СИСТЕМА ПИТАНИЯ Российский патент 2010 года по МПК F15B21/08 A01B63/10 

Настоящее изобретение относится к системам питания гидроприводных потребителей, по меньшей мере, одного рабочего устройства, установленного на тракторе и т.п. в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения.

Сельскохозяйственные тракторы предназначены для буксирования или приведения в действие прицепных и навесных устройств, таких как плуг, сенопресс, фуражная или силосная телега, сенокосилка. Все эти устройства приводятся в действие гидроприводными элементами системы управления. Питание этих элементов рабочей средой под давлением осуществляется гидросистемой трактора. Так как существуют различные гидросистемы тракторов (с постоянным током, чувствительные к нагрузке, а иногда и системы, работающие в режиме постоянного давления), известно множество способов передачи гидравлической энергии от трактора рабочему устройству. Способ передачи напрямую зависит от количества и типа элементов системы управления (далее - потребители) и от заданного объемного расхода находящейся под давлением рабочей среды.

Стандартным решением схемы с количеством потребителей до четырех является прямое и независимое соединение каждого потребителя с гидравлическим штуцером соответствующего управляющего клапана трактора. Подобное решение представлено в публикации патентной заявки ФРГ №19943561 А1. В этом случае гидронасос, центральный компьютер и управляющие клапаны, соединенные с соответствующим потребителем, расположены на тракторе. Выпускные отверстия регулирующих клапанов могут быть соединены через гидравлические муфты с потребителями, расположенными на прицепе. Регулирующие клапаны для подачи потребителям находящейся под давлением рабочей среды управляются центральным компьютером. Реализация этой схемы в рабочих устройствах с большим количеством потребителей требует значительных трудовых и материальных затрат на оборудование. Другим недостатком этого варианта является то, что при питании различных рабочих устройств находящейся под давлением рабочей средой гидравлические системы этих устройств должны соответствовать системе трактора, иначе будут происходить потери энергии.

Система питания, описанная в публикации патентной заявки ФРГ №10107139 А1, имеет центральный клапанный блок, который может питать рабочей средой по меньшей мере одного потребителя рабочего устройства. Клапанный блок расположен на рабочем устройстве (в данном примере на плуге), установленном на тракторе. Центральный клапанный блок соединен с насосом и баком трактора через ошиновку и гидравлические муфты. При этой схеме регулировка объемного расхода рабочей среды и ее распределение, в сущности, осуществляется в рабочем устройстве. Поэтому рабочие устройства, соединяемые с трактором или устанавливаемые на него, должны иметь соответствующий клапанный блок. В связи с этим стоимость подобных рабочих устройств выше по сравнению со схемой, которая описана в начале и в которой объемный расход рабочей жидкости регулируется централизованно посредством управляющих клапанов, расположенных на тракторе.

Главной тенденцией развития сельскохозяйственного машиностроения являются увеличение количества гидравлических потребителей, расположенных на одном рабочем устройстве, и повышение качества потребителей с управляемыми или регулируемыми функциями.

Следовательно, целью изобретения является создание системы питания, позволяющей обеспечивать большое количество потребителей находящейся под давлением рабочей средой при минимальных трудовых и материальных затратах на оборудование и минимальных потерях энергии.

Решением поставленной задачи является система питания, признаки которой изложены в п.1 формулы изобретения.

Предлагается система питания, в которой регулирование объемного расхода рабочей среды осуществляется на тракторе с помощью четырехходового клапана. Этот клапан может питать рабочей средой несколько потребителей, подключенных к ветви трубопровода. На рабочем устройстве объемный расход рабочей среды распределяется распределительным клапанным механизмом, который может питать рабочей средой соответствующих потребителей, соединенных с четырехходовым клапаном, тогда как питание других потребителей отключено.

В предлагаемом устройстве элементы, регулирующие и распределяющие объемный расход, разделены. Объемный расход регулируется четырехходовым клапаном, расположенным на тракторе, а распределение (то есть выборочное питание потребителей рабочей средой, находящейся под давлением) осуществляется распределительным клапанным механизмом, расположенным на рабочем устройстве.

В отличие от систем, описанных выше, изобретение позволяет соединять несколько потребителей с четырехходовым клапаном, установленным на тракторе и регулирующим объемный расход. Благодаря этому через четырехходовой клапан возможно подключение практически неограниченного числа потребителей.

Распределительный клапанный механизм работает в соответствии с управляющими сигналами, передаваемыми, по меньшей мере, одним блоком управления. Предпочтительно использовать электрические или электронные устройства управления распределительным клапанным механизмом. По необходимости на трактор и/или рабочее устройство может быть установлен по меньшей мере один блок управления, причем желательно осуществлять передачу указанных сигналов трактору и/или рабочему устройству через ошиновку. Передача сигнала возможна не только через кабельные соединения, но также беспроводным способом по радио, например с использованием протокола Bluetooth. В случаях, когда потребители имеют более сложное устройство с возможностью управления или регулировки их функций, предпочтительно использовать схему, при которой рабочие параметры системы питания или рабочие параметры потребителя считываются соответствующими датчиками и обрабатываются блоком управления. Такие сенсоры могут быть соединены с данным конкретным блоком управления непосредственно или через ошиновку.

Наиболее удачным вариантом системы питания является схема, в которой распределительный клапанный механизм включает, по меньшей мере, один вспомогательный клапан, с помощью которого осуществляется открытие или закрытие прямого и обратного трубопроводов.

В случае, когда необходимо осуществлять управление потребителями двойного действия, распределительный клапанный механизм, расположенный на каждом потребителе, включает соответствующий вспомогательный клапан для закрытия или открытия прямого или обратного трубопровода. Как правило, достаточно одного вспомогательного клапана, даже когда речь идет о потребителе двойного действия.

В случае, когда с помощью предлагаемой системы питания необходимо осуществлять одновременное управление несколькими потребителями рабочего устройства, четырехходовые клапаны объединяют в клапанный блок. При этом для каждого четырехходового клапана предназначены прямой и обратный трубопроводы рабочего устройства, к которым параллельно подключено несколько потребителей, как описано выше. Для каждого потребителя предназначен свой распределительный клапанный механизм, который в случае с потребителем двойного действия предпочтительно имеет два вспомогательных клапана. С помощью этого механизма потребитель может быть соединен с прямым и обратным трубопроводом, а остальные потребители могут быть отключены.

В системах, чувствительных к нагрузке, каждый четырехходовой клапан оборудован регулируемой измерительной диафрагмой и регулятором давления, предназначенным для регулирования объемного расхода рабочей среды, находящейся под давлением, а имеет управляющие кромки для регулирования направления течения этой среды.

Другие особенности конструкции изобретения описаны в подпунктах формулы изобретения.

Ниже приведены схематические чертежи с подробными схемами наиболее удачных вариантов выполнения изобретения.

На фиг.1 показана принципиальная схема системы питания для трактора, с которым соединено или на котором установлено рабочее устройство, например плуг или сенопресс.

На фиг.2 показан упрощенный вариант выполнения системы питания.

Система питания, изображенная на фиг.1, включает часть 2, установленную на тракторе, и часть 4, установленную на рабочем устройстве. При этом электрическое и гидравлическое соединение частей 2 и 4 осуществляют при установке рабочего устройства на тракторе или подцеплении его к нему.

Система питания 1 является системой, чувствительной к нагрузке. Однако, как указано выше, могут быть использованы и другие технические решения, например системы, основанные на регулировании постоянного расхода или постоянного давления рабочей среды. Часть 2 системы питания 1, установленная на тракторе, включает насос 6, чувствительный к нагрузке, с помощью которого осуществляется отсос рабочей среды из бака Т трактора. Напорное отверстие насоса 6 соединено с входным отверстием насоса 6, который в данном примере состоит из нескольких клапанных сегментов: 8а, 8b и 8с. Каждый клапан соединен с несколькими потребителями и имеет по меньшей мере два рабочих отверстия А и В. Отверстия А и В соединены с гидравлическими муфтами 14, 16, установленными на тракторе, через рабочие трубопроводы 10 и 12.

В примере, показанном на фиг.1, два потребителя 15 и 17 рабочего устройства могут быть запитаны рабочей средой под давлением через клапанный сегмент 8а. Разумеется, кроме потребителей 15 и 17, к сегменту 8а могут быть дополнительно подключены и другие устройства. Кроме того, к сегментам 8b и 8с также могут быть подключены дополнительные потребители.

В приведенном примере к гидравлическим муфтам 14 и 16 присоединено двойное ответвление трубопровода, образующее прямой и обратный трубопроводы 18 и 20, через которые может происходить питание рабочей средой потребителей 15 и 17. Прямой и обратный трубопроводы 18 и 20 присоединяют к муфтам 14 и 16 через ответвления 22 и 24 при установке или подцеплении рабочего устройства. Каждый из потребителей 15 и 17 присоединен через ответвление 22 и/или 23 прямого трубопровода и через ответвление 24 и/или 25 обратного трубопровода соответственно к прямому трубопроводу 18 и обратному трубопроводу 20. Каждое ответвление 22, 23, 24 и 25 содержит распределительный клапан 26, 27, 28 и 29. Эти клапаны являются вспомогательными и могут быть выведены из подпружиненного смещенного исходного положения (см. фиг.1) с помощью соответствующего соленоида 30. На фиг.1 числовое обозначение имеет только соленоид 30 распределительного клапана 29.

Потребители 15 и 17, присоединенные к трубопроводам 18 и 20, а также другие потребители, в случае необходимости, присоединенные к этому же ответвлению, таким образом, оказываются параллельно присоединены к сегменту 8а.

Соленоиды 30 распределительных клапанов 26, 27, 28 и 29 приводятся в действие блоком 32 управления, который в данном примере расположен на рабочем устройстве. Питание электрическим током соленоидов 30 клапанов 26, 27, 28 и 29 осуществляется через сигнальные линии 34, присоединенные к контактам блока 32 (на фиг.1 числовое обозначение имеет только линия 34 клапана 29). При этом клапаны 26, 27, 28 и 29 потребителей 15 и 17 одновременно находятся в выключенном или включенном состоянии, чтобы приводить в действие потребителя 15 или 17.

В зависимости от типа рабочего устройства для отслеживания рабочих параметров системы питания или перемещение потребителей 15 и 17 могут быть использованы различные датчики. Существует множество способов установки датчиков. На фиг.1 показан вариант, при котором датчики 36 (давления, тока, хода, объемного расхода и др.) присоединены к блоку 32, в котором происходит обработка сигналов и, если необходимо, преобразование их в управляющие сигналы для приведения в действие потребителей 15, 17 и насоса 6.

Как показано на фиг.1, на тракторе также может быть установлен блок 38 управления, присоединенный к блоку 32, расположенному на рабочем устройстве, а также к клапанам 26, 27, 28, 29 и к клапанному блоку 8, чувствительному к нагрузке. Соединение осуществлено через ошиновку 40. При этой схеме все датчики 42 или некоторые из них также могут быть присоединены к блоку 38, расположенному на тракторе, через ошиновку 40. Кроме того, на тракторе могут быть установлены датчики 44, сигналы которых непосредственно обрабатываются блоком 38. Также возможна схема, при которой датчики 46, расположенные на тракторе, могут быть присоединены к блоку 32 рабочего устройства и блоку 38 трактора через ошиновку 40. Указанный клапанный блок, чувствительный к нагрузке, непосредственно управляется сигналами, передаваемыми блоком 38 или сигналами, передаваемыми блоком 32 через ошиновку 40.

При введении в действие потребителей 15 и 17 (гидродвигатель, дифференциальный цилиндр 17) запрос о необходимом объемном расходе рабочей среды передают через ошиновку 40 в гидравлическую систему трактора на насос 6 и клапанный блок 8. При этом измерительную диафрагму переводят в открытое положение для регулирования заданного объемного расхода рабочей среды. Через направляющую часть управляемого сегмента 8а происходит соединение, например, прямого трубопровода 18 с насосом 6 и обратного трубопровода 20 с баком Т. При этом подают ток от блоков 32 и 38 на соленоиды 30, например, клапанов 27 и 29 с переводом последних в открытое положение. Клапаны 26 и 28, выходящие на гидродвигатель 15, остаются в закрытом положении. Следовательно, рабочую среду под давлением подают через прямой трубопровод 18 в камеру 48 дифференциального цилиндра 17, а из кольцевого пространства 50 ее перемещают в обратный трубопровод 20 и возвращают в бак Т, при этом шток поршня цилиндра 17 вытягивается. Для того чтобы вернуть шток поршня в исходное положение, клапаны 27 и 29 аналогичным образом устанавливают в положение пропускания, а направление направляющей части сегмента 8а изменяют на противоположное. При этом трубопровод 20 становится прямым, а трубопровод 18 - обратным.

При таком управлении одним из подключенных к ответвлению потребителей конфигурация блоков управления может быть аналогична конфигурации блоков 32 и 38, размещенных на тракторе. Как отмечено выше, клапаны 26 и 28 остаются в закрытом положении, в котором не осуществляется питание рабочей средой гидродвигателя 15 и других потребителей. Если необходимо параллельное управление другим потребителем рабочего устройства, следует подключать его к сегментам 8b и 8с по схеме, описанной выше.

Потребитель одностороннего действия может быть подключен к трубопроводу 18 или 20 через один распределительный клапан.

Существенным преимуществом схемы, предлагаемой в изобретении, является то, что она позволяет подключать несколько потребителей к одиночным сегментам 8а, 8b, 8с. При этом стоимость подключения снижается по сравнению со схемами подключения каждого потребителя к своему гидравлическому штуцеру. В случае, когда осуществляется одновременное управление несколькими потребителями, они могут быть подключены к дополнительным клапанным сегментам на тракторе. Питание дополнительных сегментов рабочей средой осуществляется через общий насос 6, чувствительный к нагрузке. Иными словами, клапанные сегменты, расположенные на тракторе, являются многопользовательскими, а распределение объемного расхода осуществляется очень дешевыми распределительными клапанами 26, 27, 28 и 29, расположенными на рабочем устройстве. Поэтому стоимость процесса управления несколькими потребителями и оборудования для его осуществления может быть сведена к минимуму.

В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.1, каждый раз, когда не осуществляют управление потребителями, их перекрывают с двух сторон парами клапанов 26 и 28 или 27 и 29. Для осуществления управления потребителями 15 и 17 необходимо, чтобы оба клапана (26 и 28 или 27 и 29) были открыты. Данное решение весьма оригинально с точки зрения функциональных возможностей, однако, с точки зрения реализации этой схемы, потребует сравнительно больших затрат.

На фиг.2 показана упрощенная схема, в которой сохранены существенные преимущества изобретения, но снижена его стоимость.

Существенным отличием этой схемы от вышеописанного варианта является то, что каждому потребителю (15 и 17) предназначен всего с один распределительный клапан (26 и 27). Иными словами, в отключенном состоянии потребитель перекрыт клапаном только с одной стороны, что вполне применимо в ряде случаев. Если потребителем является гидродвигатель 15, то не имеет принципиального значения, к ответвлению какого трубопровода подключен распределительный клапан: прямого или обратного. Если различные поверхности потребителя, такого как гидроцилиндр 17, находятся под давлением, предпочтительным является вариант, при котором клапан 27 установлен в ответвлении 23 прямого трубопровода, ведущем в большую камеру 48 цилиндра, так что передача давления между камерой 48 и кольцевой камерой 50 отсутствует, а следовательно, отсутствует и передача энергии в ответвление 25 обратного трубопровода при увеличении давления в обратном трубопроводе 20.

В остальном, схема, показанная на фиг.2, не отличается от схемы фиг.1.

Итак, предложена система питания гидроприводных потребителей рабочего устройства, установленного на тракторе и т.п. или подцепленного к нему. Согласно изобретению, четырехходовой клапан, задающий объемный расход рабочей среды, установлен на тракторе, и к этому клапану присоединены прямой и обратный трубопроводы. В этих трубопроводах параллельно установлено несколько потребителей, один из которых гидравлически соединен с четырехходовым клапаном посредством распределительного клапанного механизма. Объемный расход рабочей среды регулируют на тракторе, а распределение рабочей среды осуществляют на рабочем устройстве посредством распределительного клапанного механизма.

Расшифровка числовых обозначений

1 Система питания

2 часть системы, расположенная на тракторе

4 часть системы, расположенная на рабочем устройстве

6 насос, чувствительный к нагрузке

8 клапанный блок, чувствительный к нагрузке

8а клапанный сегмент

8b клапанный сегмент

8с клапанный сегмент

10 рабочий трубопровод

12 рабочий трубопровод

14 гидравлическая муфта

15 потребитель

16 гидравлическая муфта

17 потребитель

18 прямой трубопровод

20 обратный трубопровод

22 ответвление прямого трубопровода

23 ответвление прямого трубопровода

24 ответвление обратного трубопровода

25 ответвление обратного трубопровода

26 распределительный клапан

27 распределительный клапан

28 распределительный клапан

29 распределительный клапан

30 соленоид

32 блок управления (рабочее устройство)

34 сигнальная линия

36 датчик

38 блок управления (трактор)

40 ошиновка

42 датчики

44 датчики

46 датчики

48 цилиндрическая камера

50 кольцевая камера

Изобретение относится к гидравлическим системам питания потребителей рабочего устройства. Система питания содержит четырехходовой клапан (8), выполненный с возможностью непрерывной настройки и через который запитаны рабочей средой под давлением два потребителя (15, 17). Между четырехходовым клапаном (8) и потребителями (15, 17) имеются прямой и обратный трубопроводы (18, 20), в которых установлен распределительный клапанный механизм (26, 28; 27, 29). Четырехходовой клапан (8) расположен на тракторе, а распределительный клапанный механизм (26, 28, 27, 29) расположен на рабочем устройстве. Объемный расход рабочей среды регулируют на тракторе, а распределение рабочей среды осуществляют на рабочем устройстве посредством распределительного клапанного механизма. Достигается увеличение количества гидравлических потребителей и повышение КПД устройства. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система питания гидравлических потребителей рабочего устройства, установленного на тракторе или подцепленного к нему, содержащая четырехходовой клапан (8), который выполнен с возможностью непрерывной настройки и через который могут быть запитаны рабочей средой под давлением по меньшей мере два потребителя (15, 17), причем между четырехходовым клапаном (8) и потребителями (15, 17) имеются прямой и обратный трубопроводы (18, 20), в которых установлен соответствующий распределительный клапанный механизм (26, 28; 27, 29) для открытия и закрытия соединения с потребителем (15, 17), отличающаяся тем, что четырехходовой клапан (8) расположен на тракторе, а распределительный клапанный механизм (26, 28, 27, 29) расположен на рабочем устройстве.

2. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что управление распределительным клапанным механизмом (26, 28; 27, 29) и четырехходовым клапаном (8) может осуществляться электрическим или электронным путем по управляющему сигналу, передаваемому, по меньшей мере, одним блоком управления (32, 38).

3. Система питания по п.2, отличающаяся тем, что имеется блок управления (38), установленный на тракторе, и/или блок управления (32), установленный на рабочем устройстве, а передача сигналов между трактором и рабочим устройством осуществляется через ошиновку (40).

4. Система питания по п.2 или 3, отличающаяся тем, что содержит датчики (36, 42, 44, 46) для считывания рабочих параметров системы питания.

5. Система питания по п.4, отличающаяся тем, что датчики (36, 42, 44, 46) присоединены к блоку управления (32, 38) непосредственно или через ошиновку (40).

6. Система питания по п.1, отличающаяся тем, что распределительное клапанное устройство включает, по меньшей мере, один вспомогательный клапан (26, 28; 27, 29), с помощью которого может быть перекрыт прямой трубопровод (18) и обратный трубопровод (20), ведущие к потребителю двойного действия или к потребителю одностороннего действия.

7. Система питания по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве потребителя использован потребитель (15, 17) двойного действия, а распределительный клапанный механизм, предназначенный для этого потребителя, включает соответствующий вспомогательный клапан (26, 28; 27, 29) для открытия и закрытия соединения с прямым трубопроводом (18) и обратным трубопроводом (20).

8. Система питания по любому из пп.1-3, 5 или 6, отличающаяся тем, что включает дополнительные четырехходовые клапаны (8b, 8с), объединенные с основным четырехходовым клапаном (8а) в клапанный блок (8), чувствительный к нагрузке, причем для каждого четырехходового клапана (8а, 8b, 8с) предназначены прямой (18) и обратный (20) трубопроводы на рабочем устройстве, включающие соответствующие распределительные клапанные механизмы (26, 28; 27, 29), предназначенные для потребителей (15, 17).

9. Система питания по любому из пп.1-3, 5 или 6, отличающаяся тем, что в качестве клапанного блока использован клапанный блок, чувствительный к нагрузке, содержащий, по меньшей мере, регулируемую измерительную диафрагму, предназначенный для нее регулятор давления, а также управляющие кромки для регулирования направления течения среды, находящейся под давлением.