Электропневмоклапан (варианты)

Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к конструкциям агрегатов пневмогидросистем, и предназначена для создания электропневмоклапана многократного использования после его приведения в исходное положение. Электропневмоклапан содержит корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку. Защелка закреплена с помощью пальца и взаимодействует с уступом якоря. Исполнительный орган выполнен со штоком. Ось пальца смещена от оси клапана. Величина смещения определяется конкретным соотношением диаметра штока и диаметра пальца. На длинном плече защелки перпендикулярно оси клапана выполнен паз. Этот паз взаимодействует со штоком. Имеется вариант конструктивного выполнения электропневмоклапана. Основным отличием этого варианта является установление второго пальца для закрепления защелки. Группа изобретений направлена на повышение надежности электропневмоклапана путем возможности его проверок на срабатывание после сборки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям агрегатов пневмогидросистем.

Известен запорный пироклапан (А.С.№583344, F16К 13/06), содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, запорный элемент с уплотнительным пояском, упорную гайку, установленную между торцом запорного элемента и пиромеханизмом и служащую для разгрузки уплотнительного пояска от рабочего давления, и пирокамеру с управляющим пироэлементом.

Недостатком этого устройства является то, что при срабатывании пироэлемента близлежащие к нему узлы воспринимают большие ударные динамические нагрузки. Это устройство одноразового срабатывания без возможности повторного использования.

Известен электропневмоклапан (патент РФ №2159383), содержащий корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, установленную на пальце и взаимодействующую с уступом якоря, а также прорывную мембрану. Защелка опорной поверхностью на коротком плече взаимодействует с окном, выполненным в исполнительном органе.

Недостатком такого устройства является его однократное использование. Такой тип устройства применяется, когда требуется однократное срабатывание на одном цикле использования изделия, например ракеты, космического аппарата, в том числе многоразового использования, где есть требования минимальной массы. В таком устройстве не предусмотрено повторное после срабатывания переключение в исходное положение, так как мембрана не подлежит повторному использованию. Также в этом устройстве до установки мембраны при проведении проверочных испытаний на срабатывание на этапе сборки возможен поворот вокруг оси исполнительного органа от небольшого раскручивания пружины при ее растяжении. Это может привести к повороту опорной поверхности относительно окна и дальнейшему самопроизвольному срабатыванию.

Задачей предлагаемого изобретения является создание электропневмоклапана многократного использования после его приведения в исходное положение. Это позволяет проверить правильность проведения сборки и ее качество при проведении многократных срабатываний на образцах и качество изготовления деталей непосредственно в сборе.

Это достигается тем, что в электропневмоклапане по первому варианту, содержащем корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, установленную на пальце и взаимодействующую с уступом якоря, в отличие от прототипа исполнительный орган выполнен со штоком, а ось пальца смещена от оси клапана на величину а, определяемую из соотношения: a≥(d_ш+d_п)/2, где d_ш - диаметр штока, d_п - диаметр пальца, при этом на длинном плече защелки перпендикулярно оси клапана выполнен паз, с которым взаимодействует шток.

Поставленная задача также решается тем, что в электропневмоклапане по второму варианту, содержащем корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, установленную на пальце и взаимодействующую с уступом якоря, в отличие от прототипа исполнительный орган выполнен со штоком, защелка закреплена на двух соосных пальцах, а шток исполнительного органа расположен между ними, при этом ось пальцев смещена от оси клапана на величину а, определяемую из соотношения: 0<a<(d_ш+d_п)/2, где d_ш - диаметр штока, d_п - диаметр пальца, при этом на длинном плече защелки перпендикулярно оси клапана выполнен паз, взаимодействующий со штоком.

Кроме того, защелка может быть подпружинена со стороны, взаимодействующей с уступом якоря, а вход или выход расположен на оси электропневмоклапана.

Техническим результатом является повышение надежности электропневмоклапана путем возможности его проверок на срабатывание после сборки. Надежность как величина, выраженная через вероятность, тем выше, чем больше число срабатываний.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг.1 показан общий вид электропневмоклапана в закрытом положении;

фиг.2 - выносной элемент I, относящийся к первому варианту исполнения электропневмоклапана;

фиг.3-сечение А-А;

фиг.4 - фрагмент электропневмоклапана, относящийся ко второму варианту исполнения;

фиг.5 - сечение Б-Б;

фиг.6 - вид на защелку;

фиг.7 - общий вид электропневмоклапана в открытом положении;

фиг.8 - общий вид электропневмоклапана в момент возврата его в исходное положение (повернут вокруг своей оси);

фиг.9 - общий вид электропневмоклапана в момент возврата в исходное положение с подпружиненной защелкой;

фиг.10 - общий вид электропневмоклапана при расположении выхода по оси клапана.

Электропневмоклапан (см. фиг.1) состоит из корпуса 1, исполнительного органа 2 с эластичными уплотнительными элементами 3, пружины 4, стакана 5, защелки 6, электромагнита 7, якоря 8, штуцера 9, втулки 10. Защелка 6 закреплена на пальце 11 в пазу втулки 10. На длинном плече защелки 6 перпендикулярно оси клапана выполнен паз 12 с опорной поверхностью 13, к которой поджат штоком 14 подпружиненный пружиной 4 исполнительный орган 2. С противоположной стороны исполнительный орган 2 стержнем 15 с эластичными уплотнительными элементами 3 расположен в отверстиях стакана 5 и штуцера 9 и разобщает вход и выход электропневмоклапана. Стержень 15 исполнительного органа 2 имеет канал 16, соединяющий полость штуцера 9 и полость якоря 8. Диаметры отверстий стакана 5 и штуцера 9 равны, поэтому исполнительный орган 2 разгружен от давления относительно как входа, так и выхода. Это позволяет использовать пружину 4 меньшего усилия, которое необходимо для преодоления усилия трения эластичных уплотнительных элементов 3 и перемещения исполнительного органа 2. На якоре 8 выполнен уступ 17, с которым взаимодействует своим длинным плечом защелка 6. Опорная поверхность 13 защелки 6 (см. фиг.6), в которую упирается шток 14 в исходном положении, воспринимает нагрузку от пружины 4 силой R, приложенной к исполнительному органу 2 по оси клапана. Якорь 8 электромагнита 7 поджат к втулке 10 пружиной 18, имеющей минимальное усилие, необходимое только для возврата якоря 8 при приведении его в исходное положение. Якорь 8 расположен с зазором от стопа 19 электромагнита 7, равным длине зацепления между уступом 17 и защелкой 6. В канале 16 со стороны штуцера 9 выполнен фиксирующий элемент в виде, например, резьбового отверстия 20. На стакане 5 выполнен уступ 21 для ограничения движения запорного органа 2 при технологических операциях. Штуцер 9 закрыт ниппелем 22, поджатым гайкой 23. В первом варианте исполнения электропневмоклапана (см. фиг.2) ось пальца 11 смещена от оси клапана на величину a≥(d_ш+d_п)/2, где d_ш - диаметр штока 14 исполнительного органа 2, d_п - диаметр пальца 11. Во втором варианте защелка 6 закреплена на двух пальцах 11 (см. фиг.4, 5), расположенных на одной оси, при этом ось пальцев смещена от оси клапана на величину a<(d_ш+d_п)/2, где d_ш - диаметр штока, d_п - диаметр пальца, причем а≠0. Это позволяет приблизить точку 24 приложения силы R к оси пальца 11 и обеспечить минимальную величину плеча воздействия силы R относительно оси пальца 11. Опорная точка 24 в зависимости от ограничивающей приложение усилия R поверхности на защелке 6 в первом и втором вариантах (см. Фиг.2 и Фиг.4) может менять свое положение в диапазоне, равном диаметру стержня 14, и соответственно будет меняться плечо приложенной силы R относительно оси пальца 11. Условие равенства моментов от сил относительно оси пальца 11 (см. фиг.6):

Ra=R₁b;

где R - усилие пружины 4,

а - плечо приложения усилия R.

R₁ - усилие-реакция уступа 17 якоря 8 на усилие R.

b - плечо приложения усилия R₁ в точке 24.

Для преодоления усилия трения-скольжения от силы R₁ требуется электромагнит 7 малой мощности и массы. Защелка 6 (см. фиг.9) может быть подпружинена пружиной 25 со стороны, взаимодействующей с уступом 17 якоря 8, в сторону вращения защелки от уступа 17. Усилие пружины 25 незначительно и при отсутствии воздействия на защелку 6 штока 14 исполнительного органа 2 должно обеспечивать момент силы немного больше момента силы от веса защелки вокруг оси пальца 11.

Электропневмоклапан работает следующим образом. Поданное со входа (или выхода) давление в клапан перекрыто на выход (вход) эластичными уплотнительными элементами 3, расположенными на стержне 15 исполнительного органа 2. Для обеспечения разгрузки исполнительного органа 2 от давления относительно как входа, так и выхода служит канал 16, а также равенство диаметров отверстий штуцера 9 и стакана 5, в которых расположен исполнительный орган 2 стержнем 15. При подаче напряжения на электромагнит 7 между якорем 8 и стопом 19 возникает усилие, которое, преодолевая усилие пружины 18, перемещает якорь 8 на величину зазора до упора в стоп 19. Якорь 8 уступом 17 выходит из зацепления с защелкой 6. Соответственно исчезает усилие R₁ - усилие реакции уступа 17 якоря 8 на усилие R поджатого исполнительного органа 2 штоком 14 на защелку 6. Пружина 4 перемещает исполнительный орган 2 в сторону защелки 6 и штоком 14 поворачивает ее вокруг пальца 11, преодолевая незначительное усилие от пружины 25 в случае, если защелка выполнена подпружиненной. При повороте защелки 6 шток 14 выходит из зацепления с опорной поверхностью 13. Пружина 4 перемещает исполнительный орган 2 до упора в торец втулки 10 (см. фиг.7) и выводит стержень 15 из отверстия штуцера 9, сообщая вход и выход между собой. Клапан открыт.С электромагнита 7 снимают напряжение и пружина 18 возвращает якорь 8 в исходное положение. Даже небольшое усилие пружины 4, необходимое для страгивания эластичных колец 3, многократно понижается на рычаге, образованном на защелке 6 за счет большого соотношения плеч: плеча b силы R₁ от оси поворота защелки до ее конца и расстояния а между опорной точкой 24 штока 14 и осью пальца 11, которое мало ввиду малых диаметров штока 14 и пальца 11 (в клапане по первому варианту). Усилие трения-скольжения от эластичных элементов 3 составляет величину 0,1 R₁. Поэтому для создания электромагнитной силы для перемещения якоря 8, немного большей суммы силы трения-скольжения и усилия пружины 18, требуется электромагнит малой мощности и массы.

В клапане по второму варианту (см. фиг.4 и 5) защелка 6 поворачивается на двух пальцах, расположенных на одной оси. Опорная точка 24 на поверхности 13, на которую опирается шток 14, расположена между торцами пальцев. Это позволяет приблизить ось штока к поворотной оси защелки 6 и соответственно уменьшить плечо а приложения усилия R. Во втором варианте исполнения электропневмоклапана плечо а силы R меньше, чем в первом варианте, и электромагнит во втором варианте требуется меньшей мощности и массы, чем в первом.

В исходное положение электропневмоклапан по обоим вариантам приводят следующим образом. Со штуцера 9 снимают гайку 23 и ниппель 22. В отверстие штуцера 9 вводят технологический винт (не показан), который вворачивают в резьбовое отверстие 20 стержня 15. Потянув за технологический винт, перемещают исполнительный орган 2 до упора в уступ 21 стакана 5, при этом стержень 15 входит в отверстие штуцера 9. Подают напряжение на электромагнит 7 и под воздействием магнитной силы притяжения якорь 8 притягивается к стопу 19. При отсутствии поворотной пружины 25 защелки 6 при приведении в исходное положение до снятия напряжения с электромагнита 7 электропневмоклапан поворачивают вокруг оси в положение, при котором вход клапана будет направлен вертикально вниз (см. фиг.8), чтобы под действием силы тяжести защелка 6 повернулась до упора в корпус 1, после чего, не меняя положения клапана, снимают напряжение с электромагнита 7. Якорь 8 возвращается пружиной 18 в исходное положение до упора во втулку 10. Дальнейшая операция по возвращению исполнительного органа 2 и всего электропневмоклапана в начальное состояние может проводиться в любом положении. Снимают усилие с технологического винта, пружина 4 перемещает исполнительный орган 2 до упора штоком 14 в опорную поверхность 13 защелки 6. Защелка 6 поворачивается до упора в уступ 17 якоря 8. Технологический винт выворачивают и вынимают из клапана. На штуцер 9 устанавливают ниппель 22 и гайку 23. Электропневмоклапан приведен в исходное положение. Во втором варианте при наличии поворотной пружины 25 при приведении в исходное положение поворот клапана вокруг своей оси не требуется, так как после подачи напряжения на электромагнит и притяжении якоря к стопу пружина 25 повернет защелку в сторону оси клапана до упора в корпус 1 (см. фиг.9). Дальнейшая операция по возвращению исполнительного органа 2 и всего электропневмоклапана проводится как в первом варианте без пружины 25. Электропневмоклапан может иметь исполнение, когда при снятых гайке 23 и ниппеле 22 штуцер 9 будет выходом или входом (см. фиг.10).

Таким образом, предложенный электропневмоклапан позволяет повысить надежность путем возможности его проверок на срабатывание после сборки и возможности его многократного использования после приведения его в исходное положение. Это позволяет проверить правильность проведения сборки и ее качество, а при проведении многократных срабатываний на образцах и качество изготовления деталей непосредственно в сборе. Кроме того, надежность как величина, выраженная через вероятность, тем выше, чем больше число срабатываний.

1. Электропневмоклапан, содержащий корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, закрепленную с помощью пальца и взаимодействующую с уступом якоря, отличающийся тем, что исполнительный орган выполнен со штоком, а ось пальца смещена от оси клапана на величину а, определяемую из соотношения: a≥(d_ш+d_п)/2, где (d_ш - диаметр штока, d_п - диаметр пальца, при этом на длинном плече защелки перпендикулярно оси клапана выполнен паз, с которым взаимодействует шток.

2. Электропневмоклапан по п.1, отличающийся тем, что защелка подпружинена со стороны, взаимодействующей с уступом якоря.

3. Электропневмоклапан по п.1, отличающийся тем, что вход или выход расположен на оси электропневмоклапана.

4. Электропневмоклапан, содержащий корпус, исполнительный орган, электромагнит с якорем, защелку, закрепленную с помощью пальца и взаимодействующую с уступом якоря, отличающийся тем, что введен второй палец для закрепления защелки, соосный с первым, исполнительный орган выполнен со штоком, расположенным между пальцами, при этом ось пальцев смещена от оси клапана на величину а, определяемую из соотношения: 0<a<(d_ш+d_п)/2, где d_ш - диаметр штока, d_п - диаметр пальца, при этом на длинном плече защелки перпендикулярно оси клапана выполнен паз, с которым взаимодействует шток.

5. Электропневмоклапан по п.2, отличающийся тем, что защелка подпружинена со стороны, взаимодействующей с уступом якоря.

6. Электропневмоклапан по п.2, отличающийся тем, что вход или выход расположен на оси электропневмоклапана.