Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров с рекуперацией энергии Российский патент 2023 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к области гидропривода, а именно к испытаниям поршневых гидравлических цилиндров, в том числе и ресурсным, с рекуперацией энергии и может быть использовано на заводах изготовителях данных гидромашин, на ремонтных предприятиях и на заводах применяющих данный тип гидроцилиндров.

Общим недостатком стендов с использованием в качестве нагрузки испытуемого объекта механических и электромеханических (фрикционных тормозов), а также дроссельных или предохранительных гидромеханических систем, является то, что практически вся энергия, затрачиваемая на создание нагрузки, преобразуется в тепловой поток, который диссипативными системами передается в окружающую среду.

Существует различные схемы для испытаний поршневых гидравлических цилиндров, рассмотрим одну из схем.

Известен стенд для испытания гидроцилиндров, содержащий станину с шарнирно закрепленными на ней рычагом и гидроцилиндром изменения угла наклона рычага, неподвижный испытуемый гидроцилиндр, шарнирно соединенный с рычагом и через подвижную опору, установленную на рычаге, с тяговым гидроцилиндром, также соединенным с рычагом, и каждый из гидроцилиндров приводится в действие независимой насосной станцией, каждая из которых выполнена с возможностью управления по параметрам рабочего процесса испытуемого гидроцилиндра (см. патент RU №2168074, F15B 19/00,опубл 27.05.2001).

Наиболее близким техническим решением является стенд для ресурсных испытаний гидроцилиндров (пат.RU 2498119, F15B19/00, опубл. 10.11.2013) содержащий станину, неподвижный испытуемый и тяговый гидроцилиндры, каждый из гидроцилиндров приводится в действие независимой насосной станцией, каждая из которых выполнена с возможностью управления по параметрам рабочего процесса испытуемого гидроцилиндра, при этом станина крепится в своей середине к стенду через поворотный гидродвигатель с шестеренной передачей, который позволяет неограниченно моделировать угол наклона испытуемого гидроцилиндра.

Недостатком данного стенда является высокие энергозатраты проведения испытаний, обусловленные энергопотреблением трех насосных станций, неудовлетворительная система управления процессом испытаний и отсутствие автоматической системы контроля параметров испытуемого гидравлического цилиндра.

Также можно отметить, что как правило, при использовании данной схемы, вследствие процессов теплообмена при дросселирование рабочей жидкости в значительной мере нагреваются исполнительные элементы стенда и самой нагрузочной системы, что приводит к дестабилизации их параметров.

Сущность изобретения заключается в том, что стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров с рекуперацией энергии, характеризующийся содержанием двух механических контуров и двух гидравлических контуров, первый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом гидравлического распределителя и посредством предохранительного клапана с гидробаком, выходные линии гидрораспределителя связаны соответственно с поршневой и штоковой полостями первого гидроцилиндра, шток которого посредством первой механической передачи связан со штоком второго гидроцилиндра, который входит во второй гидравлический контур, поршневая и штоковая полости второго гидроцилиндра посредством четырех обратных клапанов гидравлически связаны с входом и выходом гидравлического мотора, выход гидравлического мотора связан со сливной линией гидравлического распределителя гидролинией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидравлическим баком, причем вход гидромотора связан с гидролинией низкого давления посредством предохранительного клапана, второй механический контур включает электромотор, вал которого связан с валом гидравлического насоса посредством второй механической передачи, при этом вал гидравлического насоса связан с валом гидравлического мотора посредством механической передачи.

Предлагаемое изобретение позволяет использовать при испытаниях гидравлических цилиндров ранее предложенный способ рекуперации энергии за счет ее двойного преобразования в гидравлических машинах вращательного движения.

Техническим результатом является снижение энергозатрат в процессе ресурсных испытаний поршневых гидравлических цилиндров.

На основе анализа, предлагается привод стенда испытаний поршневых гидравлических цилиндров, основанный на принципе рекуперации энергии. Разработка принципиальной схемы привода стенда проводилась из условий минимизации числа элементов системы, которая бы позволила проводить испытания гидроцилиндров в рекуперативном режиме при возможности создания нагрузок, определяемых методикой проведения испытаний.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема стенда.

Стенд содержит электромотор 1 вал которого 2 связан с валом 4 гидронасоса 5 посредством второй механической передачи 3, гидравлический насос 5, связан гидравлической магистралью со входом гидравлического распределителя 7 и посредством предохранительного клапана 6 с гидравлическим баком 8, выходы гидравлического распределителя 7 магистралями связаны с поршневой и штоковой полостями первого гидроцилиндра 9, шток которого посредством первой механической передачи 10, установленной на балке 11, связан механически со штоком второго гидроцилиндра 12, штоковая полость второго гидроцилиндра 12 посредством обратного клапана 14 связана со входом гидромотора 18, а посредством обратного клапана 15 с его выходом, поршневая полость второго гидроцилиндра 12 связана со входом гидромотора 18 посредством обратного клапана 13, а с его выходом посредством обратного клапана 16, выход гидромотора 18 посредством гидролинии низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидробаком 8, связан со сливной линией гидравлического распределителя 7, а его вход посредством предохранительного клапана 17 связан с гидравлической линией низкого давления, вал 19 гидромотора 18 посредством механической передачи 20 связан с валом 4 гидронасоса 5, вал 2 электромотора 1 связан с валом 4 посредством второй механической передачи 3.

Работа стенда заключается в следующем. Электромотор 1 преобразует электрическую энергию во вращательное движение вала 2, затем посредством второй механической передачи 3 приводит во вращение вал 4 гидронасоса 5. Механическая энергия, поступившая с вала электромотора 1, преобразуется гидронасосом 5 в гидравлическую энергию рабочей жидкости, которая посредством магистрали попадает на вход гидрораспределителя 7, который направляет ее, например, по магистрали в штоковую полость первого испытуемого гидроцилиндра 9 (который в данном случае выполняет функции гидравлического двигателя).

Гидравлическая энергия рабочей жидкости благодаря работе первого гидроцилиндра 9 преобразуется в механическую энергию перемещения его поршня, который посредством первой механической передачи 10 установленной на балке 11 механически связан со штоком второго испытуемого гидроцилиндра 12.

Механическая энергия перемещения поршня второго гидроцилиндра 12 (который в этом случае выполняет функцию гидравлического насоса) преобразуется в гидравлическую энергию рабочей жидкости, находящейся в его штоковой полости. По магистрали рабочая жидкость через обратный клапан 14 направляется на вход гидромотора 18.

В гидромоторе 18 осуществляется преобразование гидравлической энергии рабочей жидкости в механическую энергию вращения вала 19 гидромотора 18, которая посредством механической передачи 20 передается на вал 4 гидронасоса 5, где суммируется с энергией вращения вала 2 электромотора 1 и вновь преобразуется гидронасосом 5 в энергию рабочей жидкости. Во время движения поршня второго гидроцилиндра 12 из крайнего правого положения в крайнее левое положение заполнение его поршневой полости рабочей жидкостью происходит за счет всасывания ее из гидролинии низкого давления через обратный клапан 16.

Для осуществления движении поршня первого гидроцилиндра 9 из крайнего левого в крайнее правое положение распределитель 7 направляет поступившую на его вход жидкость по магистрали в поршневую полость первого гидроцилиндра 9, вытесняемая, при этом, рабочая жидкость из поршневой полости второго гидроцилиндра 12 по магистрали через обратный клапан 13 поступает на вход гидромотора 18, заполнение его штоковой полости рабочей жидкостью осуществляется за счет ее всасывания из гидролинии низкого давления через обратный клапан 15.

В предлагаемой схеме, механическая передача 20 создает условие, при котором подача гидронасоса 5 будет несколько превосходить потребный расход гидромотора 18 при заданной частоте вращения вала 4 гидронасоса 5, соответствующей частоте вращения вала 2 электромотора 1. Это приведет к росту давления в напорной магистрали, связывающей второй гидроцилиндр 12 с гидромотором 18, до давления настройки предохранительного клапана 17. Излишки рабочей жидкости будут сбрасываться через предохранительный клапан 17 из этой магистрали в гидролинию низкого давления. Таким образом, регулируя настройку предохранительного клапана 17, можно изменять давление в магистрали на выходе второго гидроцилиндра 12, тем самым регулировать величину нагружения испытуемых гидроцилиндров 9 и 12.

Обратные клапаны 14, 15, 16, 13 обеспечивают условия разгрузки второго гидравлического контура в моменты его выхода на заданные режимы работы, когда гидромотор 18 работает в режиме гидронасоса. Предохранительный клапан 6 сбрасывает излишки рабочей жидкости с выхода насоса 5, в случае его перегрузки, в гидравлический бак 8.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытаниям поршневых гидравлических цилиндров. Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров с рекуперацией энергии содержит два механических контура и два гидравлических контура. Первый гидравлический контур включает гидравлический насос 5, выход которого связан со входом гидравлического распределителя 7 и посредством предохранительного клапана 6 с гидробаком 8. Выходы гидрораспределителя 7 связаны с поршневой и штоковой полостями первого гидроцилиндра 9, шток которого посредством первой механической передачи 10 связан со штоком второго гидроцилиндра 12, который входит во второй гидравлический контур. Поршневая и штоковая полости второго гидроцилиндра 12 посредством четырех обратных клапанов 13, 14, 15, 16 гидравлически связаны со входом и выходом гидравлического мотора 18. Выход гидравлического мотора 18 связан со сливной линией гидравлического распределителя 7 гидролинией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидравлическим баком 8. Вход гидромотора 18 связан с гидролинией низкого давления посредством предохранительного клапана 17. Второй механический контур включает электромотор 1, вал которого связан с валом гидравлического насоса 5 посредством второй механической передачи 3. Вал гидравлического насоса 5 связан с валом гидравлического мотора 18 посредством механической передачи 20. Технический результат заключается в снижении энергозатрат в процессе ресурсных испытаний. 1 ил.

Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров с рекуперацией энергии, характеризующийся содержанием двух механических контуров и двух гидравлических контуров, первый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом гидравлического распределителя и посредством предохранительного клапана с гидробаком, выходные линии гидрораспределителя связаны соответственно с поршневой и штоковой полостями первого гидроцилиндра, шток которого посредством первой механической передачи связан со штоком второго гидроцилиндра, который входит во второй гидравлический контур, поршневая и штоковая полости второго гидроцилиндра посредством четырех обратных клапанов гидравлически связаны с входом и выходом гидравлического мотора, выход гидравлического мотора связан со сливной линией гидравлического распределителя гидролинией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидравлическим баком, причем вход гидромотора связан с гидролинией низкого давления посредством предохранительного клапана, второй механический контур включает электромотор, вал которого связан с валом гидравлического насоса посредством второй механической передачи, при этом вал гидравлического насоса связан с валом гидравлического мотора посредством механической передачи.