Пятилинейный двухпозиционный золотниковый электропневмораспределитель с односторонним управлением привода дверей транспортного средства
Изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для изменения направления потоков сжатого воздуха в пневмолиниях пневматических приводов, преимущественно транспортных средств. Электропневмораспределитель содержит корпус, цилиндрический золотник, поршень управления, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления, систему каналов и пневмолиний, соединяющих электропневмораспределитель с исполнительным механизмом. Цилиндрический золотник выполнен за одно целое с поршнем управления в виде дифференциального золотника, установленного непосредственно в расточках корпуса с возможностью осевого перемещения, а финишная обработка поверхностей расточек в корпусе и формирование радиусов закруглений отсечных кромок каналов управления на этих поверхностях выполнены механической раскаткой свободно вращающимися и поджатыми к обрабатываемой поверхности подпружиненными шариками, при этом механизм вспомогательного ручного управления встроен в полость управления дифференциальным золотником соосно его положению и с возможностью управления из пассажирского салона транспортного средства. Технический результат заключается в повышении надежности электропневмораспределителя привода дверей транспортного средства, упрощении конструкции, технологии изготовления и обеспечении открывания двери из пассажирского салона. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для изменения направления и (или) пуска (останова) потоков сжатого воздуха в пневмолиниях пневматических приводов, преимущественно транспортных средств, в зависимости от управляющего воздействия.
Известны электропневмораспределители (пневмораспределители) различных конструкций, управляющие пневмоцилиндрами открытия дверей транспортных средств (автобусов, троллейбусов, спецмашин и т.п.): с цилиндрическим золотником, с плоским золотником, клапанные и крановые. Пневмораспределители с цилиндрическим золотником наиболее широко применяют в пневмоприводах управления створками дверей транспортных средств вследствие простоты, технологичности и широких функциональных возможностей.
Из пневмораспределителей этой группы наиболее экономичны, проще в управлении и дешевле в изготовлении пневмораспределители с односторонним управлением из-за применения в них одного электромагнитного клапана управления и реальной возможности при конструктивной компоновке привода дверей транспортного средства располагать такой пневмораспределитель в любом пространственном положении.
На рис. 56.б, с.69 отраслевого каталога Министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР “Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления”, Москва, 1990 г. показана конструкция золотникового пятилинейного пневмораспределителя типа П-Р4Ф ТУ2-053-1741-85 с цилиндрическим золотником и односторонним электропневматическим управлением.
К недостатку известной конструкции следует отнести то, что Т-образные уплотнительные кольца работают в сложных условиях, так как при переключении пневмораспределителя эти кольца то входят, то выходят из контакта с золотником, испытывая при этом динамические воздействия от кромок золотника и перепада давления, и, как следствие этого, подвергаются усиленному механическому износу.
В целом известная конструкция отличается сложностью и нетехнологичностью из-за выполнения дифференциального золотника составным и необходимости обеспечения высокой точности размеров и взаимного расположения (соосности) взаимодействующих между собой деталей и корпуса. Сложность конструкции, обусловленная наличием в ней большого количества сопрягаемых узлов и деталей в совокупности снижает надежность пневмораспределителя. Повышение трудоемкости изготовления, а следовательно, и стоимости пневмораспределителя, вытекает из перечисленных выше недостатков.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является пятилинейный двухпозиционный пневмораспределитель с цилиндрическим золотником и электрическим импульсным односторонним управлением SYJ3143 (каталог “SMC Пневматик”, Япония (Copyright by SMC Pneumatik LLC, Russia 199106 St. Petersburg) стр. 175, 176, 1998 г.).
Данная конструкция содержит наибольшее количество сходных с заявляемым пневмораспределителем признаков, а именно: оба пневмораспределителя являются пятилинейными, двухпозиционными с односторонним управлением, каждый из которых содержит корпус, цилиндрический золотник, поршень управления, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления и каналы, соединяющие пневмораспределитель с исполнительным механизмом, источником питания и атмосферой.
Простоту указанной конструкции выгодно отличает то, что цилиндрический золотник пневмораспределителя под воздействием управляющего пневмосигнала аксиально перемещается в ту или другую сторону непосредственно в цилиндрической расточке корпуса. Для осуществления управления потоком сжатого воздуха в расточке корпуса выполнены коллекторные кольцевые канавки трапецеидальной формы для плавного вхождения или схода наружных уплотнений распределительных буртов золотника в момент его рабочих перемещений. Изготовление таких канавок с высоким качеством поверхности заходных фасок представляет для производства определенные технологические трудности. Характер работы наружных уплотнений золотника с циклическими знакопеременными деформациями по сечению аналогичен работе уплотнителей золотника описанного выше пневмораспределителя - аналога.
Кроме этого, как показали испытания и опытная эксплуатация, несмотря на применение средств подготовки воздуха, преимущественный износ эластичных (резиновых) уплотнителей распределительного золотника во время работы происходит по уплотнителю среднего бурта со стороны расположения дифференциальной части из-за наносного и устойчивого отложения микрочастиц и пыли, оседаемых под давлением воздуха на поверхностях стенок отверстия, ограниченных межбуртовой полостью нагнетания золотника, который большую часть периода эксплуатации находится в неподвижном состоянии при отсутствии электрического сигнала и закрытой двери.
При подаче электрического сигнала управления на открытие двери уплотнение среднего бурта золотника, перемещаясь из одного крайнего положения в другое, контактирует с указанными отложениями на стенках отверстия и подвергается усиленному износу, приводящему к потере герметичности и работоспособности привода в целом.
В конструкции прототипа защита от износа уплотнителей, работающих в зоне нагнетания, не предусматривается.
Не предусмотрено и применение пневмодросселей и шумопоглотителей, предназначенных для настройки величины расхода воздуха и снижения уровня шума при выходе отработанного воздуха из пневмораспределителя привода дверей транспортного средства.
В конструкции прототипа механизм вспомогательного ручного управления выполнен с вертикальным и труднодоступным расположением нажимного элемента, что не позволяет применить известную конструкцию в пневмораспределителе привода управления дверьми пассажирского транспорта для экстренного открывания дверей или для управления в наладочном режиме (при отключенном электропитании).
В совокупности указанные недостатки снижают показатели технологичности и надежности пневмораспределителя - прототипа.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение надежности пневмораспределителя, упрощение конструкции, расширение технологических возможностей и обеспечение в случаях необходимости экстренного открывания дверей транспортного средства непосредственно из пассажирского салона путем введения в пневмораспределитель более удобной конструкции дублирующего устройства ручного управления.
Поставленная задача решается тем, что в пятилинейном двухпозиционнолм золотниковом электропневмораспределителе с односторонним управлением привода дверей транспортного средства, содержащем корпус, цилиндрический золотник, поршень управления, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления, систему каналов и пневмолиний, соединяющих электропневмораспределитель с исполнительным механизмом, согласно изобретению цилиндрический золотник выполнен за одно целое с поршнем управления в виде дифференциального золотника, установленного внутри двухступенчатой цилиндрической расточки корпуса с образованием полостей распределения и управления, с возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования наружных уплотнений распределительных буртов с поверхностями расточек, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками с образованными на поверхности расточки малой ступени отсечными кромками радиально направленных каналов управления исполнительным механизмом (ИМ), причем между наружными поверхностями золотника и внутренними поверхностями ступенчатой расточки корпуса установлены гарантированные кольцевые зазоры, а финишная обработка поверхностных слоев расточек корпуса и формирование радиусов закругления на отсечных кромках каналов управления ИМ выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой свободно вращающимися, аксиально перемещающимися и поджатыми к раскатываемому поверхностному слою подпружиненными шариками, при этом диаметры шарика и канала управления ИМ связаны соотношением:
DШ/dК=1,7...2,
где Dш - диаметр шарика, dk - диаметр канала управления,
а уплотнительный узел среднего распределительного бурта золотника, образованного со стороны его дифференциальной части, выполнен в виде установленных в наружной кольцевой канавке с предварительным натягом упругого резинового кольца и тонкостенной двухступенчатой по наружной поверхности обечайки из полимерного антифрикционного материала, размещенной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью расточки корпуса и упругим резиновым кольцом, при этом уступ между ступенями обечайки обращен в сторону напорной полости золотника, а наружный диаметр большей ступени обечайки выбран в соответствии с зависимостью:
DО=D Р+0,5 мм,
где DО - наружный диаметр обечайки, мм;
DР - диаметр расточки корпуса, мм;
причем на торцах обечайки, контактирующих с поверхностями кольцевой расточки, выполнены полуцилиндрические радиально направленные сквозные пазы (углубления) с возможностью сообщения полости канавки, ограниченной обечайкой, с напорной полостью золотника, при этом пазы образованы одинаковой глубины и расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях, кроме этого в корпус, в канал выхода отработанного воздуха, соосно с каналом, встроен дроссель с шумопоглотителем и возможностью осевого перемещения и регулирования величины пропускаемого потока, при этом дроссель выполнен в виде подпружиненного стакана с наружной резьбой и профилированной торцевой чашей, образующей осевой цилиндрический выступ с переходом его в участок с конической поверхностью, вершина конуса которого направлена в сторону перекрываемого канала, а внутри чаши с упором в ее донышко размещена предварительно поджатая пружина сжатия, второй опорный торец которой оперт в торцовую поверхность резьбовой расточки корпуса, причем в донышке чаши, по периферии, образован пояс перфорации сквозных отверстий с возможностью сообщения внутренней полости чаши стакана с атмосферой, причем регулируемый дроссель выполнен из полиэтилена или других подобных материалов и может изготавливаться с помощью рельефной формовки или литья, а механизм вспомогательного ручного управления встроен в полость подачи командного давления от электропневматического клапана по управлению дифференциальным золотником соосно его положению и выполнен в виде аксиально-подвижного стержня (привода) с цилиндрической головкой и охватывающей его уплотняющей втулки, неподвижно закрепленной в корпусе, при этом головка стержня одним торцом оперта в торец внутренней цилиндрической расточки уплотняющей втулки с возможностью взаимодействия другим торцом с торцом золотника при перемещении стержня (привода).
Предложенная цельная конструкция дифференциального золотника (ДЗ) обеспечивает жесткость соединения золотника с поршнем управления без применения специальных крепежных элементов и контровочных средств и, соответственно, повышенную стойкость ДЗ к воздействию широкого спектра механических воздействующих факторов, а технологическое решение по финишной безабразивной обработке поверхностей для установки золотников в корпусных деталях, изготавливаемых преимущественно из алюминиевых сплавов, путем пластической деформации с применением механической раскатки шариками обеспечило высокое качество обрабатываемых поверхностей (шероховатость не более 0,16 мкм) с одновременным формированием радиусов закруглений отсечных кромок распределительных каналов корпуса, что упростило конструкцию пневмораспределителя, повысило его надежность и ресурс.
Введение в конструкцию пневмораспределителя регулирующих дросселей упрощает систему проводки по управлению дверьми, а введение дублирующего механизма ручного управления соосно ДЗ позволяет осуществить при отключенном электропитании более удобное открывание двери из пассажирского салона в экстренных случаях или при проведении пусконаладочных или восстановительных работ.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан общий вид, разрез пятилинейного двухпозиционного золотникового электропневмораспределителя с односторонним управлением привода дверей транспортного средства в закрытом положении и схема пневмолиний, соединяющих пневмораспределитель с пневмоцилиндром, управляющим дверьми. Электрический сигнал управления отсутствует, створки двери закрыты, исполнительный шток 7 пневмоцилиндра 4 находится в убранном положении.
На фиг.2 показаны место А на фиг.1 - схема раскатки поверхности расточки корпуса 1 под золотник 16 и отсечных кромок 23 каналов управления 2 и 3 пневмоцилиндром ИМ поджатыми шариками и конструкция уплотнительного узла среднего распределительного бурта золотника со стороны его дифференциальной части.
На фиг.3 показан общий вид, разрез пневмораспределителя в открытом положении. На электропневматический клапан 12 подан электрический сигнал управления, створки двери открыты, исполнительный шток 7 пневмоцилиндра 4 находится в выдвинутом положении.
На фиг.4 показан общий вид, разрез пневмораспределителя при нажатом приводе 37 механизма вспомогательного ручного управления на открытие двери. Электрический сигнал управления отсутствует.
Пневмораспределитель (фиг.1) содержит корпус 1 с каналами 2 и 3 управления пневмоцилиндром 4 ИМ с рабочими полостями 5 и 6 и поршнем-штоком 7, с каналами 8 и 9 выпуска воздуха в атмосферу, с каналом напора 10, с каналом 11 подачи командного давления от электропневматического клапана 12 на открытие двери, с каналом 13 подачи командного давления на закрытие двери.
Внутри двухступенчатой цилиндрической расточки 15 корпуса 1 установлен цилиндрический дифференциальный золотник 16 с образованием полостей распределения 17 и управления 18 и 18а и возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования наружных уплотнений 19, 20 (фиг.2) распределительных буртов 21 с поверхностью расточки 15, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками 22 с образованными на поверхности расточки корпуса отсечными кромками 23 радиально направленных каналов управления 2 и 3 пневмоцилиндром 4.
Между наружными поверхностями золотника 16 и внутренними поверхностями расточек 15 в корпусе 1 установлены гарантированные кольцевые зазоры 24 (фиг.1, 2). Финишная безабразивная обработка поверхностей 15 расточек корпуса 1 и формирование радиусов закругления R на отсечных кромках 23 каналов управления 2 и 3 выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой поджатыми к раскатываемому поверхностному слою 15 шариками 25.
Уплотнительный узел 20 среднего распределительного бурта 21 золотника 16, образованного со стороны его дифференциальной части 26, выполнен из резинового круглого кольца 27 и двухступенчатой обечайки 20 из полимерного антифрикционного материала, при этом уступ 28 обечайки 20 обращен в сторону напорной полости распределения 29 (фиг.2), а на торцах обечайки 20 выполнены полуцилиндрические сквозные пазы 30, расположенные во взаимоперпендикулярных плоскостях.
В каналы выхода отработанного воздуха 8 и 9 (фиг.1) соосно с каналами встроены дроссели с шумопоглотителем 31, выполненные в виде стакана с наружной резьбой и торцовой чашей 32, образующей осевой цилиндрический выступ 33 с переходом его в участок с конической поверхностью 34, вершина конуса которого направлена в сторону выходных каналов 8 или 9. Внутри чаши 32 размещена пружина сжатия 35 с упором в торцевую поверхность резьбовой расточки корпуса 1. В донышке чаши образован пояс перфорации сквозных шумопоглощающих отверстий 36, соединяющих внутреннюю полость чаши 31 с атмосферой.
В полость подачи командного давления 18а от электропневматического клапана управления дифференциальным золотником 16, соосно его положению, встроен механизм вспомогательного ручного управления, выполненный в виде аксиально-подвижного стержня (привода) 37 с цилиндрической головкой 38 и охватывающей его уплотняющей втулки 39, неподвижно закрепленной в корпусе 1. Стержень (привод) 37 установлен во втулке 39 с возможностью взаимодействия открытого торца 40 его головки с торцом дифференциального золотника 16.
При нажиме на открытый торец привода 37 его противоположный торец 40, взаимодействуя с торцом цилиндрического золотника 16, перемещает его в другое крайнее положение, при котором реверсируется подача сжатого воздуха в пневмоцилиндр 4 ИМ.
Пневмораспределителъ в системе пневмопривода управления дверьми транспортного средства работает следующим образом. Электрический сигнал управления отсутствует (см. фиг.1).
Под действием рабочего давления, постоянно подведенного в полость 18, образуемую малой ступенью золотника, последний занимает крайнее правое (по схеме) положение, при этом воздух противоположной полости 18а, образуемой дифференциальной частью 26 золотника 16, соединяется через канал 11, пазы якоря электропневматического клапана 12 с атмосферой.
Рабочее давление из канала напора 10 поступает по каналу управления 2 в рабочую полость 5 пневмоцилиндра 4 ИМ. Поршень-шток 7 находится в убранном положении, створки двери транспортного средства закрыты. Воздух правой полости 6 пневмоцилиндра 4 через канал управления 3, золотник 16, отверстия 36 дросселя-шумопоглотителя 31 соединен с атмосферой.
На электропневматический клапан управления 12 подан электрический сигнал управления (см. фиг.3).
Под действием электрического сигнала управления якорь электропневматического клапана 12 втягивается (перемещается вверх по схеме), открывая проход сжатого воздуха из канала подачи 10 в канал 11 подачи командного давления в полость управления 18а, под действием которого цилиндрический дифференциальный золотник 16, преодолевая постоянно действующее на золотник усилие с противоположной стороны, перемещается в крайнее левое (по схеме) положение, при этом сжатый воздух из напорного канала 10 через золотник 16 поступает в канал управления 3 и полость 6 пневмоцилиндра 4. Поршень-шток 7 перемещается наружу (на выпуск), открывая створки двери транспортного средства. Сжатый воздух из левой полости 5 пневмоцилиндра поступает в канал 2, золотник 16, во внутреннюю полость дросселя-шумопоглотителя 31, откуда через пояс перфорации сквозных отверстий 36, выполненных в донышке стакана дросселя 31, вытесняется в атмосферу. Наружный уступ 28 обечайки 20 (фиг.2) уплотнительного узла золотника 16, при его перемещениях в левое (по схеме) положение, играет роль сборника загрязнений в случаях их образования или попадания с воздухом из нагнетательной системы на поверхность цилиндрической расточки 15.
Кроме этого, образование уступа 28 на обечайке 20 повысило его контактное удельное давление на стенки расточки 15 корпуса 1, что обеспечило выполнение требований по нормам герметичности при работе распределителя (привода) в условиях низких отрицательных температур окружающей среды (до минус 35...40°С).
Электрический сигнал управления отсутствует. Привод 37 механизма вспомогательного ручного управления нажат (см. фиг.4).
При нажатии привода 37 и преодоления постоянно действующей на золотник 16 силы с противоположной стороны золотник аксиально перемещается в левое (по схеме) крайнее положение, при котором, аналогично подаче электрического сигнала на электропневматический клапан 12, створки двери открываются.
Предлагаемая конструкция пневмопраспределителя, имеющего меньшие габариты и массу, обеспечивающая возможность постоянного контактирования уплотнений цилиндрического золотника с корпусом без образования в нем трапецеидальных кольцевых коллекторных канавок, повышает технологичность и качество изготовления, существенно упрощает конструкцию и, как следствие, уменьшает трудоемкость изготовления, а установка в пневмораспределитель несложных конструкций горизонтально расположенного и выведенного в пассажирский салон механизма вспомогательного ручного управления, пневмодросселей с шумопоглотителями и других элементов позволяет повысить надежность системы привода дверей транспортного средства и безопасность его эксплуатации.
Формула изобретения
1. Пятилинейный двухпозиционный золотниковый электропневмораспределитель с односторонним управлением привода дверей транспортного средства, содержащий корпус, цилиндрический золотник, поршень управления, электропневматический клапан управления, устройство возврата золотника в исходное положение, механизм вспомогательного ручного управления, систему каналов и пневмолиний, соединяющих электропневмораспределитель с исполнительным механизмом, отличающийся тем, что цилиндрический золотник выполнен за одно целое с поршнем управления в виде дифференциального золотника, установленного внутри двухступенчатой цилиндрической расточки корпуса с образованием полостей распределения и управления, с возможностью осевого перемещения и постоянного контактирования наружных уплотнений распределительных буртов с поверхностями расточек, взаимодействуя при этом своими рабочими кромками с образованными на поверхности расточки малой ступени отсечными кромками радиально направленных каналов управления исполнительным механизмом, причем между наружными поверхностями золотника и внутренними поверхностями ступенчатой расточки корпуса установлены гарантированные кольцевые зазоры, а финишная обработка поверхностных слоев расточек корпуса и формирование радиусов закругления на отсечных кромках каналов управления исполнительного механизма выполнены путем пластической деформации - механической раскаткой свободно вращающимися, аксиально перемещающимися и поджатыми к раскатываемому поверхностному слою подпружиненными шариками, при этом диаметры шарика и канала управления исполнительного механизма связаны соотношением
Dш/Dk =1,7...2,
где Dш - диаметр шарика;
D k - диаметр канала управления.
2. Электропневмораспределитель по п.1, отличающийся тем, что уплотнительный узел среднего распределительного бурта золотника, образованного со стороны его дифференциальной части, выполнен в виде установленных в наружной кольцевой канавке с предварительным натягом упругого резинового кольца и тонкостенной двухступенчатой по наружной поверхности обечайки из полимерного антифрикционного материала, размещенной в канавке с возможностью одновременного контакта и взаимодействия своими образующими поверхностями с поверхностью расточки корпуса и упругим резиновым кольцом, при этом уступ между ступенями обечайки обращен в сторону напорной полости золотника, а наружный диаметр большей ступени обечайки выбран в соответствии с зависимостью
Dо=D p+0,5 мм,
где Do - наружный диаметр обечайки, мм;
Dp - диаметр расточки корпуса, мм,
причем на торцах обечайки, контактирующих с поверхностями кольцевой расточки, выполнены полуцилиндрические радиально направленные сквозные пазы или углубления с возможностью сообщения полости канавки, ограниченной обечайкой, с напорной полостью золотника, при этом пазы образованы одинаковой глубины и расположены во взаимоперпендикулярных плоскостях.
3. Электропневмораспределитель по п.1, отличающийся тем, что в корпус, в канал выхода отработанного воздуха, соосно с каналом, встроен дроссель с шумопоглотителем и возможностью осевого перемещения и регулирования величины пропускаемого потока, при этом дроссель выполнен в виде подпружиненного стакана с наружной резьбой и профилированной торцевой чашей, образующей осевой цилиндрический выступ с переходом его в участок с конической поверхностью, вершина конуса которого направлена в сторону перекрываемого канала, а внутри чаши с упором в ее донышко размещена предварительно поджатая пружина сжатия, второй опорный торец которой оперт в торцовую поверхность резьбовой расточки корпуса, причем в донышке чаши, по периферии, образован пояс перфорации сквозных отверстий с возможностью сообщения внутренней полости чаши стакана с атмосферой.
4. Электропневмораспределитель по п.1, отличающийся тем, что механизм вспомогательного ручного управления встроен в полость подачи командного давления от электропневматического клапана по управлению дифференциальным золотником соосно его положению и выполнен в виде аксиально-подвижного стержня - привода с цилиндрической головкой и охватывающей его уплотняющей втулки, неподвижно закрепленной в корпусе, при этом головка стержня одним торцом оперта в торец внутренней цилиндрической расточки уплотняющей втулки с возможностью взаимодействия другим торцом с торцом золотника при перемещении стержня - привода.
5. Электропневмораспределитель по п.3, отличающийся тем, что регулируемый дроссель с шумопоглотителем выполнен из полиэтилена или других подобных материалов и может изготавливаться с помощью рельефной формовки или литья.
РИСУНКИ
