Гидравлическая система, горная машина и способ управления гидроприводом Российский патент 2023 года по МПК E02F9/22 E02F3/90 F15B11/44 F15B13/02 

Предпосылки создания изобретения

Изобретение относится к гидравлической системе, предназначенной для приведения в действие и управления гидроприводом, который соединен с системой. Гидравлическая система предназначена для горной машины.

Изобретение также относится к горной машине и способу управления гидроприводом.

Область изобретения определена более конкретно в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения.

Системы управления с дозированием на входе и выходе используются для гидравлического управления приводами в тяжелом машинном оборудовании, которые используют на экскаваторных ковшах, фронтальных погрузчиках, и тому подобных манипуляторах самоходных машин. Система получает рабочую текучую среду под давлением, поступающую из насоса, связана и соединена по текучей среде с гидроприводом нагрузки, таким как гидроцилиндр, который механически соединен с механическим приводом или устройством. Однако известные гидравлические системы предлагают ограниченные возможности управления работой гидропривода. Это, в свою очередь, ограничивает диапазон функциональных возможностей машин.

Документ WO 2016011193 A1 описывает способ и устройство для уменьшения отскока стрелы и предотвращения неуправляемого движения в гидравлических системах.

Сущность изобретения

Целью изобретения является создание новой и улучшенной гидравлической системы для управления работой гидропривода. Изобретение также относится к новой и усовершенствованной горной машине и к способу управления работой гидропривода.

Гидравлическая система согласно изобретению характеризуется отличительными признаками первого независимого пункта формулы изобретения.

Горная машина согласно изобретению характеризуется отличительными признаками второго независимого пункта формулы изобретения.

Способ согласно изобретению характеризуется отличительными признаками и этапами независимого пункта формулы изобретения.

Идея раскрываемого решения заключается в том, что гидравлическая система снабжена гидрораспределителем для управления направлением и скоростью перемещения гидропривода, присоединенного к системе. Создаваемое усилие гидропривода управляется независимо от гидрораспределителя с помощью уравновешивающих клапанов и электромагнитных клапанов, управляющих давлением открытия уравновешивающих клапанов. В этом случае уравновешивающие клапаны и электромагнитные клапаны работают как блок управления дозированием на выходе, который управляет потоком рабочей текучей среды, сливаемой из напорных рабочих полостей гидропривода.

Другими словами, раскрываемая гидравлическая система для управления гидроприводом снабжена системой управления дозированием на выходе, включающей в себя блок клапанов управления дозированием на выходе, в котором дозирующие на выходе уравновешивающие клапаны управляются по давлению с помощью электромагнитных клапанов.

Преимущество описываемого решения состоит в том, что с помощью заявляемой гидравлической системы обеспечивается более универсальное управление гидроприводом. Описываемое решение позволяет независимо управлять направлением перемещения, усилием и скоростью перемещения привода. Эти независимо управляемые параметры обеспечивают более эффективное и точное управление конкретным приводом и, таким образом, позволяют повысить производительность и удобство использования машины.

Настоящее решение основано на управлении дозированием на выходе, при этом уравновешивающие клапаны активно управляются с помощью электромагнитных клапанов.

Кроме того, в раскрываемом решении используются простые и хорошо зарекомендовавшие себя гидравлические компоненты, благодаря чему оно является надежным и недорогим.

В этом документе под горной машиной понимаются также машины, предназначенные для проходки туннелей.

Согласно форме осуществления изобретения гидрораспределитель сконфигурирован для управления расходом рабочей текучей среды, а уравновешивающие клапаны сконфигурированы для управления давлением текучей среды. Гидрораспределитель и уравновешивающие клапаны управляются отдельно, при этом гидравлическая система обеспечивается независимым управлением усилием и скоростью гидропривода. Другими словами, первый и второй электромагнитные клапаны позволяют управлять давлением сливаемой текучей среды независимо от гидрораспределителя. Таким образом, первый и второй клапаны управления вместе с первым и вторым уравновешивающими клапанами образуют блоки управления дозированием на выходе, предназначенные для управления давлением на сливе, тогда как гидрораспределитель предназначен для управления расходом рабочей текучей среды, подаваемой в привод, а также направлением перемещения привода. Раскрываемое управление давлением влияет на создаваемые усилия, тогда как управление расходом влияет на создаваемые скорости перемещения. Достигаемое независимое управление позволяет более гибко управлять приводом.

Гидравлическое давление в напорных рабочих полостях влияет на действующие усилия гидропривода, а также на жесткость и общую реакцию на изменение нагрузок привода.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения первый и второй электромагнитные клапаны представляют собой клапаны с электрическим управлением. В этом случае первый и второй электромагнитные клапаны управляются посредством одного или нескольких блоков управления. Блок управления может формировать электрические сигналы управления в ответ на получаемые команды управления и входные данные. Блок управления может представлять собой компьютер, содержащий процессор, или, например, программируемый логический контроллер (PLC, Programmable Logic Controller). Блок управления может быть расположен на борту самоходной машины или может быть внешним устройством, которое связывается с электромагнитными клапанами через канал передачи данных.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения упомянутый блок управления, управляющий электромагнитными клапанами, выполнен с возможностью установки постоянного давления открытия для первого и второго электромагнитных клапанов. Уставки регулируется оператором через пользовательский интерфейс блока управления. Таким образом, оператор может выбирать желаемое давление открытия в соответствии с необходимостью.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения блок управления снабжается данными измерений при работе гидропривода и сконфигурирован для регулировки уставки давления открытия в ответ на получаемые данные измерений. В этом случае реализуемое управление дозированием на выходе обеспечивает точное статическое и подвижное позиционное управление в ответ на внешние статические и динамические усилия нагрузки.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидравлическая система может дополнительно содержать датчик давления для измерения рабочих давлений в напорных полостях гидропривода. Данные измерений датчиков давления передаются в блок управления для управления первым и вторым электромагнитными клапанами в ответ на измеряемые давления. Преимущество этого решения заключается в том, что при измерении давлений в гидроцилиндре блок управления может точно управлять электромагнитными клапанами, чтобы достигать необходимых уровней давления. Этот тип управления с обратной связью позволяет использовать различные точные уставки давления и различные режимы управления для гидропривода. Данные измеряемого давления могут передаваться в блок управления через соединение для передачи данных, которое может реализовывать или не реализовывать беспроводную передачу данных.

Раскрываемая система дозирования на выходе контура гидравлической системы сконфигурирована для управления гидроприводом с целью обеспечения точного перемещения и статического позиционирования, как при отсутствии внешней нагрузки привода, так и в ответ на внешние статические и динамические нагрузки. Раскрываемая гидравлическая система приспособлена для изменения скорости приведения в действие и усилия, с которым обеспечивается приведение в действие. Гидропривод, управляемый с помощью раскрываемой системы дозирования на выходе, может поддерживаться в относительно жесткой конфигурации, чтобы быть способным выдерживать значительные внешние силы.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения упомянутый гидрораспределитель является пропорциональным распределителем и управляется давлением и может иметь пилотное управление давлением или прямое управление электромагнитом. В этом случае гидравлическая система содержит третий электромагнитный клапан, выполненный с возможностью управления перемещением золотника гидрораспределителя в первом рабочем направлении, и содержит четвертый электромагнитный клапан, выполненный с возможностью управления перемещением в противоположном втором рабочем направлении. Таким образом, не только работа первого и второго уравновешивающих клапанов, но также и работа гидрораспределителя управляется давлением с помощью нескольких электромагнитных клапанов. Использование такого управления давлением особенно выгодно, когда требуется огнестойкая система, что имеет место, например, в угольных шахтах. В таких случаях контур гидравлической системы может состоять только из разрешенных к применению компонентов. В данном контуре могут быть использованы базовые гидравлические компоненты, которые уже имеют необходимые допуски для огнестойких систем. Кроме того, раскрываемое управление гидрораспределителем с помощью электромагнитных клапанов имеет преимущество, так как отсутствуют надежные и быстродействующие клапаны управления другого типа.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидропривод, соединенный с гидравлической системой, представляет собой гидроцилиндр.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидроцилиндр имеет двухпоршневую конфигурацию и, таким образом, снабжен двумя поршнями и поршневым штоком, установленным между поршнями. В этом случае диаметры напорных рабочих полостей имеют равные величины, вследствие чего усилия в обоих направлениях перемещения равны, когда в напорные рабочие полости подается одинаковое давление.

В соответствии с альтернативной формой осуществления изобретения в качестве гидропривода используется гидроцилиндр нормального или обычного типа. В таких обычных дифференциальных цилиндрах величины эффективных площадей поршня в противоположных направлениях различны, что необходимо учитывать при управлении. Эта форма осуществления является альтернативой упомянутому выше двухпоршневому цилиндру.

Согласно альтернативной форме осуществления изобретения гидропривод представляет собой гидромотор. Гидромотор может быть соединен с передачей или редуктором для передачи механической мощности на стрелу или соответствующий механический привод или устройство.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидравлический насос контура гидравлической системы представляет собой насос с переменным объемом подачи. В таком случае производимую подачу можно регулировать в соответствии с потребностями. Насосом с переменным объемом подачи можно управлять с помощью упомянутого блока управления, посредством чего необходимый поток рабочей текучей среды может находиться под непосредственным управлением блока управления. В качестве альтернативы насосом с переменным объемом подачи можно управлять с помощью системы управления, работающей на принципе "чувствительной к нагрузке" (LS, Load Sensing). LS система управления может определять действующее давление в гидравлической системе, и генерируемый LS сигнал может управлять насосом.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидравлический насос представляет собой насос с постоянным объемом подачи. Этот вид насоса прост, недорог и надежен.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидравлическая система дополнительно содержит два дополнительных уравновешивающих клапана. Один дополнительный уравновешивающий клапан включен в первую линию управления давлением между первым электромагнитным клапаном и первым уравновешивающим клапаном, а другой дополнительный уравновешивающий клапан включен во вторую линию управления давлением между вторым электромагнитным клапаном и вторым уравновешивающим клапаном. Номинальные направления потока дополнительных уравновешивающих клапанов противоположны номинальным направлениям потока основных уравновешивающих клапанов системы дозирования на выходе. Дополнительные уравновешивающие клапаны могут использоваться в применениях, в которых тянущие усилия могут создаваться при работе гидроприводов, сконфигурированных для создания толкающих усилий. Таким образом, дополнительные уравновешивающие клапаны предназначены для предотвращения проблем в управлении, вызванных тянущими усилиями. Дополнительные уравновешивающие клапаны имеют предварительно установленные давления открытия, и когда давление падает ниже установленного значения, уравновешивающий клапан закрывается и предотвращает поступление управляющего давления от электромагнитного клапана к основным уравновешивающим клапанам, в результате чего основные уравновешивающие клапаны уменьшают или предотвращают слив рабочей текучей среды из гидропривода. Дополнительные уравновешивающие клапаны могут действовать как простые управляемые давлением двухпозиционные клапаны между электромагнитными клапанами и основными уравновешивающими клапанами.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения раскрываемая гидравлическая система имеет режим управления, в котором первый и второй электромагнитные клапаны не работают и, таким образом, не обеспечивают управление уравновешивающими клапанами. В этом случае уравновешивающие клапаны управляются давлением, действующим в первом и втором напорных трубопроводах. Первый и второй уравновешивающие клапаны имеют базовые уставки давления открытия, и когда давление в первом и втором напорных трубопроводах превышает базовую уставку давления открытия, уравновешивающие клапаны открываются. В этой форме осуществления изобретения контур гидравлической системы использует два альтернативных принципа для управления уравновешивающими клапанами и, таким образом, дополнительно расширяет возможности организации управления гидроприводом. Оператор может переводить электромагнитные клапаны в нерабочее состояние.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения раскрываемое решение относится к самоходной горной машине. Горная машина содержит самоходное шасси и одну или несколько подвижно соединенных с шасси стрел для горных работ. Стрела снабжена исполнительным органом, установленным на ее свободном конце. Стрела перемещается с помощью одного или нескольких гидроприводов стрелы, и привод соединен с гидравлической системой для обеспечения необходимой гидравлической мощности. Гидравлическая система для управления по меньшей мере одним из приводов стрелы соответствует системе, раскрываемой в этом документе.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения стрела для горных работ может перемещаться горизонтально в поперечном направлении, а также вертикально. Однако наибольшие силы обычно возникают в поперечном направлении стрелы по меньшей мере, когда добыча ведется способом зарубки. В поперечном направлении предъявляются также самые высокие требования к точности.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидропривод стрелы представляет собой гидроцилиндр, предназначенный для поворота стрелы для горных работ относительно шасси. Как уже упоминалось выше, стрела для горных работ может перемещаться в поперечном и вертикальном направлении и при этом может содержать несколько цилиндров, каждый из которых снабжен аналогичной системой управления. Тогда скорость и усилия стрелы в нескольких направлениях движения могут управляться надлежащим образом.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения горная машина представляет собой врубовую машину для нижней подрезки, снабженную стрелой для зарубки. Исполнительный орган, установленный на стреле врубовой машины, содержит по меньшей мере одну вращающуюся режущую головку, снабженную несколькими режущими инструментами. Врубовые машины для нижней зарубки используются при проходке и выемке тоннелей.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения гидравлическая система врубовой машиной для нижней зарубки имеют режимы работы, включающие по меньшей мере режим зарубки, режим позиционирования и режим профилирования. В режиме зарубки стрела для зарубки перемещается горизонтально с номинальной скоростью, оптимизированной для данной режущей головки и разрезаемого материала. Целью режима зарубки является максимально эффективное резание материала. В режиме позиционирования режущая головка перемещается с помощью стрелы для зарубки в определенное положение. Целью режима позиционирования является достижение желаемого положения как можно быстрее. В режиме профилирования поверхность резания на стенах окончательно обрабатывается для получения заданного профиля туннеля. Целью режима профилирования является резание заданного профиля как можно быстрее (но не с действительно быстрым движением) и точно, чтобы улучшить качество поверхности реза и сэкономить бетон, например, на дальнейших этапах работы. Каждый режим может содержать специальное значение давления открытия для управления открытием уравновешивающих клапанов и специальные параметры для управления гидрораспределителем и формируемым потоком текучей среды. Например, в режиме зарубки на стрелу для зарубки воздействуют большие силы, поэтому она должна быть относительно жесткой. Таким образом, относительно высокие значения реализуются как значения давления открытия для уравновешивающих клапанов. С другой стороны, скорость перемещения стрелы для зарубки в режиме зарубки мала, вследствие чего величина потока текучей среды через гидрораспределитель может быть небольшой. В режиме позиционирования на стрелу для зарубки не воздействуют значительные силы, в связи с чем уставка давления для уравновешивающих клапанов может быть низкой. Необходима высокая скорость перемещения, при которой гидрораспределитель должен пропускать большое количество текучей среды к приводу. В режиме профилирования возникают средние скорости перемещения и усилия, при этом параметры управления для управления давлением открытия и расходом текучей среды могут находиться где-то между двумя другими режимами. Основная идея состоит в том, чтобы иметь возможность оптимизировать систему управления для различных режимов и эксплуатационных требований, а также задавать параметры для получения необходимых усилий и скоростей.

Согласно форме осуществления изобретения раскрываемое решение относится к способу управления гидроприводом. Способ включает: создание гидравлического давления и потока в гидравлическую систему с помощью гидравлического насоса; выборочное направление потока рабочей текучей среды от насоса в напорные рабочие полости гидропривода и, соответственно, слив рабочей текучей среды из рабочих полостей в бак с помощью гидрораспределителя; и ограничение потока текучей среды, сливаемой из напорных рабочих полостей, с помощью специальных уравновешивающих клапанов. Способ дополнительно включает регулирование давления открытия упомянутых уравновешивающих клапанов с помощью отдельных электромагнитных клапанов и, таким образом, обеспечение гидропривода управлением регулируемым усилием, которое может управляться независимо по отношению к гидрораспределителю.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения способ включает регулирование расхода гидравлической текучей среды и давления, действующего в напорных рабочих полостях, независимо друг от друга, при этом скорость перемещения и создаваемое усилие также регулируются независимо.

В соответствии с одной из форм осуществления изобретения способ включает управление электромагнитными клапанами с помощью электрических сигналов управления, генерируемых с помощью блока управления. Сигналы гидравлического управления создаются с помощью упомянутых электромагнитных клапанов для гидравлического управления уравновешивающими клапанами.

Вышеописанные формы осуществления изобретения и элементы могут комбинироваться для формирования подходящих решений, имеющих те из указанных выше элементов, которые необходимы.

Краткое описание чертежей

Некоторые формы осуществления изобретения более подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схематический вид сбоку горной машины, предназначенной для нижней подрезки.

Фиг. 2 представляет собой схематический вид сверху двухпоршневого гидроцилиндра, предназначенного для поворота стрелы в горизонтальном направлении.

Фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху альтернативного решения, в котором для поворота стрелы используется гидромотор.

Фиг. 4 представляет собой схему контура первой гидравлической системы, сконфигурированной для подачи необходимой гидравлической мощности на гидропривод и для управления его работой.

Фиг. 5 представляет собой схему контура второй гидравлической системы, в которой определяется давление, действующее внутри гидропривода.

фиг. 6 представляет собой схему контура третьей гидравлической системы, в которой используются дополнительные уравновешивающие клапаны.

Фиг. 7 представляет собой схему контура четвертой гидравлической системы, в которой дополнительные элементы предыдущих фиг. 5 и 6 объединены с базовой системой фиг. 4.

Фиг. 8 представляет собой схему, показывающую некоторые принципы и элементы, относящиеся к раскрываемому способу.

Для ясности на чертежах упрощенно показаны некоторые формы осуществления раскрываемого решения. На фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы.

Подробное описание некоторых форм осуществления изобретения

На фиг. 1 показана горная машина 1, предназначенная для нижней подрезки. Горная машина 1 состоит из самоходного шасси 2 и стрелы 3 для горных работ, соединенной с шасси 2 с помощью поворотного барабана или поворотного стола 4. Стрела 3 для горных работ содержит исполнительный орган 5 на дальнем конце стрелы 3. Исполнительный орган 5 содержит одну или более вращающихся С режущих головок 6, каждая из которых снабжена несколькими режущими инструментами, которые детально не показаны. Стрела 3 для горных работ может перемещаться горизонтально Н путем поворота поворотного стола 4 вокруг вертикальной оси 7 поворота. Стрела 3 для горных работ также может перемещаться вертикально V относительно шарнира 8. Горизонтальное перемещение Н может выполняться с помощью первого привода 9 стрелы, а вертикальное перемещение может выполняться с помощью второго привода 10 стрелы. Приводы 9 и 10 стрелы могут представлять собой гидроцилиндры, которые приводятся в действие посредством гидравлического силового агрегата (Power Pack, РР). Горная машина 1 может перемещаться вперед А и назад В. На переднем конце горной машины 1 может находиться устройство 11 захвата для приема материала 12, извлеченного с помощью режущего органа 5. Горная машина 1 содержит по меньшей мере один бортовой блок управления (Control Unit, CU), который может обмениваться данными с одним или несколькими внешними блоками управления CU. На шасси 2 может быть, а может и не быть установлена кабина управления (Control Cabin, СС) для оператора.

Фиг. 2 представляет собой значительно упрощенный чертеж, показывающий систему поворота стрелы 3 для горных работ в горизонтальном направлении Н. Стрела 3 крепится к соединительным фланцам 13 поворотного стола 4, показанного для ясности штриховыми линиями. Поворотный стол 4 поворачивается относительно опорного элемента 14, снабженного зубчатым венцом 15. Гидропривод 9 стрелы представляет собой цилиндр, установленный горизонтально и содержащий два поршня и напорные рабочие полости 16а, 16b, при этом шток 17 поршня расположен между напорными рабочими полостями 16а, 16b. Шток 17 снабжен зубчатой наружной поверхностью 18, сопряженной с зубчатым венцом 15. При перемещении штока 17 поворотный стол и присоединенная к нему стрела 3 для горных работ поворачиваются горизонтально Н. Цилиндр 9 стрелы соединен с гидравлическим контуром HS с помощью напорных трубопроводов 19а и 19b. Кроме того, гидравлический контур HS может осуществлять связь с одним или несколькими блоками управления CU. Оператор О может связываться с блоком управления CU посредством пользовательского интерфейса. Оператор О может осуществлять выбор, вводить параметры управления и подавать управляющие команды для управляющего воздействия на стрелу 3.

На фиг. 3 показано другое решение для поворота поворотного стола 4 и стрелы 3 для горных работ. Это решение отличается от решения, показанного на фиг. 2, тем, что гидроцилиндр заменен гидромотором. Таким образом, в этом случае гидропривод 9 стрелы представляет собой гидромотор, который предназначен для горизонтального перемещения стрелы. Гидромотор может быть соединен с шестерней или другим передаточным элементом 20 для передачи создаваемого вращательного движения на наружный зубчатый венец 15 опорного элемента 14. Напорная рабочая полость гидромотора соединена с гидравлическим контуром HS посредством напорных трубопроводов 19а и 19b.

Гидроцилиндры и гидромоторы 9, 10, показанные на фиг. 1 и 2, представляют собой гидроприводы НА, которыми можно управлять в соответствии с принципами, раскрываемыми в данном документе.

На фиг. 4 представлена гидравлическая схема (Hydraulic Circuit, НС) гидравлической системы (Hydraulic System, HS). Система содержит гидропривод (Hydraulic Actuator, НА), насос 21, бак 22, гидрораспределитель 23 и необходимые напорные трубопроводы. Гидропривод НА может быть гидро цилиндр ом, имеющим конфигурацию с двумя поршнями, при этом он имеет два поршня 24 и поршневой шток 17 между ними. Цилиндр также имеет две напорные рабочие полости, а именно первую напорную рабочую полость 16а с первым напорным трубопроводом 19а и вторую напорную рабочую полость 16b со вторым напорным трубопроводом 19b. Цилиндр может соответствовать цилиндру, показанному на фиг. 2. Первый уравновешивающий клапан Cb1 соединен с первым напорным трубопроводом 19а для управления рабочей текучей средой под давлением, сливаемой из первой напорной рабочей полости 16а, и второй уравновешивающий клапан Cb2 соединен со вторым напорным трубопроводом 19b для управления рабочей текучей средой под давлением, сливаемой из второй напорной рабочей полости 16b. Уравновешивающие клапаны Cb1 и Cb2 позволяют рабочей текучей среде, находящейся под давлением, свободно течь к напорным рабочим полостям 16а, 16b, но они ограничивают вытекание из напорных рабочих полостей 16а, 16b. Уравновешивающие клапаны Cb1, Cb2 имеют базовую уставку давления открытия, например 40 МПа (400 бар), и их уставка давления открытия может быть отрегулирована ниже базовой уставки с помощью электромагнитных клапанов Sv1 и Sv2. Первый электромагнитный клапан Sv1 обеспечивает регулирование давления для первого уравновешивающего клапана Cb1, а второй электромагнитный клапан Sv2 обеспечивает регулирование давления для второго уравновешивающего клапана Cb2. Регулируя давление открытия уравновешивающих клапанов Cb1 и Cb2, можно регулировать давление, действующее в напорных рабочих полостях, что позволяет управлять усилием, создаваемым гидроприводом НА. Электромагнитные клапаны Sv1 и Sv2 являются клапанами с электрическим управлением и могут управляться с помощью электрических управляющих сигналов, генерируемых блоком управления CU. Оператор может вводить управляющие данные и команды посредством пользовательского интерфейса UI для блока управления CU. Электромагнитными клапанами Sv1 и Sv2 можно управлять независимо с помощью блока управления CU.

Гидрораспределитель 23 выполнен с возможностью управления направлением перемещения гидропривода НА. Гидрораспределитель 23 может быть пропорциональным направляющим распределителем, как показано на фиг. 1. Когда золотник гидрораспределителя 23 перемещается из своего среднего положения влево, тогда поток напорной текучей среды, создаваемый насосом 21, направляется через гидрораспределитель 23 в первую напорную рабочую полость 16а гидропривода НА и, соответственно, текучая среда сливается из второй напорной рабочей полости 16b. В этом случае шток 17 перемещается влево. Когда золотник гидрораспределителя 23 перемещается из среднего положения в правом направлении, поток текучей среды направляется во вторую напорную рабочую полость, а из первой напорной рабочей полости текучая среда сливается, вызывая перемещение штока поршня вправо. Так как гидрораспределитель является пропорциональным распределителем, величина перемещения золотника в любом направлении регулирует величину потока текучей среды, проходящей через гидрораспределитель, посредством чего гидрораспределитель регулирует расход текучей среды, а также создаваемую скорость перемещения гидропривода НА. Как можно заметить, гидрораспределитель 23 может иметь гидравлическое пилотное управление или прямое электромагнитное управление. Третий электромагнитный клапан SV3 с электрическим управлением обеспечивает управление давлением для перемещения золотника гидрораспределителя 23 вправо, а четвертый электромагнитный клапан SV4 с электрическим управлением обеспечивает управление давлением для перемещения золотника гидрораспределителя 23 влево. Электромагнитные клапаны Sv3 и Sv4 могут снабжаться электрическими управляющими сигналами 25 от блока управления CU.

На фиг. 4 дополнительно показано, что насос 21 может быть насосом с переменным объемом подачи и может управляться сигналом измерения нагрузки Lss.

На фиг. 5 показана гидравлическая система HS, которая по существу соответствует системе, показанной на фиг. 4. Однако давления, действующие в напорных рабочих полостях 16а, 16b, измеряются с помощью первого датчика давления S1 и второго датчика давления S2. Полученные данные измерений передаются в блок управления CU по каналам 26а и 26b передачи данных. В этом случае блок управления CU может учитывать полученные данные о давлении и отправлять управляющие сигналы по каналу 27 передачи данных на сервоклапаны Sv1 и Sv2.

На фиг. 6 показана гидравлическая система HS, базовая конфигурация которой соответствует системе, изображенной на фиг. 4. Настоящее решение отличается от базового тем, что имеются два дополнительных уравновешивающих клапана Cb3 и Cb4, соединенных последовательно с основными уравновешивающими клапанами Cb1 и Cb2. В этом случае первый дополнительный уравновешивающий клапан Cb3 устанавливается между первым уравновешивающим клапаном Cb1 и первым электромагнитным клапаном Sv1 и, соответственно, второй дополнительный уравновешивающий клапан Cb4 устанавливается между вторым уравновешивающим клапаном Cb2 и вторым электромагнитным клапаном Sv2. Как можно заметить, номинальное направление работы дополнительных уравновешивающих клапанов Cb3 и Cb4 противоположно номинальному направлению работы основных уравновешивающих клапанов Cb1 и Cb2. Кроме того, уставка давления дополнительных уравновешивающих клапанов Cb3, Cb4 значительно ниже уставки давления главных уравновешивающих клапанов Cb1, Cb2. Как было раскрыто ранее в данном документе, дополнительные уравновешивающие клапаны Cb3 и Cb4 используются для особых случаев использования, когда внешние тянущие силы могут быть направлены на гидропривод. Вытягивание может помешать правильному управлению системой, а использование дополнительных уравновешивающих клапанов Cb3, Cb4 устраняет нежелательные эффекты вытягивания.

На фиг. 7 показана гидравлическая система HS, которая содержит комбинацию элементов, раскрытых в связи с фиг. 4-6. Следовательно, нет необходимости в подробном раскрытии системы, показанной на фиг. 7. Раскрытые элементы управления могут активироваться выборочно, благодаря чему получается универсальная и хорошо регулируемая система.

Следует отметить, что гидравлические системы и схемы, представленные на фиг. 4-7, подходят также для управления обычными гидроцилиндрами с одним поршнем, а также для управления гидромоторами. Раскрытое решение хорошо подходит для управления различными приводами стрел, но также может использоваться для управления другими механическими руками манипуляторов и конструкциями различных видов землеройных и проходческих машин.

Значения основных уставок давления, раскрытые в связи с уравновешивающими клапанами, являются только примерами и могут выбираться в каждом конкретном случае.

На рисунке 8 показаны функции, которые уже обсуждались выше в этом документе.

Чертежи и соответствующее описание предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. В деталях изобретение может варьироваться в пределах объема охраны формулы изобретения.

Заявлена группа изобретений включающая: гидравлическую систему, горную машину и способ управления гидроприводом. Техническим результатом является создание новой и улучшенной гидравлической системы для управления работой гидропривода. Гидравлическая система для горной машины содержит насос для создания гидравлического давления и потока в систему. Также содержит бак для хранения и приема рабочей текучей среды. Также гидропривод, содержащий первую напорную рабочую полость и вторую напорную рабочую полость. Также содержит первый напорный трубопровод, соединенный по текучей среде с первой напорной рабочей полостью, и второй напорный трубопровод, соединенный по текучей среде со второй напорной рабочей полостью. Также содержит первый уравновешивающий клапан, соединенный с первым напорным трубопроводом и предназначенный для ограничения потока текучей среды, сливаемой из первой напорной рабочей полости, и обеспечения свободного входного потока в противоположном направлении. Также второй уравновешивающий клапан, соединенный со вторым напорным трубопроводом и предназначенный для ограничения потока текучей среды, сливаемой из второй напорной рабочей полости, и обеспечения свободного входного потока в противоположном направлении. А также гидрораспределитель для управления подачей рабочей текучей среды в первую и вторую напорные рабочие полости и сливом из них с целью управления направлением и скоростью перемещения, создаваемого гидроприводом. Гидравлическая система дополнительно содержит первый электромагнитный клапан для управления давлением открытия первого уравновешивающего клапана и второй электромагнитный клапан для управления давлением открытия второго уравновешивающего клапана. Давление рабочей текучей среды, сливаемой из напорных рабочих полостей гидропривода, является независимо управляемым. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Гидравлическая система (HS) для горной машины, содержащая: насос (21) для создания гидравлического давления и потока в систему;

бак (22) для хранения и приема рабочей текучей среды;

гидропривод (HA), содержащий первую напорную рабочую полость (16a) и вторую напорную рабочую полость (16b);

первый напорный трубопровод (19а), соединенный по текучей среде с первой напорной рабочей полостью (16а), и второй напорный трубопровод (19b), соединенный по текучей среде со второй напорной рабочей полостью (16b);

первый уравновешивающий клапан (Cb1), соединенный с первым напорным трубопроводом (19а) и предназначенный для ограничения потока текучей среды, сливаемой из первой напорной рабочей полости (16а), и обеспечения свободного входного потока в противоположном направлении;

второй уравновешивающий клапан (Cb2), соединенный со вторым напорным трубопроводом (19b) и предназначенный для ограничения потока текучей среды, сливаемой из второй напорной рабочей полости (16b), и обеспечения свободного входного потока в противоположном направлении; и

гидрораспределитель (23) для управления подачей рабочей текучей среды в первую и вторую напорные рабочие полости (16а, 16b) и сливом из них с целью управления направлением и скоростью перемещения, создаваемого гидроприводом (HA);

отличающаяся тем, что гидравлическая система (HS) дополнительно содержит первый электромагнитный клапан (Svl) для управления давлением открытия первого уравновешивающего клапана (Cbl) и второй электромагнитный клапан (Sv2) для управления давлением открытия второго уравновешивающего клапана (Cb2), при этом давление рабочей текучей среды, сливаемой из напорных рабочих полостей (16а, 16b) гидропривода (HA), является независимо управляемым.

2. Гидравлическая система по п. 1, отличающаяся тем, что

гидрораспределитель (23) сконфигурирован для управления расходом рабочей текучей среды, влияющим на создаваемую скорость перемещения гидропривода (HA), а уравновешивающие клапаны (Cbl, Cb2) сконфигурированы для управления гидравлическим давлением, влияющим на создаваемое усилие гидропривода (HA), при этом гидравлическая система (HS) обеспечивается независимым управлением усилием и скоростью гидропривода (HA).

3. Гидравлическая система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что первый и второй электромагнитные клапаны (Sv1, Sv2) являются клапанами с электрическим управлением; и первый и второй электромагнитные клапаны (Svl, Sv2) управляются с помощью по меньшей мере одного блока (CU) управления.

4. Гидравлическая система по п. 3, отличающаяся тем, что гидравлическая система (HS) дополнительно содержит: первый датчик (S1) давления для измерения давления, действующего в первой напорной полости (16а); второй датчик (S2) давления для измерения давления, действующего во второй напорной полости (16b); при этом данные измерений датчиков давления передаются в блок (CU) управления для управления первым и вторым электромагнитными клапанами (Sv1, Sv2) в ответ на измеряемые давления.

5. Гидравлическая система по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что гидрораспределитель (23) представляет собой пропорциональный направляющий распределитель; при этом гидравлическая система дополнительно содержит третий электромагнитный клапан (Sv3), предназначенный для управления перемещением золотника распределителя (23) в первом рабочем направлении, и четвертый электромагнитный клапан (Sv4), предназначенный для управления перемещением в противоположном втором рабочем направлении.

6. Гидравлическая система по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что гидропривод (HA), соединенный с гидравлической системой (HS), представляет собой гидроцилиндр (9, 10).

7. Гидравлическая система по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что гидравлический насос (21) представляет собой насос с переменным объемом подачи.

8. Гидравлическая система по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что гидравлическая система (HS) дополнительно содержит третий уравновешивающий клапан (Cb3), включенный в первую линию управления давлением между первым электромагнитным клапаном (Svl) и первым уравновешивающим клапаном (Cbl), и четвертый уравновешивающий клапан (Cb4), включенный во вторую линию управления давлением между вторым электромагнитным клапаном (Sv2) и вторым уравновешивающим клапаном (Cb2); при этом номинальные направления потока третьего и четвертого уравновешивающих клапанов (Cb3, Cb4) противоположны номинальным направлениям потока первого и второго уравновешивающих клапанов (Cbl, Cb2).

9. Гидравлическая система по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что гидравлическая система (HS) имеет режим управления, в котором первый и второй электромагнитные клапаны (Sv1, Sv2) не работают, а первый и второй уравновешивающие клапаны (Cbl, Cb2) управляются давлением, действующим в первом и втором напорных трубопроводах (19а, 19b).

10. Горная машина (1), содержащая:

самоходное шасси (2);

по меньшей мере одну стрелу (3) для горных работ, подвижно соединенную с шасси (2);

исполнительный орган (5), установленный на дальнем конце стрелы (3) для горных работ;

гидравлическую систему (HS) для обеспечения гидравлической мощности; и по меньшей мере один гидропривод (HA, 9, 10) стрелы для перемещения стрелы (3) для горных работ относительно шасси (2), соединенный с гидравлической системой (HS);

отличающаяся тем, что гидравлическая система (HS) для управления приводом (HA, 9, 10) стрелы соответствует системе по любому из пп. 1-9.

11. Горная машина по п. 10, отличающаяся тем, что гидропривод (HA, 9, 10) стрелы представляет собой гидроцилиндр (9, 10), предназначенный для поворота стрелы (3) для горных работ относительно шасси (2).

12. Горная машина по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что горная машина (1) представляет собой врубовую машину для нижней подрезки, снабженную стрелой (3) для зарубки; и исполнительный орган (5), установленный на стреле (3) для зарубки, содержит по меньшей мере одну вращающуюся режущую головку (6), снабженную несколькими режущими инструментами.

13. Способ управления гидроприводом (HA) горной машины, включающий: создание гидравлического давления и потока с помощью гидравлического насоса (21) в гидравлической системе (HS);

избирательное направление потока рабочей текучей среды от насоса (21) в рабочие полости (16а, 16b) гидропривода (HA) и соответственно слив рабочей текучей среды из рабочих полостей (16а, 16b) в бак (22) с помощью гидрораспределителя (23); и

ограничение потока текучей среды, сливаемой из напорных рабочих полостей (16а, 16b) с помощью уравновешивающих клапанов (Cbl, Cb2);

отличающийся тем, что

регулировка давления открытия уравновешивающих клапанов (Cb1, Cb2) осуществляется с помощью отдельных электромагнитных клапанов (Sv1, Sv2) с обеспечением возможности управления регулируемым усилием гидропривода (HA), которое осуществляется независимо от гидрораспределителя (23).

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что регулировки расхода рабочей текучей среды и давления, действующих в напорных рабочих полостях (16а, 16b), независимы друг от друга, при этом скорость перемещения и создаваемое усилие также регулируются независимо.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что управление электромагнитными клапанами (Sv1, Sv2) осуществляется с помощью электрических управляющих сигналов, генерируемых блоком управления (CU); и формирование сигналов гидравлического управления осуществляется с помощью электромагнитных клапанов (Svl, Sv2) для гидравлического управления уравновешивающими клапанами (Cbl, Cb2).