ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ВЫВЕШИВАНИЯ И ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ ГРУЗОВОЙ ПЛАТФОРМЫ
HYDRAULIC ACTUATOR FOR HANGING AND LEVELLING OF CARGO PLATFORM

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическим приводам, и может быть использовано в подъемно-транспортных механизмах для вывешивания (подъема) и горизонтирования грузовых платформ и самоходных агрегатов, расположенных на неподвижной площадке.
Известен гидравлический привод вывешивания и горизонтирования грузовой платформы, содержащий две носовые и две кормовые гидроопоры, установленные на грузовой платформе, делитель потока и два насоса, соединенные магистралями соответственно с поршневыми и штоковыми полостями носовых гидроопор и с поршневыми и штоковыми полостями кормовых гидроопор, причем один из насосов соединен с поршневыми полостями гидроопор через делитель потока (авт. свид. №1245770, МПК F15B 11/22, опубл. 23.07.86). Поршневые полости гидроопор сообщены с надклапанными полостями гидрозамков, управляющие камеры которых соединены с насосами. Привод снабжен трехпозиционными распределителями горизонтирования, которые выполнены трех- и четырехлинейными, и двухсекционным дозатором возвратно-поступательного движения, приводные полости которого соединены с насосами. Насосная полость одной секции дозатора через трехпозиционные распределители горизонтирования сообщена с поршневыми полостями двух носовых и одной кормовой гидроопор, а насосная полость другой секции - с поршневыми полостями двух кормовых и одной носовой гидроопор. Общее количество распределителей привода равно 14 (с учетом использования в приводе двух золотников разгрузки насосов).
Недостатком известного привода является недостаточная надежность работы, обусловленная наличием в его составе большого количества распределителей, каждый из которых в процессе эксплуатации из-за загрязнений рабочей жидкости может быть защемлен в исходной или рабочей позиции. При использовании распределителей с электромагнитным управлением несрабатывание того или иного распределителя может также иметь место по причине обрыва подводящей электроцепи или по причине неисправности электромагнита. С увеличением количества распределителей вероятность безотказной работы привода соответственно снижается.
Недостатком известного привода являются также большие затраты мощности на работу всех насосов при опускании платформы.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является гидравлический привод вывешивания и горизонтирования грузовой платформы по патенту RU №2240448, МПК F15B 11/22, опубл. 20.11.2004. Этот привод содержит гидроопоры, установленные на грузовой платформе, дозатор возвратно-поступательного движения, реверсивный распределитель, одно выходное отверстие которого сообщено магистралями через дозатор возвратно-поступательного движения с поршневыми полостями гидроопор, а другое сообщено со штоковыми полостями гидроопор, перепускной клапан, источник питания (насос), бак и управляемые обратные клапаны, надклапанные полости которых сообщены с поршневыми полостями гидроопор. Привод снабжен двухпозиционными трехлинейными золотниками, выходные отверстия которых сообщены с поршеньковыми полостями управляемых обратных клапанов. Количество таких золотников равно количеству гидроопор. Привод содержит также дополнительный золотник (дополнительный распределитель), первое выходное отверстие которого сообщено с подклапанными полостями управляемых обратных клапанов и через первый обратный клапан сообщено с перепускным клапаном, а второе выходное отверстие сообщено с поршеньковыми полостями управляемых обратных клапанов. Штоковые полости гидроопор сообщены с перепускным клапаном через второй обратный клапан. Насос и бак сообщены магистралями соответственно с входными и сливными отверстиями всех упомянутых распределителей. Общее количество распределителей привода равно 7 (с учетом использования в приводе золотника разгрузки насоса).
Недостатком известного привода является недостаточная надежность работы, обусловленная наличием в его составе большого количества распределителей. С увеличением количества распределителей вероятность безотказной работы привода соответственно снижается.
Недостатком известного привода являются также большие затраты мощности при выполнении операции опускания платформы, величина которых определяется давлением настройки перепускного клапана и всей производительностью (подачей) источника питания.
К числу недостатков известного привода следует отнести и большой период его работы при выполнении операций вывешивания (подъема) и горизонтирования платформы, что объясняется следующим. Для уменьшения массогабаритных параметров дозатора и, соответственно, привода в целом дозатор при выполнении указанных операций используют как многоходовый элемент. В этом случае после каждого рабочего хода поршней дозатора под нагрузкой (кроме последнего хода) производится реверс его поршней вхолостую в исходное положение путем переключения дополнительного распределителя в соответствующую позицию. Наличие реверсивных ходов поршней дозатора обусловливает прерывистый характер движения гидроопор и платформы при ее подъеме и горизонтировании, так как при осуществлении этих ходов подача рабочей жидкости в гидроопоры прекращается. Следовательно, период работы известного привода при выполнении операций подъема и горизонтирования платформы определяется суммарной продолжительностью как рабочих ходов поршней дозатора, так и реверсивных ходов его поршней, что и обусловливает существенное увеличение упомянутого периода его работы.
Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является разработка гидравлического привода вывешивания и горизонтирования грузовой платформы, обеспечивающего повышение его надежности при выполнении рабочих операций, снижение затрат мощности при выполнении операции опускания грузовой платформы, а также сокращение периода его работы при выполнении операций ее подъема и горизонтирования.
Решение указанной задачи обеспечивается тем, что в известном гидравлическом приводе вывешивания и горизонтирования грузовой платформы, содержащем гидроопоры, установленные на грузовой платформе, золотники, количество которых равно количеству гидроопор, перепускной клапан, дополнительный золотник, первое выходное отверстие которого через первый обратный клапан сообщено с перепускным клапаном, источник питания и бак, сообщенные магистралями соответственно с входными и сливными отверстиями упомянутых золотников, причем штоковые полости гидроопор сообщены с перепускным клапаном через второй обратный клапан, согласно изобретению золотники выполнены в виде трехпозиционных четырехлинейных распределителей, а источник питания выполнен в виде насосов, количество которых равно количеству гидроопор. Одно выходное отверстие каждого трехпозиционного четырехлинейного распределителя закрыто заглушкой, другое выходное отверстие сообщено с поршневой полостью одной из гидроопор, а его входное отверстие сообщено с одним из насосов и при нахождении распределителя в исходной позиции сообщено с его сливным отверстием. Второе выходное отверстие дополнительного золотника сообщено со штоковыми полостями гидроопор. В магистрали, сообщающие насосы с входным отверстием дополнительного золотника, установлены дополнительные обратные клапаны.
Технический результат изобретения состоит в повышении надежности гидравлического привода вывешивания и горизонтирования грузовой платформы при выполнении рабочих операций путем сокращения количества распределителей, в снижении затрат мощности при выполнении операции ее опускания путем перевода части насосов в режим холостого хода, а также в сокращении периода работы привода при выполнении операций подъема и горизонтирования платформы благодаря обеспечению непрерывного движения гидроопор.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором представлена гидросхема привода вывешивания и горизонтирования грузовой платформы.
Привод содержит гидроопоры 1-4, установленные на платформе 5, насосы 6-9 и золотники в виде трехпозиционных четырехлинейных распределителей 10-13. Количество этих распределителей и количество насосов 6-9 равно количеству гидроопор 1-4 (в качестве насосов 6-9 для уменьшения массогабаритных параметров привода можно использовать, например, четырехсекционный насос шестеренного типа, имеющий общий вал). Насосы 6-9 обеспечивают перемещение гидроопор 1-4 в синхронном режиме при подъеме платформы 5, а также перемещение соответствующих пар соседних гидроопор вверх в синхронном режиме при ее горизонтировании. Трехпозиционные четырехлинейные распределители 10-13 предназначены для выполнения как операции горизонтирования платформы 5, так и операций выпуска штоков гидроопор 1-4, подъема платформы 5, а также для запуска насосов 6-9 вхолостую.
Насосы 6-9 своими напорными магистралями 14-17 сообщены соответственно с входными отверстиями трехпозиционных четырехлинейных распределителей 10-13, сливные отверстия которых магистралью 18 сообщены с баком 19. Одни выходные отверстия (левые по чертежу) этих распределителей закрыты заглушками, а другие выходные отверстия магистралями 20-23 сообщены соответственно с поршневыми полостями 24 гидроопор 1-4. Входные отверстия трехпозиционных четырехлинейных распределителей 10-13 при их нахождении в исходной позиции (по чертежу) соединены с их сливными отверстиями.
Напорные магистрали 14-17 насосов 6-9 через магистрали 25-28 сообщены с входным отверстием дополнительного золотника 29, сливное отверстие которого магистралью 30 сообщено с баком 19. Первое выходное отверстие (левое по чертежу) дополнительного золотника 29 через первый обратный клапан 31 сообщено с перепускным клапаном 32, а его второе выходное отверстие сообщено со штоковыми полостями 33 гидроопор 1-4. Указанные полости через второй обратный клапан 34 сообщены с перепускным клапаном 32. С помощью обратных клапанов 34 и 31 при выполнении рабочих операций исключается работа насосов 6-9 на холостом ходу при переключении дополнительного золотника 29 соответственно в левую и правую позиции (здесь и далее под левой и правой позициями понимается позиция по чертежу). В магистрали 25-28 установлены дополнительные обратные клапаны 35-38, необходимые для исключения подачи рабочей жидкости из напорной магистрали насоса, работающего при более высоком давлении, в напорную магистраль насоса, работающего при менее высоком давлении, при выполнении операций подъема и горизонтирования платформы 5.
В магистрали 20-23 включены односторонние гидрозамки 39, предназначенные для фиксации платформы 5 в поднятом положении, и обратные клапаны 40 с дросселями 41. Обратные клапаны 40 служат для свободного (без дросселирования) пропускания рабочей жидкости к поршневым полостям 24 гидроопор 1-4 при их подъеме, а дроссели 41 предназначены для ограничения скорости опускания этих гидроопор. Путем соответствующей настройки дросселей 41 обеспечивается опускание всех гидроопор 1-4 в синхронном режиме.
Штоковые полости 33 гидроопор 1-4 сообщены с управляющими камерами гидрозамков 39. Конструктивные параметры гидрозамков 39 (диаметр управляющего поршенька, диаметр штока и диаметр седла корпуса) назначаются из условий открытия и гарантированного удержания этих гидрозамков в открытом положении под действием давления в их управляющих камерах, равного давлению настройки перепускного клапана 32, при выполнении операции опускания платформы 5. К входному отверстию дополнительного золотника 29 подключен предохранительный клапан 42, давление настройки которого несколько превышает рабочие давления, развиваемые насосами 6-9 при подъеме платформы 5. Давление настройки перепускного клапана 32 больше величины давления, потребной для операции холостого выпуска штоков гидроопор 1-4 с опорной площадкой (грунтом) перед подъемом платформы 5, но меньше рабочего давления в менее нагруженных гидроопорах (гидроопорах 1, 2 или 3, 4).
Гидравлический привод вывешивания и горизонтирования грузовой платформы работает следующим образом.
В исходном положении все распределители 10-13 и дополнительный золотник 29 занимают позиции, как показано на чертеже. При запуске насосов 6-9 вхолостую рабочая жидкость (масло) от этих насосов через напорные магистрали 14-17, входные и сливные отверстия распределителей 10-13 и магистраль 18 сливается в бак 19. Операция выпуска штоков гидроопор 1-4 до контакта с грунтом производится следующим образом. Распределители 10-13 переключают в правую позицию, соединяя насосы 6-9 с поршневыми полостями 24 гидроопор 1-4. Одновременно дополнительный золотник 29 переключают в левую позицию, соединяя насосы 6-9 через магистрали 25-28, обратные клапаны 35-38 и обратный клапан 31 с перепускным клапаном 32. Масло от насосов 6-9 через напорные магистрали 14-17, распределители 10-13, обратные клапаны 40, магистрали 20-23 и гидрозамки 39 поступает в поршневые полости 24 гидроопор 1-4, перемещая в синхронном режиме их поршни вниз вхолостую. Из штоковых полостей 33 гидроопор 1-4 масло через дополнительный золотник 29 и магистраль 30 сливается в бак 19. При наличии неровностей грунтовой площадки контакт с ней штоков гидроопор 1-4 будет происходить неодновременно. Если, например, шток гидроопоры 1 первым коснется грунта и остановится, давление, развиваемое насосом 6, повышается до величины, на которую настроен перепускной клапан 32, и масло от насоса 6 начинает поступать через перепускной клапан 32 в бак 19. В этот период времени штоки гидроопор 1-4 продолжают синхронно перемещаться вниз.
После того, как штоки всех гидроопор 1-4 коснутся грунта и давление в их поршневых полостях 24 повысится до величины, на которую настроен перепускной клапан 32 (обеспечивая, тем самым, гарантированный контакт с грунтом штоков всех гидроопор 1-4), подается сигнал на выполнение операции вывешивания платформы 5 с подвесок колесного хода (на чертеже не показаны) и ее подъема. При этом дополнительный золотник 29 переключают в исходную среднюю позицию и масло от насосов 6-9 через напорные магистрали 14-17, включенные в правую позицию распределители 10-13, обратные клапаны 40, магистрали 20-23 и гидрозамки 39 поступает в поршневые полости 24 гидроопор 1-4, перемещая их вверх непрерывно в синхронном режиме и осуществляя, тем самым, подъем платформы 5. Из штоковых полостей 33 гидроопор 1-4 масло через дополнительный золотник 29 и магистраль 30 сливается в бак 19.
После подъема платформы 5 на требуемую высоту распределители 10-13 возвращают в исходную среднюю позицию, переводя насосы 6-9 в режим холостого хода, и платформа 5 останавливается. Нагрузка от ее веса воспринимается давлением масла, запертого в поршневых полостях 24 гидроопор 1-4 гидрозамками 39.
Горизонтирование платформы 5 последовательно по ее сторонам производится путем включения и выключения пар соответствующих распределителей 10-13. Если, например, платформа 5 наклонена в сторону гидроопоры 2 и гидроопора 4 является наиболее высоко расположенной, то для горизонтирования платформы 5 относительно, например, стороны СД распределители 10 и 11 переключают в правую позицию, соединяя насосы 6 и 7 через напорные магистрали 14, 15, включенные в правую позицию распределители 10, 11 и магистрали 20, 21 с поршневыми полостями 24 гидроопор 1 и 2. Указанные гидроопоры синхронно перемещаются вверх, осуществляя, тем самым, непрерывный поворот платформы 5 относительно стороны СД. Из штоковых полостей 33 гидроопор 1 и 2 масло через дополнительный золотник 29 и магистраль 30 сливается в бак 19. В этот период времени масло от насосов 8 и 9, работающих в режиме холостого хода, через напорные магистрали 16, 17, входные и сливные отверстия распределителей 12, 13 и магистраль 18 сливается в бак 19. После того, как стороны ВС и АД платформы 5 займут горизонтальное положение с требуемой точностью, производится ее горизонтирование относительно стороны АД. Распределитель 10 возвращают в исходную среднюю позицию, а распределитель 12 переключают в правую позицию, соединяя насос 8 через напорную магистраль 16, включенный в правую позицию распределитель 12 и магистраль 22 с поршневой полостью 24 гидроопоры 3. Гидроопора 1 останавливается, а гидроопоры 2 и 3 синхронно перемещаются вверх, осуществляя непрерывный поворот платформы 5 относительно стороны АД. Из штоковых полостей 33 гидроопор 2 и 3 масло через дополнительный золотник 29 и магистраль 30 сливается в бак 19. В этот период времени масло от насосов 6 и 9, работающих в режиме холостого хода, через напорные магистрали 14, 17, входные и сливные отверстия распределителей 10, 13 и магистраль 18 сливается в бак 19. После того, как платформа 5 займет горизонтальное положение с требуемой точностью, распределители 11 и 12 переключают в исходную среднюю позицию, переводя насосы 7 и 8 в режим холостого хода. Платформа 5 останавливается. Нагрузка от ее веса воспринимается давлением масла, запертого в поршневых полостях 24 гидроопор 1-4 гидрозамками 39. Насосы 6-9 выключают.
Для опускания платформы 5 в режиме синхронного движения гидроопор 1-4 на подвески колесного хода с помощью заявляемого привода при соответствующих соотношении скоростей подъема и опускания платформы 5 и соотношении площади поршня и эффективной площади штоковой полости гидроопор 1-4 достаточно использовать только часть насосов 6-9 (например, два насоса из четырех). В этом случае после запуска всех насосов 6-9 вхолостую два распределителя (например, распределители 10 и 11) переключают в левую позицию, а дополнительный золотник 29 переключают в правую позицию, сообщая насосы 6 и 7 через магистрали 25, 26, обратные клапаны 35, 36 и включенный в правую позицию дополнительный золотник 29 со штоковыми полостями 33 гидроопор 1-4, с управляющими камерами гидрозамков 39 и через обратный клапан 34 с перепускным клапаном 32. Гидрозамки 39 открываются и платформа 5 под действием своего веса и давления масла в штоковых полостях 33 гидроопор 1-4, определяемого давлением настройки перепускного клапана 32, перемещается вниз. При этом масло от насосов 6 и 7 поступает как в штоковые полости 33 гидроопор 1-4, так и через перепускной клапан 32 в бак 19. Масло, вытесняемое из поршневых полостей 24 гидроопор 1-4, через открытые гидрозамки 39, магистрали 20-23, дроссели 41, распределители 10-13 и магистраль 18 поступает в бак 19. Скорость опускания платформы 5 определяется настройкой дросселей 41. Затраты мощности при этом весьма невелики, так как их величина определяется давлением настройки перепускного клапана 32 (которое меньше давления настройки предохранительного клапана 42) и только половиной производительности источника питания (половиной суммарной производительности насосов 6-9). В процессе опускания платформы 5 масло от насосов 8 и 9 через магистрали 16, 17, входные и сливные отверстия находящихся в исходной позиции распределителей 12, 13 и магистраль 8 сливается в бак 19. Поскольку в рассматриваемом примере работы гидравлического привода гидроопора 4 в процессе подъема и горизонтирования перемещалась вверх на наименьшее расстояние по сравнению с другими гидроопорами 1, 2 и 3, угол платформы 5, на котором расположена гидроопора 4, первым опускается на подвески и платформа 5 начинает поворачиваться относительно гидроопоры 4, стремясь занять положение, исходное перед подъемом. В этот период времени масло из поршневых полостей 24 гидроопор 1-4 вытесняется в бак 19 как вследствие указанного поворота платформы 5, так и вследствие начала втягивания вверх штока гидроопоры 4. После опускания всей платформы 5 на подвески осуществляется втягивание штоков всех гидроопор 1-4 вхолостую под действием давления, развиваемого насосами 6 и 7. При этом штоки всех гидроопор 1-4 перемещаются вверх, вытесняя масло из их поршневых полостей 24 через открытые гидрозамки 39, магистрали 20-23, дроссели 41, распределители 10-13 и магистраль 18 в бак 19.
После полного втягивания штоков всех гидроопор 1-4 в исходное верхнее положение распределители 10, 11 и дополнительный золотник 29 переключают в исходную среднюю позицию, а насосы 6-9 выключают. Гидрозамки 39 закрываются.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность гидравлического привода вывешивания и горизонтирования грузовой платформы при выполнении рабочих операций путем сокращения количества распределителей (с 7 до 5), снизить затраты мощности при выполнении операции опускания грузовой платформы путем перевода части насосов в режим холостого хода, а также сократить период работы привода при выполнении операций ее подъема и горизонтирования благодаря обеспечению непрерывного движения гидроопор.
Для подтверждения эффективности заявляемого гидропривода по сравнению с известным гидроприводом по патенту RU №2240448 рассмотрим численный пример.
Исходные данные:
1. Скорость подъема платформы и скорость ее опускания при использовании как известного гидропривода, так и заявляемого гидропривода одинаковы.
Указанную скорость обозначим v.
2. Площадь поршня гидроопор известного гидропривода равна площади поршня гидроопор заявляемого гидропривода. Указанную площадь обозначим S.
шт
3. Эффективная площадь S штоковой полости гидроопор известного и заявляемого гидроприводов одинакова и равна
шт
S=0,4·S.
пк
4. Давление настройки р перепускного клапана известного гидропривода и заявляемого гидропривода одинаково.
5. Количество гидроопор известного и заявляемого гидроприводов равно 4. Количество насосов заявляемого гидропривода равно 4.
6. Гидромеханические и объемные потери в известном и заявляемом гидроприводах не учитываем.
шт
В соответствии с указанными исходными данными при опускании платформы с помощью как известного гидропривода, так и заявляемого гидропривода в штоковые полости гидроопор необходимо подавать расход масла Q, равный
шт
шт
Q=4·v·S=4·v·0,4·S=1,6·v·S.
Производительность каждого насоса заявляемого гидропривода (определяемая из условия подъема платформы с требуемой скоростью v) равна
н
Q=v·S.
∑
Если при опускании платформы с помощью заявляемого гидропривода к штоковым полостям гидроопор подключены только два насоса (другие насосы сообщены с баком), то суммарная производительность Q этих двух насосов равна
∑
н
Q=2·Q=2·v·S.
∑
шт
Поскольку Q больше Q, то разница этих расходов масла, равная
∑
шт
Q-Q=2·v·S-1,6·v·S=0,4·v·S,
пк
в процессе опускания платформы через перепускной клапан перепускается в бак, вследствие чего в штоковых полостях гидроопор и в связанных с ними управляющих камерах гидрозамков поддерживается давление р, достаточное для удержания этих гидрозамков в открытом положении при выполнении данной операции.
1
Следовательно, мощность N, потребляемая заявляемым гидроприводом при опускании платформы, равна
1
пк
∑
пк
N=р·Q=2·p·v·S.
С другой стороны, производительность Q насоса известного гидропривода (определяемая из условия подъема платформы с требуемой скоростью v) равна
Q=4·v·S.
2
Поскольку при опускании платформы с помощью известного гидропривода его насос сообщен со штоковыми полостями гидроопор и с перепускным клапаном, мощность N, потребляемая известным гидроприводом при выполнении данной операции, равна
2
пк
пк
N=р·Q=4·p·v·S.
1
2
Как следует из сопоставления полученных значений N и N, при выполнении операции опускания платформы затраты мощности заявляемого гидропривода по сравнению с затратами мощности известного гидропривода снижаются в 2 раза.
Таким образом, благодаря особенности исполнения гидравлического привода вывешивания и горизонтирования грузовой платформы заявляемое изобретение обеспечивает повышение надежности привода при выполнении рабочих операций, снижение затрат мощности при выполнении операции опускания грузовой платформы, а также сокращение периода работы привода при выполнении операций ее подъема и горизонтирования.