ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ВЕНТИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
HYDRAULIC VALVE DEVICE

Изобретение относится к гидравлическому вентильному устройству, содержащему несколько вентильных модулей, каждый из которых имеет систему питающего канала, оснащенную каналом высокого давления и каналом низкого давления, систему рабочего трубопровода, оснащенную по меньшей мере одним рабочим трубопроводом, направляющее вентильное средство, расположенное между системой питающего канала и системой рабочего трубопровода, и компенсационное устройство.
Такое вентильное устройство обычно используется для приведения в действие гидравлических приводов производственных установок, транспортных средств и других агрегатов. Например, в случае экскаватора один гидравлический привод может использоваться для наклона стрелы относительно шасси, второй - для наклона рукояти относительно стрелы и третий - для манипулирования ковшом. Четвертый гидравлический привод может быть предусмотрен для поворота верхней части кузова относительно нижней части.
В этой связи предпочтительно использовать компенсационное устройство, обеспечивающее возможность независимого управления давлением нагрузки. Данное компенсационное устройство гарантирует, что падение давления на направляющем вентильном средстве или измерительной диафрагме, объединенной с направляющим вентильным средством, остается постоянным независимо от силы рабочего давления и степени раскрытия направляющего вентильного средства. Это значит, что поток гидравлической жидкости, проходящий от системы питающего канала к соответствующему гидравлическому приводу, будет определяться только степенью раскрытия направляющего вентильного средства. Таким образом, обеспечивается практически пропорциональное управление направляющим вентильным средством.
Существуют два принципиально разных варианта компенсационного устройства. Согласно первому варианту, компенсационное устройство, далее называемое «докомпенсационное устройство», содержит компенсационный вентиль, который конструктивно размещен выше по потоку от упомянутой измерительной диафрагмы. Компенсационное устройство имеет дроссельную задвижку, на которую в направлении закрывания действует давление, имеющееся выше по потоку от измерительной диафрагмы, а в направлении открывания - давление, имеющееся ниже по потоку от измерительной диафрагмы, то есть давление нагрузки плюс давление пружины. Такое компенсационное устройство иногда называют «первичным отдельным компенсационным вентилем».
Согласно другому варианту, в компенсационном устройстве, называемом далее «послекомпенсационным устройством», используется компенсационный вентиль, который подсоединен ниже по потоку от измерительной диафрагмы. На дроссельную задвижку, размещенную ниже по потоку от компенсационного вентиля, воздействует в направлении открывания давление, имеющееся ниже по потоку от измерительной диафрагмы, а в направлении закрывания - наибольшее давление нагрузки и пружины.
В случае вентильного модуля, оснащенного послекомпенсационным устройством, параллельная активация двух или более вентильных модулей при недостаточном питании гидравлической жидкостью вызывает равномерное уменьшение потока текучей среды через все измерительные диафрагмы. То есть, имеющийся поток текучей среды пропорционально распределяется по всем приводам. Это невозможно в случае вентильного модуля, оснащенного докомпенсационным устройством.
Задача данного изобретения заключается в улучшении управления гидравлическим вентильным устройством.
В отношении гидравлического вентильного устройства, упомянутого во введении, эта задача решена следующим образом - по меньшей мере в одном вентильном модуле в качестве компенсационного устройства используется докомпенсационное устройство, при этом по меньшей мере в одном другом вентильном модуле в качестве компенсационного устройства используется послекомпенсационное устройство.
Согласно изобретению, при недостаточном питании гидравлической жидкостью управление приводом или приводами, подсоединенными к вентильному модулю или вентильным модулям, оснащенным докомпенсационным устройством, может происходить иначе, чем в случае приводов, подсоединенных к вентильным модулям, оснащенным послекомпенсационным устройством. В упомянутом примере экскаватора, содержащего несколько приводов, привод, поворачивающий верхнюю часть транспортного средства относительно его нижней части, может, например, быть подсоединен к докомпенсационному вентильному модулю, тогда как другие приводы, приводящие в действие ковш, рукоять и стрелу, могут быть подсоединены к послекомпенсационным вентильным модулям. Впоследствии при одновременной активации всех приводов может так случиться, что питание гидравлической жидкостью будет недостаточным. Однако это недостаточное количество гидравлической жидкости будет распределяться новым способом, отличным от обычного. Тот факт, что питание гидравлической жидкостью является недостаточным, практически не скажется на работе поворачивающего привода. Верхняя часть транспортного средства будет продолжать поворачиваться со скоростью, требуемой пользователю. Остальные приводы будут получать оставшуюся часть гидравлической жидкости, распределяемую согласно отдельно расположенным направляющим вентилям. Многие пользователи находят такое управление более удобным. Конечно, можно привести и другие примеры, согласно которым докомпенсационные вентильные модули и послекомпенсационные вентильные модули скомбинированы в вентильном устройстве с несколькими вентильными модулями.
В предпочтительном случае послекомпенсационное устройство содержит закрывающую пружину, а докомпенсационное устройство содержит открывающую пружину, причем указанная закрывающая пружина слабее открывающей пружины. В послекомпенсационном устройстве закрывающая пружина действует совместно с давлением, имеющимся в трубке определения нагрузки. Давление, имеющееся за измерительной диафрагмой, действует в направлении открывания. Однако в случае докомпенсационного устройства пружина действует в направлении открывания, а давление, имеющееся перед измерительной диафрагмой, действует в направлении закрывания. Упомянутый выбор параметров пружин гарантирует простым образом, что докомпенсационный вентильный модуль всегда будет иметь приоритет над послекомпенсационным вентильным модулем или вентильными модулями.
В предпочтительном случае открывающая пружина создает управляющую силу, которая меньше силы давления при холостом режиме, действующей против открывающей пружины. Таким образом, обеспечивается энергоэффективное функционирование докомпенсационного вентильного модуля. В частности, если во время холостого режима насос с переменной производительностью или другое управляющее устройство уменьшает давление, действующее в канале высокого давления, то докомпенсационный вентиль может закрыться или по меньшей мере значительно перекрыться, чтобы прервать возможный объемный поток.
В предпочтительном случае в вентильном модуле, оснащенном докомпенсационным устройством, компенсационное устройство размещено в трубке, проходящей от выпуска до впуска направляющего вентильного средства. Таким образом, докомпенсационное устройство физически расположено после направляющего вентильного средства, а значит и после измерительной диафрагмы. В активированном состоянии направляющее вентильное средство освобождает путь для прохождения гидравлической жидкости из канала высокого давления во впуск докомпенсационного устройства.
В предпочтительном случае как докомпенсационное устройство, так и послекомпенсационное устройство размещены в трубках, проходящих от выпуска к впуску направляющего вентильного средства. В результате докомпенсационный вентильный модуль и послекомпенсационный вентильный модуль имеют более схожие конструкции. Это уменьшает затраты на их изготовление.
В особо предпочтительном случае компенсационные устройства размещены в одинаковом положении как в вентильных модулях с докомпенсационными устройствами, так и в вентильных модулях с послекомпенсационными устройствами. Это обеспечивает возможность еще большего конструктивного сходства между вентильным модулем, оснащенным докомпенсационным устройством, и вентильным модулем, оснащенным послекомпенсационным устройством.
В особо предпочтительном случае как вентильный модуль, оснащенный докомпенсационным устройством, так и вентильный модуль, оснащенный послекомпенсационным устройством, имеют схожие корпусы, но при этом пружина докомпенсационного устройства размещена с другой стороны задвижки по сравнению с пружиной послекомпенсационного устройства. Такое решение позволяет снизить затраты на изготовление вентильного устройства, даже если используются вентильные модули с другим управлением. Одни и те же вентильные корпусы можно использовать как для докомпенсации, так и для послекомпенсации. Просто вентильные корпусы должны иметь немного больше каналов, чем в случае если бы эти вентильные корпусы предназначались только для одной функции. Излишние каналы можно просто закрыть пробками. Экономически это более выгодно, чем использование разных вентильных корпусов для реализации двух функциональных возможностей.
Далее изобретение описано на примере его предпочтительного варианта выполнения, раскрытого со ссылкой на единственный чертеж, схематически изображающий гидравлическое вентильное устройство.
Гидравлическое вентильное устройство 1 включает в себя несколько вентильных модулей 2-6. Эти вентильные модули 2-6 объединены в блок, через который проходят канал 7 высокого давления и канал 8 низкого давления, образующие систему питающего канала.
Блок вентильных модулей 2-6 с одной из своих сторон соединен с впускным модулем 9, тогда как противоположная его сторона соединена с оконечным модулем. Впускной модуль 9 оснащен напорным трубопроводом Р, сообщающимся с каналом высокого давления. Оконечный модуль содержит трубопровод Т, сообщающийся с каналом низкого давления. Канал Р высокого давления может быть подсоединен к насосу или другому источнику давления. Трубопровод Т низкого давления подсоединен к баку или какому-либо другому резервуару. Также впускной модуль 9 имеет трубопровод LS определения нагрузки, который передает наибольшее давление нагрузки, действующее в вентильных модулях 2-6. Кроме того, через все вентильные модули 2-6 проходит соответствующий канал 11 давления нагрузки. В оконечном модуле 10 он сообщается с трубой 8 низкого давления. Двухходовые вентили 12 образуют каскад в канале 11 определения нагрузки. Они передают более высокое давление, имеющееся во впусках, к своим выпускам, так что во впускной модуль 9 канал 11 давления нагрузки передает самое высокое давление нагрузки во всех вентильных модулях 2-6.
Канал 11 давления нагрузки имеет секцию в виде трубки 13 определения нагрузки, проходящей через все вентильные модули 2-6.
Во впускном модуле 9 предусмотрен впускной компенсационный вентиль 14, обеспечивающий ситуацию, согласно которой давление в канале 7 высокого давления всегда превышает давление в канале 13 определения нагрузки по меньшей мере на некоторую по существу постоянную величину.
Вентильный модуль 2 содержит рабочий трубопровод А и дополнительный трубопровод Т2. В рабочий трубопровод А может поступать находящаяся под давлением гидравлическая жидкость, тогда как в трубопровод Т2 она поступать не может. Это значит, что к вентильному модулю 2 может быть подсоединен гидравлический привод одностороннего действия, предназначенный, например, для поднятия груза. Гидравлический объем, перемещенный из гидравлического привода при поднятии груза, затем может быть принят вентильным модулем 2 и выпущен им через трубопровод Т2. Во время опускания груза гидравлическую текучую среду можно пополнять через трубопровод Т2.
Каждый из других вентильных модулей 3-6 имеет два рабочих трубопровода А, В, в которых можно, как поясняется ниже, нагнетать давление контролируемым образом.
Вентильные модули 3 и 5 выполнены одинаковым образом. Оба имеют направляющий вентиль 15, последовательно сообщающийся с измерительной диафрагмой 16. Естественно, что измерительная диафрагма 16 может являться частью направляющего вентиля 15. Поэтому измерительную диафрагму 16 в совокупности с направляющим вентилем 1 называют направляющим вентильным средством.
Направляющий вентиль 15 через впуск 17 сообщается с каналом 7 высокого давления. Выпуск 18 направляющего вентильного средства 15, 16 ведет к компенсационному вентилю 19, оснащенному компенсационной задвижкой 20, на которую в направлении открывания действует открывающая пружина 27, а в направлении закрывания - давление, имеющееся в канале 7 высокого давления. Также в направлении открывания на задвижку действует давление, имеющееся в выпуске 18 направляющего вентильного средства 15, 16, вследствие чего компенсационная задвижка всегда регулируется таким образом, что давление на измерительной диафрагме 16 соответствует силе открывающей пружины 27.
Через вентиль 21 одностороннего действия, открывающийся в направлении направляющего вентиля 15, компенсационный вентиль 19 сообщается с впуском 22 направляющего вентиля 15, причем указанный впуск имеет возможность соединения с одним из рабочих трубопроводов А, В, в зависимости от положения направляющего вентиля 15. Перед рабочими трубопроводами А, В установлены вентили 23, 24 одностороннего действия, которые выполнены с возможностью открывания и обеспечивают герметичное подсоединение гидравлических машин.
Поскольку компенсационный вентиль 19 управляется давлением, имеющимся перед измерительной диафрагмой 16, его также называют докомпенсационным вентилем. Вентильные модули 3, 5 тоже называются «докомпенсационными» вентильными модулями.
Вентильные модули 4, 6 имеют одинаковую конструкцию. Здесь также предусмотрены направляющий вентиль 15 и измерительная диафрагма 16, которые в совокупности образуют направляющее вентильное средство. Впуск направляющего вентиля 15 сообщается с каналом 7 высокого давления.
К выпуску 18 направляющего вентильного средства 15, 16 подсоединен компенсационный вентиль 28, на компенсационную задвижку 25 которого в направлении закрывания действует закрывающая пружина 26. Кроме того, в направлении закрывания на задвижку действует давление, имеющееся в трубопроводе LS определения нагрузки, которое передается сюда через трубку 13 определения нагрузки. В направлении открывания на компенсационную задвижку 25 действует давление, имеющееся в выпуске 18 направляющего вентильного средства 15, 16.
Выпуск компенсационного вентиля 28 сообщается с впуском 22 направляющего вентиля 15. В зависимости от его положения направляющий вентиль 15 может соединять этот впуск 22 с одним из рабочих трубопроводов А, В, при этом здесь тоже предусмотрены вентили 23, 24 одностороннего действия, выполненные с возможностью открытия, которые используются для предотвращения утечки в рабочих трубопроводах А, В.
Поскольку компенсационный вентиль 28 управляется давлением, имеющимся после измерительной диафрагмы 16, его также называют «послекомпенсационным вентилем». Соответственно, вентильные модули 4, 6 являются «послекомпенсированными» вентильными модулями.
Вентильный модуль 2 оснащен докомпенсационным вентилем 19.
Докомпенсационные вентильные модули 3, 5 (направляющие вентильные средства 15, 16 которых можно назвать LS-вентилями с первичным отдельным компенсационным вентилем) обеспечивают такое распределение имеющегося потока гидравлической жидкости, которое практически не зависит от интенсивности питания гидравлической жидкостью. Если несколько таких вентильных модулей, действующих параллельно, управляют своими приводами одновременно, то первым снабжаться гидравлической жидкостью будет привод с наименьшим давлением нагрузки, при этом на другие приводы будет подаваться оставшийся объемный поток. В конце концов, при недостаточном снабжении гидравлической жидкостью это приведет к остановке привода с большей нагрузкой, тогда как функционирование привода с наименьшей нагрузкой будет продолжаться.
Что касается послекомпенсированных вентильных модулей 4, 6, то они распределяют поток гидравлической жидкости пропорционально положениям отдельных направляющих вентильных средств 15, 16. Послекомпенсированный вентильный модуль также называют «LC-вентилем».
Закрывающая пружина 26 в послекомпенсированных вентильных модулях 4, 6 слабее открывающей пружины 27 в докомпенсированных вентильных модулях 3, 5. Это обстоятельство гарантирует, что докомпенсированные вентильные модули 3, 5 всегда имеют преимущество над послекомпенсированными вентильными модулями 4, 6. Поэтому при недостаточном снабжении гидравлической жидкостью приводы, подсоединенные к докомпенсированным вентильным модулям 3, 5, активируются первыми. При этом пропорционально уменьшается рабочая скорость тех приводов, которые подсоединены к послекомпенсированным вентильным модулям 4, 6.
Пропорциональное уменьшение объемного потока послекомпенсированных вентилей в основном вызвано падением «запаса давления», которое уменьшает открывающую силу в компенсаторе, тогда как со стороны пружины ничто не меняется. На послекомпенсированные вентили это падение оказывает немедленный эффект, тогда как для докомпенсированных вентилей этот эффект не имеет места до тех пор, пока «запас давления» не опустится ниже значения силы упругости открывающей пружины.
В предпочтительном случае открывающая пружина выполнена таким образом, что создаваемое ей давление меньше давления холостого режима в канале 7 высокого давления, которое также называется «давлением холостого хода» или «запасом давления». Это обеспечивает возможность энергосберегающего функционирования.
Как следует из чертежа, система труб и положение отдельных элементов в докомпенсированных вентильных модулях 3, 5 по существу такие же, как соответствующие система труб и положения элементов в послекомпенсированных вентильных модулях 4, 6. Как можно видеть, это утверждение справедливо для участка, проходящего от направляющего вентиля 15 к рабочим трубопроводам А, В, включая вентили 23, 24 одностороннего действия, выполненные с возможностью открывания.
Что касается положения компенсационных вентилей 19, 28, то оно одинаковое в обоих вариантах вентильного модуля. Просто закрывающая пружина 26 компенсационной задвижки 25 должна смещаться в другую сторону от компенсационной задвижки 25, обеспечивая докомпенсированную компенсационную задвижку 20. Далее, просто необходимо удалить трубку, проходящую между компенсационной задвижкой 25 и трубкой 13 определения нагрузки, и заменить ее трубкой, проходящей между впуском 17 направляющего вентиля 15 и компенсационной задвижкой 20. Таким образом, достаточно обеспечить соответствующие отверстия в корпусе для обеих этих трубок и впоследствии закрывать эти отверстия пробками или подобными средствами.