ОБЪЕМНО-ЗАМКНУТЫЙ ГИДРОПРИВОД Российский патент 2008 года по МПК F16H39/02 F16H61/42 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидроприводах, содержащих гидродвигатель, регулируемый поршневой насос и систему подпитки рабочих полостей гидропривода.

Известен гидропривод [1], содержащий регулируемый насос и гидродвигатель. Вспомогательный насос обеспечивает питание рабочей жидкостью механизм управления регулируемого насоса и создает необходимое давление подпитки в рабочих камерах гидромашин. К напорной линии вспомогательного насоса подключен предохранительный клапан, который ограничивает давление в ней. К гидролиниям между регулируемым насосом и гидродвигателем для восполнения утечек рабочей жидкости подключены выходы двух обратных клапанов, входы которых связаны с напорной линией вспомогательного насоса через редукционный клапан. При этом работает тот из обратных клапанов, который соединяется с гидролинией низкого давления гидропривода. Избыток рабочей жидкости вспомогательного насоса, неизрасходованный на управление и на компенсацию утечек, через перекидной золотник и переливной клапан, поддерживающий давление подпитки постоянным, соответствующим его настройке, поступает в дренаж.

Управление регулирующим органом (люлькой) насоса осуществляется через сервозолотник, подключенный к напорной линии вспомогательного насоса и с ним связанным силовым цилиндром. Входной управляющий сигнал поступает через управляющее звено, имеющее обратную связь с люлькой насоса.

Известны гидроприводы [2], механизм управления которых построен с электрическим входным сигналом и электрической обратной связью. В качестве управляющего звена в них служит гидроусилитель типа "сопло-заслонка". Первый каскад его управляет смещением подпружиненного золотника, который является вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управляет гидроцилиндром, являющимся исполнительным механизмом гидроусилителя. Входной управляющий электрический сигнал подается на электромеханический преобразователь, на оси которого закреплена заслонка. При ее отклонении возникает разность давлений в междроссельных камерах, смещающая подпружиненный золотник, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр.

Известен также гидропривод [3], принятый за прототип, в котором для восполнения утечек между насосом и гидродвигателем вместо двух обратных клапанов использованы два редукционных клапана.

Недостатком известных гидроприводов является то, что давление подпитки в рабочих полостях между насосом и гидродвигателем задают исходя из условия обеспечения им гарантированного прижима поршней гидромашины к опорной плоскости при максимальном ускорении движения поршня с учетом действующих на него сил трения. Максимальное ускорение поршней насоса и гидродвигателя при заданной частоте вращения вала насоса возникает при максимальном отклонении люльки насоса. В промежуточных положениях люльки оно не является максимальным, и повышенное давление подпитки является причиной необоснованных механических потерь в узлах гидромашин. Особенно отрицательно данное обстоятельство проявляется, когда люлька насоса находится близко к нейтрали и от гидропривода требуются высокая чувствительность и минимальная устойчивая скорость вращения вала гидродвигателя.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение КПД гидропривода и на сопутствующие этому расширение его диапазона регулирования и повышение чувствительности.

Для достижения указанного технического результата в объемно-замкнутом гидроприводе, содержащем регулируемый поршневой насос с электромеханическим механизмом управления, например, типа "сопло-заслонка", и гидродвигатель, соединенные между собой гидролиниями, к которым подключены своими выходами два редукционных клапана, вспомогательный насос, напорная линия которого соединена с входом электрогидравлического механизма управления, с входами редукционных клапанов и через предохранительный клапан со сливом, при этом люлька регулируемого насоса кинематически связана с золотником пропорционального гидрораспределителя, редукционные клапаны выполнены регулируемыми [4] и их управляющие входы гидролиниями соединены с междроссельными камерами электрогидравлического механизма управления.

Отличительным признаком предлагаемого объемно-замкнутого гидропривода от известных является наличие связи междроссельных камер электрогидравлического механизма управления поршневого насоса с управляющими входами регулируемых редукционных клапанов.

Благодаря наличию этой связи давление подпитки в рабочих полостях гидропривода становится переменным, соответствующим углу отклонения люльки поршневого насоса. При минимальном угле отклонения люльки оно минимально допустимое. Механические и объемные потери в узлах гидромашин минимальные, что свидетельствует о повышении КПД, чувствительности и расширении диапазона регулирования объемно-замкнутого гидропривода в целом. Улучшение указанных технических характеристик позволяет также повысить мощность гидропривода за счет повышения разности давлений в рабочих полостях при нахождении люльки поршневого насоса в промежуточных положениях, повысить устойчивость электрогидравлической системы с предлагаемым объемно-замкнутым гидроприводом при работе в следящем режиме.

Предлагаемый объемно-замкнутый гидропривод иллюстрируется схемами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 показана функциональная схема гидропривода - прототипа.

На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого объемно-замкнутого гидропривода, где (фиг.1 и 2): 1 - регулируемый поршневой насос, 2 - система подпитки, 3 - управляющее звено, 4 - гидродвигатель, 5 - линии связи.

На фиг.3 приведена принципиальная гидрокинематическая схема предлагаемого объемно-замкнутого гидропривода.

Гидропривод (фиг.3) содержит регулируемый поршневой насос 1 и связанный с ним рабочими полостями 2 и 3 гидродвигатель 4. К регулирующему органу (люльке) 5 регулируемого поршневого насоса 1 пружинами 6 и 7 поджаты поршни 8 и 9 цилиндров управления, которые своими входами подключены к пропорциональному гидрораспределителю 10. К его входу подключена линия 11 нагнетания вспомогательного насоса 12, к которой подсоединен предохранительный клапан 13. Линия 11 подключена также к электрогидравлическому каскаду усиления, содержащему электромеханический преобразователь 14 с закрепленной на нем заслонкой, два регулируемых за счет переменных зазоров между заслонкой и двумя соплами гидродросселя 15 и 16 и два нерегулируемых гидродросселя 17 и 18. Гидролинии связи между гидродросселями 15 и 17, а также 16 и 18 образуют междроссельные камеры 19 и 20 соответственно. Каждая из междроссельных камер подключена к полостям управления пропорционального гидрораспределителя 10, а также гидролиниями 21 и 22 к управляющим входам редукционных клапанов 23 и 24, входы каждого из которых связаны с линией 11 вспомогательного насоса 12, а выходы подведены к рабочим полостям 2 и 3. К этим же рабочим полостям подключены предохранительные клапаны 25 и 26. Люлька 5 с золотником пропорционального гидрораспределителя 10 кинематически связана гибкой обратной связью 27.

При работе объемно-замкнутого гидропривода, когда валы регулируемого поршневого насоса 1 и вспомогательного насоса 12, связанные с приводным двигателем (на фиг.3 не показан), вращаются, происходит нагнетание рабочей жидкости вспомогательным насосом в линию 11. При этом она поступает к пропорциональному гидрораспределителю 10, к электрогидравлическому каскаду усиления и к редукционным клапанам 23 и 24 для восполнения утечек из рабочих полостей 2 и 3. Избыток нагнетаемой рабочей жидкости сливается через предохранительный клапан 13.

Если управляющий сигнал на электромеханическом преобразователе 14 отсутствует, его заслонка зафиксирована в нейтральном положении. Зазоры между заслонкой и соплами одинаковые, т.е. перепады давлений на регулируемых гидродросселях 15 и 16 равны друг другу, расходы и перепады давлений на нерегулируемых гидродросселях 17 и 18, а также давления в междроссельных камерах 19 и 20 одинаковые. Золотник пропорционального гидрораспределителя 10 и люлька 5 регулируемого поршневого насоса 1 при этом занимают нулевое положение. Поршни поршневого насоса 1, опирающиеся на люльку 5, совершают только вращательное движение вместе с цилиндровым блоком, в котором они расположены (на фиг.3 не показаны), и не производят возвратно-поступательного движения, обеспечивающего потоки рабочей жидкости в рабочих полостях 2 и 3. Гидродвигатель 4 при этом неподвижен, а давление подпитки в рабочих полостях, поджимающее поршни регулируемого поршневого насоса 1 к его люльке 5, минимально необходимое и соответствует настройке редукционных клапанов 23 и 24 с учетом начального давления в междроссельных камерах 19 и 20, передаваемого по гидролиниям 21 и 22 к управляющим входам редукционных клапанов 23 и 24.

При подаче на электромеханический преобразователь 14 электрического управляющего сигнала его заслонка отклоняется в сторону, соответствующую фазе сигнала, и на угол согласно его величине. В междроссельных камерах 19 и 20 возникает перепад давлений, соответствующий величине управляющего сигнала. Этим перепадом золотник пропорционального гидрораспределителя 10 смещается из нейтрального положения, и линия 11 нагнетания вспомогательного насоса 12 подключается к одному из цилиндров 8 или 9 управления люлькой 5. Другой цилиндр управления соединяется со сливом. Люлька 5 поворачивается вокруг оси. При этом посредством гибкой обратной связи 27 золотник пропорционального гидрораспределителя 10 смещается в сторону, противоположную его первоначальному смещению от сил перепада давлений в междроссельных камерах 19 и 20. При достижении золотником нейтрального положения его смещение прекращается. Люлька 5 занимает позицию, соответствующую величине управляющего сигнала.

Поршни, расположенные в цилиндровом блоке регулируемого поршневого насоса 1 и опирающиеся на люльку 5, при этом совершают возвратно-поступательные движения. Одна из рабочих полостей 2 или 3 становится нагнетательной, а другая - всасывательной. Происходит вращение гидродвигателя 4, поршни которого, опираясь на наклонный диск, также совершают возвратно-поступательные (всасывательно-нагнетательные) движения. При минимальном управляющем сигнале угол поворота люльки 5, скорости и ускорения движения поршней регулируемого поршневого насоса 1 и гидродвигателя 4 минимальные. Давление в подпитываемой рабочей полости гидропривода, необходимое для гарантированного прижима поршней к люльке 5 регулируемого поршневого насоса 1 или к наклонному диску гидродвигателя 4, - минимальное. С повышением величины управляющего сигнала и соответствующих ему угла люльки 5 и ускорений движения поршней поршневого насоса 1 и гидродвигателя 4 давление подпитки должно быть увеличено.

Для гарантированного прижима поршней регулируемого поршневого насоса 1 к люльке 5 и к наклонному диску гидродвигателя 4, а также с целью восполнения естественных утечек рабочей жидкости в рабочую полость 2 или 3, находящуюся под более низким давлением, через один из редукционных клапанов 23 или 24 из линии 11 поступает рабочая жидкость. Другой редукционный клапан 23 или 24 при этом закрыт более высоким по сравнению с его регулировкой давлением нагнетания, развиваемым объемно-замкнутым гидроприводом.

Величина давления в подпитываемой рабочей полости гидропривода зависит от настройки редукционного клапана, связанного с рабочей полостью 2 или 3 более низкого давления, с помощью пружины и от давления на его управляющем входе, связанном гидролинией с междроссельной камерой 19 или 20, в которой при подаче электрического управляющего сигнала возникает более высокое давление, чем в другой.

Таким образом, из-за того, что силы трения в поршневой группе, вызаваемые давлением под поршнями, в заявляемом объемно-замкнутом гидроприводе при управляющих сигналах, по величине находящихся между нулевым и максимальным значениями, ниже, чем у гидропривода с постоянным давлением подпитки, назначенным из условия обеспечения гарантированного прижима, механические потери в нем меньше.

При достижении в рабочей полости 2 или 3 давления, равного регулировке предохранительного клапана 25 или 26, клапан срабатывает и перепускает рабочую жидкость из полости высокого давления в полость низкого давления. До момента начала травления предохранительного клапана при промежуточных от нулевого до максимального управляющих сигналов развиваемая предлагаемым гидроприводом возможная мощность выше, чем у гидропривода с постоянным давлением подпитки.

В ФГУП "ВНИИ "Сигнал" были проведены сравнительные испытания гидроприводов, в состав которых входили регулируемый насос и гидромотор, содержащие аксиально-поршневые ходовые части с гидростатическими опорами. У гидропривода с переменным давлением подпитки, выполненным согласно заявляемому техническому решению, минимальная частота вращения выходного вала была в 2,5 раза меньше, а давление страгивания вала гидромотора в 3 раза ниже, чем у гидропривода с постоянным давлением подпитки, назначенным исходя из обеспечения гарантированного прижима гидростатических опор в гидролиниях при максимальной частоте вращения выходного вала.

Источники информации

1. Объемные гидромеханические передачи. О.М.Бабаев, Л.Н.Игнатов и др., Ленинград, Машиностроение, 1987, стр.30, 31, 52.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Т.М.Башта, С.С.Руднев и др., Москва, "М", 1982, с.405

3. Гусеничная машина ГМ-569 и ее модификации, техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва, Военное издательство, 1985 г., с.28, 201.

4. Гидроаппаратура. Номенклатура, параметры, размеры, взаимозаменяемость. Книга 2, В.К.Свешников. Гидрооборудование. Международный справочник, 2002 г., с.137.

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике. Объемно-замкнутый гидропривод содержит регулируемый поршневой насос с электрогидравлическим механизмом управления и гидродвигатель, соединенные между собой гидролиниями, к которым подключены своими выходами два редукционных клапана. Привод также включает вспомогательный насос, напорная гидролиния которого соединена с входом электрогидравлического механизма управления, с входами редукционных клапанов и через предохранительный клапан - со сливом. При этом люлька регулируемого насоса кинематически связана с золотником пропорционального гидрораспределителя. Редукционные клапаны выполнены регулируемыми и их управляющие входы гидролиниями соединены с междроссельными камерами электрогидравлического механизма управления. Технический результат заключается в повышении КПД гидропривода, повышении его чувствительности и снижении минимальных устойчивых выходных оборотов. 3 ил.

Объемно-замкнутый гидропривод, содержащий регулируемый поршневой насос с электрогидравлическим механизмом управления, например типа "сопло-заслонка", и гидродвигатель, соединенные между собой гидролиниями, к которым подключены своими выходами два редукционных клапана, вспомогательный насос, напорная гидролиния которого соединена с входом электрогидравлического механизма управления, с входами редукционных клапанов и через предохранительный клапан - со сливом, при этом люлька регулируемого насоса кинематически связана с золотником пропорционального гидрораспределителя, отличающийся тем, что редукционные клапаны выполнены регулируемыми и их управляющие входы гидролиниями соединены с междроссельными камерами электрогидравлического механизма управления.