ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МАШИНЫ И МАШИНА
MACHINE HYDRAULIC SYSTEM AND MACHINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к гидравлической системе, в частности к автономной гидравлической системе чувствительной к нагрузке, и машине, содержащей такую гидравлическую систему.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как правило, машины, такие как колесные погрузчики, экскаваторы, бульдозеры, грейдеры или тяжелые машины других типов выполняют различные операции с помощью нескольких приводов, на которые подается рабочая жидкость от одного или нескольких гидронасосов машин. Существующие в настоящее время гидравлические системы главным образом включают в себя: автономные системы сдвоенного гидронасоса постоянной производительности, системы образования единого потока сдвоенного гидронасоса постоянной производительности, автономные системы сдвоенного гидронасоса переменной производительности и т.д. Данные гидравлические системы обладают следующими недостатками: автономные системы сдвоенного гидронасоса постоянной производительности, системы образования единого потока сдвоенного гидронасоса постоянной производительности не являются энергосберегающими системами, особенно в случае простоя машины, и представляют собой системы теряющие мощность при противодавлении на постоянных или переменных оборотах двигателя машины, в то время как автономные системы сдвоенного гидронасоса переменной производительности довольно затратны и имеют сложную систему управления с чрезвычайно высокими требованиями к чистоте масла при работе в тяжелых условиях, что создает проблему обеспечения чистоты масла.
Кроме того, использование автономной гидравлической системы чувствительной к нагрузке с гидрораспределителем с открытым центром известно из предшествующего уровня техники, когда используется система с гидронасосом переменной производительности для гидросистемы рулевого управления и гидронасос постоянной производительности для гидросистемы рабочего оборудования. Гидравлическая система использует способ гидравлического управления, дающий приоритет рулевому управлению, когда в момент рулевого управления машиной, гидронасос переменной производительности отдает приоритет подаче масла в гидросистему рулевого управления и, когда машина не управляется, то, по меньшей мере, часть рабочей жидкости, выходящей из гидронасоса переменной производительности, может образовывать единый поток с рабочей жидкостью, выходящей из гидронасоса постоянной производительности, и подаваться в гидросистему рабочего оборудования для обеспечения более эффективного функционирования рабочих орудий. Тем не менее, недостатком автономной гидравлической системы чувствительной к нагрузке является генерация более громкого шума при неожиданном прекращении внешней нагрузки на машину, например, подъеме стрелы, что является нежелательным для оператора машины.
Настоящее изобретение предназначено для преодоления одного или нескольких из указанных выше проблем и/или других проблем в известном уровне техники.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к гидравлической системе для машины, гидравлической системе включающей в себя: гидросистему рулевого управления; гидросистему рабочего оборудования; гидронасос переменной производительности для подачи гидравлической жидкости в гидросистему рулевого управления; и гидронасос постоянной производительности для подачи гидравлической жидкости в гидросистему рабочего оборудования, где гидравлическая система далее включает в себя перепускной клапан, находящийся в жидкостной связи с выходом гидронасоса переменной производительности.
В одном варианте осуществления, гидравлическая система включает в себя: селективный клапан с двумя входными отверстиями, принимающими силовую обратную связь по давлению от гидросистемы рулевого управления и обратную связь по давлению от гидросистемы рабочего оборудования соответственно; при этом наибольшее из двух обратных давлений является выходным давлением из выходного отверстия, где перепускной клапан включает в себя первое отверстие управления давлением, находящееся в жидкостной связи с выходом гидронасоса переменной производительности и второе отверстие управления давлением, находящееся в жидкостной связи с выходным отверстием селективного клапана.
Перепускной клапан имеет закрытое положение и открытое положение, и  переключается с закрытого положения в открытое положение, когда выходное давление из выходного отверстия селективного клапана приближается к нулю, сбрасывая выходное давление гидронасоса переменной производительности. Данным способом может быть значительно снижен шум, создаваемый во время работы машины.
В одном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к машине, содержащей данную гидравлическую систему.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет описано подробно со ссылкой на схематические чертежи. Чертежи и соответствующие варианты осуществления предназначены только для иллюстрации и не должны рассматриваться как ограничение объема данного изобретения, где:
На РИС. 1 схематически показана гидравлическая система по настоящему изобретению;
На РИС. 2 показан приоритетный клапан, используемый в гидравлической системе с РИС. 1;
На РИС. 3 представлено еще одно схематическое изображение гидравлической системы согласно настоящему изобретению;
и
На РИС. 4 представлен частичное схематическое изображение гидравлической системы согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На РИС. 1 схематично показана гидравлическая система 10 согласно настоящему изобретению для машины, такой как колесный погрузчик; гидравлическая система 10, как показано на РИС. 3, включающая в себя: гидросистему рулевого управления 11 и гидросистему рабочего оборудования 12. Гидросистема рулевого управления 11 включает в себя: гидронасос переменной производительности 14 для забора рабочей жидкости из масляного бака 21 и подачи рабочей жидкости в гидравлический цилиндр (именуемый в дальнейшем "рулевой гидроцилиндр") машины, который управляет рулевым устройством 22 (например, колесом) и машиной. Гидросистема рабочего оборудования 12 включает в себя гидронасос постоянной производительности 16 для забора рабочей жидкости из масляного бака 21 и подачи рабочей жидкости в гидравлический цилиндр (именуемый в дальнейшем "рабочий гидравлический цилиндр") машины, который управляет рабочим орудием 26 для выполнения различных операций. Выполнение работы осуществляется ковшом, вилочным устройством, толкающим устройством, режущим устройством, лопатой, отвалом снегоочистителя или любыми другими орудиями, известными в данной области техники для выполнения работ. Выполнение работы орудиями, приводимыми в действие рабочей жидкостью, подразумевает различные действия, например, подъем, наклон, поворот, вращение, качание или любые другие известные движения в данной области техники.
Как показано на РИС. 1, гидронасос постоянной производительности 16 находится в жидкостной связи с рабочим гидроцилиндром через гидрораспределитель с открытым центром 24 так, что рабочая жидкость, забранная из масляного бака 21 гидронасосом постоянной производительности 16, может приводить в действие рабочее орудие 26, для выполнения желаемого действия. Кроме того, рабочая жидкость может вернуться в масляный бак 21 из рабочего гидроцилиндра через гидрораспределитель с открытым центром 24.
Выход гидронасоса переменной производительности 14 находится в жидкостной связи с приоритетным клапаном 13. Гидронасос переменной производительности 14 находится в избирательной жидкостной связи с гидросистемой рулевого управления 11 и гидросистемой рабочего оборудования 12 через приоритетный клапан 13, выполненный таким образом, что при работе гидросистемы рулевого управления 11 подача в нее рабочей жидкости гидронасосом переменной производительности 14 является приоритетной. Кроме того, приоритетный клапан 13 выполнен таким образом, что при работе гидросистемы рабочего оборудования 12, по меньшей мере, часть рабочей жидкости, поданная гидронасосом переменной производительности 14, и гидравлическая жидкость, поданная гидронасосом постоянной производительности 16, образуют единый поток и подаются в гидросистему рабочего оборудования 12.
На РИС. 2 представлено подробное схематическое изображение приоритетного клапана 13, который имеет входное отверстие 130 и два выходных отверстия 131, 132, где выход гидронасоса переменной производительности 14 находится в жидкостной связи с входным отверстием 130 приоритетного клапана 13, а выходное отверстие 131 приоритетного клапана 13, через обратный клапан 17, находится в жидкостной связи входным отверстием клапана последовательности 18 и в жидкостной связи с рабочим гидравлическим цилиндром, который управляет рабочим орудием 26 через гидрораспределитель с открытым центром 24. Другое выходное отверстие 132 приоритетного клапана 13 находится в жидкостной связи с рулевым гидроцилиндром, который управляет рулевым устройством 22. Когда входное отверстие 130 приоритетного клапана 13 находится в жидкостной связи с выходным отверстием 132, рабочая жидкость, отобранная из масляного бака 21 гидронасоса переменной производительности 14, может подаваться в рулевой гидроцилиндр машины через приоритетный клапан 13, приводя в действие рулевое устройство 22 и достигая желаемого действия рулевого управления. Более того, рабочая жидкость может возвращаться от рулевого гидроцилиндра в масляный бак 21.
Приоритетный клапан 13, помимо входного отверстия 130 и двух выходных отверстий 131, 132 далее включает в себя отверстие 133 LS, предназначенное для приема сигнала силовой обратной связи по давлению LS от гидросистемы рулевого управления 11 во время работы последней. Сигнал силовой обратной связи по давлению LS от гидросистемы рулевого управления 11 может поступать в отверстие 133 LS по каналу управления 28. Приоритетный клапан 13 дополнительно содержит сердечник клапана и пружину 5, смещающую сердечник клапана вправо на РИС. 2. Когда рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 поступает на входное отверстие 130, то она в основном подается в выходное отверстие 132 через сердечник клапана. Когда рулевое устройство 22 не работает и выходное отверстие 132 находится в закрытом состоянии, а давление на отверстии 133 LS равно нулю, то рабочая жидкость действует на правый торец сердечника клапана, преодолевая смещающее усилие, приложенное на сердечник клапана под действием пружины 5, и смещает сердечник клапана влево на РИС. 2, образуя жидкостную связь входного отверстия 130 приоритетного клапана 13 с выходным отверстием 131. В этом случае рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 перетекает в обратный клапан 17 через приоритетный клапан 13, а клапан последовательности 18 открывается, так что рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 и рабочая жидкость из гидронасоса постоянной производительности 16 вместе подаются в гидросистему рабочего оборудования 12, а два гидронасоса 14 и 16 работают совместно, объединяя потоки и повышая эффективность гидравлической системы 10.
Как показано на РИС. 1 и 3, гидравлическая система 10 в соответствии с настоящим изобретением, дополнительно содержит селективный клапан 15, который, как известно в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, включает в себя два входных отверстия и выходное отверстие. Первое входное отверстие 151 селективного клапана 15 находится в жидкостной связи с гидросистемой рулевого управления 11 и принимает сигнал силовой обратной связи по давлению LS от гидросистемы рулевого управления, а второе входное отверстие 152 находится в жидкостной связи с гидросистемой рабочего оборудования 12 и принимает сигнал по давлению от гидросистемы рабочего оборудования. Выходное отверстие 153 селективного клапана 15 находится в жидкостной связи с регулирующим клапаном 19 гидронасоса переменной производительности 14, передает сигнал по давлению, полученный от гидронасоса переменной производительности 14, и толкает наклонную шайбу гидронасоса переменной производительности 14, управляя тем самым работой гидронасоса переменной производительности 14. Если работает только одна гидросистема рулевого управления 11, то ее сигнал силовой обратной связи по давлению LS может передаваться в гидронасос переменной производительности 14 селективным клапаном 15. Если работает только одна гидросистема рабочего оборудования 12, то ее сигнал по давлению может передаваться в гидронасос переменной производительности 14 селективным клапаном 15. Если одновременно работают гидросистема рулевого управления 11 и гидросистема рабочего оборудования 12, то их сигналы по давлению оказывают одновременное воздействие на два входных отверстия селективного клапана 15, при этом сигнал с наибольшим давлением передается в гидронасос переменной производительности 14. В частности, как показано на Рис. 3, выход гидронасоса переменной производительности 14 также находится в жидкостной связи с регулирующим клапаном 19 и когда давление на выходе из гидронасоса переменной производительности 14 становится достаточно большим, оно нарушает равновесие регулирующего клапана 19 и преодолевает его запас по давлению Δ p, тогда регулирующий клапан 19 открывает канал, ведущий к камере управления 20 гидронасоса переменной производительности 14, толкает наклонную шайбу камеры управления гидронасоса переменной производительности 14 и изменяет угол поворота наклонной шайбы, регулируя тем самым расход на выходе гидронасоса переменной производительности 14.
Когда машина осуществляет операции рулевого управления, то выходное отверстие 132 приоритетного клапана 13 находится в жидкостной связи с рулевым гидроцилиндром, который управляет рулевым устройством 22, а рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 подается в рулевой гидроцилиндр для управления машиной. Силовая обратная связь по давлению LS от рулевого устройства 22 через гидравлический дроссельный клапан воздействует на левый торец сердечника приоритетного клапана 13 через отверстие 133 LS приоритетного клапана 13. При большом числе оборотов рулевого устройства 22, ведущем к достаточно большой силовой обратной связи по давлению LS, сердечник приоритетного клапана 13 движется вправо на РИС. 2. В этом случае входное отверстие 130 приоритетного клапана 13 находится в жидкостной связи с выходным отверстием 132. Рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 подается в гидросистему рулевого управления 11, достигая желаемого действия рулевого управления.
Следует понимать, что приоритетный клапан 13 может представлять собой пропорциональный клапан с сердечником, способный перемещаться пропорционально разности давлений и воздействовать на торцы сердечника клапана. В результате, при изменении силовой обратной связи по давлению LS от рулевого устройства 22, рабочая жидкость, отобранная гидронасосом переменной производительности 14, распределятся между выходными отверстиями 131 и 132 приоритетного клапана 13. Таким образом, часть рабочей жидкости из гидронасоса переменной производительности 14 подается в гидросистему рулевого управления 11, а другая часть, по мере необходимости, подается в гидросистему рабочего оборудования 12 вместе с рабочей жидкостью из гидронасоса постоянной производительности 16.
Далее, со ссылкой на РИС. 4, гидравлическая система 10 в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит перепускной клапан 30, находящийся в жидкостной связи с выходом гидронасоса переменной производительности 14. Перепускной клапан 30 по варианту осуществления на РИС. 4 представляет собой двухходовой двухпозиционный клапан, имеющий закрытое положение и открытое положение, а его входное отверстие находится в жидкостной связи с выходом гидронасоса переменной производительности 14.
Перепускной клапан 30 содержит пружину 301, которая смещает сердечник перепускного клапана 30 в направлении закрытия. Перепускной клапан 30 дополнительно содержит первое отверстие 302 управления давлением, находящееся в жидкостной связи с выходом гидронасоса переменной производительности 14, и второе отверстие 303 управления давлением, находящееся в жидкостной связи с выходным отверстием 153 селективного клапана 15. Давление обратной связи из выходного отверстия 153 селективного клапана 15 действует совместно с пружиной 301, удерживая перепускной клапан 30 в закрытом положении. Когда выходное давление рабочей жидкости из отверстия 153 селективного клапана 15 приближается к нулю, например, когда неожиданно прекращается внешняя нагрузка на машину (например, неожиданно прекращается подъем или опускание стрелы погрузчика), то гидравлическое давление, действующее на рабочую жидкость в первом отверстии 302 управления давлением, преодолевает смещающее усилие пружины 301, а давление обратной связи во втором отверстии 303 управления давлением, переключает перепускной клапан 30 из закрытого положения в открытое положение, понижая давление на выходе гидронасоса переменной производительности 14, сбрасывая, таким образом, пиковое выходное давление гидронасоса переменной производительности 14. Таким образом, значительно снижается шум, создаваемый во время работы машины.
Следует понимать, что это конструкторский замысел, т.е. снижение шума с помощью перепускного клапана 30, не ограничивается представленной здесь гидравлической системой 10 и может быть применен к любым другим подходящим гидравлическим системам.
Предпочтительным является выполнение приоритетного клапана 13, обратного клапана 17, клапана последовательности 18 и селективного клапан 15 в виде блока сменных клапанов, сохраняя компоновочное решение гидравлической системы 10.
Ниже приводится подробное описание различных условий эксплуатации гидравлической системы 10.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Когда гидросистема рулевого управления 11 машины не работает, а работает только гидросистема рабочего оборудования 12, то сигнал силовой обратной связи по давлению, действующий на первое входное отверстие 151 селективного клапана 15, равен нулю, при этом селективный клапан 15 передает сигнал давления от гидросистемы рабочего оборудования 12 на гидронасос переменной производительности 14, активируя его. В этом случае силовая обратная связь по давлению LS на отверстии 133 LS приоритетного клапана 13 также равна нулю, а давление рабочей жидкости, приложенное к правому торцу сердечника приоритетного клапана 13, преодолевает усилие пружины 5, действуя на сердечник клапана таким образом, что сердечник смещается влево на РИС 2, а между входным отверстием 130 и выходным отверстием 131 образуется жидкостная связь. Рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 через обратный клапан 17 и клапан последовательности 18 образует единый поток с рабочей жидкостью из гидронасоса постоянной производительности 16 и подается в рабочий гидроцилиндр, управляющий рабочим орудием 26, через гидрораспределитель с открытым центром 24, подавая, таким образом, рабочую жидкость в гидросистему рабочего оборудования от гидронасоса постоянной производительности 16 и гидронасоса переменной производительности 14.
Когда гидросистема рабочего оборудования 12 не работает, а работает только гидросистема рулевого управления 11, то сигнал силовой обратной связи по давлению, действующий на второе входное отверстие 152 селективного клапана 15 равен нулю, при этом селективный клапан 15 передает сигнал силовой обратной связи по давлению LS из гидросистемы рулевого управления 11 в гидронасос переменной производительности 14, активируя его. Между тем, силовая обратная связь по давлению LS из гидросистемы рулевого управления 11 и пружина 5 приоритетного клапана 13 вместе смещают сердечник приоритетного клапана 13 вправо на РИС. 2, образуя жидкостную связь между входным отверстием 130 и выходным отверстием 132 приоритетного клапана 13, а рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 подается в гидросистему рулевого управления 11, достигая желаемого действия рулевого управления.
При одновременной работе гидросистемы рулевого управления 11 и гидросистемы рабочего оборудования 12 машины сигнал силовой обратной связи по давлению LS из гидросистемы рулевого управления 11 воздействует на первое входное отверстие 151 селективного клапана 15, а сигнал давления из гидросистемы рабочего оборудования 12 воздействует на второе входное отверстие 152 селективного клапана 15. Сигнал с наибольшим давлением передается на гидронасос переменной производительности 14 посредством селективного клапана 15 и активирует гидронасос переменной производительности 14. Между тем, сердечник приоритетного клапана 13 перемещается под совместным воздействием пружины 5, силовой обратной связи по давлению LS из гидросистемы рулевого управления 11 и рабочей жидкости из гидронасоса переменной производительности 14 таким образом, что часть рабочей жидкости из гидронасоса переменной производительности 14 в основном подается в гидросистему рулевого управления 11, достигая желаемого действия рулевого управления, в то время как остальная часть рабочей жидкости, после образования единого потока с рабочей жидкостью из гидронасоса постоянной производительности 16, подается в гидросистему рабочего оборудования 12.
Когда машина находится в эксплуатационной готовности, то не работают гидросистема рулевого управления 11 и гидросистема рабочего оборудования 12. В этом случае гидросистемой рулевого управления не подается сигнал силовой обратной связи по давлению LS, а входное отверстие 130 и выходное отверстие 132 приоритетного клапана 13 образуют между собой жидкостную связь. Рабочая жидкость из гидронасоса переменной производительности 14 подается в клапан последовательности 18 через приоритетный клапан 13 и обратный клапан 17. Рабочая жидкость в гидросистеме рабочего оборудования 12 возвращается непосредственно в масляный бак 21, что приводит к низкому давлению в контуре гидросистемы рабочего оборудования 12 и закрытию клапана последовательности 18, а рабочая жидкость, подаваемая гидронасосом переменной производительности 14, поступает в регулирующий клапан 19 гидронасоса переменной производительности 14. Давление на выходе из гидронасоса переменной производительности 14 постепенно увеличивается, пока не нарушится равновесие регулирующего клапана 19 и его запас по давлению Δ p не будет преодолен, и тогда регулирующий клапан 19 открывает канал, ведущий к камере управления 20 гидронасоса переменной производительности 14 (см. Рис. 3) толкает наклонную шайбу камеры управления гидронасоса переменной производительности 14, а работа масла камеры управления 20 изменяет угол поворота наклонной шайбы гидронасоса переменной производительности 14, подавая на выход небольшой объем рабочей жидкости, тем самым экономя энергию.
Когда внешняя нагрузка на машину 10, например выполнение работы орудиями внезапно прекращается, то пиковое давление на выходе гидронасоса переменной производительности 14 сбрасывается через перепускной клапан 30. Таким образом, снижается шум, создаваемый во время работы машины.
Гидравлическая система 10, в соответствии с настоящим изобретением, способна экономить энергию, когда машина находится в эксплуатационной готовности и снижать шум, создаваемый во время работы машины, что создает более комфортные и более удобные условия работы для оператора.
Вышеприведенное изображение является иллюстрацией гидравлической системы согласно настоящему изобретению со ссылкой на варианты осуществления. Специалистам в данной области техники, очевидно, что в гидравлической системе согласно изобретению в пределах сущности и объема настоящего изобретения могут быть сделаны различные изменения и модификации. Другие варианты будут очевидны специалистам в данной области техники исходя из настоящего описания и осуществления гидравлической системы, изложенной в данном документе. Описание и варианты осуществления следует рассматривать только в качестве примера, а истинный объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее пунктами.