ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ БЛОК РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE CONTROL HYDRAULIC UNIT

Изобретение относится к области объемного гидравлического привода, а именно: к гидравлическим устройствам регулирования давления в гидроприводах, работающих в течение определенного промежутка времени при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, - и может быть использовано при создании и модернизации, например, гидроприводов прижимной траверсы листоштамповочных прессов двойного действия.
Известен гидравлический блок регулирования давления, состоящий из регулирующего гидроаппарата, сливной канал которого соединен с гидробаком, и нерегулируемого насоса, канал всасывания которого соединен с гидробаком, а напорный канал - с напорной гидролинией [1]. При этом регулирующий гидроаппарат выполнен в виде переливного клапана с электромеханическим приводом настройки, а его напорный канал соединен с напорной гидролинией.
В соответствии с конструкцией известного блока его работа сопровождается потерями мощности, которые обусловлены перетеканием рабочей жидкости через переливной клапан и равны произведению расхода рабочей жидкости через переливной клапан на давление настройки клапана. Эти потери имеют максимальное значение при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии блока. В последнем случае рабочая жидкость при расходе, практически равном подаче нерегулируемого насоса, сливается в гидробак под давлением, на которое в текущий момент времени настроен переливной клапан. Указанные потери гидравлической мощности влекут за собой нагрев рабочей жидкости, что отрицательно сказывается на сроке ее службы и осложняет поддержание требуемого температурного режима работы гидросистемы, в составе которой используется блок.
Возникновение излишних потерь мощности в процессе работы рассмотренного гидравлического блока регулирования давления является его недостатком.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является принятый в качестве прототипа гидравлический блок регулирования давления, содержащий блок управления, регулирующий гидроаппарат с пропорциональным электрическим управлением и насосную установку, в состав которой входят: регулируемый насос, канал всасывания которого соединен с гидробаком, а напорный канал - с напорным каналом предохранительного клапана непрямого действия (в материалах прототипа насосная установка обозначена условно и предохранительный клапан не показан) и напорной гидролинией, к которой присоединен датчик давления, - при этом датчик давления и электронный блок управления регулирующего гидроаппарата соединены соответственно с первым входным и первым выходным каналами блока управления, а сливные каналы регулирующего гидроаппарата и предохранительного клапана соединены с гидробаком [2]. Регулирующий гидроаппарат выполнен в виде редукционного клапана непрямого действия с пропорциональным электрическим управлением и установлен в напорной гидролинии.
При работе данного гидравлического блока подача насоса является переменной и соответствует потребляемому расходу. Однако при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии блока, и, соответственно, при нулевом расходе рабочей жидкости в напорной гидролинии (при пренебрежении перетечками жидкости в гидросистеме) блок не позволяет произвести уменьшение давления в его напорной гидролинии по заданному закону, поскольку в указанном случае уменьшение давления осуществляется только вследствие незначительных перетечек рабочей жидкости через дроссель и каскад управления редукционного клапана непрямого действия, то есть является в значительной степени неуправляемым (при необходимости в повышенной скорости уменьшения давления).
Необходимость в увеличении и уменьшении давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии блока регулирования давления, возникает, например, при работе прижимных гидроцилиндров листоштамповочных прессов двойного действия (см., например: Катков Н.П., Решетов В.Ф. Определение оптимальных условий прижима фланца заготовки // Кузнечно-штамповочное производство. - 1971. - №9. - С. 16-18; Зубцов М.Е. Листовая штамповка. - Л.: Машиностроение, 1980. - 432 с).
Дело в том, что для исключения появления гофров усилие защемления края листовой заготовки между матрицей и прижимом в процессе вытяжки при прочих равных условиях должно быть не менее некоторой величины, зависящей от текущих значений усилия и глубины вытяжки, а для исключения разрушения (разрыва) вытягиваемого изделия усилие защемления не должно превышать некоторый пороговый уровень.
Таким образом, недостатком гидравлического блока регулирования давления, принятого в качестве прототипа, являются ограниченные функциональные возможности блока в части регулирования давления в его напорной гидролинии по заданному закону в сторону уменьшения давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии.
Технической задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей гидравлического блока регулирования давления путем обеспечения возможности регулирования давления в его напорной гидролинии по заданному закону в сторону уменьшения давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии.
Для решения поставленной задачи в известном гидравлическом блоке регулирования давления, содержащем блок управления, регулирующий гидроаппарат с пропорциональным электрическим управлением и регулируемый насос, канал всасывания которого соединен с гидробаком, а напорный канал - с напорным каналом предохранительного клапана непрямого действия и напорной гидролинией, к которой присоединен датчик давления, при этом датчик давления и электронный блок управления регулирующего гидроаппарата соединены соответственно с первым входным и первым выходным каналами блока управления, а сливные каналы регулирующего гидроаппарата и предохранительного клапана соединены с гидробаком, согласно изобретению регулируемый насос снабжен регулятором давления с дистанционным гидравлическим управлением, регулирующий гидроаппарат выполнен в виде предохранительного клапана, напорный канал которого соединен непосредственно с каналом управления насоса и посредством дополнительного двухлинейного двухпозиционного направляющего гидрораспределителя с электрическим управлением с каналом управления предохранительного клапана непрямого действия, при этом электромагнит дополнительного гидрораспределителя соединен со вторым выходным каналом блока управления.
Совокупность признаков, состоящая в том, что: регулируемый насос снабжен регулятором давления с дистанционным гидравлическим управлением, регулирующий гидроаппарат выполнен в виде предохранительного клапана, напорный канал которого соединен непосредственно с каналом управления насоса и посредством дополнительного двухлинейного двухпозиционного направляющего гидрораспределителя с электрическим управлением с каналом управления предохранительного клапана непрямого действия, при этом электромагнит дополнительного гидрораспределителя соединен со вторым выходным каналом блока управления, - обеспечивает расширение функциональных возможностей блока в части регулирования давления в его напорной гидролинии по заданному закону в сторону уменьшения давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная гидравлическая схема гидравлического блока регулирования давления.
Гидравлический блок регулирования давления включает в свой состав: блок управления 1 и регулируемый насос 2, вал которого соединен с валом приводящего двигателя 3, канал всасывания 4 - с гидробаком 5, напорный канал 6 - с напорным каналом предохранительного клапана 7 непрямого действия и напорной гидролинией 8, к которой присоединен датчик давления 9, канал управления 10 - с напорным каналом регулирующего гидроаппарата, выполненного в виде предохранительного клапана 11 с пропорциональным электрическим управлением. При этом напорный канал предохранительного клапана 11 дополнительно соединен с каналом управления предохранительного клапана 7 непрямого действия посредством двухлинейного двухпозиционного направляющего гидрораспределителя 12 с электрическим управлением, проходное сечение которого при обесточенном электромагните его управления перекрыто, а при подаче управляющего электрического сигнала на электромагнит открыто. Сливные каналы предохранительных клапанов 7, 11 соединены с гидробаком 5.
Давление открытия проходного сечения предохранительного клапана 11 пропорционально управляющему электрическому сигналу, поступающему на вход его электронного блока управления.
Давление настройки предохранительного клапана 7 соответствует максимально допустимому значению давления в напорном канале 6 насоса 2 и, соответственно, в напорной гидролинии 8 блока регулирования давления.
По своему основному назначению клапан 7 предназначен для защиты блока регулирования давления в аварийных ситуациях (например, при выходе из строя регулятора давления насоса 2) от работы при давлении, превышающем максимально допустимое значение. В составе предлагаемого гидравлического блока регулирования давления клапан 7 в совокупности с клапаном 11 и гидрораспределителем 12 дополнительно служит для обеспечения регулирования давления в напорной гидролинии 8 по заданному закону в сторону уменьшения давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии (на чертеже гидродвигатель не показан).
Датчик давления 9 соединен с первым входным каналом блока управления 1, а электронный блок управления предохранительного клапана 11 и электромагнит гидрораспределителя 12 соединены соответственно с первым и вторым выходными каналами блока управления 1.
Блок управления 1 предназначен для обработки сигналов, формируемых обслуживающим персоналом, сигналов датчика давления 9 и формирования управляющих электрических сигналов для предохранительного клапана 11 и гидрораспределителя 12 в соответствии с вышеуказанными сигналами и введенным в блок программным обеспечением. В состав данного программного обеспечения входят, в частности, программы, определяющие законы изменения давления в напорной гидролинии 8 для различных условий использования блока регулирования давления.
Регулируемый насос 2 снабжен поршневым гидроцилиндром 13 двухстороннего действия с односторонним штоком, шток которого соединен с регулирующим органом насоса, и стандартным регулятором давления с дистанционным гидравлическим управлением, в состав которого входят трехлинейный двухпозиционный дросселирующий гидрораспределитель 14 с подпружиненным золотником и гидравлическим управлением и постоянный дроссель 15. При этом напорный канал насоса 2 соединен: со штоковой полостью гидроцилиндра 13, в которой установлена пружина сжатия, с полостью управления золотника гидрораспределителя 14, противоположной его пружинной полости, с напорным каналом гидрораспределителя 14 и через дроссель 15 с пружинной полостью гидрораспределителя 14 и с каналом управления 10 насоса. Исполнительный канал гидрораспределителя 14 соединен с поршневой полостью гидроцилиндра 13, а сливной канал гидрораспределителя 14 - с дренажным каналом 16 насоса, который в свою очередь соединен с гидробаком 5. В исходной позиции «а» золотника гидрораспределителя 14, которую он занимает под действием пружины, напорный канал гидрораспределителя 14 заперт, а его исполнительный и сливной каналы соединены между собой. При этом под действием своей пружины поршень гидроцилиндра 13 занимает положением, при котором объем его поршневой полости минимален, а регулирующий орган насоса 2, соединенный со штоком гидроцилиндра 9, занимает положение, при котором рабочий объем насоса 2 имеет максимальное значение. Во второй рабочей позиции «б» золотника гидрораспределителя 14, сливной канал гидрораспределителя 14 заперт, а его напорный и исполнительный каналы соединены между собой.
Напорная гидролиния 8 соединена с рабочей полостью гидродвигателя (на чертеже гидродвигатель не показан), в которой в процессе работы соответствующей машины должно осуществляться регулирование давления.
Гидравлический блок регулирования давления работает следующим образом.
На вход электронного блока управления предохранительного клапана 11 со стороны первого выходного канала блока управления 1 поступает управляющий электрический сигнал, определяющий текущее значение давления открытия проходного сечения клапана 11. Указанный управляющий сигнал формируется на основании программы, введенной в блок управления 1 (при работе блока регулирования давления в автоматическом режиме) или внешнего сигнала управления, формируемого обслуживающим персоналом (при работе блока регулирования давления в режиме ручного управления), и сигнала отрицательной обратной связи от датчика давления 9.
Если давление в напорной гидролинии 8, определяемое нагрузкой на выходном звене гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии (на чертеже гидродвигатель не показан), меньше текущего давления открытия проходного сечения предохранительного клапана 11, то проходное сечение указанного клапана закрыто. При этом течение рабочей жидкости через дроссель 15 отсутствует, вследствие чего перепад давления на дросселе 15 и, соответственно, в полостях управления золотника дросселирующего гидрораспределителя 14 равен нулю. Поэтому золотник гидрораспределителя 14 под действием пружины занимает свое исходное положение «я», показанное на чертеже. В данном случае поршневая полость гидроцилиндра 13 посредством гидрораспределителя 14 через дренажный канал 16 соединена с гидробаком 5. Под действием своей пружины и жидкости под давлением, находящейся в штоковой полости, поршень гидроцилиндра 13 занимает положение, при котором объем его поршневой полости минимален, а регулирующий орган насоса 2, соединенный со штоком гидроцилиндра 13, занимает положение, при котором рабочий объем насоса 2 и, соответственно, подача насоса имеют максимальные значения.
При превышении давлением в напорной гидролинии 8 текущего значения давления открытия проходного сечения предохранительного клапана 11 появляется течение рабочей жидкости при незначительной расходе (в силу относительно большого коэффициента гидравлического сопротивления дросселя 15) в гидробак 5 через дроссель 15, канал управления 10 и клапан 11. Причем расход жидкости через дроссель 15 тем больше, чем выше давление в напорной гидролинии 8. Из-за возникновения при этом перепада давления на дросселе 15, а тем самым и в полостях управления золотника гидрораспределителя 14 золотник последнего смещается в направлении пружинной полости, изменяя исходную коммутацию каналов данного гидрораспределителя на коммутацию, соответствующую второй рабочей позиции «б» золотника, в результате чего поршневая полость гидроцилиндра 13 соединяется с напорной гидролинией 8. Поскольку эффективная площадь поршня гидроцилиндра 13 со стороны его поршневой полости больше, чем со стороны штоковой полости, то результирующая сила давления жидкости на поршень оказывается направленной в сторону выдвижения штока. При выдвижении штока гидроцилиндра 13 происходит уменьшение рабочего объема насоса 2 и, соответственно, его подачи. При уменьшении подачи насоса 2 и прочих равных условиях давление в напорной гидролинии 8 несколько снижается и золотник гидрораспределителя 14 занимает положение, при котором обеспечивается уравновешивание всех сил, действующих на поршень со штоком гидроцилиндра 13 и на соединенный со штоком гидроцилиндра регулирующий орган насоса 2.
При уменьшении давления в напорной гидролинии 8 (при условии, что это давление превышает текущее значение давления открытия проходного сечения клапана 11) и прочих равных условиях происходит увеличение подачи насоса 2.
При нулевом расходе в напорной гидролинии 8, что соответствует нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии (на чертеже гидродвигатель не показан), регулирующий орган насоса 2 посредством гидроцилиндра 13 устанавливается в положение, при котором расход на выходе качающего блока насоса компенсирует перетечки через дроссель 15 и клапан 11. В силу малости расхода указанных перетечек потери мощности при работе блока регулирования давления на рассматриваемом режиме работы являются незначительными.
Таким образом, при работе регулятора давления насоса 2 давление в напорной гидролинии 8 поддерживается на уровне, определяемом текущим значением управляющего электрического сигнала, поступающего от блока управления 1 на вход электронного блока управления предохранительного клапана 11 и, соответственно, текущим значением давления открытия проходного сечения клапана 11, при изменении рабочего объема насоса 2 и его подачи от нуля до соответствующих максимальных значений.
При нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии 8 (на чертеже гидродвигатель не показан), увеличение управляющего электрического сигнала, поступающего от блока управления 1 на вход электронного блока управления предохранительного клапана 11, и, соответственно, увеличение давления открытия проходного сечения предохранительного клапана 11 влечет за собой соответствующее увеличение давления в напорной гидролинии 8 при некотором увеличении рабочего объема насоса 2. На начальном этапе переходного процесса увеличения давления в гидролинии 8 это происходит в основном для компенсации расхода рабочей жидкости, обусловленного сжимаемостью жидкости в напорной гидролинии 8 и рабочей полости гидродвигателя, присоединенной к ней (на чертеже гидродвигатель не показан), и податливостью стенок каналов, в которые заключена жидкость. По окончании переходного процесса увеличения давления в гидролинии 8 указанное увеличение рабочего объема насоса 2 связано с увеличением расхода перетечек рабочей жидкости через дроссель 15 и клапан 11.
При уменьшении на рассматриваемом режиме работы блока регулирования давления управляющего электрического сигнала, поступающего от блока управления 1 на вход электронного блока управления предохранительного клапана 11, и, соответственно, уменьшении давления открытия проходного сечения предохранительного клапана 11 и появлении отставания в уменьшении давления в напорной гидролинии 8 (в соответствии с сигналом, поступающим на первый входной канал блока управления 1 от датчика давления 9) от требуемого значения сверх предельно допустимой погрешности (в силу малости расхода перетечек через дроссель 15 и клапан 11) со второго выходного канала блока управления 1 подается управляющий электрический сигнал на электромагнит направляющего гидрораспределителя 12. В результате этого проходное сечение гидрораспределителя 12 открывается и напорный канал предохранительного клапана 11 соединяется с каналом управления предохранительного клапана 7. Благодаря такому соединению, клапаны 7 и 11 в совокупности начинают работать как предохранительный клапан непрямого действия с пропорциональным электрическим управлением (при этом клапан 11 выполняет функцию управляющего каскада клапана 11). Проходное сечение основного каскада клапана 7 открывается и через него осуществляется слив рабочей жидкости из напорной гидролинии 8 в гидробак 5 напрямую через клапан 11 (в дополнению к незначительному потоку жидкости через дроссель 15 и клапан 11) при расходе, обеспечивающем необходимый закон снижения давления в гидролинии 8. При этом рабочий объем насоса 2 остается близким к нулю, поскольку от насоса требуется лишь компенсация расхода перетечек через дроссель 15, которые при понижении давления в гидролинии 8 уменьшаются.
Как следует из вышеизложенного, предлагаемый гидравлический блок регулирования давления обеспечивает возможность регулирования давления в его напорной гидролинии по заданному закону в сторону уменьшения давления при нулевой скорости движения выходного звена гидродвигателя, подключенного к напорной гидролинии, что расширяет функциональные возможности блока.
Литературные источники
1. Система регулирования давления в гидроприводе: Авторское свидетельство SU №283164. МПК В21В 31/32. Заявлено 15.05.1969. Опубликовано 06.10.1970.
2. Система регулирования профиля полосы: Патент RU №2308335. МПК В21В 37/30. Заявлено 10.02.1998. Опубликовано 20.10.2007.