Ограничитель расхода

 

Использование: в гидроустройствах самоходных сельхозмашин, в частности в самоходных зерноуборочных комбайнах. Сущность изобретения: ограничитель расхода позволяет повысить стабильность расхода жидкости путем размещения стержня 5 в дроссельном отверстии 3 поршня 2, причем стержень без внешних воздействий совершает перемещение относительно дроссельного отверстия, в результате чего происходит его самоочищение от засорения и облитерации. Частные случаи выполнения ограничителя расхода с некоторыми конструктивными изменениями, например соединением стержня с элементами, относительно которых поршень подвижен, позволяют расширить его функциональные возможности, а именно получить необходимый расход жидкости при прямом направлении потока: от входного канала 8 к выходному каналу 12, получить необходимый расход жидкости ( от максимума до нуля ) при обратном направлении потока. 5 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидроустройствам преимущественно для самоходных сельхозмашин, в частности для самоходных зерноуборочных комбайнов, и предназначено для ограничения расхода рабочей жидкости к отдельным потребителям гидравлических систем.

Известны ограничители расхода, которые обеспечивают заданный расход жидкости независимо от общего перепада давлений (потери напора) на ограничителе расхода путем автоматического поддержания необходимого перепада давлений на дросселе регулирующего элемента (поршня).

Однако такие ограничители расхода при малых размерах дроссельного отверстия и низком качестве рабочей жидкости не могут обеспечивать достаточную стабильность расхода и надежность работы из-за возможности засорения или облитерации дроссельного отверстия. Недостаточная стабильность расхода обусловлена также изменением усилия пружины при перемещении поршня: как известно, расход через дроссель пропорционален корню квадратному из перепада давлений, а последний пропорционален усилию пружины, которое, в свою очередь, пропорционально перемещению поршня. В то же время известные ограничители расхода не позволяют получить иную зависимость расхода от усилия пружины, нежели упомянутая выше. К недостаткам указанных ограничителей расхода следует отнести и то, что при обратном направлении потока они не позволяют получить иную величину расхода, кроме той, которая определяется сечением дроссельного отверстия, выбранным исходя из заданного расхода при прямом направлении потока. Кроме этого, выполнение дроссельных отверстий малых размеров нередко представляет определенную технологическую сложность.

Цель изобретения повышение стабильности расхода и надежности работы путем самоочищения дроссельного отверстия от засорения и облитерации, а также расширение функциональных возможностей, а именно: возможность задавать необходимый расход в зависимости от общего перепада давлений на ограничителе расхода (а в частном случае постоянный расход); возможность задавать необходимый расход при обратном направлении потока.

Поставленная цель достигается тем, что ограничитель расхода, содержащий корпус с окнами и каналами, пружину и поршень с дроссельным отверстием, снабжен стержнем, помещенным в дроссельном отверстии с возможностью перемещений без внешних воздействий стержня и дроссельного отверстия относительно друг друга.

На фиг. 1 показан предлагаемый ограничитель расхода, продольный разрез; на фиг.2,3,4 частные случаи его выполнения.

В корпусе 1 (фиг.1) размещен поршень 2 с дроссельным отверстием 3, подпружиненный пружиной 4. В дроссельном отверстии 3 размещен стержень 5, на концах которого выполнены зацепы 6 и 7, препятствующие самопроизвольному "выпаданию" стержня 5 из дроссельного отверстия 3.

Ограничитель расхода работает следующим образом. Рабочая жидкость из входного канала 8 проходит через зазор, образованный дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, через кольцевую щель 9, образованную торцом поршня 2 и боковой стенкой кольцевого канала 10, и далее через окно 11 направляется к выходному каналу 12, связанному с потребителем. При этом общий перепад давлений между входом и выходом ограничителя расхода разделяется на два перепада: один на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, другой на кольцевой щели 9. Перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5 рассчитан на заданный расход и уравновешивается усилием пружины 4.

При увеличении общего перепада давлений расход жидкости стремится увеличиться, следовательно, стремится к увеличению и перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, при этом поршень 2 смещается влево, сжимая пружину 4, и частично перекрывает кольцевую щель 9, увеличивая перепад давлений на ней и восстанавливая прежний перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, тем самым сохраняя прежнюю заданную величину расхода. При уменьшении общего перепада происходит обратное явление: расход жидкости стремится к уменьшению, к уменьшению же стремится и перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, при этом пружина 4 смещает поршень 2 вправо, приоткрывая кольцевую щель 9, уменьшая перепад давлений на ней и восстанавливая прежний перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, тем самым сохраняя расчетную величину расхода.

При обратном направлении потока, т.е. со стороны потребителя, кольцевая щель 9 полностью открыта, автоматической регулировки перепада давлений не происходит и расход определяется общим перепадом давлений и размерами зазора между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5.

Стержень 5 совершает разнообразные перемещения относительно дроссельного отверстия 3 без внешних воздействий, но под воздействием гидродинамических сил потока в дроссельном отверстии 3 и в прилегающей зоне, гидростатических сил при реверсе потока, сил тяжести, вибрации и других случайных возмущений. При указанных перемещениях происходит самоочищение дроссельного отверстия 3 от засорения и облитерации.

В прототипе самоочищения дроссельного отверстия от засорения и облитерации не происходит, что приводит к нарушению стабильности расхода, а при определенных условиях, в предельном состоянии, и к полному прекращению функционирования.

Кроме того, выполнение дроссельных отверстий малых размеров (для получения малых расходов) может оказаться в конкретных условиях производства нетехнологичным. Предлагаемый ограничитель расхода позволяет получить малый расход при значительно больших в сравнении с прототипом размерах дроссельного отверстия.

Эффективность самоочищения дроссельного отверстия в предлагаемом ограничителе расхода значительно повышается при соединении стержня с элементами, относительно которых поршень подвижен. Пример выполнения такого варианта конструкции ограничителя расхода представлен на фиг.2.

Стержень 5 (фиг. 2) шарнирно соединен с пробкой 13 с помощью шайбы 14, завальцованной в пробке 13. Шарнирное соединение стержня 5 с пробкой 13 позволяет стержню 5 под воздействием указанных ранее сил совершать поворотные движения в пределах дроссельного отверстия 3 и тем самым препятствовать засорению и облитерации. Однако, если подобных перемещений стержня 5 оказывается недостаточно для предотвращения засорения и облитерации и последние все же происходят, то перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5 возрастает, что приводит к перемещению поршня 2 относительно стержня 5 и к автоматическому очищению дроссельного отверстия 3, после чего перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5, а значит и расход восстанавливается до прежней величины.

Для повышения эффективности самоочищения дроссельного отверстия при обратном направлении потока предлагается вариант конструкции ограничителя расхода, изображенный на фиг.3. Стержень 5 (фиг.3) шарнирно соединен с выполненным на противоположном поршню 2 свободно опертом торце пружины 4 зацепом 15, причем: F_max > S ˙Δ p > F₁, где F_max максимальное усилие сжатия пружины 4; S площадь сечения стержня 5 в плоскости живого сечения дроссельного отверстия 3; Δ p перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5 при направлении потока со стороны пружины 4; F₁ усилие сжатия пружины 4 в исходном положении.

При прямом направлении потока ограничитель потока работает так же, как и в предыдущем варианте. При обратном направлении потока перепад давлений на зазоре между дроссельным отверстием 3 и стержнем 5 в случае его засорения или облитерации возрастает, стержень 5 "выталкивается" из дроссельного отверстия 3, сжимая пружину 4, и тем самым очищает дроссельное отверстие 3, после чего перепад давлений на зазоре снижается и пружина 4 возвращает стержень 5 в прежнее положение.

Возможность задавать необходимый расход в зависимости от общего перепада давлений на ограничителе расхода достигается тем, что часть стержня, помещенная между плоскостью живого сечения дроссельного отверстия в исходном положении и плоскостью живого сечения дроссельного отверстия при максимальном рабочем перемещении поршня, выполнена с переменным сечением, закономерность изменения площади которого соответственна потребной закономерности изменения расхода в зависимости от изменения перепада давлений между входом и выходом ограничителя расхода жидкости.

В частном случае закономерность изменения площади сечения стержня соответственна неизменности расхода от изменения усилия пружины при перемещении поршня и выражена формулой: S_i= S_отв- (S_отв-S₁) где S_i площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия при перемещении поршня в величину h_i; S_отв площадь живого сечения дроссельного отверстия; S₁ площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия в исходном положении; с жесткость пружины; h_i величина перемещения поршня из исходного положения.

Для осуществления возможности задавать необходимый расход жидкости при обратном направлении потока независимо от величины расхода при прямом направлении потока предлагаемый ограничитель расхода дополнительно снабжен подвижным упором, помещенным между пружиной и поршнем, через который пружина оперта на неподвижный элемент с возможностью перемещений неподпружиненного поршня от исходного положения в сторону, противоположную пружине. При этом площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия в диапазоне перемещений неподпружиненного поршня в зависимости от нужного расхода может быть выполнена от максимальной, обеспечивающей минимальный или нулевой расход (т. е. полное перекрытие дроссельного отверстия), до минимальной или нулевой (т.е. отсутствие стержня), обеспечивающей максимальный расход. Пример выполнения одного из вариантов подобной конструкции ограничителя расхода (для максимального расхода жидкости) представлен на фиг.4.

Пружина 4 (фиг. 4) через подвижный упор, выполненный в виде шайбы 16 с расположенными по периферии окнами (пазами) 17 для прохода жидкости, оперта на буртик 18, выполненный на стержне 5, который с помощью резьбы соединен с пробкой 13. При прямом направлении потока работа данного ограничителя расхода не отличается от работы ранее описанных вариантов конструкции. При обратном направлении потока поршень 2 под воздействием гидростатических и гидродинамических сил потока перемещается в сторону, противоположную пружине 4, до упора в торец штуцера 19. При этом дроссельное отверстие 3 полностью освобождается от стержня 5, тем самым обеспечивая максимальный расход жидкости.

Испытания опытных образцов предлагаемого ограничителя расхода подтвердили возможность достижения технических результатов, ожидаемых от реализации предлагаемого изобретения. По одному из вариантов конструкции (фиг.3) техническая документация выдана для подготовки производства.

Формула изобретения

1. ОГРАНИЧИТЕЛЬ РАСХОДА, содержащий корпус, внутри которого расположены поршень с дроссельным отверстием, пружина, входной и выходной каналы и окна, отличающийся тем, что он снабжен стержнем, установленным с зазором в дроссельном отверстии, при этом стержень имеет ограничители его передвижения.

2. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что стержень закреплен в корпусе.

3. Ограничитель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что стержень закреплен в корпусе шарнирно.

4. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что стержень соединен со свободным концом пружины, который расположен с противоположной дроссельному отверстию стороны, при этом
F_max>S·ΔP > F₁,
где F_max - максимальное усилие сжатия пружины;
S - площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия;
ΔP - перепад давлений на дроссельном отверстии с размещенным в нем стержнем при направлении потока жидкости от пружины к дроссельному отверстию;
F₁ - усилие сжатия пружины в исходном положении.

5. Ограничитель по пп.1 - 3, отличающийся тем, что стержень имеет переменное поперечное сечение, причем для расхода неизменяемого от изменения усилия пружины это сечение определяется по формуле

где S_i - площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия при перемещении поршня на величину i;
S_отв - площадь живого сечения дроссельного отверстия;
S₁ - площадь сечения стержня в плоскости живого сечения дроссельного отверстия в исходном положении;
F₁ - усилие сжатия пружины в исходном положении;
C - жесткость пружины;
h_i - величина перемещения поршня из исходного положения.

6. Ограничитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что пружина снабжена подвижным упором, расположенным на ее свободном конце со стороны дроссельного отверстия и контактирующим с неподвижным элементом, при этом расстояние между подвижным упором и упором, ограничивающим перемещение поршня в противоположную сторону, больше расстояния между опорными поверхностями поршня, контактирующими с подвижным упором и упором, ограничивающим перемещения поршня соответственно, а величина поперечного сечения части стержня, расположенной в дроссельном отверстии при контакте поршня с упором, ограничивающим перемещение поршня в противоположную от пружины сторону, может выбираться в пределах от величины площади живого сечения дроссельного отверстия до нуля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4