ШАГОВЫЙ ГИДРОПРИВОД С ОБЪЕМНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ
STEP HYDRAULIC DRIVE WITH VOLUME DOSING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводных устройствах технологического оборудования.
Уровень техники
Известен шаговый привод подач (а.с. СССР №572588, опубл. 15.09.1977), который включает гидродвигатель, шаговый электродвигатель, кинематически связанный с ним дросселирующий распределитель, вращающийся во втулке, которая жестко связана с выходным валом гидродвигателя, и гидрораспределитель. Отвод и подвод жидкости к дросселирующему гидрораспределителю производится через рабочие щели со стороны напорной гидролинии, а отвод - через другие щели со стороны сливной гидролинии. Гидродвигатель связан с дросселирующим гидрораспределителем каналами и гидролиниями через гидрораспределитель.
Основными недостатками привода являются:
– зависимость выходной величины от изменения нагрузки на валу гидродвигателя, так как жидкость дросселируется через рабочие окна дросселирующего гидрораспределителя;
– область применения, ограниченная роторными гидродвигателями (гидромоторами), невозможность применения с гидродвигателями поступательного действия (гидроцилиндрами);
– ограничение по взаимному расположению гидродвигателя и управляющего шагового электродвигателя, вызванное необходимостью кинематической связи между ними.
Известно гидравлическое частотно-импульсное приводное устройство (а.с. СССР №322529, опубл. 1971 г.), включающее дозаторы, установленные в напорной и сливной магистралях исполнительного механизма и управляемые интерполятором. Устройство включает подключенные к входам тиристорные блоки управления, делителем входных импульсов между этими блоками.
Недостатками устройства являются:
– сложность конструкции для обеспечения работы при значительных нагрузках;
– погрешности формирования импульсов расхода, вызванные работой гидрораспределителей, входящих в устройство.
Близким по технической сущности является шаговый привод с объемным дозированием (RU 2347953 С1, опубл. 25.12.2006), содержащий исполнительный механизм, связанный с золотником реверса, неподвижный корпус дозатора с каналами, гидравлически связанными с золотником реверса, а также с источником питания и сливом, жестко связанную с валом двигателя и установленную в корпусе с возможностью вращения пробку дозатора, в которой выполнены радиальные каналы с поршнями, размещенными в разнесенных по оси радиальных каналах пробки с возможностью перемещения в последних.
Недостатками устройства являются:
– последовательное прохождение потока через три дозирующих устройства, причем, единожды на подаче и дважды на сливе, что создает переопределение системы и может привести к рассогласованию работы устройства, кроме того приводит к потерям давления, нагреву рабочей жидкости, увеличению стоимости гидроаппаратуры;
– область применения, ограниченная гидродвигателями с равными расходами жидкости на входе и выходе, что делает невозможным применение с одноштоковыми гидроцилиндрами, затрудняет применение гидродвигателей, в которых расходы на подаче и сливе отличаются за счет внутренних перетечек, отводимых дренажными системами;
- в каналах ротора отсутствуют ограничители хода, разделение потока осуществляется только за счет сопряжения поршня, выполняющего функцию разделительного элемента, и канала. Т.к. это сопряжение подвижное, и чтобы поршень мог двигаться по каналу, необходим зазор в сопряжении, поэтому герметичность не обеспечивается, в статическом режиме неизбежно происходят значительные перетечки.
– внутренние перетечки, происходящие в золотнике реверса, делают невозможным удержание выходного звена исполнительного механизма в статическом состоянии под нагрузкой, а также формируют погрешность управления скоростью и перемещением выходного звена исполнительного механизма, что особенно проявляется при малых скоростях;
– наличие в корпусе дозатора промежуточного канала, соединяющего продольные каналы, обуславливает боковое усилие, прижимающее пробку к противоположной стороне корпуса, что создает сопротивление вращению пробки и увеличивает износ.
Раскрытие изобретения
Техническая задача заключается в создании устройства простого, обеспечивающего снижение износа, снижение внутренних перетечек и погрешностей управления движением исполнительного механизма, снижение потерь давления, исключающего последовательное многократное дозирование потока, обеспечивающего статическое удержание гидродвигателя под нагрузкой, способного работать с любыми типами гидродвигателей.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении эффективности и надежности работы привода, исключении последовательного многократного дозирования потока, снижении потерь давления, возможности применения устройства с любыми типами исполнительных механизмов, возможности статического удержания привода под нагрузкой, исключении влияния внутренних перетечек в золотнике реверса на положение исполнительного механизма, снижении погрешностей управления скоростью и перемещением выходного звена исполнительного механизма, снижении износа.
Технический результат достигается за счет того, что шаговый гидропривод с объемным дозированием содержит источник питания, золотник реверса, исполнительный механизм, объемный дозатор, состоящий из неподвижного корпуса с радиальными каналами и ротора с приводом вращения, установленного в неподвижном корпусе, причем в роторе дозатора расположено одно объемное дозирующее устройство, расположенное в сквозном радиальном канале ротора, выполненное из разделительного элемента и двух ограничителей хода, при этом объемный дозатор размещен между золотником реверса и исполнительным механизмом, при этом объемный дозатор и исполнительный механизм расположены последовательно в одной гидролинии.
Ограничители хода жестко установлены в краях сквозного радиального канала ротора.
В каждом ограничителе хода имеется внутреннее круглое отверстие, расположенное концентрично радиальному каналу ротора.
Разделительный элемент выполнен в форме шара.
При контакте ограничителей хода с разделительным элементом в крайних положениях последнего, ограничители хода и разделительный элемент выполняют функцию обратного клапана.
Неподвижный корпус объемного дозатора выполнен с двумя радиальными каналами.
Исполнительный механизм представляет собой механизм одностороннего или двухстороннего действия.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Схема шагового гидропривода с объемным дозированием с исполнительным механизмом двухстороннего действия
Фиг.2 - Схема шагового гидропривода с объемным дозированием с исполнительным механизмом одностороннего действия
На чертежах позициями обозначены следующие элементы:
1 - источник питания;
2 - золотник реверса;
3 – напорная гидролиния;
4 – сливная гидролиния;
5 – выходные гидролинии;
6 – объемный дозатор;
7 – исполнительный механизм;
8 – корпус дозатора;
9 – радиальные каналы корпуса;
10 – ротор дозатора;
11 – радиальный канал ротора;
12 – ограничители хода;
13 – разделительный элемент;
14 – дозирующее устройство.
Осуществление изобретения
Шаговый гидропривод с объемным дозированием содержит, связанные между собой посредством гидролиний, источник питания, золотник реверса, объемный дозатор и исполнительный механизм.
Объемный дозатор предназначен для дискретного регулирования скорости и величины перемещений выходных звеньев исполнительного механизма, размещен между золотником реверса и исполнительным механизмом, в одной гидролинии с исполнительным механизмом, состоит из неподвижного корпуса с двумя радиальными каналами и осевым отверстием, ротора с приводом вращения, одним сквозным радиальным каналом и одним дозирующим устройством.
Дозирующее устройство расположено в сквозном радиальном канале ротора и состоит из разделительного элемента и двух ограничителей хода.
Золотник реверса гидравлически связан с источником питания посредством напорной и сливной гидролиний, выходные гидролинии золотника реверса гидравлически связаны с одним из радиальных каналов корпуса дозатора и одной из гидролиний исполнительного механизма, второй радиальный канал корпуса дозатора гидравлически связан с исполнительным механизмом. В осевом отверстии неподвижного корпуса дозатора с возможностью вращения установлен ротор с приводом. В сквозном радиальном канале ротора с возможностью перемещения по оси канала расположен разделительный элемент и в краях сквозного радиального канала ротора жестко установлены ограничители хода, разделительный элемент делит радиальное отверстие ротора на две герметично разделенные полости.
Исполнительный механизм может представлять собой, например, гидромотор или гидроцилиндр одностороннего или двухстороннего действия.
Шаговый гидропривод с объемным дозированием характеризуется наличием следующих существенных отличительных признаков:
– на пути потока рабочей жидкости имеется только одно дозирующее устройство, расположенное в роторе объемного дозатора, исключающее последовательное многократное дозирование потока и снижающее потери давления;
– в краях радиального канала ротора жестко установлены два ограничителя хода, в каждом из которых имеется внутреннее круглое отверстие, расположенное концентрично радиальному каналу ротора;
– разделительный элемент выполнен в форме шара. Шаровидная форма разделительного элемента обеспечивает хорошее центрирование разделительного элемента при запирании отверстия;
– при контакте ограничителей хода с разделительным элементом в крайних положениях последнего, ограничители хода и разделительный элемент выполняет функцию обратного клапана;
– обеспечение возможности статического удержания исполнительного механизма под нагрузкой за счет запирания потока в дозирующем устройстве при остановке;
– объемный дозатор размещен в одной гидролинии с исполнительным механизмом и размещен между золотником реверса и исполнительным механизмом, что исключает влияние внутренних перетечек в золотнике реверса на положение исполнительного механизма.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены схемотехнические решения шагового гидропривода с объемным дозированием.
Привод включает: источник питания 1; золотник реверса 2 с напорной 3, сливной 4 и выходными 5 гидролиниями, дозатор 6 и исполнительный механизм 7; в дозатор 6 входят: неподвижный корпус 8 с радиальными каналами 9, ротор 10 с приводом вращения (привод вращения не показан), радиальным каналом 11 и дозирующим устройством 14, расположенным в радиальном канале ротора. В дозирующее устройство входят: ограничители хода 12 и разделительный элемент 13.
Шаговый гидропривод с объемным дозированием работает следующим образом.
Гидравлическая система предварительно заполняется рабочей жидкостью. Ротор 10 дозатора 6 вращается в неподвижном корпусе 8. При вращении ротора 10 его полости, расположенные по разные стороны от разделительного элемента 13, периодически соединяются с радиальными каналами 9 корпуса 8, а через них поочередно, то с гидролинией 5 золотника 2, то с исполнительным механизмом 7. Под действием давления рабочей жидкости разделительный элемент 13 совершает возвратно-поступательное движение между ограничителями хода 12, при каждом движении одна полость заполняется рабочей жидкостью, а из другой полости вытесняется фиксированный единичный объем  жидкости, равный:
,
где  – это диаметр радиального канала 11 ротора 10, а  – длина хода разделительного элемента 13 в радиальном канале 11 ротора 10.
Расход  жидкости, проходящей через дозатор 6 определяется единичным объемом  и частотой  вращения ротора: .
Объем  рабочей жидкости, подаваемой к исполнительному механизму, определяется единичным объемом  и углом  поворота ротора: .
В отличии от наиболее близкого аналога, где в каналах ротора отсутствуют ограничители хода, в заявленном решении разделительный элемент 13 в крайних положениях упирается в кромку внутреннего отверстия ограничителя хода 12 и запирает поток, выполняя функцию обратного клапана. Запирание потока обеспечивается за счет контакта шаровидной формы разделительного элемента 13 и круглой формы внутреннего отверстия ограничителя хода 12, тем самым обеспечивая герметичность и исключение значительных перетечек в статическом режиме.
При прямом ходе привода жидкость от источника питания 1 через золотник реверса 2 поступает в дозатор 6. Далее, в случае с исполнительным механизмом двухстороннего действия (Фиг. 1), рабочая жидкость из исполнительного механизма 7 через золотник реверса 2 возвращается в источник питания 1, а, в случае с исполнительным механизмом одностороннего действия (Фиг. 2), рабочая жидкость накапливается в полостях исполнительного механизма. При этом регулирование движения происходит за счет управления расходом рабочей жидкости на входе в исполнительный механизм.
При обратном ходе привода жидкость из исполнительного механизма 7 через дозатор 6 и золотник реверса 2 возвращается в источник питания 1. При этом дозатор 6 создает подпор на выходе из исполнительного механизма, регулирование движения происходит за счет управления расходом рабочей жидкости в сливной гидролинии.
При статическом удержании привода под нагрузкой разделительный элемент 13 упирается в ограничитель хода 12 и обеспечивает, таким образом, запирание потока непосредственно в гидролинии питания исполнительного механизма 7, что исключает влияние внутренних перетечек в золотнике реверса 2 на положение исполнительного механизма 7.