Виконавчий циліндр гідроприводу і гідроавтоматики

Виконавчий циліндр гідроприводу і гідроавтоматики, що містить основний циліндр з поршнем і вихідним штоком, утворюючими штокову і безштокову порожнини, гідролінії сполучені зі штоковою і безштоковою порожнинами і фланець, жорстко з'єднаний з основним циліндром, який відрізняється тим, що він оснащений додатковим циліндром, жорстко зв'язаним з фланцем, з виконаним в 3 Для цього відомий ГЦ, що містить основний циліндр з поршнем і вихідним штоком, утворюючими штокову і безштокову порожнини, гідролінії сполучені зі штоковою і безштоковою порожнинами і фланець, жорстко з'єднаний з основним циліндром, оснащується додатковим циліндром, жорстко зв'язаним з фланцем, з виконаними в ньому перепускними для повітря отворами, в якому установлені підпружинені і жорстко з'єднані між собою суцільний і порожнистий, рухомо установлений на основному циліндрі, поршні, утворюючі з додатковим циліндром першу і другу порожнини, розділені між собою суцільним поршнем, і додатково, на вхідній гідролінії установлений регулювальний дросель з можливістю сполучати вхідну гідролінію, для одержання "м'якої" характеристики, з першою порожниною гідролінією безпосередньо, а з другою порожниною гідролінією через дросель, а для одержання "жорсткої"" характеристики - другу порожнину гідролінією безпосередньо, а першу порожнину гідролінією через дросель. При такому технічному рішенні і формуванні "м'якої" характеристики, з вхідною гідролінією друга порожнина сполучається через дросель, а перша -безпосередньо, тому у другій тиск зростатиме повільніше ніж у першій. Від цього суцільний і жорстко зв'язаний з ним порожнистий поршень, будуть переміщатися в сторону переміщення поршня основного циліндра, додатково збільшуючи об'єм другої порожнини з одночасним пропорційним зменшенням початкового тиску, діючи на поршень основного циліндра, а отже, пропорційно зменшуючи цим початкову швидкість переміщення його і вихідного штока. І далі, по мірі вирівнювання тисків через дросель в обох порожнинах, під дією стисненої пружини, порожнистий і суцільний поршні повернуться в початкове положення, при цьому зменшуючи об'єм другої порожнини, а отже, пропорційно збільшуючи тиск робочої рідини на поршень основного циліндра і швидкість переміщення вихідного штока. Таким чином, при формуванні "м'якої" характеристики вихідне переміщення штока основного циліндра складається із двох переміщень, першого, пропорційного змінюванню вхідного тиску робочої рідини і другого переміщення, яке віднімається від першого, пропорційного швидкості (першій похідній) від змінювання тиску. Аналогічним чином формується "жорстка" характеристика, шляхом забезпечення двох переміщень вихідному штоку, - першого, пропорційного змінювання вхідного тиску і другого переміщення, яке вже додається до першого, пропорційного швидкості (першій похідній) від змінювання тиску. Причому в обох випадках на початку перехідного процесу, коли перепад тисків на дроселі максимальний, складові пропорційні швидкості змінювання тиску теж максимальні, і у міру перетікання рідини і вирівнювання тисків в обох порожнинах вони зменшуються до нуля, а в кінці перехідного процесу зовсім зникають. Це дає можливість, коли на початку перехідного процесу опір переміщенню вихідного штока із-за інерції великий, швидкість його руху зменшувати, а далі у міру здолання сил інерції - збільшувати, формуючи цим "м'яку" характеристику робо 66160 4 чого обладнання протягом всього перехідного процесу. А коли на початку перехідного процесу опір переміщенню вихідного штока із-за інерції малий, швидкість його руху збільшувати, формуючи цим "жорстку" характеристику робочого обладнання. На представленому кресленні схематично показано: на фіг.1 - загальний вид запропонованого виконавчого циліндра з регульованим дроселем настроєним на "м'яку" характеристику; на фіг.2 регульований дросель настроєний на "жорстку" характеристику. Запропонований циліндр містить основний циліндр 1, з розміщеними в ньому поршнем 2 з вихідним штоком 3. Циліндр 1 установлений в додатковому циліндрі 4 на його фланці 5, з отворами 6 для проходження повітря. Усередині циліндра 4 розміщений суцільний 7 і жорстко зв'язаний з ним тягами 8, порожнистий поршень 9, з можливістю переміщатися по зовнішньому діаметру циліндра 1. На поршень 7 діє з одної сторони пружина 10, а на поршень 9 - пружина 11, причому їх жорсткість вибирається за умови, щоб при рівних тисках робочої рідини з обох сторін поршня 7, рівнодійна сила від дії тиску і жорсткості пружин на нього врівноважувалась і він знаходився в усталеному стані завжди в певному одному і тому ж положенні. Циліндр 4 разом з поршнем 7 утворюють першу порожнину "а". Основний циліндр 1, додатковий 4, поршні 7, 9, 2 утворюють другу порожнину "в", а циліндр 1 і поршень 2 - його штокову порожнину "с". Вхідна гідролінія 12 сполучена з входом регульованого дроселя 13, установленого на корпусі 14. Дросель 13 має осьовий отвір 15, сполучений отвором 16 з входом і два діаметрально розміщені радіальні отвори 17, 18, якими він сполучається з першою порожниною "а" і другою - "в" відповідно гідролініями 19, 20. Отвір 18 калібрований і відносно отвору 17 має значно меншу (дроселює рідину) пропускну здатність. Зливається робоча рідині із порожнини "с" гідролінією 21. Герметичність в з'єднаннях поршень 9 - циліндри 1, 4, забезпечується ущільненнями 22, 23, а в з'єднаннях циліндр 1 - шток 3 і циліндр 1 - поршень 2 - ущільненнями 24, 25. Розглянемо роботу описаного виконавчого циліндра при формуванні "м'якої" і "жорсткої" характеристики перехідного процесу. У першому випадку при різкому (стрибкоподібному) збільшенні тиску у вхідній (напірній) гідроліті" 12 і прямому ходові штока 3, тиск підпору рідини на поршень 2 зі сторони порожнини "с", через її зливання, різко падає, а тиск в порожнині "а", в порівнянні з порожниною "в", завдяки дроселю 13, різко зростатиме. Від різкого початкового перепаду тисків, долаючи зусилля пружини 11, поршні 7, 9 різко перемістяться вправо. Але переміщення поршня 9 вправо спричинить певний різкий приріст об'єму порожнини "в" і тим самим пропорційне йому, певне зменшення тиску в ній робочої рідини. Від цього результативний тиск рідини в порожнині "в" стане меншим, порівняно з тим, яким він би був при відсутньому поршні 9, на величину пропорційну перепаду тисків в порожнинах "а" і "в", тобто пропорційно опору перетікання рідини через калі 5 брований отвір 18 дроселя 13, що усуне можливий ударний характер початкового підвищення тиску в циліндрі. В результаті на поршень 2 разом зі штоком 3 на початку перехідного процесу буде діяти дещо зменшений за величиною ударний приріст тиску, сповільнюючи їх робочий хід, що суттєво зменшить сили інерції зв'язаних зі штоком деталей робочого обладнання машини, а отже, ударне на нього навантаження. І чим різкіше буде зростати тиск в подаючій гідролінії 12, тим на більшу величину буде зменшуватись вихід штока, оскільки опір проходження рідини через дросель 13 буде пропорційно збільшуватись. Далі, у міру вирівнювання тисків рідини через дросель 13 в порожнинах "а" і "в", від дії стисненої пружини 11, поршні 7,9 займуть своє відповідне положення, зменшуючи об'єм порожнини "в", а отже, пропорційно збільшуючи тиск рідини на поршень 2 і швидкість переміщення його вихідного штока 3. Таким чином, в даному випадку віднімається два переміщення, тобто вихідне переміщення штока З складається із різниці двох переміщень: першого, пропорційного змінюванню вхідного тиску робочої рідини і другого, - пропорційного швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску робочої рідини. При цьому на початку перехідного процесу, коли перепад тиску на дроселі 13 максимальний, складова пропорційна швидкості змінювання тиску також максимальна, але у міру перетікання рідини через дросель і вирівнювання тисків в порожнинах "а" і "в", в кінці перехідного процесу, зменшується (зникає) до нуля. Це дає можливість на початку перехідного процесу, коли опір переміщенню вихідного штока 3, спричинений інерцією великий, швидкість його руху зменшувати, а далі, у міру долання сили інерції, збільшувати, забезпечуючи робочому обладнанню "м'яку" характеристику на протязі всього перехідного процесу. При різкому (стрибкоподібному) збільшенні тиску рідини в гідролінії 21, що відповідає зворотному ходові штока 3, гідролінія 12 працює на злив. В цьому випадку тиск підпору рідини на поршень 2 зі сторони порожнини "в", завдяки дроселю 13 різко падати не буде, але в порожнині "а" буде різко зменшуватися, тому від різкого початкового перепаду тиску і дії пружини 11 поршні 7, 9 різко перемістяться уліво. Переміщення поршня 9 уліво спричинить певне різке зменшення об'єму порожнини "в" і тим самим, пропорційне йому певне збільшення тиску в ній робочої рідини. Від цього результативний тиск рідини в порожнині "в" стане більшим, в порівнянні з тим, яким він міг би бути при відсутньому поршні 9, на величину пропорційну перепаду тисків в порожнинах "а" і "в", тобто пропорційно опору перетіканню рідини через дросель 13, що також усуне можливий ударний характер початкового підвищення тиску в силовомуциліндрі. В результаті на поршень 2 разом зі штоком 3 на початку перехідного процесу також буде діяти, зменшений за величиною ударний приріст тиску, сповільнюючи їх робочий хід, що суттєво зменшить сили інерції, зв'язаних зі штоком деталей робочого обладнання, а отже, ударне на нього навантаження. При цьому як при прямому ході, чим різкіше буде зростати тиск в подаючій гідролі 66160 6 нії 21, тим на більшу величину буде зменшуватися вихід штока, оскільки опір проходження рідини через дросель 13, в порожнинах "а" і "в" від дії стисненої пружини 10, поршні 7, 9 займуть своє положення усталеного стану, збільшуючи об'єм порожнини "в", а отже, пропорційно зменшуючи тиск рідини на поршень 2 і, збільшуючи швидкість переміщення його вихідного штока 3. Таким чином при зворотному ходові штока 3, як і прямому, його вихідне переміщення складається із різниці двох переміщень: - першого, пропорційного змінюванню вхідного тиску робочої рідини і другого, - пропорційного швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску робочої рідини. Причому на початку перехідного процесу, коли перепад тиску на дроселі максимальний, складова пропорційна швидкості змінювання тиску також максимальна, але з перетіканням рідини через дросель і вирівнювання тисків в порожнинах "а" і "в" в кінці перехідного процесу вона зменшується (зникає) до нуля. Це, в даному випадку, дає можливість на початку перехідного процесу, коли опір переміщенню вихідному штокові, спричинений інерцією великий, швидкість його руху зменшувати, а далі у міру долання сили інерції, збільшувати, забезпечуючи робочому обладнанню "м'яку" характеристику протягом усього перехідного процесу. У другому випадку формування "жорсткої"" характеристики і при різкому (стрибкоподібному) збільшені у вхідній (напірній) гідролінії 12 і прямому ходові штока 3, тиск підпору рідини на поршень 2 зі сторони порожнини "с", через її зливання, різко падає, а тиск в порожнині "в", в порівнянні з порожниною "а", завдяки дроселю 13 різко зростатиме. Від різкого початкового перепаду тисків, долаючи зусилля пружиною 10, поршні 7, 9 різко перемістяться вліво. Але переміщення поршня 9 вліво спричинить певне різке зменшення об'єму порожнини "в" і тим самим пропорційне йому, певне збільшення тиску в ній робочої рідини. Від цього результативний тиск рідини в порожнині "в" стане більшим, порівняно з тим, яким він би був при відсутньому поршні 9, на величину пропорційну перепаду тисків в порожнинах "а" і "в", тобто пропорційно опору перетікання рідини через дросель 13, що сприятиме "жорсткому" характеру початкового підвищення тиску в циліндрі. В результаті на поршень 2 разом зі штоком 3 на початку перехідного процесу буде діяти дещо збільшений за величиною ударний приріст тиску, прискорюючи їх робочий хід, що суттєво збільшить сили інерції, зв'язаних зі штоком деталей робочого обладнання машини, а отже, ударне на нього навантаження. І чим різкіше буде зростати тиск в подаючій гідролінії 12, тим на більшу величину буде збільшуватися вихід штока, оскільки опір проходження рідини через дросель 13 буде пропорційно збільшуватися. Далі, у міру вирівнювання тисків рідини через дросель 13 в порожнинах "а" і "в", від дії стисненої пружини 10, поршні 7, 9 займуть своє відповідне положення, зменшуючи об'єм порожнини "а", а отже, пропорційно зменшуючи тиск рідини на поршень 2 і швидкість переміщення його вихідного штока 3. 7 Таким чином, в даному випадку додаються два переміщення, тобто вихідне переміщення штока 3 складається і суми двох переміщень: першого, пропорційного змінюванню вхідного тиску робочої рідини і другого, - пропорційного швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску робочої рідини. При цьому на початку перехідного процесу, коли перепад тиску на дроселі 13 максимальний складова пропорційна швидкості змінювання тиску також максимальна, але у міру перетікання рідини через дросель і вирівнювання тисків в порожнинах "а" і "в" в кінці перехідного процесу зменшується (зникає) до нуля. Це дає можливість на початку перехідного процесу, коли опір переміщенню вихідного штока З, спричинений інерцією малий, швидкість його руху збільшувати, а далі, у міру закінчення перехідного процесу, зменшувати, забезпечуючи формування робочому обладнанню "жорстку" характеристику протягом всього перехідного процесу. При різкому (стрибкоподібному) збільшенні тиску рідини в гідролінії 21, що відповідає зворотному ходові штока З, гідролінія 12 працює на злив. В цьому випадку тиск підпору рідини на поршень 2 зі сторони порожнини "а", завдяки дроселю 13 різко падати не буде, але в порожнині "в" буде різко зменшуватися, тому від різкого початкового перепаду тиску і дії пружини 10 поршні 7, 9 різко перемістяться вправо. Переміщення поршня 9 вправо спричинить певне різке збільшення об'єму порожнини "в" і тим самим, пропорційне йому певне збільшення тиску в ній робочої рідини. Від цього результативний тиск рідини в порожнині "в" стане більшим, в порівнянні з тим, яким він міг би бути при відсутньому поршні 9, на величину пропорційну перепаду тисків в порожнинах "а" і "в", тобто пропорційно опору перетіканню рідини через дросель 13, що також сприятиме "жорсткому" характеру початкового підвищення тиску в силовому циліндрі. В результаті на поршень 2 разом зі штоком 3 на початку перехідного процесу також буде діяти, збільшений за величиною ударний приріст тиску, прискорюючи їх робочий хід, що суттєво збільшить сили інерції, зв'язаних зі штоком деталей робочого обладнання, а отже, ударне на нього навантаження. При цьому як при прямому ході, чим різкіше буде зростати тиск в падаючій гідролінії 21, тим на більшу величину буде збільшуватися вихід штока, оскільки опір проходження рідини 66160 8 через дросель 13, в порожнинах "а" і "в" від дії стисненої пружини 11, поршні 7, 9 займуть своє положення усталеного стану, збільшуючи об'єм порожнини "а", а отже, пропорційно зменшуючи тиск рідини на поршень 2 і швидкість переміщення його вихідного штока 3. Таким чином при зворотному ходові штока 5, як і прямому, його вихідне переміщення складається із суми двох переміщень: - першого, пропорційного змінюванню вхідного тиску робочої рідини і другого, - пропорційного швидкості (першій похідній) змінювання вхідного тиску робочої рідини. Причому на початку перехідного процесу, коли перепад тиску на дроселі максимальний, складова пропорційна швидкості змінювання тиску також максимальна, але з перетіканням рідини через дросель і вирівнювання тисків в порожнинах "а" і "в" в кінці перехідного процесу вона зменшується (зникає) до нуля. Це, в даному випадку, дає можливість на початку перехідного процесу, коли опір переміщенню вихідному штокові, спричинений інерцією малий, швидкість його руху збільшувати, а далі, у міру закінчення перехідного процесу, зменшувати, забезпечуючи формування робочому обладнанню "жорстку" характеристику протягом всього перехідного процесу. Таке технічне рішення розширює функціональні можливості виконавчого циліндра і залежно від настройки дроселя придатне для застосування в гідроавтоматиці і гідроприводі робочого обладнання з будь-якою інерційністю. Використання запропонованого виконавчого циліндра, в порівнянні з уже відомим, дасть можливість: розширити функціональні можливості шляхом формування "м'якої" і "жорсткої" характеристик виконавчого циліндра; підвищити надійність і довговічність гідроприводу робочого обладнання машин і агрегатів за рахунок роботи їх на "м'якій" характеристиці; підвищити продуктивність машин і агрегатів з малоінерційним робочим обладнанням за рахунок роботи їх на "жорсткій" характеристиці, а також зменшення простоїв завдяки підвищенню надійності і довговічності гідроприводу і робочого обладнання; розширити область застосування завдяки універсальності виконавчого циліндра. 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 66160 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601