РЕВЕРСИВНЫЙ ГИДРОПРИВОД
REVERSIBLE HYDRAULIC DRIVE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных машинах и механизмах, исполнительные органы которых совершают частое возвратно-поступательное перемещение.
Известен гидропривод, состоящий из двух рабочих гидроцилиндров, гидронасоса, реверсивного гидрораспределителя, гидропневмоаккумулятора, трехходового двухпозиционного золотника, обратного клапана, предохранительного клапана и гидробака. Штоковые полости рабочих гидроцилиндров соединены друг с другом гидролинией, которая подсоединена к выходу реверсивного гидрораспределителя и связана с выходом обратного клапана.
Штоковая полость одного гидроцилиндра соединена с выходом трехходового золотника, а штоковая полость другого гидроцилиндра - с входом и левой управляющей полостью трехходового золотника и вторым выходом реверсивного гидрораспределителя. Вторым входом и правой управляющей полостью трехходовой золотник соединен с выходом гидроаккумулятора и входом предохранительного клапана, который соединен своим выходом с входом обратного клапана и гидробаком.
При функционировании гидропривода перемещение рабочего органа осуществляется подачей рабочей жидкости от насоса с включением гидрораспределителя с подачей сигнала в левую полость управления, в результате чего рабочая жидкость от насоса передается в штоковую полость одного гидроцилиндра и подводится к левой управляющей полости и входу трехходового золотника, в результате чего он перемещается и объединяет штоковые полости гидроцилиндров, соединяя их с насосом. Оба штока цилиндров выдвигаются, и соединенный с ними рабочий элемент совершает перемещение. Поршневые полости гидроцилиндров при этом через гидрораспределитель сообщены с гидробаком. Обратное перемещение рабочего органа осуществляется подачей сигнала управления в правую полость гидрораспределителя, в результате чего насос подключается к поршневой полости гидроцилиндров, а штоковые их полости сообщаются с гидробаком. Под действием собственного веса рабочий орган опускается, вытесняя жидкость из штоковой полости гидроцилиндра в гидроаккумулятор, сливая излишки рабочей жидкости через предохранительный клапан в гидробак
(см. патент РФ №2095523, кл. E02F 9/22, 1997 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного гидропривода необходимо отметить, что он, как и заявленный, является реверсивным, однако имеет ограниченную сферу применения, так как один из ходов рабочего органа осуществляется за счет его массы, следовательно, данный привод может эксплуатироваться только при рабочих ходах рабочего элемента «вверх-вниз» и значительной массе рабочего элемента.
Задачей настоящего изобретения является разработка гидропривода, обеспечивающего возвратно-поступательное перемещение рабочего органа различной массы, независимо от его расположения в пространстве.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в реверсивном гидроприводе, содержащем два гидроцилиндра, поршни которых неподвижны, а гидроцилиндры имеют возможность перемещения по поршням и возможностью соединения с рабочим органом механизма, а также насос и двухкаскадную систему управления работой гидроцилиндров, включающую распределитель первого каскада, предназначенный для управления работой гидроцилиндров, и распределитель второго каскада, для управления распределителем первого каскада, новым является то, что распределитель первого каскада содержит золотник, выполненный в виде поршней, соединенных штоками с образованием поршневых и штоковых полостей, золотник распределителя второго каскада установлен в его центральной части, и с двух его сторон расположены толкатели, имеющие возможность взаимодействия с золотником, причем каждый толкатель образует с корпусом распределителя две штоковые и одну торцевую полости, в поршнях выполнены нагнетательно-сливные каналы и каналы для соединения полостей гидроцилиндров со вторыми штоковыми полостями распределителя второго каскада, нагнетательно-сливной канал каждого поршня имеет возможность соединения через штоковую полость золотника первого каскада с нагнетательным и всасывающим патрубками насоса и с первой штоковой полостью толкателей распределителя второго каскада, нагнетательный патрубок насоса также имеет возможность соединения через штоковую полость золотника распределителя второго каскада с поршневыми полостями золотника первого каскада и с торцевыми полостями толкателей распределителя второго каскада, а в нагнетательно-сливном канале каждого поршня установлен обратный клапан.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «новизна».
Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена гидравлическая схема реверсивного гидропривода.
Реверсивный гидропривод содержит насос 1, например, аксиально-поршневого типа, реверсивный распределитель 2 первого каскада управления, неподвижные поршни 3 и 4 с выполненными в них нагнетательно-сливными каналами 5 и 6, имеющими боковые выходные окна, на которых установлены обратные клапаны 7 и 8. В поршнях 3 и 4 имеются также каналы 9 и 10, предназначенные для соединения полостей гидроцилиндров со вторыми штоковыми полостями распределителя второго каскада.
На поршнях 3 и 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлены гидроцилиндры 11 и 12. Гидроцилиндры могут быть геометрически связаны между собой (на схеме связь показана штриховой линией).
Каналы 5 и 6 поршней 3 и 4 гидролиниями 3 и 14 соединены с рабочими окнами реверсивного распределителя 2 первого каскада управления.
Нагнетательный патрубок насоса 1 гидролинией нагнетания 15 соединен с окном 16 реверсивного распределителя 2, а всасывающий гидролинией 17 связан с окнами 18 и 19 реверсивного распределителя 2.
В состав системы управления также входит распределитель 20 второго каскада управления, предназначенный для управления золотником 21 реверсивного распределителя 2.
Распределитель 20 снабжен золотником 22 в центральной его части и толкателями 23 и 24, установленными в распределителе 20 с двух сторон относительно золотника 22.
Золотники 21 и 22 выполнены в виде поршней, соединенных штоками.
Канал 5 поршня 3 гидролинией 25 соединен с первой штоковой полостью 26, образованной внутренней стенкой распределителя и торцом поршня толкателя 23, левого в плоскости чертежа.
Канал 9 гидролинией 27 соединен со второй штоковой полостью 28, образованной внутренней стенкой распределителя и торцом поршня толкателя 23.
Канал 6 гидролинией 29 соединен с первой штоковой полостью 30 толкателя 24, правого в плоскости чертежа.
Канал 10 гидролинией 31 соединен со второй штоковой полостью 32 толкателя 24.
Гидролиния, обозначенная на схеме позицией 33, соединяет рабочее окно 34 распределителя 20 с поршневой полостью 35 реверсивного распределителя 2.
Гидролиния, обозначенная на схеме позицией 36, соединяет рабочее окно 37 распределителя 20 с поршневой полостью 38 реверсивного распределителя 2.
Гидролиния 39 соединяет полость 40 распределителя 20 с гидролинией 33.
Гидролиния 41 соединяет полость 42 распределителя 20 с гидролинией 36.
Реверсивный гидропривод работает следующим образом.
Для работы гидропривода гидроцилиндры соединяют с рабочим органом, включают насос 1, который нагнетает рабочую жидкость (масло) по гидролиниям в агрегаты гидропривода.
При положении механизмов агрегатов, показанном на схеме, рабочий ход совершает гидроцилиндр 11, перемещаясь в направлении, показанном стрелкой. Для обеспечения данного перемещения насос 1 нагнетает рабочую жидкость по гидролинии 15 через рабочее окно 16 в полость реверсивного распределителя 2 и далее по гидролинии 13 и по каналу 5 в полость гидроцилиндра 11.
При перемещении гидроцилиндра 11 совершает перемещение и гидроцилиндр 12 в силу геометрической связи с гидроцилиндром 11 или под действием внешней нагрузки. Направление перемещения гидроцилиндра 12 показано в данном случае стрелкой. При перемещении гидроцилиндра 12 рабочая жидкость из его полости выдавливается по каналу 6, гидролинии 14 в полость реверсивного распределителя 2, из которого через рабочее окно 19 она поступает по гидролинии 17 на вход насоса 1.
В данный период времени давление рабочей среды на выходе насоса, которое определяется силами сопротивления перемещению (движению) гидроцилиндра 11, передается в полости 35 и 40. Усилия, создаваемые в этих полостях, обеспечивают неизменное положение золотников 21 и 22, так как усилия противоположного направления соответствуют меньшему по величине давлению на входе насоса 1, передаваемому в полости 38 и 42. Усилие на поршни толкателей 23 и 24, обеспечивающее перемещение золотника 22, уравновешивается в силу равенства давлений в полостях 26, 28, 30, 32.
При перекрытии рабочим пояском гидроцилиндра 11 бокового выхода канала 5 из-за увеличения гидравлического сопротивления повышается давление в канале 5, и, следовательно, на выходе насоса 1, и в полостях 26 и 40. Давление в полостях 30 и 32 остается неизменным.
При выполнении условия:
∧
P>Sш(Pн-Pc)/(Sн/Sш) - 1, где
∧
Р - перепад давления на боковом окне канала 5;
Sш - площадь штоков поршней 23 и 24;
Sn - эффективная площадь поршней 23 и 24;
Рс - давление на входе насоса;
Рн - давление на выходе насоса, начинается перемещение толкателя 23 вправо (в плоскости схемы) и под его воздействием золотника 22 и толкателя 24. При этом рабочая жидкость в полость 26 будет поступать от насоса по гидролиниям 15, 13, 25, а из полости 28 вытесняться по гидролинии 27, каналу 9 в полость гидроцилиндра 11.
В полость 32 рабочая жидкость будет поступать из полости поршня 12 по каналу 10 и гидролинии 31. Из полости 30 рабочая жидкость будет выдавливаться по гидролиниям 29, 14 через рабочее окно 19 по гидролинии 17 к входу насоса 1.
Для увеличения быстродействия золотника 22 его рабочие пояски должны быть меньше ширины рабочих окон 34 и 37.
При переходе золотника 22 через нейтральное положение выход насоса через рабочее окно 37 и гидролинию 41 соединяется с полостью 42, что обеспечит в этой полости постоянное давление, соответствующее максимальному рабочему давлению в гидросистеме. При этом рабочая жидкость по каналу 36 начинает поступать в полость 38 золотника 21, а из полости 35 по гидролинии 33 через рабочее окно 34 рабочая жидкость будет поступать на вход насоса 1.
Под действием превосходящего давления в полости 38 золотник 21 начинает совершать перемещение влево (в плоскости схемы). По окончании перемещения золотника гидролиния 15 соединяется с гидролинией 14, а гидролиния 13 - с гидролинией 17. Гидроцилиндр 12 начинает совершать рабочий ход под воздействием поступающей в его полость рабочей жидкости, а гидроцилиндр 11 - холостой ход, вытесняя рабочую жидкость из полости поршня во всасывающую линию насоса.
Если в конце торможения поршня боковое рабочее окно на поршне 3 окажется полностью перекрытым, то на начальном этапе перемещение будет обеспечено за счет откачки рабочей жидкости через обратный клапан 7.
Процесс торможения гидроцилиндра 12 и работа системы будут аналогичны описанному выше.