ПОРШНЕВОЙ СТУПЕНЧАТЫЙ ГИДРОПРИВОД КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2001 года по МПК F15B11/18 

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов, в частности к гидроприводам комбинированного (одностороннего и двухстороннего) действия, и может быть использовано в судостроении, машиностроении и других отраслях.

Известна телескопическая стрела для подъема грузов, которая имеет выдвижные секции и дифференциальные гидроцилиндры для их выставления /Грузоподъемные краны. В 2-х книгах . Кн. 2. Сокр. пер. с нем. под ред. М.П. Александрова, М., Машиностроение, 1981, с. 50-51, фиг. 1.20-д/.

Недостатком известного устройства является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды между подвижными частями телескопической стрелы.

Известна схема подключения гидроцилиндра двухстороннего действия в систему, применяемая для получения больших скоростей поршня при малой производительности насоса, например, во время холостого хода /Л.Б.Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, "Технiка", 1971, с.54-56. фиг. 22-а/. Получение ряда скоростей исполнительного механизма обеспечивается подключением в систему гидроцилиндра двухстороннего действия с помощью четырехходового трехпозиционного гидрораспределителя, который в среднем своем положении (позиции) осуществляет соединение всех полостей потребителя с напорной гидролинией.

Известна схема включения силовых гидроцилиндров дифференциального действия, в соответствии с которой одна полость гидроцилиндра (штоковая) постоянно соединена с линией высокого давления, а вторая - либо с линией высокого давления, либо с линией слива посредством двухпозиционного четырехходового гидрораспределителя, у которого заглушена одна из гидролиний подсоединения к потребителю /В. И. Погорелов. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Л., Изд-во ЛГУ, 1979, с.59, рис. 23-б/. Функционально силовые гидроцилиндры дифференциального действия подобны силовым гидроцилиндрам одностороннего действия, у которых возврат в исходное положение осуществляется за счет веса поршня или пружины, размещенной в штоковой полости, что аналогично давлению жидкости в штоковой полости.

Гидроприводы, построенные по известным схемам подключения гидроцилиндров двухстороннего и дифференциального действия обладают недостаточными функциональными возможностями, которые обусловлены невозможностью раздельного и независимого управления движениями ряда гидроцилиндров, составляющих ступенчатый гидропривод комбинированного действия, в т.ч. посредством ручного управления непосредственно гидрораспределителем, что необходимо в случае аварийного обесточивания дистанционной системы управления.

Известен гидравлический привод телескопического грузоподъемника автопогрузчика, действующий как ступенчатый гидропривод и обеспечивающий движение силовым гидроцилиндрам /А.Б.Дранников. Автопогрузчики. М., Машгиз, 1962, с. 171-1972, фиг.80/. Известный привод содержит ряд гидрораспределителей, соединенных соответствующими гидролиниями с потребителями-гидроцилиндрами, подключаемыми параллельно, причем для подключения гидроцилиндра одностороннего действия, имеющего плунжерную полость для перемещения плунжера, необходима одна гидролиния, а двухстороннего действия, имеющего поршневую и штоковую полости для выдвижения и убирания штока - две гидролинии.

Известный гидропривод обеспечивает одновременное и независимое относительное перемещение поршня и плунжера гидроцилиндров, однако число гидролиний при этом не может быть уменьшено, что можно считать недостатком устройства в аспектах упрощения и оптимизации конструкции.

Известен гидравлический привод погрузчика, рассчитанный на несколько потребителей - гидроцилиндров двухстороннего действия, которые подключены одноименными полостями параллельно к одному гидрораспределителю с возможностью прихода в одну фазу в крайних положениях привода /В.Д.Щербаков. Автопогрузчики. М., Высш.шк., 1989, с.105, рис.83, с.107-108/.

Известный гидропривод обладает недостаточными функциональными возможностями, которые обусловлены невозможностью раздельного и независимого управления движениями ряда гидроцилиндров, составляющих поршневой ступенчатый гидропривод, в т. ч. путем ручного управления непосредственно гидрораспределителем, что необходимо в случае аварийного обесточивания дистанционной системы управления.

Известна телескопическая стрела для подъема грузов, которая имеет выдвижные секции и дифференциальные гидроцилиндры для их выставления /патент США N 3672159, 27.06.1972 г./. Недостатком известного устройства, включающего в себя поршневой ступенчатый гидропривод, является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды к подвижным частям телескопической стрелы. Кроме того, известное устройство обладает недостаточными функциональными возможностями, которые обусловлены невозможностью раздельного и независимого управления движениями ряда гидроцилиндров, составляющих поршневой ступенчатый гидропривод.

Известный гидропривод выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого устройства.

Задача изобретения заключается в оптимизации конструкции для исключения гибких трубопроводов, обеспечивающих подачу рабочей среды к движущимся частям, а также в расширении функциональных возможностей, за счет обеспечения независимого и одновременного действия гидродвигателей и сохранения работоспособности гидропривода в условиях аварийного обесточивания системы управления.

Задача решена тем, что в поршневом ступенчатом гидроприводе, включающем в качестве ступеней два поршневых гидродвигателя двухстороннего действия, имеющих каждый поршневую и штоковую полости, а также управляемый гидрораспределитель, которым полости гидродвигателей сообщены с напорной и сливной линиями, причем гидродвигатели установлены с возможностью прихода в одну фазу в крайних положениях гидропривода, при этом по крайней мере один из гидродвигателей выполнен с возможностью закрепления на неподвижном элементе, гидродвигатели установлены с возможностью жесткого соединения между собой, а поршневая полость одного и штоковая полость другого гидродвигателя попарно гидравлически связаны с образованием объединенных разноименных полостей, в соответствии с изобретением, гидравлическая связь полостей гидродвигателей выполнена так, что в фазе выдвинутого положения штоков все полости гидродвигателей связаны с напорной линией, а в фазе выдвинутого положения одного из штоков с напорной линией связаны соответствующие соединенные между собой поршневая и штоковая полости, а остальные соединенные между собой полости связаны со сливной линией, причем управляемый гидрораспределитель соединен гидролиниями с объединенными разноименными полостями.

Кроме того, гидродвигатели жестко соединены между собой путем крепления обоих к неподвижному элементу.

Техническим результатом изобретения является обеспечение независимого и одновременного перемещения поршней гидродвигателей. Результатом гидравлической связи разноименных полостей гидродвигателей является исключение гибких трубопроводов. Помимо этого, наличие минимального количества гидролиний позволяет организовать непосредственное и дистанционное управление гидроприводом в целом в случае отключения питания системы управления. Кроме того, в фазе выдвинутого положения штоков результирующее перемещение ступеней гидропривода определяется суммированием перемещений обоих элементов, а в случае крепления обоих гидродвигателей к неподвижному элементу такая возможность исключается.

Поршневой ступенчатый гидропривод обеспечивает действие каждого гидродвигателя в отдельности как гидродвигателя двухстороннего действия - с силовым выдвижением/убиранием на полный ход, а при функционировании в целом обеспечивает работу гидропривода как гидропривода комбинированного действия - с силовым выдвижением на полный ход и силовым убиранием на части обратного хода.

Заявляемое устройство схематически представлено на чертеже в исходном (убранном) положении.

Ступенчатый гидропривод содержит источник давления 1, питающий гидролинии, управляемый гидрораспределитель 2 в виде блока двухпозиционных распределителей 3 и 4, двухполостные поршневые гидродвигатели двухстороннего действия - ступени - 5 и 6. Гидродвигатель 5 содержит поршень 7 со штоком 8, образующим поршневую полость 9 и штоковую полость 10. Аналогично выполнен и гидродвигатель 6, имеющий поршень 11 со штоком 12, а также поршневую полость 13 и штоковую полость 14. Источник давления 1 связан со сливным баком 15 линией 16, а напорными линиями 17 (магистральная), 18, 19 - с двухпозиционными распределителями 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, которые линиями 20 и 21 соединены со штоковой 10 и поршневой 9 полостями гидродвигателя 5, которые посредством гидролиний 22 и 23 (гидравлически) соединены с полостями гидродвигателя другой ступени "перекрестно", т.е. поршневая 9 - со штоком полостью 14, а штоковая 10 - с поршневой полостью 13. Сливными линиями 24 и 25, объединенными в магистраль 26, двухпозиционные распределители 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2 соединены со сливным баком 15. Гидродвигатель 5 жестко укреплен на неподвижном основании (на чертеже - посредством штока 8).

В качестве двухпозиционных распределителей использованы такие, которые имеют резервное ручное управление, при этом при крайних положениях плунжеров двухпозиционных распределителей 3 и 4 их электромагниты всегда выключены. Гидродвигатели 5 и 6 установлены так, что в исходном положении поршень 7 гидродвигателя 5 и поршень 11 гидродвигателя 6 находятся в положении "убран", таким образом крайние положения исполнительных органов обеих ступеней всегда однофазны в крайних положениях гидропривода, при этом гидролиниями попарно соединены разноименные полости в двух гидродвигателях (поршневая полость одного со штоковой полостью другого гидродвигателя с образованием связанной полости).

Существенным для заявляемого поршневого ступенчатого гидропривода является жесткая связь обеих ступеней корпуса одного и штока другого гидродвигателя ("пакет") и одновременно крепление пакета к неподвижному элементу. Такое крепление может быть обеспечено как закреплением штока одного из гидродвигателей на неподвижном элементе, при котором его корпус сохраняет возможность относительного перемещения, так и креплением пакета, т.е. корпус одного и шток другого гидродвигателя обездвижены, а шток первого и корпус второго гидродвигателя подвижны.

Функционирование гидропривода определяется схемой подключения полостей гидродвигателей к определенным линиям - напорным или сливным - посредством установки позиций управляемого распределителя 2, а именно: "слив" (чертеж - позиция 27 и 28) и "напор" (чертеж - позиция 29 и 30).

Заявляемый поршневой ступенчатый гидропривод работает следующим образом.

Рабочая жидкость подается источником давления 1 по линиям 17, 18, 19 к двухпозиционным распределителям 3 и 4, плунжеры которых установлены в положение 29 и 30, открывающие линии 20 и 21, в результате чего рабочая жидкость подается в полости 9 и 10 гидродвигателя 5 под напором, а также в полости 13 и 14 гидродвигателя 6 в силу гидравлической связи соответствующих полостей.

При закрепленном на неподвижном основании штоке 8 корпус гидродвигателя 5 перемещается из исходного положения (поршень 7 убран, объем штоковой полости 10 максимален, а поршневой полости 9 - минимален), вдоль штока 8 до предела, т. е. до полного выдвижения корпуса первой ступени 5 относительно поршня 7, что сопровождается вытеснением жидкости из полости 10 по линии 23 в поршневую полость 13 гидродвигателя 6 и по линии 20 через распределитель 3, линиям 18, 19 через распределитель 4 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5. При этом, в случае жесткой связи корпуса гидродвигателя 5 со штоком 12 второй ступени происходит перемещение корпуса 6 из исходного, убранного его положения в крайнее верхнее для всего гидропривода, при котором корпус 6 будет полностью выдвинут относительно поршня 11. При подъеме корпуса 6 под напором жидкости в поршневой полости 13 и штоковой полости 14 происходит вытеснение рабочей жидкости из штоковой полости 14 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5.

Такая схема подключения также позволяет переходить в крайнее верхнее положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода. При этом либо поршень 11 гидродвигателя 5, либо поршень 7 гидродвигателя 5 могут перемещаться из убранного в выдвинутое положение своей ступени.

Таким образом реализована работа первой и второй ступеней исполнительного механизма, например, по перемещению груза на длину, равную сумме длин ходов поршней обеих ступеней. При этом поршни ступеней занимают относительно одинаковые фазы положения, т.е. оба полностью выдвинуты (первая ступень, поршень 7 и вторая ступень, поршень 11).

При установлении двухпозиционных распределителей в положение 27 и 30 их плунжеров рабочая жидкость подается через двухпозиционный распределитель 4 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5 и одновременно в связанную с ней гидравлически штоковую полость 14 гидродвигателя 6, что приводит к перемещению поршня 7 в корпусе 5 из исходного убранного его положения в выдвинутое. При опускании поршня 7 под напором жидкости в поршневой полости 9 происходит вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 10 по линии 20 через двухпозиционный распределитель 3, при этом корпус 6 второй ступени неподвижен.

Такая схема подключения также позволяет осуществить убирание корпуса гидродвигателя 6 из крайнего верхнего положения ступенчатого гидропривода. При этом из поршневой полости 13 вытесняется весь объем жидкости по линиям 23, 20 через распределитель 3, а в штоковую полость 14 жидкость поступает по линиям 21, 22 через распределитель 4.

В рассмотренном выше варианте "среднего" положения ступенчатого гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в относительно противоположные фазы положения - один полностью выдвинут (первая ступень, поршень 7), а другой полностью убран (вторая ступень, поршень 11).

При установлении двухпозиционных распределителей в положение 29 и 28 их плунжеров рабочая жидкость подается через двухпозиционный распределитель 3 в штоковую полость 10 гидродвигателя 5 и одновременно связанную с ней гидравлически поршневую полость 13 гидродвигателя 6, что приводит к перемещению корпуса 6 относительно поршня 11 из исходного убранного его положения в выдвинутое. При подъеме корпуса 6 под напором жидкости в поршневой полости 13 происходит вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 14 по линиям 22, 21 через двухпозиционный распределитель 4, при этом корпус 5 первой ступени неподвижен.

Такая схема подключения также позволяет осуществить убирание корпуса гидродвигателя 5 из крайнего верхнего положения ступенчатого гидропривода. При этом из поршневой полости 9 вытесняется весь объем жидкости по линии 21 через распределитель 4, а в штоковую полость 10 жидкость поступает по линии 20 через распределитель 3.

В рассмотренном выше другом варианте "среднего" положения ступенчатого гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в относительно противоположные фазы положения - один полностью убран (первая ступень, поршень 7), а другой полностью выдвинут (вторая ступень, поршень 11).

Для обеспечения пассивного функционирования гидропривода двухпозиционные распределители устанавливают плунжерами в позиции 27 и 28, при которых они оба подключены линиями слива к гидродвигателям. При этом излишки рабочей жидкости, находившиеся в поршневой полости 3 и штоковой полости 14 гидродвигателя 6, а также в поршневой полости 9 и штоковой полости 10 гидродвигателя 5, поступают в сливной бак 15, а оставшаяся жидкость свободно перетекает по полостям гидродвигателей.

Такая схема подключения позволяет ступеням гидропривода опускаться под действием собственного веса из любого положения, которое предоставляет такую возможность.

Таким образом, в поршневом ступенчатом гидроприводе комбинированного действия за счет схемы включения гидрораспредителей достигается относительно независимое и одновременное перемещение поршней гидродвигателей. В устройстве исключены гибкие трубопроводы, обеспечивающие прохождение рабочей среды к движущимся частям устройства. Поскольку один из гидродвигателей имеет неподвижно закрепленный элемент (шток) и соединен в пакет с другим элементом гидропривода, возможно, в частности удалить гидрораспределитель в другое помещение, а также выполнить его с возможностью ручного управления. Все это делает поршневой ступенчатый гидропривод комбинированного действия перспективным для использования, в частности на подводных технических средствах, поскольку достигается уменьшение числа проходов через корпус подводного технического средства при установке гидропривода, а также достигается возможность управления им в случае обесточивания системы управления в аварийных или штатных ситуациях.

Поршневой ступенчатый гидропривод обеспечивает действие каждого гидродвигателя в отдельности как гидродвигателя двухстороннего действия (с силовым выдвижением и убиранием на полный ход), а в целом устройство функционирует как гидропривод комбинированного действия (с силовым выдвижением на полный ход и силовым убиранием на части обратного хода).

Изобретение предназначено для использования в подводном судостроении. В гидроприводе, имеющем два двухполостных гидродвигателя с поршневыми и штоковыми полостями, сообщенными через управляемый гидораспределитель с напорной и сливной линиями, установленными с возможностью прихода в одну фазу в крайних положениях гидропривода, по крайней мере один гидродвигатель укреплен на неподвижном основании с возможностью жесткой связи с другим гидродвигателем. Разноименные полости гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью и образуют две объединенные полости, питаемые только двумя гидролиниями. При этом в выдвинутом положении поршней объединенные полости связаны с напорной линией, а в выдвинутом положении поршня одного гидродвигателя с напорной линией соединена объединенная полость, образованная соответствующей ему поршневой полостью, а другая объединенная полость соединена со сливной линией. Технический результат - уменьшение количества гидролиний, соединяющих гидрораспределители с потребителями, обеспечение работоспособности привода при аварийном обесточивании. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Поршневой ступенчатый гидропривод, включающий в качестве ступеней два поршневых гидродвигателя двустороннего действия, имеющих каждый поршневую и штоковую полости, а также управляемый гидрораспределитель, которым полости гидродвигателей сообщены с напорной и сливной линиями, причем гидродвигатели установлены с возможностью прихода в одну фазу в крайних положениях гидропривода, при этом по крайней мере один из гидродвигателей выполнен с возможностью закрепления на неподвижном элементе, гидродвигатели установлены с возможностью жесткого соединения между собой, а поршневая полость одного и штоковая полость другого гидродвигателя попарно гидравлически связаны с образованием объединенных разноименных полостей, отличающийся тем, что гидравлическая связь полостей гидродвигателей выполнена так, что в фазе выдвинутого положения штоков все полости гидродвигателей связаны с напорной линией, а в фазе выдвинутого положения одного из штоков с напорной линией связаны соответствующие соединенные между собой поршневая и штоковая полости, а остальные соединенные между собой полости связаны со сливной линией, причем управляемый гидрораспределитель соединен гидролиниями с объединенными разноименными полостями. 2. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что гидродвигатели жестко соединены между собой путем крепления обоих к неподвижному элементу.