ГИДРОСИСТЕМА МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК E02F9/22 

Изобретение относится к дорожно-строительной технике и может быть использовано в гидросистемах, например, экскаваторов, кранов с гидравлическим приводом и других мобильных машинах, содержащих гидродвигатели, выполненные в виде гидроцилиндров и гидромоторов.

Известно, что в машиностроении находят применение принципиальные схемы гидросистем двух типов с разомкнутой (открытые схемы) и замкнутой (закрытию схемы) циркуляциями рабочей жидкости (Гарбузов З.Е. Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия. М. Высшая школа, 1987, с.32). При этом для известных открытых схем гидросистем характерно то, что всасывающая магистраль насоса соединена с баком гидросистемы, а напорная магистраль насоса соединена посредством гидрораспределителей и гидродвигателями, которые могут выполняться как в виде гидроцилиндров, так и в виде гидромоторов.

Указанное построение гидросистемы имеет, например гидросистема экскаватора ЭО-2621А, содержащая бак, насос, гидрораспределители и гидродвигатели, выполненные в виде гидроцилиндров (А.А. Изаксон и др. Справочник молодого машиниста экскаватора. М. Высшая школа, 1985, с.44, рис.27), гидросистема экскаватора Э-5015А, также содержащая бак, насос, гидрораспределители и гидродвигатели, выполненные в виде гидроцилиндров и гидромоторов (там же, с.45, рис.28).

Преимуществом указанных гидросистем является их простота, выраженная, в частности, в том, что от одного и того же насоса возможно питание гидродвигателей разных типов, а именно, гидроцилиндров и гидромоторов.

Основным недостатком указанных гидросистем является необходимость применения баков больших объемов, что увеличивает вес и объем гидросистемы, а также затрудняет размещение бака на изделие.

Указанный недостаток объясняется тем, что в энергонасыщенных гидросистемах современных машин применяются насосы высокой производительности (А.А. Изаксон и др. Справочник молодого машиниста экскаватора. М. Высшая школа, 1985, с.117), а потребная емкость бака должна быть не менее (0,3-0,5)-минутной производительности насоса (Беркман И.Л. и др. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. М. Машиностроение, 1971, с. 131).

Для известных закрытых схем гидросистем характерно то, что напорная магистраль насоса соединена с напорной магистралью гидродвигателя, а всасывающая магистраль насоса со сливной магистралью гидродвигателя, при этом объем жидкости в магистралях между насосом и гидродвигателем должен быть всегда постоянен, а для компенсации утечек в замкнутом контуре установлен подпитывающий насос (Гарбузов З. Е. Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия. М. Высшая школа, 1987, с.33; Беркман И.Л. и др. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. М. Машиностроение, 1981, с.207).

Указанное построение гидросистемы имеет, например, гидросистема грузовой лебедки гидравлического крана, содержащая бак, насос подпитки, насос лебедки и гидродвигатель, выполненный в виде гидромотора (Беркман И.Л. и др. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом, М. Машиностроение, 1971, с.208, рис.142).

Наиболее близким к предлагаемому является гидросистема экскаватора ЭТР-208 (Гарбузов З. Е. Донской В.М. Экскаваторы непрерывного действия. М. Высшая школа, 1987, с. 191, рис.125), принятая за прототип и состоящая из гидравлической системы управления гидромоторами привода конвейера и шнеков с замкнутой циркуляцией жидкости и независимой от нее гидравлической системой управления гидроцилиндрами рабочего оборудования, выполненной по схеме с разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости и содержащей насос рабочего оборудования, всасывающая магистраль которого соединена с баком гидросистемы, а напорная с входом гидрораспределителя, выходы которого соединены с баком гидросистемы, штоковой полостью гидроцилиндра подъема и опускания рабочего оборудования и входом гидрозамка, выход которого соединен с поршневой полостью гидроцилиндра, а полость управления с его штоковой полостью.

Недостатком всей гидросистемы экскаватора ЭТР-208 является наличие в ней двух независимых друг от друга систем управления, первая из которых служит для управления гидромоторами привода конвейеров и шнеков, а вторая для управления гидроцилиндрами подъема и опускания рабочего оборудования.

Указанный недостаток объясняется тем, что с целью повышения эффективности первой гидросистемы она выполнена по схеме с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, а вторая гидросистема вследствие неравенства объемов поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра не может быть построена по схеме с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости и поэтому требует применения отдельного насоса.

Указанное усложняет конструкцию всей гидросистемы экскаватора, увеличивает ее вес и объем.

Целью изобретения является упрощение конструкции путем обеспечения возможности построения гидросистемы, содержащей гидроцилиндр с односторонним штоком, по схеме с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости.

Цель достигается тем, что гидросистема, содержащая бак, насос рабочего оборудования, напорная магистраль которого имеет возможность соединения посредством гидрораспределителя со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра рабочего оборудования, клапан которого соединен с поршневой полостью гидроцилиндра рабочего оборудования, а полость управления и его выход соединены соответственно со штоковой полостью гидроцилиндров рабочего оборудования и баком гидросистемы, снабжена насосом подпитки, всасывающая магистраль которого соединена с баком гидросистемы, а напорная магистраль с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования, которая имеет возможность соединения посредством гидрораспределителя со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра рабочего оборудования, при этом производительность насоса подпитки удовлетворяет условию:
Q_под > Q_ут + Q_к, где Q_под производительность насоса подпитки;
Q_ут расход утечек гидросистемы;
Q_к расход компенсации неравенства объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра рабочего оборудования.

Q_к F_ш ˙ V, где F_ш площадь штока гидроцилиндра;
V скорость перемещения поршня гидроцилиндра.

Обеспечение возможности соединения штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования приводит к построению схемы гидросистемы закрытого типа, так как в этом случае одна из полостей гидроцилиндра имеет возможность соединения с напорной магистралью насоса рабочего оборудования, а вторая с его всасывающей магистралью, что образует замкнутый круг циркуляции рабочей жидкости в контуре насос гидродвигатель (гидроцилиндр) насос.

Выполнение условия Q_под > Q_ут + Q_к и соединение поршневой полости гидроцилиндра с входом клапана, выход и полость управления которого соединены соответственно с баком и штоковой полостью гидроцилиндра, обеспечивает постоянство объема рабочей жидкости в образованном контуре насос-гидроцилиндр-насос, что необходимо для функционирования гидросистемы закрытого типа.

При подключении поршневой полости гидроцилиндра к напорной магистрали насоса рабочего оборудования в гидроцилиндр от насоса будет поступать рабочей жидкости больше, чем возвращаться из его штоковой полости (вследствие неравенства объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра) к всасывающей магистрали насоса рабочего оборудования. Указанное эквивалентно увеличению утечек в гидросистеме и, если производительность насоса подпитки удовлетворяет указанному выше условию, эти мнимые утечки будут им компенсироваться, что приведет к неравенству количества рабочей жидкости находящегося в напорной и всасывающей магистралях насоса рабочего оборудования.

Расход рабочей жидкости, необходимый для компенсации неравенства объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра, определяется, например, следующим образом.

Предположим, что поршень гидроцилиндра перемещается со скоростью V, тогда расход рабочей жидкости, поступающей в его поршневую полость, составит величину
Q_п F_п ˙ V, где Q_п расход в поршневую полость гидроцилиндра;
F_п площадь поршня;
V скорость перемещения поршня.

Расход рабочей жидкости из штоковой полости гидроцилиндра равен
Q_ш (F_п F_ш) ˙ V, где Fш -площадь штока.

Искомая величина расхода компенсации определяется
Q_к Q_п Q_ш F_пV (F_п F_ш) VF_пV F_пV + F_шV F_ш ˙ V.

При подключении штоковой полости гидроцилиндра к напорной магистрали насоса рабочего оборудования в гидроцилиндр от насоса будет поступать рабочей жидкости меньше, чем возвращаться из его поршневой полости к всасывающей магистрали насоса рабочего оборудования. В этом случае излишки рабочей жидкости через открытый клапан поступят из поршневой полости гидроцилиндра в бак, обеспечивая постоянство объема жидкости в напорной и всасывающей магистралях насоса.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения и прототипа показывает, что в отличие от прототипа в заявляемой гидросистеме штоковая и поршневая полости гидроцилиндра имеют возможность соединения посредством гидрораспределителя с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования, которая соединена с напорной магистралью насоса подпитки, а всасывающая магистраль последнего с баком гидросистемы. Таким образом предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Сопоставительный анализ показывает, что ряд отличительных признаков решения широко известен.

Возможность соединения полостей гидродвигателя (в данном случае гидроцилиндра) с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования применяется во всех гидросистемах закрытого типа.

В предлагаемом решении, как и во всех гидросистемах закрытого типа, насос подпитки компенсирует утечки гидросистемы, обеспечивая постоянство расхода рабочей жидкости в замкнутом контуре. Однако в рассматриваемой гидросистеме насос подпитки компенсирует неравенство объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра, поэтому производительность насоса выбирается больше, чем это принято в известных закрытых схемах, на величину расхода компенсации неравенства объемов полостей гидроцилиндра.

Однако каждый из отдельных отличительных признаков не обеспечивает возможности создания гидросистемы закрытого типа при использовании в ней гидроцилиндра в качестве гидродвигателя. Применение же известных отличительных признаков в указанной совокупности обеспечивает гидросистеме новое качество, а именно позволяет использовать один и тот же насос для питания гидродвигателей разных типов (гидромотор и гидроцилиндр), образующих с насосом гидросистему закрытого типа, а значит, упростить гидросистему, уменьшить ее вес и объем по сравнению с прототипом.

На чертеже приведена принципиальная схема гидросистемы, вариант.

Гидросистема содержит бак 1, насос 2 подпитки с клапаном 3, насос 4 рабочего оборудования, гидрораспределители 5, 6, 7, гидродвигатели, выполненные в виде гидроцилиндра 8 и гидромотора 9, клапан 10. Всасывающая магистраль насоса 2 подпитки соединена с баком, а его напорная магистраль с всасывающей магистралью 11 насоса 4 рабочего оборудования, напорная магистраль 12 которого соединена с входом 13 гидрораспределителя 5, выходы 14, 15, 16 которого соединены соответственно с всасывающей магистралью 11 насоса 4 рабочего оборудования и входами 17 и 18 гидрораспределителей 6, 7, выходы 19 и 20 последних соединены с полостями соответствующих гидродвигателей.

Вход 21 клапана 10 соединен с поршневой полостью гидроцилиндра 8, выход 22 с баком 1, а полость управления магистралью 23 со штоковой полостью гидроцилиндра 8.

Гидросистема работает следующим образом.

В исходном положении гидрораспределители 5, 6 и 7 занимают положения, указанные на чертеже. При работе насосов 2 и 4 рабочая жидкость из бака 1 поступает по всасывающей магистрали к насосу 2 и нагнетается им во всасывающую магистраль 11 насоса 4. Из напорной магистрали 12 насоса 4 через выходы 14 и 15 гидрораспределителя 5 рабочая жидкость возвращается к всасывающей магистрали 11 насоса 4, излишки рабочей жидкости сливаются через клапан 3 в бак 1.

Для включения гидромотора 9 производится одновременное перемещение гидрораспределителей 5 и 7. При этом при включении гидрораспределителя 5 напорная магистраль 12 насоса 4 соединяется с выходом 16 гидрораспределителя 5, а всасывающая магистраль 11 насоса 4 с выходом 15. При перемещении гидрораспределителя 7, например, влево рабочая жидкость из напорной магистрали 12 насоса 4 через выходы 14 и 16 гидрораспределителя 5, выходы 19 и 20 гидрораспределителя 7 подводится к гидромотору 9 и отводится от него через выходы 19 и 17 гидрораспределителя 7, выходы 15 и 14 гидрораспределителя 5 к всасывающей магистрали 11 насоса 4. В результате указанного гидромотор 9 начнет вращаться. Утечки рабочей жидкости в гидросистеме компенсируются насосом 2, который пoдает из бака 1 к всасывающей магистрали 11 насоса 4, излишки рабочей жидкости сливаются в бак 1 через клапан 3. При перемещении гидрораспределителя 7 вправо гидросистема работает аналогичным образом, при этом гидрораспределитель 7 производит реверсирование потока рабочей жидкости, поступающей к гидромотору 9, в результате указанного последний начинает вращаться в противоположную сторону.

Для включения гидроцилиндра 8 производится одновременное перемещение гидрораспределителей 5 и 6. При перемещении гидрораспределителя 6 влево рабочая жидкость от напорной магистрали 12 насоса 4 через выходы 14, 16, 19 и 20 гидрораспределителей 5 и 6 соответственно поступает в штоковую полость гидроцилиндра 8 и по магистрали 23 подводится к полости управления клапана 10, открывая его. В результате указанного шток гидроцилиндра 8 начинает вдвигаться внутрь гидроцилиндра. При этом рабочая жидкость из поршневой полости последнего через выходы 19 и 17, 15 и 14 гидрораспределителей 6 и 5 соответственно поступает к всасывающей магистрали 11 насоса 4. Так как объем штоковой полости гидроцилиндра 8 меньше, чем объем его поршневой полости на величину объема штока, то от насоса 4 к гидроцилиндру 8 подводится рабочей жидкости меньше, чем возвращается из поршневой полости к всасывающей магистрали 11 насоса 4. Излишки рабочей жидкости отводятся при этом от поршневой полости гидроцилиндра 8 через вход 21 клапана 10 и его выход 22 в бак 1, обеспечивая равенство объемов рабочей жидкости во всасывающей 11 и напорной 12 магистралях насоса 4.

При перемещении гидрораспределителя 6 вправо от напорной магистрали 12 насоса 4 рабочая жидкость через выходы 14 и 16, 19 и 20 гидрораспределителей 5 и 6 соответственно подводится к поршневой полости гидроцилиндра 8. В результате указанного шток гидроцилиндра 8 начнет выдвигаться из гидроцилиндра. При этом рабочая жидкость из штоковой полости последнего через выходы 20 и 19, 15 и 14 гидрораспределителей 6 и 5 соответственно поступает к всасывающей магистрали 11 насоса 4.

В рассматриваемом случае от насоса 4 к гидроцилиндру 8 поступает рабочей жидкости больше, чем возвращается от гидроцилиндра 8 к насосу 4. Недостаток рабочей жидкости компенсируется насосом 2, который подает ее из бака 1 к всасывающей магистрали 11 насоса 4, обеспечивая равенство объемов рабочей жидкости во всасывающей 11 и напорной 12 магистралях насоса 4.

Таким образом предлагаемая гидросистема обеспечивает питание от одного насоса гидродвигателей разных типов (гидромотора и гидроцилиндра), образующих с насосом гидросистему закрытого типа, что позволяет упростить конструкцию, уменьшить ее вес и объем.

Использование: в гидросистемах экскаваторов, кранов с гидравлическим приводом и других мобильных машинах, которые содержат гидродвигатели. Сущность изобретения: гидросистема мобильной машины содержит бак, насос рабочего оборудования, клапан. Напорная магистраль насоса имеет возможность сообщаться через гидрораспределитель со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра рабочего оборудования. Вход клапана соединен с поршневой полостью этого гидроцилиндра, а полость управления и его выход соединены соответственно со штоковой полостью гидроцилиндра и баком. Гидросистема снабжена насосом подпитки. Всасывающая магистраль насоса подпитки соединена с баком, а напорная с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования. Последняя имеет возможность соединения через гидрораспределитель со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра. Производительность насоса подпитки выбрана из учета расхода утечек гидросистемы и расхода компенсации неравенства объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра. 1 ил.

ГИДРОСИСТЕМА МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ, содержащая бак, насос рабочего оборудования, напорная магистраль которого имеет возможность соединения посредством гидрораспределителя со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра рабочего оборудования, клапан, вход которого соединен с поршневой полостью гидроцилиндра рабочего оборудования а полость управления и его выход соединены соответственно со штоковой полостью гидроцилиндра рабочего оборудования и баком гидросистемы, отличающаяся тем, что гидросистема снабжена насосом подпитки, всасывающая магистраль которого соединена с баком гидросистемы, а напорная магистраль с всасывающей магистралью насоса рабочего оборудования, которая имеет возможность соединения посредством гидрораспределителя со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра рабочего оборудования, при этом производительность насоса подпитки удовлетворяет условию
Q_под > Q_ут + Q_к,
где Q_под производительность насоса подпитки;
Q_ут расход утечек гидросистемы;
Q_к расход компенсации неравенства объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра рабочего оборудования.