Гідросистема

Реферат: UA 79364 U UA 79364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування і може бути використана в мобільних робочих машинах (крано-маніпуляторних установках, екскаваторах, навантажувачах). Відома система гідроприводу для будівельної машини по патенту США № 51505074 від 29.09.1992 р. Система гідроприводу включає регульований насос з регулятором, клапан компенсації тиску, зворотній клапан, розподільник та гідроциліндр. Система гідроприводу дозволяє забезпечити стабільну величину швидкості руху поршня гідроциліндра в залежності від настройки робочого вікна розподільника. Система забезпечує стабільну величину швидкості руху при напрямку зусилля на штоку гідроциліндра, що має протилежний напрям із напрямом швидкості руху поршня (зустрічне навантаження). Недоліком такої системи гідроприводу є те, що при співпаданні напряму зусилля з напрямом швидкості гідроциліндра (попутне навантаження) стабілізація швидкості руху поршня не забезпечується, що ускладнює процес керування будівельною машиною в процесі роботи. Найбільш близьким до пристрою, що заявляється є секційний розподільник гідросистеми [патент України № 45334 E02F9/22, опублік. 15.04.2004 Бюл. № 4], який містить регульований насос з регулятором, секційний розподільник, лінії нагнітання, керування та зливу, гідробак, два гідроциліндри, підключені силовими лініями до розподільника. Кожна секція розподільника має корпус, в якому розташований розподільний золотник, виконані нагнітальна, дві силові та дві зливні розточки. Між нагнітальною та силовими розточками утворено дві перемички, на які виходять два основних радіальних канали. В кожній секції розташований логічний клапан, підключений до лінії керування та до основних радіальних каналів, а також регулятори потоку та регульований дросель. Недоліком прототипу є те, що стабілізація швидкості руху гідроциліндрів забезпечується тільки у випадку, коли напрям навантаження на штоку гідроциліндра протилежний напрямку руху поршня гідроциліндра (зустрічне навантаження). Якщо напрям руху поршня співпадає з напрямом навантаження на штоку гідроциліндра (попутне навантаження), то стабільність швидкості руху поршня гідроциліндра порушується. У цьому випадку величина швидкості руху поршня буде залежати від величини та часу дії зусилля на шток гідроциліндра. Це ускладнює керування виконавчими механізмами робочої мобільної машини, збільшує кількість рухів при виконанні робочих операцій, зменшує продуктивність роботи. В основу корисної моделі поставлена задача створення гідросистеми, в який за рахунок введення нових елементів та зв'язків досягається забезпечення стабілізації швидкості руху гідроциліндрів як при зустрічному, так і при попутному навантаженнях, що приводить до кращої керованості виконавчими механізмами робочої мобільної машини, зменшує кількість рухів, необхідних для виконання робочих операцій, підвищуючи таким чином продуктивність роботи. Поставлена задача вирішується тим, що гідросистема містить регульований насос з регулятором, лінії нагнітання, керування та зливу, гідробак два гідроциліндри, підключені силовими лініями до розподільника, кожна секція якого має корпус, в якому виконані нагнітальна, дві силові, дві зливні розточки та дві перемички між нагнітальною та відповідними силовими розточками, на які виходять два основних радіальних канали, а також логічний клапан, підключений до лінії керування та до основних радіальних каналів сусідніх секцій, в кожну секцію розподільника введено клапан тиску, який має вхід, вихід, торцеву та пружинну камери, вхід клапана тиску підключено до зливних розточок, а пружинна камера та вихід до лінії зливу, в корпусі кожної секції розподільника виконано два додаткових радіальних канали, співвісних основним радіальним каналам, кожен з яких виходить на відповідну перемичку між нагнітальною та силовою розточками, додаткові радіальні канали з'єднані також лінією між собою та торцевою камерою клапана тиску, а лінія керування з'єднана з лінією зливу через дросель малої провідності. На фіг. 1 зображено схему гідросистеми з двома секціями розподільника, на фіг. 2 гідросистема з конструктивним зображенням розподільного золотника та клапана тиску в положенні "підйом", та на фіг. 3 гідросистема з конструктивним зображенням розподільного золотника в положенні "опускання". Гідросистема включає регульований насос 1 (фіг. 1) з регулятором 2, який має пружину 3, гідробак 29, дві секції 4, 5 розподільника та гідроциліндри 7, 8. Розподільник має лінію нагнітання 9, лінію зливу 10 та лінію керування 11. Лінія керування 11 з'єднана з лінією зливу 10 через дросель малої провідності 6. До лінії нагнітання 9 в кожній секції 4, 5 підключені розподільні золотники 12 та 13. Силові лінії 16, 17, 18, 19 з'єднують розподільні золотники 12 та 13 з гідроциліндрами 8 та 7. Лінії зливу 24 та 25 пов'язують розподільні золотники 12 та 13 із входами клапанів тиску 14 та 15. Виходи та пружинні камери клапанів тиску 14 та 15 зв'язані лініями керування 26 та 27 із лінією зливу 10, а торцеві камери клапанів тиску 14 та 15 зв'язані з розподільними золотниками 12 та 13 лініями керування 21 та 20. Вихід логічного клапана 28 1 UA 79364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 зв'язаний із лінією керування 11, а його входи пов'язані лініями керування 22 та 23 з розподільними золотниками 12 та 13. В корпусі 35 секції розподільника (фіг. 2) виконана нагнітальна розточка 30, силові розточки 31 та 32, а також зливні розточки 33 та 34. Розподільний золотник 13 служить для перекривання перемичок 40 та 41, на які виходять основні радіальні канали 36, 37 та додаткові радіальні канали 38, 39. Працює гідросистема таким чином. Розподільні золотники 12 та 13 гідросистеми можуть займати положення "нейтральне", "підйом", "опускання". При розташуванні розподільних золотників 12 та 13 в положенні "нейтральне" (фіг. 1) робоча рідина від регульованого насоса 1 через розподільні золотники 12 та 13 до гідроциліндрів 7 та 8 не надходить. Лінія керування 11 через дросель малої провідності 6 буде пов'язана із лінією зливу 10. Тиск рр в лінії керування 11 буде дорівнювати нулю (рр=0). Регулятор 2 буде знаходитись в цьому випадку під дією тису рn на виході регульованого насоса 1 та пружини 3, визначаючи таку витрату регульованого насоса 1, при якій тиск рn буде незначним (в залежності від стиснення пружини 3, яка зазвичай настроєна на тиск порядку 1,4…1,7 МПа). Витрата регульованого насоса 1 при цьому буде покривати перетікання робочої рідини в регульованому насосі 1 та в секціях розподільника 4, 5. Таким чином при нейтральних позиціях розподільних золотників 12 та 13 поршні гідроциліндрів 7 та 8 будуть нерухомі, що забезпечить холостий хід регульованого насоса 1 при незначний його витраті. При перемиканні розподільного золотника 13 в позицію "підйом" (фіг. 2), робоча рідина від регульованого насоса 1 по лінії нагнітання 9, через нагнітальну розточку 30, силову розточку 31 та силову лінію 18 буде надходити до поршневої камери гідроциліндра 7, приводячи його поршень до руху. Злив робочої рідини від гідроциліндра 7 буде забезпечуватись по силовій лінії 19, через силову розточку 32, зливну розточку 34, по лінії зливу 25 через клапан тиску 15 та лінію зливу 10 в гідробак 29. Поршень гідроциліндра 7 при цьому буде рухатись під дією зустрічного навантаження - Т1, направленого проти швидкості поршня V1. На вході в гідроциліндр 7 встановиться тиск рс1, величина якого буде пропорційна навантаженню - T1. На виході регульованого насоса 1 встановиться тиск рn, величина якого також буде залежати від величини навантаження - T1. Частина робочої рідини під тиском рс1 через додатковий радіальний канал надійде до клапана тиску 15 переміщуючи його золотник в крайню праву позицію та максимально відкриваючи його робоче вікно 43, забезпечуючи злив робочої рідини від гідроциліндра 7 в гідробак 29. Пружина 42 настроєна на незначну величину тиску (0,5…1,0) МПа. Одночасно через основний радіальний канал 36 робоча рідина під тиском рс1 надходить через лінію керування 23 та логічний клапан 28 в лінію керування 11, створюючи в ній тиск рр. Тиск рр приймаємо рівним тиску рс1, нехтуючи шляховими втратами в основному радіальному каналі 36, логічному клапані 28, лініях керування 23 та 11, на основі того, що витрата через дросель малої провідності 6 незначна. pc1=pp. (1). Регулятор 2 регульованого насоса 1, знаходячись під дією пружини 3 та тисків рр та рn, буде змінювати витрату регульованого насоса 1 таким чином, що тиск на виході регульованого насоса 1 рn буде перевищувати тиск рр на величину, що визначається настройкою пружини 3: pn  pp  c p  Hp , (2) Fp де: c p - жорсткість пружини 3; H p - попереднє стиснення пружини 3; 45 Fp - площа золотника регулятора 2. Величина витрати, що надходить від регульованого насоса 1 через секцію розподільника 5 до гідроциліндра 7 буде визначатись (з урахуванням рівнянь 1 та 2) за формулою: Q1    f др1  2  c p  Hp / Fp  2  p n  p c1  ; (3)    f др1    де: f др - площа робочого вікна, утвореного розподільним золотником 13 та корпусом 35; 50  - коефіцієнт витрати;  - густина робочої рідини. 2 UA 79364 U Змінюючи величину 5 10 15 20 25 f др можна регулювати величину витрати Q1, що подається регульованим насосом до гідроциліндра 7, визначаючи таким чином величину швидкості V1, з якою буде рухатись поршень гідроциліндра 7. Величина настроєної швидкості V1 при цьому не буде залежати від величини навантаження - T1, на гідроциліндрі 7. При збільшенні величини навантаження - T1 збільшуються величини тисків рс1 та рр. Перепад тиску рn-рс1 на робочому вікні розподільного золотника 13 і величина витрати Q1, що поступає до гідроциліндра 7 (формула 3) зменшуються, як і швидкість руху + V1 поршня гідроциліндра 7. Під дією зменшеного перепаду тиску рn-рр регулятор 2 переміщується справа наліво збільшуючи витрату регульованого насоса 1, піднімаючи тиск рn. Збільшення тиску рn приводить до відновлення значень перепадів тиску рn-рс1 та рn-рр, а значить і до відновлення настроєної швидкості руху + V1 поршня гідроциліндра 7. При зменшенні величини зустрічного навантаження - Т1, зменшуються величини тисків рс1 та рр. Перепад тиску рn- рc1 на робочому вікні розподільного золотника 13 і величина витрати Q1, що надходить до гідроциліндра 7 (формула 3) збільшуються, як і швидкість руху + V1 поршня гідроциліндра 7. Під дією збільшеного перепаду тиску рn-рр регулятор 2 переміщується зліва направо, зменшуючи витрату регульованого насоса 1, знижуючи тиск рn. Зменшення тиску рn приводить до відновлення значень перепадів тиску рn-рс1 та рn-рр, а значить і до відновлення настроєної швидкості руху + V1 поршня гідроциліндра 7. У разі виникнення на гідроциліндрі 7 попутного навантаження - Т1, що співпадає за напрямом із швидкістю - V1 (фіг. 2), гідросистема буде працювати таким чином. Оскільки напрям дії сили - Т1 співпадає з напрямом швидкості - V1 руху поршня гідроциліндра 7, то тиск рс1 в поршневій камері буде зменшуватись, а швидкість руху - V1 поршня буде збільшуватись. Робоча рідина під невеликим тиском рс1 надходить через додатковий радіальний канал 38 та по лінії керування 20 до клапана тиску 15. Під дією тиску рс1 та пружини 42 золотник 44 клапана тиску 15 переміщується справа наліво, зменшуючи площу fкm робочого вікна 43. При цьому буде збільшуватись величина тиску рд1 в поршневій камері гідроциліндра 7 і рух поршня буде уповільнюватись. В штоковій камері гідроциліндра 7 встановиться тиск p c1  c к  Нк , (4) Fк де: 30 35 40 c к - жорсткість пружини 42; Н к - попереднє стиснення пружини 42; Fк - площа торця золотника 44. c к  Нк Зазвичай, настройка клапана тиску , вибирається незначною і складає величину Fк порядка (0,5….1,0) МПа. Робоча рідина під тиском рс1 по основному радіальному каналу 36, по лінії керування 23 та через логічний клапан 28 буде надходити також до регулятора 2 створюючи в лінії керування 11 тиск рр, величина якого буде рівна величині тиску рс1: pc1=pp (5) Регулятор 2, що знаходиться під дією тиску рр, пружини 3 та тиску рn змінює продуктивність регульованого насоса 1 таким чином, величина тиску рn буде визначатись за формулою: pn  pp  c p  Hp . (6) Fp Витрата Q1 регульованого насоса 1 при цьому буде визначатись з урахуванням рівнянь 5 та 6 за формулою: Q1    f др1  45 50 2  c p  Hp / Fp  2  p n  p c1  . (7)    f др1    Таким чином при попутному навантаженні - Т1, коли його напрям співпадає з напрямом швидкості руху поршня гідроциліндра 7-V1 величина витрати Q1, що надходить в гідроциліндр 7 залежить від величини площі fдр робочого вікна розподільного золотника 13 і не залежить від величини навантаження - Т1 на штоку гідроциліндра 7. Змінюючи величину fдр можна регулювати величину швидкості - V1, з якою рухається поршень гідроциліндра 7. При збільшенні величини попутного навантаження - Т1 на штоку гідроциліндра 7 швидкість руху поршня буде збільшуватись, тиск рс1 буде зменшуватись. Рівновага золотника 44 клапана тиску 15 при цьому 3 UA 79364 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 порушиться і він буде переміщуватись справа наліво, зменшуючи площу fкm робочого вікна 43 та збільшуючи тиск рд1, компенсуючи зростання зусилля - T1 на штоку гідроциліндра 7. При цьому буде відновлюватись настроєна величина швидкості - V1 руху поршня гідроциліндра 7. При зменшенні величини попутного навантаження - Т1 на штоку гідроциліндра 7, швидкість руху поршня - V1 буде зменшуватись, тиск рс1 буде дещо зростати. Рівновага золотника 44 клапана тиску 15 порушиться і він буде перемішуватись зліва направо, збільшуючи площу fкm робочого вікна 43 та зменшуючи тиск рд1, компенсуючи зменшення величини навантаження - Т1. Величина настроєної швидкості - V1 при цьому буде відновлюватися. При перемиканні розподільного золотника 13 в позицію "опускання" (фіг. 3), робоча рідина від регульованого насоса 1 по лінії нагнітання 9, через нагнітальну розточку 30, силову розточку 32 та силову лінію 19 буде надходити до штокової камери гідроциліндра 7 приводячи його поршень до руху із швидкістю - V1. Злив робочої рідини від гідроциліндра 7 буде забезпечуватись по силовій лінії 18, через силову розточку 31, зливну розточку 33, по лінії зливу 25 через клапан тиску 15 та лінію злива 10 в гідробак 29. Поршень гідроциліндра 7 при цьому буде рухатись під дією зустрічного навантаження + Т1 направленого проти швидкості руху поршня - V1. Змінюючи величину площі fдр робочого вікна розподільного золотника 13 можна регулювати величину витрати, що подається регульованим насосом 1 до гідроциліндра 7 (згідно з формулою 3), а значить і регулювати швидкість руху - V1 поршня. Величина настроєної величини швидкості - V1 при цьому також не буде залежати від величини зустрічного навантаження + Т1 на штоку гідроциліндра 7. При виникненні на гідроциліндрі попутного навантаження - Т1 швидкості - V1 руху поршня гідроциліндра 7 також можна регулювати змінюючи величину площі fдр робочого вікна розподільного золотника 13. При цьому величина витрати Qn, що подається регульованим насосом 1 до гідроциліндра 7 буде визначатись за формулою 6. Величина настроєної швидкості - V1 при цьому не буде залежати від величини попутного навантаження - Т1, зміна якого компенсується роботою золотника 44 клапана тиску 15. Таким чином в запропонованій гідросистемі за рахунок введення нових елементів та зв'язків забезпечується можливість пропорційного керування та стабілізації швидкості руху поршня гідроциліндра як при зустрічному так і при попутному навантаженнях. Це приводить до кращої керованості виконавчими механізмами робочої мобільної машини (крано-маніпуляторної установки, екскаватора, навантажувача), зменшує кількість рухів необхідних для виконання робочих операцій, підвищуючи таким чином продуктивність роботи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Гідросистема, що містить регульований насос з регулятором, лінії нагнітання, керування та зливу, гідробак, два гідроциліндри, підключені силовими лініями до розподільника, кожна секція якого має корпус, в якому виконані нагнітальна, дві силові, дві зливні розточки та дві перемички між нагнітальною та відповідними силовими розточками, на які виходять два основних радіальних канали, а також логічний клапан, підключений до лінії керування та до основних радіальних каналів сусідніх секцій, яка відрізняється тим, що в кожну секцію розподільника введено клапан тиску, який має вхід, вихід, торцеву та пружинну камери, вхід клапана тиску підключено до зливних розточок, а його пружинна камера та вихід під'єднані до лінії зливу, в корпусі кожної секції розподільника виконано два додаткових радіальних канали, співвісних основним радіальним каналам, кожен з яких виходить на відповідну перемичку між нагнітальною та силовою розточками, додаткові радіальні канали з'єднані між собою та з торцевою камерою клапана тиску, а лінія керування з'єднана з лінією зливу через дросель малої провідності. 4 UA 79364 U 5 UA 79364 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 6