ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТОЛКАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК F15B15/18 B66D5/26 

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, в частности к конструкции электропривода колодочных тормозов подъемно-транспортных машин и механизмов.

Известен электрогидравлический толкатель (1,2), состоящий из встроенного реверсивного электродвигателя, погруженного в рабочую жидкость, центробежного насоса с турбинным колесом, поршня со штоком, цилиндра и корпуса. Турбинное колесо центробежного насоса имеет прямые радиальные лопатки, что обеспечивает нормальную работу толкателя вне зависимости от направления вращения электродвигателя. Количество лопаток ограничивается допустимым коэффициентом стеснения потока на входе в турбинное колесо K, оптимальное значение которого находится в диапазоне 1,1-1,15. В радиальной зоне наружного диаметра турбинного колеса в центробежном насосе устанавливаются специальные неподвижные радиальные ребра, спрямляющие поток рабочей жидкости.

Недостатком данного толкателя является повышенное гидравлическое торможение (увеличенное потребление мощности) по наружному диаметру турбинного колеса, вызванное неподвижными радиальными ребрами насоса, а также значительные потери напора насоса, связанные с ограниченным количеством лопаток турбинного колеса.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электрогидравлический толкатель (3), содержащий реверсивный приводной электродвигатель, расположенный над ним и заполненный рабочей жидкостью корпус толкателя с размещенным в нем цилиндром и поршень со штоком, проходящим через ступицу верхней части корпуса толкателя, корпус насоса, установленный на щите электродвигателя, открытое со стороны корпуса насоса рабочее колесо с радиальными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁, радиус вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса, закрепленное на валу приводного электродвигателя.

Недостатком этого толкателя являются значительные потери напора, связанные с ограниченным количеством лопастей рабочего колеса насоса.

Задачей изобретения является снижение потерь напора жидкости, увеличение быстродействия толкателя.

Данная задача решается за счет того, что в электрогидравлический толкатель, содержащий реверсивный приводной электродвигатель, расположенный над ним и заполненный рабочей жидкостью, корпус толкателя с размещенным в нем цилиндром и поршень со штоком, проходящим через ступицу верхней части корпуса толкателя, корпус насоса, установленный на щите электродвигателя, открытое со стороны корпуса насоса рабочее колесо с радиальными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁, радиус вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса, закрепленное на валу приводного электродвигателя, введена спрямляющая решетка, расположенная под цилиндром, рабочее колесо расположено между корпусом насоса и спрямляющей решеткой, радиальные лопасти Z₁ рабочего колеса размещены симметрично и равномерно, значение коэффициента стеснения K₁ потока на входных кромках лопастей Z₁ находится в пределах 1,1-1,15, а между вышеуказанными лопастями Z₁, равномерно и симметрично размещены дополнительные радиальные лопасти Z₂, угол наклона входной кромки которых к оси насоса α₂≤ α₁, радиус вершины входной кромки R₂₀ больше радиуса входного отверстия корпуса насоса R₀ и находится в пределах K₁R₀≤R₂₀≤ (K₁+(K₁-1)/2)R₀.

Предлагаемый электрогидравлический толкатель отличается от прототипа тем, что на рабочем колесе насоса между радиальными и симметрично и равномерно размещенными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁ , радиус ее вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса, а количество лопастей Z₁ обеспечивает соответствие значений коэффициента стеснения K₁ потока на их входных кромках оптимальным значениям, находящимся в пределах 1,1-1,15, равномерно и симметрично выполнены лопасти Z₂, у которых угол наклона входной кромки к оси насоса α₂≤ α₁,а радиус вершины входной кромки R₂₀ больше радиуса входного отверстия корпуса насоса R₀ и находится в пределах K₁R₀≤R₂₀≤ (K₁+(K₁-1)/2)R₀.

Потери напора от конечного числа лопастей определяются зависимостью (1, 4).

где H_т - расчетный теоретический напор колеса для конечного числа лопастей;
H - расчетный теоретический напор,
P' - поправочный коэффициент на конечное число лопастей, который применительно к рабочему колесу гидротолкателя (при известном R_в - радиус входной кромки лопасти по средней линии канала, r₂ - наружном радиусе рабочего колеса, z - количестве лопастей) находится из выражения
P' = 2/z((1,6 + R_в ²/r₂ ²)/(1 - R_в ²/r₂ ²)).

Как видно из приведенных выше зависимостей, при увеличении в два раза количества лопастей в рабочем колесе предлагаемого толкателя по сравнению с прототипом почти в два раза должны снизиться потери напора и соответствующим образом увеличится развиваемое усилие. Так как предлагаемый толкатель намечается применять с рабочими колесами, у которых отношение то удвоение числа лопастей по сравнению с прототипом не приведет к значению коэффициента стеснения потока на выходе из рабочего колеса K, выходящего за пределы оптимального диапазона, и в связи с тем, что дополнительные лопасти будут размещены таким образом, что R₂₀ > R₀, а α₂< α₁, то не следует ожидать существенного изменения времен срабатывания толкателя. Таким образом, из проведенного анализа следует, что при осуществлении предлагаемого решения достигается положительный эффект, связанный с возможностью увеличения развиваемого усилия толкателя без увеличения его габарита и без ухудшения времен срабатывания.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области позволило выявить, что у заявляемого устройства появились новые свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан разрез электрогидравлического толкателя, электродвигатель выключен.

На фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

На фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 2.

Электрогидравлический толкатель содержит реверсируемый приводной электродвигатель со щитом 1, расположенный над ним и заполненный рабочей жидкостью корпус 2 с размещенным в нем цилиндром 3 и поршнем 4 со штоком 5, проходящим через ступицу верхней части корпуса 2, расположенные под цилиндром 3 спрямляющая решетка 6 и корпус насоса 7, служащий дном цилиндра и установленный на щите электродвигателя 1, на валу которого между корпусом насоса 7 и спрямляющей решеткой 6 закреплено открытое со стороны корпуса насоса рабочее колесо 8 с радиальными симметрично и равномерно размещенными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁, радиус ее вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса 7, а количество лопастей Z₁ обеспечивает соответствие значений K₁ - коэффициента стеснения потока на их входных кромках оптимальным значениям, находящимся в пределах
K₁= (2πR_в/Z₁)/(2πR_в/Z₁-δ) = 1,1-1,15,
где δ - толщина лопасти.

Между вышеуказанными лопастями Z₁ равномерно и симметрично расположены радиальные лопасти Z₂, у которых угол наклона входной кромки к оси насоса α₂≤ α₁, радиус вершины входной кромки R₂₀ больше радиуса входного отверстия корпуса насоса R₀ и находится в пределах K₁R₀≤R₂₀≤ (K₁+(K₁-1)/2)R₀.

Электрогидравлический толкатель работает следующим образом. В исходном положении (фиг. 1) поршень 4 со штоком 5 находится в нижнем положении. При включении приводного электродвигателя 1 рабочее колесо 8 начинает вращаться и создает давление жидкости под поршнем 4. Так как рабочее колесо 8 имеет радиальные осесимметричные лопасти Z₁, Z₂, то это обеспечивает независимость напора, создаваемого насосом, от направления вращения электродвигателя 1. Давление рабочей жидкости, поток которой спрямляется решеткой 6, перемещает поршень 4 со штоком 5 вверх. При этом рабочая жидкость из пространства над поршнем 4 перетекает по каналам между цилиндром 3 и корпусом 2 к входному отверстию корпуса насоса 7 и далее по межлопастным каналам лопастей Z₁ и Z₂ рабочего колеса 8. После достижения поршнем верхнего положения и прекращения его движения подача насоса снижается почти до нулевого значения. Практически же из-за наличия в гидравлической системе потерь подача имеет некоторое значение, т. е. насос в этом режиме работает на поддержание напора при очень малой подаче и на покрытие гидравлических потерь. При отключении электродвигателя 1 рабочее колесо 8 затормаживается, давление жидкости под поршнем уменьшается и поршень 4 со штоком 5 под действием собственного веса и внешней нагрузки, действующей на шток 5 со стороны тормозного устройства (не показано), опускается в исходное положение. При опускании поршня 4 рабочая жидкость из-под него перетекает через спрямляющую решетку 6, межлопастные каналы лопастей Z₁ и Z₂ рабочего колеса 8, входное отверстие корпуса насоса 7, каналы между цилиндром 3 и корпусом 2 в пространство над поршнем.

Основные параметры электрогидравлического толкателя (развиваемое усилие, времена подъема и опускания поршня со штоком) определяются в период протекания сложных переходных процессов, поэтому выбор оптимального выполнения предлагаемого устройства необходимо осуществлять по известным методикам (1, 4) с последующей экспериментальной отработкой и проверкой. В приведенной таблице даны выборочные результаты сравнительных испытаний заявляемого устройства с прототипом, полученные в процессе экспериментальной отработки оптимального выполнения элементов устройства.

В качестве прототипа взят электрогидравлический толкателль с развиваемым усилием P_п = 625 Н, временем подъема и опускания поршня со штоком t_пп = 0,48 с, t_оп = 0,25 с, ходом поршня со штоком - 60 мм, диаметром цилиндра - 110 мм, R₀ = 19 мм, числом радиальных лопастей рабочего колеса Z₁ = 7, α₁= 45%, R_в = 15,5 мм, толщиной лопасти на входной кромке δ = 1,8 мм, K₁ = 1,15, r₂ = 47,5 мм. В проведенной экспериментальной отработке электрогидравлический толкатель по предлагаемому изобретению отличался от прототипа размещением на рабочем колесе между лопастями Z₁ = 7 дополнительных лопастей Z₂ = 7 с углом наклона входных кромок α₂= 30^° При этом параметры толкателя (развиваемое усилие P_п, время подъема t_пп и опускания поршня со штоком t_оп) определялись для различных значений R₂₀ радиуса вершины входной кромки дополнительных лопастей Z₂ (в диапазоне значений отношения R₂₀/R₀ = 1,00 - 1,26).

При рассмотрении приведенных в таблице результатов сравнительных испытаний видно, что при K₁R₀≤R₂₀≤ (K₁+(K₁-1)/1)R₀, т.е. 1,15R₀≤R₂₀≤1,22R₀ достигается увеличение развиваемого усилия по сравнению с прототипом на 9-12% без существенного изменения времен срабатывания толкателя.

Введение на рабочем колесе между лопастями Z₁, радиус вершины входной кромки которых приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса, дополнительных лопастей Z₂ согласно заявляемому решению позволяет без увеличения габаритов электрогидравлического толкателя повысить развиваемое усилие на 9-12% по сравнению с прототипом и таким образом расширить диапазон применения и технический уровень ряда существенных габаритов толкателей.

Источники информации:
1. Гусельников Э.М., Ротт В.Ф. Электрогидравлические толкатели. Москва, Энергия, 1968, стр. 21-27 (аналог), стр. 60-644, 92.

2. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. Москва, Машгиз, 1975, стр. 61-67 (аналог).

3. Патент ФРГ N 3218001 A1, МКИ F 15 B 15/18, 1983 (прототип).

4. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы, Москва, Ленинград, Машиностроение, 1966, стр. 75-99.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения, в частности к конструкции колодочных тормозов подъемно-транспортных машин и механизмов. Техническим результатом изобретения является снижение потерь напора жидкости, увеличение быстродействия толкателя. Электрогидравлический толкатель содержит реверсивный приводной электродвигатель, расположенный над ним и заполненный рабочей жидкостью корпус толкателя с размещенным в нем цилиндром и поршнем со штоком, проходящим через ступицу верхней части корпуса толкателя. Корпус насоса установлен на щите электродвигателя. На валу приводного электродвигателя закреплено рабочее колесо с радиальными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁, радиус вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса. Спрямляющая решетка расположена под цилиндром, рабочее колесо расположено между корпусом насоса и спрямляющей решеткой, радиальные лопасти Z₁ рабочего колеса размещены симметрично и равномерно. Значение коэффициента стеснения K₁ потока на входных кромках лопастей Z₁ находится в пределах 1,1-1,15. Между вышеуказанными лопастями Z₁ равномерно и симметрично размещены дополнительные радиальные лопасти Z₂, угол наклона входной кромки которых к оси насоса α₂≤ α₁, радиус вершины входной кромки R₂₀ больше радиуса входного отверстия корпуса насоса R₀ и находится в пределах K₁R₀≤R₂₀≤(K₁+(K₁-1)/2)R₀. 3 ил. , 1 табл.

Электрогидравлический толкатель, содержащий реверсивный приводной электродвигатель, расположенный над ним и заполненный рабочей жидкостью корпус толкателя с размещенным в нем цилиндром и поршень со штоком, проходящим через ступицу верхней части корпуса толкателя, корпус насоса, установленный на щите электродвигателя, открытое со стороны корпуса насоса рабочее колесо с радиальными лопастями Z₁, входная кромка которых наклонена к оси насоса под углом α₁, радиус вершины приблизительно равен радиусу R₀ входного отверстия корпуса насоса, закрепленное на валу приводного электродвигателя, отличающийся тем, что введена спрямляющая решетка, расположенная под цилиндром, рабочее колесо расположено между корпусом насоса и спрямляющей решеткой, радиальные лопасти Z₁ рабочего колеса размещены симметрично и равномерно, значение коэффициента стеснения K₁ потока на входных кромках лопастей Z₁ находится в пределах 1,1-1,15, а между вышеуказанными лопастями Z₁ равномерно и симметрично размещены дополнительные радиальные лопасти Z₂, угол наклона входной кромки которых к оси насоса α₂ ≤ α₁, радиус вершины входной кромки R₂₀ больше радиуса входного отверстия корпуса насоса R₀ и находится в пределах K₁R₀≤R₂₀≤(K₁+(K₁-1)/2)R₀.