ГИДРОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК F15B11/02 

Изобретение относится к объемному гидроприводу, а именно к гидроприводам, которые должны обеспечивать надежную фиксацию выходного звена гидродвигателя в любом заданном положении при отсутствии управляющего сигнала и плавающее состояние выходного звена гидродвигателя при наличии соответствующего управляющего сигнала, и может быть использовано, например, в системах управления рабочим оборудованием погрузчиков, экскаваторов, самоходных кранов, бульдозеров, рыхлителей и других землеройно-транспортных и строительно-дорожных машин.

Известен гидроприовд, содержащий два идентичных двухпозиционных гидрораспределителя, входные линии которых соединены между собой и с источником питания, выходные линии - между собой и со сливом, а исполнительные линии через обратные клапаны - с полостями гидродвигателя [1]. Данный гидропривод обеспечивает плавающее состояние выходного звена гидродвигателя при одной комбинации разноименных позиций золотников двухпозиционных гидрораспределителей и фиксацию выходного звена гидродвигателя в любом заданном положении при другой комбинации разноименных позиций золотников гидрораспределителей.

Однако в таком гидроприводе фиксация выходного звена гидродвигателя при соответствующей позиции золотников двухпозиционных гидрораспределителей имеет место лишь при условии, что давление на выходе источника питания гидропривода превышает максимальное из давлений в полостях гидродвигателя и нарушается при пониженном давлении на выходе источника питания. Это обстоятельство обусловливает невысокую надежность фиксации выходного звена гидродвигателя известного гидропривода и, кроме того, низкую экономичность гидропривода при использовании в качестве его источника питания объемного насоса. При выходе из строя (отказа) источника питания и любой позиции золотников двухпозиционных гидрораспределителей становится возможным неуправляемое движение выходного звена гидродвигателя под действием внешней активной нагрузки, что делает эксплуатацию известного гидропривода опасной.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является принятый в качестве прототипа гидропривод, содержащий распределительный блок, входная линия которого соединена с источником питания, выходная линия - со сливом, а две исполнительные линии сообщены с поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра соответствующими гидролиниями с установленными в них управляемыми обратными клапанами, полости управления которых подключены к третьей исполнительной линии распределительного блока [2].

Недостатком известного гидропривода является сложность конструкции за счет использования нескольких распределителей.

Задачей изобретения является упрощение конструкции гидропривода и повышение его экономичности в эксплуатации (за счет снижения потерь энергии).

Эта задача решается тем, что распределительный блок выполнен в виде четырехпозиционного пятилинейного распределителя, в двух из рабочих позиций которого входная и выходная линии соединены каждая с соответствующей из первых двух исполнительных линий, а третья исполнительная линия - с входной линией, в третьей рабочей позиции первые две исполнительные линии соединены с выходной линией, а третья исполнительная линия - с входной линией, при этом в нейтральной позиции входная и третья исполнительные линии соединены с выходной линией, а первые две исполнительные линии перекрыты.

Кроме того, входная линия распределительного блока соединена с его выходной линией через нормально закрытый клапан давления, пружинная полость которого через клапан ИЛИ соединена с полостями гидродвигателя.

На чертеже представлена принципиальная схема гидропривода.

Гидропривод содержит распределительный блок 1, входная (напорная) линия 2 которого соединена с источником питания (на чертеже не показан), выходная (сливная) линия 3 - со сливом, а две исполнительные линии 4 и 5 сообщены с поршневой 6 и штоковой 7 полостями гидроцилиндра 8 соответственно гидролиниями 9 и 10 с установленными в них управляемыми обратными клапанами 11 и 12. Полости 13 и 14 управления управляемых обратных клапанов 11 и 12 соответственно подключены к третьей исполнительной линии 15 распределительного блока 1.

Распределительный блок 1 выполнен в виде четырехпозиционного пятилинейного распределителя. При первой рабочей позиции (а) золотника распределительного блока его исполнительные линии 4 и 15 соединены с входной линией 2, а исполнительная линия 5 - с выходной линией 3. При второй рабочей позиции (б) золотника распределительного блока его исполнительная линия 4 соединена с выходной линией 3, а исполнительные линии 5 и 15 - с входной линией 2. В результате в двух указанных позициях распределительного блока источник питания и слив через управляемые обратные клапаны 11 и 12 подключены к соответствующим полостям 6 и 7 гидроцилиндра 8, а полости 13 и 14 управления управляемых обратных клапанов - к источнику питания.

При третьей рабочей позиции (в) золотника распределительного блока 1 его исполнительные линии 4 и 5 соединены с выходной линией 3, а исполнительная линия 15 - с входной линией 2. Тем самым полости 6 и 7 гидроцилиндра 8 через управляемые обратные клапаны 11 и 12 подключены к сливу, а полости 13 и 14 управления последних - к источнику питания. При нейтральной позиции (н) золотника распределительного блока его исполнительные линии 4 и 5 перекрыты (в результате чего поршневая 6 и штоковая 7 полости гидроцилиндра 8 заперты), а входная 2 и третья исполнительная 15 линии соединены с выходной линией 3 (тем самым источник питания и полости 13 и 14 управления управляемых обратных клапанов 11 и 12 подключены к сливу).

Гидропривод снабжен нормально закрытым клапаном 16 давления, гидравлический вход и полость управления которого соединены с входной линией 2 распределительного блока 1 и через нее с источником питания, выход соединен с выходной линией 3 блока 1 и через нее со сливом, а пружинная полость - с выходом клапана ИЛИ 17, один вход которого соединен с полостью 6, а другой - с полостью 7 гидроцилиндра 8. Пружинная полость клапана 16 давления герметично отделена от других полостей и каналов этого клапана посредством уплотнения.

Усилия предварительного поджатия пружин и эффективные площади подвижных (запорно-регулирующих) элементов клапана 16 давления и управляемых обратных клапанов 11 и 12 таковы, что при любых одинаковых давлениях в пружинной полости клапана давления и в полости управляемого обратного клапана 11 (12), соединенной с полостью 6 (7) гидроцилиндра 8, и сливном давлении в полости управляемого обратного клапана 11 (12), соединенной с исполнительной линией 4 (5) распределительного блока 1, давление в полости управления 13 (14) управляемого обратного клапана 11 (12), необходимое для открывания его проходного сечения, несколько меньше давления в полости управления клапана 16 давления, необходимого для открывания проходного сечения последнего.

Для определенности на чертеже показано, что распределительный блок 1 выполнен с управлением от рукоятки. В общем случае управление распределительным блоком может быть иным (электромагнитным, гидравлическим, электрогидравлическим).

Гидропривод работает следующим образом.

При нейтральной позиции (н) золотника распределительного блока 1 рабочая жидкость от источника питания поступает во входную линию 2, а из нее через открытое золотником окно в выходную линию 3 блока 1 и далее на слив. В результате источник питания работает при незначительных перепаде давления и потребляемой мощности, что повышает экономичность гидропривода в процессе его эксплуатации.

Поскольку при нейтральной позиции золотника распределительного блока 1 его третья исполнительная линия 15 соединена с выходной линией 3 и через нее со сливом, то давление в линии 15 и в соединенных с ней полостях 13 и 14 управления управляемых обратных клапанов 11 и 12 невелико и запорно-регулирующие элементы клапанов 11 и 12 под действием пружин и жидкости прижаты к своим седлам. В итоге управляемые обратные клапаны 11 и 12 запирают полости 6 и 7 гидроцилиндров 8 в направлении исполнительных линий 4 и 5 соответственно распределительного блока 1, которые в рассматриваемом случае перекрыты золотником распределительного блока.

Перетечка жидкости между полостями 6 и 7 гидроцилиндра 8 через клапан ИЛИ 17 исключается парой запорно-регулирующий элемент - седло последнего, а утечка жидкости из полости гидроцилиндра 8 с наибольшим в текущий момент времени давлением через клапан 16, с пружинной полостью которого упомянутая полость гидроцилиндра соединена через клапан ИЛИ 17, исключается благодаря тому, что пружинная полость клапана 16 давления отделена от других полостей и каналов этого клапана посредством уплотнения.

Таким образом, при нейтральной позиции золотника распределительного блока 1 полости 6 и 7 гидроцилиндра 8 надежно заперты, что обеспечивает фиксацию выходного звена гидроцилиндра в любом заданном положении.

При первой рабочей позиции (а) золотника распределительного блока 1 жидкость от источника питания через входную линию 2 и открытое в данном случае золотником рабочее окно поступает в исполнительную линию 4 распределительного блока и далее, отжав запорно-регулирующий элемент управляемого обратного клапана 11 от его седла, по гидролинии 9 проходит в полость 6 гидроцилиндра 8. Поскольку при этом третья исполнительная линия 15 распределительного блока 1 соединена с его входной линией 2, то давление в линии 15 и в соединенных с ней полостях 13 и 14 управления управляемых обратных клапанов 11 и 12 равно давлению в линии 2. В силу этого в рассматриваемом случае поршень управляемого обратного клапана 12 под действием жидкости, находящейся в полости 14 управления данного клапана, смещается в направлении запорно-регулирующего элемента клапана 12, отжимая его от соответствующего седла и открывая проходное сечение для
выхода жидкости из полости 7 гидроцилиндра 8 через гидролинию 10, управляемый обратный клапан 12, исполнительную линию 5 распределительного блока 1, открытое золотником последнего рабочее окно блока и выходную линию 3 на слив (пока не открылось проходное сечение управляемого обратного клапана 12, движение выходного звена гидроцилиндра 8 под действием жидкости, поступающей в его полость 6 от источника питания, невозможно и давление во входной линии 2 и в соединенных с ней линиях и полостях увеличивается).

Таким образом, при первой рабочей позиции золотника распределительного блока 1 полость 6 гидроцилиндра 8 соединяется с источником питания гидропривода, а полость - со сливом, что влечет за собой движение выходного звена гидроцилиндра 8 в соответствующем направлении.

Если давление в полости 6 гидроцилиндра 8 выше, чем в полости 7, то пружинная полость клапана 16 давления посредством клапана ИЛИ 17 соединяется с полостью 6 гидроцилиндра 8. При этом разность давлений в управляющей и пружинной полостях клапана давления оказывается равной перепаду давления на участке гидропривода от входной линии 2 распределительного блока 1 до полости 6 гидроцилиндра 8. Указанный перепад давления зависит от расхода рабочей жидкости, поступающей в полость 6 гидроцилиндра 8 от источника питания, и от площади рабочего окна распределительного блока 1, через которое входная линия 2 блока соединяется с его исполнительной линией 4. Уменьшение степени открывания упомянутого рабочего окна при условии, что проходное сечение клапана 16 давления остается закрытым, а расход рабочей жидкости, поступающей к распределительному блоку 1 от источника питания, не изменяется, сопровождается увеличением потерь давления на рабочем окне и соответственно увеличением разности давлений в управляющей и пружинной полостях клапана давления. После открывания проходного сечения клапана 16 давления (при уменьшении ниже определенной величины площади рабочего окна, соединяющего линии 2 и 4) равность давлений в управляющей и пружинной полостях клапана, а следовательно, и перепад давления на участке гидропривода от входной линии 2 распределительного блока до полости 6 гидроцилиндра 8 остаются практически постоянными (благодаря малой жесткости пружины клапана 16). В этих условиях изменение степени открывания рабочего окна, соединяющего линии 2 и 4, влечет за собой пропорциональное изменение расхода рабочей жидкости, поступающей в полость 6 гидроцилиндра 8 от источника питания (излишек жидкости поступает на слив через клапан 16 давления), и тем самым пропорциональное изменение скорости движения выходного звена гидроцилиндра 8, причем величина указанной скорости не зависит от нагрузки на выходном звене гидроцилиндра.

При второй рабочей позиции (б) золотника распределительного блока 1 жидкость от источника питания через входную линию 2 и открытое в данном случае золотником рабочее окно поступает в исполнительную линию 5 распределительного блока и далее, отжав запорно-регулирующий элемент управляемого обратного клапана 12 от его седла, по гидролинии 10 проходит в полость 7 гидроцилиндра 8. Поршень управляемого обратного клапана 11 под действием жидкости, находящейся в полости 13 управления данного клапана, которая при этом соединена с входной линией 2 распределительного блока 1, смещается в направлении запорно-регулирующего элемента клапана 11, отжимая его от соответствующего седла и открывая проходное сечение для выхода жидкости из полости 6 гидроцилиндра 8 через гидролинию 9, управляемый обратный клапан 11, исполнительную линию 4 распределительного блока, открытое золотником последнего рабочее окно блока и выходную линию 3 на слив. В результате происходит движение выходного звена гидроцилиндра 8 в направлении, противоположном по отношению к вышерассмотренному случаю. При этом также возможно инвариантное по отношению к нагрузке регулирование скорости движения выходного звена гидроцилиндра 8 путем изменения площади рабочего окна, соединяющего входную 2 и исполнительную 5 линии распределительного блока 1.

При третьей рабочей позиции (в) золотника распределительного блока 1 его входная линия 2 соединена с третьей исполнительной линией 15 блока, а исполнительные линии 4 и 5 соединяются между собой и выходной линией 3. Давление рабочей жидкости в линиях 2 и 15 и соответственно в соединенных с линией 15 полостях 13 и 14 управляемых обратных клапанов 11 и 12 повышается. Поршни клапанов 11 и 12 смещаются в направлении запорно-регулирующих элементов этих клапанов, отжимают их от соответствующих седел и открывают рабочие окна для прохода жидкости. В результате полости 6 и 7 гидроцилиндра 8 открытые рабочие окна управляемых обратных клапанов 11 и 12 и распределительного блока 1 и линии 9, 10, 4, 5 и 3 отказываются соединенными между собой и со сливом, что обеспечивает плавающее состояние выходного звена гидроцилиндра 8.

Увеличение давления во входной линии 2 распределительного блока 1 сверх того, которое в каждый текущий момент времени требуется для открывания проходных сечений управляемых обратных клапанов 11 и 12, приводит к открыванию проходного сечения клапана 16 давления, что предотвращает дальнейший рост давления в линии 2 и тем самым на выходе источника питания гидропривода. При этом жидкость от источника питания через линию 2 и клапан 16 поступает в линию 3 и далее на слив под давлением, определяемым главным образом эффективными площадями запорно-регулирующего элемента клапана 16 давления и давлением в его пружинной полости, которое равно давлению в той из полостей 6 и 7 гидроцилиндра 8, где величина давления больше (соответствующая коммутация пружинной полости клапана 16 с той или иной полостью гидроцилиндра 8 обеспечивается посредством клапана ИЛИ).

Поскольку при плавающем состоянии выходного звена гидроцилиндра давления в полостях гидроцилиндра, как правило, невелики, то на рассматриваемом режиме работы гидропривода слив жидкости из линии 2 в линию 3 через клапан 16 происходит преимущественно при невысоком давлении на выходе источника питания гидропривода и соответственно при небольших затратах энергии на гидропривод.

Использование: в системах управления рабочим оборудованием погрузчиков, экскаваторов, самоходных кранов, бульдозеров. Сущность изобретения: входная линия распределительного блока соединена с источником питания, выходная линия - со сливом. Две исполнительные линии сообщены с поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра соотвествующими гидролиниями с установленными в них управляемыми обратными клапанами. Полости управления клапанов подключены к третьей исполнительной линии распределительного блока. Блок выполнен в виде четырехпозиционного пятилинейного распределителя, в двух рабочих позиций которого входная и выходная линии соединены каждая с соответствующей из первых двух исполнительных линий, третья исполнительная линия с входной линией. В третьей рабочей позиции первые две исполнительные линии соединены с выходной линией, третья исполнительная линия - с входной линией. В нейтральной позиции входная и третья исполнительная линии соединены с выходной линией. Первые две исполнительные линии перекрыты. Входная линия блока соединена с его выходной линией через нормально закрытый клапан давления, пружинная полость которого через клапан ИЛИ соединена с полостями гидроцилиндра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГИДРОПРИВОД, содержащий распределительный блок, входная линия которого соединена с источником питания, выходная линия - со сливом, а две исполнительные линии сообщены с поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра соответствующими гидролиниями с установленными в них управляемыми обратными клапанами, полости управления которых подключены к третьей исполнительной линии распределительного блока, отличающийся тем, что распределительный блок выполнен в виде четырехпозиционного пятилинейного распределителя, в двух из рабочих позиций которого входная и выходная линии соединены каждая с соответствующей из первых двух исполнительных линий, а третья исполнительная линия - с входной линией, в третьей рабочей позиции первые две исполнительные линии соединены с выходной линией, а третья - с входной линией, при этом в нейтральной позиции входная и третья исполнительная линии соединены с выходной линией, а первые две исполнительные линии перекрыты. 2. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что входная линия распределительного блока соединена с его выходной линией через нормально закрытый клапан давления, пружинная полость которого через клапан ИЛИ соединена с полостями гидроцилиндра.