Логический элемент для гидравлических и пневматических цепей

Логический элемент для гидравлических и пневматических цепей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>765526 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио040777 (21) 2503991/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано230980. Бюллетень ¹35

Дата опубликования описания 02.10.80

Р1) м. Kn.

F 15 С 3/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений.и открытий (53) УДК 621. .525(088.8) (72) Автор из обретения

A.ß.Êîãàí (71) Заявитель (54) ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ

И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Иеобретение относится к Конструктивным элементам пневматических и гидравлических систем, в частности к логическим дискретным элементам с дроссельными клапанами золотникового типа.

Известны дискретные пневматические и гидравлические конструктивные элементы релейного действия, предназначенные для выполнения как чисто логических операций с гидрои пневматическими входами и выходами, так и для реализации функции различных дискретных приборов типа кнопок, индикаторов и т.д. (1) .

Недостатком этих элементов является сложность разработки разветвленных систем, требующих осуществления большого числа межэлементных соединений. Кроме того, образованные на базе релейных элементов дискретные устройства в различных системах характеризуются весьма ограниченным составом и коммутационными воэможностями, что затрудняет разработку систем управления и orpasvvvsaee воэможность их применения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и дости гаемому результату является гидрав-лический логический элемент, реализующий функцию И и НЕ, содержащий помещенный в корпусе золотник, к тому же золотник имеет ассимметричную проточку и каналы, расположенные в корпусе так, что центральный канал подсоединен к сбросовому каналу при помощи двух каналов, пере10 секаемых золотником и равноудаленных от центрального канала на величину хода золотника (21.

Однако логический элемент не обеспечивает механическое образование

15 всех монтажных соединений, которые могут возникнуть в сложных логических схемах, а именно механически не образуются связи типа выход-вход и размножение входа и выхода. Эти

20 соединения необходимо выполнять при помощи внешнего монтажа.

Кроме того, при образовании бло- ков, имеющих наряду с гидравлическими или пневматическими входами и вы25 ходами также механические и электрические входы и выходы, неизменность положения магистралей вход, выход и подпор является препятствием для создания такого рода приборов, так

30 как рациональные схемы компановки

765526

На фиг. 1 изображена схема логического элемента; на фиг. 2 — модификация схемы логического элемента — повторитель с левым входом; на фиг. 3 модификация схемы логического элемента — отрицание с левым входом; на фиг. 4 — модификация схемы логического элемента — повторитель с правым входом; на фиг. 5 — модификация схемы логического элемента — отрицание с правым входом; на фиг, б — модификация схемы логического элемента — повторитель с левым входом без сброса. давления на выходе; на фиг. 7схема переходного замыкающего элемента; на фиг. 8 — схема переходного промежуточного элемента; на Фиг. 9 .схема переходного проглежуточного элемента П типа; на фиг. 10 — схема переходного начального элемента; на

Фиг. 11 — схема переходного замыкающего элемента при работе с подпором; на фиг. 12 — логический элемент, разрез; на Фиг. 13 — то же, вид спереди; на фиг. 14 — то же, вид сверху; на Фиг. 15 — то же, вид сверху, разрез; на фиг. 16-18 — торцовые втулки, разрез; на Фиг. 19 — вариант золотника; на фиг. 20 — логи еский элемент — повторитель с встроенной кнопкой, продольный разргзз; на Фиг.21логический элемент — отрицание с встроенным соленоидом, продольный разрез; на фиг. 22 — логический элемент — повторитель с встроенным шариковым толкателем и микропереключателем, продольный разрез; на Фиг.23переходной элемент промежуточный

3-го типа с встроенным индикатором; на фиг. 24 — блок переключателя с кнопочным управлЕнием, разрез; на фиг. 25 — блок переключателя, вид сверху 1 на фиг. 26 — блок переключателя, вид спереди; на фиг. 27 — схема блока переключателя.

Логический элемент (фиг. 1) включает выполненную в корпусе 1 систегде S — хо,. золотника;

45 — диаметр сливных каналов Р4 и Р„,; и; — коэффициент:-.ерекрытия золотником сливных каналов

Р4 и P (m 1).

5Q

Длина золотника удовлетворяет соотношению г. =35+я . указанные размеры золотника в сочетании с данной схемой обеспечивают обратиглость логического элемента, т.е. возможность изменять характер реализуемой им Функции на противоположный, а именно, повторитель на отрицание и наоборот без изменения направления магистральных ко муникаций, а

6О только за счет переустановки. золотника с поворотом его на 180, как .о показано на Фиг. 2-14. Особенностью предлагаемого устройства являются каналы Р>, расположенные пс обе

Я стороны золотника и ра ноудаленные требуют различного расположения укаэанных магистралей.

Цель изобретения — устранение указанных недостатков.

Цель достигается тем, что в корпусе выполнены размещенные по обе стороны от золотника вертикальные каналы, которые могут подключаться к горизонтальному каналу. Вертикальные каналы равноудалены, от плоскости, нормальной к оси перемещения золотника и проходящей через центральный канал на величину L =2S+md, где S - ход золотника;, d — диаметр отверстий, соединяющих вертикальные каналы с золотниковой полостью;

m - коэффициент перекрытия отверстий, соединяющих вертикальные каналы с золотниковой полостью, причем 1

Элемент предназначен для реализации активных схем, т.е. схем, в которых питание не является одним иэ входов — повторитель или отрицание.

Система магистральных коммуникаций элемента состоит из вертикальных и горизонтальных каналов, в том числе: центра,ьного канала питание — выход Р -Р, предназначенного для прохожденйя питания к.выходу в разрешающем (открытом) положении золотника; канала общего питания Р, предназначенного для по15 дачи питания в последующие (после первой)функциональные схемы, расположенные в одном блоке; группы сбросовых глагистралей, включающих расположенные по обе стороны эолот,гО ника и равноудаленные от центрального канала Р -P, на величину хода золот ика S; каналов Р4 и Р, связанных горизонтальными, пересекающими полость золотника каналами

Рч . Указанная группа магистралей служит для подключения выхода к сбросу в запрещающем (закрытом) положении золотника; центральное отверстие 4 служит полостью для размещения и передвижения золотника.

С одного торца, через отверстие

4 на золотник действует давление входного сигнала Р, с противоположного — давление пружины Р . Для работы устройства необходигло услоЗ5 вие.

Золотник 2 выполнен с ассимметри 4 но расположенной проточкой, при этом степень ассимметрии расстоянием от оси проточки до ближайшего торца () золотника. Величина ассимметрии К должна удоьлетворять соотношению:

K= S+m —. д

7 !

765526

50,от центральной магистрали питание выход Р -P> на величину

7=2S+md, где S — ход золотника;

d — диаметр магистралей Рю, а — коэффициент перекрытия (1с (п(10) .

Каналы Р6 соединены с центральным отверстием 4, через каналы Р,, при этом конструкция устройства соединяет с отверстием 4 те каналы, которые необходимо соединить в соответствии с конкретной схемой.

Каналы Р- служат для реализации соединений вход-выход, размножения входа и выхода и подключения к сбросу торцовых полостей отверстия 4, когда это необходимо. В некоторых случаях, например,для уменьшения габаритов, целесообразно для возврата золотника использовать не усилие пружины 3, а давление рабоleÀ среды (воэдуха или жидкости). В этом случае пружина 3 отсутствует, а рабочая среда, создающая давление подпора Р8 (Р8 сР7) подается к правому или левому торцу золотника 2 также через каналы Р6 и отверстия Рю.

Наряду с логическим элементом

,фиг. 1) для построения дискретных блоков необходим логический элемент беэ сброса давления на выходе, где отсутствуют каналы Р9, соединяющие магистрали Р4 и Р5 °

Переход на работу в инверсной функции (с функции повторитель на функцию отрицание и наоборот) осуществляется (фиг. 2 и 3) переустановкой золотника 2, с поворотом его при этом на 180О

Изменение положения магистралей

Р> и Р беэ изменения функционального назначения элемента, производится путем переустановки пружины 3 совместно с золотником 2, с поворотом их на 180 (фиг. 2 и 5). Если в элементе переставить только пружину 3, не меняя положения золотника, то изменится не только положение магистралей

Рт и Р, но и функциональное назначение элемента.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет, не меняя схемы коммуникаций элемента и состава его деталей, .только эа счет установки в различных положениях золотника 2 и пружины 3, получать схемные модификации, необходимые и достаточные для построения любых функциональных схем и дискретных устройств логического типа.

Для построения дискретных наборных блоков необходимо применение 4-х типов переходных (пассивных) элементов.

Первый переходной элемент (фиг.10} является первым элементом блока и служит для подвода питания и удаления сброса. Имеет общую магистраль питания Р„„,с каналами "-. o. îìíîãî Р и общего питания Ру, и общую магистраль сброса Р с отводящими каналами Р и Рь.

Промежуточный переходной элемент

1-го типа (фиг. 9) служит для выдачи промежуточного выходного сигнала

Р> и имеет вертикальную .и горизонтальную сквозные магистрали входа

Р1 H сквозные магистрали РЭ вЂ” РЬ .

В конкретных схемах магистрали Р подключаются к магистрали Р через

KGHа P(0 °

Промежуточный переходной элемент

2-го типа (фиг. 8) служит для выдачи выходного сигнала функциональ-

15 ной схемы, а также подачи питания в последующую схему, расположенную в данном блоке. Элемент имеет транзитные каналы Р, Р и Р, магистраль выход Р через каналы P свя9

gg эана с каналами Р4 и при необходимости через отверстия Р, может подключаться к каналам P . Магистраль общего питания Рд имеет ответвление

Р, расположенное по оси элемента.

Замыкающий переходной элемент является последним элементом блока и служит для выдачи выходного сигнала с последней функциональной схемы блока (фиг. 7).

Магистраль выход Р> через каналы

ЗО Р9 связана с каналами Р и, при необходимости, через отверстиЯ Р о подключается к каналам Р .

В ряде случаев для создания возвратного усилия используется не

З5 усилие пружины, а давление рабочей среды (воздуха или жидкости) — подпор. В этом случае в качестве конечного переходного элемента вместо замыкающего пе1 еходного элемента (фиг. 7) применяется элемент, который наряду с магистралью выход Р имеет магистраль подпора Р>, соединенную с двумя каналами связи .=,, по которым давление подпора Р8 подается в зависимости от схемы логического элемента (фиг. 2, 4, 6 и 8), либо к левому, либо к правому торцу золотника.

Схемы остальных логических и переходных элементов при работе с подпором рабочей среды Р8 остаются без изменений. Для отделения одноименных каналов Р в других элементах, имеющих другие параметры давления в нужных точках схемы, устанавливаются заглушки.

Логический элемент (фиг. 12-15), выполнен в виде корпуса 1 с рядом отверстий и магистральных коммуникаций, в том числе центральным отверЩ стием 4, магистралями Р -P« P> и

Рб и отверстием Р и Р, . (В логическом элементе П-го типа — беэ сброса давления на выходе боковые отверстия

Р отсутствуют). В корпусе 1 выполнено также 4 отверстия 5, преднаэ9

765526 наченные для прохода шпилек при наборе и креплении элементов в блок.

В отверстии 4 установлен золотник

2, пружина 3 и торцовые втулки 6 и

7. Варианты возможных переустановок золотника 2 и пружины 3 для различных модификаций логического элемента приведены на фиг. 2-5. Соответственно в логическом элементе переустанавливаются и торцовые втулки.

Для логического элемента применяются три типа торцовых втулок: торцовые втулки 6 (фиг. 16), предназначенные для подключения внешних гидравлических (пневматических) связей типа входы, выходы; торцовые втулки

7 (фиг. 17), предназначенные для подключения внутренних гидравлических (пневматических) связей типа выходвход, cáðîñ и подпор; торцовые втулки 8 (фиг. 18}, предназначенные для внешних механических и электрических связей.

Все втулки, помимо сквозного 9 или глухого 10 осевых отверстий, имеют боковое отверстие 11. Втулки вставляются с торцов логического элемента так, что их квадратный фланец

12, обеспечивая углевую фиксацию, входит в соответствующее углубление

13, выполненное с обеих торцов корпуса, при этом втулка 6 и 7 или 8 может быть установлена так, что ее боковое отверстие 11 совпадает с одной из магистралей Р и обеспечивает таким образом связь с одним из каналов связи Р, либо не совпадает ни с одной из них, что зависит от общей схемы устройства (фиг. 15). ,Осевая фиксация втулок производится с помощью штифтов 14, вставленных в соответствующие отверстия в корпусе 1 и проходящие через выточки

15. B фланцах 12 втулок выполнены также кольцевые выточки 16, в которых вставлены уплотнителькые кольца 17.

Для улучшения прочностных характеристик целесообразно золотник вйполнять (фиг. 19) с расположенными на торцах буртиками, служащими для направления пружины сжатия 3. Длина золотника в этом случае увеличится на величину 21„,, а длина торцовых втулок 6, 7 и 8 со-". ответственно уменьшится на длину кольцевых выточек под пружинуВсе вертикальные магистральные отверстия в корпусе 1 имеют со стороны верхней плоскости 18 зенковки

19, предназначенные для установки в них уплотнительных колец при наборе элементов в блок.

Переходные (пассивные) элементы (фиг. 7-11) имеют одинаковую конструкцию корпуса и присоединительные размеры, а также размеры и при,вязку всех однозначных магистральных отверстий, что и логический элемент (фиг.12-15). Таким же образом в них используются и устанавливаются торцовые втулки (фиг. 16-18) .

Логические и переходные элементы с встроенными в ких типовыми узлами, предназначекы для реализации механических и электрических входов и выходов. Конструкция их достаточно ясна из рисунков. Типовые узлы в виде кнопки 20 (фиг. 20), соленоида 21 (фиг. 21 ), ья"кропереключателя 22 и шарика 23 (фиг. 22) присоединяются к торцовой втулке 8 (фиг. 18) и воздействуют на золотник 2 (или золотник воздействует на них, например, ка микропереключа15 тель 22) через плукжер 24. Аналогично могут встре-à=":ücÿ и другие узлы дискретных устройств, например

У клавиша, ролик и т.д.

На фиг. 23 изобрах;ек извеctHbIA щ в технике визуальный индикатор встроенный в промежуточный переходной элемент 2-го типа (схема ка фиг. 8). Принцип действия его основан ка том, что при поступлении под давлением рабочей среды, последняя, пройдя через втулку 8, раздвинет разрезную резиновую мембрану

27 и сплошную мембрану 28, которая своей окрашенной поверхностью прижмется к сферической поверхности прозрачного колпа ка 26.

На фиг. 24-27 в качестве примера использования изобретения показана конструкция одного из блоков, набранных из предлагаемого комплекt та элементов . Лля примера принята схема .,фиг. 27), реализующая функцию кко iкx c двумя нормально открытыми и двумя нормально закрытыми контактами (v, v. =а; v, v„=a) .

40 Блок состоит из качального переходкого элемента ? 9; логического элемента повторителя с встроенной кнопкой 30; промежуточког0 переходного элемента П-го типа 31 и 32; логического элемента повторителя 33; промежуточного переходного элемента 1-го -.èïà 34 и 35; логического элемента отрицание 36; конечного переходного элемента 37.

На фиг. 27 показаны подключения сброса, входов и выходов к линиям связи, необходимые для работы данного блока, а именно, к верхнему левому каналу связи 38 подключен выход в элементе 31 и входы в эле 5 ментах 33 и 36. Нижкие правые каналы связи в элементах 33 и 36 и нижний левый какал связи в элементе

30 подключены к сбросу.

Сборка элементов в блок произвоЩ цится путем набора их в заданной последовательности и крепления при помощи шпилек 39, пропускаемых через отверстие 5 (фиг. 14), и гаек

40. Герметизация мест сопряжений одЯ ноимеккых отверстий осуществляется

765526

Формула изобретения

Логический элемент для гидравлических и пневматических цепей, со35 держащий размещенный в корпусе золотник с ассимметричной проточкой,. выполненные в корпусе центральный канал и продублированные каналы сброса, отличающийся тем, что, с целью упрощения констру ции и расширения области применения элемента, в корпусе выполнены размещенные по обе стороны от золотника вертикальные каналы, равноудаленные от плоскости, нормальной к бси пере-

45 мешен я золотника и проходящей че рез центральный канал, ыа величину

Fi=2S+md где S - ход золотника;

d — диаметр отверстий, соединя5Î ющих вертикальные каналы с золотниковой полостью;

m. — — коэффициент перекрытия отверстий, соединяющих вертикальные каналы с з>лотниковой

55 полостью, причем 1

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Беренде T.Ê. и др. Элементы и схемы пневматики. М., "!4ашиностро о ение"., 1968, с. 279-281.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 215599, кл. Г 15 С 3/02, G 06 D 1/02, 1966 (прототип). за счет установки в зенковке 19 (фиг, 12) уплотнительных резиновых колец 41. Для герметизации отдельных автономных участков линий связи в соответствующие зенковки устанавливаются заглушки 42. При построении блока {фиг. 24) образуются общие прямые каналы одноименных магистралей.

Принцип действия блока, изображенного на фиг. 24-27 так же как и остальных устройств, набираемых из предлагаемых элементов, основан на том, что выход предлагаемой функциональной схемы будет либо подключен к питанию, если все расположенные в схеме логические элементы занимают разрешающее положение (на входах пов- (5 торителя имеются, а на входах отрицания отсутствуют сигналы), либо подключен к сбросу (или отсечен от питания без подключения к сбросу), если хотя бы один логический элемент 20 занимает запрещающее положение (на входах повторителя отсутствуют, а на входе отрицания имеются сигналы}.

Устройство, изображенное на фиг. 24...27, работает следующим

25 образом.

При ненажатой кнопке в элементе

30 золотник 2 занимает в нем запрещающее положение, перекрывает питание и через проточку 43 в золотнике со-, единяет выход в элементе 31 с сбросом. Давление в точках 38 отсутствует, в связи с чем золотник 2 элемента 33 занимает запрещающее положение, а золотник элемента 36 занимает разрешающее положение и соответственно выходы в элементах 34 и

32-Vq, V2 подключены к сбросовой магистрали, а выходы в элементах

35 и 37-V и V4 подключены к питанию и находятся под давлением.

При нажатии кнопки элемента 30 золотник 2 в нем займет разрешающее положение, выход элемента 31 подключается к питанию, которое подключит элементы 33 и 36, при этом элемент 33 подключит выходы V и V к питанию, а злеме:r 36 подключит выходы V и V к сбросу.

Предложенное устройство содержит ограниченное число типовых элементов, на базе которых в сочетании с группой дополнительных узлов типа кнопки, ролика, микропереключателя, соленоида и др. создается практически неограниченное число устройств дискретной техники, обладающих не только широкими коммутационными возможностями, но и совмещающими в одном приборе электрические и механические входы и выходы с сложнЫМи гид,равлическими и пневматическими логическими структурами. Подобные устройства представляют. собой, в известной степени, новый вид промышленной продукции. Устройство характеризуется высокой логической емкостью, причем, если логическая емкость устройств, предназначенных для элементарной функции находится, примерно, на одном уровне с известными устройствами, то по мере усложнения логических схем и увеличения числа входов относительная логическая емкость устройства возрастает и в несколько раз превышает емкость известных устройств.

Предложенная конструкция позволяет получить компактные и монолитные приборы с кратчайшими и в основном прямыми внутренними коммуникациями.

Установка таких приборов возможна в различных производственных условиях, на транспорте и т.д.

Опытно-конструкторская разработка устройства с изготовлением и испытанием опытных образцов может быть выполнена в течение 1,5-2х лет.

Стоимость работ 20-30 тыс. руб.

Годовой экономический эффект от внедрения данного устройства, учитывая возможности его широкого применения, особенно для механизации трудоемких процессов, ориентировочно составит не менее 1 млн. руб.

765526

Составитель В.Хохлов

Редактор Т.Киселева Техред N.Êóçüìà Корректор Г.Назарова

Заказ 6910 13 Тираж 798 Подписное

ВНИИПИ ГосударствеМного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ;IIIII "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4