ГИДРОПРИВОД ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В.В. ТИХОНОВА

Полезная модель относится к гидравлическим устройствам, предназначенным для преобразования энергии рабочей жидкости в механическую энергию, а именно, к гидроприводам возвратно-поступательного движения.
Известен гидропривод возвратно-поступательного движения (Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е. Гидравлические приводы и системы. Часть 2. М.: Форум - 2007, с.91), содержащий гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним поршнем, снабженным штоком и разделяющим гидроцилиндр на поршневую и штоковую камеры, насос для подачи рабочей жидкости и бак для рабочей жидкости. Поршневая камера гидропривода снабжена штуцером, через который в нее может подаваться рабочая жидкость, а в штоковой камере расположена винтовая возвратная пружина.
В процессе работы жидкость под давлением поступает в поршневую камеру гидропривода, на поршне возникает сила, которая используется для деформации пружины и совершения механической работы поршнем, который выдвигается из штоковой камеры при деформации пружины.
Недостатком такого гидропривода является низкий коэффициент полезного действия, определяемый необходимостью затрат энергии на деформацию возвратной пружины.
Известен также гидропривод возвратно-поступательного движения (Наземцев А.С., Рыбальченко Д.Е. Гидравлические приводы и системы. Часть 2 М.: Форум - 2007, с.121), содержащий гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним поршнем, снабженным штоком и разделяющим гидроцилиндр на поршневую и штоковую камеры, каждая из которых снабжена штуцером, насос для подачи рабочей жидкости, вал которого соединен с валом электродвигателя, снабженного блоком управления частотой вращения, и бак для рабочей жидкости, соединенный трубопроводом с насосом. В процессе работы жидкость через штуцеры из насоса способна поступать как в поршневую, так и в штоковую камеры. При этом шток совершает возвратно-поступательное движение, скорость которого регулируется путем изменения производительности насоса, происходящего за счет изменения частоты вращения вала электродвигателя, которое осуществляется блоком управления частотой вращения..
Недостатком такого гидропривода является необходимость переключения подачи рабочей жидкости в камеры гидроцилиндра для реализации возвратно-поступательного движения, а также наличие частичного сброса рабочей жидкости из камер в бак при перемещении поршня, что ухудшает его динамические характеристики и уменьшает коэффициент полезного действия.
Задачей данной полезной модели является упрощение конструкции гидропривода возвратно-поступательного движения.
Технический результат - создание простого гидропривода возвратно-поступательного движения, обладающего высоким быстродействием и надежностью.
Технический результат достигается тем, что гидропривод возвратно-поступательного движения, содержащий гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним поршнем, снабженным штоком и разделяющим гидроцилиндр на поршневую и штоковую камеры, каждая из которых снабжена штуцером, насос для подачи рабочей жидкости, вал которого соединен с валом электродвигателя, снабженного блоком управления частотой вращения, и бак для рабочей жидкости, связанный трубопроводом с насосом, согласно полезной модели включает дополнительный насос, также связанный трубопроводом с баком для рабочей жидкости, вал которого соединен с валом электродвигателя с возможностью его работы в противофазе с насосом по потокам подводимой и отводимой рабочей жидкости, при этом электродвигатель выполнен реверсивным, а насос и дополнительный насос, выполнены регулируемыми с реверсом потока рабочей жидкости и подключены к штуцеру поршневой камеры и к штуцеру штоковой камеры, соответственно, а стенки трубопроводов, соединяющих насос со штуцером поршневой камеры и дополнительный насос со штуцером штоковой камеры, выполнены упругодеформируемыми.
Такая конструкция гидропривода возвратно-поступательного движения обеспечивает его высокое быстродействие и надежность за счет того, что изменения направлений движения поршня со штоком, а следовательно и перемещаемого груза, осуществляется путем реверсирования электродвигателя, приводящего в движение регулируемые насосы, выполненные с реверсом потока рабочей жидкости и работающие в противофазе по потокам подводимой и отводимой рабочей жидкости, а также за счет выполнения трубопроводов, соединяющих насос со штуцером поршневой камеры и дополнительного насоса со штуцером штоковой камеры, упругодеформируемыми.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
На фиг.1 показана схема гидропривода возвратно-поступательного движения.
Гидропривод возвратно-поступательного движения содержит гидроцилиндр 1 двустороннего действия с односторонним поршнем 2, снабженным штоком 3. Поршень разделяет гидроцилиндр на поршневую 4 и штоковую 5 камеры, снабженные штуцерами 6 и 7, соответственно. Гидропривод содержит также насос 8 для подачи рабочей жидкости, вал 9 которого соединен с валом 10 электродвигатель 11, снабженного блоком управления 12 частотой вращения вала двигателя, и бак 13 для рабочей жидкости, связанный трубопроводом 14 с насосом 8. В составе гидропривода также имеется дополнительный насос 15, связанный трубопроводом 16 с баком 13 для рабочей жидкости, вал 17 которого соединен с валом 10 электродвигателя 11 с возможностью работы в противофазе с насосом 8 по потокам подводимой и отводимой рабочей жидкости. При этом электродвигатель 11 выполнен реверсивным, насос 8 и дополнительный насос 15 выполнены регулируемыми с реверсом потока рабочей жидкости и подключены трубопроводами 18 и 19 к штуцеру 6 поршневой камеры и штуцеру 7 штоковой камеры, соответственно.
Стенки трубопроводов 18 и 19 выполнены упругодеформируемыми. Для управления работы гидропривода по перемещению груза 20 служит компьютер 21, подключенный к блоку управления 12 частотой вращения.
Гидропривод работает следующим образом. При поступлении от компьютера 21 сигнала в блок 12 о перемещении груза 20 вверх (на фиг.1) электропривод 11 вращает вал 9 насоса 8 в направлении, при котором в поршневую камеру 4 гидроцилиндра подается жидкость из бака 13 через трубопроводы 14 и 18. Одновременно электродвигатель 11 вращает вал 17 дополнительного насоса 15 в направлении, при котором из штоковой камеры 5 откачивается рабочая жидкость через трубопроводы 19 и 16.
Производительности насосов подбираются такими, чтобы подвод рабочей жидкости в поршневую камеру 4 и отвод ее из штоковой камеры 5 были одинаковыми. В этом случае при соответствующем выборе площадей поршня 2 в камере 4 и кольцевой площади поршня в камере 5 насос, дополнительный насос и гидроцилиндр работают как единое целое, что обеспечивает перемещение груза 20 вверх с заданной скоростью, обеспечиваемой частотой вращения вала электродвигателя 11. При поступлении в блок 12 команды от компьютера 21 о перемещении груза 20 вниз (на фиг.1) с заданной скоростью вращение вала электродвигателя изменяется на противоположное. При этом из дополнительного насоса 15 по трубопроводу 19 через штуцер 7 в камеру 5 начинает поступать жидкость, всасываемая насосом из бака 13 по трубопроводу 16, а из камеры 4 через штуцер 6 и трубопровод 18 с помощью насоса 8, работающего в противофазе по потоку рабочей жидкости с насосом 15, начинает отводиться рабочая жидкость, которая при этом по трубопроводу 14 направляется в бак 13. Это обеспечивает при упомянутых выше условиях перемещение вниз груза с заданной скоростью.
Экспериментальные испытания гидропривода возвратно-поступательного движения в составе семиместной динамической платформы аттракционного типа подтвердило его высокие динамические характеристики и надежность. Как показали выполненные измерения номинальная скорость перемещения штока привода составляла 30 см/с при производительности насосов 370-580 см'/с.
Экспериментально также установлено, что выполнение трубопроводов 18 и 19 упругодеформируемыми существенно снижает уровень акустической эмиссии, сопровождающей обычно работу гидроприводов.
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
- простота и надежность конструкции;
- возможность перемещения поршня за счет противофазной подачи жидкости в поршневую и штоковую камеры с помощью насосов;
- высокая скорость перемещения штока гидропривода;
- малый объем поршневой и штоковой камер.
Предлагаемый гидропривод может быть реализован на базе стандартных устройств, а именно: гидроцилиндра, реверсивного электродвигателя, регулируемых насосов с реверсом по потоку рабочей жидкости.
Гидропривод может найти применение в промышленности, на транспорте, а также в устройствах для создания перемещений динамических платформ атракционного типа и тренажеров.