ГИДРОПРИВОД СИНХРОНИЗАЦИИ ВАЛОВ ГИДРОМОТОРОВ НЕПОЛНОПОВОРОТНЫХ Российский патент 2000 года по МПК F15B11/22 

Изобретение относится к гидравлическому приводу и может быть использовано для синхронизации выходных звеньев исполнительных органов гидрофицированных машин, механизмов и станков, совершающих реверсивные движения, например, поворотного характера, в частности шлифовально-обдирочных станков.

Известна гидросистема синхронизации с помощью делительного клапана двух силовых цилиндров (гидромоторов возвратно-поступательного действия), описанная в книге Л.Б. Богдановича "Объемные гидроприводы", Киев, "Техника", 1971 г., стр. 119, рис. 71, и содержащая делительный клапан, гидрораспределитель, синхронизируемые цилиндры, обратные клапаны, предохранительные клапаны.

Недостатком указанной гидросистемы является то, что:
1. Делительный клапан является аппаратом сложным и дорогостоящим и к тому же обеспечивающим согласованное перемещение штоков гидроцилиндров (валов гидромоторов) с ошибкой, равной 3-4%, а при наличии воздуха в контуре между клапаном и гидродвигателем точность деления потока нарушается еще в большей степени.

2. Применение в гидросистеме делительного клапана возможно лишь только вблизи синхронизируемых цилиндров, т.к. в противном случае возможные большие объемы масла, заключенные между делительным клапаном и цилиндрами, благодаря сжимаемости масла и деформациям трубопроводов и цилиндров несколько увеличивают рассогласование в работе силовых цилиндров, особенно при ассиметричном нагружении штоков цилиндров.

3. Корректировка накапливаемой погрешности в конце хода поршней производится вручную с помощью соответствующих регулировочных винтов делительного клапана, что влечет неудобства в обслуживании гидросистемы.

В металлообрабатывающих станках, например, в шлифовально - обдирочных станках, существует необходимость одновременной обработки различных поверхностей детали с помощью независимых шлифовальных головок, т.е. шлифование различных поверхностей происходит с различными скоростями резания, в зависимости от настройки индивидуальных регуляторов потока, а возврат шлифовальных головок в исходное положение - синхронно.

Так как привод вращения одной из головок с помощью задающего гидромотора неполноповоротного в исходное положение одновременно может быть и приводом замкнутого кругового транспорта, перемещающего обрабатываемые изделия, то задача синхронного отвода ведомой шлифовальной головки (с приводом от синхронизируемого гидромотора неполноповоротного) является актуальной задачей по причине избежания поломок, брака деталей и повышения безопасности обслуживания станка.

В некоторых случаях, например, при работе в наладочных режимах существует необходимость работы шлифовальных головок в одиночных, независимых друг от друга, режимах.

Известна схема, обеспечивающая синхронную работу цилиндров последовательную и "независимую", описанную в книге Л.Б.Богдановича "Объемные гидроприводы", Киев, "Техника", 1971 г., стр. 138, рис. 88.

Схема содержит два цилиндра с двухсторонними штоками, гидрораспределители управления, подключенные гидравлическими связями к цилиндрам и между собой.

Недостатки аналога заключаются в следующем.

1. Большие габариты данной гидросистемы при использовании цилиндров с двухсторонними штоками (гидромоторы возвратно-поступательного действия).

2. Не обеспечивается синхронная работа цилиндров, т.к. геометрические размеры цилиндров будут разными, вследствие невозможности точного изготовления их, а также вследствие возможных утечек по поршню и штоку цилиндра и через золотник распределителя один из цилиндров будет иметь недоход (недожим) по ходу, а компенсация рассогласования ходов схемой не предусмотрена.

Для автоматического устранения недохода и обеспечения синхронных движений исполнительных цилиндров в некоторых гидросистемах устанавливают жестко связанные синхронизирующие гидромоторы, а также напорные золотники (предохранительные клапаны), которые при достижении определенного давления соединяют синхронизируемые полости цилиндров, тем самым обеспечивая дожим "отставшего" поршня цилиндра расходом от насоса до крайнего положения (см., например, а.с. N 896265, кл. F 15 B 11/22, 1977 г., принятое за прототип).

Недостатками прототипа являются:
1. Значительные габариты гидросистемы за счет больших размеров синхронизирующих гидромоторов и муфт, связывающих валы гидромоторов, а следовательно и большой вес гидросистемы в целом.

2. Синхронизация движений исполнительных гидроцилиндров (гидромоторов возвратно-поступательного движения) происходит в обоих направлениях с одной и той же скоростью, заданной регулятором потока, что во многих случаях не нужно, а также отрицательно влияет на производительность оборудования в целом.

3. Низкая надежность, в связи с применением двух настраиваемых аппаратов - напорных золотников (авторы называют их предохранительными клапанами).

4. Сужены функциональные возможности гидросистемы, т.к. отсутствует возможность работы исполнительных механизмов в одиночных режимах, что важно при проведении наладочных работ.

Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является уменьшение габаритов и повышение надежности оборудования, уменьшение количества настраиваемых аппаратов, а также расширение функциональных возможностей гидропривода синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных.

Для решения поставленной задачи в гидроприводе синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных, содержащем напорный золотник и трехпозиционный гидрораспределитель управления синхронизируемым и задающим гидромоторами, где вход синхронизируемого гидромотора подключен к цилиндровому отводу двухпозиционного гидрораспределителя, а выходы обоих гидромоторов соединены со входами регуляторов потока, выход регулятора потока задающего гидромотора соединен со вторым цилиндровым отводом трехпозиционного гидрораспределителя и через напорный золотник - с выходом регулятора потока синхронизируемого гидромотора и параллельно через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель - со входом задающего гидромотора, при этом первый цилиндровый отвод трехпозиционного гидрораспределителя через двухпозиционный гидрораспределитель соединен со сливом.

В предлагаемом техническом решении в качестве объекта синхронизации выступают гидромоторы неполноповоротные, валы которых могут реверсивно поворачиваться на угол, меньший 360 градусов (неполный поворот вала), причем объемы рабочей жидкости, необходимые для подачи в рабочие камеры при повороте в ту или иную сторону, совершенно одинаковы, как и, например, у цилиндров с двухсторонним штоком или у поршневых поворотных гидродвигателей и др.

Необходимо отметить, что указанные гидромоторы неполноповоротные очень малогабаритны по сравнению с вышеперечисленными исполнительными гидроузлами (их линейные размеры примерно в 4 раза меньше, что позволяет при осуществлении аналогичных функций в составе гидропривода значительно уменьшить габариты и вес гидропривода, а также упростить конструкцию, отказавшись, например, от механизма для превращения поступательного движения во вращательное (касается гидропривода, где используется цилиндр с двухсторонним штоком), а также обеспечивают расширение функциональных возможностей гидропривода.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый гидропривод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных отличается тем, что выход регулятора потока задающего гидромотора соединен со вторым цилиндровым отводом трехпозиционного гидрораспределителя и через напорный золотник - с выходом регулятора потока синхронизируемого гидромотора и параллельно через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель - со входом задающего гидромотора, при этом первый цилиндровый отвод трехпозиционного гидрораспределителя через двухпозиционный гидрораспределитель соединен со сливом.

Таким образом, заявляемый гидропривод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных соответствует критерию изобретения "новизна".

При излучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, что позволило сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже приведена принципиальная схема гидропривода синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных.

Гидропривод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных содержит задающий гидромотор 1 со входом 2 и выходом 3, синхронизируемый гидромоторов 4 со входом 5 и выходом 6, двухпозиционный гидрораспределитель 7 с цилиндровым отводом 8, подключенным ко входу 5 гидромотора 4, трехпозиционный гидрораспределитель 9 с цилиндровыми отводами 10 и 11. Отвод 10 подключен через регулятор потока 12 к выходу 3 гидромотора 1 и одновременно ко входу 13 напорного золотника 14. Отвод 11 гидрораспределителя 9 соединен через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель 15, далее по цилиндровому отводу 16 - со сливом, а второй цилиндровый отвод 17 гидрораспределителя 15 через ветку 18 при обесточенном электромагните 19 гидрораспределителя 15 соединяет вход 2 гидромотора 1 и выход 6 гидромотора 4. Гидромоторы 1 и 4 жестко связаны с соответствующими шлифовальными головками (на схеме не показаны).

Выход 20 напорного золотника 14 соединен с веткой 18 и параллельно через второй регулятор потока 21 - с выходом 6 гидромотора 4.

Для переключения трехпозиционного гидрораспределителя 9 служат электромагниты 22 и 23, двухпозиционного гидрораспределителя 7 - электромагнит 24, а дополнительного двухпозиционного гидрораспределителя 15 - электромагнит 19. Подвод давления к гидрораспределителям 7 и 9 производится по магистрали 25.

Гидропривод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных работает по следующему циклу: несинхронное перемещение шлифовальных головок (резание) - синхронный возврат шлифовальных головок в исходное положение.

Рассмотрим работу данного гидропривода.

При наличии давления рабочей жидкости в магистрали 25 и включенных электромагнитах 24 и 19 рабочая жидкость поступает ко входу 5 гидромотора 4, а выход 6 гидромотора 4 через регулятор потока 21 по ветке 18 и дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель 15 соединяется со сливом - происходит рабочий ход шлифовальной головки 4, т.е. шлифование одной из поверхностей обрабатываемой детали. Скорость вращения вала гидромотора 4 и связанной с ним шлифовальной головки задается настройкой регулятора потока 21.

Рабочее перемещение второй шлифовальной головки, приводимой в действие от гидромотора 1, осуществляется при включении электромагнитов 23 и 19, при этом рабочая жидкость подается на вход 2 гидромотора 1, а выход 3 гидромотора 1 через регулятор потока 12 и трехпозиционный гидрораспределитель 9 соединяется со сливом - происходит рабочий ход второй шлифовальной головки, т.е. шлифование поверхности обрабатываемой детали.

Скорость вращения вала гидромотора 1 и связанной с ним шлифовальной головки задается настройкой регулятора потока 12. Таким образом, шлифование различных поверхностей обрабатываемой детали происходит независимо с разными скоростями резания.

При включеном электромагните 22 и обесточенных электромагнитах 19 и 24 рабочая жидкость под давлением через трехпозиционный гидрораспределитель 9 поступает на выход 3 гидромотора 1.

Из возвратной полости гидромотора 1 рабочая жидкость вытесняется по цилиндровому отводу 17 через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель 15 и далее по ветке 18 - к выходу 6 гидромотора 4.

Из входа 5 рабочая жидкость вытесняется по цилиндровому отводу 8 через двухпозиционный гидрораспределитель 7 на слив. Происходит синхронный поворот валов гидромоторов 1 и 4 и связанных с ним шлифовальных головок.

Однако, вследствие невозможности обеспечения абсолютно точного изготовления гидромоторов 1, 4, их полости по объему будут несколько отличаться, а также вследствие разогрева рабочей жидкости в процессе работы гидропривода будут изменяться изначально различные для обоих гидромоторов 1 и 4 объемные КПД и поэтому рассмотрим два варианта работы гидропривода.

I вариант.

Объем рабочей жидкости, вытесняемый из входа 2 гидромотора 1, больше объема полости на выходе 6 гидромотора 4. Рабочая и возвратная полости задающего 1 и синхронизируемого 4 гидромоторов в связи со схемным их изображением на чертеже не показаны.

II вариант.

Объем рабочей жидкости, вытесняемый из входа 2 гидромотора 1, меньше объема полости на выходе 6 гидромотора 4.

При работе по I варианту вал гидромотора 4 провернется до конечного положения быстрее чем вал гидромотора 1, при этом образуется недоход (недоворот) вала гидромотора 1. Указанный недоход вала мгновенно устраняется путем включения электромагнита 19, при этом "лишний" объем рабочей жидкости из входа 2 и цилиндровый отвод 17 гидрораспределитель 15 и далее по цилиндровому отводу 11 сбрасывается через гидрораспределитель 9 на слив - происходит доворот вала гидромотора 1 до конечного положения.

При работе по II варианту вал гидромотора 1 провернется до конечного положения быстрее чем вал гидромотора 4, т.е. образуется "недоход" вала гидромотора 4, который мгновенно устраняется за счет того, что в цилиндровом отводе 10 и на входе 13 давление возрастает до величины настройки пружины напорного золотника 14, напорный золотник 14 под воздействием давления перепустит недостающий объем жидкости через выход 20 к выходу 6 гидромотора 4 - произойдет мгновенный доворот вала гидромотора 4 до конечного положения. Поскольку электромагнит 24 обесточен, то при довороте вход 5 гидромотора 4 соединен со сливом.

Оба вала гидромоторов 1 и 4 неполноповоротных и гидропривод в целом, при этом будут находиться в исходном положении.

Данный гидропривод дает возможность также независимой работы каждого из гидромоторов, например, при наладке оборудования.

Таким образом, предлагаемый гидропривод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных позволяет обеспечить уменьшение габаритов и повышение надежности с одновременным расширением его функциональных возможностей.

Гидропривод предназначен для синхронизации выходных звеньев исполнительных органов гидрофицированных машин, механизмов и станков, совершающих реверсивные движения, например, поворотного характера. Выход регулятора потока 12 задающего гидромотора 1 соединен со вторым цилиндровым отводом 10 трехпозиционного гидрораспределителя 9 и через напорный золотник 14 - с выходом регулятора потока 21 синхронизируемого гидромотора 4 и параллельно через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель 15 - с выходом 3 задающего гидромотора 1, при этом первый цилиндровый отвод 11 трехпозиционного гидрораспределителя 9 через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель 15 соединен со сливом. Технический результат - уменьшение габаритов и веса, повышение надежности. 1 ил.

Гидропирвод синхронизации валов гидромоторов неполноповоротных, содержащий напорный золотник, трехпозиционный гидрораспределитель управления синхронизируемым и задающим гидромоторами, где вход синхронизируемого гидромотора подключен к цилиндровому отводу двухпозиционного гидрораспределителя, а выходы обоих гидромоторов соединены со входами регуляторов потока, отличающийся тем, что выход регулятора потока задающего гидромотора соединен со вторым цилиндровым отводом трехпозиционного гидрораспределителя и через напорный золотник - с выходом регулятора потока синхронизируемого гидромотора и параллельно через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель - со входом задающего гидромотора, при этом первый цилиндровый отвод трехпозиционного гидрораспределителя через дополнительный двухпозиционный гидрораспределитель соединен со сливом.