ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАВЕСНОГО УСТРОЙСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно, к регуляторам гидравлических приводов навесных устройств сельскохозяйственных машин и может быть использована в системах автоматического управления их рабочими органами.
Известен электрогидравлический фиксатор положения поршня гидроцилиндра (авторское свидетельство СССР №1739873; опубл. 15.06.1992 г., Б.И. №22), который содержит гидравлически сообщенные между собой электромагнитный клапан и управляемый обратный клапан, включающий затворную часть в виде обратного клапана и подпружиненную пружиной управляющую полость, связанные между собой односторонней кинематической связью. Заклапанная полость обратного клапана сообщена с полостью подъема гидроцилиндра и одним из выходов электромагнитного клапана, а управляющая полость сообщена с входом электромагнитного клапана. Второй выход электромагнитного клапана сообщен со сливом. Затвор электромагнитного клапана кинематически связан с сердечником релейного электромагнита.
Фиксирование поршня гидроцилиндра осуществляется при обесточенном электромагните. Затвор электромагнитного клапана под действием давления рабочей жидкости, создаваемого весом орудия, перемещается вместе с сердечником электромагнита и сообщает вход электромагнитного клапана с одним из его выходов. При этом полость управляемого обратного клапана сообщается с полостью подъема гидроцилиндра и заклапанной полостью обратного клапана.
При включении электромагнита его сердечник перемещает затвор электромагнитного клапана и соединяет вход упомянутого клапана с его вторым выходом, а полость управления управляемого обратного клапана сообщается со сливом. Обратный клапан за счет односторонней кинематической связи перемещается вместе с управляющей полостью, сообщая полость подъема гидроцилиндра со сливом при опускании орудия.
Недостатком конструкции электрогидравлического фиксатора является его невысокая функциональная надежность из-за деформации шарикового затвора электромагнитного клапана по кромке седла из-за ударных нагрузок при воздействии со стороны релейного электромагнита, что приводит к потере его герметичности. Кроме того, указанный фиксатор не обеспечивает пропорциональное регулирование скорости опускания навесного орудия сельскохозяйственной техники.
Известен электрогидравлический фиксатор положения поршня гидроцилиндра (патент РБ на полезную модель №900; опубл. 30.06.2003 г., Б.И. №2, С. 223), в состав которого входят электромагнитный и управляемый обратный клапаны, гидравлически связанные между собой и с одной из полостей гидроцилиндра. При этом затворы упомянутых клапанов выполнены в виде расположенных соосно с возможностью их кинематического перемещения цилиндрических плунжеров, причем полость электромагнитного клапана со стороны управляемого обратного клапана сообщена со сливом. Давление рабочей жидкости, создаваемое поршнем гидроцилиндра за счет веса навесного орудия, передается посредством проточек закрытого электромагнитного клапана в полость управления обратного клапана, который отсоединяет полость подъема гидроцилиндра от слива, осуществляя фиксирование положения указанного поршня.
При включении электромагнитного клапана упомянутая полость гидроцилиндра соединяется со сливом, что вызывает опускание навесного орудия с одновременной разгрузкой полости управления обратного клапана по давлению, который за счет кинематического взаимодействия перемещается, увеличивая скорость опускания пропорционально току управления.
К недостатку фиксатора положения поршня гидроцилиндра можно отнести его конструкционную сложность при двухкаскадном исполнении.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков (прототипом) является электрогидравлический регулятор фирмы «Bosch» (Германия) (Подшиваленко И.Л. Гидронавесная система тракторов «Беларус» с джойстиковым управлением: Методические указания по выполнению лабораторной работы/ И.Л. Подшиваленко, А.И. Русак, А.В. Сафонов. - Горки: БГСХА, 2014. - с. 18-20), который содержит литой корпус, внутри которого располагаются клапан опускания, перепускной клапан, золотник подъема и червяк. На корпусе крепятся пропорциональные электромагниты подъема и опускания. В нейтральном положении ни на один магнит напряжение не подается. Под действием давления масла перепускной клапан приподнимается и напорная магистраль соединяется со сливом канала управления. При подаче напряжения на электромагнит подъема золотник перемещается вверх, и напорный канал соединяется с гидроцилиндром переднего навесного устройства. Одновременно с этим напорная магистраль соединяется с полостью над перепускным клапаном, давление под клапаном и над ним выравнивается, и пружина перемещает перепускной клапан вниз, перекрывая поток масла из напорной магистрали на слив. Весь поток масла из напорной магистрали поступает в гидроцилиндр - и переднее навесное оборудование поднимается.
Вначале при подаче напряжения на электромагнит опускания управляющий золотник перемещается вверх, соединяя со сливом полость над клапаном опускания. Сам клапан опускания еще остается в закрытом положении. При дальнейшем движении управляющего золотника он упирается в упор клапана опускания и перемещает вверх сам клапан опускания, при этом канал гидроцилиндра соединяется со сливом и происходит опускания переднего навесного устройства.
Электрогидравлический регулятор позволяет выполнить фиксирование навесного устройства в заданном положении, подъем и опускание навесного устройства под собственным весом.
Подъем навесного устройства осуществляется при включении электромагнита золотника подъема, который перемещается пропорционально току управления в сторону сжатия возвратной пружины. При этом пружинная полость клапана разности давлений разобщается со сливным портом гидроцилиндра, что вызывает его частичное или полное закрытие при делении потока рабочей жидкости, который поступает от порта питания, из-за дросселирования на кромках указанного золотника. Это обеспечивает изменение величины потока рабочей жидкости, поступающей в цилиндровый порт посредством обратного клапана, устанавливая необходимую скорость перемещения навесного устройства.
Опускание навесного устройства происходит при включении соответствующего электромагнита, который перемещает пилотный клапан в сторону его открытия, сообщая при этом полость управления клапана опускания со сливным портом гидроцилиндра и обеспечивая за счет кинематической связи перемещение клапана опускания в сторону его открытия и опускание навесного устройства под действием весовой нагрузки пропорционально току управления.
Недостатком конструкции является низкая эксплуатационная надежность и долговечность конструкции. Возвратная пружина электроуправляемого золотника подъема и механизм регулировки ее предварительного поджатая размещены в корпусе золотника. В механизме регулировки предварительного поджатая возвратной пружины электроуправляемого клапана опускания используется червячная передача вследствие компоновочного решения конструкции. Это повышает трудоемкость изготовления и снижает надежность электрогидравлического регулятора.
Затвор обратного клапана для обеспечения его герметичности содержит уплотнительный резиновый элемент, что уменьшает долговечность конструкции.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эксплуатационной надежности и долговечности электрогидравлического регулятора навесного устройства сельскохозяйственных машин путем упрощения конструкции клапана опускания, а также повышения долговечности и герметичности обратного клапана.
Поставленная задача решается за счет того, что электрогидравлический регулятор навесного устройства сельскохозяйственной машины содержит насос постоянной подачи, клапан разности давлений, золотник подъема, подпружиненный обратный клапан, клапан опускания, пропорциональные электромагниты подъема и опускания, гидролинии, причем в гидролинии золотника подъема расположен дроссель, золотник подъема и клапан опускания имеют возвратные пружины с механизмами регулировки их предварительного поджатия, подпружиненный обратный клапан с затвором в виде металлической пластины соединен с однополостным гидроцилиндром, а клапан опускания выполнен прямого действия с игольчатым затвором и плунжером, имеющим поверхность сферического вогнутого профиля со стороны пружинной полости. Игольчатый затвор клапана опускания выполнен с углом при вершине 30°.
Общими признаками заявляемого технического решения и ближайшего аналога является наличие клапана опускания, золотника подъема, перепускного клапана, электромагнитов подъема и опускания и масляных каналов (гидролиний).
На чертеже изображен электрогидравлический регулятор навесного устройства сельскохозяйственных машин.
Электрогидравлический регулятор навесного устройства сельскохозяйственной машины содержит клапан разности давления 1, с полостью 2 в которой расположена пружина 3, выход 4 которого сообщен со сливом, подпружиненный золотник подъема 5, кинематически связанный с пропорциональным электромагнитом 6. В золотнике подъема 5 находится гидролиния 7 с дросселем 8, соединяющая полость 9 со стороны пропорционального электромагнита 6 с полостью 10, в которой расположена пружина 11. Полость 10 сообщена со сливом. Полость 12 золотника подъема 5 соединена с полостью 2 клапана 1 разности давлений посредством гидролинии управления 13, а полость 14 сообщена посредством гидролинии питания 15 с насосом постоянной подачи 16 и входом 17 клапана разности давления 1. Между гидролинией нагрузки 18 и гидролинией 19 однополостного гидроцилиндра 20 расположен подпружиненный обратный клапан 21. Клапан опускания 22 кинематически связан с пропорциональным электромагнитом 23 и соединен гидролинией 24 с обратным клапаном 21. Внутри клапана опускания 22 расположены игольчатый затвор 25 и гидролиния 26 с дросселем 27 между полостью 28 и полостью 29, в которой расположена пружина 30. Полость 29 соединена со сливом. Гидролиния 24 сообщена с клапаном опускания через вход 31. Игольчатый затвор 25 клапана опускания 22 выполнен с углом при вершине 30°. Все устройство расположено в корпусе (на рисунке не показан).
Электрогидравлический регулятор реализует фиксирование в заданном положении, подъем и опускание навесного устройства сельскохозяйственной машины под действием веса навесного устройства.
Электрогидравлический регулятор работает следующим образом. Фиксирование навесного устройства в заданном положении осуществляется при обесточенных пропорциональных электромагнитах 6 и 23. В этом случае полость 2 клапана разности давлений 1 сообщена со сливом через гидролинию управления 13 и золотник подъема 5, что вызывает перемещение клапана разности давлений 1 в сторону открытия и разгрузку насоса 16 на слив через выход 4. Золотник подъема 5 разобщает гидролинию питания 15 с гидролинией нагрузки 18, а подпружиненный обратный клапан 21 под действием веса навесного устройства отсекает гидролинию 19 однополостного гидроцилиндра 20 от гидролинии нагрузки 18. В то же время клапан опускания 22 с игольчатым затвором 25 разобщает гидролинию 19 однополостного гидроцилиндра 20 и его вход 31 с пружинной полостью 29 и сливом.
Подъем навесного устройства сельскохозяйственной машины осуществляется при включении пропорционального электромагнита 6 золотника подъема 5, который перемещается пропорционально току управления в сторону пружинной полости 10. При этом полость 2 клапана разности давлений 1 посредством гидролинии управления 13 и золотника подъема 5 разобщается со сливом, а гидролинии питания 15 и нагрузки 18 сообщаются, при этом поток рабочей жидкости проходит через дроссель 8, что вызывает частичное или полное закрытие клапана разности давлений 1 и деление потока рабочей жидкости от насоса 16 постоянной подачи между гидролинией питания 15 и сливом. Дроссель 8 при движении золотника подъема 5 создает местное гидравлическое сопротивление потоку рабочей жидкости, вытесняемой из пружинной полости 10, что снижает склонность к колебаниям золотника подъема 5. Перемещение золотника подъема 5, кинематически связанного с пропорциональным электромагнитом 6 обеспечивает линейную зависимость величины потока рабочей жидкости, поступающего в гидролинию нагрузки 18 и через подпружиненный обратный клапан 21 в гидролинию 19 однополостного гидроцилиндра 20 от тока управления, что вызывает подъем навесного устройства сельскохозяйственной машины. В этом случае при обесточенном пропорциональном электромагните 23 клапан опускания 22 с игольчатым затвором 25 разобщает гидролинию 19 однополостного гидроцилиндра 20 с пружинной полостью 29 и сливом.
Опускание навесного устройства осуществляется при включении пропорционального электромагнита 23 клапана опускания 22 с игольчатым затвором 25, который перемещается пропорционально току управления в сторону пружинной полости 29. При этом гидролиния 19 однополостного гидроцилиндра 20 через вход 31 и игольчатый затвор 25 клапана опускания 22 соединяется с пружинной полостью 29 и сливом.
Под действием давления рабочей жидкости, создаваемого весом навесного устройства в однополостном гидроцилиндре 20, подпружиненный обратный клапан 21 закрывается, а навесное устройство сельскохозяйственной машины опускается. Дроссель 27 при движении клапана опускания 22 с игольчатым затвором 25 создает местное гидравлическое сопротивление потоку рабочей жидкости, вытесняемой из пружинной полости 29, что снижает его склонность к колебаниям. Перемещение клапана опускания 22, кинематически связанного с пропорциональным электромагнитом 23, обеспечивает линейную зависимость величины потока рабочей жидкости, поступающего из однополостного гидроцилиндра 20 на слив от тока управления. Поток рабочей жидкости от входа 31 к игольчатому затвору 25 проходит по поверхности сферического вогнутого профиля 32 плунжера, что снижает действие гидродинамических сил на клапан опускания 22. В этом случае при обесточенном пропорциональном электромагните 6 золотник подъема 5 перекрывает гидролинию питания 15 от гидролинии нагрузки 18 и соединяет полость 2 клапана разности давлений 1 со сливом, что вызывает открытие клапана разности давлений 1 и сообщение насоса постоянной подачи 16 через вход 17 и выход 4 со сливом.
В электрогидравлическом регуляторе опорные поверхности возвратной пружины 11 золотника подъема 5 и возвратной пружины 30 клапана опускания 22 кинематически связаны с регулировочными винтами (на рисунке не показаны), которые размещены соосно пружинам со стороны наружной поверхности корпуса, что обеспечивает надежность функционирования и упрощение конструкции механизмов регулировки предварительного поджатия указанных пружин.
Гидравлическое уравновешивание золотника подъема 5 выполнено путем сообщения его пружинной полости 10 и полости 12 со сливом. Поэтому давление рабочей жидкости не оказывает силового воздействия на фланец и магнитопровод пропорционального электромагнита 6 при подъеме нагруженного навесного устройства сельскохозяйственной машины, что снижает требования к прочности и герметичности электромагнитной системы.
С целью упрощения конструкции клапан опускания 22 выполнен недифференциальным, т.е. прямого действия и кинематически связан с пропорциональным электромагнитом 23, что снижает чувствительность электрогидравлического регулятора к загрязнению рабочей жидкости вследствие отсутствия капиллярных каналов управления. Герметичность клапана опускания 22 при фиксировании навесного устройства сельскохозяйственной машины обеспечивается за счет предварительного поджатая пружиной 30 игольчатого затвора 25 к седлу 33 без использования давления рабочей жидкости со стороны однополостного гидроцилиндра 20, создаваемого весом навесного устройства. Взаимодействие игольчатого затвора 25 клапана опускания 22 с кромкой седла 33 приводит к частичной деформации седла, которая вызывает отжатие затвора от седла, т.е. разгерметизацию клапана. С уменьшением угла при вершине игольчатого затвора 25 в пределах, обеспечивающих отсутствие заклинивания, активная площадь фаски, образованной в результате указанной деформации и определяющей силу отжатая игольчатого затвора 25, также уменьшается, что повышает герметичность клапана опускания 22.
Затвор 34 обратного клапана выполнен в виде металлической пластины. Увеличение площади контактной поверхности между седлом и затвором 34 обратного клапана 32 снижает удельные нагрузки на контактную поверхность, что обеспечивает увеличение долговечности обратного клапана, и, следовательно, долговечности всего электрогидравлического регулятора навесного устройства сельскохозяйственной машины.
Таким образом, использование заявляемой полезной модели позволит существенно повысить эксплуатационную надежность и долговечность электрогидравлического регулятора.