Электропневматический клапан

 

Использование: в устройствах управления коробками передач. Сущность изобретения: в средней части и на одном конце цилиндрическо-конического корпуса выполнены фланцы из магнитного материала, соединенные немагнитной проставкой. Между фланцами установлена имеющая выполненные в виде штеккерного разъема или электрического жгута один или несколько выводов электрическая обмотка. Обмотка закрыта магнитопроводящим каркасом, сопряженным с поверхностями фланцев. В корпусе выполнена ступенчатая сквозная растычка, в которой установлен с возможностью осевого перемещения и его смещением относительно торца обмотки якорь. Якорь оперт с одной стороны на стоп, закрепленный на одном торце корпуса, с другой стороны на упругий элемент (пружину). Другой конец пружины сопряжен с корпусом и расположен в зоне каналов подвода и отвода воздуха, выполненных в виде одного или нескольких отверстий или пазов. На якоре со стороны упругого элемента выполнена запорная поверхность, контактирующая при срабатывании клапана с ответной поверхностью корпуса с возможностью замыкания магнитного потока и разобщения каналов подвода и отвода воздуха. 5 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в устройствах управления коробками передач.

Известен электромагнитный клапан, содержащий электромагнитную обмотку, соединенную с корпусом, снабженным каналами подвода и отвода рабочей среды, разделенными с помощью выполненного в корпусе со стороны электромагнитной обмотки седла, закрываемого торцом якоря, расположенного внутри отверстия электромагнитной обмотки и подпираемого к седлу пружиной, опирающейся на стоп электромагнитного клапана. Причем седло размещено вне электромагнитной обмотки в отдельной корпусной детали [1] Известное устройство характеризуется недостаточной надежностью вследствие возможных технологических неточностей, обусловленных размещением седла в одной детали, а направляющей для якоря в другой. Как правило, указанные поверхности обрабатываются не с одной установки на технологическом приспособлении, что не обеспечивает заданную технологическую точность упомянутых поверхностей.

Наиболее близким техническим решением является электропневматический клапан, в котором электромагнитная обмотка размещена на каркасе, соединенном с корпусом, в котором выполнены каналы подвода и отвода рабочей среды, а также канал, соединяющий канал отвода рабочей среды к рабочим оpганам с атмосферой после выполнения упомянутыми рабочими органами заданных функций. Корпус снабжен двумя седлами, к которым поочередно поджимаются с помощью пружин имеющие уплотнительные элементы запорные органы, соединенные с помощью общего стержня с якорем, расположенным в зоне установки электромагнитной обмотки. При этом другой торец якоря при срабатывании электропневматического клапана упирается в расположенное в стопе седло и отсекает в данный момент рабочую среду от атмосферы, причем якорь с обеих торцов поджат пружинами [2] Pазмещение седел вне электромагнитной обмотки и на достаточном удалении от нее не позволяет в зимнее время при эксплуатации клапана при подаче напряжения питания на обмотку прогреть седла и уплотнительные элементы запорных органов, что не исключает вероятность примерзания к седлам уплотнительных элементов.

Целью изобретения является повышение надежности электропневмоклапана за счет усовершенствования его конструктивных элементов, улучшения условий их работы.

Цель достигается тем, что в электропневматическом клапане, содержащем цилиндрическо-конический корпус с выполненными в его средней части и на одном из концов фланцами из магнитного материала, соединенными немагнитной проставкой, между которыми установлена имеющая выполненные в виде штеккерного разъема или электрического жгута выводы электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим каркасом, сопряженным с поверхностями фланцев, при этом в корпусе выполнена ступенчатая сквозная расточка, в которой установлен с возможностью осевого перемещения и со смещением относительно торца обмотки якорь, опирающийся с одной стороны на стоп, закрепленный на одном из торцов корпуса, а с другой стороны на упругий элемент, например пружину, другой конец которой сопряжен с корпусом и расположен в зоне каналов подвода и отвода воздуха, выполненных в виде одного или нескольких отверстий или пазов, на якоре со стороны упругого элемента выполнена запорная поверхность, контактирующая при срабатывании клапана с ответной поверхностью корпуса с возможностью замыкания магнитного потока и разобщения каналов подвода и отвода воздуха.

В электропневматическом клапане между стопом и якорем может быть установлен упругий элемент, например пружина, усилие которой меньше усилия пружины, установленной с противоположной стороны якоря.

Как вариант исполнения, в электропневматическом клапане запорная поверхность якоря может быть выполнена сферической, а сопряженная с ней поверхность корпуса может быть выполнена в виде двух последовательно переходящих одна в другую сферических поверхностей большего радиуса, чем радиус поверхности якоря, или в виде одной конической поверхности.

Корпус электропневматического клапана может быть выполнен по меньшей мере из двух подвижно соединенных частей, на одной из которых размещена закрытая каркасом электромагнитная обмотка и внутри установлен якорь, а в другой выполнены каналы подвода и отвода воздуха, а также ответная запорной поверхности якоря поверхность, образующая с ней зону замыкания магнитного потока.

Кроме того, отношение диаметра якоря к максимальному диаметру минимального сечения, выполненного в корпусе канала подвода воздуха, может быть равным 2 3,5.

При этом выводы электромагнитной обмотки могут быть выполнены на одном из краев боковой поверхности закрывающего обмотку магнитопроводящего каркаса.

На фиг.1 изображен клапан с пружиной, размещенной в отверстии стопа; на фиг. 2 клапан с пружиной в отверстии якоря; на фиг.3 клапан с корпусом, состоящим из двух подвижно соединенных частей; на фиг.4 якорь со сферической запоpной поверхностью; на фиг.5 то же, с плоской запорной поверхностью.

Электропневматический клапан содержит выполненный по наружной поверхности в виде последовательно соединенных цилиндрических и конических поверхностей корпус 1, имеющий в средней части и на одном из концов выполненные из магнитного материала и соединенные немагнитной проставкой 2 фланцы 3 и 4. Корпус 1 образован сваркой трех или более деталей: проставки 2, фланцев 3 и 4. Между фланцами установлена имеющая выполненные в виде штеккерного разъема или электрического жгута выводы 5 электромагнитная обмотка 6, закрытая магнитопроводящим каркасом 7, сопрягаемым с поверхностями фланцев 3, 4 корпуса 1. Причем корпус имеет внутреннее ступенчатое сквозное отверстие 8, в котором на части его длины установлен с возможностью перемещения по оси 9 последнего и со смещением относительно торца электромагнитной обмотки электромагнитной якорь 10. С одной стороны якорь через упругий элемент, например пружину 11, или непосредственно торцом 12 опирается на стоп 13, закрепленный с помощью резьбы 14 или другим способом на одном из торцов корпуса. Причем при креплении по резьбе упомянутым способом последняя может быть зафиксирована или с помощью контргайки 15, или кернением на стенку корпуса (фиг.2). С другой стороны, якорь 10 через пружину 16, усилие которой несколько больше усилия пружины 11 стопа, имеет возможность при срабатывании электропневмоклапана опираться поверхностью 17 на поверхность 18. Обе указанные поверхности обрабатываются с большой чистотой, например шлифованием или полированием.

В стопе 13 на наружной поверхности может быть выполнен шлиц (фиг.1) или внутренний шестигранник (фиг.2) для удобства сборки-разборки клапана.

Пружина 11 может быть установлена как в отверстии якоря, так и в отверстии стопа. Возможен вариант исполнения без указанной пружины. В фланце 4 корпуса 1 выполнены в виде одного или нескольких пазов или отверстий канал 6 Б подвода воздуха и канал В отвода воздуха. При этом оси 19 и 20 каналов Б и В могут быть параллельны оси 9 электропневмоклапана или расположены под острым углом по отношению к ней.

В фланце 4 могут быть выполнены отверстия 21 для крепления к сопрягаемым устройствам. Возможно крепление электропневмоклапана к указанным устройствам с помощью резьбы 22.

На фиг.1 показаны стрелками 23, 24 в каналах Б и В направления движения воздуха или другого энергоносителя при открытом электропневмоклапане.

На фиг.1 показаны также стрелками 25 направления втягивания якоря 10, а круговыми линиями 26 силовые линии магнитного потока, воздействующего на якорь при подаче напряжения питания на электромагнитную обмотку.

Как вариант исполнения, корпус может быть выполнен состоящим, как минимум, из двух подвижно соединенных частей, например, по резьбе 27 (фиг.3) или по прессовой посадке. На одной из частей корпуса, включающий фланец 3 и жестко соединенную с ним проставку 2, может быть размещена закрытая каркасом 7 электромагнитная обмотка 6 и внутри установлен электромагнитный якорь 10, а в другой 4 выполнены пневматические каналы подвода Б и отвода В воздуха, а также элементы для крепления электропневмоклапана. Такое исполнение электропневмоклапана повышает его ремонтопригодность и снижает расходы материалов при производстве, поскольку позволяет поврежденный узел электропневмоклапана заменить на новый, сохраняя оставшиеся узлы.

На наружной поверхности корпуса между каналами подвода Б и отвода В воздуха для обеспечения надежности может быть установлено уплотнительное кольцо 28 Поверхность 17 якоря, входящая в состав второго запорного органа, может быть выполнена в виде сферы (фиг.4), а сопрягаемая с ней поверхность 18 корпуса выполнена или в виде двух последовательно переходящих одна в другую сферических поверхностей 18 большего, чем контактируемая с ней поверхность радиуса, или в виде одной конической поверхности.

В электропневматическом клапане выводы 5 в виде жгута или штеккерного разъема электромагнитной обмотки 6 могут быть выполнены как на одном из торцов корпуса клапана (фиг.2, 3), так и на одном из краев боковой поверхности магнитопроводящего каркаса 7 (фиг.1), закрывающего указанную обмотку. В последнем варианте повышается надежность устройства при его сборке и регулировке за счет исключения возможных повреждений выводов в указанный период. Выводы электромагнитной обмотки могут быть выполнены как в виде концов электрических проводов (фиг.1, 2), так и в виде штеккерных разъемов (фиг.3), жестко закрепленных на каркасе электромагнитной обмотки.

Работает электропневмоклапан следующим образом.

Воздух, как энергоноситель, поступает по питающей магистрали через одно или несколько (фиг. 1 3) отверстий в полость канала Б (на фиг.1, 3 направление потока воздуха показано стрелками 23, 24), а затем далее проходит через канал отвода воздуха В и поступает в соответствующие полости рабочих органов. При подаче по входам питания и управления 5 напряжения питания на электропневмоклапан и прохождении по электрическим проводам электромагнитной обмотки тока по закону Ленца в элементах клапана, включая каркас 7, фланцы 3, 4 и отдельные элементы корпуса, возникает магнитный поток, линии 26 силового поля которого показаны на фиг.1, 3. При этом, поскольку на цилиндрической части корпуса имеется вставка 2 из немагнитного материала, то замыкание линий магнитного потока происходит не по данной вставке, а по телу электромагнитного якоря 10. В результате силовое поле магнитного потока воздействует на якорь 10 в направлении, показанном стрелками 25 на линиях 26, и якорь 10, сжимая пружину 16, втягивается по оси 9 электромагнитной катушки 6. Поверхность 17 якоря 10 сопрягается с поверхностью 18 корпуса, запирает канал Б подвода воздуха и отсоединяет последний от канала В отвода воздуха от электропневмоклапана. Для обеспечения минимального напряжения, при котором происходит срабатывание электропневмоклапана, сопрягаемые поверхности у якоря и у корпуса электромагнита должны быть по плоскости максимально развитыми с учетом конструктивных и технологических возможностей. В некоторых случаях приходится сопрягаемую поверхность якоря выполнять частично по плоскости из уплотнительного материала, что позволяет несколько снизить требования по точности изготовления сопрягаемого седла. Однако, в данном случае несколько увеличивается напряжение срабатывания электропневмоклапана. Вместе с тем, в данной конструкции уплотнительный элемент на якоре не всегда удается надежно закрепить, что не обеспечивает необходимую надежность конструкции. При достаточно точном изготовлении сопрягаемых поверхностей якоря и седла корпуса необходимость в уплотнительном элементе отпадает, тем более что герметичность по указанному седлу должна быть обеспечена в течение короткого промежутка времени на период срабатывания электропневмоклапана.

При сбросе напряжения питания с электропневмоклапана якорь 10 под действием разности усилий пружин 11 и 16 возвращается в исходное положение (показано на фиг.1-3). Между поверхностями 17 якоря и 18 корпуса появляется зазор, обеспечивающий прохождение воздуха от канала Б к каналу В и далее к рабочим органам. При последующих подачах напряжения питания на электропневмоклапан описанный процесс в нем повторяется.

Совмещение запорного органа с плоскостью замыкания магнитного потока в данной конструкции электропневмоклапана обеспечивает расположение указанного запорного органа внутри электромагнитной катушки 6, которая постоянно нагревается при подаче напряжения питания на ее входы. Вследствие нагрева катушка часть тепла постоянно передает сопрягаемым деталям, в том числе якорю 10. По этой причине в условиях низких температур исключается примерзание якоря к сопрягаемым поверхностям и, как следствие, отказы электропневмоклапана, что существенно повышает надежность конструкции в данный период времени.

Для обеспечения надежности при заданном быстродействии и габаритах необходимо элементы электропневмоклапана выполнить в определенном отношении. В основном это относится к элементам клапана, лимитирующим перечисленные функциональные характеристики. Для обеспечения названных характеристик при испытаниях опытно-промышленной партии электропневмоклапанов данной конструкции доказано, что отношение минимального диаметра якоря к максимально возможному диаметру выполненного в корпусе проходного сечения канала подвода воздуха должно быть равно 2 5.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ КЛАПАН, содержащий цилиндрическо-конический корпус с выполненными в его средней части и на одном из концов фланцами из магнитного материала, соединенными немагнитной проставкой, между которыми установлена имеющая выполненные в виде штекерного разъема или электрического жгута один или несколько выводов электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим каркасом, сопряженным с поверхностями фланцев, при этом в корпусе выполнена ступенчатая сквозная расточка, в которой установлен с возможностью осевого перемещения и его смещением относительно торца обмотки якорь, опирающийся с одной стороны на стоп, закрепленный на одном из торцов корпуса, а с другой стороны на упругий элемент, например пружину, другой конец которой сопряжен с корпусом и расположен в зоне каналов подвода и отвода воздуха, выполненных в виде одного или нескольких отверстий или пазов, отличающийся тем, что на якоре со стороны упругого элемента выполнена запорная поверхность, контактирующая при срабатывании клапана с ответной поверхностью корпуса с возможностью замыкания магнитного потока и разобщения каналов подвода и отвода воздуха.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что между стопом и якорем установлен упругий элемент, например пружина, усилие которой меньше усилия пружины, установленной с противоположной стороны якоря.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что запорная поверхность якоря выполнена сферической, а сопряженная с ней поверхность корпуса в виде двух последовательно переходящих одна в другую сферических поверхностей большего радиуса, чем радиус поверхности якоря, или в виде одной конической поверхности.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что его корпус выполнен по меньшей мере из двух подвижно соединенных частей, на одной из которых размещена закрытая каркасом электромагнитная обмотка и внутри установлен якорь, а в другой выполнены каналы подвода или отвода воздуха, а также ответная запорной поверхности якоря поверхность, образующая с ней зону замыкания магнитного потока.

5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что отношение диаметра якоря к максимальному диаметру минимального сечения, выполненного в корпусе канала подвода воздуха, равно 2,0 3,5.

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что выводы электромагнитной обмотки выполнены на одном из краев боковой поверхности закрывающего обмотку магнитопроводящего каркаса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5