PL223619B1

PL223619B1 - Electrohydraulic controller

Info

Publication number: PL223619B1
Application number: PL403396A
Authority: PL
Inventors: Jan Jagła; Jacek Tomaszkiewicz; Mirosław Zaczkowski
Original assignee: Inst Technik Innowacyjnych Emag
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2016-10-31
Also published as: PL403396A1

Abstract

Sterownik stanowi elektromagnes (1) i rozdzielacz (2) pilotujący. Elektromagnes (1) ma cewkę (3), wewnątrz której znajduje się ruchoma kotwica (8) z osadzonym w jej osi popychaczem (12) opartym jednym końcem o popychacz (13) rozdzielacza (2) pilotującego, a z drugiej strony zabezpieczony nakrętką (14). Kotwica (8) zakończona jest kołnierzem (9) zamykającym zworę (6) i mieszczącym się w tulei (5). Stykające się powierzchnie kołnierza (9) i zwory (6) mają rowki i wypukłości.The controller consists of an electromagnet (1) and a pilot distributor (2). The electromagnet (1) has a coil (3) inside which is a movable armature (8) with a pusher (12) mounted on its axis, resting at one end on the pusher (13) of the pilot distributor (2) and secured at the other end with a nut (14). The armature (8) terminates in a collar (9) that closes the armature (6) and fits in the sleeve (5). The contacting surfaces of the collar (9) and the armature (6) have grooves and ridges.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sterownik elektrohydrauliczny przeznaczony do sterowania hydraulicznym rozdzielaczem wykonawczym w układach hydraulicznych maszyn i urządzeń stosowanych w podziemnych wyrobiskach górniczych zagrożonych wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego, zwłaszcza do sterowania zmechanizowanej obudowy górniczej.The subject of the invention is an electrohydraulic controller for controlling a hydraulic actuator in hydraulic systems of machines and devices used in underground mining excavations with a methane and / or coal dust explosion hazard, especially for controlling a mechanized mining support.

Znane sterowniki elektrohydrauliczne są zespołem zbudowanym z elektromagnesu połączonego z hydraulicznym rozdzielaczem pilotującym stosowanym do sterowania rozdzielaczem wykonawczym w układach hydraulicznych zasilanych olejem, emulsją olejowo-wodną i pneumatycznych maszyn i urządzeń górniczych. W tych sterownikach, wraz ze wzrostem gabarytów elektromagnesów, rośnie siła i pobór prądu do przesterowania rozdzielacza pilotującego i maleje przy zmniejszaniu ich gabarytów.Known electrohydraulic controllers are a unit composed of an electromagnet connected to a hydraulic pilot distributor used to control the actuating distributor in hydraulic systems supplied with oil, oil-water emulsion and pneumatic mining machines and devices. In these controllers, as the dimensions of electromagnets increase, the force and power consumption to overload the pilot distributor increases and decreases when their dimensions are reduced.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 181662 sterownik elektrohydrauliczny ma elektromagnes, którego cewka jest nawinięta na karkasie i umieszczona wewnątrz korpusu z komorą przyłączową. Karkas jest osadzony w tulei. Wewnątrz tulei znajduje się walcowa kotwica oraz rdzeń elektromagnesu. Rdzeń zamyka czoło korpusu z komorą przyłączową. Na zewnątrz rdzenia, w jego osi symetrii, jest wkręcony rozdzielacz pilotujący. Szczelina robocza elektromagnesu jest oddzielona od obwodu hydraulicznego uszczelnieniem stanowiącym tuleję z tworzywa sztucznego. Na tuleję jest nałożony pierścień uszczelniający. Całość jest dociśnięta stalową wkładką i znajduje się w części górnej rozdzielacza pilotującego. W przelotowym otworze osiowym kotwicy i rdzenia znajduje się przesuwny popychacz, oparty jednym końcem o popychacz rozdzielacza pilotującego, a z drugiej strony wkręcony w górną część kotwicy. Przesuwny popychacz stanowi jednocześnie śrubę do regulacji szczeliny pomiędzy kotwicą, a rdzeniem. Po wyregulowaniu szczeliny, przesuwny popychacz zabezpiecza się nakrętką, która naciska wyprofilowaną podkładkę do gumowego pierścienia. Przeciwległe zakończenie korpusu z komorą przyłączową stanowi zacisk. Zaciskiem tym ręcznie ustala się położenie kotwicy wewnątrz tulei. Przewód elektryczny wychodzący z cewki jest włączony do listwy zacisk owej. Listwa ta mieści się w komorze korpusu z komorą przyłączową. Komora korpusu jest zamknięta pokrywą.The electrohydraulic controller known from the Polish patent specification No. 181662 has an electromagnet, the coil of which is wound on a carcass and placed inside the body with the connection chamber. The carcass is seated in a sleeve. Inside the sleeve there is a cylindrical anchor and an electromagnet core. The core closes the face of the body with the connection chamber. Outside the core, in its axis of symmetry, a pilot distributor is screwed in. The working gap of the electromagnet is separated from the hydraulic circuit by a seal consisting of a plastic sleeve. A sealing ring is placed on the sleeve. The whole is clamped with a steel insert and is located in the upper part of the pilot manifold. There is a sliding pusher in the axial through-hole of the anchor and the core, resting with one end on the pusher of the pilot distributor, and on the other side screwed into the upper part of the anchor. The sliding pusher is also a screw for adjusting the gap between the anchor and the core. After adjusting the gap, the sliding pusher is secured with a nut, which presses the profiled washer against the rubber ring. The opposite end of the body with the connection chamber is a clamp. This clamp is used to manually position the anchor inside the sleeve. The electric wire from the coil is connected to the terminal block. This strip is located in the body chamber with the connection chamber. The body chamber is closed with a lid.

Znany jest również z opisu patentowego nr PL 199078 zespół sterujący przeznaczony do sterowania rozdzielacza wykonawczego w układach hydraulicznych, zwłaszcza do sterowania obudowy górniczej i kombajnu górniczego. Ma on podobną budowę jak sterownik elektrohydrauliczny według opisu patentowego nr PL 181662 z tym, że elektromagnes z komorą przyłączową ma dwie niezależne cewki i dwa rozdzielacze pilotujące.Also known from the patent description No. PL 199078 is a control unit intended for controlling an executive distributor in hydraulic systems, in particular for controlling a mining support and a mining shearer. It has a similar structure as the electrohydraulic controller according to the patent description PL 181662, except that the electromagnet with a terminal chamber has two independent coils and two pilot distributors.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 211809 rozdzielacz sterowany elektrycznie przeznaczony do sterowania kierunkiem przepływu medium roboczego w układach hydrauliki siłowej. Składa się on z części mechanicznej zmieniającej kierunek przepływu medium roboczego oraz z elektromagnesu. Elektromagnes ma przesuwny obwód elektryczny, który składa się z tulei otaczającej zworę z popychaczem oraz z pokrywy tylnej. Tuleja jest wykonana z materiału ferromagnetycznego i ma przerwę diamagnetyczną. Od strony mechanicznego popychacza, tuleja ma mniejszą średnicę w stosunku do średnicy jej tylnej nagwintowanej części. W części mechanicznej zastosowano popychacz stopniowany.An electrically controlled manifold is also known from the Polish patent specification No. 211809, intended to control the flow direction of the working medium in power hydraulics systems. It consists of a mechanical part that changes the flow direction of the working medium and an electromagnet. The electromagnet has a sliding electrical circuit which consists of a sleeve surrounding the armature with a pusher and a rear cover. The sleeve is made of a ferromagnetic material and has a diamagnetic gap. On the mechanical pusher side, the sleeve has a smaller diameter than the diameter of its rear threaded part. The mechanical part uses a stepped pusher.

Celem wynalazku było osiągnięcie zdecydowanie większej siły przesterowującej rozdzielacz pilotujący przy jednocześnie znacznie mniejszym poborze prądu.The aim of the invention was to achieve a much higher switching force of the pilot distributor with at the same time much lower power consumption.

Sterownik elektrohydrauliczny do przełączania rozdzielacza hydraulicznego wykonawczego sterującego kierunkiem przepływu medium roboczego w układach hydraulicznych maszyn górniczych złożony z iskrobezpiecznego elektromagnesu i rozdzielacza pilotującego, przy czym elektromagnes zbudowany jest z cewki o uzwojeniach nawiniętych na karkasie i zabudowanej w zespół nieruchomy magnetowodu składającego się z tulei, zwory zamykającej cewkę z jednej strony i rdzenia zamykającego cewkę z drugiej strony, wewnątrz której to tulei znajduje się ruchoma część magnetowodu st anowiąca walcową kotwicę z osadzonym w niej popychaczem opartym jednym końcem o popychacz rozdzielacza pilotującego, a z drugiej strony zabezpieczony nakrętką umieszczoną w kotwicy, według wynalazku ma walcową kotwicę zakończoną kołnierzem zamykającym zworę i mieszczącym się w tulei. Stykające się powierzchnie kołnierza i zwory mają rowki i odpowiadające im wypukłości. Rowki mogą być w kołnierzach, a wypukłości w zworze lub odwrotnie, albo rowki i wypukłości mogą być zarówno w kołnierzach jak i w zworze.Electrohydraulic controller for switching the executive hydraulic distributor controlling the flow direction of the working medium in hydraulic systems of mining machines, consisting of an intrinsically safe electromagnet and a pilot distributor, where the electromagnet is made of a coil with windings wound on a carcass and built into a stationary magnetic core consisting of a sleeve, closing armature the coil on the one side and the coil closing core on the other side, inside which the sleeve is a movable part of the magnetic core constituting a cylindrical anchor with a pusher embedded in it, resting at one end on the pusher of the pilot distributor, and on the other hand secured with a nut placed in the anchor, according to the invention is a cylindrical anchor with a flange closing the armature and located in the sleeve. The contacting surfaces of the flange and the armature have grooves and corresponding reliefs. The grooves may be in the flanges and the protrusions in the armature or vice versa, or the grooves and protrusions may be in both the flanges and the armature.

PL 223 619 B1PL 223 619 B1

Zwiększenie powierzchni przylegania kotwicy do powierzchni zwory, poprzez dodanie kołnierza do walcowej kotwicy, w połączeniu z uzyskaniem dzięki temu rozwiązaniu dwóch jednakowych szczelin pomiędzy kołnierzem kotwicy i zworą oraz pomiędzy kotwicą i rdzeniem, o wielkości regulowanej w zależności od wartości ciśnienia medium: pneumatycznego, emulsyjnego, olejowego, skutkuje takim rozkładem strumienia pola magnetycznego, że pozwala osiągnąć zdecydowanie większą siłę przesterowującą rozdzielacz pilotujący przy jednoczesnym, zmniejszonym poborze prądu i co również istotne, przy zmniejszonych wymiarach gabarytowych elektromagnesu. Wyniki te zostały potwierdzone przeprowadzonymi badaniami na stanowisku badawczym.Increasing the contact surface of the anchor to the armature surface by adding a collar to a cylindrical anchor, combined with obtaining two identical gaps between the anchor collar and the armature, and between the anchor and the core, with a size adjustable depending on the pressure of the medium: pneumatic, emulsion, oil, results in such a distribution of the magnetic field that allows to achieve a much greater overriding force of the pilot distributor with a simultaneous, reduced power consumption and, what is also important, with reduced overall dimensions of the electromagnet. These results have been confirmed by tests carried out on a test stand.

Ponadto, większa siła elektromagnesu umożliwia zastosowanie tego samego elektromagnesu do sterowania rozdzielaczy pilotujących przeznaczonych do pracy na różne ciśnienia medium. Zmniejszony pobór prądu rzutuje z kolei na niższe koszty eksploatacyjne urządzenia. Połączenie zaś styk ających się powierzchni kołnierza kotwicy oraz zwory rowkami i wchodzącymi w te rowki wypukłościami jeszcze bardziej zwiększa powierzchnię przylegania kotwicy ze zworą, co niewątpliwie dodatkowo wpływa na polepszenie osiąganych parametrów pracy sterownika.Moreover, the greater force of the electromagnet allows the use of the same electromagnet to control pilot manifolds designed to operate at different pressures of the medium. Reduced power consumption, in turn, translates into lower operating costs of the device. The combination of the contacting surfaces of the anchor's flange and the armature with grooves and protrusions entering these grooves further increases the contact surface of the anchor with the armature, which undoubtedly additionally improves the achieved parameters of the controller.

Wynalazek jest przedstawiony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny sterownika, a fig. 2 przedstawia połączenie pomiędzy kołnierzem kotwicy i zworą elektromagnesu sterownika.The invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of the controller, and Fig. 2 shows the connection between the anchor flange and the armature of the controller electromagnet.

Sterownik elektrohydrauliczny złożony jest z iskrobezpiecznego elektromagnesu 1 i połączonego z nim rozdzielacza 2 pilotującego. Iskrobezpieczny elektromagnes 1 ma cewkę 3 w kształcie walca z uzwojeniem nawiniętym na karkasie 4. Uzwojenie cewki 3 jest wykonane z dwóch rodzajów drutu nawojowego. Wychodzące końce drutów są połączone przez bezpiecznik z bocznikiem ochronnym. Bocznik ten jest wykonany z dwóch diod zabezpieczających połączonych równolegle i umieszczonych w rowku wieńca karkasa 4. Uzwojenie cewki 3 wraz z bocznikiem i bezpiecznikiem jest zalane twardą żywicą syntetyczną tworząc jedną nierozłączną całość. Cewka 3 zabudowana jest w zespół nieruchomy magnetowodu, który stanowią: tuleja 5, zwora 6 zamykająca cewkę 3 z jednej strony i rdzeń 7 zamykający tą cewkę 3 z drugiej strony. Wewnątrz cewki 3 znajduje się ruchoma kotwica 8 stanowiąca ruchomą część magnetowodu w kształcie walca zakończonego kołnierzem 9 zamykającym zworę 6 i mieszczącym się w tulei 5. Stykające się powierzchnie kołnierza 9 i zwory 6 łączą się dodatkowo rowkami 10 i wypukłościami 11 wchodzącymi w te rowki 10. Rowki 10 mogą być w kołnierzach 9, a wypukłości 11 mogą być w zworze 6 lub odwrotnie, albo rowki 10 i wypukłości 11 mogą być zarówno w kołnierzach 9 jak i w zworze 6. W kotwicy 8 osadzony jest popychacz 12 oparty jednym końcem o pośredni popychacz 13 rozdzielacza 2 pilotującego mieszczącego gniazda zaworowe zasilania, spływu i odbioru, a z drugiej strony zakończony nakrętką 14 mieszczącą się w kotwicy 8 i zabezpieczającą popychacz 12 przed samoodkręceniem się. Zasilanie elektryczne jest dopr owadzone do iskrobezpiecznego elektromagnesu 1 przewodem poprzez złącze 15. Przewody wychodzące z cewki 3 są podłączone do odpowiednich końcówek gniazda złącza 15. Elektromagnes 1 jest zasilany napięciem o wartości 12±15% VDC, co zapewnia wystarczająca siłę na przesterowanie rozdzielacza 2 pilotującego przy ciśnieniu maksymalnym 35 MPa. Nad kotwicą 3 jest zabudowany przycisk 16 ręcznego przesterowania rozdzielacza 2 pilotującego, zabezpieczonego osłoną 17 przed zanieczyszczeniami.The electrohydraulic controller consists of an intrinsically safe electromagnet 1 and a pilot distributor 2 connected to it. The intrinsically safe electromagnet 1 has a coil 3 in the shape of a cylinder with a winding wound on a carcass 4. The coil winding 3 is made of two types of winding wire. The outgoing ends of the wires are connected through a fuse with a protective shunt. The shunt is made of two protective diodes connected in parallel and placed in the groove of the carcass rim 4. The coil winding 3 together with the shunt and the fuse are sealed with a hard synthetic resin forming one inseparable whole. The coil 3 is enclosed in a fixed magnetic core unit, which consists of: a sleeve 5, an armature 6 that closes the coil 3 on one side, and a core 7 that closes the coil 3 on the other side. Inside the coil 3 there is a movable anchor 8 constituting a movable part of a cylinder-shaped magnetic core ending in a flange 9 closing the armature 6 and housed in the sleeve 5. The contacting surfaces of the flange 9 and the armature 6 are additionally connected by grooves 10 and protrusions 11 extending into these grooves 10. The grooves 10 may be in the flanges 9 and the protrusions 11 may be in the armature 6 or vice versa, or the grooves 10 and reliefs 11 may be both in the flanges 9 and in the armature 6. In the anchor 8 there is a pusher 12 supported with one end against the intermediate pusher 13 a pilot distributor 2 housing the valve seats for supply, return and collection, and on the other hand it ends with a nut 14 that fits in the anchor 8 and protects the pusher 12 against self-unscrewing. Electric power is supplied to the intrinsically safe electromagnet 1 through a wire through connector 15. The wires coming from the coil 3 are connected to the appropriate terminals of the connector 15. The electromagnet 1 is supplied with a voltage of 12 ± 15% VDC, which provides sufficient force to override the pilot distributor 2 at a maximum pressure of 35 MPa. Above the anchor 3 there is a built-in button 16 for manual override of the pilot manifold 2, protected by a cover 17 against contamination.

Ważnym elementem sterownika są jednakowe szczeliny robocze pomiędzy kołnierzem 9 kotwicy 4 a zworą 6 i pomiędzy kotwicą 4 a rdzeniem 7.An important element of the controller are equal working gaps between the flange 9 of the anchor 4 and the armature 6 and between the anchor 4 and the core 7.

Ustawienie jednakowych szczelin roboczych wykonano przy napięciu zasilania 12V głębokością wkręcenia popychacza 12 do kotwicy 8, naciskającego na pośredni popychacz 13 rozdzielacza 2 pilotującego. Jednoczesna regulacja wielkości dwóch szczelin roboczych polega na takiej wielkości wkręcenia popychacza 12 do kotwicy 8, aby zapewnić odpowiednią siłę potrzebną do przesterowania rozdzielacza 2 pilotującego pracującego na różnych wartościach ciśnienia, a więc z różnym skokiem roboczym. Wielkość szczelin ustawia się w zależności od przeznaczenia sterownika do przełączania określonego ciśnienia medium roboczego (pneumatycznego, emulsyjnego lub olejowego) obwodów hydraulicznych w rozdzielaczu 2 pilotującym. Po ustawieniu odpowiednich szczelin: dla medium olejowego 0,15 mm, dla medium emulsyjnego 0,1 mm, dla medium pneumatycznego 0,3 mm, popychacz 12 jest zabezpieczony przed samoodkręceniem nakrętką 14. Wielkością szczeliny ustala się optymalny punkt pracy na statycznej charakterystyce mechanicznej elektromagnesu 1 (zależność siły przyciągania kotwicy 8 przez rdzeń 7 w funkcji wielkość szczeliny) dobierając odpowiednią siłę potrzebną do przesterowania rozdzielacza 2 pilotującego. Wielkość szczelin ustawia się na stanowisku kontrolnym po załączeniu napięcia i podłączeniu zasilania hydraulicznego, pneumatycznego do obwodów hydrau4The setting of the same working gaps was made with a supply voltage of 12V with the depth of screwing the pusher 12 into the anchor 8, pressing on the intermediate pusher 13 of the pilot manifold 2. The simultaneous adjustment of the size of the two working gaps consists in such a size of screwing the pusher 12 into the anchor 8 as to ensure the appropriate force needed to switch the pilot manifold 2 operating at different pressure values, i.e. with a different working stroke. The size of the slots is set depending on the intended use of the controller for switching a specific pressure of the working medium (pneumatic, emulsion or oil) of the hydraulic circuits in the pilot manifold 2. After setting the appropriate gaps: for an oil medium 0.15 mm, for an emulsion medium 0.1 mm, for a pneumatic medium 0.3 mm, the pusher 12 is secured against self-unscrewing by a nut 14. The size of the gap determines the optimal operating point on the static mechanical characteristics of the electromagnet 1 (dependence of the force of attraction of the anchor 8 by the core 7 as a function of the size of the gap) by selecting the appropriate force needed to overload the pilot splitter 2. The size of the gaps is set on the control stand after switching on the voltage and connecting the hydraulic and pneumatic power to the hydraulic circuits4

PL 223 619 B1 licznych rozdzielacza 2a pilotującego. Po ustawieniu szczelin dokonuje się sprawdzenie działania sterownika elektrohydraulicznego na stanowisku badawczym z określoną wartością ciśnienia medium.Pilot distributor 2a. After setting the gaps, the operation of the electrohydraulic controller is checked on the test stand with the specified value of the pressure of the medium.

Sterownik działa następująco. Załączenie elektromagnesu 1 następuje poprzez podanie napięcia elektrycznego na uzwojenie cewki 3 powodując wzbudzenie uzwojenia i powstanie siły przyciągającej kotwicę 8 do rdzenia 7. Wraz z ruchem kotwicy 8 następuje utworzenie jednakowych szczelin pomiędzy kołnierzem 9 kotwicy 8 i zworą 6 oraz pomiędzy kotwicą 8 i rdzeniem 7, a także wzrost siły wytworzonej przez pole magnetyczne elektromagnesu 1. Siła ta przenosi się przez popychacz 12 kotwicy 8 na pośredni popychacz 13 rozdzielacza 2 pilotującego. Powoduje to przełączenie odpowiednich obwodów hydraulicznych to jest obwodu zasilania do obwodu odbioru i zamknięcie obwodu spływu rozdzielacza 2 pilotującego. Po wyłączeniu napięcia zasilającego cewki 3, pod wpływem sprężyny zabudowanej w rozdzielaczu 2 pilotującym przełącza się obwody hydrauliczne do pozycji wyjściowej to znaczy obwód odbioru do obwodu spływu i zamknięcie obwodu zasilania.The driver works as follows. The electromagnet 1 is switched on by applying electric voltage to the coil winding 3, causing the winding to be excited and the force attracting the anchor 8 to the core 7. With the movement of the anchor 8, equal gaps are created between the flange 9 of the anchor 8 and the armature 6 and between the anchor 8 and the core 7, and an increase in the force generated by the magnetic field of the electromagnet 1. This force is transmitted through the follower 12 of the anchor 8 to the intermediate follower 13 of the pilot distributor 2. This causes the switching of the respective hydraulic circuits, i.e. the supply circuit to the receiving circuit, and the closure of the runoff circuit of the pilot distributor. After switching off the supply voltage of the coil 3, the hydraulic circuits are switched to the starting position, i.e. the receiving circuit to the discharge circuit, and the supply circuit is closed, under the influence of the spring built into the pilot distributor 2.

Przełączenie obwodów rozdzielacza 2 pilotującego może odbywać się również mechanicznie za pomocą przycisku ręcznego 17 umieszczonego w korpusie 18 elektromagnesu 1.Switching the circuits of the pilot distributor 2 can also take place mechanically by means of a manual button 17 located in the body 18 of the electromagnet 1.

Claims

1. An electrohydraulic controller for switching the executive hydraulic distributor controlling the flow direction of the working medium in the hydraulic systems of mining machines, consisting of an intrinsically safe electromagnet and a pilot distributor, where the electromagnet is made of a coil wound on a carcass and built into a fixed magnetic core consisting of a sleeve, the armature closing the coil on the one side and the core closing the coil on the other side, inside which there is a movable part of the magnetic core constituting a cylindrical anchor with a pusher embedded in it, resting at one end on the pusher of the pilot distributor, and on the other hand secured with a nut in the anchor, characterized by in that the cylindrical anchor (4) ends with a flange (9) that closes the armature (6) and fits into the sleeve (5), and the contacting surfaces of the flange (9) and armature (6) have grooves (10) and protrusions (11) ).

2. The controller according to claim The flange (9) as claimed in claim 1, characterized in that the flange (9) has grooves (10) and the armature (6) has protrusions (11) on the contacting surfaces.

3. The controller according to claim The armature of claim 1, characterized in that the collar (9) has protrusions (11) and the armature (6) has grooves (10) on the contacting surfaces.

4. The controller according to claim A device according to claim 1, characterized in that the grooves (10) and the corresponding protuberances (11) have both the flange (9) and the armature (6).