RU2241144C2

RU2241144C2 - Five-line two-position valve-type pneumatic distributor

Info

Publication number: RU2241144C2
Application number: RU2000111910/06A
Authority: RU
Inventors: П.Г. Редько (RU); П.Г. Редько; С.В. Таркаев (RU); С.В. Таркаев; А.В. Амбарников (RU); А.В. Амбарников; А.С. Чугунов (RU); А.С. Чугунов; К.В. Нахамкес (RU); К.В. Нахамкес; А.В. Волков (RU); А.В. Волков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2004-11-27

Abstract

FIELD: pneumatic control systems.

SUBSTANCE: proposed pneumatic distributor has housing, two spring-loaded valves with four "valve-seat" type shutoff elements arranged in parallel, two valve control pneumatic devices and system of working channels and pneumatic lines connecting valves and actuating mechanism. Through stepped cylindrical bore with minimum step difference is made in housing for each valve. Disconnecting bushing with outer ring groove is secured by means of plug in larger step. Said ring groove connected radial channels with inlet space. Bushing is provided with seals on outer seat surface and end face flat seats installed concentrically and contacting with flexible ring seals of shutoff elements, one of which is arranged from side of smaller step bore and is made in form of self-aligning differential piston movably secured on valve rod by cylindrical pin with ring clearance for simultaneous contact with surface of cylindrical bore and seat surface of disconnecting bushing. Space between steps of bore in housing limited by disconnecting bushing and different piston in one of valves communicates with pressure channel.

EFFECT: simplified design.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для изменения направления и (или) пуска (останова) потоков сжатого воздуха в двух или более внешних пневмолиниях в зависимости от управляющего воздействия (сигнала управления).The present invention relates to the field of pneumatic devices and is intended to change the direction and (or) start (stop) the flow of compressed air in two or more external pneumatic lines depending on the control action (control signal).

Известны пневмораспределители с различными конструкциями распределительных устройств: с цилиндрическим золотником, с плоским золотником, клапанные и крановые.Known pneumatic valves with various designs of distribution devices: with a cylindrical spool, with a flat spool, valve and crane.

Пневморасределители с цилиндрическим золотником наряду с клапанными широко применяют в промышленности вследствие простой и технологичной конструкции, широких функциональных возможностей и удобной компоновки.Along with valve valves, cylindrical spool valves are widely used in industry due to their simple and technological design, wide functional capabilities and convenient layout.

На рис.4.8, стр.83 книги Е.В. Герц Пневматические устройства и системы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1981 г. показана конструкция пятилинейного пневмораспределителя с цилиндрическим золотником и пневматическим управлением. Золотник уплотнен специальными Т-образными эластичными уплотнениями, которые в данной конструкции работают в тяжелых условиях, поскольку цилиндрические золотники имеют большие рабочие хода (10 мм и более) и, следовательно, уплотнения подвержены значительному механическому износу, усиливающемуся из-за прохождения уплотнителями через кромки проточек или отверстий при каждом ходе золотника.In Fig. 4.8, p. 83 of the book of E.V. Hertz Pneumatic devices and systems in mechanical engineering. - M .: Engineering, 1981 shows the design of a five-line pneumatic valve with a cylindrical spool and pneumatic control. The spool is sealed with special T-shaped elastic seals, which in this design work under difficult conditions, since cylindrical spools have large working strokes (10 mm or more) and, therefore, the seals are subject to significant mechanical wear, which is aggravated by the passage of the seals through the edges of the grooves or holes at each stroke of the spool.

Другим недостатком цилиндрического золотника с эластичными уплотнениями является высокое трение, возникающее при движении золотника, особенно в условиях низких температур окружающей среды (минус 30...минус 50°С), что приводит к увеличению времени запаздывания при срабатывании золотника и уменьшению надежности.Another disadvantage of a cylindrical spool with elastic seals is the high friction that occurs when the spool moves, especially at low ambient temperatures (minus 30 ... minus 50 ° C), which leads to an increase in the delay time when the spool is triggered and a decrease in reliability.

Указанные недостатки пневмораспределителей с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями ограничивают их применение в широком диапазоне температур окружающей среды в устройствах, к которым предъявляются высокие требования по герметичности пневмораспределителя в течение длительного срока службы с ресурсом в несколько миллионов циклов.The indicated drawbacks of pneumatic valves with a cylindrical spool and elastic seals limit their use in a wide range of ambient temperatures in devices that have high demands on the tightness of the pneumatic valves for a long service life with a life of several million cycles.

Наиболее близким по технической сущности является трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель клапанного типа, состоящий из двух клапанов и поршня управления, расположенных на одном штоке, который поджат пружиной со стороны, противоположной поршню. (Е.В. Герц. Пневматические устройства и системы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1981 г., стр.82, рис.4.6.). Такая конструкция по сравнению с распределителем с цилиндрическим золотником имеет меньшие рабочие хода клапана, повышает герметичность вследствие незначительного механического износа уплотнителей затворов, снижает трение движения, но не исключает недостатки, заключающиеся в сложности конструкции из-за наличия глухих рабочих камер с труднодоступными для обработки местами (седлами).The closest in technical essence is a three-line two-position valve-type pneumatic directional valve, consisting of two valves and a control piston located on one rod, which is spring-loaded from the side opposite to the piston. (EV Herts. Pneumatic devices and systems in mechanical engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1981, p. 82, Fig. 4.6.). This design, compared to a valve with a cylindrical spool, has less valve travel, increases tightness due to insignificant mechanical wear of the valve seals, reduces friction, but does not exclude the disadvantages of the design complexity due to the presence of deaf working chambers with places difficult to process ( saddles).

Для пятилинейного клапанного пневмораспределителя такая сложность возрастает из-за необходимости объединения двух трехлинейных клапанов в одном общем корпусе. Кроме того, установка упругого уплотнительного кольца круглого сечения в часть корпуса, разделяющую полости клапана и поршня, сохраняет значительное трение по штоку, соединяющему клапан с поршнем управления.For a five-line valve pneumatic valve, this complexity increases due to the need to combine two three-line valves in one common housing. In addition, the installation of an elastic O-ring in the part of the housing separating the cavity of the valve and the piston retains significant friction along the rod connecting the valve to the control piston.

В совокупности указанные недостатки снижают показатели надежности работы пневмораспределителя, особенно в условиях применения при низких температурах окружающей среды от минус 30 до минус 50°С.In aggregate, these drawbacks reduce the reliability indicators of the pneumatic distributor, especially in conditions of use at low ambient temperatures from minus 30 to minus 50 ° C.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и обеспечение работоспособности заявляемого пневмораспределителя в условиях эксплуатации при температурах минус 30...минус 50°С путем снижения трения движения распределительного клапана.The technical task of the invention is to simplify the design and ensure the operability of the inventive valve in operating conditions at temperatures of minus 30 ... minus 50 ° C by reducing the friction of the movement of the control valve.

Поставленная задача решается тем, что в пятилинейном двухпозиционном клапанном пневмораспределителе, содержащем корпус, два параллельно расположенных подпружиненных клапана с четырьмя запирающими элементами типа клапан-седло, два пневматических устройства управления клапанами и систему рабочих каналов и пневмолиний, соединяющих клапаны между собой и исполнительным механизмом, согласно изобретению в корпусе для каждого клапана выполнена сквозная с минимальным перепадом ступенчатая цилиндрическая расточка, в большей ступени которой закреплена с помощью пробки разобщающая втулка с наружной кольцевой проточкой, соединяющей радиальные каналы с входной полостью, уплотнениями на внешней посадочной поверхности и торцевыми, концентрично расположенными плоскими седлами, контактирующими с упругими кольцевыми уплотнителями затворов, один из которых, размещенный со стороны расточки меньшей ступени, выполнен в виде самоустанавливающегося дифференциального поршня, подвижно закрепленного на штоке клапана цилиндрическим штифтом с кольцевым зазором, с возможностью одновременного контакта с поверхностью цилиндрической расточки и седловой поверхностью разобщающей втулки, при этом полость между ступенями расточки в корпусе, ограниченная разобщающей втулкой и дифференциальным поршнем, в одном из клапанов сообщена с напорным каналом.The problem is solved in that in a five-line on-off valve directional valve containing a housing, two parallel-mounted spring-loaded valves with four locking elements such as valve-seat, two pneumatic valve control devices and a system of working channels and pneumatic lines connecting the valves to each other and the actuator, according to In accordance with the invention, a stepwise cylindrical bore, with a greater degree of the uncoupling sleeve is fixed with a plug with an external annular groove connecting the radial channels with the inlet cavity, seals on the outer seating surface and end, concentrically arranged flat saddles in contact with the elastic ring seals of the shutters, one of which is located on the side of the bore of a lower stage, made in the form of a self-aligning differential piston, movably mounted on the valve stem with a cylindrical pin with an annular gap, with the possibility of one TERM contact with the surface of the cylindrical bore and a saddle surface of the uncoupling of the sleeve, the cavity between the stages in a housing bore limited by uncoupling the hub and a differential piston, one of the valves communicates with the flow channel.

"Плавающий" эффект установки поршня исключает возможность механического заклинивания клапана, "затяжеления" его движения, а замена уплотнительного кольца круглого сечения, устанавливаемого по прототипу, манжетным уплотнением на головке поршня значительно снижает трение движения клапана. Дополнительно конструкция упрощена заменой механической пружины на пневматическую.The “floating” effect of installing the piston eliminates the possibility of mechanical jamming of the valve, “tightening” of its movement, and replacing the O-ring installed according to the prototype with a lip seal on the piston head significantly reduces the friction of the valve movement. Additionally, the design is simplified by replacing a mechanical spring with a pneumatic one.

На чертеже показаны общий вид, разрез пятилинейного двухпозиционного клапанного пневмораспределителя и схема пневмолиний.The drawing shows a General view, section of a five-line on-off valve valve and pneumatic circuit diagram.

Пневмораспределитель содержит корпус 1 с каналами 2 и 3 управления пневмомеханизмом, с каналами 4 и 5 выпуска в атмосферу, с пневмолинией напора 6, с пневмолинией 7 подачи давления (сигнала) управления клапанами. В корпусе 1 выполнены две параллельно расположенные сквозные с минимальным перепадом ступенчатые расточки 8 и 9. В большей ступени каждой расточки 8 закреплена с помощью пробки 10 разобщающая втулка 11 с уплотнениями 12, наружной канавкой 13, радиальными каналами 14 и торцевыми плоскими седлами 15, к одному из которых прилегает запорный упругий уплотнитель 16 затвора клапана 17 с направляющими штоками, к другому - запорный упругий уплотнитель затвора дифференциального поршня 18 с манжетными уплотнениями 19, закрепленного на штоке клапана 17 цилиндрическим штифтом 20 с кольцевым зазором 21.The pneumatic distributor contains a housing 1 with channels 2 and 3 for controlling the pneumatic mechanism, with channels 4 and 5 for exhausting to the atmosphere, with a pressure pneumatic line 6, and a pneumatic line 7 for supplying pressure (signal) for controlling the valves. In the housing 1, two step-boring bores 8 and 9 are arranged parallel to each other with a minimum difference. In the larger stage of each bore 8, a disconnecting sleeve 11 with seals 12, an outer groove 13, radial channels 14 and end flat saddles 15 is fixed to one of which the locking elastic seal 16 of the valve shutter 17 with guide rods is adjacent, to the other, the locking elastic seal of the shutter of the differential piston 18 with lip seals 19 attached to the cylinder valve 17 eskim pin 20 with an annular gap 21.

Пространства, заключенные между дифференциальными поршнями 18(18а) и крышками 22(22а) образуют полости управления 23(23а), в которые подается давление (сигнал) на перемещение клапанов 17 и 17а. Пространство, ограниченное дифференциальным поршнем 18 и разобщающей втулкой 11, образует напорную полость 24 верхнего клапана, выполняющую дополнительную роль постоянно действующей пневматической пружины. Ускоренный возврат нижнего клапана в исходное положение осуществляется механической пружиной 25. Пространство, ограниченное затвором клапана 17а и внутренней полостью пробки 10а, образует напорную полость 26а нижнего клапана.The spaces enclosed between the differential pistons 18 (18a) and the covers 22 (22a) form control cavities 23 (23a) into which pressure (signal) is applied to move the valves 17 and 17a. The space limited by the differential piston 18 and the uncoupling sleeve 11 forms a pressure cavity 24 of the upper valve, which performs the additional role of a permanent air spring. An accelerated return of the lower valve to its initial position is carried out by a mechanical spring 25. The space limited by the valve shutter 17a and the internal cavity of the plug 10a forms a pressure cavity 26a of the lower valve.

Пневмораспределитель работает следующим образом.The directional valve operates as follows.

При отсутствии давления в пневмолинии управления 7 оба клапана, верхний 17 и нижний 17а, под действием рабочего давления, подаваемого из напорной линии 6, и действиями пневматической пружины 24 и механической пружины 25 перемещаются в крайние правые положения. Запорные уплотнители затворов дифференциальных поршней 18 и 18а отходят от правых седел 15 разобщающих втулок 11 и 11a, а запорные уплотнители затворов клапанов 17 и 17а прижимаются к левым седлам разобщающих втулок 11 и 11а, закрывая их центральные каналы. Подаваемое рабочее давление из пневмолинии напора 6 поступает в напорную полость 24 верхнего клапана и далее в центральный канал разобщающей втулки 11, откуда через радиальные каналы 14, канавку 13 поступает в полость 3 исполнительного пневмомеханизма. Из полости 2 исполнительного механизма воздух вытесняется через канавку 13а, радиальные каналы 14а, центральный канал разобщающей втулки 11а в полость 5 нижнего клапана и в атмосферу.In the absence of pressure in the control pneumatic line 7, both valves, upper 17 and lower 17a, under the action of the working pressure supplied from the pressure line 6, and the actions of the pneumatic spring 24 and mechanical spring 25 are moved to the extreme right positions. The locking seals of the gates of the differential pistons 18 and 18a extend from the right seats 15 of the uncoupling bushings 11 and 11a, and the locking seals of the valves of the valves 17 and 17a are pressed against the left saddles of the uncoupling bushes 11 and 11a, closing their central channels. The supplied working pressure from the pressure pneumatic line 6 enters the pressure chamber 24 of the upper valve and then into the central channel of the uncoupling sleeve 11, from where, through the radial channels 14, the groove 13 enters the cavity 3 of the actuating pneumomechanism. From the cavity 2 of the actuator, air is forced out through the groove 13a, the radial channels 14a, the central channel of the uncoupling sleeve 11a into the cavity 5 of the lower valve and into the atmosphere.

При подаче давления (сигнала) управления через пневмолинию управления 7 в полости управления 23 и 23а оба клапана 17 и 17а, преодолевая сопротивление пневматической пружины 24 и механической пружины 25, перемещаются в крайние левые положения, уплотнители затворов дифференциальных поршней 18 и 18а прижимаются к правым седлам 15 и 15а разобщающих втулок 11 и 11а, закрывая их центральные каналы, а запорные уплотнители затворов клапанов 17 и 17а отходят от левых седел разобщающих втулок 11 и 11а.When the control pressure (signal) is supplied through the control pneumatic line 7 to the control cavity 23 and 23a, both valves 17 and 17a, overcoming the resistance of the pneumatic spring 24 and the mechanical spring 25, are moved to the extreme left positions, the shutter seals of the differential pistons 18 and 18a are pressed to the right seats 15 and 15a of the uncoupling bushings 11 and 11a, closing their central channels, and the locking seals of the valve gates 17 and 17a extend from the left seats of the uncoupling bushes 11 and 11a.

Подаваемое рабочее давление из пневмолинии напора 6 поступает в напорную полость 26а нижнего клапана, далее в центральный канал втулки 11а, каналы 14а, канавку 13а и полость 2 исполнительного механизма, а из полости 3 исполнительного пневмомеханизма воздух вытесняется через седло разобщающей втулки 11 в полость 4 верхнего клапана и в атмосферу.The supplied working pressure from the pressure pneumatic line 6 enters the pressure chamber 26a of the lower valve, then into the central channel of the sleeve 11a, channels 14a, the groove 13a and the cavity 2 of the actuator, and air is displaced from the cavity 3 of the actuator through the saddle of the uncoupling sleeve 11 into the cavity 4 of the upper valve and into the atmosphere.

Пятилинейный клапанный пневмораспределитель позволяет упростить конструкцию и в целом унифицировать ее из-за применения в обоих клапанах одних и тех же деталей, снизить трение перемещения клапанов, а также повысить надежность работы пневмораспределителя в условиях значительных механических воздействий и воздействий температур окружающей среды в диапазоне от + 100 до минус 50°С, что подтверждается актами Л.524.99.42 и 8К.200.3235 по результатам проведенных заводских испытаний пневмораспределителя в составе пневматического дистанционного привода ППД.50.135, устанавливаемого в систему управления пассажирскими дверьми троллейбусов.The five-linear valve pneumatic distributor simplifies the design and generally unifies it due to the use of the same parts in both valves, reduces the friction of valve movement, and also increases the reliability of the pneumatic distributor under conditions of significant mechanical and environmental temperatures in the range from + 100 up to minus 50 ° С, which is confirmed by acts L.524.99.42 and 8K.200.3235 according to the results of factory tests of the air distributor as part of a pneumatic remote drive and PPD.50.135 installed in the passenger door control system trolley.

Claims

A five-line on-off valve directional valve comprising a housing, two parallel-mounted spring-loaded valves with four valve-seat locking elements, two pneumatic valve control devices and a system of working channels and pneumatic lines connecting the valves to each other and the actuator, characterized in that in the housing for each valve, a stepwise cylindrical bore is made through with a minimum difference, in a greater degree of which is fixed with a plug sleeve with an external annular groove connecting radial channels with the inlet cavity, seals on the outer seating surface and end, concentrically arranged flat saddles in contact with the elastic ring seals of the shutters, one of which, located on the side of the bore of the lower stage, is made in the form of a self-mounted differential a piston movably fixed to the valve stem with a cylindrical pin with an annular gap, with the possibility of simultaneous contact with the surface of the qil a bore and a saddle surface of the uncoupling sleeve, the cavity between the steps of the bore in the housing, limited by the uncoupling sleeve and the differential piston, in one of the valves in communication with the pressure channel.