ГИДРОПРИВОД ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2003 года по МПК F15B11/20 

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов, в частности к гидроприводам, составленным ступенями двустороннего действия, и может быть широко использовано в промышленности.

Известны три схемы регулирования скорости перемещения поршня силового гидроцилиндра за счет изменения расхода поступающей в гидроцилиндр жидкости с помощью дросселя, устанавливаемого в гидросистему: с установкой дросселя на напорной линии насоса - на входе; с установкой дросселя на сливной линии - на выходе; с установкой дросселя на линии, параллельной гидроцилиндру. Такое регулирование получило название дроссельного регулирования - простого, дешевого, надежного и жесткого, что предопределило его широкое применение в гидроприводах машин /В.И. Погорелов. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Учеб.пособие. Л., Изд-во ЛГУ, 1979, с.85, 87-91, рис.51-а,б,в/. Здесь дроссель представляет собой местное регулируемое или нерегулируемое сопротивление, устанавливаемое на пути течения жидкости с целью ограничения ее расхода /Т. М. Башта. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М., Машиностроение, 1971, с.396/.

Известные схемы дроссельного регулирования не позволяют независимо регулировать скорости в любую сторону каждого из поршней в отдельности при использовании группы силовых гидроцилиндров с одновременным дифференциальным включением.

Известны гидросистемы с дросселем, подключенным на входе, и с дросселем, встроенным на сливной магистрали, которые при дифференциальном подключении каждого из силовых гидроцилиндров в отдельности обеспечивают получение нескольких скоростей /Л. И. Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, Техника. 1971, с.59, 60, рис.27-а,б/.

Известные гидросистемы с дросселями не позволяют независимо регулировать скорости в любую сторону каждого из поршней в отдельности при использовании группы силовых гидроцилиндров с одновременным дифференциальным включением.

Известен ступенчатый гидропривод двустороннего действия, имеющий два двухплостных гидродвигателя с поршневыми и штоковыми полостями, сообщаемыми через управляемый гидрораспределитель с напорной и сливной линиями, при этом разноименные полости гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью и образуют две объединенные полости, каждая в виде сообщающихся объемов, питаемые только двумя гидролиниями, причем гидродвигатели установлены с возможностью жесткого соединения между собой, а также с возможностью прихода в противоположные фазы в крайних положениях ступенчатого привода, кроме того, 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 /патент РФ 2152899, приоритет 27.04.1999, публ. 20.07.2000/. У известного ступенчатого гидропривода двустороннего действия противоположными фазами в положении гидродвигателей являются "полностью выдвинутый поршень" и "полностью убранный поршень".

Известный ступенчатый гидропривод двустороннего действия содержит группу силовых гидроцилиндров с одновременным дифференциальным включением, но не имеет элементов для независимого (без взаимовлияния) регулирования скоростей каждого из поршней в отдельности в любую сторону.

Известный ступенчатый гидропривод двустороннего действия выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого устройства.

Задача изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик устройства.

Задача решена тем, что известный гидропривод поступательного движения двустороннего действия, включающий в качестве ступеней два двухполостных гидродвигателя с разноименными и неравновеликими по объему полостями каждый, которые жестко связаны между собой и сообщены связью, соединяющей входы в один из гидродвигателей по незамкнутому контуру через управляемый гидрораспределитель с напорной линией, при этом разноименные полости из числа неравновеликих полостей гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью с образованием полостей в виде сообщающихся объемов с возможностью подключения каждой полости к напорной или сливной линиям и с одновременным обеспечением максимальной и минимальной величин объемов одноименных полостей из числа неравновеликих полостей гидродвигателей в крайних положениях гидропривода, отличающийся тем, что он снабжен двумя дросселями, имеющими каждый обратный клапан, которые установлены в противофазе по направлению дросселирования или свободного прохода противопотоков жидкости из разных гидродвигателей, в упомянутой связи на напорной гидролинии между входами в один из гидродвигателей.

Кроме того, гидропривод дополнительно снабжен двумя дросселями, которые установлены на сливных гидролиниях управляемого гидрораспределителя.

Кроме того, в качестве гидродвигателей выбраны гидроцилиндры с односторонним штоком и гидроцилиндры с двусторонним штоком, имеющим различные диаметры по разные стороны от поршня, у которых разноименные полости из числа неравновеликих полостей попарно соединены гидравлической связью с образованием полостей в виде сообщающихся объемов и с одновременным обеспечением максимальной и минимальной величины объемов одноименных полостей из числа неравновеликих полостей гидроцилиндров в крайних положениях гидропривода, при этом гидроцилиндры жестко связаны между собой.

Технический результат изобретения состоит в обеспечении возможности независимого регулирования скоростей каждого из рабочих звеньев (поршней) в отдельности без взаимовлияния друг на друга при использовании группы гидродвигателей поступательного движения двустороннего действия с одновременным дифференциальным включением.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены: фиг. 1 - схема заявляемого устройства, включающего два гидродвигателя поступательного движения с односторонним штоком каждый в исходном (убранном) положении; фиг. 2 - схема заявляемого устройства, включающая два гидродвигателя поступательного движения - один с односторонним штоком, а второй - с двусторонним штоком, в исходном (убранном) положении; фиг.3 - схема заявляемого устройства, включающего два гидродвигателя поступательного движения с двусторонним штоком каждый, в исходном (убранном) положении.

Гидропривод поступательного движения двустороннего действия (фиг.1) содержит источник давления 1, питающий гидролинии, управляемый распределитель 2 в виде блока двухпозиционных распределителей 3 и 4, двухполостные поршневые гидродвигатели двустороннего действия - ступени 5 и 6. Гидродвигатель 5 является гидроцилиндром и содержит поршень 7 со штоком 8, образующими в корпусе этого гидроцилиндра поршневую полость 9 и штоковую полость 10, соответственно большую (9) и меньшую (10) по величине объема. Аналогичным образом выполнен и гидродвигатель 6, который также является гидроцилиндром и имеет поршень 11 со штоком 12, которые образуют в корпусе (цилиндре) этого гидроцилиндра поршневую полость 13 и штоковую полость 14, соответственно большую (13) и меньшую (14 по величине объема. Гидропривод содержит также дроссели 15, 16 с обратным клапаном каждый и дроссели 17, 18, причем дроссели могут быть как с постоянным, так и с переменным дросселированием. Источник давления 1 связан со сливным баком 19 линией 20 и напорными линиями 21 (магистральная), 22, 23 - с дросселями (с обратным клапаном) 15, 16, которые в свою очередь линиями 24, 25 связаны с двухпозиционными распределителями 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, которые линиями 26 и 27 соединены со штоковой 10 и поршневой 9 полостями гидродвигателя 5, которые посредством гидролиний 28 и 29 (гидравлически) соединены с полостями гидродвигателя 6 перекрестно, т. е. поршневая 9 - со штоковой полостью 14, а штоковая 10 - с поршневой полостью 13, т.е. разноименные, из неравновеликих по объему полостей гидродвигателей 5 и 6 попарно соединены гидравлической связью и образуют две объединенные полости, каждая в виде сообщающихся объемов - (9-28-14) и (10-29-13). Одноименные полости характеризуются тем, что в конкретной фазе положения соответствующего гидродвигателя, когда гидропривод занимает крайнее положение, их объемы имеют сравнительно большую и сравнительно меньшую величину. Сливными линиями 30 и 31 двухпозиционные распределители 3 и 4 гидрораспределителя 2 соединены с дросселями 17, 18, которые в свою очередь сливными линиями 32, 33, объединенными в магистраль 34, соединены со сливным баком 19. Гидродвигатель 5 жестко укреплен на неподвижном основании (на фиг.1 - посредством штока 8).

В качестве двухпозиционных гидрораспределителей 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 таким образом, что в исходном положении поршень 7 гидродвигателя 5 находится в положении "Убран", а поршень 11 гидродвигателя 6 находится в положении "Выдвинут", т.е. крайние положения исполнительных органов противоположны по фазе. При этом величины объемов разноименных полостей 10 и 13 максимальны, а разноименных полостей 14 и 9 - минимальны. Дроссели 15, 16 с обратным клапаном каждый установлены в противофазе на связи, соединяющей входы в гидродвигатель 5 и выполненной в виде незамкнутого контура из напорных гидролиний 26, 24, 22, 23, 25, 27, проходящих через двухпозиционные распределители 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, что может быть представлено как законченная связь 26-38-24-15-22-23-16-25-39-27. Противоположными фазами в положении дросселей с обратным клапаном являются "свободный проход потока в одном направлении" и "дросселирование потока в другом направлении".

Существенным для заявляемого гидропривода (фиг.1) является жесткая связь 35 корпусов обеих ступеней ("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. корпуса обездвижены, а штоки обоих гидродвигателей подвижны.

Варианты исполнения возможных креплений связью 35 в "пакет" обоих ступеней: корпус - корпус, шток - шток, корпус - шток, шток - корпус (для всех разновидностей гидродвигателей). Варианты исполнения возможных креплений пакета к неподвижному элементу - штоком или корпусом одного (любого) из гидродвигателей или связью 35 (для всех разновидностей гидродвигателей).

Работа гидропривода определяется схемой подключения полостей гидродвигателей к определенным линиям - напорным или сливным - посредством установки позиций управляемого распределителя 2, а именно "Слив" (36, 37) и "Напор" (38 и 39).

Частный случай выполнения заявляемого устройства /см. патент РФ 2171774, приор. 30.08.99, публ. 10.08.2001/, представленный на фиг.2, отличается от схемы фиг. 1 тем, что гидродвигатель 6 поступательного движения с односторонним штоком 12 заменен на гидродвигатель 40 поступательного движения с двусторонним штоком 41, имеющим части разных диаметров по разные стороны от поршня 11 и образующим в корпусе гидроцилиндра две неравные по объему полости - большую 13 и меньшую 14. Крепление в "пакет" обеспечивается связью 35: корпус гидродвигателя 5 - двусторонний шток 41 гидродвигателя 40. Выходным подвижным звеном гидродвигателя 40 является его корпус (цилиндр).

Другой частный случай выполнения заявляемого устройства, представленный на фиг. 3, отличается от схемы фиг.1 тем, что гидродвигатели 5, 6 поступательного движения с односторонними штоками 8, 12 заменены на гидродвигатели 42, 40 поступательного движения с двусторонними штоками 43, 41, имеющими части разных диаметров каждый по разные стороны от поршней 7, 11 и образующие в каждом их корпусов гидроцилиндров 42, 40 две неравные по объему полости - большую 9 (13) и меньшую 10 (14). Крепление в "пакет" обеспечивается связью 35: корпус гидродвигателя 42 - двусторонний шток 41 гидродвигателя 40. Выходным подвижным звеном гидродвигателя 40 является его корпус (цилиндр).

Гидропривод работает следующим образом. Рабочая жидкость подается источником давления 1 (фиг. 1) по линиям 21, 22, 23 к дросселям (с обратным клапаном) 15, 16, далее по линиям 24, 25 к двухплунжерным распределителям 3 и 4, плунжеры которых установлены в положение 38 и 39, открывающим линии 26 и 27, в результате чего рабочая жидкость подается в полости 9 и 10 гидродвигателя 5 под напором, а также в полости 13 и 14 гидродвигателя 6 за счет гидравлической связи по линиям 28, 29 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 полною выдвижения корпуса первой ступени 5 относительно поршня 7, что сопровождается вытеснением жидкости из полости 10 в полость 9 по линии 26 через позицию 28 распределителя 3, по линии 24, дросселированием противопотока в дросселе 15, вытеснением по линиям 22, 23, свободным проходом противопотока через дроссель 16, вытеснением по линии 25, через позицию 39 распределителя 4, по линии 27, т.е. вытеснением жидкости из штоковой полости 10 гидродвигателя 5 по элементам, обеспечивающим течение жидкости в направлении противотока, при этом поршень 11 со штоком 12 второй ступени неподвижны.

Следует отметить, что через дроссель 15 дросселируется жидкость в количестве, определяемом величиной объема полости 10, при этом свободно проходит через дроссель 16 жидкость в количестве, определяемом величиной объема полости 9, причем количество жидкости, потребляемое от источника давления 1, определяется разностью величин объемов полостей 9 и 10.

Такая схема подключения позволяет также поршню 11 со штоком 12 гидродвигателя 6 опускаться из крайнего верхнего положения гидропривода. При этом из штоковой полости 14 вытесняется жидкость в поршневую полость 13 по линии 28, полость 9 по линии 27, через позицию 39 распределителя 4, по линии 25 дросселируется как противопоток в дросселе 16, вытесняется по линиям 23, 22, свободно проходит через дроссель 15, вытесняется по линии 24, через позицию 38 распределителя 3, по линии 26, полость 10, по линии 29, т.е. жидкость вытесняется из штоковой полости 14 гидродвигателя 6 по элементам устройства, обеспечивающим течение жидкости в направлении другого противотока. Корпус гидродвигателя 5 при этом стоит на месте.

Следует отметить, что через дроссель 16 дросселируется жидкость в количестве, определяемом величиной объема полости 14, при этом свободно проходит через дроссель 15 жидкость в количестве, определяемом величиной объема полости 13, причем количество жидкости, потребляемое от источника давления 1, определяется разностью величин объемов полостей 13 и 14.

При обеспечении упомянутой выше "противоположности фаз" в установке дросселей 15 и 16 с обратным клапаном каждый, эти дроссели работоспособны на связи 26-38-24-15-22-23-16-25-39-27, соединяющей входы в гидродвигатель 5 по незамкнутому контуру, с учетом конкретного объема жидкости, проходящей через дроссели 15, 16 в направлении течения разнонаправленных противопотоков от разных гидродвигателей - 5 и 6.

В рассмотренном выше "среднем" положении гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в одной фазе, т.е. поршни одновременно выставлены в выдвинутое положение. Таким образом, у гидродвигателей 5 и 6 величины объемов одних одноименных полостей максимальны, а других одноименных полостей минимальны.

При установлении двухпозиционных распределителей 3 и 4 в положения 36 и 39 их плунжеров рабочая жидкость подается источником давления 1 по линиям 21, 23, свободно через дроссель 16, линии 25, через позицию 39 двухпозиционного распределителя 4, по линии 27 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5 и одновременно по линии 28 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, а также в случае жесткой связи двух корпусов гидродвигателей приводит к перемещению поршня 11 в корпусе 6 из исходного выдвинутого его положения, в крайнее верхнее для всего гидропривода, при котором поршень 11 со штоком 12 будут полностью убраны в корпус гидродвигателя 6. При опускании поршня 7 и подъеме поршня 11 под напором жидкости в поршневой полости 9 и штоковой полости 14 происходит вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 10 и поршневой полости 13 по линиям 29, 26 через позицию 36 двухпозиционного распределителя 3, по линии 30, далее жидкость дросселируется в дросселе 17 и сливается в бак 19 по линиям 32, 34.

Такая схема подключения позволяет также переходить в крайнее верхнее положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при этом поршень 11 гидродвигателя 6 может перемещаться из нижнего в верхнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 5 неподвижен. При этом рабочая жидкость подается источником давления 1 по связи 21-23 - свободно через дроссель 16 - далее через 25-39-27-9-28 - в штоковую полость 14. Слив рабочей жидкости происходит по связи 13-29-10-26-36-30 - дросселирование в дросселе 17 - далее по 32-34 в бак 19.

Таким образом, реализована работа первой и второй ступеней исполнительного механизма, например, для перемещения груза на длину, равную сумме длин ходов поршней обеих ступеней. При этом поршни ступеней гидропривода заняли относительно противоположные фазы положения - один полностью выдвинут (1-я ступень, поршень 7), а другой - полностью убран (2-я ступень, поршень 11), причем у гидродвигателей 5 и 6 величина объема одной из одноименных полостей максимальна, а другой - минимальна, а величины объемов разноименных полостей 9, 14 - максимальны, 10, 13 - минимальны.

Для опускания исполнительного механизма из крайнего верхнего положения гидропривода плунжеры двухпозиционных распределителей 3 и 4 устанавливают в положения 38 и 37, при этом линия напора соединена с распределителем 3, а линия слива - с распределителем 4. В результате рабочая жидкость под напором поступает от источника давления 1 по линиям 21, 22, свободно проходит через дроссель 15, по линии 24, через позицию 38 распределителя 3, по линии 26 в штоковую полость 10 гидродвигателя 5 и далее по линии 29 в поршневую полость 13 гидродвигателя 6. Давление рабочей жидкости на поршень 11 вызывает выдвижение штока 12, вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 14 гидродвигателя 6 через гидравлически соединенную с ней поршневую полость 9 гидродвигателя 5, по окончании которого шток 12 с поршнем 11 оказываются в крайнем выдвинутом положении для корпуса гидродвигателя 6. Одновременно давление рабочей жидкости вызывает опускание корпуса гидродвигателя 5, вытеснение и слив рабочей жидкости из поршневой полости 9 гидродвигателя 5, по окончании которого шток 8 с поршнем 7 оказываются в крайнем убранном положении для корпуса гидродвигателя 5. Здесь слив рабочей жидкости происходит по связи 14-28-9-27-37-31 - дросселирование в дросселе 18 - далее по 33-34 - в бак 19.

Эта схема подключения также позволяет переходить в убранное положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при этом корпус гидродвигателя 5 может перемещаться из верхнего в нижнее положение своей ступени, а поршень 11 гидродвигателя 6 неподвижен. Здесь рабочая жидкость нагнетается источником давления 1 по связи 21-22 - свободно через дроссель 15-24-38-26-10. Слив рабочей жидкости происходит по связи 9-27-37-31 - дросселирование в дросселе 18-33-34 - в бак 19.

Для обеспечения пассивного функционирования гидропривода двухпозиционные гидрораспределители устанавливают плунжерами в позиции 36 и 37, при которых они оба подключены линиями слива к гидродвигателям. При этом излишки рабочей жидкости, находившиеся в гидравлически объединенных штоковой полости 14 гидродвигателя 6 и поршневой полости 9 гидродвигателя 5, поступают в сливной бак 19 (14-28-9-27-37-31 - дросселирование в дросселе 18-33-34-19), а оставшаяся жидкость перетекает в полости 10, 13 гидродвигателей 5 и 6 (14-28-9-27-37-31 - дросселирование в дросселе 18-33-32 - дросселирование в дросселе 17-30-36-26-10-29-32). В этом случае рабочая жидкость на пути течения дросселируется в дросселе 18 при ее вытеснении и в дросселе 17 при ее подсосе. Такая схема подключения позволяет ступеням гидропривода опускаться под действием собственного веса из любого положения, которое предоставляет такую возможность.

В частных случаях выполнения устройства (фиг.2, 3) работа ступеней и подвод гидравлики в этих случаях идентичны рассмотренному выше с учетом конкретного исполнения гидродвигателей и их креплений в "пакет" и не требует дополнительных пояснений.

Таким образом, гидропривод поступательного движения двустороннего действия обеспечивает возможность независимого регулирования скоростей с помощью дросселей каждого из рабочих звеньев (поршней) в отдельности без взаимовлияния друг на друга при использовании группы гидродвигателей поступательного движения двухстороннего действия с одновременным дифференциальным включением. При этом могут использоваться режимы с четко определенным поочередным перемещением ступеней, исключающие одновременное включение выдвижения или убирания обеих ступеней.

Заявляемая конструкция гидропривода может быть наиболее эффективной в применении к подводным техническим средствам, поскольку обеспечивает размещение элементов управления и регулирования скоростей перемещения рабочих элементов гидродвигателей в отдельном изолированном помещении ("за стенкой"), исключающем возможные внешние воздействия на них и обеспечивающем доступ человека для их обслуживания.

Гидропривод предназначен для обеспечения поступательного движения двустороннего действия группы гидродвигателей. Гидропривод включает в качестве ступеней два двухполостных гидродвигателя с разноименными и неравновеликими по объему полостями каждый, которые жестко связаны между собой и сообщены связью, соединяющей входы в один из гидродвигателей по незамкнутому контуру через управляемый гидрораспределитель с напорной линией, при этом разноименные полости из числа неравновеликих полостей гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью с образованием полостей в виде сообщающихся объемов с возможностью подключения каждой полости к напорной или сливной линиям и с одновременным обеспечением максимальной и минимальной величин объемов одноименных полостей из числа неравновеликих полостей гидродвигателей в крайних положениях гидропривода, при этом он снабжен двумя дросселями, имеющими каждый обратный клапан, которые установлены в противофазе по направлению дросселирования или свободного прохода противопотоков жидкости из разных гидродвигателей, в упомянутой связи на напорной гидролинии между входами в один из гидродвигателей. Технический результат - обеспечение возможности независимого регулирования скорости каждого гидродвигателя. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Гидропривод поступательного движения двустороннего действия, включающий в качестве ступеней два двухполостных гидродвигателя с разноименными и неравновеликими по объему полостями каждый, которые жестко связаны между собой и сообщены связью, соединяющей входы в один из гидродвигателей по незамкнутому контуру через управляемый гидрораспределитель с напорной линией, при этом разноименные полости из числа неравновеликих полостей гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью с образованием полостей в виде сообщающихся объемов с возможностью подключения каждой полости к напорной или сливной линиям и с одновременным обеспечением максимальной и минимальной величин объемов одноименных полостей из числа неравновеликих полостей гидродвигателей в крайних положениях гидропривода, отличающийся тем, что он снабжен двумя дросселями, имеющими каждый обратный клапан, которые установлены в противофазе по направлению дросселирования или свободного прохода противопотоков жидкости из разных гидродвигателей, в упомянутой связи на напорной гидролинии между входами в один из гидродвигателей. 2. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя дросселями, которые установлены на сливных гидролиниях управляемого гидрораспределителя. 3. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидродвигателей выбраны гидроцилиндры с односторонним штоком и гидроцилиндры с двусторонним штоком, имеющим различные диаметры по разные стороны от поршня, у которых разноименные полости из числа неравновеликих полостей попарно соединены гидравлической связью с образованием полостей в виде сообщающихся объемов и с одновременным обеспечением максимальной и минимальной величин объемов одноименных полостей из числа неравновеликих полостей гидроцилиндров в крайних положениях гидропривода, при этом гидроцилиндры жестко связаны между собой.