Результат интеллектуальной деятельности: СТУПЕНЧАТЫЙ ГИДРОПРИВОД ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов, в частности к гидроприводам, составленным однородными ступенями двустороннего действия, и может быть широко использовано в промышленности.

Известна телескопическая стрела, предназначенная для подъема грузов, которая имеет выдвижные части (секции), а также дифференциальные гидроцилиндры для их выставления /Грузоподъемные краны. В 2-х кн. Кн. 2. Сокр. пер. с нем. под ред. М.П. Александрова. М., Машиностроение, 1981, с. 50-51, рис. 1.20-д/. Недостатком известного устройства является необходимость использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды между подвижными частями телескопической стрелы.

Известен гидропривод двустороннего действия, использующий дифференциальную схему подключения гидроцилиндра двустороннего действия в систему потребителя, эффективную при получении больших скоростей хода поршня при малой производительности насоса, например, во время холостого хода /Л.Б. Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, "Технiка", 1971, с. 54-56, рис.22-а/. Получение ряда скоростей исполнительного механизма обеспечивается подключением в систему гидроцилиндра двустороннего действия с помощью четырехходового трехпозиционного гидрораспределителя, который в среднем своем положении (позиции) соединяет все полости потребителя с напорной гидролинией.

Известна схема включения силовых гидроцилиндров дифференциального действия, в соответствии с которой одна полость гидроцилиндра (штоковая) постоянно соединена с линией высокого давления, а вторая - либо с линией высокого давления, либо с линией слива посредством двухпозиционного четырехходового гидрораспределителя, в котором одна из гидролиний подсоединения к потребителю заглушена /В.И. Погорелов. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Л. , Изд. ЛГУ, 1979, с.59, рис.23-б/. Таким образом, функционально силовые гидроцилиндры дифференциального действия подобны силовым гидроцилиндрам одностороннего действия, у которых возврат в исходное положение осуществляется за счет веса поршня (или пружины, размещенной в штоковой полости), что аналогично давлению жидкости в штоковой полости.

Гидроприводы, построенные по известным схемам подключения гидроцилиндров двустороннего и дифференциального действия, обладают недостаточными функциональными возможностями, которые обусловлены невозможностью раздельного и независимого управления движениями ряда гидроцилиндров, составляющих ступенчатый гидропривод двустороннего действия, в т.ч. путем ручного управления непосредственно гидрораспределителем, что необходимо в случае аварийного обесточивания дистанционной системы управления.

Известен ступенчатый гидропривод телескопического грузоподъемника автопогрузчика, рассчитанный на несколько потребителей - гидроцилиндров двустороннего действия, которые подключены параллельно друг другу к своим гидрораспределителям двумя гидролиниями каждый /А.Б. Дранников. Автопогрузчики. М., Машгиз, 1962, с. 171-172, фиг.80/.

Известный привод обеспечивает одновременное и независимое относительное перемещение поршней гидроцилиндров, однако число гидролиний при этом не может быть уменьшено, что можно считать недостатком устройства в аспектах упрощения и оптимизации конструкции.

Известный ступенчатый гидропривод выбран в качестве наиболее близкого аналога.

Задача изобретения заключается в оптимизации конструкции для уменьшения количества гидролиний, соединяющих гидрораспределители с потребителями, исключения гибких трубопроводов, обеспечивающих подачу рабочей среды к движущимся частям, а также в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения в этих условиях одновременного и независимого действия гидродвигателей и сохранения работоспособности гидропривода в условиях аварийного обесточивания системы управления.

Задача решена тем, что в ступенчатом гидроприводе двустороннего действия, включающем два двухполостных гидродвигателя, имеющих поршневые и штоковые полости, а также управляемый гидрораспределитель, которым полости гидродвигателей сообщены с напорной и сливной линиями, в соответствии с изобретением, по крайней мере, один из гидродвигателей выполнен с возможностью закрепления на неподвижном основании, а гидродвигатели установлены с возможностью жесткого соединения между собой, а также с возможностью прихода в противоположные фазы в крайних положениях ступенчатого привода, при этом разноименные полости гидродвигателей попарно соединены гидравлической связью с образованием объединенных полостей, так что в выдвинутом положении поршней объединенные полости гидродвигателей связаны с напорной линией, а в выдвинутом положении поршня одного из гидродвигателей с напорной линией соединена объединенная полость, образованная соответствующей ему поршневой полостью, а другая объединенная полость соединена со сливной линией.

Кроме того, гидродвигатели установлены с возможностью жесткого соединения между собой посредством крепления обоих на неподвижном основании.

Кроме того, один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании корпусом.

Кроме того, один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании штоком.

Кроме того, противоположными фазами в положении гидродвигателей являются фазы "полностью выдвинутый поршень" и "полностью убранный поршень".

Кроме того, только один из гидродвигателей подключен непосредственно к управляемому гидрораспределителю.

Техническим результатом изобретения является уменьшение количества гидролиний от потребителей на управляемые гидрораспределители до минимально возможного их числа - двух, при этом за счет гидравлических связей полостей обоих гидродвигателей исключаются гибкие линии (или подобные средства) для подачи рабочей жидкости к движущимся частям устройства. Помимо этого, наличие минимального количества гидролиний позволяет организовать непосредственное и дистанционное управление гидроприводом в целом в случае отключения питания системы управления. За счет выбора соотношения фаз в положениях гидродвигателей обеспечивается одновременное и независимое перемещение поршней гидродвигателей, а также обеспечивается увеличение общего хода исполнительного звена гидропривода.

Таким образом, в крайних положениях ступенчатого привода, характеризующегося противоположными фазами в положении гидродвигателей, результирующее перемещение ступеней гидропривода определяется суммированием перемещений обоих элементов, а в случае крепления обоих гидродвигателей к неподвижному элементу такая возможность исключается.

Заявляемое устройство схематически представлено на чертеже в исходном (убранном) положении.

Ступенчатый гидропривод содержит источник давления 1, питающий гидролинии, управляемый гидрораспределитель 2 в виде блока двухпозиционных распределителей 3 и 4, двухполостные поршневые гидродвигатели двустороннего действия - ступени - 5 и 6. Гидродвигатель 5 содержит поршень 7 со штоком 8, образующими поршневую полость 9 и штоковую полость 10. Аналогично выполнен и гидродвигатель 6, имеющий поршень 11 со штоком 12, а также поршневую полость 13 и штоковую полость 14. Источник давления 1 связан со сливным баком 15 линией 16 и напорными линиями 17 (магистральная), 18, 19 - с двухпозиционными распределителями 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, которые линиями 20 и 21 соединены со штоковой 10 и поршневой 9 полостями гидродвигателя 5, которые посредством гидролиний 22 и 23 (гидравлически) соединены с полостями гидродвигателя другой ступени перекрестно, т.е. поршневая 9 - со штоковой полостью 14, а штоковая 10 - с поршневой полостью 13. Сливными линиями 24 и 25, объединенными в магистраль 26, двухпозиционные распределители 3 и 4 гидрораспределителя 2 соединены со сливным баком 15. Гидродвигатель 5 жестко укреплен на неподвижном основании (на чертеже - посредством штока 8).

В качестве двухпозиционных гидрораспределителей использованы такие, которые имеют резервное ручное управление, при этом при крайних положениях плунжеров двухпозиционных распределителей 3 и 4 их электромагниты всегда выключены. Гидродвигатели 5 и 6 установлены таким образом, что в исходном положении поршень 7 гидродвигателя 5 находится в фазе "убран", а поршень 11 гидродвигателя 6 находится в положении "выдвинут", т.е. крайние положения исполнительных органов обеих ступеней противоположны по фазе, при этом гидролиниями попарно соединены разноименные полости в двух гидродвигателях (поршневая полость одного со штоковой полостью другого гидродвигателя с образованием объединенной полости).

Существенным для заявляемого ступенчатого гидропривода является жесткая связь корпусов обеих ступеней ("пакет") и одновременно крепление пакета к неподвижному элементу. Такое крепление может быть обеспечено как закреплением штока одного из гидродвигателей на неподвижном элементе, при котором его корпус сохраняет возможность относительного перемещения, так и креплением пакета; т.е. корпуса обездвижены, а штоки обоих гидродвигателей подвижны.

Заявляемый гидропривод работает следующим образом.

Работа гидропривода, определяется схемой подключения полостей гидродвигателей к определенным линиям - напорным или сливным - посредством установки позиций управляемого распределителя 2, а именно: "слив" ("а", "в") и "напор" ("б" и "г").

Рабочая жидкость подается источником давления 1 по линиям 17, 18, 19 к двухпозиционным распределителям 3 и 4, плунжеры которых установлены в положение "б" и "г", открывающим линии 20 и 21, в результате чего рабочая жидкость подается в полости 9 и 10 гидродвигателя 5 под напором, а также в полости 13 и 14 гидродвигателя 6 за счет гидравлической связи соответствующих полостей. При закрепленном на неподвижном основании штоке 8 корпус гидродвигателя 5 перемещается из исходного положения (поршень 7 убран, объем штоковой полости 10 максимален, а поршневой полости 9 - минимален) вдоль штока 8 до предела, т.е. до полного выдвижения корпуса первой ступени 5 относительно поршня 7, что сопровождается вытеснением жидкости из полости 10 по линии 20 через распределитель 3, при этом поршень 11 со штоком 12 второй ступени неподвижны.

Такая схема подключения также позволяет из крайнего верхнего положения ступенчатого гидропривода опускаться поршню 11 со штоком 12 гидродвигателя 6. При этом из штоковой полости 14 вытесняется весь объем жидкости по линиям 22, 21 через распределитель 4, а в поршневую полость 13 жидкость поступает по линиям 20, 23 через распределитель 3. Корпус гидродвигателя 5 при этом стоит на месте.

В рассмотренном выше "среднем" положении ступенчатого гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в одной фазе, т. е. поршни одновременно выставлены в выдвинутое положение.

При установлении двухпозиционных распределителей 3 и 4 в положение "а" и "г" их плунжеров рабочая жидкость подается через двухпозиционный распределитель 4 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5 и одновременно в связанную с ней гидравлически штоковую полость 14 гидродвигателя 6, что приводит к перемещению поршня 7 в корпусе 5 из исходного убранного его положения в выдвинутое, а также, в случае жесткой связи двух корпусов гидродвигателей, приводит к перемещению поршня 11 в корпусе 6 из исходного, выдвинутого его положения, в крайнее верхнее для всего гидропривода, при котором поршень 11 со штоком 12 будут полностью убраны в корпус гидродвигателя 6. При опускании поршня 7 и подъеме поршня 11 под напором жидкости в поршневой полости 9 и штоковой полости 14 происходит вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 10 и поршневой полости 13 по линиям 23, 20 через двухпозиционный распределитель 3.

Такая схема подключения позволяет также переходить в крайнее верхнее положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при этом поршень 11 гидродвигателя 6 может перемещаться из нижнего в верхнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 5 неподвижен.

Таким образом, реализована работа первой и второй ступеней исполнительного механизма, например, для перемещения груза на длину, равную сумме длин ходов поршней обеих ступеней. При этом поршни ступеней гидропривода заняли относительно противоположные фазы положения - один полностью выдвинут (1-я ступень, поршень 7), а другой - полностью убран (2-я ступень, поршень 11).

Для опускания исполнительного механизма из крайнего верхнего положения гидропривода плунжеры двухпозиционных распределителей 3 и 4 устанавливают в положение "б" и "в", при котором линия напора соединена с распределителем 3, а линия слива - с распределителем 4. При этом рабочая жидкость под напором поступает одновременно в штоковую полость 10 гидродвигателя 5 и в поршневую полость 13 гидродвигателя 6. Давление рабочей жидкости на поршень 11 вызывает выдвижение штока 12, вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 14 гидродвигателя 6 через гидравлически соединенную с ней поршневую полость 9 гидродвигателя 5, по окончании которого шток 12 с поршнем 11 оказываются в крайнем выдвинутом положении для корпуса гидродвигателя 6. Одновременно давление рабочей жидкости вызывает опускание корпуса гидродвигателя 5, вытеснение и слив рабочей жидкости из поршневой полости 9 гидродвигателя 5, по окончании которого шток 8 с поршнем 7 оказываются в крайнем убранном положении для корпуса гидродвигателя 5.

Эта схема подключения позволяет переходить в убранное положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при этом корпус гидродвигателя 5 может перемещаться из верхнего в нижнее положение своей ступени, а поршень 11 гидродвигателя 6 неподвижен.

Для обеспечения пассивного функционирования гидропривода двухпозиционные гидрораспределители устанавливают плунжерами в позиции "а" и "в", при которых они оба подключены линиями слива к гидродвигателям. При этом излишки рабочей жидкости, находившиеся в поршневой полости 13 и штоковой полости 14 гидродвигателя 6, а также в поршневой полости 9 и штоковой полости 10 гидродвигателя 5, поступают в сливной бак 15, а оставшаяся жидкость свободно перетекает по полостям гидродвигателей.

Такая схема подключения позволяет ступеням гидропривода опускаться под действием собственного веса из любого положения, которое предоставляет такую возможность.

Таким образом, ступенчатый гидропривод может быть выполнен с минимальным числом гидролиний 2, которые, за счет подключения управляемого гидрораспределителя, допускающего также ручное управление, обеспечивают работоспособность системы гидравлически связанных гидродвигателей, в том числе, дистанционно и при отключении электропитания.

В устройстве исключены гибкие трубопроводы, обеспечивающие прохождение рабочей жидкости к движущимся частям устройства.

Заявляемая конструкция ступенчатого гидропривода может быть наиболее эффективной в применении к подводным техническим средствам, поскольку уменьшает до максимально возможного число проходов через корпус такого средства для вывода гидролиний при размещении такого привода.