ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ С КООРДИНАТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК E21D23/16 F15B13/44 F01L15/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к гидравлическим распределителям, и может быть использовано в гидравлических системах мобильных машин: зерноуборочных комбайнов и тракторах - при использовании автопилотов, проходческих комбайнов, дизель-гидравлических тягачах, везде, где есть необходимость бесступенчатого регулирования скорости рабочего органа.

Уровень техники

Из уровня техники известен пропорциональный гидрораспределитель, выпускаемый компанией Atos, с условным обозначением DPZO-LES-PS-17 (URL:https://www.pyphidraulica.com.ar/catalogo/F175.pdf), который содержит силовой распределитель и распределитель пилотного каскада. Распределитель пилотного каскада установлен сверху на корпус силового распределителя. Распределитель пилотного каскада содержит корпус с запрессованной в него гильзой и размещенным в гильзе золотником, электромагнит и пружину, размещенную в задней крышке. Силовой распределитель содержит корпус с запрессованной в него гильзой и размещенным в гильзе золотником. В передней и задней крышках, силового распределителя установлены пружины, на которые опирается золотник силового распределителя. На одной из крышек силового распределителя установлен датчик линейного перемещения. Второй датчик линейного перемещения установлен на распределитель пилотного каскада. Масса пропорционального гидрораспределителя: 9-9,7 кг.

Пропорциональный гидрораспределитель имеет силовую зависимость положения золотника, вдоль своей оси, относительно гильзы. Из-за непостоянства гидродинамических сил, приложенных к золотнику, не удается достичь строгой пропорциональной зависимости между силой тока, приходящей на катушки электромагнита и координатой положения золотника. Это является причиной, по которой на пропорциональные гидрораспределители устанавливают датчики линейного перемещения, что усложняет и удорожает конструкцию. Кроме того, из-за того, что золотник опирается на пружины имеет место значительный колебательный переходный процесс, который возникает при отработке золотником команды на занятие нового положения.

Для уменьшения влияния гидродинамической силы на координату положения золотника, пружины, на которые опирается золотник, делают достаточно жесткими, что увеличивает потребную силу, которую должен развивать электромагнит и приводит к тому, что на распределители с условным проходом DN≥10 мм ставят распределители пилотного каскада - для гидравлического управления золотником силового распределителя, т.к. габариты электромагнитов и потребляемая ими мощность становятся недопустимо большими.

Также из уровня техники известен пропорциональный электрогидравлический распределитель прямого действия (RU 212361 U1, опубл. 19.07.2022 г.; МПК: F16K 31/06, Е21С 35/24, E21D 23/16). Устройство содержит корпус с рабочими каналами линий нагнетания, слива и потребителя, с размещенным в нем и центрированным возвратными пружинами золотником, выполненным с возможностью перемещения из нейтральной позиции в нужное конечное положение под действием пропорционального электромагнита. Электромагнит содержит электромагнитную муфту с якорем и подвижный полюс, расположенный внутри электромагнитной муфты соосно с якорем. Ближний к якорю конец золотника жестко соединен с ним, а к подвижному полюсу электромагнитной муфты через винтовую передачу присоединен вал гибридного шагового двигателя, закрепленного на торце корпуса гидрораспределителя. На другом торце корпуса закреплена крышка, в которой установлена возвратная пружина.

Наличие электромагнитной муфты, якоря и подвижного полюса в этом распределителе является усложнением и удорожанием конструкции, кроме того, не способствует уменьшению габаритных размеров.

Наличие двух достаточно жестких пружин, на которые опирается золотник (с ≈20 кН/м, для примера из описания патента для проходных каналов до 16 мм) создает условия для колебательного переходного процесса, в момент, когда золотник центрируется пружинами. Для того, чтобы колебания золотника, в момент его центрирования, не приводили к колебаниям расхода жидкости, требуется достаточное для этого положительное перекрытие, что влияет на величину зоны нечувствительности расходной характеристики: она увеличивается, по сравнению с золотником, который не имеет колебательного переходного процесса. Увеличение зоны нечувствительности является недостатком. Для возврата золотника в нейтральное положение при отключении электромагнитной муфты требуется, чтобы шаг резьбы в винте и подвижном полюсе, был достаточно большим для смещения подвижного полюса якорем, иными словами, резьба не может быть самотормозящейся. Но, в таком случае, всегда имеет место передача сил и моментов на вал шагового двигателя в процессе работы со стороны золотника, что ведет к снижению ресурса шагового двигателя.

Ближайшим аналогом является цифровой управляющий гидрораспределитель (RU 2686242 С1, опубл. 24.04.2019; МПК: F16K 13/044). Устройство содержит корпус с передней и задней крышками, гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником. На передней боковой крышке установлен цифровой шаговый электродвигатель. К задней боковой крышке прижат один конец предварительно сжатой пружины, второй конец которой прижат шайбой к одному торцу золотника, второй торец которого прижат к упору, размещенному в корпусе и закрепленному в осевом направлении изолирующей вставкой, через отверстие которой проходит безрезьбовая часть винта-толкателя, а его резьбовая часть ввинчена в гайку, соосно закрепленную на валу цифрового шагового электродвигателя и удерживаемую в корпусе подшипником и стопорным кольцом.

Недостатком известного технического решения является то, что момент инерции вращающихся частей трансмиссии, при наличии вращающейся гайки, больше момента инерции вращающихся частей трансмиссии, в случае, когда вращается винт, а гайка неподвижна. Больший момент инерции вращающихся частей трансмиссии ведет к ухудшению динамических показателей привода. Кроме того, в устройстве не обеспечивается возврат золотника в нейтральное положение при отключении питания золотника, т.е. при обесточивании золотник остается в текущем положении, что противоречит требованию, согласно которому, при обесточивании золотник должен занимать нейтральное положение. Наличие изолирующей вставки увеличивает габаритные размеры цифрового управляющего гидрораспределителя. Непостоянство контакта между винтом-толкателем и торцом золотника, а также необходимость поиска электрического контакта как сигнала о соприкосновении винта-толкателя и торца золотника усложняет конструкцию.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание пропорционального гидравлического распределителя прямого действия с координатным управлением, в котором исключается силовая зависимость положения золотника, передача сил и моментов на вал шагового двигателя в процессе работы со стороны золотника, обеспечивается выход золотника в нейтральное положение при прекращении подачи электропитания на блок управления.

Данная задача решается заявленным изобретением за счет достижения такого технического результата, как улучшение динамических и статических показателей устройства.

Заявленный технический результат в отношении элементов устройства достигается следующим.

Предложен пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением, содержащий корпус с передней и задней крышками, гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником, управляемым шаговым электродвигателем через винтовую пару с одной стороны и опирающийся на подпружиненный толкатель с другой стороны. С одной стороны, подпружиненный толкатель, опирающийся на левый торец золотника, проходит через отверстие в задней крышке, а с другой стороны, подпружиненный толкатель размещен в зоне чувствительности оптического датчика, закрепленного в крышке датчика, расположенного со стороны задней крышки. В передней крышке выполнено посадочное место для гайки винтовой пары, а вал шагового двигателя соединен посредством муфты с вращающимся винтом винтовой пары, выполненным с малым шагом резьбы. При этом шаговый двигатель расположен в корпусе трансмиссии с установленным на нем блоком электроники, содержащем батарею ионисторов для возврата золотника в нейтральное положение.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид устройства в разрезе, на фиг. 2 общий вид устройства.

Подробное описание полезной модели

Заявляемый пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением содержит корпус 1 с запрессованной в него гильзой 2, в которой соосно размещен золотник 3. С двух сторон корпуса, перпендикулярно оси золотника 3, расположены передняя и задняя крышки 4 и 5. Подпружиненный толкатель 6 одним концом опирается на левый торец золотника 3, проходит сквозь отверстие в задней крышке 5, и - вторым концом - входит в зону чувствительности оптического датчика 7, закрепленного в крышке датчика 8, расположенного со стороны задней крышки 5. Между подпружиненный толкателем 6 и задней крышкой 5 установлена пружина 9. В передней крышке 4 выполнено посадочное место для гайки 10, а также центрирующий поясок для базирования стакана 11. Стакан 11 выполнен с двумя сборочными базами, одна из которых сопряжена с центрирующим пояском передней крышки 4, другая - с центрирующим пояском шагового двигателя 12.

Вал шагового двигателя 12 соединен с винтом 13 посредством муфты 14. Стакан 11, с шаговым двигателем 12 располагается в корпусе трансмиссии 15, на котором сверху установлен блок электроники 16, включающий в себя батарею ионисторов 17 и сенсорный экран 18.

Пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением работает следующим образом. При обесточенном шаговом двигателе 12 золотник 3 находится в нейтральной позиции. При подаче сигнала управления золотник 3 смещается в заданную позицию. За счет того, что величина предварительного сжатия пружины 9 создает усилие, гарантирующее постоянство контакта между торцом винта 13 и золотником 3, положение последнего не зависит от гидродинамических сил, на него воздействующих, т.е. имеет место переход от силового управления к координатному. В случае аварийного отключения питания золотник возвращается в нейтральную позицию за счет энергии ионисторов 17. Оптический датчик 7 служит для поиска референтной точки в принудительном режиме, чтобы избежать накопленной ошибки, которая может возникнуть из-за возможных пропусков шагов шаговым двигателем 12.

Экспериментальные данные показали, что жесткость пружины заявляемого изобретения, создающей усилия поджатия составила с₀=1310 Н/м, сила предварительного поджатия Р₀=50 Н. Ход золотника составил ±2 мм. Был использован шаговый двигатель 42HS48-2504 с моментом удержания М_уд=0,55 Н⋅м. Максимальное суммарное (двигатель + контроллер+драйвер) потребление мощности составило 20 Вт. Расход, при перепаде давления на кромке Р - А Δ=10 бар, составил Q=85 л/мин.

Изобретение относится к пропорциональному гидравлическому распределителю прямого действия с координатным управлением. Техническим результатом является улучшение динамических и статических показателей устройства. Распределитель содержит корпус с передней и задней крышками. Также содержит гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником, управляемым шаговым двигателем через винтовую пару с одной стороны и опирающимся на подпружиненный толкатель с другой стороны. С одной стороны подпружиненный толкатель, опирающийся на левый торец золотника, проходит через отверстие в задней крышке. С другой стороны подпружиненный толкатель размещен в зоне чувствительности оптического датчика, закрепленного в крышке датчика, расположенного со стороны задней крышки. В передней крышке выполнено посадочное место для гайки винтовой пары. Вал шагового двигателя соединен посредством муфты с вращающимся винтом винтовой пары. Шаговый двигатель расположен в корпусе трансмиссии с установленным на нем блоком электроники, содержащим батарею ионисторов для возврата золотника в нейтральное положение. 2 ил.

Пропорциональный гидравлический распределитель прямого действия с координатным управлением, содержащий корпус с передней и задней крышками, гильзу, установленную внутри корпуса с соосно размещенным в ней золотником, управляемым шаговым двигателем через винтовую пару с одной стороны и опирающимся на подпружиненный толкатель с другой стороны, отличающийся тем, что с одной стороны подпружиненный толкатель, опирающийся на левый торец золотника, проходит через отверстие в задней крышке, а с другой стороны размещен в зоне чувствительности оптического датчика, закрепленного в крышке датчика, расположенного со стороны задней крышки, в передней крышке выполнено посадочное место для гайки винтовой пары, а вал шагового двигателя соединен посредством муфты с вращающимся винтом винтовой пары, при этом шаговый двигатель расположен в корпусе трансмиссии с установленным на нем блоком электроники, содержащим батарею ионисторов для возврата золотника в нейтральное положение.