АВТОНОМНЫЙ ГИДРОПРИВОД Российский патент 2003 года по МПК F16H39/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано, например, в системах управления транспортных средств, дорожно-строительной технике, в авиа- и ракетостроении, судостроении, лесоперерабатывающей, угольной и газовой промышленности.

Известен регулируемый радиально-поршневой насос для питания гидросистем, содержащий вспомогательный насос подпитки низкого давления (книга Т.М. Башта. Расчеты и конструкция самолетных гидравлических устройств. М., Оборонгиз. 1964 г. С.94...98, фиг.44). Для разгрузки основного насоса по давлению и управления производительностью перед полостью всасывания установлен плунжерный клапан, управляющий поршень которого соединен с напорной гидролинией, отсекая или соединяя ее с гидробаком. При перекрытой клапаном всасывающей гидролинии подпитка основного насоса осуществляется в обход клапана через дроссель. Часть жидкости, подаваемой вспомогательным насосом подпитки через дроссель постоянно сливается в бак для обеспечения необходимого теплообмена в гидросистеме.

К недостаткам этого устройства можно отнести существенные потери мощности на обеспечение теплообмена, а также отсутствие возможности получения двух независимых выходных потоков гидрожидкости из-за последовательной установки вспомогательного и основного насосов, необходимость установки в гидросистему гидробака большой емкости для эффективного теплоотвода и питания насосов охлажденной жидкостью.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является принятый в качестве прототипа следящий гидропривод, состоящий из блока гидродвигателей и блока-источника гидропитания, соединенных межблочными гидролиниями (книга: Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов, под ред. Н.С. Гамынина. М., Машиностроение, 1981 г., с.8...12, рис.1.1, 1.4, 1.5). Гидропривод содержит в блоке источника гидропитания насос, гидробак, газогидравлический аккумулятор, переливной клапан и кондиционер-охладитель рабочей жидкости.

Недостатками известного следящего гидропривода являются:
- неэффективный теплообмен между его блоками, особенно при стоянке выходного звена гидродвигателя,
- необходимость в кондиционере-охладителе рабочей жидкости и гидробаке большого объема,
- значительные потери энергии и завышенная, в связи с этим, мощность приводного двигателя насоса,
- нестабильность частоты вращения приводного вала насоса при работе гидропривода под нагрузкой и без нагрузки.

Указанные недостатки ограничивают возможности применения этого следящего гидропривода на транспортных средствах и других объектах машиностроения различного назначения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности теплообмена между составными частями автономного гидропривода, уменьшение энергопотерь, уменьшение размеров и массы составных частей и гидропривода в целом, повышение надежности и долговечности работы.

Поставленная задача решается тем, что в автономном гидроприводе, состоящем из блоков гидродвигателей и источников гидропитания, объединенных через коллектор, содержащем в блоке гидродвигателей двухкаскадные электрогидравлические усилители типа сопло-заслонка, гидроцилиндры с поворотными выходными звеньями, взаимодействующими с гидромеханическими устройствами стопорения, а в блоке гидропитания поршневой газогидравлический аккумулятор с нагнетательной и компенсационной гидравлическими полостями, спаренные насосы высокого и низкого давления с общим приводным валом, размещенным в картерных полостях насосов, клапаном управления производительностью, а также клапаном разгрузки по давлению и по производительности в гидролинии напора насоса высокого давления, электромагнитный клапан кольцевания гидролинии напора насоса высокого давления, обратные клапаны в гидролиниях напора насосов высокого и низкого давления, выходы обратных клапанов соединены с нагнетательной полостью газогидравлического аккумулятора и, через коллектор, - с гидролинией питания вторых каскадов электрогидравлических усилителей и полостями управления устройств стопорения, бак-гидрокомпенсатор с двухсторонним поршнем, у которого одна из подпоршневых камер соединена с гидролиниями всасывания насосов и компенсационной полостью газогидравлического аккумулятора, а вторая - с выходом насоса низкого давления, соединенным через коллектор с гидролинией питания первых каскадов электрогидравлических усилителей типа сопло-заслонка. При этом в блоке гидродвигателей установлен электромагнитный клапан кольцевания гидролинии напора насоса низкого давления, соединенный через коллектор с гидролинией всасывания насоса низкого давления и первой подпоршневой камерой бака-гидрокомпенсатора, а также датчик давления в гидролинии питания вторых каскадов электрогидравлических усилителей, в газогидравлическом аккумуляторе установлен механический фиксатор поршня в положении, соответствующем заполненному гидрожидкостью состоянию напорной гидравлической полости, а на валу спаренных насосов между их картерными полостями установлено щелевое уплотнение в виде втулки, один конец которой внутренней калиброванной поверхностью взаимодействует с валом, а второй конец укреплен в отверстии картерной полости одного из насосов с возможностью самоцентрирования первого конца относительно поверхности вала. Давление срабатывания клапана разгрузки по давлению насоса высокого давления ниже давления разгрузки этого насоса.

Заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия", так как при анализе патентных материалов и литературы не обнаружено признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа.

На чертеже схематически изображен заявляемый автономный гидропривод.

Автономный гидропривод содержит блок гидродвигателей 1, объединяющий двухкаскадные электрогидравлические усилители 2, со струйным элементом типа "сопло-заслонка" 3 в первом каскаде и золотниковым гидрораспределителем 4 с центрирующими пружинами, гидроцилиндры 5 плунжерного типа с поворотными выходными звеньями 6 и гидромеханическими устройствами стопорения 7 с камерой управления 8, образующие гидродвигатели 9, а также электромагнитный клапан 10, датчик давления 11, клапан заправки 12 и дренажа 13. Через коллектор 14 блок гидродвигателей 1 соединен с блоком источником гидропитания 15 гидролиниями 16, 17, 18. Блок источник гидропитания 15 содержит спаренные насос высокого давления 19 и насос низкого давления 20 с общим приводным валом 21. На входе (всасывании) насоса 19 установлен клапан управления производительностью 22. Гидролиния управления клапаном 22 соединена с выходной (напорной) гидролинией насоса 19 через стабилизирующий дроссель 23. На выходе насоса 19 установлен гидроклапан разгрузки по производительности 24, линия управления которым соединена с выходом насоса низкого давления 20. Гидроклапан 24 гидролинией 25 соединяется через клапан 22 с входной гидролинией (гидролинией всасывания) насоса 19 и гидролинией 26 со входом насоса 20. В гидроклапане 24 выполнен канал 27 кольцевания выходной гидролинии насоса 19 с гидролинией 26, а также дроссель 28 подпитки насоса 19. Картерные полости насосов 19 и 20 соответственно соединены гидролиниями 29 и 30 со входами этих насосов. На валу 21 между картерными полостями насосов 19 и 20 установлено щелевое уплотнение в виде втулки 31, один конец которой внутренней калиброванной поверхностью 32 взаимодействует с валом 21, а второй конец укреплен в отверстии 33 картерной полости. На выходных (напорных) гидролиниях насосов 19 и 20 имеются соответственно предохранительные клапаны 34 и 35 разгрузки насосов по давлению и гидравлические фильтры 36 и 37, а также электромагнитный клапан 38 кольцевания гидролинии напора насоса 19. Блок источник гидропитания 15 содержит также газогидравлический поршневой аккумулятор 39 с напорной 40 и компенсационной 41 гидравлическими полостями. В газовой полости 42 аккумулятора 39 имеется механический фиксатор 43 крайнего положения его поршня. На противоположном конце аккумулятора 39 установлен электромагнитный сигнализатор - геркон 44 крайнего положения поршня. Выходные гидролинии насосов 19 и 20 соответственно через обратный клапан 45 с дросселем 46 и обратный клапан 47, а напорная полость 40 аккумулятора 39 непосредственно соединены гидролинией 17 коллектора 14 с блоком гидродвигателей 1, с которым также гидролинией 18 соединен выход насоса 20. Выходная (напорная) гидролиния насоса 20 также соединена с подпоршневой полостью 48 гидрокомпенсатора 49, противоположная полость которого 50 является баком и соединяется гидролиниями с полостью 41 газогидравлического аккумулятора 39, входом насоса 20, гидроклапаном 24 разгрузки насоса 19, и через гидролинию 16 с блоком гидродвигателей 1.

Работает автономный гидропривод следующим образом.

При пуске приводного вала 21 спаренных насосов 19 и 20 от источника малой мощности, обесточенных электромагнитных клапанах 10 и 38, рабочая жидкость из выходной гидролинии насоса 20, очищенная через фильтр 37, поступает по гидролинии 18 коллектора 14 в блок гидродвигателей 1. В блоке гидродвигателей 1 жидкость из гидролинии 18 поступает на входы первых каскадов 3 электрогидроусилителей 2, а также к электромагнитному клапану 10, свободно сливаясь по гидролинии 16 на вход насоса 20. Одновременно через дроссель 28 и канал 27 в клапане 24 рабочая жидкость прокачивается через насос высокого давления 19, обеспечивая в нем смазку и охлаждение трущихся поверхностей. Щелевое уплотнение 31 на валу 21 ограничивает подсос жидкости на вход насоса 19. Таким образом, насосы 19 и 20 работают в режиме разгрузки, затраты энергии на привод насосов минимизированы, а рабочая жидкость, циркулирующая по гидролиниям в блоках 1 и 15 и коллекторе 14, осуществляет межблочный теплообмен, поддерживая состояние готовности автономного привода даже в неблагоприятных условиях окружающей его среды, например, при отрицательных температурах. Выходные звенья 6 гидродвигателей 9 застопорены устройствами стопорения 7. Давление жидкости в полости 48 гидрокомпенсатора 49, поступающей от насоса 20, минимальное, поэтому производительность насоса 20 и энергопотребление снижены.

При подаче напряжения в электромагнитный клапан 10 свободный слив жидкости через него в гидролинию 16 прекращается, выходная (напорная) гидролиния насоса низкого давления 20 раскольцовывается с баком 50, давление в полости 48 гидрокомпенсатора 49, а также на всасывании насоса 20 и в гидролинии 18 поднимается, обеспечивая запитку первых каскадов 3 электрогидроусилителей 2 и переключение гидроклапана 24 разгрузки насоса 19. Однако насос 19 остается разгруженным по производительности, так как его выходная гидролиния закольцована с баком 50 через электромагнитный клапан 38. Выходные звенья 6 гидродвигателей 9 находятся в застопоренном состоянии под действием пружин в устройствах стопорения 7. Привод вала 21 производится от источника повышенной мощности. Рабочая жидкость от насоса низкого давления 20 через обратный клапан 47 подается в нагнетательную полость 40 газогидравлического аккумулятора 39, поршень которого перемещается вправо до постановки его в крайнем положении на механический фиксатор 43, контакты геркона 44 переключаются, обеспечивая сигнализацию о зарядке гидрожидкостью аккумулятора 39. Одновременно жидкость по гидролинии 17 подается в блок гидродвигателей 1 к датчику давления 11, который сигнализирует о подъеме давления на выходе насоса 20 после установки на упор поршня аккумулятора 39, обеспечивая снятие напряжения с электромагнитного клапана 10 и перевод насосов 19, 20 на работу в режиме разгрузки, как описано выше. При этом сохраняется заряженное жидкостью состояние газогидравлического аккумулятора 39, поршень которого находится установленным на механический фиксатор 43.

Работа автономного гидропривода с перемещением выходных звеньев 6 производится с приводом вала 21 от мощного источника механической энергии. При этом подается напряжение на электромагнитные клапаны 10 и 38, раскольцовываются выходные гидролинии насосов 20 и 19 в полость 42 газогидравлического аккумулятора 39, от внешнего источника подается газ под давлением. Под действием давления на выходе насоса 20 переключается гидроклапан 24 насоса 19, обеспечивая подачу жидкости из полости 48 гидрокомпенсатора 49 к клапану 22 и далее на вход насоса 19. Рабочая жидкость от насоса высокого давления 19 через фильтр 36, обратный клапан 45 и из напорной полости аккумулятора 39 по гидролинии 17 поступает в камеру 8 управления устройствами стопорения 7, расстопаривая выходные звенья 6, а также поступает на вход вторых каскадов электрогидроусилителей 2. Первые каскады 3 запитываются по гидролинии 18 от насоса низкого давления 20. Необходимое поддавливание на входах насосов 19 и 20 обеспечивается путем подачи жидкости от насоса низкого давления в подпоршневую полость 48 гидрокомпенсатора 49. При подаче электросигналов управления в электрогидроусилители 2 гидроцилиндры 5 поворачивают находящиеся под нагрузкой выходные звенья 6, потребляя рабочую жидкость, подаваемую под давлением по гидролинии 17 из полости 40 гидроаккумулятора 39. В зависимости от величины и полярности сигналов управления обеспечивается перемещение выходных звеньев 6 в одну или другую сторону с различной скоростью. Отработанная жидкость по гидролинии 16 возвращается в полость 41 гидроаккумулятора 39. По мере разрядки гидроаккумулятора 39 происходит сход с фиксатора 43 и перемещение его поршня под действием давления газа, подаваемого в полость 42, в сторону геркона 44. Во время стоянки выходных звеньев 6 при нулевых сигналах управления в электрогидроусилителях 2 потребление жидкости гидроцилиндрами 5 прекращается, давление жидкости на выходе насоса 19 и соединенной с ним через обратный клапан 45 полости 40 повышается и поршень гидроаккумулятора 39 перемещается в сторону полости 42, преодолевая нагрузку от давления подведенного в нее газа. Происходит подзарядка гидроаккумулятора 39. В случае выхода на упор поршня гидроаккумулятора 39 и дальнейшего повышения давления на выходе насоса 19 клапан 22 перекрывает подвод жидкости на вход насоса 19 и переводит насос в режим разгрузки по давлению. Нагрузка на приводе вала 21 уменьшается, что создает предпосылку повышения частоты вращения. С целью поддержания стабильности частоты вращения приводного вала 21 предохранительный клапан 34 может быть настроен на давление срабатывания по уровню ниже давления на выходе насоса 19 в режиме разгрузки по давлению. В этом случае утечка жидкости под давлением через клапан 34 стабилизирует загрузку привода вала 21, предотвращая чрезмерное повышение частоты вращения. Повышается надежность и долговечность спаренных насосов 19 и 20. В режиме разгрузки по давлению насоса 19 щелевое уплотнение в виде втулки 31 на валу 21 ограничивает подсос жидкости насосом 19 со входа насоса 20. Взаимодействуя с валом 21 поверхностью калиброванного отверстия 32, втулка 31, за счет возможности поворота другого конца в отверстии 33 картерной полости насоса 20, может быть сцентрирована на валу 21. Благодаря этому может быть повышена работоспособность щелевого уплотнения 31 даже в случае уменьшенного диаметра вала 21, т. е. при увеличенном его прогибе и биении при работе спаренных насосов 19 и 20 под нагрузкой. В случае интенсивной работы автономного гидропривода с перемещением выходных звеньев 6 происходит потребление рабочей жидкости из полости 40 газогидравлического аккумулятора 39, при этом его поршень смещается под действием давления газа в полости 42. В крайнем положении поршня гидроаккумулятора 39 срабатывает геркон 44, обеспечивая сигнализацию о разрядке гидроаккумулятора. Подача газа в полость 42 прекращается, затем обнуляются сигналы управления электрогидроусилителями 2 и снимается напряжение питания с электромагнитных клапанов 10 и 38. Выходные звенья 6 гидродвигателей 9 застопариваются под действием пружин устройств стопорения 7, при этом рабочая жидкость из полости 8 вытесняется по гидролинии 17 через дроссель 46 в полость 50 гидрокомпенсатора 49. После этого цикл работы автономного гидропривода повторяется.

Технический результат данного решения состоит в более эффективном управлении рабочим телом гидросистемы автономного гидропривода, так как улучшается междублочный теплообмен в связи с возможностью прокачки рабочей жидкости по гидролиниям составляющих блоков и коллектора при работе насосов высокого и низкого давления в режиме разгрузки с минимальными затратами энергии от источника малой мощности. Повышается степень готовности автономного гидропривода к основной работе в неблагоприятных условиях при действии на него различных внешних факторов. Особенности конструктивного исполнения автономного гидропривода и его составных частей позволяют уменьшить потери мощности, размеры и массу, повысить надежность работы и долговечность в процессе эксплуатации. Чередование режимов работы обеспечивает возможность длительной непрерывной работы гидропривода без частых пусков и остановок приводного вала. Изложенные выше преимущества позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Исследовательские работы, проведенные с автономными гидроприводами, выполненными в соответствии с предлагаемым техническим решением и работающими при частоте вращения приводного вала спаренных насосов 12000 об/мин и более, давлении в гидросистеме до 250 кгс/см², частоте изменения входных сигналов управления до 40 Гц и выше, полностью подтвердили вышеуказанные преимущества, что позволяет широко использовать заявляемое техническое решение во многих отраслях машиностроения, связанных с гидроавтоматикой.

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для использования в системах управления транспортных средств, дорожно-строительной технике, в авиа- и ракетостроении, судостроении и т.д. Гидропривод состоит из блоков гидродвигателей и источников гидропитания, объединенных через коллектор. В блоке гидродвигателей электромагнитный клапан кольцевания гидролинии напора насоса низкого давления соединен через коллектор с гидролинией всасывания насоса низкого давления. Датчик давления установлен в гидролинии питания вторых каскадов электрогидравлических усилителей. Механический фиксатор поршня установлен в газогидравлическом аккумуляторе в положении, соответствующем заполненному гидрожидкостью состоянию напорной гидравлической полости. На валу спаренных насосов между их картерными полостями установлено щелевое уплотнение в виде втулки, один конец которой внутренней калиброванной поверхностью взаимодействует с валом, а второй конец укреплен в отверстии картерной полости одного из насосов с возможностью самоцентрирования первого конца относительно поверхности вала. Давление срабатывания клапана разгрузки по давлению насоса высокого давления ниже давления разгрузки этого насоса. Технический результат - повышение эффективности теплообмена между составными частями гидропривода. 1 ил.

Автономный гидропривод, состоящий из блоков гидродвигателей и источников гидропитания, объединенных через коллектор, содержащий в блоке гидродвигателей двухкаскадные электрогидравлические усилители типа "сопло - заслонка", гидроцилиндры с поворотными выходными звеньями, взаимодействующими с гидромеханическими устройствами стопорения, в блоке источников гидропитания - поршневой газогидравлический аккумулятор с нагнетательной и компенсационной гидравлическими полостями, спаренные насосы высокого и низкого давления с общим приводным валом, размещенным в картерных полостях насосов, клапаном управления производительностью, а также клапанами разгрузки по давлению и по производительности в гидролинии напора насоса высокого давления, электромагнитный клапан кольцевания гидролинии напора насоса высокого давления, обратные клапаны в гидролиниях напора насосов высокого и низкого давления, выходы обратных клапанов соединены с нагнетательной полостью газогидравлического аккумулятора и через коллектор с гидролинией питания вторых каскадов электрогидравлических усилителей и с полостями управления устройств стопорения, бак-гидрокомпенсатор с двусторонним поршнем, у которого одна из подпоршневых камер соединена с гидролиниями всасывания насосов и компенсационной полостью газогидравлического аккумулятора, а вторая - с выходом насоса низкого давления, соединенным через коллектор с гидролинией питания первых каскадов электрогидравлических усилителей типа "сопло - заслонка" отличающийся тем, что в блоке гидродвигателей установлен электромагнитный клапан кольцевания гидролинии напора насоса низкого давления, соединенный через коллектор с гидролинией всасывания насоса низкого давления и первой подпоршневой полостью бака-гидрокомпенсатора, а также датчик давления в гидролинии питания вторых каскадов электрогидравлических усилителей, в газогидравлическом аккумуляторе установлен механический фиксатор в положении, соответствующем заполненному гидрожидкостью состоянию напорной гидравлической полости, а на валу спаренных насосов между их картерными полостями установлено щелевое уплотнение в виде втулки, один конец которой внутренней калиброванной поверхностью взаимодействует с валом, а второй конец укреплен в отверстии картерной полости одного из насосов с возможностью самоцентрирования первого конца относительно поверхности вала.