ЧЕЛНОЧНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ И ГИДРОПРИВОДНОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2008 года по МПК F04B35/02 F04B39/10 

Настоящее изобретение относится к области гидроприводных устройств и элементов гидравлических систем и может быть, в частности, использовано в компрессорной технике для создания высоких давлений газов. В современной технике значительную роль играют компрессоры с гидравлическим приводом. Особенно это относится к газовой промышленности, использующей подобные аппараты в составе автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (см., например, «Компрессорное машиностроение», Обзорная информация. Серия ХМ-5, А.Х.Сафин и др., «Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции», ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1986, стр.33-45).

Надежность работы компрессорных станций с гидроприводом зависит от рационального выбора управляющих устройств, одной из наиболее важных функций которых является изменение направления потока жидкости.

Известен переключатель направления потока жидкости, выполненный в виде клапанов, на которые с помощью тяги с выступами воздействуют связанные с клапанами рычаги (см., например, патент US 5564912, F04B 17/00, Oct. 15, 1996). Недостаток подобного переключателя состоит в том, что тяга приводится в возвратно-поступательное движение собственно рабочими поршнями гидравлического насоса, что снижает надежность работы устройства в целом.

Наиболее близким к настоящему изобретению является конструкция переключателя, выполненного в виде челночного клапана с ломающимся шарниром, предназначенного, в основном, для автоматического подключения потребителя к основной или дублирующей гидросистеме (см., например, Т.М.Башта «Гидропривод и гидропневмоавтоматика», М., Изд. «Машиностроение», 1972, стр.127-128). Основной недостаток подобного переключателя состоит в том, что он не может воздействовать на внешние устройства, и собственно переключающая функция реализуется непосредственно конструкцией клапана. Это определяет неприменимость челночного переключателя подобного типа в гидросистемах, где необходимо воздействие, например, на наиболее часто используемые золотниковые устройства.

В случае работы гидроприводного компрессора необходимо обеспечить непрерывное колебательное прямолинейное движение рабочего органа исполнительного гидродвигателя.

Известен гидроприводной компрессор в составе гидросистемы, в которой управление осуществляется автоматически действующим двухпозиционным распределителем и разгрузочными клапанами последовательного включения с управлением с помощью давления жидкости, перепускаемой в свою очередь предохранительными клапанами (см., например, Т.М.Башта «Гидропривод и гидропневмоавтоматика», М., Изд. «Машиностроение», 1972. стр.211). Основной недостаток подобной гидросистемы состоит в следующем. При работе компрессора с гидравлическим приводом обычно происходит заполнение некоторой емкости, в которой в начале процесса заполнения практически отсутствует повышенное давление газа. Однако срабатывание предохранительных клапанов происходит только при давлении, превышающем принятое конечное давление сжатого газа в емкости. Неизбежные при этом скачки давления разрушительно воздействуют на магистрали рабочей жидкости и приводят в итоге к выходу из строя гидравлической системы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гидроприводной компрессор, в котором поршни компрессорных цилиндров имеют возможность взаимодействия с золотником гидрораспределителя через соответствующий механизм переключения и досылочное устройство релейного типа (см., патент RU №2215187, 7 F04B 35/02, опубликовано 27.10.2003 - «Гидроприводной компрессор»). В данном случае исключен основной недостаток, присущий вышеописанному аналогу. Но это достигнуто за счет значительного усложнения конструкция гидродвигателя из-за внесения необходимых для его работы внутренних конструктивных элементов (собственно механизм переключения сложной конструкции встроен в гидроприводной компрессор), что крайне нежелательно.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в создании челночного переключателя нового типа и конструкции гидроприводного компрессора с усовершенствованной гидросистемой.

Достигаемый технический результат состоит в увеличении надежности работы гидроприводного компрессора и в упрощении схемы управления его работой.

Для достижения технического результата в челночном переключателе, включающем полый корпус, соединенные с ним и оппозитно размещенные цилиндры равного диаметра, снабженные отверстиями со штуцерами в днищах, и челночный механизм в виде соединенных единым штоком и установленных в цилиндрах поршней, в штоке выполнен паз, в котором размещен шарнирно соединенный с коромыслом ролик, коромысло снабжено соединенной с ним с помощью шарнира скользящей полой втулкой, внутренняя поверхность корпуса имеет кольцевой выступ, между выступом и втулкой установлена пружина, противоположный ролику конец коромысла шарнирно соединен с упирающейся в дно корпуса неподвижной вставкой с помощью рычага, между шарниром противоположного ролику конца коромысла и шарниром втулки размещена серьга, соединенная шарнирно с коромыслом и рабочим органом внешнего устройства, причем цилиндры снабжены дополнительными отверстиями со штуцерами в боковых стенках в зоне корпуса переключателя.

Гидроприводной компрессор, включающий насос, соосно размещенные компрессорный цилиндр и два гидроцилиндра с жестко соединенными между собой поршнями и две основные масляные магистрали, соединяющие насос с гидроцилиндрами, дополнительно снабжен челночным переключателем указанной выше конструкции и двухступенчатым золотниковым распределителем гидроусиления, состоящим из золотников первой и второй ступени, серьга челночного переключателя соединена с плунжером золотника первой ступени, штуцера в днище одного из цилиндров челночного переключателя и в боковой стенке того же цилиндра соединены трубопроводами с одной из основных масляных магистралей в зоне гидроцилиндра, соответственно штуцера в днище и боковой стенке другого цилиндра челночного переключателя соединены со второй масляной магистралью, причем между точками соединения на магистралях размещены сужающие устройства.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Для работы устройств распределения и регулирования потока рабочей жидкости в гидросистемах целесообразно использовать свойства самой рабочей жидкости, в основном ее давление и перепады последнего. В случае, когда управляющее усилие на золотник представляет собой сигнал малой мощности, в гидропривод вводят специальное устройство, усиливающее входной сигнал до значения, способного переместить плунжер золотника. Широко известно (см., например, Т.М.Башта «Гидропривод и гидропневмоавтоматика», М., Изд. «Машиностроение», 1972. стр.169) применение в качестве такого специального устройства двухступенчатого золотникового распределителя гидроусиления, состоящего из золотников первой (золотник-пилот) и второй ступени (главный золотник). Перестановка основного золотника осуществляется по сигналам золотника-пилота. При работе гидроприводного компрессора целесообразно использование аналогичной схемы переключения, но с существенным отличием: золотник первой ступени перемещается под воздействием челночного переключателя, который в свою очередь меняет положение под воздействием изменяющегося давления и потока рабочей жидкости в основных масляных магистралях.

В челночном переключателе предлагаемой конструкции предусмотрены отверстия со штуцерами в каждом цилиндре, причем указанные отверстия, по сути, размещены по обе стороны размещенных в цилиндрах поршней. Каждый цилиндр, благодаря отверстиям со штуцерами, соединен с одной из основных масляных магистралей, причем между точками соединения на масляных магистралях установлены сужающие устройства. Собственно сужающие устройства могут быть выполнены, например, в виде обычных диафрагм. Установка сужающих устройств позволяет в качестве управляющего сигнала для работы челночного переключателя использовать не только собственно давление рабочей жидкости, но и возникающий перепад давления.

Конструкция челночного переключателя и конструкция гидроприводного компрессора, в состав которого включен данный челночный переключатель, в виде схемы приведена на чертеже.

Челночный переключатель включает полый корпус 1. С корпусом 1 соединены оппозитно размещенные цилиндры 2 и 3 равного диаметра. Днища 4 и 5 цилиндров 2 и 3 снабжены отверстиями со штуцерами 6 и 7. Челночный механизм включает в себя установленные в цилиндрах 2 и 3 поршни 8 и 9, соединенные между собой единым штоком 10. В штоке 10 выполнен паз 11, в котором размещен шарнирно соединенный с коромыслом 12 ролик 13. Коромысло 12 снабжено шарнирно соединенной с ним скользящей полой втулкой 14. Внутренняя поверхность корпуса 1 имеет кольцевой выступ 15. Между выступом 15 и втулкой 14 размещена пружина 16. Противоположный ролику 13 конец коромысла 12 шарнирно соединен с упирающейся в дно корпуса неподвижной вставкой 17 с помощью рычага 18. Между шарниром 19 на конце коромысла 12 и шарниром 20 втулки 14 размещена серьга 21, соединенная шарнирно с коромыслом 12 и рабочим органом 22 внешнего устройства (конкретно в данном случае внешним устройством является золотник первой ступени двухступенчатого золотникового распределителя гидроусиления, а рабочим органом внешнего устройства соответственно является плунжер золотника). Боковые стенки цилиндров 2 и 3 в зоне корпуса 1 снабжены отверстиями со штуцерами 23 и 24. Поршни 8 и 9 разделяют цилиндры 2 и 3 на полости 25, 26, 27 и 28.

Челночный переключатель по настоящему изобретению работает следующим образом (рассматривается только принцип работы челночного переключателя; конкретно его работа в составе гидроприводного компрессора будет рассмотрена ниже).

Подключение к соответствующим точкам гидротранспортных магистралей штуцеров 6 и 7 в днищах 4 и 5 цилиндров 2 и 3, соединенных оппозитно с корпусом 1 переключателя, и штуцеров 23 и 24, расположенных в боковых стенках цилиндров 2 и 3, а следовательно, возникающее определенное давление в полостях 25, 26, 27 и 28 приводит к разным усилиям, воздействующим на поршни 8 и 9. Например, при превышении усилия, действующего на поршень 8, над усилием на поршень 9 поршни 8 и 9, связанные между собой штоком 10, перемещаются вправо. При этом ролик 13 движется вверх в пазу 11. Вверх движется и скользящая втулка 14, сжимая пружину 16, размещенную между скользящей втулкой 14 и кольцевым выступом 15. Движение вверх коромысла 12 и одновременный его поворот в шарнирном соединении с втулкой 14 при наличии шарнирного же соединения коромысла 12 с роликом 13 имеет следствием поворот рычага 18, благодаря шарниру 19 и шарнирному соединению конца коромысла 12 с неподвижной вставкой 17. При этом поворот и смещение влево претерпевает серьга 21, что приводит к смещению влево рабочего органа 22 внешнего устройства. В итоге смещений конец коромысла 12, противоположный ролику 13, занимает крайнее левое положение, которое далее удерживается пружиной 16 до момента изменения усилий на поршни 8 и 9.

Гидроприводной компрессор включает в себя насос (на чертеже не показан), соосно размещенные компрессорный цилиндр 29 и два гидроцилиндра 30 и 31. Поршни 32 и 33, установленные в гидроцилиндрах, и поршень 34, установленный в компрессорном цилиндре 29, жестко связаны между собой. Насос соединен с гидроцилиндрами 30 и 31 двумя основными масляными магистралями 35 и 36. Гидроприводной компрессор содержит в своем составе челночный переключатель описанной выше конструкции. Штуцера 6 и 23 левого цилиндра 2 челночного переключателя соединены с левой основной масляной магистралью 35. Штуцера 7 и 24 правого цилиндра 3 челночного переключателя соединены с правой основной масляной магистралью 36 (необходимо отметить, что термины «правое и левое» применены только для представленного на на чертеже изображения). Между точками соединения на левой 35 и правой 36 основных масляных магистралях размещены сужающие устройства 37 и 38. В состав гидроприводного компрессора входит также двухступенчатый золотниковый распределитель гидроусиления, состоящий из золотника 39 первой ступени с плунжером 22 - рабочим органом внешнего устройства, которым в данном случае и является золотник 39 первой ступени, и золотника 40 второй ступени. Серьга 21 шарнирно соединена с плунжером 22 золотника 39 первой ступени. Золотник 39 первой и золотник 40 второй ступени гидравлически связаны между собой обычным образом с помощью линий 41, 42, 43 и 44.

Гидроприводной компрессор работает следующим образом.

В положении челночного переключателя, изображенном на фиг.1, нагнетание масла в полость цилиндра 30 проходит через основную масляную магистраль 35. При этом плунжер 22 золотника 39 первой ступени находится в крайнем правом положении, и давление масла, создаваемое насосом, воздействует на плунжер золотника 40 второй ступени двухступенчатого золотникового распределителя гидроусиления и удерживает его в крайнем левом положении благодаря связи обеих ступеней линиями 41 и 42. При поступлении масла под давлением осуществляется перемещение поршней 32, 33 и 34 вправо. Газ сжимается в правой полости компрессорного цилиндра 29. Из полости гидроцилиндра 31 масло по основной масляной магистрали 36 поступает с малым давлением в приемник насоса.

Между точками соединения штуцеров 6 и 23 челночного переключателя с основной масляной магистралью 35 установлено сужающее устройство 37. Следствием течения масла через сужающее устройство является снижение давления в полости 25 против давления масла в полости 27 цилиндра 2 челночного переключателя. На поршень 8, следовательно, действует усилие, направленное влево. Между точками соединения штуцеров 7 и 24 челночного переключателя с основной масляной магистралью 36 установлено сужающее устройство 38. Следствием течения масла через сужающее устройство 38 является снижение давления в полости 28 против давления масла в полости 26 цилиндра 3 челночного переключателя. На поршень 9, следовательно, действует усилие, также направленное влево. Этими усилиями и определяется размещение нижнего конца коромысла 12, а следовательно, и плунжера 22 в крайнем правом положении.

При достижении поршнями 32, 33 и 34 крайнего правого положения необходимо изменить направление потока масла. От насоса масло необходимо направить в полость правого гидроцилиндра 31. Это происходит автоматически следующим образом. При достижении поршнями 32, 33 и 34 крайнего правого положения прекращается подача масла в полость гидроцилиндра 30 и слив масла из гидроцилиндра 31. На сужающих устройствах 37 и 38 исчезает перепад давления. Полости 25 и 27 цилиндра 2 челночного прерывателя находятся под равным, но высоким давлением. Полости 26 и 28 цилиндра 31 также находятся под равным, но низким давлением. На поршень 8 из-за наличия штока 10 справа и слева действуют разные усилия. Суммарное усилие направлено вправо. При этом происходит изменение положения челночного переключателя: нижний конец коромысла 12 перемещается в крайнее левое положение, соответственно в крайнее левое положение перемещается плунжер 22 золотника 39 первой ступени. Благодаря линиям 43 и 44 давлением масла плунжер золотника 40 второй ступени перемещается в крайнее правое положение, открывая путь маслу от насоса по основной масляной магистрали 36 в полость гидроцилиндра 31. Поршни 32, 33 и 34 движутся влево. При достижении ими крайнего левого положения процесс повторяется в обратном направлении.

При реализации настоящего изобретения исключены броски давления масла, имеющие место при работе аналога. При реализации настоящего изобретения исключены усложнения конструкции собственно гидродвигателя, имеющие место в прототипе. Применение челночного переключателя новой конструкции, двухступенчатого золотникового распределителя гидроусиления с соответствующими связями приводит к упрощению конструкции гидроприводного компрессора и к значительному увеличению надежности его эксплуатации.

Устройство предназначено для использования в компрессорной технике для создания высоких давлений. Челночный переключатель содержит полый корпус, соединенные с ним и оппозитно размещенные цилиндры равного диаметра, снабженные отверстиями со штуцерами в днищах. Челночный механизм выполнен в виде соединенных единым штоком и установленных в цилиндрах поршней. В штоке выполнен паз, в котором размещен шарнирно соединенный с коромыслом ролик. Коромысло снабжено соединенной с ним с помощью шарнира скользящей полой втулкой. Внутренняя поверхность корпуса имеет кольцевой выступ. Между выступом и втулкой установлена пружина. Противоположный ролику конец коромысла шарнирно соединен с упирающейся в дно корпуса неподвижной вставкой с помощью рычага. Между шарниром противоположного ролику конца коромысла и шарниром втулки размещена серьга, соединенная шарнирно с коромыслом и рабочим органом внешнего устройства. Цилиндры снабжены дополнительными отверстиями со штуцерами в боковых стенках в зоне корпуса переключателя. Гидроприводной компрессор включает в себя насос, соосно размещенные компрессорный цилиндр и два гидроцилиндра с жестко соединенными между собой поршнями и две основные масляные магистрали, соединяющие насос с гидроцилиндрами. Компрессор дополнительно снабжен челночным переключателем указанной выше конструкции и двухступенчатым золотниковым распределителем гидроусиления, состоящим из золотников первой и второй ступени. Серьга челночного переключателя соединена с плунжером золотника первой ступени. Штуцера в днище одного из цилиндров челночного переключателя и в боковой стенке того же цилиндра соединены трубопроводами с одной из основных масляных магистралей в зоне гидроцилиндра. Соответственно штуцера в днище и боковой стенке другого цилиндра челночного переключателя соединены со второй масляной магистралью. Между точками соединения на магистралях размещены сужающие устройства. Упрощается конструкция и увеличивается надежность работы гидроприводного компрессора. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

1. Челночный переключатель, включающий полый корпус, соединенные с ним и оппозитно размещенные цилиндры равного диаметра, снабженные отверстиями со штуцерами в днищах, челночный механизм в виде соединенных единым штоком и установленных в цилиндрах поршней, отличающийся тем, что в штоке выполнен паз, в котором размещен шарнирно соединенный с коромыслом ролик, коромысло снабжено соединенной с ним с помощью шарнира скользящей полой втулкой, внутренняя поверхность корпуса имеет кольцевой выступ, между выступом и втулкой установлена пружина, противоположный ролику конец коромысла шарнирно соединен с упирающейся в дно корпуса неподвижной вставкой с помощью рычага, между шарниром противоположного ролику конца коромысла и шарниром втулки размещена серьга, соединенная шарнирно с коромыслом и рабочим органом внешнего устройства, причем цилиндры снабжены дополнительными отверстиями со штуцерами в боковых стенках в зоне корпуса переключателя.2. Гидроприводной компрессор, включающий насос, соосно размещенные компрессорный цилиндр и два гидроцилиндра с жестко соединенными между собой поршнями и две основные масляные магистрали, соединяющие насос с гидроцилиндрами, отличающийся тем, что гидроприводной компрессор дополнительно снабжен челночным переключателем по п.1 и двухступенчатым золотниковым распределителем гидроусиления, состоящим из золотников первой и второй ступени, серьга челночного переключателя соединена с плунжером золотника первой ступени, штуцера в днище одного из цилиндров челночного переключателя и в боковой стенке того же цилиндра соединены трубопроводами с одной из основных масляных магистралей в зоне гидроцилиндра, соответственно штуцера в днище и боковой стенке другого цилиндра челночного переключателя соединены со второй масляной магистралью, причем между точками соединения на магистралях размещены сужающие устройства.