Регулятор витрати

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема, до гідравлічної апаратури, і може бути використаний, наприклад, в гідроприводах різного функціонального призначення. Відомий регулятор витрати типу МПГ55-1М (Свешников В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. - 3 е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1995. - С.134 - 135), що містить дросель змінний золотниковий, гідроклапан розвантажувальний золотниковий підпружинений, вхід якого з'єднаний гідролінією зі входом дроселя змінного та торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального, а вихід з гідролінією зливу регулятора, клапан запобіжний, вхід якого з'єднаний з торцевою порожниною гідроклапана з боку пружини і гідролінією через постійний дросель з виходом дроселя змінного і гідророзподілювач з електрокеруванням двопозиційний, вхід якого з'єднаний зі входом клапана запобіжного, а вихід - з гідролінією зливу регулятора. Загальними ознаками регулятора витрати, що заявляється, і аналога є наявність дроселя змінного золотникового, гідроклапана розвантажувального золотникового підпружиненого, вхід якого гідролінією з'єднаний з входом дроселя змінного і торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального, а вихід - з гідролінією зливу регулятора і клапана запобіжного, вхід якого з'єднаний з торцевою порожниною гідроклапана з боку пружини і гідролінією через постійний дросель з виходом дроселя змінного. Недоліком аналога є відсутність дистанційного електричного пропорціонального керування витратою, що ускладнює реалізацію автоматизації гідроприводу і наявність високих енергетичних втрат в зоні регулювання малих витрат. Найбільш близьким по технічній суті до того, що заявляється, і вибраного як прототип, є відомий регулятор витрати типу ДДМ-10 з блоком керування електронним типу БУ1110 (Свешников В.К. Станочные гидроприводы. Справочник. - 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1995. - С.196 - 197, рис.6.19), де приведені його принципова схема і схема підключення блоку керування). Регулятор витрати типу ДДМ-10 містить електрогідравлічний перетворювач, до складу якого входять електромагніт пропорціональної дії і гідромеханічний перетворювач, дросель змінний підпружинений, золотник якого кінематично зв'язаний з датчиком положення, два редукційних клапани, входи яких об'єднані, а виходи: одного з них з'єднані гідролінією зі входом дроселя змінного, а другого гідролінією через постійний дросель, що з'єднаний зі входом електрогідравлічного перетворювача, вихід якого гідролінією з'єднаний з торцевою порожниною з боку пружини дроселя змінного. Для прототипу і регулятора витрати, що заявляється, загальними є слідуючі суттєві ознаки: перетворювач електрогідравличний, до складу якого входять електромагніт пропорціональної дії і перетворювач гідромеханічний, дросель змінний золотниковий підпружинений гідрокерований, золотник якого кінематично зв'язаний з датчиком положення, клапан редукційний, вихід якого гідролінією через постійний дросель з'єднаний зі входом перетворювача електрогідравлічного, вихід якого гідролінією через постійний дросель з'єднаний з торцевою порожниною дроселя змінного, гідроклапан розвантажувальний підпружинений, вхід якого гідролінією з'єднаний зі входом дроселя змінного і торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального, а вихід - з гідролінією зливу регулятора, клапан запобіжний, вхід якого сполучений з торцевою порожниною гідроклапана з боку пружини і гідролінією через постійний дросель з гідролінією дренажу і виходом дроселя змінного при початковому положенні золотника і блок керування електронний, вхід якого з'єднаний з виходом датчика положення, а вихід - з входом електромагніту пропорціональної дії. Отримання очікуваного технічного результату - зменшення енергетичних втрат при використанні прототипу неможливо тому, що джерело живлення (насос нерегульований), що підключений до гідролінії "Р" регулятора витрати (див. рис.6.19), (б) вказаного довідника), завжди буде скидати надмірну витрату в гідролінію зливу через запобіжний клапан при максимальному тиску незалежно від навантаження. В основу винаходу поставлене завдання удосконалення регулятора витрати шляхом введення двох гідроліній живлення, які між собою з'єднані через зворотний клапан, а також за рахунок нових елементів і конструктивних зв'язків між елементами регулятора забезпечується автоматична підтримка постійного перепаду тиску на дроселі змінному гідрокерованим незалежно від величини зміни навантаження на виконавчому механізмі, що стабілізує величину витрати на виході регулятора і приводить до зменшення енергетичних втрат (в зоні малих витрат) і за рахунок цього досягається скорочення споживання енергоносіїв, тобто електроенергії, рідкого палива, газу і т.д. Поставлене завдання вирішується тим, що регулятор витрати, що містить перетворювач електрогідравлічний, до складу якого входять електромагніт пропорціональної дії і перетворювач гідромеханічний, дросель змінний золотниковий підпружинений гідрокерований, золотник якого кінематично зв'язаний з датчиком положення, клапан редукційний, вихід якого гідролінією через постійний дросель сполучений з входом перетворювача електрогідравлічного, вихід якого гідролінією через постійний дросель сполучений з торцевою порожниною дроселя змінного, гідроклапан розвантажувальний підпружинений, вхід якого гідролінією сполучений з входом дроселя змінного і торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального, а вихід - з гідролінією зливу регулятора, клапан запобіжний, вхід якого сполучений з торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального з боку пружини і гідролінією через постійний дросель з гідролінією дренажу і виходом дроселя змінного при початковому положенні його золотника і блок керування електронний, вхід якого сполучений з виходом датчика положення, а вихід - зі входом електромагніту пропорціональної дії, згідно з винаходом, регулятор витрати забезпечений двома гідролініями живлення, які з'єднані між собою через зворотний клапан, який сполучує першу гідролінію живлення, що з'єднана з виходом зворотного клапана, з другою гідролінією живлення, що з'єднана з входом гідроклапана розвантажувального, при наявності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням, що формується блоком електронним по сигналу датчика положення, причому друга гідролінія живлення додатково сполучена через двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням з гідролінією злива при відсутності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача. Крім того, в першій гідролінії живлення, що з'єднана з виходом зворотного клапана, встановлений датчик тиску, вихід якого лінією керування сполучений з входом блоку керування електронного. Від прототипу винахід, що заявляється, відрізняється тим, що регулятор витрати забезпечений двома гідролініями живлення, які з'єднані між собою через зворотний клапан, який сполучує першу гідролінію живлення, що з'єднана з виходом зворотного клапана, з другою гідролінією живлення, що з'єднана сполученою зі входом гідроклапана розвантажувального, при наявності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням, що формується блоком електронним по сигналу датчики положення, причому друга гідролінія живлення додатково сполучена через двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням з гідролінією зливу при відсутності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача. Крім того, в першій гідролінії живлення, що з'єднана з виходом зворотного клапана, встановлений датчик тиску, вихід якого лінією керування сполучений з входом блоку керування електронного. У результаті використання винаходу, що заявляється, забезпечується отримання технічного результату, що полягає в забезпеченні автоматичної підтримки постійного перепаду тиску на дроселі змінному гідрокерованим незалежно від величини зміни навантаження на виконавчому механізмі, що стабілізує величину витрати на виході регулятора і приводить до зменшення енергетичних втрат гідроприводу, в якому використаний даний регулятор витрати. Між суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Наявність двох гідроліній живлення, які з'єднані між собою через зворотний клапан, який сполучує першу гідролінію живлення, що з'єднана з виходом зворотного клапана, з другою гідролінією живлення, що з'єднана з входом гідроклапана розвантажувального, при наявності вхідного електричного сигналу на вході гідророзподілювача, що формується блоком керування електронним по сигналу датчика положення, причому друга гідролінія живлення додатково сполучена через двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням з гідролінією зливу при відсутності вхідного електричного сигналу на вході гідророзподілювача дозволяє в гідроприводі використати здвоєний нерегульований насос, один з яких завжди розвантажений через гідророзподілювач з електрокеруванням, а другий працює на гідросистему через регулятор витрати. При цьому енергетичні втрати мінімальні, а отже, мінімальне споживання енергоносіїв, як то: електроенергії, рідкого палива, газу і т.д. При зміні витрати на виході регулятора його величину завжди контролює датчик положення і при досягненні величини витрати близькою до номінальної продуктивності другого насоса по сигналу датчика положення через блок керування відбувається підключення (відключення) першого насоса. Таким чином, забезпечується автоматична підтримка заданої витрати незалежно від величини зміни навантаження на виконавчому механізмі при герметичному виконавчому механізмі, що приводить до зменшення енергетичних втрат, а, отже, зменшує споживання енергоносіїв, як то: електроенергії, рідкого палива, газу і т.д. У тому випадку, коли виконавчий механізм не герметичний (наприклад, гідромотор), а навантаження на його виході змінюється в широкому діапазоні, для стабілізації швидкості обертання вала гідромотора в гідролінії живлення, повідомленій з виходом зворотного клапана, встановлений датчик тиску, вихідний сигнал якого алгебраїчно підсумовується на блоці керування електронному з опорним сигналом і сигналом датчика положення. У цьому випадку величина мінімальної витрати збільшується на величину переток робочої рідини на виконавчому механізмі, величина яких пропорціональна величині навантаження по тиску. Енергетичні втрати в даному випадку в основному визначаються величиною надмірної витрати в гідролінії живлення і величиною тиску робочої рідини. На кресленні (фіг.) приведена принципова гідравлічна схема регулятора витрати, що пропонується. Регулятор витрати містить електрогідравлічний перетворювач 1, до складу якого входять електромагніт пропорціональної дії 2 і перетворювач гідромеханічний 3, дросель змінний гідрокерований 4, золотник якого підпружинений і кінематично пов'язаний з датчиком положення 5, клапан запобіжний 6; гідроклапан розвантажувальний золотниковий підпружинений 7, клапан редукційний 8, двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням (дискретної дії) 9, керований електромагнітом 10 і дроселі постійні 11, 12, 13 і 14, зворотний клапан 15, блок керування електронний 16, гідролінії живлення: перша 17 і друга 18, гідролінію зливу 19, гідролінію виходу регулятора 20, гідролінію дренажу 21, гідролінію керування 22, канал керування 23 і датчик тиску 24. У тому випадку, коли виконавчий механізм не герметичний (наприклад, гідромотор), а навантаження на його виході змінюється в широкому діапазоні, для стабілізації швидкості обертання вала гідромотора в першій гідролінії живлення 17, з'єднаний з виходом зворотного клапана 15, встановлений датчик тиску 24, вихід якого лінією керування сполучений зі входом блоку керування електронного 16. Вихід клапана редукційного гідролінією через постійний дросель 13 з'єднаний зі входом перетворювача електрогідравлічного 1, вихід якого гідролінією через постійний дросель 14 з'єднаний з торцевою порожниною дроселя змінного 4; вхід гідроклапана розвантажувального золотникового підпружиненого 7 гідролінією з'єднаний зі входом дроселя змінного 4 і торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального золотникового 7, а вихід - з гідролінією зливу 19 регулятора; вхід клапана запобіжного 6 з'єднаний з торцевою порожниною гідроклапана розвантажувального 7 з боку пружини і гідролінією через постійний дросель 11 з гідролінією дренажу 21 і виходом дроселя змінного 4 при початковому положенні його золотника, а вхід блоку керування електронного з'єднаний з виходом датчика положення 5, а вихід - зі входом електромагніту пропорціональної дії 2. Регулятор забезпечений двома гідролініями живлення, які з'єднані між собою через зворотний клапан 15, який з'єднує першу гідролінію живлення 17, що з'єднана з виходом зворотного клапана 15, з другою гідролінією живлення 18, що з'єднана з входом гідроклапана розвантажувального золотникового 7, при наявності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням 9, що формується блоком керування електронним 16 по сигналу датчика положення 5, причому друга гідролінія живлення 18 додатково сполучена через двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням 9 з гідролінією зливу 19 при відсутності вхідного електричного сигналу на вході двопозиційного гідророзподілювача 9. Електрогідравлічний перетворювач 1 призначений для керування величиною тиску пропорціонально величині вхідного аналогового струменевого сигналу. Дросель змінний гідрокерований 4 призначений для керування величиною витрати пропорціонально величині вхідного електричного сигналу, що формується блоком керування електронним 16. Клапан запобіжний 6 призначений для запобігання гідросистеми від перевантажень по тиску в гідролініях живлення 17 і 18, які з'єднані з виходами двох насосів нерегульованих (на кресленні не показані), а між собою - через зворотний клапан 15. Електрогідравлічний перетворювач 1 призначений для повного розвантаження гідросистеми при знеструмленій котушці електромагніту пропорціональної дії 2. Двопозиційний гідророзподілювач з електрокеруванням 9 призначений для часткового розвантаження гідросистеми при знеструмленому електромагніті 10 і наявності вхідного сигналу на блок керування електронний 16. Клапан розвантажувальний золотниковий підпружинений 7 призначений для автоматичного скидання надмірної витрати робочої рідини в гідролінію зливу 19 в процесі регулювання величини витрати на виході регулятора (в гідролінії виходу регулятора 20) при поточних значеннях навантаження на виконавчому механізм), підключеному до виходу регулятора. Клапан редукційний 8 призначений для обмеження величини тиску, що підводиться на вхід перетворювача гідромеханічного 3. Дросель постійний 11 призначений для зменшення величин витрат, що підводяться на вхід клапана запобіжного 6 і торцевим порожнинам керування клапана розвантажувального золотникового 7. Клапан зворотний 15 призначений для підсумовування витрат гідроліній живлення 17 і 18, блок керування електронний 16 призначений для алгебраїчного підсумовування вхідного електричного сигналу і вихідних сигналів датчика положення 5 і датчика тиску 24, посилення сигналів розузгодження і формування сигналів керування електромагніту пропорціональної дії 2 і електромагніту 10. Регулятор витрати, що пропонується, працює таким чином. У початковому положенні елементів регулятора витрати при вимкненому блокі керування електронному 16 (знеструмлена обмотка якора електромагніту пропорціональної дії 2) величина тиску на виході електрогідравлічного перетворювача 1 близька до нульового значення, тому дросель змінний гідрокерований 4 під дією зусилля пружини закритий. При цьому вихідний канал дроселя змінного гідрокерованого 4 з'єднаний з гідролінією дренажу 21 і через дросель постійний 11 зі входом клапана запобіжного 6 і торцевою порожниною керування зі сторони пружини гідроклапана розвантажувального золотникового 7, а вхідний канал дроселя змінного гідрокерованого 4 роз'єднаний з його вихідним каналом. Робоча рідина від насоса по другій гідролінії живлення 18 підводиться на вхід двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням 9 і при знеструмленій обмотці електромагніту 10 через двопозиційний гідророзподілювач 9 поступає в гідролінію зливу 19 регулятора витрати. Даний насос розвантажується при мінімальному значенні тиску в гідролінії живлення 18. Робоча рідина від іншого насоса по гідролінії живлення 17 підводиться до вхідного каналу дроселя змінного гідрокерованого 4, через дросель постійний 12 в протилежну торцеву порожнину керування гідроклапана розвантажувального золотникового 7 і на вхід клапана редукційного 8, вихід якого гідролінією з'єднаний зі входом перетворювача гідромеханічного 3 електрогідравлічного перетворювача 1 через дросель постійний 13. Тиск в гідролінії живлення 17 підвищується, золотник гідроклапана розвантажувального 7 зміщається, стискаючи пружину, і вхідний канал з'єднується з вихідним каналом, сполученим з гідролінією зливу 19. Другий насос також розвантажується при мінімальному значенні тиску в гідролінії живлення 17. Енергетичні втрати гідроприводу в даному режимі роботи регулятора мінімальні. При ввімкненому блоці керування електронному 16 і нульовому значенні вхідного електричного сигналу на його вході на елемент порівняння блоку керування електронного 16 подається опорний електричний сигнал по напруженню постійного струму, який посилюється і перетвориться в струменевий сигнал, що поступає на обмотку електромагніту пропорціональної дії 2. Його якір зміщається, зміщаючи золотник перетворювача гідромеханічного 3, що приводить до підвищення тиску на виході електрогідравлічного перетворювача і пропорціонально величині струменевого сигналу на обмотці електромагніту пропорціональної дії 2. Під дією тиску золотник дроселя змінного гідрокерованого 4 зміщається доти, поки вихідний сигнал датчика положення 5 не скомпенсує величину опорного сигналу блоку керування електронного 16. На виході дроселя змінного гідрокерованого 4 встановлюється мінімальне значення величини витрати. При цьому гідролінія керування 22 з'єднується з виходом дроселя і підпружиненої торцевої порожниною гідроклапана розвантажувального золотникового 7 і входом клапана запобіжного 6 через дросель постійний 11, утворюючи зворотний зв'язок по навантаженню. Насос, що подає робочу рідину до гідролінії живлення 18, розвантажений по тиску. Робоча рідина від другого насоса по гідролінії живлення 17 поступає через дросель змінний гідрокерований 4 до виконавчого механізму, забезпечуючи мінімальну швидкість переміщення (обертання). Надлишок витрати від насоса через гідроклапан розвантажувальний золотниковий 7 зливається в гідробак. Наявність зворотного зв'язку по навантаженню забезпечує автоматичну підтримку постійного перепаду тиску на дроселі змінному гідрокерованому 4 незалежно від величини зміни навантаження на виконавчому механізмі, що стабілізує величину витрати в гідролінії 20 виходу регулятора. При підвищенні тиску в каналі керування 22 вище за тиск настройки клапана запобіжного 6, останній спрацьовує і в гідролінії живлення 17 встановлюється номінальне значення тиску. У тому випадку, коли виконавчий механізм не герметичний (наприклад, гідромотор), а навантаження на його виході змінюється в широкому діапазоні, для стабілізації швидкості обертання вала гідромотора в гідролінії живлення 17 встановлений датчик тиску 24, вихідний сигнал якого алгебраїчно підсумовується на блоці керування електронному 16 з опорним сигналом і сигналом датчика положення 5. У цьому випадку величина мінімальної витрати збільшується на величину переток робочої рідини на виконавчому механізмі, величина яких пропорціональна величині навантаження по тиску. Енергетичні втрати в даному випадку в основному визначаються величиною надмірної витрати в гідролінії живлення 17 і величиною тиску робочої рідини. При зміні вхідного електричного сигналу від нульового до номінального значень золотник дроселя змінного гідрокерованого 4 додатково зміщається пропорціонально величині вхідного електричного сигналу. Площа проходного перетину дроселя змінного гідрокерованого 4 збільшується пропорціонально величині зміщення золотника. Величина витрати на виході дроселя змінного гідрокерованого 4 збільшується до значення близького до номінальної подачі насоса, повідомленого з гідролінією живлення 17 і по сигналу датчика положення 5 з блоку керування електронного 16 по каналу керування 23 на обмотку електромагніту 10 подається дискретний вхідний сигнал. Спрацьовує електромагніт 10 двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням 9, відсікаючи гідролінію зливу 19. Потік робочої рідини гідролінії живлення 18 через зворотний клапан підсумовується з потоком в гідролінії живлення 17. Величина витрати на виході дроселя змінного гідрокерованого 4 збільшується до максимальної величини, близької по своєму значенню до сумарного потоку двох насосів. При зміні вхідного електричного сигналу від номінального до нульового значень струменевий сигнал на вході електрогідравлічного перетворювача 1 зменшується і золотник перетворювача гідромеханічного 3 під дією тиску зміщається в протилежному напрямі, з'єднуючи камеру керування дроселя змінного гідрокерованого 4 з гідролінією дренажу 21. Золотник дроселя змінного гідрокерованого 4 під дією зусилля пружини переміщається, зменшуючи витрату робочої рідини на виході регулятора доти, поки сигнал датчика положення 5 не скомпенсує величину опорного сигналу. На виході блоку керування встановлюється мінімальне значення витрати. При зменшенні витрати до величини близькій по своєму значенню номінальній подачі насоса гідролінії живлення 17 по сигналу датчика положення 5 відбувається зняття вхідного сигналу з електромагніту 10 двопозиційного гідророзподілювача з електрокеруванням 9. Насос гідролінії живлення 18 розвантажується по тиску і клапан зворотний 15 роз'єднує гідролінії живлення 17 і 18. Таким чином, забезпечується автоматична підтримка постійного перепаду тиску на дроселі змінному гідрокерованим незалежно від величини зміни навантаження на виконавчому механізмі, що стабілізує величину витрати на виході регулятора і зменшує енергетичні втрати (в зоні малих витрат) і за рахунок цього зменшується споживання енергоносіїв: електроенергії, рідкого палива, газу і т.д.