НАСОСНЫЙ ГИДРОПРИВОД Российский патент 2002 года по МПК F04B1/26 F04B49/00 

Изобретение относится к широко известной отрасли гидроавтоматики и может быть использовано в качестве исполнительного механизма в системах управления различных устройств, используемых в машиностроении.

Известны электрогидравлические насосные гидроприводы, содержащие исполнительный неполноповоротный гидродвигатель, источник гидропитания, содержащий электроприводную насосную станцию, состоящую из электродвигателя и насоса переменной подачи (см., например, книгу Н.С. Гамынина "Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов", изд. Машиностроение, Москва, 1981, стр. 12, рис. 1.5).

Известны, кроме того, аксиально-поршневые насосы с клапанно-щелевым распределением, вращающейся наклонной шайбой, неподвижным блоком цилиндров, регулируемой подачей (см., например, книгу Т.М. Башта "Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем", изд. Машиностроение, Москва, 1974, стр. 409, рис.165).

Наиболее близким по технической сущности является электрогидравлический привод с объемно-дроссельным регулированием (см. книгу Н. С. Гамынина "Гидравлический следящий привод", изд. Машиностроение, Москва, 1968, стр.360 и 361, рис.6.3 и 6.4), содержащий исполнительный гидродвигатель, золотниковый гидрораспределитель, гидробак закрытого типа и электроприводную насосную станцию с насосом переменной производительности, в корпусе которого размещены плунжеры, взаимодействующие с вращающейся наклонной шайбой, узел уплотнения вала насоса и регулятор производительности.

Хорошо известны достоинства насосных гидроприводов данного класса, основными из которых являются высокое быстродействие, точность отработки управляющего сигнала, простота обслуживания в эксплуатации и др.

Однако известные насосные гидроприводы обладают рядом существенных недостатков.

Одними из существенных недостатков известных насосных гидроприводов являются повышенное энергопотребление, особенно на режимах холостого хода, в условиях пониженных температур окружающей среды, повышенные значения габаритно-массовых характеристик и себестоимости, невысокие ресурс и надежность работы в течение заданного ресурса.

Повышенное энергопотребление известных насосных гидроприводов связано с наличием в насосе, в рабочей жидкости, вращающихся подшипников, потери мощности на которых особенно заметны при высокой частоте вращения (до 16000 об/мин и выше) в условиях пониженной (до мину с 60^oС) температуры рабочей среды.

Повышенные величины габаритно-массовых характеристик известных насосных гидроприводов объясняются повышенными габаритами и массой приводного электродвигателя и насоса из-за повышенного тепловыделения, соединительной муфты, обеспечивающей связь валов электрогидродвигателя и насоса, а также подшипников, на которых установлен вал насоса.

Невысокая надежность известных насосных гидроприводов связана с попаданием в рабочую среду продуктов износа сепараторов подшипников насоса, весьма чувствительных к повышенной частоте вращения, а также с потерей герметичности по валу насоса из-за неизбежной, в условиях промышленного производства, несоосности валов электродвигателя и насоса.

Невысокая стабильность статических и динамических характеристик объясняется непостоянством потерь мощности во всем эксплуатационном (±60^oС) диапазоне температур окружающей среды, связанных с непостоянством частоты вращения вала электродвигателя.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно снижение энергопотребления, габаритов, массы, себестоимости производства, повышение ресурса и надежности работы, стабильности статических и динамических характеристик насосного гидропривода в широком (±60^oС) диапазоне температур окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом насосном гидроприводе, содержащем в общем корпусе связанные гидролиниями напора, управления, слива исполнительный гидродвигатель, золотниковый гидрораспределитель, гидробак закрытого типа и электроприводную насосную станцию с насосом переменной производительности, в корпусе которого размещены плунжеры, взаимодействующие с вращающейся наклонной шайбой, узел уплотнения вала насоса и регулятор производительности, сам корпус насоса со стороны наклонной шайбы снабжен посадочным пояском, с помощью которого насос сцентрирован и жестко закреплен в корпусе электрогидродвигателя, наклонная шайба установлена непосредственно на валу электродвигателя, а узел уплотнения вала насоса установлен между наклонной шайбой и передней опорой вала электродвигателя.

Поиск, проведенный по техническим источникам информации, показал, что заявляемое техническое решение не известно, т.е. оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Поскольку заявляемое техническое решение осуществляется из известных составных частей, то оно соответствует условию "промышленная применяемость".

А так как в результате неочевидным образом реализуется поставленная задача, то заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где представлена общая схема насосного гидропривода.

Насосный гидропривод содержит исполнительные гидродвигатели 1, золотниковые гидрораспределители 2, управляемые электромеханическими преобразователями 3, приводной электродвигатель 5, на валу 6 которого установлена наклонная шайба 7. В корпусе насоса 8, сцентрированном с помощью посадочного пояска 15 и жестко закрепленном в электродвигателе 5, размещены плунжеры 9, регулятор производительности 10, подпружиненный пружиной 11, и обратные клапаны 12. Вал 6 электродвигателя установлен на опорах 13, а узел уплотнения 14 расположен между наклонной шайбой 7 и передней опорой 13 вала электродвигателя, гидробак закрытого типа 4 снабжен устройством температурной компенсации расширения рабочей среды, состоящим из сильфона 23 с расположенным в нем пружинным узлом, содержащим в предварительно поджатом состоянии пружину 24, размещенную между двумя упорами 25 и 26. При этом упор 25 подвижно установлен на упоре 26, который, в свою очередь, подвижно установлен на приливе 27, внутри которого расположен плунжер 28, камера управления 29 которого связана гидролинией с напорной гидролинией насоса. Для предохранения гидропривода от перегрузок использован предохранительный клапан 30, для предохранения гидропривода от засорения использован фильтр 31, для заправки гидропривода рабочей средой использован штуцер 32.

При подаче напряжения на клеммы электродвигателя 5 и отсутствии сигнала управления в преобразователях 3 под воздействием вращающейся вместе с валом 6 наклонной шайбы 7 плунжеры 9 насоса совершают возвратно-поступательное перемещение, но золотниковые гидрораспределители 2 находятся в среднем положении, перекрывая гидролинию всасывания насоса 16 и 17, обеспечивая тем самым его работу в режиме нулевой подачи без противодавления, что создает благоприятные условия пуска гидропривода во всем эксплуатационном диапазоне температур окружающей среды, при этом благодаря наличию дросселей 33 обеспечивается, при последующей работе гидропривода, некоторый рост давления в напорной гидролинии 18, достаточный для перемещения плунжера 28 до соприкосновения с дном сильфона 23, что позволяет благодаря наличию поджатой пружины 24 обеспечить повышенную величину давления в гидробаке 4, необходимую для обеспечения заданных характеристик гидропривода.

Команда, поступающая в преобразователи 3 в виде электрических сигналов, преобразуется в перемещение золотников 2, обеспечивая соединение гидробака 4 с гидролинией всасывания насоса 16, одной из полостей гидродвигателя (например, 19) с гидролинией напора 18, а другой полости гидродвигателя 20 с гидробаком 4. В зависимости от величины и знака управляющего сигнала меняются скорость поворота и направление перемещения выходного звена гидродвигателя.

При отсутствии напряжения на клеммах электродвигателя, в условиях длительного хранения гидропривода, сильфон 23 отслеживает весь диапазон изменений объема рабочей среды в гидробаке, связанный с суточным и сезонным колебанием температуры окружающей среды, не вступая в механический контакт с пружиной 24, т.к. рабочее давление в камере управления 29 отсутствует. При этом давление в гидробаке 4 практически сохраняется равным атмосферному, что создает благоприятные условия для последующего пуска электродвигателя, а перепад давления между гидробаком и атмосферой практически отсутствует, обеспечивая тем самым повышенную надежность хранения,
Многочисленные исследования насосных гидроприводов, выполненных в соответствии с предлагаемой принципиальной схемой, полностью подтвердили их преимущества по сравнению с известными.

Насосный гидропривод может быть использован в качестве исполнительного механизма в системах управления различных устройств, используемых в машиностроении. Содержит неполноповоротные исполнительные гидродвигатели, золотниковые гидрораспределители, управляемые электромеханическими преобразователями прямого действия. Гидробак закрытого типа снабжен устройством температурной компенсации расширения рабочей среды. Он состоит из сильфона и пружинного узла, управляемого толкателем, камера управления которого соединена с напорной гидролинией. Электроприводная насосная станция содержит насос регулируемой подачи, вращающаяся наклонная шайба которого установлена непосредственно на валу электродвигателя. Неподвижный корпус насоса сцентрирован и жестко закреплен в корпусе электродвигателя. Узел уплотнения насоса расположен между наклонной шайбой и передней опорой вала электродвигателя. Снижается энергопотребление, уменьшаются габариты и масса гидропривода, повышается ресурс. Стабилизируются статические и динамические характеристики в широком (до ±60^oС) диапазоне температур окружающей среды. 1 ил.

Насосный гидропривод, содержащий расположенные в общем корпусе и связанные между собой гидролиниями напора, слива и управления двухполостные исполнительные гидродвигатели неполноповоротного типа, электрогидравлические усилители, состоящие из электромеханических преобразователей и золотниковых гидрораспределителей, приводного электродвигателя, в корпусе которого расположен на опорах выходной вал, аксиально - плунжерный насос регулируемой производительности с клапанно-щелевым распределением, в неподвижном блоке цилиндров которого размещены плунжеры, взаимодействующие с вращающейся наклонной шайбой, и узел уплотнения вала насоса, гидробак закрытого типа, снабженный устройством компенсации температурных изменений объема рабочей среды, находящейся в гидробаке, отличающийся тем, что блок цилиндров со стороны наклонной шайбы снабжен посадочным пояском, с помощью которого насос сцентрирован и жестко закреплен в корпусе электрогидродвигателя, наклонная шайба установлена непосредственно на выходном валу электродвигателя, при этом узел уплотнения вала насоса расположен между наклонной шайбой и передней опорой вала электродвигателя.