ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МНОГОПРИВОДНОЙ МАШИНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к машиностроению, преимущественно к гидросистемам с одним насосом сельскохозяйственных тракторов и машин, строительно-дорожных и коммунальных машин, станков, самолетов с дистанционным или выносным гидравлическим независимым управлением не менее чем четырьмя агрегатами.
В современных гидросистемах многоприводных машин с одним насосом для управления каждым независимо работающим гидроцилиндром используется золотниковый гидрораспределитель, соответственно, количество гидрораспределителей в системе равняется количеству независимо работающих гидроцилиндров.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей гидравлической системы многоприводной машины, достигаемое путем сокращения количества золотниковых гидрораспределителей, используемых для независимого или группового управления гидроцилиндрами двухстороннего или одностороннего действия, сохраняя при этом необходимую работоспособность машины. Одним из технических решений задачи предлагаемой полезной модели является разработка новой схемы подключения агрегатов гидравлической системы, в которой выделяется один гидрораспределитель для обеспечения выбора режимов работы (подъем, опускание, заперто, плавающее) любого из включаемых в работу гидроцилиндров, остальные гидрораспределители обеспечивают включение в работу или запирание гидроцилиндров, попарно или по одному подключенных к каждому из них.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является изобретение «Гидросистема многоприводной машины» по авторскому свидетельству SU №1633164 A1 F15B 9/17, В60К 17/00, с приоритетом 11 октября 1988 г, далее называемая в тексте известной гидросистемой, которая должна обеспечить управление независимыми или группой независимых гидроцилиндров с почти двойным уменьшением количества гидрораспределителей. Анализ работы известной гидросистемы показывает, что ее реализация в гидросхеме не обеспечивает независимую работу гидроцилиндров. Недостатками являются следующие:
1) Неверно подобранные схемы четырехканальных гидрораспределителей с закрытыми центрами подключения пары гидроцилиндров (фиг.1 известной гидросистемы поз.8, 9, 10 с обратными клапанами 17, 18, 19), использование общей магистрали (та же фиг.1, поз.28), соединяющей штоковые полости всех гидроцилиндров, исключают возможность независимой работы гидроцилиндров, не обеспечивают независимую работу гидроцилиндров и обратные клапаны 17, 18, 19. Действительно, в режиме «подъем» гидроцилиндра 20 масло под давлением обеспечивает выдвижение штока, но в то же время в остальных гидроцилиндрах поршневая полость заперта золотниками гидрораспределителей 8, 9, 10, а штоковые полости этих гидроцилиндров через магистраль 28 соединяются со сливом. В этом случае штоки гидроцилиндров 21-25 могут самопроизвольно перемещаться под действием внешних сил приводимых агрегатов машины. Это приводит к потере управляемости агрегатов. Гидроцилиндры могут работать независимо только тогда, когда отключение обеспечивается одновременным запиранием обеих полостей гидрораспределителями.
2) Неудачное подключение в известной гидросистеме предохранительного клапана (фиг.1, поз.3) не обеспечивает безнапорное перепускание масла в нейтральном режиме и потребует использование трубопроводов и гидрораспределителей с повышенными условными проходами.
3) Неверный выбор гидрораспределителей (см. замечание 1) потребовал создание схемы электрического управления (фиг.2 известной гидросистемы), включающей четырехконтактный пакетный переключатель 38, диод 42 и трехполюсные переключатели 39, 40, 41, которые не решают проблему обеспечения независимой работы гидроцилиндров.
Существенными техническими признаками, характеризующими предлагаемую полезную модель, отличительными от известной гидросистемы, являются применение в гидравлической системе новой схемы подключения агрегатов, изменение количества каналов и схем гидрораспределителей. В предлагаемой гидравлической системе применяется, как и в известной гидросистеме, один трехпозиционный пятиканальный гидрораспределитель с открытым центром, обеспечивающий выбор режимов работы всех гидроцилиндров и управление предохранительным клапаном непрямого действия, а также, в отличие от известной гидросистемы, трехпозиционные шестиканальные гидрораспределители с закрытым центром, в количестве равном половине независимо работающих гидроцилиндров, обеспечивающие включение в работу или запирание пары подключенных к каждому из них гидроцилиндров. В случае использования в системе нечетного общего количества гидроцилиндров, для управления одним (нечетным) гидроцилиндром используется двухпозиционный шестиканальный гидрораспределитель с закрытым центром для гидроцилиндра двустороннего действия или двухпозиционный двухканальный гидрораспределитель для гидроцилиндра одностороннего действия. Такое изменение гидравлической системы с использованием трехпозиционных шестиканальных гидрораспределителей с закрытым центром позволяет уменьшить количество гидрораспределителей, как и в известной гидросхеме, по формуле:
обеспечивая при этом ее работоспособность.
В формуле (1) Nr - количество потребных гидрораспределителей, Nc - общее количество в системе независимо работающих гидроцилиндров. В случае когда количество гидроцилиндров нечетное, первое слагаемое округляется до целого в сторону увеличения. Из формулы (1) видно, что эффект сокращения количества гидрораспределителей достигается при использовании в схемах не менее четырех гидроцилиндров и растет с ростом их количества.
Анализ работоспособности предлагаемой полезной модели показывает, что использование гидрораспределителей с электрическим (с помощью электромагнитов) управлением золотниками позволяет обеспечить защиту работы системы от влияния человеческого фактора и повысить ее надежность.
Указанные технические признаки совместно с предлагаемой электрической схемой управления позволяют решить поставленную задачу создания работоспособной гидравлической системы многоприводной машины с расширенными функциональными возможностями. Технический результат - сокращение количества агрегатов гидравлической схемы, которое приводит к уменьшению веса и габаритов системы, снижению стоимости и повышению надежности работы системы.
Гидравлическая схема предлагаемой гидравлической системы многоприводной машины представлена на фиг.1 применительно к машине с пятью независимо управляемыми гидроцилиндрами в режиме «заперто». Она содержит насос 1 с напорной линией 2, в которую включен предохранительный клапан непрямого действия 3, предохраняющий гидросистему от перегрузки и безнапорно сливающий масло от насоса 1 через сливную линию 4 и фильтр 6 в бак 7 при соединении маслопровода 5 со сливом только через установленный в нейтральное положение золотник гидрораспределителя 8. В схему входят также: пятиканальный трехпозиционный гидроределитель 8 с открытым центром, называемый далее распределителем выбора режимов работы, два (половина от четного количества цилиндров) трехпозиционных шестиканальных гидрораспределителя с закрытыми центрами 11 и 12, к каждому из которых подключены по два гидроцилиндра 20, 21 и 22, 23. Гидрораспределители 11 и 12 будут называться далее гидрораспределителями подключения гидроцилиндров. При этом в пару следует подбирать гидроцилиндры так, чтобы включение одного из пары исключало включение другого. Золотники всех трехпозиционных гидрораспределителей выставляются в среднее положение возвратными пружинами, а в крайние положения соответствующими электромагнитами 9, 10, 14, 15, 16, 17. Каждый из гидрораспределителей подключения гидроцилиндров обеспечивает запирание обеих полостей гидроцилиндров пары или включение в работу одного из гидроцилиндров. Для управления подключением одного (нечетного) гидроцилиндра 24 используется двухпозиционный шестиканальный гидрораспределитель с закрытым центром 13, при этом два оставшихся вывода следует заглушить. Золотник двухпозиционного гидрораспределителя 13 подключения одного гидроцилиндра устанавливается в закрытое положение возвратной пружиной 19, а в открытое положение электромагнитом 18.
Система допускает использование неограниченного количества дополнительных гидроцилиндров, которые попарно подключаются вместе с дополнительным гидрораспределителем подключения гидроцилиндров к масляным магистралям в точках 25 и 26.
Рассмотрим работу предлагаемой гидравлической схемы. При этом в общем случае будем считать, что гидроцилиндры 20-24 двустороннего действия и что гидроцилиндр 20 должен обеспечивать возможность работать в 4-х режимах: «заперто», «подъем», «опускание», «плавающее», в отличии от остальных, работающих только в режимах «заперто», «подъем», и «опускание».
В режиме «заперто» золотники гидрораспределителей 8, 11 и 12 установлены в среднем положении, а золотник гидрораспределителя 13 установлен в закрытом положении пружинами. Полости всех гидроцилиндров 20, 21, 22, 23, 24 заперты золотниками с закрытыми центрами гидрораспределителей 11, 12, 13. Насос 1 работает без нагрузки, поток масла от насоса перепускается в сливную магистраль 4 через нормально разомкнутый гидрораспределитель режимов работы 8 и через предохранительный клапан 3, так как его канал 5 соединен со сливом.
В режиме «подъем» гидроцилиндр 20 включается в работу гидрораспределителем подключения гидроцилиндров 11, золотник которого смещается вправо электромагнитом 14. Одновременно золотник гидрораспределителя выбора режимов работы 8 смещается вправо электромагнитом 9. Насос 1 подает масло через гидрораспределители 8 и 11 в поршневую полость гидроцилиндра 20, масло из штоковой полости гидроцилиндра выходит в сливную магистраль 4, шток выталкивается, обеспечивая режим подъема. При этом гидроцилиндры 21, 22, 23 и 24 остаются запертыми золотниками гидрораспределителей 11, 12, 13. Включение в работу гидроцилиндра 21 и запирание гидроцилиндра 20 обеспечивается смещением золотника гидрораспределителя 11 влево электромагнитом 15 при одновременном смещении вправо золотника гидрораспределителя 8 электромагнитом 9. Аналогичный режим обеспечивает подключение в работу одного из остальных пар гидроцилиндров другими гидрораспределителями подключения гидроцилиндров. Гидроцилиндр 24 в режим подъема подключается одновременным смещением золотников гидрораспределителей 8 и 13 вправо электромагнитами 9 и 18.
В режиме «опускание» гидроцилиндр 20 подключается к работе гидрораспределителем подключения гидроцилиндров 11 так же, как в режиме подъема. Одновременно в гидрораспределителе режимов работы 8 золотник перемещается влево электромагнитом 10. Насос 1 подает масло через гидрораспределители 8 и 11 в штоковую полость гидроцилиндра 20, слив масла происходит из поршневой полости, шток гидроцилиндра 20 втягивается, обеспечивая режим опускания. При этом гидроцилиндры 21, 22, 23 и 24 остаются запертыми золотниками гидрораспределителей 11, 12, 13. Режим «опускание» для гидроцилиндра 21 осуществится перемещением золотника гидрораспределителя 11 влево электромагнитом 15 с одновременным смещением влево золотника гидрораспределителя 8 электромагнитом 10. При использовании гидроцилиндров одностороннего действия режим «опускание» обеспечивается смещением только золотника гидрораспределителя подключения гидроцилиндров электромагнитом. При этом золотник гидрораспределителя режимов работы остается в среднем положении. Опускание произойдет под воздействием веса управляемого агрегата.
В режимах «подъем» и «опускание» смещение влево или вправо золотника гидрораспределителя выбора режимов работы 8 запирает связь канала 5 со сливом и клапан 3 работает как предохранительный.
В режиме «плавающее» обе полости гидроцилиндра 20 должны соединяться между собой и со сливной магистралью, обеспечивая неопределенное (плавающее) положение поршня. Это достигается перемещением вправо золотника гидрораспределителя 11 электромагнитом 14. При этом золотник гидрораспределителя 8 остается в среднем положении. Насос 1 работает без нагрузки, обе полости гидроцилиндра 20 соединяются между собой и со сливом.
Анализ работы предлагаемой гидравлической системы показывает, что управление золотниками гидрораспределителя выбора режимов работы 8 и одного из гидрораспределителей подключения гидроцилиндров 11, 12, 13 должно производиться одновременно. Нарушение этого условия может вызвать гидравлический удар в системе при опережении включения гидрораспределителя 8, а запаздывание его включения вызовет самопроизвольный выход включенного гидроцилиндра в режим «плавающее». К аналогичным результатам могут привести случаи одновременного включения гидроцилиндров, подключенных к одному гидрораспределителю или подача сигналов одновременно на режим «подъем» и «опускание» на гидрораспределитель выбора режимов работы.
Электрическая схема управления предлагаемой гидравлической системы обеспечивает одновременное управление перемещением золотника гидрораспределителя выбора режимов работы 8 и одного из гидрораспределителей подключения гидроцилиндров 11, 12, 13 электромагнитами с помощью переключателей, при этом исключает возможность одновременного включения в работу двух гидроцилиндров, подключенных к одному гидрораспределителю.
Электросхема представлена на фиг.2 в режиме «заперто» всех гидроцилиндров.
Электросхема содержит источник питания 27, три (по количеству гидрораспределителей подключения цилиндров) двухпозиционных нормально-разомкнутых переключателя 28, 29, 30, пять (по количеству независимо работающих гидроцилиндров) двухполюсных трехпозиционных нормально-разомкнутых переключателей 37, 38, 39, 40, 41, подвижные контакты которых жестко соединены, двухпозиционный нормально-разомкнутый переключатель 36 (по количеству гидроцилиндров, обеспечивающих режим «плавающее»), обмотки электромагнитов 9, 10, 14, 15, 16, 17, 18.
В режиме «заперто» все переключатели разомкнуты. Золотники гидрораспределителей 8, 11, 12, 13 выставлены возвратными пружинами в положения запирания всех гидроцилиндров.
Для обеспечения режима «подъем» (выдвижение штока гидроцилиндра 20) включаем электропитание переключателем 28, замыкая контакт 31, соответствующий выбранному гидроцилиндру из пары и поворачиваем влево двухполюсный переключатель 37, замыкая контакты 43, 44. При этом ток от источника питания 27, через контакты 31, 43, 44 переключателей 28, 37 поступает на обмотки электромагнитов 9 и 14, которые одновременно смещают вправо золотники гидрораспределителя режимов работы 8 и гидрораспределителя подключения цилиндров 11, обеспечивая заданный режим. При этом остальные гидроцилиндры заперты золотниками распределителей 11, 12, 13. После завершения подъема переключатель 37 устанавливаем в среднее положение. Заметим, что включение в работу второго гидроцилиндра 21 из пары невозможно, так как подключение контакта 31 исключает подключение контакта 32, подающего питание к переключателю, обеспечивающему работу гидроцилиндра 21. При этом возможно одновременное включение гидроцилиндров из других пар. Для этого одновременно с переключателем 28 переключателями 29 или 30 выбирается нужный гидроцилиндр. При этом, так как подвижные контакты переключателей 37-41 жестко соединены, режим работы всех выбранных гидроцилиндров задается одинаковый.
Для обеспечения режима «опускание» (втягивание штока гидроцилиндра 20), после включения переключателя 28 (контакт 31), двухполюсный переключатель 37 поворачивается вправо, замыкая контакты 44, 45. При этом ток поступает от источника питания через контакты 31, 44, 45 к обмоткам электромагнитов 14 и 10. Электромагниты 10 и 14 одновременно смещают золотник гидрораспределителя 8 влево, а золотник гидрораспределителя 11 вправо, обеспечивая режим «опускание». После завершения опускания переключатель 37 устанавливаем в среднее положение.
Для обеспечения режима «плавающее» гидроцилиндра 20 переключателем 36 замыкаем контакт 42. Ток от источника питания 27 через переключатели 28, 36 и контакты 31, 42 поступает к обмотке электромагнита 14, который смещает золотник гидрораспределителя 11 вправо, при этом золотник гидрораспределителя 8 установлен возвратной пружиной в среднее положение, обеспечивая заданный режим. Этот же режим будет использоваться для «опускания», если в системе используются гидроцилиндры одностороннего действия.
Порядок подключения тока на обмотки электромагнитов в разных режимах приведен в таблице:
Гидроцилиндр
«Нейтраль»
«Подъем» (переключатель-электромагнит)
«Опускание» (переключатель-электромагнит)
«Плавающее»
20
-
28(31) 37(43,44) - 9,14
28(31) 38(45,44) - 10,14
28(31) 36(42) - 14
21
-
28(32) 38(46,47) - 9,15
28(32) 38(48,47) - 10,15
В данной схеме не предусмотрен
22
-
29(33) 39(49,50) - 9,16
29(33) 39(51,50) - 10,16
23
-
29(34) 40(52,53) - 9,17
29(34) 40(54,53) - 10,17
24
-
30(35) 41(55,56) - 9,18
30(35) 41(57,56) - 10,18
Рассмотренная схема обеспечивает одновременное включение гидроцилиндров из разных пар в одинаковом режиме. Если требуется обеспечить одновременное включение в разных режимах («подъем» и «опускание» одновременно) следует изменить подключение гидроцилиндра в схеме (переключить шланги штоковой и поршневой полостей).