ГИДРОПРИВОД ОБЪЕМНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F15B11/16 F15B11/04 

Изобретение относится к гидроприводам объемного регулирования общего назначения и может быть использовано для управления любыми инерционными неуравновешенными объектами подъемно-транспортных механизмов или металлообрабатывающих станков с большими статическими и динамическими нагрузками.

Известен гидропривод объемного регулирования, состоящий из последовательно соединенных приводного электродвигателя, регулируемого реверсируемого насоса, трубопроводов, блока защиты в виде клапанной коробки с встречно соединенными предохранительными клапанами и гидромотора, регулируемый насос гидропривода имеет механизм управления с электромеханическим блоком управления, золотниковым гидроусилителем, гидроцилиндрами управления люлькой (регулирующим органом) регулируемого насоса, а также содержит систему вспомогательного гидропитания с вспомогательным насосом постоянного расхода, напорным клапаном и подпиточными клапанами, выход вспомогательного насоса соединен с гидроусилителем механизма управления и через подпиточные клапаны с трубопроводами гидропривода [1].

Данный гидропривод в соответствии с сигналом управления на входе механизма управления обеспечивает регулирование скорости вала гидромотора при переменных моментах нагрузки. Недостатком такого гидропривода является тот факт, что для использования гидропривода необходимо иметь силовой редуктор, соединяющий вал гидромотора с объектом регулирования. Функциональные возможности гидропривода ограничены из-за больших передаточных чисел силового редуктора и относительно малых моментов, развиваемых гидроприводом.

Известен также принятый в качестве прототипа гидропривод объемного регулирования с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, состоящий из приводного электродвигателя, регулируемого насоса, трубопроводов, силового гидроцилиндра двухстороннего действия с односторонним штоком. В поршневом трубопроводе, соединяющем поршневую полость гидроцилиндра с полостью всасывания регулируемого насоса, установлены первый подпорный клапан и на ответвлении второй подпорный клапан. Поршневая и штоковая полости гидроцилиндра дополнительно соединены через подпиточные клапаны с системой вспомогательного гидропитания, предназначенной для гидропитания механизма управления регулируемого насоса [2].

Недостатком такого гидропривода объемного регулирования является ограниченная возможность создания рабочих усилий на штоке гидроцилиндра при подаче рабочей жидкости из полости нагнетания регулируемого насоса только в штоковую полость гидроцилиндра, что необходимо для работы верткально-протяжного станка. Возврат штока в исходное положение обеспечивается при поступлении рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра от системы вспомогательного гидропитания через подпиточные клапаны. Так как рабочей полостью с давлением нагнетания является штоковая полость гидроцилиндра с меньшей рабочей площадью по сравнению с площадью поршневой полости, то первый напорный клапан, установленный в поршневом трубопроводе, в значительной мере уменьшает развиваемое усилие на штоке из-за противодействующей силы давления подпора, действующего на большую площадь поршня. Второй подпорный клапан на ответвлении в поршневом трубопроводе, создавая давление подпора во всасывающей полости насоса, уменьшает значение разности давлений в полостях насоса, тем самым также ограничивая функциональные возможности гидропривода.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности гидропривода, а также увеличение арсенала гидроприводов объемного регулирования.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в том, что гидропривод объемного регулирования с двумя или более силовыми гидроцилиндрами двухстороннего действия с односторонними штоками, с дополнительным подпорным давлением в штоковых полостях гидроцилиндров, с подводом или отводом разности расходов поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, с разными давлениями в поршневых полостях гидроцилиндров при перемещении (подъеме или опускании) и поджатии нагрузки на различных участках ее движения, обладает широкими функциональными возможностями: создавать рабочие усилия на штоках гидроцилиндров при их движении в разные стороны, большим диапазоном скоростей плавного движения, развивать разные усилия на штоках на различных участках их движения, блокировкой движения штоков в любом их положении и повышенной жесткостью механической характеристики привода.

Новые расширенные функциональные свойства гидропривода позволяют обеспечить управление инерционными неуравновешенными объектами подъемно-транспортных механизмов и металлообрабатывающих станков с большими динамическими и статическими нагрузками.

Сущность изобретения состоит в том, что гидропривод объемного регулирования содержит последовательно соединенные приводной электродвигатель, регулируемый насос, трубопроводы и исполнительный гидромеханизм, а также блок защиты, систему вспомогательного гидропитания и бак-компенсатор; регулируемый насос имеет механизм управления с электромеханическим блоком управления, золотниковый гидроусилитель, гидроцилиндры управления люлькой насоса и механическую обратную связь от люльки на золотник гидроусилителя; система вспомогательного гидропитания состоит из насоса постоянного расхода, вал которого соединен через механическую передачу с валом регулируемого насоса, и напорного клапана, соединенного с выходом насоса постоянного расхода и входом гидропитания золотникового гидроусилителя, причем исполнительный гидромеханизм выполнен в виде, по меньшей мере, двух параллельных силовых гидроцилиндров двухстороннего действия с односторонними штоками, шарнирно соединенными с нагрузкой, штоковые и поршневые трубопроводы которых подключены к рабочим полостям регулируемого насоса; блок защиты и блокировки выполнен в виде двух предохранительных клапанов с разными давлениями настройки и двух электрогидравлических распределителей с отсечным и проходным положениями, первый предохранительный клапан которого своим входом соединен с поршневым, а выходом - со штоковым трубопроводами, первый электрогидравлический распределитель установлен в поршневом трубопроводе между местом подключения первого предохранительного клапана и силовыми гидроцилиндрами, последовательно соединенные второй электрогидравлический распределитель и второй предохранительный клапан установлены между поршневым, после первого электрогидравлического распределителя, и штоковым трубопроводами; и гидропривод дополнительно снабжен второй системой вспомогательного гидропитания, состоящей из второго приводного электродвигателя, второго насоса постоянного расхода, второго и третьего напорных клапанов с разными давлениями настройки, обратного клапана, в которой вход второго напорного клапана соединен с выходом насоса постоянного расхода и через обратный клапан со штоковым трубопроводом, который через третий напорный клапан соединен с баком-компенсатором и входом второго насоса постоянного расхода, выход второго напорного клапана подключен к баку-компенсатору.

На чертеже изображена принципиальная гидравлическая схема гидропривода объемного регулирования.

Гидропривод объемного регулирования содержит последовательно соединенные приводной электродвигатель 1, реверсивный регулируемый насос 2, штоковый 3 и поршневой 4 трубопроводы, исполнительный гидромеханизм 5, а также блок 11 защиты и блокировки, механизм 16 управления регулируемым насосом 2, первую систему 25 вспомогательного гидропитания, вторую систему 29 вспомогательного гидропитания и бак-компенсатор 35.

Исполнительный гидромеханизм 5 состоит из двух (или более) параллельных силовых гидроцилиндров 6 и 7 двухстороннего действия с односторонними штоками 8 и 9, шарнирно соединенными с нагрузкой 10. Штоковые и поршневые полости гидроцилиндров 6 и 7 соединены соответственно штоковым 3 и поршневым 4 трубопроводами с рабочими полостями регулируемого насоса 2.

Блок 11 защиты и блокировки содержит первый 12 и второй 13 предохранительные клапаны. Давление настройки первого предохранительного клапана 12 больше давления настройки второго предохранительного клапана 13.

В блок 11 входят также первый 14 и второй 15 электрогидравлические распределители с отсечным и проходным положениями. Первый предохранительный клапан 12 своим входом соединен с поршневым трубопроводом 4, а выходом со штоковым трубопроводом 3. Первый электрогидравлический распределитель 14 установлен в поршневом трубопроводе 4 между местом подключения первого предохранительного клапана 12 и исполнительным гидромеханизмом 5. Последовательно соединенные второй электрогидравлический распределитель 15 и второй предохранительный клапан 13 установлены между поршневым 4, после первого электрогидравлического распределителя 14, и штоковым 3 трубопроводами.

Механизм 16 управления регулируемым насосом 2 состоит из электромеханического блока 17 управления, механической передачи 18, дифференциальной рычажной передачи 19, золотникового дросселирующего гидроусилителя 20, гидроцилиндров управления 21 и 22, люльки 23 регулируемого насоса 2 и механической рычажной обратной связи 24 с люльки 23 на передачу 19, связанную со входом золотникового гидроусилителя 20.

Первая система 25 вспомогательного гидропитания содержит первый насос 26 постоянного расхода, вал которого через механическую передачу 27 соединен с приводным валом регулируемого насоса 2, и первый напорный клапан 28, вход которого соединен с выходом насоса 26 постоянного расхода и входом гидропитания золотникового гидроусилителя 20 механизма управления 16. Выход первого напорного клапана 28 соединен с баком-компенсатором 35.

Вторая система 29 вспомогательного гидропитания состоит из второго приводного электродвигателя 30, второго насоса 31 постоянного расхода, второго напорного клапана 32, обратного клапана 33 и третьего напорного клапана 34. Вход второго напорного клапана 32 соединен с выходом второго насоса 31 постоянного расхода и через обратный клапан 33 со штоковым трубопроводом 3, который через третий напорный клапан 34 соединен с баком-компенсатором 35 и входом второго насоса 31 постоянного расхода. Выход второго напорного клапана 32 соединен с баком-компенсатором 35. Давление настройки второго напорного клапана 32 меньше давления настройки третьего напорного клапана 34.

Гидропривод объемного регулирования работает следующим образом.

При поступлении команды U_к1 электрогидравлический распределитель 14 блока 11 включается в проходное положение, обеспечивая прохождение расхода рабочей жидкости в поршневом трубопроводе 4. В соответствии с управляющим сигналом U_У электромеханический блок 17 через механическую передачу 18 и дифференциальную рычажную передачу 19 перемещает золотник дросселирующего гидроусилителя 20, который управляет потоками рабочей жидкости в гидроцилиндрах управления 21 и 22. Гидроцилиндры управления 21 и 22 создают управляющий момент, под действием которого люлька 23 насоса 2 отклоняется от нулевого положения на определенный угол α_л. При отклонении люльки 23 механическая рычажная обратная связь 24 через рычажную передачу 19 возвращает золотник гидроусилителя 20 в нулевое положение и люлька 23 остается в отклоненном на угол α_л положении. В соответствии с углом α_л поворота люльки 23 насос 2 подает расход через поршневой трубопровод 4 в поршневые полости силовых гидроцилиндров 6 и 7, под действием которого поршни со штоками 8 и 9 и нагрузкой 10 начинают перемещаться (подниматься).

В начале движения нагрузки 10 требуется развивать большие силы на штоках 8 и 9 силовых гидроцилиндров 6 и 7. Максимальные развиваемые силы на штоках 8 и 9 соответствуют большему давлению настройки первого предохранительного клапана 12 блока 11 защиты и блокировки. При подходе нагрузки 10 к упору необходимо создание определенных сил ее прижатия, меньших чем максимальные силы.

Для обеспечения сил прижатия нагрузки 10 к упору на электрогидравлический распределитель 15 подается команда U_К2, и распределитель 15 включается в проходное положение, подключая к работе второй предохранительный клапан 13 с меньшим давлением настройки, чем у первого предохранительного клапана 12.

При выдвижении штоков 8 и 9 вторая система 29 вспомогательного гидропитания создает в штоковом трубопроводе 3 с помощью второго напорного клапана 32 через обратный клапан 33 давление подпора Р_ПП, которое сжимает рабочую жидкость в штоковых полостях силовых гидроцилиндров 6 и 7 увеличивает плавность движения штоков 8 и 9 с нагрузкой 10 во всем диапазоне их перемещения.

Вторая система 29 вспомогательного гидропитания также обеспечивает подпитку штокового трубопровода 3 необходимым расходом, недостающим для создания требуемого расхода насоса 2 в поршневой трубопровод 3 при малых расходах из штоковых полостей гидроцилиндров 6 и 7. Это обеспечивает работу гидропривода объемного регулирования при разных рабочих площадях поршневой и штоковой полостей гидроцилиндров 6 и 7 при выдвижении штоков 8 и 9.

Движение нагрузки 10 в другую сторону (опускание) происходит при изменении полярности управляющего сигнала U_У на входе механизма 16 управления насосом 2. При этом люлька 23 насоса 2 отклоняется в другую сторону и расход насоса 2 поступает через штоковый трубопровод 3 в штоковые полости силовых гидроцилиндров 6 и 7. Штоки 8 и 9 начинают перемещать нагрузку 10 в другую сторону (опускать). При этом движение нагрузки может происходить при давлениях в поршневых полостях гидроцилиндров 6 и 7, соответствующих давлениям настройки первого 12 или второго 13 предохранительных клапанов в зависимости от снятия или наличия команды U_К2 на электрогидравлическом распределителе 15.

При опускании нагрузки 10 расход поршневых полостей гидроцилиндров 6 и 7 превышает расход штоковых полостей гидроцилиндров 6 и 7. Разность расходов поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров отводится через третий напорный клапан 34 второй системы 29 вспомогательного гидропитания. Давление настройки третьего напорного клапана 34 таково, что обеспечивает работу силовых гидроцилиндров 6 и 7 при опускании нагрузки 10.

Первая система 25 вспомогательного гидропитания обеспечивает гидропитанием гидроусилитель 20 механизма 16 управления насосом 2.

При необходимости блокирования (остановки) нагрузки 10 при ее подъеме или опускании с электрогидравлических распределителей 14 и 15 блока 11 защиты и блокировки снимают сигналы U_К1 и U_К2. Электрогидравлические распределители 14 и 13 занимают отсечные положения и блокируют (запирают) исполнительный гидромеханизм 5.

Гидропривод объемного регулирования обеспечивает эффективное с высоким качеством управление инерционными неуравновешенными объектами подъемно-транспортных механизмов и металлообрабатывающих станков при значительных динамических и статических нагрузках, что позволяет повысить функциональные возможности и расширить арсенал гидроприводов объемного регулирования.

Источники информации

1. КОРОБОЧКИН Б.Н. Динамика гидравлических систем станков, Москва, Машиностроение, 1976, стр.177-184, рис.4.19

2. ПРОКОФЬЕВ В.Н. и др. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод, Москва, Машиностроение, 1969, стр.257-268, рис.11.4.

Гидропривод предназначен для управления любыми инерционными неуравновешенными объектами подъемно-транспортных механизмов или металлообрабатывающих станков с большими статическими и динамическими нагрузками. Гидропривод с несколькими (два и более) силовыми гидроцилиндрами двухстороннего действия с односторонними штоками при работе блока защиты и блокировки позволяет развивать максимальные силы на штоках гидроцилиндров при максимальном давлении настройки первого предохранительного клапана и включенном первом электрогидравлическом распределителе в проходное положение в начальный период движения (подъема) нагрузки и необходимые (меньшие) силы прижатия нагрузки в конце ее движения (подъема) к упору при включенном втором электрогидравлическом распределителе и давлении настройки второго предохранительного клапана, меньшем, чем давление настройки первого предохранительного клапана, а также блокировать движение нагрузки при отключении первого и второго электрогидравлических распределителей. Гидропривод позволяет повысить функциональные возможности и расширить арсенал гидроприводов объемного регулирования. 1 ил.

Гидропривод объемного регулирования, содержащий последовательно соединенные приводной электродвигатель, регулируемый реверсивный насос, трубопроводы и исполнительный гидромеханизм, а также блок защиты, систему вспомогательного гидропитания и бак-компенсатор; регулируемый насос имеет механизм управления с электромеханическим блоком управления, золотниковый гидроусилитель, гидроцилиндры управления люлькой насоса и механическую обратную связь от люльки на золотник гидроусилителя; система вспомогательного гидропитания состоит из насоса постоянного расхода, вал которого соединен через механическую передачу с валом регулируемого насоса, и напорного клапана, соединенного с выходом насоса постоянного расхода и входом гидропитания золотникового гидроусилителя, отличающийся тем, что исполнительный гидромеханизм выполнен в виде, по меньшей мере, двух параллельных силовых гидроцилиндров двухстороннего действия с односторонними штоками, шарнирно соединенными с нагрузкой, штоковые и поршневые трубопроводы которых подключены к рабочим полостям регулируемого насоса; блок защиты и блокировки выполнен в виде двух предохранительных клапанов с разными давлениями настройки и двух электрогидравлических распределителей с отсечным и проходным положениями, первый предохранительный клапан которого своим входом соединен с поршневым, а выходом со штоковыми трубопроводами, первый электрогидравлический распределитель установлен в поршневом трубопроводе между местом подключения первого предохранительного клапана и силовыми гидроцилиндрами, последовательно соединенные второй электрогидравлический распределитель и второй предохранительный клапан установлены между поршневым, после первого электрогидравлического распределителя, и штоковым трубопроводами; и гидропривод дополнительно снабжен второй системой вспомогательного гидропитания, состоящей из второго приводного электродвигателя, второго насоса постоянного расхода, второго напорного клапана, обратного клапана и третьего напорного клапана, в которой вход второго напорного клапана соединен с выходом второго насоса постоянного расхода и через обратный клапан - со штоковым трубопроводом силовых гидроцилиндров, который через третий напорный клапан соединен с баком-компенсатором и входом второго насоса постоянного расхода, причем второй и третий напорные клапаны имеют разные давления настройки и выход второго напорного клапана соединен с баком-компенсатором.