hydraulicznych.The hydraulic distributor in the embodiment according to the invention is formed from a body 1 in which a distribution chamber 2 is formed, in which a slider 3 is located in extreme positions of the position fluidly aligning with each other pairs of flow channels P, A, B, T, T extending from the distribution chamber 2, the second ends of which are led out to the outer surface of the body 1. From both opposite sides, the body 1 is assembled with electromagnets 4 controlling the position of the slider 3 through cores 5 extending from them, one of which is axially aligned with one end of the slider 3 and the other with the other end of the slider 3. In the distribution chamber 2, on both sides of the slider 3, springs 6 are located, which, in the absence of power supply to the electromagnets 4, position the slider 3 in the middle of the distribution chamber 2. In the slider 3, along its entire length, an axial flow channel 7 is formed at both ends of the slider 3 fluidly aligned with the channels radially extending from it inlet-outlet 8, behind which, i.e. going towards both opposite ends of the slider 3, there are located, mounted on the ends of the slider 3, choke discs 9, in which conical overflow holes 10 are formed with alternately in opposite directions inclined side surfaces. One choke disc 9 is mounted on each end of the slider 3. The diameter of the choke discs 9 coincides with the diameter of the distribution chamber 2 in the area of the movement of the choke discs 9. In the choke disc 9, there are formed six conical overflow holes 10 (in the shape of a truncated cone), arranged symmetrically around the vertical axis of the disc at an angle of 60°. Subsequently, the inclination of the conical surface of every other overflow hole 10 is directed in the opposite direction. That is, every 120° the overflow holes 10 narrow in the same direction. During the flow of liquid, the conical overflow holes 10 act as a diffuser or confusor. Springs 6 positioning the slider 3 in a central position on each side of the slider 3 are braced between the wall closing the distribution chamber 2 from the side and the choke disc 9. The choke disc 9 is permanently mounted with the slider 3. Such a design causes the movement of liquid through the overflow holes 10 in the choke disc 9 when the position of the slider 3 is changed. For example, the choke discs 9 may have the following dimensions: external diameter 24 mm, internal diameter 10 mm, thickness 3 mm, and the overflow holes 10 formed in them may have an inclination of the conical hole generatrix 5°, the diameter of the smaller conical hole 2.5 mm, and the diameter of the larger one 3 mm. The size of the overflow holes 10 is selected depending on the pressures prevailing in the distributor. The presented solution can be used for a distributor controlled by two electromagnetic coils - electromagnets 4, as is the case in the present example of implementation, as well as in the case of control by means of one electromagnetic coil - electromagnet. The fundamental advantage resulting from the introduced system of damping the impact of external mechanical vibrations is the reduction of the movement of the slider 3. The construction achieves an improvement in the stability of the position of the slider 3, elimination of its vibrations and reduction of efficiency and pressure pulsations in the hydraulic system caused by the vibrating movement of the slider 3. The principle of operation of the distributor according to the invention is identical to the distributors known from the state of the art. Thus, the movement of the slider 3 in one direction fluidly aligns the flow channels P and B and one T and A, and in the opposite direction the flow channels P and A and B and the other T. In the solution according to the invention, the springs 6 additionally support the choke discs 9 during the change of the position of the slider 3. The choke disc 9 causes resistance to the flow of liquid during the change of the position of the slider 3. The movement of liquid through the choke discs 9 is possible thanks to the axial flow channel 7 and the radial inlet/outlet channels 8 inside the slider 3. As a result of the operation of the slider 3, the liquid moves from one end to the other end, between the side spaces 2a of the slider 3. As a result of the hydraulic support of the slider 3 and the choking of the liquid flow by the choke disc 9, a reduction in vibrations is obtained during the operation of the hydraulic distributor. The solution can be used in single- or two-stage hydraulic distributors.

Claims

Patent claim

1. A hydraulic distributor formed from a body in which a distribution chamber is formed, in which a slider is located in extreme positions of the position in a flow manner connecting flow channels extending from the distribution chamber, the second ends of which are led out to the outer surface of the body, wherein the body is connected at least on one side with an electromagnet controlling the position of the slider via a core extending therefrom, which is connected axially to the slider, and in addition, springs are located on both sides of the slider in the distribution chamber, which, when the electromagnet is not powered, position the slider in the middle of the distribution chamber, characterized in that in the slider (3), along its entire length, a flow channel (7) is formed at both ends of the slider (3) connected with inlet/outlet channels (8) extending radially therefrom, behind which a throttle disc (9) is located, attached at each end of the slider (3), which is circumferentially fitted to the side of the distribution chamber (2) and in which has conical overflow holes (10) with alternately inclined side walls in opposite directions.