Регулируемый гидропривод на основе шестеренных гидромашин с постоянным рабочим объемом

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в гидравлических приводах с регулированием скорости вращения рабочих органов подъемно-транспортных, сельскохозяйственных и коммунальных самоходных машин.
Известен гидропривод объемного регулирования (патент RU 2369789, F16H 47/02, F16H 61/42, F16B 11/16, опубл. 10.10.2009), содержащий регулируемый насос с блоком управления и два параллельно подключенных к нему силовыми гидролиниями гидромотора, валы которых кинематически соединены редуктором с общей нагрузкой, один из гидромоторов выполнен с постоянным рабочим объемом, другой - с регулируемым рабочим объемом, управление которым осуществляется по сигналам разности давлений с датчиков, установленных в силовых гидролиниях.
Недостатками такого гидропривода являются:
1. Применение в составе гидропривода гидромашин с регулируемым рабочим объемом, что значительно повышает стоимость гидропривода в целом, а также предъявляет высокие требования к качеству и чистоте рабочей жидкости;
2. Использование гидропривода с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости, что определяет сложность обеспечения фильтрации и охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость в системе подпитки, работающей от отдельного гидравлического насоса.
Известно, что в составе гидроприводов с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости применяют поршневые гидромашины с объемным регулированием, в частности, аксиально-поршневые гидромашины. В отличие от аксиально-поршневых гидромашин, шестеренные гидромашины отличаются простотой конструкции, меньшей стоимостью и меньшими требованиями к чистоте и вязкости рабочей жидкости. Также известно, что регулирование гидропривода на основе шестеренных гидромашин с постоянным рабочим объемом предусматривает дроссельный способ регулирования, коэффициент полезного действия которого значительно ниже коэффициента полезного действия гидравлического привода на основе поршневых гидромашин с объемным способом регулирования.
Применение шестеренных гидромашин в составе гидропривода с объемным регулированием повысит коэффициент полезного действия гидропривода и снизит требования к таким параметрам рабочей жидкости, как вязкость и тонкость фильтрации.
Известен насос шестеренный регулируемый, содержащий ведущий вал с ведущей шестерней, вращающийся в подшипниках скольжения, опорный вал с ведомой шестерней, управляемый штоком ползун с уводящей втулкой, шестеренные обоймы, установленные с возможностью изменения длины зацепления шестерен (патент RU 2177085, МПК F04C 15/04, F04C 2/08, опубл. 20.12.2001). Также известен регулируемый шестеренный насос наружного зацепления с осевым перемещением одной из насосных шестерен, содержащий пару торцевых бандажей с внутренними зубьями, размещенными во впадинах насосных шестерен, и бесконтактные уплотнители, выполненные шестеренчатыми и закрепленными на торцах насосных шестерен, расположенных внутри бандажей (патент RU 2511848, МПК F04C 2/08, F04C 14/18, опубл. 10.04.2014).
Недостатками данных устройств являются:
1. Сложность конструкции, в частности, необходимость изготовления зубчатых элементов устройств с внутренними зубьями, размещенными во впадинах насосных (ведущей и ведомой) шестерен, точно повторяющих зубчатый профиль насосных шестерен;
2. Сложность в конструкции торцевого уплотнения насосных шестерен для минимизации перетечек рабочей жидкости, а также отсутствие уплотнения в радиальном направлении, что снижает объемный коэффициент полезного действия;
3. Наличие дополнительных элементов в конструкции, совершающих возвратно-поступательное движение для обеспечения возможности регулирования рабочего объема, что снижает гидромеханический коэффициент полезного действия;
4. Наличие внутренних полостей, которые взаимно изменяют свой объем, где происходит перетекание рабочей жидкости при изменении рабочего объема насоса, что приводит к дополнительному сопротивлению при перемещении элементов, обеспечивающих изменение рабочего объема, особенно в холодное время года вследствие увеличения вязкости рабочей жидкости.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству по виду регулирования является гидропривод грузоподъемной лебедки, содержащий гидрораспределители, параллельно подключенные гидромоторы, два насоса, выход одного из которых соединен с линиями подъема и опускания груза посредством гидрораспределителей, согласно изобретению насос включается гидромуфтой, а второй насос предназначен для заполнения гидромуфты рабочей жидкостью (патент RU 2485043, МПК B66D 1/00, опубл. 27.02.2013). Регулирование скорости подъема груза, т.е. скорости вращения валов гидромоторов, осуществляется изменением количества рабочей жидкости, определяющей степень заполнения внутренней полости гидромуфты.
Недостатками данного устройства являются:
1. Включение в гидропривод дополнительного насоса для обеспечения заполнения внутренней полости гидромуфты рабочей жидкостью, что увеличивает энергопотребление гидроприводом;
2. Регулирование частоты вращения валов гидромотров осуществляется путем изменения объема наполнения внутренней полости гидромуфты, что приводит к снижению крутящего момента и, соотвественно, к снижению выходной мощности и коэффициента полезного действия передачи;
3. Включение в гидропривод гидромуфты для привода основного насоса от двигателя. Известно, что гидромуфта обладает скольжением, что снижает коэффициент полезного действия передачи.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы регулируемого гидропривода, в составе которого применяются шестеренные гидромашины с постоянным рабочим объемом.
Поставленная задача решается за счет того, что в гидроприводе, содержащем шестеренный насос с постоянным рабочим объемом, устройство плавного пуска, установленного в напорной линии насоса, направляющие распределители и пропорциональный распределитель, гидравлические фильтры и аппарат теплообменный (охладитель), симметричный зубчатый дифференциал с конической передачей, вал шестерни которой является выходным валом дифференциала, два гидромотора с разными по величине рабочими объемами, каждый из которых имеет постоянный рабочий объем, причем валы гидромоторов соосно соединены с центральными зубчатыми колесами симметричного дифференциала, а сами гидромоторы подключены к напорной гидролинии параллельно, при этом золотник пропорционального распределителя изначально установлен в крайнее левое положение, при котором подача рабочей жидкости от шестеренного насоса осуществляется к гидромотору с наибольшим рабочим объемом и в малом количестве к гидромотору с наименьшим рабочим объемом, достаточным для предотвращения возникновения гидравлического удара при увеличении подачи.
Новые существенные признаки:
1. Два гидромотора с разными по величине рабочими объемами, каждый из которых имеет постоянный рабочий объем, причем валы гидромоторов соосно соединены с центральными зубчатыми колесами дифференциала, а сами гидромоторы подключены к напорной гидролинии параллельно;
2. Пропорциональный золотник, имеющий три точки подключения - одну на входе и две на выходе, подключен на входе к напорной гидролинии насоса и на выходе к двум напорным гидролиниям гидромоторов, причем золотник изначально установлен в крайнее левое положение, при котором подача рабочей жидкости от шестеренного насоса осуществляется к гидромотору с наибольшим рабочим объемом и в малом количестве к гидромотору с наименьшим рабочим объемом, достаточным для предотвращения возникновения гидравлического удара при увеличении подачи.
Технический результат:
м2
н
1. Два гидромотора с разными по величине рабочими объемами, каждый из которых имеет постоянный рабочий объем, причем валы гидромоторов соосно соединены с центральными зубчатыми колесами симметричного дифференциала, а сами гидромоторы подключены к напорной гидролинии параллельно - это позволяет плавно регулировать частоту вращения выходного вала дифференциала за счет перераспределения количества рабочей жидкости, подаваемой от насоса. При этом диапазон регулирования частоты вращения выходного вала симметричного дифференциала будет находиться в пределах от  - наибольший рабочий объем первого гидромотора; W - наименьший рабочий объем второго гидромотора; Q - количество рабочей жидкости, подаваемой насосом;
2. Пропорциональный золотник, имеющий три точки подключения - одну на входе и две на выходе, подключен на входе к напорной гидролинии насоса и на выходе к двум напорным гидролиниям гидромоторов, причем золотник изначально установлен в крайнее левое положение, при котором подача рабочей жидкости от шестеренного насоса осуществляется к гидромотору с наибольшим рабочим объемом и в малом количестве к гидромотору с наименьшим рабочим объемом, достаточным для предотвращения возникновения гидравлического удара при увеличении подачи - обеспечивает перераспределение количества рабочей жидкости, подаваемой от насоса к гидромоторам при смещении вправо пропорционально внешнему воздействию на золотник (например, с помощью механического рычага) за счет изменения рабочих сечений внутри распределителя (уменьшение рабочего сечения, приводящее к уменьшению количества подачи рабочей жидкости к гидромотору с наибольшим рабочим объемом, и увеличение рабочего сечения, приводящее к увеличению количества подачи рабочей жидкости к гидромотору с наименьшим рабочим объемом). Этим достигается увеличение коэффициента полезного действия регулируемого гидропривода, так как подача насоса перераспределяется между гидромоторами, и не происходит слива части рабочей жидкости в гидробак в сравнении с дроссельным способом регулирования.
На фиг. 1 изображена принципиальная гидравлическая схема регулируемого гидропривода на основе шестеренных гидромашин.
Регулируемый гидропривод на основе шестеренных гидромашин (фиг. 1) содержит насос 1, вал которого соосно соединен с двигателем 2, гидробак 3, фильтр грубой очистки 4, который установлен во всасывающей гидролинии насоса 1, клапан предохранительный 5 и устройство плавного пуска 6, подключенные к напорной гидролинии насоса 1. Направляющие распределители 7 и 8 подключены к напорным и сливным гидролиниям гидромоторов 9 и 10, а пропорциональный распределитель 11, который имеет три точки подключения - одну на входе и две на выходе, подключен на входе к напорной гидролинии насоса и на выходе через распределители 7 и 8 - к напорным гидролиниям гидромоторов 9 и 10, валы которых соосно соединены с центральными зубчатыми колесами 12 и 13 симметричного зубчатого дифференциала 14, выходным звеном которого является вал конической шестерни 15. В сливной линии установлен фильтр 16 и аппарат теплообменный (охладитель) 17.
Гидравлический привод работает следующим образом. Рабочая жидкость от насоса 1 поступает к пропорциональному распределителю 11 при включении в работу устройства плавного пуска 6. Изначально золотник распределителя 11 пружиной установлен в крайнее левое положение, при котором рабочая жидкость поступает через направляющий распределитель 7 к гидромотору 9, рабочий объем которого имеет наибольшую величину в сравнении с рабочим объемом гидромотора 10. При этом частота вращения выходного вала 15 дифференциала 14 будет иметь минимальное значение. Малое проходное сечение, установленное золотником распределителя 11, позволяющее поступать рабочей жидкости в малом количестве к гидромотору 10, необходимо для предотвращения резкого повышения давления при увеличении подачи рабочей жидкости к гидромотору 10 и не оказывает существенного значения на величину частоты вращения выходного вала 15. При смещении золотника вправо (например, при механическом воздействии с помощью рычага, на фиг. 1 не показано) происходит уменьшение количества подаваемой рабочей жидкости к гидромотору 9 и увеличение количества подаваемой рабочей жидкости к гидромотору 10, имеющему наименьший рабочий объем. Вследствие этого плавно увеличивается частота вращения выходного вала 15 дифференциала 14. Распределители 7 и 8 необходимы для переключения сливной и напорной гидролиний гидромоторов, то есть для их реверсного вращения. Клапан предохранительный 5 настроен на максимальное давление в напорной гидролинии, создаваемое насосом 1, и служит для предохранения гидропривода от превышения нагрузок. Фильтр 4, установленный во всасывающей гидролинии, является фильтром грубой очистки. Охлаждение и более тонкую фильтрацию рабочей жидкости обеспечивают аппарат теплообменный 16 и фильтр 17.