Гидродвигатель Российский патент 2024 года по МПК F03C1/00 A01G25/00 

Предполагаемое изобретение относится к устройствам гидроавтоматики, работающим за счет энергии потока воды, и может применяться в гидросистемах в виде образователя возвратно-поступательного движения штока и, в частности, в сельском хозяйстве для механизации орошения с/х культур с помощью поливных агрегатов, рабочий орган которых, осуществляя полив перемещается по полю посредством привода намоточного устройства.

Известен гидродвигатель включающий гидроцилиндр двухстороннего действия со штоком, задвижку с гидроприводом, установленную на напорном трубопроводе, и распределитель, кинематически связанный со штоком гидроцилиндра и гидравлически - с напорным трубопроводом, подпоршневой полостью гидроцилиндра и рабочей полостью гидропривода задвижки, при этом задвижка выполнена регулируемой и снабжена обводным гидравлическим каналом с эжектором, посредством распределителя подпоршневая полость имеет возможность поочередного соединения с напорным трубопроводом до задвижки и эжектором, а рабочая полость гидропривода соединена с напорным трубопроводом до задвижки через регулируемый дроссель и имеет возможность сообщения с эжектором, канал связи, сообщающий распределитель с подпоршневой полостью гидроцилиндра, снабжен параллельно установленными обратном клапаном и регулируемым дросселем [Патент РФ №2330177, Кл. F03C 1/00 и Кл. A01G 25/00, от 27.07.2008г. Бюл. №21].

Недостатком этого гидродвигателя является невысокая надежность и долговечность из-за работы его составных частей, возможно, в агрессивной среде с часто меняющимся составом, протекающей через напорный трубопровод. В таких условиях работы резко сокращается ресурс работы гидроцилиндра и распределителя из-за постоянно меняющихся внутренних трений их составных частей.

Наиболее близким техническим решением является гидродвигатель, включающий гидроцилиндр двухстороннего действия со штоком, задвижку с гидроприводом и обводным гидравлическим каналом с эжектором, установленную на напорном трубопроводе, и распределитель, кинематически связанный со штоком гидроцилиндра через переключатель и гидравлически - с напорным трубопроводом, подпоршневой полостью гидроцилиндра и рабочей полостью гидропривода задвижки, задвижка снабжена регулирующим болтом, а ее рабочая полость соединена с распределителем и надпоршневой полостью гидроцилиндра, при этом посредством распределителя подпоршневая и надпоршневая полости гидроцилиндра имеют возможность поочередного соединения с эжектором и напорным трубопроводом до задвижки. Распределитель выполнен в виде полого корпуса с радиальными каналами и осевым отверстием в центре, полого штока с двумя одинаковыми клапанами и отверстиями, установленным в корпусе и ограниченным в ходе посредством торцевых крышек с осевыми отверстиями малого и большого диаметра, при этом отверстия на штоке выполнены с наружных сторон клапанов, а диаметр осевого отверстия корпуса выполнен меньше диаметра клапанов и больше диаметра большого отверстия торцевых крышек [Патент РФ №2674110, F03C 1/00, Кл. А01 G25/00, от 04.12.2018 г. Бюл. №34 (прототип)].

Недостатком этого гидродвигателя является невысокая надежность и долговечность. Работы гидроцилиндра, обратного клапана и регулируемого дросселя в агрессивной среде, протекающей в напорном трубопроводе, приводит их ускоренному износу и сокращению срока службы, что снижает эффективность гидродвигателя в целом. Прямое гидравлическое соединение эжектора с распределителем в некоторых случаях, когда давление жидкости в напорном трубопроводе по каким-то причинам колеблется (при подключении или отключении зон обслуживания напорным трубопроводом) приводит к расстройству регулировки работы гидродвигателя (происходит самопроизвольный отсос жидкости из полостей гидроцилиндра при повышении перепада давления на задвижке).

Целью предполагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности гидродвигателя путем обеспечения работы гидроцилиндра, обратных клапанов и регулируемых дросселей в нейтральной, благоприятной для их работы среде, например, в масле.

Поставленная цель достигается тем, что в гидродвигателе, включающем гидроцилиндр двухстороннего действия со штоком, задвижку с обводным гидравлическим каналом с эжектором, установленную на напорном трубопроводе и распределитель, кинематически связанный со штоком гидроцилиндра через переключатель и гидравлически - с напорным трубопроводом через фильтр, эжектором, подпоршневой полостью гидроцилиндра через параллельно установленные обратный клапан и регулируемый дроссель и надпоршневой полостью гидроцилиндра, при этом посредством распределителя подпоршневая и надпоршневая полости гидроцилиндра имеют возможность поочередного соединения с эжектором и напорным трубопроводом до задвижки, распределитель соединен с надпоршневой полостью гидроцилиндра через параллельно установленные обратный клапан и дроссель, эжектор соединен с распределителем через подпружиненный обратный клапан, а каналы связи распределителя с надпоршневой и подпоршневой полостями снабжены демпферами с объемами больше чем объем гидроцилиндра.

Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг. 1 - Общий вид гидродвигателя, на Фиг. 2 - Общий вид гидродвигателя с частичными разрезами его узлов; Фиг. 3 - конструктивная схема распределителя в правом положении штока, Фиг. 4 - конструктивная схема распределителя в левом положении штока, на Фиг. 5 - конструктивная схема штока распределителя и на Фиг. 6 - Общий вид гидродвигателя при работе и нахождении штока гидроцилиндра в крайне левом положении.

Гидродвигатель состоит из гидроцилиндра 1 с подпоршневой 2 и надпоршневой 3 полостями, штока 4 с упорами 5, 6, 7, переключателя 8 с пружиной 9, распределителя 10 и задвижки 11, установленной на напорном трубопроводе 12 и снабженной обводящим гидравлическим каналом 13 с эжектором 14 (Фиг. 1 и 2).

Распределитель 10 (Фиг. 3 и 4) включает входной 15, выходной 16, входной-выходной 17 и 18 каналы, полый шток 19 (Фиг. 5) с пятой 20, отверстиями 21, 22 и крепежные болты 23, 24.

Гидроцилиндр 1 шарнирно закреплен к неподвижной опоре 25 и имеет неподвижный кронштейн 26, на котором посредством крепежных болтов 23, 24 жестко закреплены распределитель 10 и переключатель 8(Фиг. 1).

Распределитель 10 посредством пяты 20 и переключателя 8 кинематически связан со штоком 4 гидроцилиндра 1. Напорный трубопровод 12 до задвижки 11 соединен с входным каналом 15 через кран 27, фильтр 28 и канал связи 29.

Входной-выходной канал 17 сообщен с подпоршневой полостью 2 через канал связи 30 и параллельно установленные обратный клапан 31 и регулируемый дроссель 32. Входной-выходной канал 18 сообщен с надпоршневой полостью 3 через канал связи 33 и параллельно установленные обратный клапан 34 и регулируемый дроссель 35. Выходной канал 16 сообщен с эжектором 14 через канал связи 36 и подпружиненный обратный клапан 37. Надпоршневая 2 и подпоршневая 3 полости гидроцилиндра 1 имеют возможность через каналы связи 30, 33 и распределитель 10 поочередного соединения с напорным трубопроводом 12 до задвижки 11 через канал связи 29, фильтр 28 и кран 27, и с эжектором 14 - через канал связи 36 и подпружиненный обратный клапан 37. Каналы связи 30, 33 снабжены демпферами 38, 39 с разделительными эластичными мембранами 40, 41, надмембранными 42, 43 и подмембранными 44,45 полостями. Объемы демпферов выполнены больше, чем объем гидроцилиндра 1 (Фиг. 2 и 6).

Для подготовки гидродвигателя к работе необходимо подпоршневую 2 и надпоршневую 3 полости гидроцилиндра 1 и половины объемов подмембранных полостей 44, 45 демпферов 38, 39 (Фиг. 2) заполнить нейтральной жидкостью, например, маслом. Открыть кран 27, задвижку 11 прикрыть таким образом, чтобы под перепадом давления воды до и после задвижки 11 эжектор 14 создал понижение давления до значения вакуума, но не смог преодолеть усилие подпружиненного обратного клапана 37 и произвести самопроизвольный отсос воды из надмембранных полостей 42, 43 демпферов 38, 39 даже при больших колебаниях давления воды в напорном трубопроводе 12.

Гидродвигатель работает следующим образом.

Вода из напорного трубопровода 12 до задвижки 11, проходя, в основном, через нее и частично через обводной гидравлический канал 13 с эжектором 14, поступает в напорный трубопровод после задвижки 11 и далее к потребителю. При этом небольшая часть воды из трубопровода 12 через кран 27, фильтр 28, канал связи 29 поступает к распределителю 10, далее взаимодействуя с гидроцилиндром 1 посредством демпферов 38,39 поступает через канал связи 36, подпружиненный обратный клапан 37, эжектор 14 и обводной гидравлический канал 13 в напорный трубопровод 12 после задвижки 11, и подается к потребителю, приводя шток 4 к возвратно-поступательному движению с определенный частотой цикла, определяемой посредством регулируемых дросселей 32 и 35.

Происходит это следующим образом.

В положении, когда шток 4 занимает крайне левое положение (Фиг. 6) (начало цикла возвратно-поступательного движения штока 4), пружина 9 переключателя 8 посредством пяты 20 приводит полый шток 19 распределителя 10 с отверстиями 21, 22 в крайне правое устойчивое положение (Фиг. 3 и 5).

При этом вода под давлением из напорного трубопровода 12 через кран 27, фильтр 28, канал связи 29, входной канал 15, распределитель 10, входной-выходной канал 17 и канал связи 30 поступает в надмембранную полость 42 демпфера 38, и, надавливая на эластичную мембрану 40, медленно через регулируемый дроссель 32 приводит к вытеснению масла из подмембранной полости 44 в подпоршневую полость 2, и вытеснению масла из надпоршневой полости 3 в подмембранную полость 45 демпфера 39 через обратный клапан 34 беспрепятственно. Под давлением масла в подмембранной полости 45 эластичная мембрана 41, поднимаясь вверх, медленно вытесняет воду из надмембранной полости 43 в напорный трубопровод после задвижки 11 через канал связи 33, входной-выходной канал 18, распределитель 10, канал связи 36, подпружиненный обратный клапан 37, эжектор 14 и обводной гидравлический канал 13. Шток 14 начинает движение с крайне левого положения в правое положение, и при достижения к крайне правому положению взаимодействуя упором 6 на переключатель 8 переводит полый шток 19 распределителя 10 в крайне левое устойчивое положение (Фиг. 4).

Надмембранная полость 42 демпфера 38 сообщается с эжектором 14, а надмембранная полость 43 демпфера 39 - с напорным трубопроводом до задвижки 11, благодаря чему шток 4 начинает движения теперь с крайне правого положения к крайне левому положению, производя теперь под давлением воды вытеснение масла из подмембранной полости 45 в надпоршневую полость 3 через регулируемый дроссель 35 и вытеснение масла из подпоршневой полости 2 в подмембранную полость 44 через обратный клапан 31. При достижении штока 4 к крайне левому положению, упор 7, взаимодействуя с переключателем 8, переводит полый шток 19 распределителя 10 в крайне правое положение (Фиг. 3) (конец цикла возвратно-поступательного движения штока 4).

Далее циклы повторяются, шток 4 совершает возвратно-поступательное движение и, взаимодействуя упором 5 на любые известные преобразующие механизмы может совершить полезную работу, в частности, в поливных агрегатах может наматывать гибкий трубопровод с рабочим органом на конце на барабан и осуществить полив в движении.

Продолжительность рабочего цикла возвратно-поступательного движения штока 4 регулируется регулируемыми дросселями 32 и 35. Подпружиненный обратный клапан 37 препятствует отсосу воды эжектором 14 из надмембранных полостей 42, 43 при больших колебаниях давления в напорном трубопроводе 12 и стабилизирует частоту циклов возвратно-поступательного движения штока 4. Выбранные объемы демпферов 38, 39 больше чем объем гидроцилиндра 1 обеспечивают надежную и долговечную работу гидроцилиндра 1, несмотря на незначительные потери масла из-за ее единственного места контакта с атмосферой через шток 4.

Таким образом, благодаря соединению распределителя 10 с надпоршневой полостью 3 гидроцилиндра 1 через канал связи 33 с параллельно установленными обратным клапаном 34 и регулируемым дросселем 35, снабжения каналов связи распределителя 10 с надпоршневой 2 и подпоршневой 3 полостями демпферами 38, 39 с объемами больше чем объем гидроцилиндра 1 и применив в качестве рабочей жидкости для работы гидроцилиндра 1, обратных клапанов 31,34 и регулируемых дросселей 32, 35 нейтральную жидкость, например, масло достигнуто повышение надежности и долговечности гидроцилиндра и повышена стабильность регулирования частоты циклов возвратно-поступательного движения штока 4. Соединением эжектора 14 с распределителем 10 через подпружиненный обратный клапан 37, исключен отсос воды эжектором 14 из надмембранных полостей 42,43 при больших колебаниях давления в напорном трубопроводе 12 и стабилизирована частота циклов возвратно-поступательного движения штока 4.

Экспериментальный образец предполагаемого изобретения изготовлен в производственных условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2023г. со следующими параметрами:

- внутренний диаметр гидроцилиндра 1-120 мм - диаметр штока 4-32 мм - ход штока 4-170 мм - напорный трубопровод 12 - 1¹/₄ʺ - задвижка 11-1¹/₄ʺ - эжектор 14-1ʺ - регулируемые дросселя 32,35 (кран шаровой) - 1/2ʺ - обратные клапана 31,34 - 1/2ʺ - каналы связи (сантехнический армированный шланг с диаметром проходного сечения 6 мм) - 1/2ʺ

и проведены стендовые испытания в лабораторных условиях.

Стендовые испытание показали работоспособность гидродвигателя при изменении давления в напорном трубопроводе 12 до задвижки 11 в диапазоне 0,2-0,9 МПа и изменения расхода воды через задвижку 11 в пределах 1-4 л/с. Продолжительность цикла возвратно-поступательного движения штока 4 без нагрузки составил от 10 до 400с и достигалась путем легкого регулирования регулируемых дросселей 32 и 35.

Применение предполагаемого изобретения в разных отраслях народном хозяйстве значительно повысит надежность и эффективность гидроуправляемых систем.

Изобретение относится к устройствам гидроавтоматики, работающим за счет энергии потока воды. Гидродвигатель включает гидроцилиндр 1 двухстороннего действия со штоком 4, задвижку 11 с обводным гидравлическим каналом 13 с эжектором 14, установленную на напорном трубопроводе 12 и распределитель 10, кинематически связанный со штоком 4 через переключатель 8 и гидравлически - с напорным трубопроводом 12 через фильтр 28, эжектором 14, подпоршневой полостью 2 гидроцилиндра 1 через параллельно установленные обратный клапан 31 и регулируемый дроссель 32 и надпоршневой полостью 3 гидроцилиндра 1. Посредством распределителя 10 подпоршневая и надпоршневая полости 2 и 3 имеют возможность поочередного соединения с эжектором 14 и напорным трубопроводом 12 до задвижки 11. Распределитель 10 соединен с надпоршневой полостью 3 через параллельно установленные обратный клапан 34 и регулируемый дроссель 35. Эжектор 14 соединен с распределителем 10 через подпружиненный обратный клапан 37. Каналы связи распределителя 30 и 33 с надпоршневой и подпоршневой полостями 2 и 3 снабжены демпферами 38 и 39 с объемами больше, чем объем гидроцилиндра 1. Изобретение направлено на повышение надежности и эффективности работы гидродвигателя. 6 ил.

Гидродвигатель, включающий гидроцилиндр двухстороннего действия со штоком, задвижку с обводным гидравлическим каналом с эжектором, установленную на напорном трубопроводе и распределитель, кинематически связанный со штоком гидроцилиндра через переключатель и гидравлически - с напорным трубопроводом через фильтр, эжектором, подпоршневой полостью гидроцилиндра через параллельно установленные обратный клапан и регулируемый дроссель и надпоршневой полостью гидроцилиндра, при этом посредством распределителя подпоршневая и надпоршневая полости гидроцилиндра имеют возможность поочередного соединения с эжектором и напорным трубопроводом до задвижки, отличающийся тем, что распределитель соединен с надпоршневой полостью гидроцилиндра через параллельно установленные обратный клапан и регулируемый дроссель, эжектор соединен с распределителем через подпружиненный обратный клапан, а каналы связи распределителя с надпоршневой и подпоршневой полостями снабжены демпферами с объемами больше, чем объем гидроцилиндра.