ГИДРООБЪЕМНАЯ ПЕРЕДАЧА Российский патент 2018 года по МПК F16H39/00 F16H61/42 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, а именно к гидравлическим исполнительным механизмам на базе гидрообъемных передач с регулируемыми насосом и гидромотором. Преимущественная область применения заявляемого изобретения - использование в гидросистемах различных транспортных и дорожно-строительных машин и, в частности, в качестве бесступенчатой передачи механической энергии от вала двигателя к валу дифференциального механизма поворота быстроходной гусеничной машины.

Известен гидропривод (Патент РФ №5429 от 16.11.1997 на полезную модель «ОБЪЕМНЫЙ ГИДРОПРИВОД», МПК6 F04B 1/20, Патентообладатель: Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал» (RU), содержащий две аксиально-плунжерные гидромашины, размещенные в едином корпусе, одна из которых - регулируемый насос, другая - нерегулируемый гидромотор, вспомогательный насос, механизм управления, фильтр, подпиточные и предохранительные клапаны, отличающийся тем, что в общей крышке, закрывающей корпус, размещен двухпозиционный гидрораспределитель, к проточкам которого подведены каналы от насоса, а также выполнены каналы между проточками гидрораспределителя и гидромотором и каналы между гидрораспределителем и местами подсоединения на крышке других исполнительных элементов, при этом в исходном положении гидрораспределителя через его проточки каналы насоса сообщены с каналами гидромотора, а каналы между гидрораспределителем и местами подсоединения других исполнительных элементов с каналами насоса не сообщены.

Основным недостатком данного гидропривода является использование нерегулируемого гидромотора, уменьшающее диапазон изменения его момента.

Известна система управления поворотом (Патент РФ №2529929 от 10.10.2014 на изобретение «МЕХАТРОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТОМ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ», МПК (2006.01) B62D 11/08, МПК (2012.01) B60W 30/045, Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курганский государственный университет» (RU), состоящая из объемного гидропривода, гидронасос которого кинематически через механический редуктор соединен с двигателем машины, а первый канал управления - с задающим (командным) органом управления поворотом (штурвалом), бортовой компьютер, сенсоры положения и перемещения: штурвала, педали подачи топлива, числа оборотов двигателя, номера включенной передачи, дифференциального механизма, ведомые элементы которого кинематически соединены с солнечными шестернями суммирующего планетарного ряда трансмиссии.

Также известна гидрообъемная передача механизма транспортного средства (см. Патент США №8,327,638 от 11.12.2012 «HYDRAULIC DRIVE APPARATUS AND HYDRAULICALLY-DRTVEN VEHICLE», Int. Class.: F16H61/42 (2010.01), E02F 9/22 (2006.01) Assignee: Komatsu Ltd. [JP]), включающая двигатель транспортного средства, насос и гидромотор, объединенные силовыми гидравлическими магистралями, педаль и рычаги управления, вычислительный блок, золотник с управляющими электромагнитами для регулирования производительности насоса, золотник с управляющими электромагнитами для регулирования скорости и направления вращения гидромотора, датчики давления и предохранительные клапаны силовых гидравлических магистралей.

Общим недостатком для технических решений по патентам РФ №2529929 и США №8,327,638 является достаточно высокая сложность конструкции, причем, с необходимостью использования бортовых средств вычислительной техники, которые должны обеспечивать безотказное функционирование в достаточно жестких условиях эксплуатации (температура, влажность воздуха), характерных для транспортных средств.

Известна гидросистема (Патент РФ №5435 от 16.11.1997 на полезную модель «ГИДРОСИСТЕМА ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ», МПК6 F16H 39/00, Патентообладатель: Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал» (RU), содержащая гидрообъемную передачу, в которой имеются гидравлически замкнутые регулируемый насос, связанный с двигателем машины, и гидромотор, кинематически соединенный с движителем машины, по меньшей мере один исполнительный элемент, подключенный к рабочим магистралям гидропередачи, а также автономный гидропривод, включающий насос с приводным электроприводом, связанный с исполнительным элементом через трехпозиционный гидрораспределитель, отличающаяся тем, что в объемной гидропередаче каналы насоса соединены с каналами гидромотора и исполнительного элемента через двухпозиционный гидрораспределитель.

Существенными недостатками данной гидросистемы являются:

- использование нерегулируемого гидромотора;

- некоторая избыточность конструкции гидросистемы (помимо вспомогательного подпиточного насоса в ее составе имеются еще насос автономного гидропривода, а также дополнительный гидромотор);

- необходимость использования для насоса автономного гидропривода приводного электродвигателя;

- использование электромагнитов для управления золотниками гидрораспределителей гидросистемы;

- отсутствие фильтрующих элементов, обеспечивающих непрерывную очистку рабочей жидкости, циркулирующей в магистралях и элементах гидросистемы, что значительно ускоряет расход ее ресурса в процессе эксплуатации.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа заявляемого изобретения, является гидропривод (Патент РФ №2278310 от 20.06.2006 на изобретение «ГИДРОПРИВОД», МПК (2006.01): F16H 39/02, F16H 61/42, Патентообладатель: Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт «Сигнал» (RU), содержащий (см. формулу изобретения совместно с Фиг. 1) регулируемые насос 1 и гидромотор 2, объемно-замкнутые силовыми магистралями 3 и 4; вспомогательный насос 5, который механически связан с валом регулируемого насоса 1, всасывающий из бака 20 и подающий рабочую жидкость в линию нагнетания 6; линия нагнетания 6 вспомогательного насоса 5 подведена к входам сливного 7 и подпиточных клапанов 8 и 9; сливной клапан 7 имеет выход в бак 20, а выходы подпиточных клапанов 8 и 9 подключены соответственно к силовым магистралям 3 и 4; кроме этого к линии нагнетания 6 вспомогательного насоса 5 подключена с помощью магистрали 10 управляющая полость 11 поршня 12, опирающегося на пружину 13 и кинематически соединенного с регулирующим органом регулируемого гидромотора 2.

Основными недостатками технического решения по прототипу являются:

- отсутствие возможности очистки рабочей жидкости, циркулирующей в магистралях и элементах гидропривода и постепенно загрязняющейся в процессе эксплуатации;

- возможность значительного нагревания рабочей жидкости (находящейся под большим давлением в силовом контуре гидропривода) и движущихся частей регулируемых насоса и гидромотора, в конечном итоге приводящая к их интенсивному износу.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности с максимальным сохранением остаточного ресурса гидрообъемной передачи быстроходных гусеничных машин.

Поставленная цель достигается тем, что в гидрообъемную передачу, регулируемый насос и регулируемый гидромотор, объемно-замкнутые силовыми магистралями; вспомогательный насос, который механически связан с валом регулируемого насоса, всасывающий из бака и подающий рабочую жидкость в линию нагнетания; первый сливной клапан, имеющий выход в бак, подпиточные клапаны, выходы которых подключены к силовым магистралям; магистраль, подключенную к управляющей полости поршня, который, опираясь на пружину, кинематически соединен с регулирующим органом регулируемого гидромотора, введены фильтр, золотниковый гидрораспределитель и второй сливной клапан; линия нагнетания вспомогательного насоса через фильтр подведена к входу первого сливного клапана и к входам подпиточных клапанов; входы золотникового гидрораспределителя подключены к силовым магистралям, а выход - к магистрали, а через второй сливной клапан к баку.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемой гидрообъемной передаче для непрерывной очистки рабочей жидкости на выходе вспомогательного насоса использован фильтр, а для снижения температуры рабочей жидкости и, как следствие, уменьшения износа движущихся частей регулируемых насоса и гидромотора применяется золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель и второй сливной клапан.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- Фиг. 1, на которой представлена принципиальная гидрокинематическая схема гидрообъемной передачи;

- Фиг. 2, на которой представлен чертеж общего вида гидрообъемной передачи;

- Фиг. 3, на которой представлено изображение в ракурсе 3/4 спереди гидрообъемной передачи.

Согласно Фиг. 1 гидрообъемная передача содержит: 1 - регулируемый насос, 2 - регулируемый гидромотор, 3 и 4 - силовые магистрали, 5 - вспомогательный насос, 6 - линию нагнетания, 7 - первый сливной клапан, 8 и 9 - подпиточные клапаны, 10 - магистраль, 11 - управляющую полость, 12 - поршень, 13, 16 и 17 - пружины, 14 и 15 - цилиндры, 18 - золотник, 19 - втулку, 20 - бак, 21 - рычаг, 22 - валик управления, 23 и 24 - нуль-установители, 25 и 26 - предохранительные клапаны, 27 - фильтр, 28 - золотниковый гидрораспределитель и 29 - второй сливной клапан.

В соответствии с Фиг. 1 в гидрообъемной передаче регулируемый насос 1 и регулируемый гидромотор 2 объемно-замкнуты (то есть гидравлически связаны друг с другом) силовыми магистралями 3 и 4. На вход вспомогательного насоса 5, механически связанного с валом регулируемого насоса 1, поступает рабочая жидкость из бака 20. Линия нагнетания 6 вспомогательного насоса 5, через фильтр 27 подведена к входу первого сливного 7 и входам подпиточных 8 и 9 клапанов, а также к входу золотника 18 механизма регулирования насоса 1. Первый сливной клапан 7 имеет выход в бак 20, а выходы подпиточных клапанов 8 и 9 подключены соответственно к силовым магистралям 3 и 4.

Входы золотникового гидрораспределителя 28 подключены к силовым магистралям 3 и 4, выход - с помощью магистрали 10 к управляющей полости 11 поршня 12, который опирается на пружину 13, а через второй сливной клапан 29 к баку 20. Поршень 12 кинематически соединен с регулирующим органом регулируемого гидромотора 2, который удерживается пружиной 13 в исходном нулевом положении.

Поршни цилиндров 14 и 15 поджаты пружинами 16 и 17 к регулирующему органу регулируемого насоса 1. Управляющие полости цилиндров 14 и 15 подключены к выходам золотника 18, установленному во втулке 19, которая шарнирно связана с регулирующим органом насоса 1. Золотник 18, имеющий также выход в бак 20, соединен с рычагом 21, скрепленным с валиком управления 22, к которому поджаты нуль-установители 23 и 24.

К силовым магистралям 3 и 4 гидрообъемной передачи подключены предохранительные клапаны 25 и 26.

На Фиг. 2 изображен чертеж общего вида гидрообъемной передачи (в ракурсе «вид спереди»), где 30 - датчики контроля параметров рабочей жидкости, 31 - выходной вал регулируемого гидромотора, 32 - входной вал регулируемого насоса, 33 - корпус гидрообъемной передачи, 34 и 37 - пробки, 35, 39 и 40 - штуцера, 36 - валик управления, 38 - фильтр, 41 - вспомогательный насос, 42 - входной-выходной вал вспомогательного насоса, 43 - коробка с предохранительными клапанами и 44 - клапан заправки.

Гидрообъемная передача (см. Фиг. 3), скомпонованная в корпусе 33 (см. Фиг. 2), устанавливается на гусеничную машину (трактор, экскаватор, тягач, быстроходная гусеничная машина и т.п.), причем для обеспечения возможности дистанционного контроля, в различных точках гидрообъемной передачи предусмотрена установка датчиков давления и температуры рабочей жидкости 30 (см. Фиг. 2), сигналы от которых поступают на приборную панель водителя гусеничной машины.

Входной вал регулируемого насоса 32 сопрягается с валом двигателя гусеничной машины, выходной вал регулируемого гидромотора 31 - с согласующим редуктором механизма поворота гусеничной машины, валик управления 36 - со штурвалом водителя гусеничной машины, вал вспомогательного насоса 42 - с редуктором стартер-генератора гусеничной машины; штуцеры 35 и 40 подключаются к радиатору охлаждения гидрообъемной передачи, а штуцер 39 - к пополнительному баку гидрообъемной передачи; вспомогательный насос 41 с фильтром 38 обеспечивают пополнение рабочей жидкостью силовых магистралей гидрообъемной передачи, а предохранительные клапаны коробки 43 - защиту от превышения допустимого давления в этих магистралях; пробки 34 и 37 обеспечивают выпуск воздуха из внутренних объемов корпуса 33 и фильтра 38 при заполнении гидрообъемной передачи рабочей жидкостью с помощью клапана заправки 44 (см. Фиг. 2).

Предлагаемая гидрообъемная передача работает следующим образом.

При работе гидрообъемной передачи (см. Фиг. 1), когда вращаются (от двигателя гусеничной машины) валы насоса 1 и связанного с ним вспомогательного насоса 5, нагнетаемая последним рабочая жидкость по магистрали 6 через фильтр 27 поступает к первому сливному клапану 7, который, пропуская излишки рабочей жидкости в бак 20, поддерживает необходимое рабочее давление на входе подпиточных клапанов 8 и 9, а также на входе золотника 18 механизма регулирования насоса 1. В процессе работы гидрообъемной передачи, через подпиточные клапаны 8 и 9 рабочая жидкость поступает в силовые магистрали 3 и 4 для восполнения утечек из них.

С помощью золотникового гидрораспределителя 29, автоматически управляемого перепадами давлений в гидравлических силовых магистралях 3 и 4, поддерживается необходимое рабочее давление в магистрали 10. Под действием давления рабочей жидкости в магистрали 10, поршень 12, сжимая пружину 13, перемещается и переводит регулирующий орган регулируемого гидромотора 2 из нулевого положения в наклонное, при котором рабочий объем гидромотора становится максимальным.

Причем в процессе работы гидрообъемной передачи с помощью второго сливного клапана 29 осуществляется постоянный слив «горячей» рабочей жидкости в бак 20, где помощью системы охлаждения (на Фиг. 1 не показана) понижается ее температура, после чего вспомогательный насос 5 через подпиточные клапаны 8 и 9 снова пополняет, но уже охлажденной рабочей жидкостью, силовой контур гидрообъемной передачи, таким образом понижая температурный режим и уменьшая износ движущихся частей регулируемых насоса 1 и гидромотора 2.

Для обеспечения вращения выходного вала регулируемого гидромотора 2 поворачивают валик управления 22 (сопряженный со штурвалом водителя гусеничной машины), сжимая пружину одного из нуль-установителей 23 или 24, изменяя положение скрепленного с ним рычага 21 и перемещая золотник 18, что обеспечивает поступление рабочей жидкости (с выхода фильтра 27) в один из цилиндров (в 16 или 17), а другой цилиндр при этом соединяется с поддоном 20. Под давлением этой рабочей жидкости регулирующий орган регулируемого насоса 1 поворачивается, перемещая связанную с ним втулку 19. Поворот регулирующего органа прекратится, когда позиция втулки будет соответствовать исходному схемному перекрытию поясков и пазов золотника 18 и втулки 19. При этом позиция регулирующего органа регулируемого насоса 1 будет соответствовать углу поворота валика управления 22. При отклонении регулирующего органа от этой позиции (из-за динамических процессов, протекающих в насосе 1, гидромоторе 2 и силовых магистралях 3 и 4) исходная схема перекрытий пары золотник-втулка нарушается, под один из цилиндров 14 или 15 подводится давление рабочей жидкости, а другой сообщается с баком 20 и схема перекрытий золотник-втулка автоматически восстанавливается поворотом регулирующего органа.

При отклонении регулирующего органа плунжеры регулируемого насоса 1 совершают возвратно-поступательное движение и происходит всасывательно-нагнетательный процесс. Рабочая жидкость, регулируемая насосом 1 по величине и направлению потока, по одной из магистралей 3 или 4 поступает к регулируемому реверсивному гидромотору 2 и, вращая его вал в соответствующем направлении, возвращается обратно к регулируемому насосу 1. Причем частота вращения вала регулируемого гидромотора 2 соответствует углу поворота валика управления 22.

При изменении позиции валика управления 22 изменяется частота вращения вала регулируемого гидромотора 2 (сопряженного с согласующим редуктором механизма поворота гусеничной машины). Значение давления в нагнетательной магистрали 3 или 4 определяется нагрузкой на валу регулируемого гидромотора 2. Максимальное давление в ней ограничивается предохранительным клапаном 25 или 26, который при срабатывании сообщает нагнетательную магистраль 3 или 4 с соответствующей магистралью низкого давления 4 или 3.

При снятии с валика управления 22 управляющего воздействия нуль-установители 23 или 24 переводят его, скрепленные с ним рычаг 21 и золотник 18, в нейтраль, при нахождении в которой, из-за отсутствия давления рабочей жидкости в цилиндрах 14 и 15 и с помощью пружин 16 или 17 этих цилиндров, регулирующий орган регулируемого насоса 1 устанавливается в нулевое положение.

При останове двигателя гусеничной машины валы регулируемого и вспомогательных насосов 1 и 5 прекращают вращение, нагнетательный процесс от вспомогательного насоса 5 в линию 6 прекращается, подпиточные клапаны 8 и 9 открываются, соединяя силовые магистрали 3 и 4 друг с другом и с линией 6, а перемещаемый пружиной 13 поршень 12 выдавливает рабочую жидкость из управляющей полости 11 в магистраль 10. Вытесняемая рабочая жидкость по зазорам: между поршнем 12 и его цилиндром, вспомогательного насоса 5, регулируемых насоса 1 и гидромотора 2 и их гидростатических опор на плунжерах сливается в бак 20. При этом регулирующий орган регулируемого гидромотора 2 устанавливается в нулевое положение. Вследствие этого выходной вал регулируемого гидромотора 2 может свободно вращаться, никоим образом не препятствуя свободному повороту буксируемого транспортного средства.

В процессе эксплуатации при выполнении регламентных работ по техническому обслуживанию гидрообъемной передачи выполняется замена загрязненного фильтра 27.

К техническим результатам - конкурентным преимуществам, полученным в предлагаемом изобретении, относятся следующие:

- обеспечение высокой плавности поворота гусеничной машины за счет использования бесступенчатой гидрообъемной передачи в качестве промежуточного звена между валом двигателя и валом дифференциального механизма поворота гусеничной машины;

- возможность транспортирования гусеничной машины на буксире при выключенном (отказавшем) двигателе без необходимости выполнения каких-либо подготовительных работ, например по расстыковке элементов механизма поворота;

- максимальное сохранение остаточного ресурса за счет использования фильтра, обеспечивающего непрерывную очистку рабочей жидкости, циркулирующей в магистралях и элементах гидрообъемной передачи;

- значительное уменьшение износа движущихся частей регулируемых насоса и гидромотора за счет снижения температуры рабочей жидкости в силовом контуре гидрообъемной передачи.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемая гидрообъемная передача может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и чертежами (см. Фиг. 1, 2 и 3) на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.

Предлагаемые технические решения практически реализованы в опытном образце изделия «Гидропривод» 569-13.04.000, по результатам положительных испытаний которого Открытым акционерным обществом «Мытищинский машиностроительный завод» в составе гусеничной машины предполагается освоить серийный выпуск данных изделий.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемая гидрообъемная передача отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищена патентом РФ на изобретение.

Изобретение относится к гидравлическим исполнительным механизмам на базе гидрообъемных передач с регулируемыми насосом и гидромотором. Гидрообъемная передача содержит: регулируемый насос (1), регулируемый гидромотор (2), силовые магистрали (3, 4), вспомогательный насос (5), линию нагнетания (6), первый сливной клапан (7), подпиточные клапаны (8, 9), магистраль (10), управляющую полость (11), поршень (12), пружины (13, 16, 17), цилиндры (14, 15), золотник (18), втулку (19), бак (20), рычаг (21), валик управления (22), нуль-установители (23, 24), предохранительные клапаны (25, 26), фильтр (27), золотниковый гидрораспределитель (28) и второй сливной клапан (29). Для непрерывной очистки рабочей жидкости на выходе вспомогательного насоса использован фильтр. Для снижения температуры рабочей жидкости применяется золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель и второй сливной клапан. Достигается повышение эксплуатационной надежности устройства. 3 ил.

Гидрообъемная передача, содержащая регулируемый насос и регулируемый гидромотор, объемно-замкнутые силовыми магистралями; вспомогательный насос, который механически связан с валом регулируемого насоса, всасывающий из бака и подающий рабочую жидкость в линию нагнетания; первый сливной клапан, имеющий выход в бак, подпиточные клапаны, выходы которых подключены к силовым магистралям; магистраль, подключенную к управляющей полости поршня, который, опираясь на пружину, кинематически соединен с регулирующим органом регулируемого гидромотора,

отличающаяся тем, что в нее введены фильтр, золотниковый гидрораспределитель и второй сливной клапан;

линия нагнетания вспомогательного насоса через фильтр подведена к входу первого сливного клапана и к входам подпиточных клапанов;

входы золотникового гидрораспределителя подключены к силовым магистралям, а выход - к магистрали, а через второй сливной клапан - к баку.