ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ НЕБОЛЬШИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, В ОСОБЕННОСТИ ТОРМОЗНЫХ ЦИЛИНДРОВ И ЦИЛИНДРОВ МУФТЫ СЦЕПЛЕНИЯ ЛЕБЕДКИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, И ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ
HYDRAULIC UNIT FOR CONTROL AND ACTUATION OF SMALL HYDRAULIC DEVICES, PARTICULARLY, BRAKE CYLINDERS AND CYLINDERS OF WINCH CLUTCH USED IN FOREST INDUSTRY

Настоящее изобретение относится к области техники машиностроения, а именно к механизмам привода, основанным на давлении жидкости, и к гидравлике, то есть к механизмам гидропривода. С другой стороны, настоящее изобретение также может относиться к выполнению операций, в частности, к гидравлическим управляющим устройствам для механизмов намотки троса или цепи в лебедках.
Целью настоящего изобретения является создание гидравлического агрегата, обеспечивающего возможность приведения в действие небольших гидравлических устройств, в частности, гидравлических цилиндров для управления тормозом и муфтой сцепления лебедки, предназначенной для лесной промышленности, и управления ими, что означает установление, а также поддержание заранее заданного давления рабочей жидкости в гидроприводе, где в то же самое время гидравлические потери должны быть настолько низкими, насколько это возможно, и объем упомянутой рабочей жидкости, требуемый для нормального функционирования и поддержания давления внутри агрегата, также должен быть настолько низким, насколько это возможно.
Для специалистов в данной области техники известно, что гидравлические агрегаты также используются для приведения в действие лебедок, предназначенных для лесной промышленности, и для управления ими. Намоточный барабан приводится в действие двигателем внутреннего сгорания трактора, на котором он установлен, через соответствующий вал и цепной редуктор и содержит муфту сцепления и тормоз, которые работают попеременно. Когда тормоз отключен, то включают муфту сцепления, которая в этом случае позволяет вращать и приводить в действие намоточный барабан, после чего путем отключения упомянутой муфты сцепления автоматически включают тормоз для предотвращения дальнейшего вращения упомянутого барабана. Управление упомянутой муфтой сцепления и тормозом, как правило, также может выполняться посредством электрического устройства управления или любых иных устройств управления, однако, оно не всегда является легко реализуемым или является намного более сложным при использовании лебедки в том месте, где соответствующие энергетические источники являются ограниченными или вообще отсутствуют. Поскольку на такой лебедке без сомнения может быть установлен соответствующий гидравлический агрегат, насос которого может быть легко приведен в действие посредством каждого имеющегося двигателя трактора, то такие устройства, предназначенные для управления муфтой сцепления и тормозом, уже были реализованы также и для практического применения. Соответствующий гидропривод содержит насос, который нагнетает рабочую жидкость через соответствующим образом расположенные клапаны и, в зависимости от их положения и регулировки, либо в цилиндр управления тормозом, либо в цилиндр управления муфтой сцепления, а оставшаяся рабочая жидкость затем возвращается обратно в резервуар, то есть в упомянутый насос. Заявителю известно, что для этих целей использовался исключительно шестеренчатый насос. Несомненно, что такой агрегат может устанавливать требуемое давление рабочей жидкости в гидроприводе, но насос должен быть способен обеспечивать достаточное количество рабочей жидкости в требуемый момент времени для подачи в каждый цилиндр и для обеспечения достаточно короткого времени переключения устройств управления муфтой сцепления и тормозом, поэтому производительность насоса должна быть относительно высокой. Соответственно, насос всегда должен обеспечивать достаточно большую производительность, вследствие чего гидравлические потери из-за утечки являются относительно высокими, что, следовательно, во взаимосвязи с высоким давлением приводит к нагреву или даже к перегреву гидравлической системы, что оказывает существенное влияние на ухудшение качества рабочей жидкости в гидравлической системе и на износ уплотняющих элементов, вследствие чего существенно возрастает риск неисправностей или аварий во время работы. В дополнение к этому, такой агрегат является довольно большим, имея в виду его габаритные размеры, не только вследствие сложных и больших клапанов, содержащихся в нем, но также и вследствие огромного объема рабочей жидкости и большого резервуара для ее хранения. Также очевидно, что гидравлический агрегат, содержащий такое количество рабочей жидкости, не является экологически безвредным, особенно имея в виду то, что упомянутые аварии могут произойти во время работы на месте проведения работ, например в лесу и т.п.
Также в патентной литературе, например, в патенте Франции №2.116.693, в патентах Японии №JP 58121306 А, №JP 60263710, №JP 63083405 А, №JP 2004176698 или №JP 2004360300 А, описаны различные гидроприводы, которые относятся к различным устройствам, и все они являются очень сложными и содержат многочисленные компоненты, вследствие чего заявитель полагает, что ни один из них не обеспечивает решение вышеупомянутой технической проблемы, которая, однако, решена в предложенном изобретении.
Гидравлический агрегат для приведения в действие небольших гидравлических устройств, в частности муфты сцепления коробки передач, и управления ими описан в патенте Германии №DE 30.04.067 А1. Такой агрегат должен содержать резервуар для рабочей жидкости, насос, предназначенный для создания требуемого давления рабочей жидкости, а также устройство управления, состоящее, по крайней мере, из одного регулирующего клапана и, по крайней мере, одного гидравлического цилиндра. Гидропривод гидравлического агрегата должен содержать поршневой насос, который с одной стороны соединен с упомянутым устройством управления и резервуаром через обратный клапан, который позволяет жидкости протекать в направлении от насоса, но не в противоположном направлении, а с другой стороны - либо через клапан-переключатель со встроенным обратным клапаном, позволяющим жидкости протекать в направлении к насосу, но также не позволяющим ей протекать в противоположном направлении, последовательно в гидропривод вместе с напорным резервуаром-накопителем и обратным клапаном, либо при превышении заранее заданного давления путем автоматического перемещения клапана-переключателя в гидропривод, содержащий упомянутый насос, клапан-переключатель, устройство управления и упомянутый обратный клапан, которые являются гидравлически связанными друг с другом последовательным образом. Такой агрегат должен обеспечивать возможность генерации мощности сервопривода в количестве, достаточном для управления всеми имеющимися управляемыми устройствами.
Настоящее изобретение относится к гидравлическому агрегату для приведения в действие небольших гидравлических устройств, в особенности цилиндров тормоза и муфты сцепления лебедки, предназначенной для лесной промышленности, и для управления ими, при этом такой агрегат содержит, по крайней мере, резервуар для рабочей жидкости, насос, предназначенный для создания требуемого давления рабочей жидкости, а также устройство управления, которое состоит, по крайней мере, из одного регулирующего клапана, а также, по крайней мере, из одного гидравлического цилиндра.
Согласно настоящему изобретению, гидропривод гидравлического агрегата содержит поршневой насос, который с одной стороны через обратный клапан, позволяющий жидкости протекать в направлении от насоса, но также не позволяющий ей протекать в направлении к упомянутому насосу, является гидравлически связанным с устройством управления и с резервуаром для упомянутой рабочей жидкости, а с другой стороны:
- либо через клапан-переключатель со встроенным обратным клапаном, позволяющим жидкости протекать в направлении к насосу, но также не позволяющим ей протекать в противоположном направлении, последовательно в гидропривод вместе с напорным резервуаром-накопителем и с обратным клапаном,
- либо при превышении заранее заданного давления путем автоматического перемещения клапана-переключателя в гидропривод, содержащий упомянутый насос, клапан-переключатель, устройство управления и упомянутый обратный клапан, которые являются гидравлически связанными друг с другом последовательным образом.
Упомянутый поршневой насос состоит из корпуса, в котором коленчатый вал установлен на связанном с ним эксцентриковом шатуне и посредством соответствующей шпильки шарнирно соединен с поршнем, который снабжен уплотняющим элементом и грязесъемным кольцом и вставлен внутрь цилиндра, составляющего единое целое с упомянутым корпусом, и снабжен надлежащим гидравлическим соединителем, приспособленным для нагнетания рабочей жидкости в область, примыкающую к передней поверхности упомянутого поршня, или также для выпуска упомянутой жидкости из него. Упомянутый эксцентриковый шатун предпочтительно является механически связанным с соответствующим валом редуктора лебедки.
Клапан-переключатель содержит обратный клапан, установленный внутри корпуса клапана-переключателя и позволяющий жидкости протекать в направлении к насосу, но также не позволяющий ей протекать в противоположном направлении, а также иглу, прижимаемую к упомянутому обратному клапану посредством пружины, опорой для которой служит регулировочный элемент, ввинченный в корпус, при этом, упомянутый клапан-переключатель также снабжен тремя гидравлическими соединителями для нагнетания рабочей жидкости в клапан-переключатель или для выпуска упомянутой жидкости из него. Предусмотрено, что первый гидравлический соединитель расположен рядом с обратным клапаном и позволяет рабочей жидкости вытекать наружу из корпуса клапана-переключателя. Второй гидравлический соединитель клапана расположен в области обычного положения иглы, прижатой к обратному клапану посредством упомянутой пружины. Третий гидравлический соединитель клапана расположен в области, соответствующей такому положению иглы, когда она смещена от обратного клапана в направлении, противоположном направлению действия силы реакции пружины. Упомянутой пружиной предпочтительно является цилиндрическая пружина сжатия. Кроме того, упомянутый клапан-переключатель в области его первого гидравлического соединителя является гидравлически связанным с насосом и одновременно через обратный клапан как с устройством управления, так и с напорным резервуаром-накопителем, который одновременно является гидравлически связанным с третьим гидравлическим соединителем клапана-переключателя. Кроме того, упомянутый клапан-переключатель в области его второго гидравлического соединителя является гидравлически связанным с резервуаром для рабочей жидкости и одновременно также с устройством управления тогда, когда взаимная связь между упомянутым вторым соединителем и насосом и/или первым соединителем заблокирована посредством обратного клапана.
В предпочтительном варианте такой агрегат содержит, по крайней мере, один манометр, встроенный в гидропривод между напорным резервуаром-накопителем и третьим гидравлическим соединителем клапана-переключателя.
Устройство управления состоит из регулирующего клапана, а также, по крайней мере, из одного цилиндра управления, который через упомянутый регулирующий клапан может быть встроен в гидропривод, в который либо непосредственно, либо опосредованно через напорный резервуар-накопитель встроен поршневой насос. В предпочтительном варианте осуществления и использования настоящего изобретения такой гидравлический агрегат содержит устройство управления, состоящее из параллельных связанных друг с другом цилиндров: цилиндра, приспособленного для управления тормозом лебедки, предназначенной для лесной промышленности, и цилиндра, приспособленного для управления муфтой сцепления лебедки, предназначенной для лесной промышленности, оба из которых через регулирующий клапан связаны с гидроприводом, в который либо непосредственно, либо опосредованно через напорный резервуар-накопитель встроен поршневой насос.
Регулирующим клапаном, по существу, является клапан типа 4/3 с электрическим или механическим управлением, то есть клапан с четырьмя гидравлическими соединителями и тремя рабочими положениями.
Ниже приведено более подробное описание изобретения на основании варианта его осуществления, показанного на приложенных чертежах, на которых изображено следующее:
на Фиг.1 показан вариант осуществления агрегата для приведения в действие небольших гидравлических устройств и для управления ими согласно настоящему изобретению, который предназначен для управления тормозом и муфтой сцепления лебедки для лесной промышленности, и он показан в том состоянии, когда он установлен на коробке передач лебедки, предназначенной для лесной промышленности, во время ее эксплуатации;
на Фиг.2 схематично показан гидропривод во время режима работы насоса на всасывание; и
на Фиг.3 схематично показан гидропривод во время режима работы насоса на сжатие.
-1
Гидравлический агрегат 50 согласно настоящему изобретению, который показан на Фиг.1, приспособлен для его монтажа непосредственно на корпусе 97 лебедки 99, предназначенной для лесной промышленности, и в этом конкретном варианте осуществления изобретения он присоединен к цепной передаче, то есть к редуктору 98 посредством фланца 96 и винтов 95, при этом такая простая и практичная концепция приводит к тому, что агрегат имеет чрезвычайно малые габаритные размеры вне зависимости от того факта, что достигаемое в нем давление может превышать 100 бар при скорости потока 2 литра в минуту (л/мин) и при скорости насоса 540 оборотов в минуту (мин).
На Фиг.1, а также на чертежах Фиг.2 и Фиг.3, ясно видно, что такой гидравлический агрегат 50 согласно настоящему изобретению содержит поршневой насос 500, резервуар 510 для рабочей жидкости, напорный резервуар-накопитель 520, клапан-переключатель 530 вместе с обратным клапаном 535, обратный клапан 540, а также устройство 550 управления, и возможно, но не обязательно, также содержит устройство измерения давления, то есть манометр 560. Упомянутые узлы являются связанными друг с другом способом, более подробное объяснение которого приведено ниже в данном описании.
Поршневой насос 500 состоит из корпуса 501, в котором шток 503 поршня установлен на эксцентриковом шатуне 502, соединенном с не показанным на чертежах валом редуктора 98 лебедки 99, при этом упомянутый коленчатый вал 503 к тому же посредством надлежащей шпильки 504 шарнирно соединен с поршнем 505, снабженным уплотняющим элементом 506 и грязесъемным кольцом 507, и вставлен в цилиндр 508, который обычно является частью упомянутого корпуса 501 и содержит соответствующий гидравлический соединитель 509, через который нагнетают рабочую жидкость в упомянутый цилиндр 508 в область, примыкающую к передней поверхности упомянутого поршня 505, или через который она также может быть выпущена из него.
Поршневой насос 500 посредством упомянутого соединителя 509 гидравлически связан с одной стороны через упомянутый обратный клапан 540, предотвращающий протекание жидкости в направлении к насосу 500 и позволяющий ей протекать в противоположном направлении, и также с резервуаром 510 и с устройством 550 управления, а с другой стороны - с клапаном-переключателем 530 через его обратный клапан 535, позволяющий рабочей жидкости протекать в направлении к насосу 500, но также не позволяющий ей протекать в противоположном направлении.
Клапан-переключатель 530 содержит упомянутый обратный клапан 535, установленный внутри корпуса 531 упомянутого клапана-переключателя 535, а также иглу 532, прижимаемую к упомянутому обратному клапану 535 посредством пружины 533, которой предпочтительно является цилиндрическая пружина сжатия, при этом опорой для упомянутой пружины 533 служит регулировочный элемент 534, который, например, ввинчен в корпус 531. Упомянутый клапан-переключатель 530 снабжен тремя гидравлическими соединителями 536, 537, 538 для нагнетания/выпуска рабочей жидкости в клапан 530 /из клапана 530. Предусмотрено, что первый гидравлический соединитель 536 расположен в области упомянутого обратного клапана 535 и разрешает исключительно выпуск рабочей жидкости наружу из корпуса 531 клапана 530. Предусмотрено, что второй гидравлический соединитель 537 клапана-переключателя 530 расположен в области обычного положения иглы 532, в котором упомянутая игла прижата к обратному клапану 535 посредством упомянутой пружины 533. Третий гидравлический соединитель 538 клапана-переключателя 530 расположен в той области, в которую перемещается игла 532 из вышеупомянутого положения вследствие сжатия упомянутой пружины 532, то есть на некотором удалении от обратного клапана 535.
Благодаря его первому гидравлическому соединителю 536, клапан-переключатель 530 является гидравлически связанным с насосом 500 и, одновременно, посредством обратного клапана 540 с устройством 550 управления, а также с напорным резервуаром-накопителем 520, который одновременно является гидравлически связанным с третьим гидравлическим соединителем 538 клапана-переключателя 530. Кроме того, благодаря его второму гидравлическому соединению, клапан-переключатель 530 является гидравлически связанным с резервуаром 510 для рабочей жидкости и одновременно также с устройством 550 управления, когда связь между упомянутым соединителем 537 и насосом 500 и/или первым соединителем 536 заблокирована посредством обратного клапана 540.
В этом конкретном варианте осуществления изобретения агрегат 50 дополнительно снабжен манометром 560, встроенным в гидропривод между напорным резервуаром-накопителем 520 и клапаном-переключателем 530, а именно третьим его соединителем.
Работа агрегата 50 в пределах диапазона вышеописанного давления и пропускной способности для потока рабочей жидкости обычно должна быть осуществимой в том случае, если в качестве обратного клапана 540 используется стандартный клапан с трубным присоединением G 1/4", и если обратным клапаном 535 в клапане-переключателе 530 является стандартный клапан с трубным присоединением G 3/8".
В этом варианте осуществления изобретения устройство 550 управления состоит из цилиндра 551 управления тормозом и цилиндра 552 управления сцеплением, которые соединены с соответствующими компонентами гидравлического агрегата 50 посредством соответствующего регулирующего клапана 555, который на чертежах Фиг.2 и Фиг.3 представлен как клапан типа 4/3, то есть как клапан с четырьмя соединениями и тремя возможными вариантами его работы, обусловленными его положением.
Поршневой насос 500 упомянутого гидравлического агрегата 50 может функционировать либо в режиме работы на всасывание, либо в режиме работы на сжатие, либо просто в режиме, в котором поддерживают заранее заданное давление в гидроприводе на желательном уровне.
Функционирование упомянутого насоса 500 представлено на Фиг.2 посредством пунктирной линии. Давление в цилиндре 508 уменьшают посредством упомянутого поршня 505, вследствие чего обратный клапан 535 в клапане-переключателе 530 перемещается в открытое состояние, что, следовательно, приводит к всасыванию рабочей жидкости из резервуара 510 через второй соединитель 537 клапана-переключателя 530 в насос 500.
Функционирование в режиме сжатия показано на Фиг.3, где направление протекания рабочей жидкости представлено посредством пунктирной линии. Рабочую жидкость сжимают в упомянутом цилиндре 508 посредством поршня 508, которая затем поступает в упомянутый резервуар 520 через обратный клапан 540. Как только в системе достигнуто заранее заданное значение давления, которое заранее установлено посредством регулировочного элемента 534, то есть путем сжатия пружины 533 в клапане-переключателе 530, например, приблизительно до 100 бар, то клапан 530 автоматически приводится в действие/смещается, при этом игла 532 перемещается в направлении к регулировочному элементу 534, то есть от обратного клапана 535 и против силы сжатия, возникающей в результате действия упомянутой пружины 533.
Когда в гидроприводе достигнуто заранее заданное давление, то регулирующий клапан 555 может быть смещен из одного положения в другое либо механически, либо при помощи электрического или любого иного средства, которым рабочую жидкость затем надлежащим образом, соответственно, направляют в желательный цилиндр 551, 552, или выпускают из него. Если ни один из цилиндров 551, 552 не приведен в действие, то обратный клапан 535 клапана-переключателя 530 удерживается в его открытом положении вследствие давления в системах, в силу чего рабочая жидкость течет в том же самом направлении, что и в вышеупомянутом режиме всасывания согласно Фиг.2. В таком режиме насос по-прежнему выполняет свое колебательное движение, вследствие чего также происходят постоянные колебания уровня рабочей жидкости, которые, однако, не оказывают, по существу, никакого практического влияния на работу гидравлического агрегата. При желании такие колебания также могут быть существенно уменьшены посредством простой меры, а именно путем использования каких-либо более толстых трубопроводов для жидкости. С другой стороны, в гидравлической системе отсутствуют утечки, и, в особенности, отсутствует нагрев или перегрев, приводящий к разрушению или к разложению рабочей жидкости и вследствие этого к ухудшению функциональных характеристик этой системы, что обычно приводит к увеличению риска аварий или неисправностей во время работы компонентов гидравлического агрегата 50.
-1
Исключительно для задач иллюстрации преимуществ, которые являются очевидным следствием этой концепции, следует отметить, что такой гидравлический агрегат является чрезвычайно полезным для управления цилиндром 551 муфты сцепления и тормозным цилиндром 552 лебедки 99, предназначенной для лесной промышленности, в которой давление в гидравлическом агрегате 50 обычно составляет, приблизительно, 100 бар, а насос 500, имеющий производительность, приблизительно, 2 литра рабочей жидкости в минуту, приводится в действие посредством вала, вращающегося со скоростью 540 оборотов в минуту (мин), при этом общий объем рабочей жидкости, требуемый для нормальной работы, обычно не должен превышать 0,5 литра. Следовательно, все эти характеристики предложенного изобретения приводят к техническому решению, которое с учетом существенно минимизированных габаритных размеров, количества компонентов и объема рабочей жидкости является чрезвычайно полезным не только в области техники лебедок, предназначенных для лесной промышленности, но также и в области управления любыми другими устройствами посредством относительно небольших гидравлических компонентов.