Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров с рекуперацией энергии Российский патент 2024 года по МПК F15B19/00 

Изобретение относится к области гидропривода, а именно к ресурсным испытаниям поршневых гидравлических цилиндров 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.

Существуют 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 дросселировании 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, характеризующийся содержанием двух механических контуров и двух гидравлических контуров, первый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом первого гидравлического распределителя и посредством предохранительного клапана с гидробаком, выходные линии первого 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 магистралей связаны с выходами второго гидравлического распределителя, вход которого связан с входом гидравлического мотора, а его сливная линия связана гидравлической линией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидробаком, со сливной линией первого гидравлического распределителя, выход гидромотора связан с гидравлической линией низкого давления и, посредством обратного клапана, с входом гидромотора, который, посредством предохранительного клапана, связан с гидравлической линией низкого давления, второй механический контур включает электромотор, установленный на валу гидравлического насоса, который связан посредством второй механической передачи с валом гидромотора, причем стенд выполнен с возможностью осуществления рекуперации энергии.

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

Техническим результатом является снижение энергозатрат в процессе испытаний (в том числе и ресурсных) поршневых гидравлических цилиндров.

На основе анализа, предлагается привод стенда испытаний поршневых гидравлических цилиндров стендов, 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 предложена схема стенда.

Стенд содержит электромотор 1 вал которого 2 связан с валом 4 гидронасоса 5 посредством механической передачи 3, гидравлический насос 5, связан гидравлической магистралью со входом первого гидравлического распределителя 7 и посредством предохранительного клапана 6 с гидравлическим баком 8, выходы первого 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 и поршневая полости которого магистралями связаны с выходами второго гидравлического распределителя 13, сливная линия которого посредством гидролинии низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидробаком 8, связана со сливной линией первого гидравлического распределителя 7, вход второго гидравлического распределителя 13 связан со входом гидромотора 14, который посредством предохранительного клапана 15 связан с гидравлической линией низкого давления, выход гидромотора 14 связан с гидравлической линией низкого давления и посредством обратного клапана 16 с его же входом, вал 17 гидромотора 14 посредством второй механической передачи 18 связан с валом 4 гидронасоса 5, вал 2 электромотора 1 связан с валом 4 посредством механической передачи 3.

Работа стенда, выполненного по схеме, изображенной начертеже заключается в следующем.

Электромотор 1 преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала 2, затем посредством 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 первого гидрораспределителя 7, который устанавливается, например, в позицию I, направляя рабочую жидкость по магистрали в штоковую полость испытуемого первого гидроцилиндра 9 (который в данном случае выполняет функции гидравлического двигателя), одновременно с этим второй гидравлический распределитель 13 устанавливается в позицию I, соединяя штоковую полость второго гидроцилиндра 12 со входом гидромотора 14.

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, которая посредством второго гидравлического распределитель 13 направляется на вход гидромотора 14.

В гидромоторе 14 осуществляется преобразование гидравлической энергии рабочей жидкости в механическую энергию вращения вала 17 гидромотора 14, которая посредством второй механической передачи 18 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 счёт всасывания её из гидролинии низкого давления через второй гидравлический распределитель 13.

Работа стенда при движении первого испытуемого гидроцилиндра 9 из крайнего левого в крайнее правое положение осуществляется аналогично, при этом первый распределитель 7 устанавливается в позицию II и направляет поступившую на его вход рабочую жидкость по магистрали в поршневую полость первого гидроцилиндра 9, (одновременно второй гидравлический распределитель 13 устанавливается в позицию II, направляя рабочую жидкость из поршневой полости второго гидроцилиндра 12 на вход гидромотора 14, тогда вытисняемая из поршневой полости второго гидроцилиндра 12 рабочая жидкость по магистрали через второй гидравлический распределитель 13 может поступать на вход гидромотора 14, заполнение штоковой полости второго гидроцилиндра 12 рабочей жидкостью будет осуществляться за счёт её всасывания из гидролинии низкого давления через второй гидравлический распределитель 13.

В предлагаемом стенде механическая передача 18 создает условие, при котором подача гидронасоса 5 будет несколько превосходить потребный расход гидромотора 14 при заданной частоте вращения вала гидронасоса 5, соответствующей частоте вращения вала 2 электромотора 1. Это приведет к росту давления в напорной магистрали, связывающей второй гидроцилиндр 12 с гидромотором 14, до давления настройки предохранительного клапана 15. Излишки рабочей жидкости будут сбрасываться из этой магистрали в гидролинию низкого давления через предохранительный клапан 15. Таким образом, регулируя настройку предохранительного клапана 15, можно изменять давление в магистрали на выходе второго гидроцилиндра 12, тем самым регулировать величину нагружения испытуемых гидроцилиндров 9 и 12.

Обратный клапан 16 обеспечивает условия разгрузки второго гидравлического контура в моменты его выхода на рабочий режим работы, когда гидромотор 14 работает в режиме гидронасоса. Предохранительный клапан 6 сбрасывает излишки рабочей жидкости с выхода насоса 5, в случае его перегрузки, в гидравлический бак 8.

Достоинства рекуперативных систем состоят в том, что они позволяют создавать высокую нагрузку на испытываемом объекте, при относительно низкой потребляемой мощности главного привода системы.

Изобретение относится к области гидропривода, а именно к испытаниям поршневых гидравлических цилиндров, и может быть использовано на заводах-изготовителях данных гидромашин, на ремонтных предприятиях и на заводах, применяющих данный тип гидроцилиндров. Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров, характеризующийся содержанием двух механических контуров и двух гидравлических контуров, первый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом первого гидравлического распределителя и посредством предохранительного клапана с гидробаком, выходные линии первого 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 магистралей связаны с выходами второго гидравлического распределителя, вход которого связан с входом гидравлического мотора, а его сливная линия связана гидравлической линией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидробаком, со сливной линией первого гидравлического распределителя, выход гидромотора связан с гидравлической линией низкого давления и, посредством обратного клапана, с входом гидромотора, который, посредством предохранительного клапана, связан с гидравлической линией низкого давления. Второй механический контур включает электромотор, установленный на валу гидравлического насоса, который связан посредством второй механической передачи с валом гидромотора. Причем стенд выполнен с возможностью осуществления рекуперации энергии. Техническим результатом является снижение энергозатрат в процессе испытаний поршневых гидравлических цилиндров. 1 ил.

Стенд для испытаний поршневых гидравлических цилиндров, характеризующийся содержанием двух механических контуров и двух гидравлических контуров, первый гидравлический контур включает гидравлический насос, выход которого связан со входом первого гидравлического распределителя и посредством предохранительного клапана с гидробаком, выходные линии первого 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 магистралей связаны с выходами второго гидравлического распределителя, вход которого связан с входом гидравлического мотора, а его сливная линия связана гидравлической линией низкого давления, имеющей гидравлическую связь с гидробаком, со сливной линией первого гидравлического распределителя, выход гидромотора связан с гидравлической линией низкого давления и, посредством обратного клапана, с входом гидромотора, который, посредством предохранительного клапана, связан с гидравлической линией низкого давления, второй механический контур включает электромотор, установленный на валу гидравлического насоса, который связан посредством второй механической передачи с валом гидромотора, причем стенд выполнен с возможностью осуществления рекуперации энергии.