НАСОС ПОРШНЕВОЙ ГИДРОПРИВОДНОЙ
PISTON-TYPE HYDRAULIC DRIVE PUMP

Изобретение относится к области машиностроения, а именно: к насосостроению и может быть использовано при разработке устройств для объемной напорной подачи различных жидкостей в автоматическом режиме, при отсутствии внешнего управления, как автономно, так и в составе блочно-модульных станций.
Известен пневмогидроприводной насос, содержащий приводной цилиндр, разделенный на две приводные полости поршнем, связанным с вытеснителем насосной камеры и взаимодействующим в крайних положениях с управляемыми клапанами, установленными в двух управляющих магистралях распределителя, подключенного выходами к приводным полостям. Каждая управляющая магистраль распределителя снабжена каналом, сообщенным с одной из приводных полостей цилиндра, а каждый управляемый клапан выполнен нормально закрытым и установлен в одном из каналов управляющей магистрали. (А.с. СССР №877114, заявка №2761922/25-06 от 30.10.1981, МПК: F04B 9/08 - прототип).
В зависимости от начального положения золотника распределителя, рабочая среда гидропривода через распределитель подается в одну из приводных полостей приводного гидроцилиндра, вторая полость через распределитель сообщается с дренажом, в результате чего поршень пневмоцилиндра приводится в движение. При достижении конечного положения поршень вступает во взаимодействие с упором управляющего нормально закрытого клапана. Клапан при открытии переключает распределитель в противоположное положение. Происходит перераспределение потоков рабочей среды гидропривода в магистралях, питающих приводной гидроцилиндр и, далее подача рабочей среды гидропривода осуществляется в противоположную полость, а рабочая полость гидроцилиндра, в которую рабочая среда поступала изначально, через распределитель сообщается с атмосферой. При возвратно-поступательном движении поршня приводного гидроцилиндра, одновременно с ним перемещается поршень насоса и происходит периодическое изменение объема рабочей полости насоса. Таким образом, приводной гидроцилиндр обеспечивает непрерывное возвратно-поступательное движение поршня насоса, а установленные в корпусе насоса обратные клапаны обеспечивают выполнение циклов всасывания и нагнетания насосом.
Недостатками данной конструкции являются значительные габаритные размеры из-за автономного расположения распределителя, наличие длинных перепускных магистралей, золотник поршневого элемента распределителя при возвратно-поступательном движении многократно проходит уплотнительными поверхностями через каналы-отверстия входа/выхода и сброса в дренаж рабочей среды гидропривода, что вызывает быстрый износ золотника и снижает надежность изделия в целом.
Задачей изобретения является разработка компактной моноблочной конструкции насоса, без дополнительной трубной обвязки, повышение надежности работы насоса с одновременным уменьшением габаритных размеров и массы насоса.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном насосе поршневом гидроприводном, содержащем поршневой насос с двумя обратными клапанами со штуцерами входа и выхода рабочей среды насоса, установленный на приводном гидроцилиндре, состоящем из корпуса и установленного в корпус полого поршня с полостями и каналами подвода и отвода рабочей жидкости гидроцилиндра, причем поршни и корпуса гидроцилиндра и насоса расположены коаксиально и находятся в непосредственной механической связи между собой, согласно изобретению, в приводном поршне гидроцилиндра установлены гидрораспределительное и переключающее устройства, причем гидрораспределительное устройство выполнено в виде клапанного узла двустороннего действия, внутри которого установлен подпружиненный поршень с каналами, выполненный с возможностью осевого перемещения и взаимодействия в своих крайних положениях с подвижными запорными элементами, и изменения при этом уплотнения запорных элементов между конусами, выполненными в упомянутом поршне и конусами, выполненными в двух неподвижных седлах с отверстиями, при этом переключающее устройство, управляющее работой гидрораспределительного устройства, выполнено в виде двух независимых друг от друга запорных конических нормально закрытых клапанов, имеющих жесткую связь с корпусом гидроцилиндра и с корпусом насоса соответственно и выполненных с возможностью перемещения в открытое положение при крайних положениях поршня гидроцилиндра, при этом в гидроцилиндре выполнены отверстия входа и дренажа рабочей среды гидроцилиндра из переключающего устройства, а в приводном поршне гидроцилиндра выполнены каналы для подачи рабочей среды гидроцилиндра к гидрораспределительному и управляющему устройствам.
Предложенная конструкция насоса поршневого гидроприводного содержит коаксиально расположенные насос и гидроцилиндр. Насос включает в себя поршень и корпус насоса с установленными в нем клапаном обратным входа, выполненным в едином узле со штуцером входа, клапаном обратным выхода, выполненным в едином узле со штуцером выхода. Гидроцилиндр включает в себя поршень, каналы подвода, отвода и дренажа рабочей жидкости гидропривода. Поршень гидроцилиндра выполнен в виде полого цилиндра, в который, согласно изобретению, для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня, установлены гидрораспределительное и переключающее устройства. Поршни и корпуса гидроцилиндра и насоса находятся в непосредственной механической связи между собой с образованием единой замкнутой силовой цепи.
Гидрораспределительное устройство выполнено в виде клапанного узла двустороннего действия, который содержит подвижный подпружиненный поршень с каналами, имеющий возможность осевого перемещения и, в крайних положениях, изменяющий положение подвижных запорных элементов, выполненных в виде шариков. Меняя уплотнение шариков между конусами, выполненными в упомянутом поршне, и конусами, выполненными в двух неподвижных седлах с отверстиями, гидрораспределительное устройство изменяет подачу рабочей жидкости гидропривода в рабочие полости гидроцилиндра из полости входа.
Переключающее устройство выполнено в виде двух независимых друг от друга запорных конических нормально закрытых клапанов, имеющих механическую связь с корпусом гидроцилиндра и корпусом насоса и перемещающихся в положение «открыто» в крайних положениях поршня гидроцилиндра. При этом в гидроцилиндре выполнены отверстия входа и дренажа рабочей жидкости гидропривода из переключающего устройства.
Подача рабочей жидкости гидропривода к гидрораспределительному и переключающему устройствам осуществляется через независимые друг от друга каналы, выполненные в приводном поршне гидроцилиндра.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного насоса поршневого гидроприводного; на фиг. 2 показан продольный разрез насоса поршневого гидроприводного; на фиг. 3 - выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при открытом канале подачи рабочей среды гидропривода из полости подачи в нижнюю рабочую полость гидроцилиндра, на фиг. 4 -выносной элемент Б - разрез переключающего устройства в положении подачи рабочей жидкости гидропривода из полости входа в управляющую полость гидрораспределителя, на фиг. 5 - выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при открытом канале подачи рабочей жидкости гидропривода из полости подачи в верхнюю рабочую полость гидроцилиндра, на фиг. 6 - разрез переключающего устройства в положении сброса рабочей жидкости гидропривода из управляющей полости гидрораспределителя в дренаж.
Полость 1 (фиг. 2) гидроцилиндра предназначена для подачи рабочей жидкости гидропривода через гидрораспределительное устройство под действием входного давления в нижнюю рабочую полость 2 и верхнюю рабочую полость 3 гидроцилиндра поочередно. При открытом канале подачи рабочей жидкости гидропривода из полости 1 в нижнюю рабочую полость 2 гидроцилиндра, подача рабочей жидкости гидропривода в верхнюю рабочую полость закрыта. Полость 4 гидроцилиндра предназначена для подачи рабочей жидкости гидропривода под действием входного давления в переключающее устройство, а также через полость 5 в управляющую полость гидрораспределителя 6.
Насос поршневой гидроприводной содержит насос поршневой 7 (фиг. 1), который включает в себя корпус 8 (фиг. 2) с установленными в ней клапаном обратным входа 9, выполненным в едином узле со штуцером входа 10, клапаном обратным выхода 11, выполненным в едином узле со штуцером выхода 12, поршень 13.
Насос поршневой 7 соосно установлен на гидроцилиндре 14 (фиг. 1), в котором выполнены отверстия-каналы входа и дренажа рабочей жидкости гидропривода. Гидроцилиндр 14 состоит из корпуса 15 (фиг. 2) в виде цилиндра, поршня 16. В корпусе 15 имеются резьбовые отверстия для крепления насоса поршневого 7. Поршень 16 разделяет между собой рабочие полости гидроцилиндра 14 - нижнюю 2 и верхнюю 3. Поршень 13 насоса поршневого 7 закреплен на поршне 16 гидроцилиндра 14 при помощи стопорного кольца. Поршень 16 имеет перепускные каналы для входа и выхода рабочей жидкости гидропривода и места установки гидрораспределительного и переключающего устройств.
Гидрораспределительное устройство (фиг. 3) состоит из: седла 17, поршня 18, втулок резьбовых 19, фиксирующих составные части в поршне 16 гидроцилиндра 14, пят 20, седла 21, пружины 22, пружин 23, шариков 24.
Переключающее устройство (фиг. 4) состоит из двух независимых друг от друга запорных конических клапанов - клапана подачи 25 и клапана сброса 26, каждый из которых включает в себя: втулку 27, седло 28, шток 29, пружину 30, кольцо резьбовое 31.
В конструкции насоса поршневого гидроприводного используются уплотнения (не обозначены) для исключения перетока рабочей жидкости гидропривода и рабочей жидкости насоса из области высокого давления в дренажные полости, что обеспечивает надежное функционирование насоса и гидроцилиндра с заданной производительностью.
Предложенный насос поршневой гидроприводной работает следующим образом.
Гидропривод подключается к системе подачи рабочей жидкости гидропривода с заданным давлением; на входе насос подключается к линии всасывания рабочей жидкости насоса, на выходе насос обеспечивает подачу рабочей жидкости насоса с высоким давлением в линию нагнетания.
Рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления поступает на вход гидропривода (фиг. 2) в полость 4 и далее, через канал 32, выполненный в поршне 16 гидропривода 14, поступает к переключающему устройству. В исходном положении клапан подачи 25 находится в положении «открыто» (фиг. 4). Таким образом, рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления через каналы 33, выполненные во втулке 27, зазор между штоком 29 и седлом 28, каналы 34, выполненные в седле 28, через канал 35 и полость 5, выполненные в поршне 16, заполняет полости переключающего устройства. Далее через канал 36, выполненный в поршне 16, рабочая жидкость гидропривода поступает в управляющую полость 6 гидрораспределительного устройства и переключает устройство (фиг. 3) в положение подачи давления рабочей жидкости гидропривода в поршневую полость 2. Клапан сброса 26 переключающего устройства находится в положении «закрыто» (фиг. 4), так как в исходном положении шток 29 находится в контакте с седлом 28 под действием усилия от пружины 30.
Одновременно с этим рабочая жидкость гидропривода из полости 4 (фиг. 2) через отверстие 37 (фиг. 3), выполненное в поршне 16 гидроцилиндра 14, заполняет полость 1, которая является каналом, выполненным в поршне 16, и расположена в разных плоскостях с полостью 5 (фиг 4). Полость 1 выполнена для подачи рабочей жидкости гидропривода под входным давлением в рабочие полости 2 и 3 гидроцилиндра 14 (фиг. 3) через гидрораспределительное устройство. Далее из полости 1 через каналы 38 и 39 (фиг. 3) рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления заполняет полости гидрораспределительного устройства (каналы 38 и 39 выполнены в поршне 16).
Через каналы 40 (фиг. 3), выполненные во втулке резьбовой 19, зазор между поршнем 18 и седлом 17, через каналы 41, выполненные в седле 17, канал 42, выполненный в поршне 16, рабочая жидкость гидропривода поступает в нижнюю рабочую полость 2 гидроцилиндра 14. Движение жидкости после прохождения через канал 39 далее в верхнюю рабочую полость 3 закрыто, так как шарик 24 находится в контакте с седлом 21 под действием усилия от пружины 23. За счет действия входного давления рабочей жидкости гидропривода, находящейся в нижней рабочей полости 2 (фиг. 2), поршень 16 гидроцилиндра 14 начинает перемещаться и перемещает поршень 13 насоса 7. При этом происходит постоянное заполнение нижней рабочей полости 2 рабочей жидкостью гидропривода под действием входного давления, а полость 3 через каналы 43 (фиг. 3), выполненные в поршне 16, каналы 44, выполненные в седле 21, зазор между поршнем 18 и седлом 21, центральное отверстие 45 и отверстия 46, выполненные в поршне 18, далее через каналы 47 и 48, выполненные в поршне 16 гидроцилиндра 14, сообщается с дренажом. Поршень 13 насоса 7 начинает вытеснять рабочую жидкость насоса, находящуюся в рабочей полости 49 насоса 7 (фиг. 2). Под действием давления рабочей жидкости насоса клапан обратный выхода 11 открывается, клапан обратный входа 9 находится в закрытом положении. Таким образом, рабочая жидкость насоса поступает в гидравлическую магистраль нагнетания через штуцер выхода 12 - насос совершает цикл нагнетания.
В начале движения поршня 16 шток 29 (фиг. 6) клапана подачи 25 теряет механическую связь с корпусом гидроцилиндра 15 и шток 29, находясь в контакте с седлом 28 под действием усилия от пружины 30, перекрывает подачу рабочей жидкости гидропривода из полости входа 4 в управляющую полость 6 гидрораспределительного устройства. При этом давление в полости 6 остается равным входному давлению рабочей жидкости гидропривода и гидрораспределительное устройство остается в положении подачи рабочей жидкости гидропривода под действием входного давления в нижнюю рабочую полость 2 гидроцилиндра 14 (фиг. 2).
В конце хода поршня 16 (фиг. 6) происходит перемещение штока 29 клапана сброса 26 посредством механической связи с корпусом 8 насоса 7 (фиг. 2). Пружина 30 сжимается (фиг. 6), шток 29 клапана сброса 26 выходит из контакта с седлом 28. Происходит сброс давления рабочей жидкости гидропривода из управляющей полости 6 гидрораспределителя через канал 36, полость 5, канал 50, выполненный в поршне 16, через каналы 51, выполненные во втулке 27, через зазор между штоком 29 и седлом 28, через каналы 52, выполненные в седле 28, через канал 53, выполненный в поршне 16, далее в дренаж.
При этом происходит переключение гидрораспределительного устройства на сброс давления рабочей жидкости гидропривода из нижней рабочей полости 2 (фиг. 5) гидроцилиндра 14 через каналы 42, 41, зазор между поршнем 18 и седлом 17, центральное отверстие 45 и отверстия 46, выполненные в поршне 18, далее через каналы 47 и 48, выполненные в поршне 16, в дренаж.
В данном положении гидрораспределительного устройства (фиг. 5) рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления из полости 4 (фиг. 2) через отверстие 37 (фиг. 5), полость 1, канал 39, через каналы 54, выполненные во втулке резьбовой 19, зазор между поршнем 18 и седлом 21, через каналы 44, выполненные в седле 21, канал 43, выполненный в поршне 16, поступает в верхнюю рабочую полость 3 гидроцилиндра 14 (фиг. 2).
За счет действия входного давления рабочей жидкости гидропривода, находящейся в верхней рабочей полости 3 (фиг. 2) гидроцилиндра 14, поршень 16 гидроцилиндра начинает перемещаться уже в обратном направлении и перемещает поршень 13 насоса 7. Происходит постоянное заполнение верхней рабочей полости 3 гидроцилиндра 14 рабочей жидкостью гидропривода под действием входного давления. Движение рабочей жидкости гидропривода после прохождения через канал 38 (фиг. 5) и заполнения полостей гидрораспределительного устройства закрыто, так как шарик 24 находится в контакте с седлом 17 под действием усилия от пружины 23. Поршень 13 насоса 7, соединенный с поршнем 16 гидроцилиндра 14 с помощью стопорного кольца, перемещаться в обратном направлении вслед за поршнем 16, увеличивая объем рабочей полости 49 насоса 7 (фиг. 2). В полости 49 создается разрежение, клапан обратный выхода 11 закрывается, клапан обратный входа 9 открывается, таким образом, рабочая жидкость насоса из гидравлической магистрали поступает в полость 49 насоса 7 через штуцер входа 10 - насос совершает цикл всасывания.
В начале движения поршней оба клапана переключающего устройства находятся в положении «закрыто», так как клапан сброса 26 теряет механическую связь с корпусом 8 насоса 7 (фиг. 2) и шток 29 переходит в контакт с седлом 28 под действием усилия от пружины 30.
В конце цикла возвратно-поступательного движения поршня 16 гидроцилиндра 14 совместно с поршнем 13 насоса 7 происходит перемещение штока 29 клапана подачи 25 (фиг. 2) посредством механической связи с корпусом 15 гидроцилиндра 14. Пружина 30 сжимается (фиг. 4), шток 29 клапана подачи 25 выходит из контакта с седлом 28. Клапан подачи 25 переходит в положении «открыто». Таким образом, рабочая жидкость гидропривода под действием входного давления через каналы 32 и 33, зазор между штоком 29 и седлом 28, каналы 34, 35 и полость 5, заполняет полости переключающего устройства. Далее через канал 36, выполненный в поршне 16, рабочая жидкость гидропривода поступает в управляющую полость 6 гидрораспределительного устройства и переключает устройство в положение подачи давления рабочей жидкости гидропривода в нижнюю рабочую полость 2 гидроцилиндра 14 (фиг. 3). Далее происходит новый цикл работы.
Использование предложенного технического решения позволит разработать компактную моноблочную конструкцию насоса без дополнительной трубной обвязки, и повысить надежность его работы с одновременным уменьшением габаритных размеров и массы насоса.