ГИДРОСИСТЕМА МОБИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2000 года по МПК F16H39/02 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидрооборудованию тракторов, дорожно-строительных, подъемно-транспортных и других мобильных машин. Оно направлено на упрощение, расширение функциональных возможностей гидросистемы и снижение энергетических затрат.

Известна гидросистема дорожно-строительной машины [1], содержащая гидронасос и гидромотор, связанные гидравлическими магистралями, в одной из которых установлены гидрозамок и предохранительный клапан, к силовым магистралям через трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель подключен вспомогательный насос.

При работе гидросистемы управление скоростью и направлением вращения гидромотора осуществляется с помощью переключения трехпозиционного гидрораспределителя в соответствующее положение.

Недостатками системы являются ее функциональная ограниченность и сложность конструкции. Управление скоростью исполнительного механизма производится релейно, за счет подключения к силовым магистралям вспомогательного насоса. Данная система не позволяет осуществлять плавное изменение скорости и направления вращения исполнительного механизма.

Известна гидрообъемная передача трансмиссии мобильной машины, содержащая гидравлически замкнутые регулируемый насос и гидромотор [2]. Насос ее связи с двигателем машины, а гидромотор соединен через трансмиссию с ведущими звездочками гусеничного движителя.

При движении машины за счет поворота валика управления происходит изменение подачи насоса. Оно вызывает изменение частоты вращения вала гидромотора и связанных с ним ведущих звездочек. Из-за разности скоростей вращения ведущих звездочек происходит плавный и бесступенчатый поворот машины.

Недостатком гидропередачи является невозможность применения в объемно-замкнутом приводе гидроцилиндров.

Известна гидросистема мобильной машины [3], принятая за прототип, содержащая гидрообъемную передачу, которая включает гидравлически замкнутые регулируемый насос, гидромотор и несколько исполнительных механизмов, а также вспомогательную питающую установку, включающую насос, связанный с исполнительными механизмами через трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель. К рабочим магистралям гидросистемы через подпиточные клапаны подключен вспомогательный насос, он же питает рабочей жидкостью механизм управления люльки насоса. Гидросистема снабжена двухпозиционными четырехлинейными гидрораспределителями, установленными в магистралях всех исполнительных механизмов и в магистралях, сообщающих выходы гидрообъемной передачи с магистралями исполнительных механизмов и гидрозамок, управляющая полость которого подключена к штоковой полости каждого исполнительного механизма, вход - к поршневой полости, а выход - к сливу через предохранительный клапан.

При подготовке к работе гидроприводов, содержащих гидроцилиндры включают гидрораспределители, подключающие штоковую и поршневую полости гидроцилиндров к рабочим магистралям гидрообъемной передачи. Для выдвижения штока гидроцилиндра жидкость от нагнетающей полости насоса подается в поршневую полость гидроцилиндра. Сливаемая из штоковой полости гидроцилиндра жидкость поступает во всасывающую полость насоса. Однако сливаемый объем жидкости меньше на величину объема штока, чем нагнетаемый объем. Восполнение недостающего объема производит вспомогательный насос через подпиточный клапан.

Для втягивания штока гидроцилиндра жидкость от насоса нагнетается в штоковую полость гидроцилиндра, а слив из поршневой полости осуществляется во всасывающую полость насоса. Однако поступающий в гидроцилиндр объем жидкости меньше на величину объема штока, чем вытесняемый из него объем. Компенсация разности объемов осуществляется с помощью гидрозамка. При этом давление нагнетания поступает в управляющую полость замка, клапан гидрозамка открывается и излишек рабочей жидкости через предохранительный клапан сливается в корпус гидропередачи.

Недостатком данной системы являются неустойчивая работа системы и небольшой диапазон регулирования по скорости при втягивании штока. При управлении гидрозамка от нагнетательной полости возникает положительная обратная связь, которая приводит к неустойчивости системы. Добиться устойчивости можно в узком диапазоне скоростей и нагрузок.

Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей гидросистемы мобильной машины и снижение ее энергозатрат.

Для достижения этого технического результата в гидросистему, содержащую регулируемый реверсивный насос, приводимый в действие двигателем машины, выходы которого через двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители соединены со входами гидроцилиндров, являющихся исполнительными механизмами гидросистемы, введены пропорциональный золотниковый клапан с электроуправлением, датчик положения люльки насоса, датчик давления в рабочей полости насоса, устройство управления пропорциональным золотниковым клапаном, причем входы пропорционального золотникового клапана и датчика давления соединены с магистралью, которая подключается к поршневой полости каждого исполнительного механизма гидросистемы, а выход пропорционального золотникового клапана - со сливом, входы устройства управления соединены с выходами датчика давления и датчика положения люльки насоса, а выход с управляющим входом пропорционального золотникового клапана.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что заявляемая гидросистема отличается наличием новых элементов - пропорционального золотникового клапана с электроуправлением, датчика давления, датчика положения люльки насоса, устройства управления и их связями с другими элементами гидросистемы.

Таким образом, заявляемая гидросистема мобильной машины соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Введение в гидросистему пропорционального золотникового клапана с электроуправлением, датчика давления, датчика положения люльки насоса и устройства управления обеспечивает гидравлическое замыкание регулируемого насоса и гидроцилиндров во всем диапазоне изменения скоростей и нагрузок. При этом за счет изменения положения люльки, а следовательно подачи насоса и давления в поршневой полости гидроцилиндра, создается режим, обеспечивающий минимальный необходимый перепад давления на пропорциональном золотниковом клапане, что обеспечивает минимизацию потерь в гидросистеме. Это позволяет значительно расширить область применения объемно-замкнутых приводов в мобильных машинах и снизить энергопотребление приводов.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже показана принципиальная гидравлическая схема заявляемой гидросистемы мобильной машины.

Гидросистема включает в себя гидрообъемную передачу 1, приводимую в действие двигателем машины, содержащую регулируемый реверсивный насос 2 с датчиком положения люльки насоса 3, вспомогательный насос 4, к его напорной магистрали 5 подключен сливной клапан 6 и через подпиточные клапаны 7 и 8 подключены рабочие магистрали 9 и 10 насоса 2.

К рабочим магистралям 9 и 10 насоса 2 подключены двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители 11 и 12. Выходные магистрали гидрораспределителей 11 и 12 подключены к штоковым и поршневым полостям гидроцилиндров 13 и 14 являющихся исполнительными механизмами гидросистемы. К магистрали 9 насоса 2, которая соединяется с поршневыми полостями гидроцилиндров 13 и 14, подключен вход пропорционального золотникового клапана с электроуправлением 15, а его выход соединен со сливом.

К рабочей магистрали 9 насоса 2 подключен датчик давления 16, выход которого соединен со входом устройства управления 17, к другому входу подключен выход датчика положения люльки насоса 3. Выход устройства управления 17 соединен с управляющим входом пропорционального золотникового клапана 15. Устройство управления содержит суммирующий усилитель и усилитель мощности. На суммирующем усилителе реализуется вычитание сигналов датчика положения люльки насоса 3 и датчика давления 16. Разностный сигнал поступает на вход усилителя мощности, а с его выхода на вход пропорционального золотникового клапана 15.

Для работы, например, гидроцилиндром 13, включается гидрораспределитель 11, при этом штоковая полость гидроцилиндра 13 подключается к рабочей магистрали 10, а поршневая - к магистрали 9 насоса.

Для выдвижения штока гидроцилиндра 13 работы жидкость по магистрали 9 насоса 2 подается в поршневую полость гидроцилиндра 13. Сливаемая из штоковой полости гидроцилиндра 13 рабочая жидкость поступает в магистраль 10 насоса 2. Однако сливаемый объем рабочей жидкости меньше на величину объема штока, чем нагнетаемый объем. Восполнение недостающего объема производится вспомогательным насосом 4 через подпиточный клапан 7
Для втягивания штока гидроцилиндра 13 рабочая жидкость по магистрали 10 насоса 2 нагнетается в штоковую полость гидроцилиндра 13, а слив из поршневой полости осуществляется в магистраль 9 насоса 2. Однако поступающий в гидроцилиндр 13 объем жидкости меньше на величину объема штока, чем вытесняемый из него объем. Сигнал с выхода датчика положения люльки 3 поступает на вход устройства управления 17, в котором формируется электрический сигнал, пропорциональный углу отклонения люльки насоса 3. Этот сигнал усиливается и поступает на вход пропорционального золотникового клапана 15, состоящего из пропорционального электромагнита, золотника и пружины. Электрический сигнал с выхода устройства управления 17, поступающий на вход пропорционального золотникового клапана, увеличивает ток в обмотке электромагнита - в результате якорь электромагнита перемещает золотник пропорционально току, при этом сжимается пружина. Золотник в соответствии с управляющим сигналом открывает окно, регулируя тем самым величину дроссельного отверстия, которое соединяет магистраль 9 со сливом. При уменьшении электрического сигнала с выхода устройства управления 17 ток в обмотке электромагнита уменьшается, усилие, развиваемое якорем электромагнита, также уменьшается и пружина перемещает золотник в сторону закрытия, уменьшая тем самым расход сливаемой рабочей жидкости. Выходной сигнал с устройства управления 17 формируется таким образом, что при увеличении угла отклонения люльки насоса 3, то есть при увеличении скорости движения штока гидроцилиндра 13, золотниковый пропорциональный клапан 15 открывается и сливает объем жидкости, который необходимо скомпенсировать при заданной скорости движения штока гидроцилиндра 13.

При увеличении нагрузки на шток гидроцилиндра 13 увеличивается давление в поршневой полости гидроцилиндра 13, которое регистрируется датчиком давления 16, его сигнал поступает на вход суммирующего усилителя и уменьшает сигнал с датчика положения люльки насоса 3 и тем самым уменьшает открытие пропорционального золотникового клапана 15, поддерживая постоянный расход сливаемой жидкости при заданной скорости движения штока гидроцилиндра 13.

Таким образом, за счет управления пропорциональным золотниковым клапаном 15 в штоковой полости гидроцилиндра 13 всегда поддерживается давление подпитки, а сливается такой излишек жидкости, какой необходим при заданной скорости движения штока гидроцилиндра 13.

Аналогично работает заявляемый гидропривод с гидроцилиндром 14.

Результаты испытаний заявляемой в качестве изобретения гидросистемы в составе мобильной машины положительные. При этом была обеспечена устойчивая работа привода с гидроцилиндрами при давлении в поршневой полости гидроцилиндров до 20 МПа.

Источники информации
1. Гидропривод экскаватора, а.с. N 1231282, F 15 B 7/10.

2. Гидрообъемная передача, а.с. N 1481517, F 15 B 39/02.

3. Гидросистема самоходной машины, пат. N 2062374, F 16 H 39/02.

Гидросистема мобильной машины предназначена для использования, в частности, в гидросистемах тракторов, дорожно-строительных машин, подъемно-транспортных и других мобильных машин. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей гидросистемы мобильной машины и снижение ее энергозатрат. Гидросистема содержит регулируемый реверсивный насос, гидрораспределители, гидромотор, гидроцилиндр, пропорциональный золотниковый клапан с электроуправлением, датчик положения люльки насоса, датчик давления в рабочей полости насоса, устройство управления пропорциональным золотниковым клапаном, причем входы пропорционального золотникового клапана и датчика давления соединены с магистралью, которая подключается к поршневой полости каждого исполнительного механизма гидросистемы, а выход пропорционального золотникового клапана - со сливом, входы устройства управления соединены с выходами датчика давления и датчика положения люльки насоса, а выход - с управляющим входом пропорционального золотникового клапана. 1 ил.

Гидросистема мобильной машины, содержащая регулируемый реверсивный насос, приводимый в действие двигателем машины, выходы которого через двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители соединены со входами гидроцилиндров, являющихся исполнительными механизмами гидросистемы, отличающаяся тем, что она снабжена пропорциональным золотниковым клапаном с электроуправлением, датчиком положения люльки насоса, датчиком давления в рабочей полости насоса, устройством управления пропорциональным золотниковым клапаном, причем входы пропорционального золотникового клапана и датчика давления соединены с магистралью, которая подключается к поршневой полости каждого исполнительного механизма гидросистемы, а выход пропорционального золотникового клапана - со сливом, входы устройства управления соединены с выходами датчика давления и датчика положения люльки насоса, а выход - с управляющим входом пропорционального золотникового клапана.