(13) B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: G05D 7/00 (54)Regulator przepływu, zwłaszcza do napędów hydraulicznych (73) Uprawniony z patentu: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Politechnika Poznańska, Poznań, PL BUP 15/90 (72) Twórca wynalazku: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: Tadeusz Cieśliński, Poznań, PL W UP 08/93 PL B1 (57) 1. Regulator przepływu, zwłaszcza do napędów hydraulicznych, stanowiący zestaw, w którym pomiędzy wejściowy zawór redukcyjny, a wyjściowy zawór podporowy jest włączony nastawny dławik roboczy, znamienny tym, że zawór podporowy (ZP1) jest wyposażony w czujnik lepkości, który stanowi umiejscowiony w najniżej usytuowanej, pierwszej komorze roboczej (a) tego zaworu szeregowy układ dławika diafragmowego (4) i dławika kapilarnego (5), przy czym ograniczona dławikiem diafragmowym (4) część (b) pierwszej komory roboczej (a), od strony połączonego z atmosferą dławika kapilarnego (5) jest połączony z usytuowaną powyżej, jedną z komór roboczych (c) zaworu podporowego (ZP1). fig 1

2 REGULATOR PRZEPŁYWU, ZWŁASZCZA DO NAPĘDÓW HYDRAULICZNYCH Z a s t r z e ż e n i a p a t e n t o w e 1. Regulator przepływu, zwłaszcza do napędów hydraulicznych, stanowiący zestaw, w którym pomiędzy wejściowy zawór redukcyjny, a wyjściowy zawór podporowy jest włączony nastawny dławik roboczy, z n a m i e n n y t y m, że zawór podporowy (ZP1) jest wyposażony w czujnik lepkości, który stanowi umiejscowiony w najniżej usytuowanej, pierwszej komorze roboczej (a) tego zaworu szeregowy układ dławika diafragmowego (4) i dławika kapilarnego (5), przy czym ograniczona dławikiem diafragmowym (4) część (b) pierwszej komory roboczej (a), od strony połączonego z atmosferą dławika kapilarnego (5), jest połączona z usytuowaną powyżej, jedną z komór roboczych (c) zaworu podporowego (ZP1). 2. Regulator według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m, że trójstopniowe suwaki (1 i 8) zaworów redukcyjnego (ZR1) i podporowego (ZP1) są podparte sprężynami odpowiednio (2 i 9), których napięcia są nastawiane elementami regulacyjnymi odpowiednio (3 i 10), zaś najwyżej usytuowane, czwarte komory robocze odpowiednio (f i e) tych zaworów są połączone z atmosferą, a ponadto trzy kolejne komory robocze zaworu redukcyjnego (ZR1), usytuowane poniżej czwartej komory roboczej (f), są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście zaworu redukcyjnego (ZR1), zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej komory, natomiast wejście zaworu podporowego (ZP1) jest jednocześnie połączone z jego trzecią komorą roboczą (d) i pierwszą komorą roboczą (a), której wyjście, połączone z wyjściem czujnika lepkości, stanowi równocześnie wyjście tego zaworu, przy czym komora robocza (b) czujnika lepkości jest połączona z drugą komorą roboczą (c) zaworu podporowego (ZP1). 3. Regulator przepływu, zwłaszcza do napędów hydraulicznych, stanowiący zestaw, w którym pomiędzy wejściowy zawór redukcyjny a wyjściowy, podłączony przelotowo zawór podporowy jest włączony nastawny dławik roboczy, z n a m i e n n y t y m, że zawór podporowy (ZP2) jest wyposażony w czujnik lepkości, który stanowi szeregowy układ dławika kapilarnego (6) i dławika diafragmowego (8), przy czym dławik kapilarny (6) jest umiejscowiony w podpartym sprężyną (7) suwaku (5), zaś wylot dławika diafragmowego (8) jest połączony z atmosferą. 4. Regulator według zastrz. 3, z n a m i e n n y t y m, że trójstopniowy suwak (1) zaworu redukcyjnego (ZR2) jest podparty sprężyną (2), której napięcie jest nastawiane elementem regulacyjnym (3), zaś najwyżej usytuowana, czwarta komora robocza (d) tego zaworu jest połączona z atmosferą, a ponadto jego trzy kolejne komory robocze, usytuowane poniżej czwartej komory roboczej (d), są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście zaworu redukcyjnego (ZR2), zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej komory, natomiast wejście zaworu podporowego (ZP2) z jednostopniowym suwakiem (5) jest połączone pośrednio, poprzez wejściową komorę roboczą (a) tego zaworu, z jego wyjściową komorą roboczą (c), w której jest umiejscowiony dławik diafragmowy (8) czujnika lepkości. * * * Przedmiotem wynalazku jest regulator przepływu, zwłaszcza do napędów hydraulicznych obrabiarek i innych maszyn technologicznych, mający szczególne zastosowanie jako regulator małych natężeń przepływu oleju. Natężenie przepływu oleju przez regulator, szczególnie dla małych natężeń przepływu, jest uzależnione od lepkości oleju. Zjawisko to jest niekorzystne, zwłaszcza dla rozwiązań układów napędów hydraulicznych maszyn i urządzeń technologicznych, gdzie jest wymagana duża stabilnośś prędkości ruchu i niezmienność w czasie parametrów pracy siłowników.

3 W znanych regulatorach przepływu, pomiędzy wejściowy zawór redukcyjny i wyjściowy zawór podporowy jest włączony dławik roboczy, przy czym charakterystyka przepływu oleju przez dławik, ze szczeliną o określonym, nastawianym elementem regulacyjnym przekroju, zależy od zmian lepkości oleju, zaś zmiany te są spowodowane zmianami temperatury podczas pracy układu hydraulicznego. Zniekształcenie charakterystyki przepływu, wywołane zmianami lepkości oleju, jest w sposób istotny odczuwalne dla małych wartości natężenia przepływu. Znane regulatory przepływu, produkowane przez firmę VICKER5 i opisane np. w katalogu "Ein Bauzeichnengs - Vickers Katalog für Industrie - Hydraulik 1981/1982", są wyposażone w kompensatory w postaci prętów dylatacyjnych, które umieszczone w strumieniu przepływającego oleju, wydłużają się wskutek wzrostu temperatury, w wyniku czego następuje zmniejszenie szczeliny dławiącej dławika roboczego, zaś zmiana przekroju poprzecznego tej szczeliny koryguje wielkość natężenia oleju przepływającego przez regulator. Inne znane regulatory przepływu, opisane w patentach PRL nr nr 81 7B5 i , mają dławik roboczy ze szczeliną dławiącą o ostrych krawędziach, względnie też ze szczeliną dławiącą cienkościenną i odpowiednio ukształtowaną, co w pewnym stopniu zmniejsza wpływ zmian lepkości oleju na zmiany przepustowości regulatora. Dokładność kompensacji wpływu zmian lepkości przepływającego oleju na charakterystykę przepływu w znanych rozwiązaniach regulatorów jest ograniczona, co z kolei ogranicza możliwości ich wykorzystania w układach napędów hydraulicznych, zwłaszcza przy małych natężeniach przepływu. Regulator przepływu według wynalazku stanowi zestaw trzech, szeregowo połączonych urządzeń, tj. zaworu redukcyjnego, dławika roboczego i wyposażonego w czujnik lepkości zaworu podporowego. Z kolei czujnik lepkości stanowi umiejscowiony w najniżej usytuowanej, pierwszej komorze roboczej tego zaworu szeregowego układ dławików - diafragmowego i kapilarnego, przy czym ograniczona dławikiem diafragmowym część pierwszej komory roboczej, od strony połączonego z atmosferą dławika kapilarnego, jest połączona z usytuowaną powyżej jedną z komór roboczych zaworu podporowego. Korzystnym jest jeżeli obydwa zawory regulatora są wyposażone w trójstopniowe suwaki podparte sprężynami, których napięcia są nastawiane, zaś najwyżej usytuowane, czwarte komory tych zaworów są połączone z atmosferą. Ponadto trzy kolejne komory robocze zaworu redukcyjnego, usytuowane poniżej czwartej komory roboczej, są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście zaworu redukcyjnego, zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej komory. Z kolei wejście zaworu podporowego jest połączone z jego trzecią komorą roboczą i jednocześnie z pierwszą komorą roboczą, której wyjście, połączone z wyjściem czujnika lepkości, stanowi jednocześnie wyjście tego zaworu, przy czym komora robocza czujnika lepkości jest połączona z drugą komorą roboczą zaworu podporowego. W alternatywnym rozwiązaniu regulator przepływu zawiera także zawór redukcyjny, dławik roboczy i wyposażony w czujnik lepkości zawór podporowy, który jest jednak włączony do zestawu przepływowo. Ponadto czujnik lepkości stanowi szeregowy układ dławików - kapilarnego i diafragmowego, przy czym dławik kapilarny jest umiejscowiony w podpartym sprężyną suwaku, zaś wylot dławika diafragmowego jest połączony z atmosferą. Korzystnym jest jeżeli zawór redukcyjny jest wyposażony w trójstopniowy suwak - podparty sprężyną, której napięcie jest nastawiane, zaś najwyżej usytuowana, czwarta komora robocza tego zaworu jest połączona z atmosferą. Ponadto trzy kolejne komory robocze zaworu redukcyjnego, usytuowane poniżej czwartej komory roboczej, są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście tego zaworu, zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej komory. Z kolei wejście zaworu podporowego, wyposażonego w jednostopniowy suwak, jest połączone pośrednio, poprzez wejściową komorę roboczą tego zaworu, z jego wyjściową komorą roboczą, w której jest umiejscowiony dławik diafragmowy czujnika lepkości.

4 W rozwiązaniu według wynalazku sterujący suwakiem zaworu podporowego czujnik lepkości koryguje jednocześnie spadek ciśnienia na dławiku roboczym, tak aby uzyskać stałą przepustowość dla zadanych nastaw regulatora przepływu, niezależnie od lepkości przepływającego przezeń oleju. Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na podstawie przykładowych rozwiązań pokazanych na rysunku, na których fig. 1 przedstawia półprzekroje zaworów - redukcyjnego i podporowego oraz ideowe ich połączenie, zaś fig. 2 - także półprzekroje obydwu zaworów i ich ideowe połączenie z tym, że zawór podporowy jest podłączony przelotowo. Przedstawiony na fig. 1 regulator przepływu stanowi zestaw, w którym pomiędzy wejściowy zawór redukcyjny ZR1 a wyjściowy zawór podporowy ZP1 jest włączony nastawny dławik roboczy B1. Trójstopmowy suwak 1 zaworu redukcyjnego ZR1 jest podparty sprężyną 2, której napięcie nastawia się elementem regulacyjnym 3 w postaci śruby, zaś także trójstopniowy suwak 8 zaworu podporowego ZP1 o średnicach stopni: d0, d1 i d2 jest podparty sprężyną 9, której napięcie nastawia się elementem regulacyjnym 10 - również w postaci śruby. Z kolei wielkość szczeliny dławiącej w dławiku roboczym D 1 ustawia się za pomocą kolejnego elementu regulacyjnego 11. Najwyżej usytuowane, czwarte komory robocze odpowiednio f i e obydwu zaworów są połączone z atmosferą, a ponadto trzy kolejne komory robocze zaworu redukcyjnego ZR1, usytuowane poniżej czwartej komory roboczej f, są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście zaworu redukcyjnego ZR1, zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej komory. Zawór podporowy ZP1 jest wyposażony w czujnik lepkości, który stanowi umiejscowiony w najniżej usytuowanej, pierwszej komorze roboczej a tego zaworu szeregowy układ dławika diafragmowego 4 i dławika kapilarnego 5, przy czym ograniczona dławikiem diafragmowym 4 i stanowiąca komorę roboczą czujnika lepkości część b pierwszej komory roboczej a, od strony połączonego z atmosferą dławika kapilarnego 5, jest połączona wierceniem 7 z drugą komorą roboczą c zaworu podporowego ZP1, natomiast wejście tego zaworu jest połączone wierceniem 6 z jego trzecią komorą roboczą d i jednocześnie z pierwszą komorą roboczą a, której wyjście, połączone z wyjściem czujnika lepkości, stanowi równocześnie wyjście zaworu podporowego ZP1. Wypływający z siłownika hydraulicznego strumień oleju o natężeniu "Q" i ciśnieniu "P1" przepływa przez szczelinę dławiącą X zaworu redukcyjnego ZR1. Za pomocą elementu regulacyjnego 3 zmienia się napięcie sprężyny 2, podpierającej trójstopniowy suwak 1, a przez to nastawia się wielkość stałego, zredukowanego ciśnienia "P2" na wyjściu tego zaworu. Z kolei elementem regulacyjnym 11 nastawia się wielkość szczeliny dławiącej w dławiku roboczym D1 - obniżając w ten sposób ciśnienie do wartości "P3". Strumień oleju wpływający do komory a zaworu podporowego ZP1 dzieli się na dwie części: na strumień "Q1" - przepływający przez szczelinę dławiącą X1 tego zaworu i strumień "Q2" - przepływający przez czujnik lepkości. Suma spadku ciśnienia na obydwu dławikach 4 i 5 czujnika lepkości wynosi "P3", zaś rozkład wielkości spadków ciśnienia zależy od lepkości przepływającego oleju. W pierwszej i trzeciej komorze roboczej a 1 d zaworu podporowego ZP1 panuje ciśnienie "P3", natomiast w komorze roboczej b czujnika lepkości oraz w drugiej komorze roboczej c tego zaworu - zależne od lepkości oleju ciśnienie robocze "pr", przy czym w najwyżej usytuowanych, czwartych komorach roboczych f i e obydwu zaworów panuje ciśnienie atmosferyczne "P0" Z równowagi sił działających na trójstopniowy suwak 8 zaworu podporowego ZP1 wynika, że ciśnienie "P3" na wejściu tego zaworu jest zmienne i zależy od lepkości przepływającego oleju, podobnie jak spadek ciśnienia "Δ P" na dławiku roboczym D 1, przy czym napięcia sprężyn 2 i 9, średnice d0,d1id 2 suwaka 8 oraz średnice dławików 4 i 5 czujnika lepkości dobiera się dla zadane go zakresu zmian lepkości oleju.

5 Przedstawiony na fig. 2 regulator przepływu tym różni się od regulatora przedstawionego na fig. 1, że wyjściowy zawór przelotowy ZP2 jest przelotowo włączony do zestawu, który stanowi regulator. Trójstopniowy suwak 1 zaworu redukcyjnego ZR2 jest podparty sprężyną 2, której napięcie nastawia się elementem regulacyjnym 3, zaś jednostopniowy suwak 5 zaworu podporowego ZP2 jest podparty sprężyną 7 o nieregulowanym napięciu. We włączonym pomiędzy obydwa zawory dławiku roboczym D2 wielkość szczeliny dławiącej ustawia się za pomocą elementu regulacyjnego 4. Najwyżej usytuowana, czwarta komora robocza d zaworu redukcyjnego ZR2 jest połączona z atmosferą, a ponadto jego trzy kolejne komory robocze, usytuowane poniżej czwartej komory roboczej d, są połączone między sobą, przy czym do górnej części drugiej komory roboczej jest doprowadzone wejście tego zaworu, zaś jego wyjście jest wyprowadzone z dolnej części tej samej komory. Zawór podporowy ZP2 jest wyposażony w czujnik lepkości, który stanowi szeregowy układ umiejscowionego w suwaku 5 dławika kapilarnego 6 oraz umiejscowionego w wyjściowej komorze roboczej c dławika diafragmowego 8, przy czym wejście tego zaworu jest połączone pośrednio, poprzez wejściową komorę roboczą a, Kanał w korpusie i wyjściową komorę roboczą c, z atmosferą, natomiast w komorze roboczej b czujnika lepkości jest umiejscowiona sprężyna 7 - podpierająca suwak 5. Strumień oleju o natężeniu "Q" i ciśnieniu ''P 1", wypływając z siłownika hydraulicznego trafia do wejścia zaworu redukcyjnego ZR2, z którego po przejściu przez szczelinę dławiącą X wypływa ze stałym zredukowanym ciśnieniem "P2". Kolejne obniżenie ciśnienia do wartości ''P3" następuje po przepłynięciu strumienia oleju przez nastawianą szczelinę dławiącą dławika roboczego D2. Z kolei w komorze a zaworu podporowego ZP2 strumień oleju rozdziela się na dwie części: strumień "Q1" - dławiony przy przejściu przez szczelinę dławiącą zaworu oraz strumień "Q2" - przepływający przez czujnik lepkości. Spadek ciśnienia na dławiku kapilarnym 6 ma praktycznie stałą, ustaloną napięciem sprężyny 7 wartość, ponieważ suwak 5, sprężyna 7 oraz połączenie wejściowej komory roboczej a ze środkową komorą roboczą b poprzez dławik kapilarny 6 stanowi zawór różnicowy. Wartość ciśnienia "Pr" w komorze roboczej b czujnika lepkości zależy od lepkości przepływającego przezeń oleju. Z równowagi sił działających na suwak 5 wynika, że ciśnienie "P3" w wejściowej komorze roboczej a jest również zależne od lepkości przepływającego oleju, a stąd spadek ciśnienia oleju " Δ P " na dławiku roboczym D2 jest także zależny od lepkości tego oleju, przy czym średnice dławików 6 i 8 czujnika lepkości, oraz napięcia sprężyn 2 i 7 obydwu zaworów dobiera się dla zadanego zakresu zmian lepkości oleju, tak aby uzyskać stałe, niezależne od lepkości natężenie przepływu "Q". Przedstawiony regulator przepływu umożliwia uzyskanie natężeń przepływu oleju o wartościach większych od 1, 5 cm3/s, niezależnie od zmian lepkości przepływającego oleju. tego

6 fig. 2 fig. 1 Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10000zł