ПОЗИЦИОННЫЙ ГИДРОПРИВОД (ВАРИАНТЫ)
POSITION HYDRAULIC DRIVE (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к гидроприводам с дискретными позициями, и может быть использовано для осуществления линейного перемещения рабочего органа в устройствах управления транспортными и технологическими машинами.
Известен позиционный гидропривод с многоканальным гидродвигателем, который содержит один поршень и несколько каналов управления (рис. 5.3, с. 328, в кн. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. - М.: Машиностроение, 1991 г. ) - аналог.
Недостатком данного позиционного гидропривода является то, что число каналов управления (отверстий) соответствует числу позиций выходного звена. Так, чтобы обеспечить 20 позиций, гидропривод с многоканальным гидродвигателем должен содержать 20 каналов управления, каждый из которых содержит отверстие в стенке гидроцилиндра и гидрораспределитель.
Известен позиционный гидропривод, в котором поршневой гидроцилиндр разделен перегородкой на два равных рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком. Штоковые полости соединены с напорной магистралью напрямую, а поршневые полости - через редукционный клапан. В стенке гидроцилиндра каждого рабочего объема выполнены отверстия, соединенные со сливной магистралью через гидрораспределители. Шаг отверстий определяется из соотношения:
1
2
где h, h - шаг отверстий в стенке гидроцилиндра первого и второго рабочих объемов;
L - полный ход поршня в рабочем объеме;
n - натуральное число.
[Заявка: 93001846/29. Дата публикации заявки 11.01.1993] - прототип.
Недостатком данного позиционного гидропривода является дублирование отдельных позиций, что обусловлено условием выбора шага отверстий, соединенных со сливной магистралью. Например, при n=2 имеем позиции 7L/10+4L/8=1,2L и 2L/10+8L/8=1,2L, где цифра в числителе является номером отверстия, которым определяется размер позиции. Указанный недостаток уменьшает число оригинальных позиций гидропривода. Кроме того, выполнение отверстий в стенке гидроцилиндра может быть неприемлемым по конструктивным причинам, например, из-за снижения прочности гидроцилиндра.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей позиционного гидропривода путем исключения дублирования позиций за счет выбора условий для шага отверстий и повышения прочности гидроцилиндра за счет исключения отверстий в его стенке, соединенных со сливной магистралью через гидрораспределители.
Поставленная задача решается тем, что в позиционном гидроприводе, содержащим гидроцилиндр, разделенный перегородкой на два рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком, разделяющий рабочий объем на две полости, штоковые и поршневые полости соединены с напорной магистралью, поршневая полость соединена с напорной магистралью через редукционный клапан, согласно предложенному техническому решению в поршне со штоком выполнена полость, которая соединена со штоковой полостью через канал, внутри полости поршня со штоком размещен плунжер, жестко соединенный с перегородкой, и запорный элемент, жестко соединенный с поршнем и сопряженный по посадке с поверхностью плунжера, в плунжере выполнены каналы, причем число каналов в плунжере одного рабочего объема превышает число каналов в плунжере другого рабочего объема, входные отверстия каналов выполнены на поверхности плунжера по нескольким его образующим, выходные отверстия каналов выполнены на перегородке и соединены с магистралью слива через гидрораспределители, шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий каналов определяется из соотношения:
1
2
где h, h - шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий каналов на плунжере первого и второго рабочих объемов;
L - длина плунжера, в пределах которой выполнены входные отверстия каналов;
1
2
N, N - число каналов в плунжере первого и второго рабочих объемов;
кроме того позиционный гидропривод содержащий гидроцилиндр, разделенный перегородкой на два рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком, разделяющий рабочий объем на две полости, штоковые и поршневые полости соединены с напорной магистралью, поршневая полость соединена с напорной магистралью через редукционный клапан, может быть выполнен так, что, в поршне со штоком выполнена полость, которая соединена со штоковой полостью через канал, внутри полости поршня со штоком размещены плунжер, жестко соединенный с перегородкой, и запорный элемент, жестко соединенный с поршнем и сопряженный по посадке с поверхностью плунжера, в плунжере выполнены каналы, причем число каналов в плунжере одного рабочего объема равно числу каналов в плунжере другого рабочего объема, входные отверстия каналов выполнены на поверхности плунжера по нескольким его образующим, выходные отверстия каналов выполнены на перегородке и соединены с магистралью слива через гидрораспределители, шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий каналов определяется из соотношения:
1
2
где h, h - шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий каналов на плунжере одного и другого рабочих объемов;
L - длина плунжера, в пределах которой выполнены отверстия в одном рабочем объеме, равная максимальному ходу поршня;
ΔL - превышение длины плунжера в другом рабочем объеме;
N - число входных отверстий каналов на плунжере.
На фиг. 1 представлен предлагаемый позиционный гидропривод, в котором рабочие объемы имеют равную длину, а на фиг. 2 представлен гидропривод, рабочие объемы которого отличаются по длине.
Здесь обозначены: 1 - гидроцилиндр; 2 - перегородка, разделяющая гидроцилиндр на один рабочий объем 13, и другой рабочий объем 14. Конструкция рабочих объемов подобная, поэтому на фиг. 1 не показан разрез поршня и штока в рабочем объеме 14. Отличие рабочих объемов состоит в том, что число каналов в плунжере одного рабочего объема превышает число каналов в плунжере другого рабочего объема. В каждом рабочем объеме размещен поршень 4 со штоком 3. В поршне со штоком выполнена полость 17, которая каналом 11 соединена со штоковой полостью 15. В полости 17 размещен плунжер 5. Плунжер 5 жестко соединен с перегородкой 2. Полость 17 отделена от поршневой полости 16 запорным элементом 10, который жестко соединен с поршнем 4 и сопряжен по посадке с поверхностью плунжера 5. В плунжере 5 выполнены каналы 7, каждый канал начинается входным отверстием 6 и заканчивается выходным отверстием, выполненным в перегородке 2. На фиг. 1 и фиг. 2 каналы в плунжере показаны пунктиром, что указывает на их функцию в качестве управляющих каналов. Каналы подачи давления показаны непрерывными линиями. Гидрораспределители, соединяющие выходные отверстия каналов с магистралью слива, на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны.
Ввод рабочего тела в поршневые полости 16 рабочих объемов 13 и 14 выполнен через редукционный клапан 12 и отверстия 8. В полость 17 и штоковую полость 15 рабочее тело подается через отверстие 9. Направление подачи и слива рабочего тела указано стрелками.
Выполнение отверстий на плунжере, по нескольким образующим, исключает технологические ограничения, возникающие в случае, когда сумма диаметра отверстия и требуемого расстояния между краями двух отверстий превышает шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий.
В качестве примера выполнения гидропривода с отверстиями на плунжере по нескольким образующим рассмотрим гидропривод со следующими исходными данными. Заданное число отверстий в одном рабочем объеме 12, а в другом - 11, что соответствует 132 позициям гидропривода; длина максимального хода поршня в каждом рабочем объеме L=60 мм; диаметр входных отверстий каналов d=3 мм; технологический минимальный шаг между центрами отверстий не менее 6 мм. Вопрос о размещении отверстий на плунжере может быть решен следующим образом.
Шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий в первом и втором рабочих объемах согласно условию
В рабочем объеме 13 разместить 12 отверстий, в пределах длины максимального хода поршня L=60 мм по одной образующей гидроцилиндра с шагом равным 6 мм, невозможно.
Для сохранения шага, между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий, равным расчетным значениям 5,454 мм для объема 13 и 6 мм для объема 14 с исключением вышеуказанных технологических ограничений, отверстия выполнены тремя группами.
По первой образующей плунжера в каждом рабочем объеме выполнено два отверстия с шагом 60 мм. По второй образующей плунжера в рабочем объеме 13 (для обеспечения шага между сечениями, равного 5,454 мм) выполнено 5 отверстий с шагом 10,91 мм. По третьей образующей плунжера в рабочем объеме 13 выполнено 4 отверстия с шагом 10,91 мм. В рабочем объеме 14 отверстия допустимо разместить по одной образующей. Однако для обеспечения конструктивной идентичности плунжеров целесообразно выполнить отверстия аналогично тому, как это выполнено в рабочем объеме 13. При этом, по второй и третьей образующей выполнено по 5 отверстий с шагом 12 мм. В каждом сечении плунжера выполнено только одно отверстие.
В качестве примера выполнения гидропривода во втором варианте с отверстиями на плунжере по нескольким образующим рассмотрим гидропривод со следующими исходными данными. Заданное число отверстий в каждом рабочем объеме 16, что соответствует 256 позициям гидропривода; длина максимального хода поршня в одном рабочем объеме L+ΔL=62 мм, а другом - L=58 мм; диаметр входных отверстий каналов d=3 мм; технологический минимальный шаг между центрами отверстий не менее 6 мм. Вопрос о размещении отверстий на плунжере может быть решен следующим образом.
Шаг между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий в первом и втором рабочих объемах согласно условию
В рабочих объемах 13 и 14 разместить по 16 отверстий по одной образующей гидроцилиндра с шагом равным 6 мм, в пределах длины максимального хода поршня, невозможно.
Для сохранения шага, между сечениями плунжера перпендикулярными его осевой линии и проходящими через центры входных отверстий, равным расчетным значениям 3,866 мм для объема 13 и 4,133 мм для объема 14 для выполнения вышеуказанных технологических ограничений, отверстия выполнены тремя группами.
По первой образующей плунжера в рабочем объеме 13 выполнено два отверстия с шагом 58 мм. По второй и третьей образующей плунжера в рабочем объеме 13 выполнено по семь отверстий с шагом 7,334 мм. В рабочем объеме 14 по первой образующей плунжера выполнено два отверстия с шагом 62 мм. По второй и третьей образующей плунжера в рабочем объеме 14 выполнено по семь отверстий с шагом 8,267 мм.
Позиционный гидропривод работает следующим образом. Позиция поршня со штоком зависит от номера канала, соединенного, в рассматриваемый момент времени, посредством гидрораспределителя с магистралью слива. При соединении входного отверстия одного из каналов с магистралью слива происходит снижение давления в штоковой полости 15.
1
2
2
Так как полость 17 через канал 11 постоянно соединена со штоковой полостью 15, то давление рабочего тела в указанных полостях изменяется одновременно. При соответствующем выборе сечений каналов 9 и 11 поршень 4 со штоком 3 перемещается в сторону входного отверстия соответствующего канала. Равновесие сил, действующих на поршень 4 наступит в момент, когда запорный элемент 10, соединенный жестко с поршнем 4 перекроет отверстие 6, соединенное с магистралью слива. Если поршень находится не в нулевой позиции, т.е. шток выдвинут из гидроцилиндра, то соединение отверстия канала на плунжере с магистралью слива, находящегося в полости 16, вызовет снижение давления в поршневой полости, при этом поршень со штоком возвратится внутрь гидроцилиндра, перекрывая указанное выше отверстие. За счет независимой работы в двух рабочих объемах, происходит суммирование позиций двух штоков, что обеспечивает N×N позиций гидропривода в первом варианте и N позиций гидропривода во втором варианте.
Данный позиционный гидропривод является промышленно применимым, т.к. может применяться в качестве промежуточного звена линейного перемещения в манипуляторе.