ГИДРОПРИВОД Российский патент 2020 года по МПК F15B11/05 

Изобретение относится к области объемных гидроприводов с регулированием скорости движения исполнительных органов, в том числе при нулевых и попутных нагрузках.

Известен гидропривод, содержащий регулируемый насос, механизм управления, дополнительный насос для создания давления на управление основным насосом (Комиссарик С.Ф. и Ивановский В.А. «Гидравлические объемные трансмиссии». Москва, Машгиз 1963 г с. 51. рис. 30).

Указанный гидропривод имеет сложную конструкцию и низкий КПД в результате потери энергии на работу дополнительного насоса.

Известен гидропривод, содержащий регулируемый насос, управление которым производится от давления в напорной линии насоса (Брон Л.С., Тартаковский Ж.Э. «Гидравлический привод агрегатных станков и автоматических линий». М., Машиностроение, 1974 г. издание 3-е, с. 288, рис. 179).

Недостатком известного привода является нарушение процесса регулирования при малых нагрузках на исполнительном гидродвигатеде или низком давлении в напорной линии, что компенсируется с помощью гидроаккумулятора, что усложняет конструкцию гидропривода.

Для обеспечения необходимого давления управления при малых нагрузках на исполнительном гидродвигателе устанавливают дополнительные устройства (дроссели), это снижает КПД ГП и ресурс насоса (Башта Т.М.«Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем» М. Машиностроение 1974 г с. 422 рис Л 74, в, прототип).

Недостатком такого гидропривода является то, что он работает при более высоком давлении и ведет к дополнительному нагреву привода см. книгу.

Технической проблемой, разрешаемой настоящим изобретением, является создание объемного гидропривода, регулируемого по скорости во всем диапазоне нагрузок, в том числе при нулевых.

Техническим результатом, обеспечивающим разрешение указанной технической проблемы, является повышение надежности управления насосом при нулевых и попутных нагрузках исполнительного гидродвигателя без дополнительного избыточного увеличения давления нагнетания насоса при максимальных нагрузках с сохранением КПД и ресурса насоса.

Сущность изобретения заключается в том, что гидравлический привод содержит регулируемый насос с регулирующим органом, снабженным механизмом управления с плунжером, размещенным в камере соединенной с напорной гидролинией насоса, и блок распределительной гидроаппаратуры, связанный с напорной гидролинией насоса, с полостями исполнительного гидродвигателя и со сливом, а также блок разгрузки, соединенный со сливом и с напорной гидролинией насоса, при этом гидропривод снабжен подпорным клапаном, возможностью ограничения падения давления в напорной гидролинии при снижении нагрузки на гидродвигатель, установленным перед блоком распределительной гидроаппаратуры, при этом механизм управления насоса выполнен в виде гидроцилиндра с поршнем, подпружиненным пружиной, размещенной в камере, соединенной со сливом, и штоком, кинематически связанным с регулирующим органом и размещенным в камере, связанной с напорной гидролинией насоса через электроуправляемый распределитель, выполненный с возможностью соединения этой камеры гидроцилиндра со сливом или с напорной гидролинией.

Предпочтительно, подпорный клапан содержит подпружиненный запорно-регулирующий элемент в виде шарика, установленного с возможностью перемещения между двумя соосными седлами во внутренней полости распределительной гильзы, выполненной двумя рядами радиальных каналов, сообщенных с охватывающей распределительную гильзу полостью, связанной с блоком распределительной гидроаппаратуры, при этом в распределительной гильзе выполнено первое седло, связанное с напорной гидролинией, а второе седло выполнено в направляющей втулке, имеющей сквозное отверстие, в котором размещен толкатель с возможностью взаимодействия с одной стороны с шариком и подпружиненный с другой стороны пружиной, установленной в пружинной полости, сообщенной со сливом.

Предпочтительно, второе седло шарика выполнено в виде кромки на конце упомянутого сквозного отверстия направляющей втулки с возможностью герметичной изоляции пружинной полости шариком при сжатии пружины толкателем.

Предпочтительно, блок разгрузки выполнен в виде нормально закрытого двухпозиционного распределителя с камерой гидроуправления, к которой подключен электроуправляемый распределитель, выполненный с возможностью попеременного соединения указанной камеры гидроуправления со сливом или с напорной гидролинией.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема гидропривода, на фиг. 2 - изображена конструктивная схема подпорного клапана.

Гидропривод (ГП) содержит регулируемый насос 1 с регулирующим органом 2, снабженным механизмом управления с. плунжером 3. Плунжер 3 механизма управления размещен в камере, непосредственно соединенной с напорной гидролинией 5 насоса 1. Блок 6 распределительной гидроаппаратуры связан с напорной гидролинией 5 насоса 1, с полостями исполнительного гидродвигателя (гидроцилиндра - ГЦ) 7 и со сливом.

Гидропривод снабжен подпорным (обратно-подпорным) клапаном 9, выполненным с возможностью ограничения снижения давления в напорной гидролинии 5, установленным перед блоком 6 распределительной гидроаппаратуры.

При этом механизм управления насоса 1 снабжен гидроцилиндром 11 с поршнем (не обозначен), подпружиненным пружиной 4, размещенной в поршневой камере, непосредственно соединенной со сливом, и штоком (не обозначен), кинематически связанным с регулирующим органом 2 и размещенным в штоковой камере, связанной с напорной гидролинией 5 насоса 1 через электроуправляемый двухпозиционный трехлинейный распределитель 10, выполненный с возможностью соединения этой (штоковой) камеры гидроцилиндра 11 со сливом или с напорной гидролинией 5.

Кроме того, гидропривод содержит блок разгрузки, непосредственно соединенный с напорной гидролинией 5 насоса 1. Блок разгрузки выполнен в виде нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного распределителя 8 с камерой открытия (условно изображена слева, по чертежу), непосредственно соединенной с напорной гидролинией 5 насоса 1, и с пружинной камерой гидроуправления (камеры не обозначены). К камере гидроуправления подключен электроуправляемый двухпозиционный трехлинейный распределитель (не обозначен), выполненный с возможностью попеременного соединения указанной камеры гидроуправления распределителя 8 со сливом или с напорной гидролинией 5.

Подпорный (обратно-подпорный) клапан 9 содержит подпружиненный запорно-регулирующий элемент в виде шарика 13, установленного с возможностью перемещения между двумя соосными седлами во внутренней полости распределительной гильзы 18. Указанная гильза 18 выполнена двумя рядами радиальных каналов 19, 20, сообщенных с охватывающей распределительную гильзу 18 выходной полостью (не обозначена), связанной с блоком 6 распределительной гидроаппаратуры.

При этом в распределительной гильзе 18 выполнено входное первое седло 12, связанное с напорной гидролинией 5, а второе седло 17 выполнено в направляющей втулке 14, имеющей осевое сквозное отверстие, в котором размещен цилиндрический толкатель 16 с возможностью взаимодействия с одной стороны с шариком 13 и подпружиненный с другой стороны пружиной 15, установленной в пружинной полости, сообщенной со сливом

Второе седло 17 шарика 13 выполнено в виде кромки на конце осевого сквозного отверстия направляющей втулки 14 с возможностью герметичной изоляции пружинной полости шариком 13 при сжатии пружины 15 толкателем 16.

Блок 6 распределительной гидроаппаратуры снабжен средствами управления, например, электромагнитами управления (не изображено).

Гидропривод работает следующим образом.

Первоначально при включении насос 1 разгружен. Гидролиния 5 нагнетания сообщена со сливом с помощью через распределитель 8 блока разгрузки, который открывается при минимальным давлением насоса 1 в камере открытия распределителя 8.

Операция выдвижения ГЦ осуществляется включением электроуправляемого двухпозиционного трехлинейного распределителя блока разгрузки, при переключении которого распределитель 8 блока разгрузки устанавливается и удерживается в закрытом положении и перекрывает расход рабочей жидкости из напорной гидролинии 5 в слив. Одновременно включается соответствующий электромагнит в блоке 6 распределительной гидроаппаратуры и направляет рабочую жидкость в нужную полость гидродвигателя 7. Плунжер 3 под действием давления в напорной линии 5 перемещает регулирующий орган 2 насоса 1, устанавливая подачу насоса по потребности. При необходимости перейти на работу гидродвигателя 7 на минимальной скорости независимо от нагрузки включают распределитель 10. Гидроцилиндр 11 устанавливает регулирующий орган 2 в положение, соответствующее минимальной подаче насоса, для чего необходимо наличие достаточного давления в гидролинии 5.

Независимо от наличия, значения или отсутствия нагрузки на штоке гидродвигателя 7 подпорный клапан 9 создает давление в напорной гидролинии 5, достаточное, чтобы обеспечить возможность управления насосом 1 с помощью распределителя 10 и гидроцилиндра 11 механизма управления. Указанная возможность реализуется благодаря тому, что характеристика клапана 9 обеспечивает увеличение перепада давления на нем и ограничивает падение давления в напорной гидролинии 5 при существенном снижении положительной нагрузки (при малых, нулевых и попутных нагрузках) на гидродвигатель 7.

При увеличении положительной нагрузки на гидродвигатель 7, по мере роста давления на выходе клапана 9 происходит снижение перепада давления на нем. Данное свойство обеспечивается благодаря тому, что жидкость под давлением в радиальном канале 20 воздействует на толкатель 16, сжимая тем самым пружину 15, и перепад на клапане 9 снижается до минимального значения. Тем самым снижаются потери энергии в режимах работы ГП под нагрузкой. Шарик 13 перемещается в сторону пружинной полости, открывая радиальные каналы 19, 20, запирает седло 17 и, тем самым возможную утечку рабочей жидкости в полости слива, что существенно улучшает энергетические характеристики ГП в режимах больших нагрузок исполнительного механизма - гидродвигателя 7.

Таким образом, при минимальной, нулевой и отрицательной нагрузке на гидродвигателе 7 шарик 13 при взаимодействии с толкателем 16 дросселирует поток рабочей среды через седло 12 под воздействием пружины 15 в режиме формирования подпора для поддержания давления в напорной гидролинии 5. В случае наличия достаточной положительной рабочей нагрузки на гидродвигателе 7 шарик 13 при полном открытии седла 12 взаимодействует со вторым (дополнительным) седлом 17, расположенным со стороны пружинной полости, а гидролиния 5 сообщается радиальными каналами 19, 20 с соответствующей полостью гидродвигателя 7 с минимальными гидравлическими потерями в режиме обратного клапана.

В случае работы гидропривода совместно с дублирующей насосной установкой установка обратного клапана не требуется, т.к. подпорный клапан 9 выполняет функцию обратного клапана.

После выключения насоса 1 распределитель 8 устанавливается пружиной в закрытое положение.

Предложенный гидропривод может быть использован, в частности, в гидроприводах обслуживания механизмов стыковки.

Использование настоящего изобретения позволяет обеспечить повышение надежности управления насосом при нулевых и попутных нагрузках исполнительного гидродвигателя без дополнительного увеличения давления нагнетания насоса при максимальных нагрузках с сохранением КПД и ресурса насоса.

Гидропривод содержит регулируемый насос 1 с регулирующим органом 2, снабженным механизмом управления с плунжером 3. Блок 6 распределительной гидроаппаратуры связан с напорной гидролинией 5 насоса 1, с полостями исполнительного гидродвигателя 7 и со сливом. Гидропривод снабжен установленным перед блоком 6 подпорным клапаном 9, выполненным с возможностью ограничения снижения давления в гидролинии 5 при снижении нагрузки на гидродвигатель 7. При этом механизм управления насоса 1 снабжен гидроцилиндром 11 с поршнем, подпружиненным пружиной 4, размещенной в поршневой камере, соединенной со сливом, и штоком, кинематически связанным с регулирующим органом 2 и размещенным в штоковой камере, связанной с гидролинией 5 насоса 1 через электроуправляемый распределитель 10, выполненный с возможностью соединения штоковой камеры гидроцилиндра 11 со сливом и с гидролинией 5. Подпорный (обратно-подпорный) клапан 9 содержит подпружиненный запорно-регулирующий элемент в виде шарика 13, установленного с возможностью перемещения между двумя соосными седлами во внутренней полости гильзы 18. Гильза 18 выполнена двумя рядами радиальных каналов 19, 20, сообщенных с охватывающей распределительную гильзу 18 полостью (не обозначена), связанной с блоком 6 распределительной гидроаппаратуры. В гильзе 18 выполнено первое седло 12, связанное с напорной гидролинией 5, а второе седло 17 выполнено во втулке 14, имеющей сквозное отверстие, в котором размещен толкатель 16 с возможностью взаимодействия с одной стороны с шариком 13 и подпружиненный с другой стороны пружиной 15, установленной в полости, сообщенной со сливом. Использование настоящего изобретения позволяет обеспечить повышение надежности управления насосом при нулевых и попутных нагрузках исполнительного гидродвигателя без дополнительного увеличения давления нагнетания насоса при максимальных нагрузках с сохранением КПД и ресурса насоса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидропривод, содержащий регулируемый насос (1) с регулирующим органом (2), снабженным механизмом управления с плунжером (3), размещенным в камере, соединенной с напорной гидролинией (5) насоса (1), и блок (6) распределительной гидроаппаратуры, связанный с напорной гидролинией (5) насоса 1, с полостями исполнительного гидродвигателя (7) и со сливом, а также блок разгрузки, соединенный со сливом и с напорной гидролинией (5) насоса 1, отличающийся тем, что гидропривод снабжен подпорным клапаном (9), выполненным с возможностью ограничения падения давления в напорной гидролинии (5) при снижении нагрузки на гидродвигатель (7), установленным перед блоком (6) распределительной гидроаппаратуры, при этом механизм управления насоса (1) снабжен гидроцилиндром (11) с поршнем, подпружиненным пружиной (4), размещенной в камере, соединенной со сливом, и штоком, кинематически связанным с регулирующим органом (2) и размещенным в камере, связанной с напорной гидролинией (5) насоса (1) через электроуправляемый распределитель (10), выполненный с возможностью соединения этой камеры гидроцилиндра (11) со сливом или с напорной гидролинией (5).

2. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что подпорный клапан (9) содержит подпружиненный запорно-регулирующий элемент в виде шарика (13), установленного с возможностью перемещения между двумя соосными седлами во внутренней полости распределительной гильзы (18), выполненной двумя рядами радиальных каналов (19, 20), сообщенных с охватывающей распределительную гильзу (18) полостью, связанной с блоком (6) распределительной гидроаппаратуры, при этом в распределительной гильзе (18) выполнено первое седло (12), связанное с напорной гидролинией (5), а второе седло (17) выполнено в направляющей втулке (14), имеющей сквозное отверстие, в котором размещен толкатель (16) с возможностью взаимодействия с одной стороны с шариком (13) и подпружиненный с другой стороны пружиной (15), установленной в пружинной полости, сообщенной со сливом.

3. Гидропривод по п. 2, отличающийся тем, что второе седло (17) шарика (13) выполнено в виде кромки на конце упомянутого сквозного отверстия направляющей втулки (14) с возможностью герметичной изоляции пружинной полости шариком (13) при сжатии пружины (15) толкателем (16).

4. Гидропривод по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что блок разгрузки выполнен в виде нормально закрытого двухпозиционного распределителя (8) с камерой гидроуправления, к которой подключен электроуправляемый распределитель, выполненный с возможностью попеременного соединения указанной камеры гидроуправления со сливом или с напорной гидролинией (5).