НАСОСНЫЙ ГИДРОПРИВОД С ОБЪЕМНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ Российский патент 1999 года по МПК F04B49/08 F15B11/02 

Изобретение относится к насосным гидроприводам с объемным регулированием скорости, нашедшим самое широкое распространение во многих отраслях машиностроения в качестве исполнительного механизма, в системах управления автоматических линий, грузопдъемных машин, судов, летательных аппаратов и др.

Известны насосные гидроприводы с объемным регулированием скорости, содержащие гидродвигатель, основной и вспомогательный насосы, механизм регулирования производительности основного насоса (см. книгу "Привод рулевых поверхностей самолетов", под ред. Ф.И.Склянского. М.: Машиностроение, 1974 г., с. 164, рис. 4.13).

Наиболее близким по технической сущности является гидропривод с объемным регулированием скорости, содержащий основной насос регулируемой производительности, насос низкого давления, механизм управления наклоном люльки основного насоса, исполнительный гидродвигатель, гидробак с вытеснительным устройством (см. книгу под ред. В.А. Лещенко и др."Гидравлический следящий привод". М.: Машиностроение, 1966 г., стр. 513-516, рис. 715-717).

Достоинства известных гидроприводов объемного регулирования широкого известны. Основными из них являются высокий КПД, значительно меньший нагрев рабочей жидкости в гидробаке по сравнению с гидроприводами дроссельного регулирования скорости, значительно больший ресурс благодаря тому, что давление в напорной гидролинии следит за внешней нагрузкой, более высокая надежность.

Однако известным насосным гидроприводам присущ и ряд существенных недостатков.

Во-первых, повышенные себестоимость и габаритно-массовые характеристики из-за наличия механизма управления наклоном люльки основного насоса, содержащего вспомогательный насос, электрогидроусилитель "сопло-заслонка", исполнительный гидроцилиндр, блок обратных клапанов, блок фильтров и др.

Во-вторых, повышенный КПД имеет место лишь у гидроприводов с выходной мощностью более 5 кВт из-за значительных потерь мощности в механизме управления наклоном люльки основного насоса,
В-третьих, сравнительно невысокое быстродействие из-за большого числа промежуточных звеньев в механизме управления, повышенного числа каскадов усиления, повышенной величины перемещения исполнительных звеньев в механизме управления.

В-четвертых, отсутствие механизма обратной связи по внешней нагрузке из-за повышенной сложности его реализации в известных гидроприводах.

В-пятых, невысокие динамические характеристики при работе в зоне малых сигналов управления из-за повышенного "мертвого хода" исполнительного механизма при переходе через среднее положение люльки основного насоса.

В-шестых, повышенная нестабильность скоростных характеристик при воздействии знакопеременных нагрузок на выходное звено гидропривода.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно снижение себестоимости и габаритно-массовых характеристик, повышение КПД, быстродействия и стабильности скоростных характеристик при воздействии знакопеременных нагрузок на выходное звено, обеспечение обратной связи по внешней нагрузке.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом гидроприводе объемного регулирования скорости золотник гидрораспределителя выполнен семилинейным, с тремя проточками и четырьмя поясками, при этом напорная гидролиния подведена под его среднюю проточку, гидробак соединен гидролиниями с крайними проточками, во всасывающей гидролинии, соединенной с крайними поясками, установлено устройство обратной связи по внешней нагрузке, выполненное в виде подпружиненного цилиндра, снабженного рабочим окном и камерой управления, связанной с напорной гидролинией, а в каждой из гидролиний, соединяющих полости гидродвигателя со средними поясками золотника, установлены ограничители расхода, камера управления каждого из которых связана гидролинией с противоположной полостью гидродвигателя.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена его общая схема.

Насосный гидропривод с объемным регулированием скорости содержит насос с клапанно-щелевым распределителем 1, двухполостной гидродвигатель 2, золотниковый гидрораспределитель 3, гидробак 4 с вытеснительной системой 5, устройство обратной связи по внешней нагрузке, состоящее из подпружиненного цилиндра 6 и снабженное камерой управления 7 и рабочим окном 8, ограничители расхода 9 и 10, установленные в каждой из полостей гидродвигателя 2 и снабженные камерами управления 11 и 12, при этом напорная гидролиния 13 соединена со средней проточкой золотника гидрораспределителя 3, всасывающая гидролиния 14 подведена к его крайним пояскам, крайние проточки связаны гидролинией 15 с гидробаком 4, а полости гидродвигателя 2 сообщены гидролиниями 16 и 17 со средними поясками золотника. Для перемещения золотника гидрораспределителя 3 использован преобразователь электрических сигналов 18, в качестве привода насоса 1 использован электродвигатель 19, для предохранения гидропривода от перегрузок служит предохранительный клапан 20, а для заправки гидропривода рабочей жидкостью - штуцер 21.

При подаче напряжения на приводной электродвигатель 19 и отсутствии управляющего сигнала в преобразователе 18 золотник гидрораспределителя 3 находится в среднем положении, перекрывая гидролинию всасывания 14, обеспечивая работу насоса 1 в режиме практически нулевой подачи, без противодавления, что создает благоприятные условия для пуска электродвигателя 19. При этом благодаря опережающему перекрытию по подаче на кромках золотника гидрораспределителя 3 в полостях гидродвигателя образуется небольшое давление, превышающее давление в гидробаке, позволяющее переместить плунжеры ограничителей расхода 9 и 10 в другое крайнее положение, обеспечив сообщение полостей гидродвигателя 2 с золотником гидрораспределителя 3.

Команда, поступающая в преобразователь электрических сигналов 18, преобразуется в перемещение золотника гидрораспределителя 3, обеспечивая открытие гидролинии всасывания 14 к насосу 1, соединение одной из полостей гидродвигателя 2 с напорной гидролинией, а другой полости с гидробаком 4. В зависимости от величины и знака управляющего сигнала обеспечивается вполне определенное открытие гидролинии всасывания насоса и перемещение поршней гидродвигателя в ту или иную сторону с определенной скоростью, при этом максимальному управляющему сигналу соответствуют максимальное открытие золотника, а следовательно, и максимальная подача насоса, минимальному сигналу - минимальное открытие и минимальная подача.

Следует подчеркнуть, что при отсутствии внешней нагрузки на выходном звене гидродвигателя 2 давление в напорной гидролнии 13 практически отсутствует и определяется лишь потерями на трение в нем, независимо от величины и знака управляющего сигнала в преобразователе 18.

При возникновении на выходном звене гидродвигателя 2 противодействующей нагрузки сверхдопустимой давление, возникающее в напорной гидролинии 13, воздействует через камеру управления 7 на торец цилиндра 6 и, преодолевая установочное усилие пружины, перемещают его в сторону закрытия окна 8, переводя тем самым насос 1 на режим нулевой подачи независимо от величины и знака управляющего сигнала в преобразователе 18.

В случае возникновения на выходном звене гидродвигателя помогающей нагрузки давление в полости гидродвигателя, связанной в данный момент с напорной гидролинией, падает до минимальной величины, определяемой установочным усилием пружины, и плунжер ограничителя расхода, установленного в другой полости гидродвигателя, связанной в данный момент гидролинией 15 с гидробаком 4, перемещается в сторону закрытия своего рабочего окна, обеспечивая торможение выходного звена, сохраняя тем самым скорость его перемещения только в соответствии с величиной подачи насоса, соответствующей, как и при работе с противодействующей нагрузкой, величине управляющего сигнала. Таким образом сохраняется постоянство скорости перемещения выходного звена гидродвигателя при смене знака внешней нагрузки при одной и той же величине управляющего сигнала независимо от уровня этого сигнала. Следует отметить, что меняя величину соотношения перекрытий всасывающей и напорной гидролиний, можно менять уровень подпитки и величину давления практически от нулевой до максимальной в полостях гидрадвигателя, в зависимости от уровня требований к жесткости характеристик гидропривода. Кроме того, независимо от величины управляющего сигнала перепад на кромках золотника практически постоянный и не превышает величины давления в гидробаке, т.е. 1-2 кгс/см², а следовательно, потери мощности в данном гидроприводе ничтожно малы при любых выходных мощностях, начиная с самых малых значений, и на любых режимах работы.

Предлагаемый гидропривод, совмещая в себе достоинства гидропривода дроссельного регулирования (простота, малые габариты и массу, высокая надежность) обладает всеми достоинствами объемного регулирования (высокий КПД, ресурс). Применение гидропривода в любой отрасли машиностроения позволит в несколько раз повысить ресурс благодаря тому, что в гидроприводе давление следит за нагрузкой (нет нагрузки - нет давления в напорной гидролинии, нет давления - нет износа).

Многочисленные исследовательские работы, проведенные с насосными гидроприводами, выполненными в соответствии с предлагаемой схемой, подтвердили полное соответствие техническим требованиям, предъявляемым в настоящее время к гидроприводам данного назначения при оборотах вала насоса до 18000 об/мин, рабочих давлениях до 250 кгс/см² и выходных мощностях до 3 кВт.

Предлагаемый гидропривод обеспечивает кроме того, высокую стабильность, по сравнению с известными гидроприводами, скоростных и нагрузочных характеристик при значительном колебании напряжения питания приводного электродвигателя, а также в условиях широкого диапазона изменения температуры рабочей жидкости.

Насосный гидропривод с объемным регулированием скорости предназначен для использования в исполнительных механизмах систем управления различных машин, судов, летательных аппаратов и др. Золотник гидрораспределителя выполнен семилинейным с тремя проточками и четырьмя поясками. Напорная гидролиния подведена под его среднюю проточку, гидробак соединен гидролиниями с крайними проточками. Во всасывающей гидролинии, соединенной с крайними поясками, установлено устройство обратной связи по внешней нагрузке, выполненное в виде подпружиненного цилиндра, снабженного рабочим окном и камерой управления, связанной с напорной гидролинией. В каждой из гидролиний, соединяющих полости гидродвигателя со средними поясками золотника, установлены ограничители расхода, камера управления каждого из которых связана с противоположной полостью гидродвигателя. Обеспечивает высокую стабильность, скоростные и нагрузочные характеристики при значительном колебании напряжения питания приводного электродвигателя. 1 ил.

Насосный гидропривод с объемным регулированием скорости, содержащий расположенные в общем корпусе и связанные между собой гидролиниями насос с клапанно-щелевым распределением, двуполостной гидродвигатель, гидрораспределитель с цилиндрическим золотником, гидробак с вытеснительной системой, отличающийся тем, что в нем золотник гидрораспределителя выполнен семилинейным с тремя проточками и четырьмя поясками, при этом напорная гидролиния подведена под его среднюю проточку, гидробак соединен гидролиниями с крайними проточками, во всасывающей гидролинии, соединенной с крайними поясками, установлено устройство обратной связи по внешней нагрузке, выполненное в виде подпружиненного цилиндра, снабженного рабочими окнами и камерой управления, связанной с напорной гидролинией, а в каждой из гидролиний, соединяющих полости гидродвигателя со средними поясками золотника, установлены ограничители расхода, камера управления каждого из которых связана гидролинией с противоположной полостью гидродвигателя.