МУЛЬТИПЛИКАТОР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
HYDRAULIC MULTIPLIER

Изобретение относится к области гидравлического оборудования, а именно к мультипликаторам давления, и может быть использовано при создании любого гидрофицированного оборудования для передачи энергии рабочей жидкости с преобразованием ее давления.
Известен мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно (Корнилов В.В., Синицкий В.М. Гидропривод в кузнечно-штамповочном оборудовании: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н.В. Пасечника. М.: Машиностроение, 2002. - 224 с. (с. 175, рис. 92)).
Для обеспечения возврата плунжеров гидроцилиндров низкого и высокого давления в исходное положение в конструкции мультипликатора имеются два возвратных гидроцилиндра, рабочие полости которых постоянно соединены с напорной гидролинией низкого давления (с которой для осуществления рабочего хода мультипликатора соединяется и рабочая полость гидроцилиндра низкого давления). Эффективная площадь плунжеров возвратных гидроцилиндров выбирается из соображений наиболее экономичного с энергетической точки зрения расходования жидкости низкого давления при осуществлении обратного хода мультипликатора.
Указанный мультипликатор давления характеризуется повышенными продольными и поперечными размерами, а также повышенной массой, что является недостатками его конструкции.
Известен мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, при этом гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно (Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с. (с. 91, рис. 43)).
У данного мультипликатора плунжер гидроцилиндра низкого давления одновременно является подвижным корпусом гидроцилиндра высокого давления, плунжер которого выполнен неподвижным. Благодаря этому размер мультипликатора в его осевом направлении может быть весьма близок к удвоенной величине хода плунжера гидроцилиндра низкого давления, то есть к минимально достижимому продольному размеру конструкции плунжерного мультипликатора давления одностороннего действия.
Однако для обеспечения возврата плунжера гидроцилиндра низкого давления (подвижного корпуса гидроцилиндра высокого давления) в исходное положение в конструкции мультипликатора имеются два возвратных гидроцилиндра, рабочие полости которых во время рабочего хода мультипликатора соединены со сливом, а во время обратного хода с гидролинией низкого давления (для изменения коммутации полостей возвратных гидроцилиндров со сливом и с гидролинией низкого давления требуется дополнительный гидрораспределитель) или постоянно соединены с напорной гидролинией низкого давления (с которой для осуществления рабочего хода мультипликатора соединяется и рабочая полость гидроцилиндра низкого давления). Вне зависимости от того, какой из указанных вариантов подключения полостей возвратных гидроцилиндров используется во время рабочего хода мультипликатора, эффективную площадь плунжеров возвратных гидроцилиндров выбирают таким образом, чтобы, с одной стороны, усилие, создаваемое возвратными гидроцилиндрами при соединении их рабочих полостей с гидролинией низкого давления, было достаточно для возврата подвижных частей мультипликатора с заданной скоростью в исходное положение (соответствующее началу рабочего хода мультипликатора), а с другой стороны, в процессе возврата подвижных частей мультипликатора в исходное положение расходовался минимально возможный объем жидкости низкого давления.
Возвратные гидроцилиндры расположены симметрично относительно оси гидроцилиндров низкого и высокого давления, при этом оси всех гидроцилиндров параллельны и лежат в одной плоскости. Наличие возвратных гидроцилиндров, расположенных с боков гидроцилиндров низкого и высокого давления, увеличивает поперечные габариты мультипликатора. Для обеспечения соединения плунжеров и корпусов гидроцилиндров, входящих в состав мультипликатора, с образованием замкнутой силовой цепи используются дополнительные детали, в частности подвижная и неподвижная траверсы, что увеличивает массу мультипликатора.
Основными недостатками известного мультипликатора давления являются значительные габаритные размеры и масса.
Известен мультипликатор давления одностороннего действия, содержащий плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр, плунжеры и корпуса которых соединены между собой с образованием замкнутой силовой цепи, причем гидроцилиндры низкого и высокого давления расположены соосно, при этом плунжеры гидроцилиндров низкого и высокого давления выполнены в виде одного силового плунжера постоянного рабочего диаметра, который установлен в корпусе, с торцов закрытом непроходными крышками и имеющем вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском, с образованием рабочих полостей низкого и высокого давления, а возвратный гидроцилиндр расположен соосно силовому плунжеру и его корпус жестко соединен с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, и входит в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра (Патент РФ №2450173, заявка №2010144117/06 от 27.10.2010, МПК: F15B 3/00 - прототип).
Указанный мультипликатор состоит из корпуса, имеющего вид гильзы с внутренним центральным опорно-уплотнительным пояском. Содержит плунжерные гидроцилиндры низкого и высокого давления и возвратный гидроцилиндр. С торцов корпус закрыт непроходными крышками. В корпусе установлен силовой плунжер постоянного рабочего диаметра с образованием рабочих полостей соответственно низкого и высокого давления. Корпус возвратного гидроцилиндра расположен соосно силовому плунжеру, жестко соединен с крышкой, расположенной со стороны полости высокого давления, и входит в расточку силового плунжера с образованием дренажной полости, в которую выходит плунжер возвратного гидроцилиндра. Плунжер может быть подпружинен относительно корпуса с помощью пружины сжатия, установленной в рабочей полости возвратного гидроцилиндра.
Недостатками является значительная сложность конструкции и недостаточно высокий коэффициент повышения давления.
Технической задачей, решаемой изобретением, является уменьшение размеров и массы мультипликатора давления одностороннего действия, упрощение его конструкции с одновременным обеспечением требуемого коэффициента повышения давления.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном мультипликаторе гидравлическом одностороннего действия, содержащем коаксиально расположенные гидроцилиндры низкого и высокого давления с поршнями и с каналами подвода гидравлической жидкости низкого давления, дренажа и отвода гидравлической жидкости высокого давления, причем поршни и корпуса упомянутых гидроцилиндров соединены между собой с образованием замкнутой силовой конструкции, согласно изобретению в канале отвода гидравлической жидкости высокого давления установлен обратный клапан, при этом поршень гидроцилиндра высокого давления выполнен в виде полого цилиндра, открытого со стороны, обращенной к каналу отвода гидравлической жидкости высокого давления с упомянутым обратным клапаном, причем в противоположной части упомянутого полого цилиндра дополнительно размещен обратный клапан, при этом полость в гидроцилиндре высокого давления соединена с полостью входа гидравлической жидкости гидроцилиндра низкого давления через упомянутый обратный клапан, расположенный в поршне гидроцилиндра высокого давления, а в поршне гидроцилиндра низкого давления для обеспечения возвратно-поступательного перемещения поршней гидроцилиндров установлены гидрораспределительное и переключающее устройства, при этом переключающее устройство выполнено в виде гидрораспределителя клапанного типа, имеющего механическую связь с корпусом гидроцилиндра низкого давления и содержащего неподвижный запорный элемент, выполненный преимущественно в виде шарика, и плунжера с седлом, выполненным с возможностью осевого перемещения по отношению к запорному элементу, перемещающих в крайних положениях поршней высокого и низкого давления плунжер с установленным на нем седлом, при этом в гидроцилиндре низкого давления выполнены отверстия входа и дренажа выхода гидравлической жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного мультипликатора, на фиг. 2 показан продольный разрез мультипликатора, на фиг. 3 - выносной элемент Б - разрез гидрораспределительного устройства при открытом дренажном канале, на фиг. 4 - выносной элемент Б - разрез гидрораспределительного устройства при открытом канале подачи управляющего давления, на фиг. 5 - выносной элемент В - разрез переключающего устройства в положении подачи гидравлической жидкости из управляющей полости гидрораспределительного устройства в дренаж, на фиг. 6 - разрез переключающего устройства в положении подачи гидравлической жидкости в управляющую полость гидрораспределительного устройства.
Предложенный мультипликатор содержит гидроцилиндр низкого давления 1, в котором выполнены резьбовые отверстия-каналы входа гидравлической жидкости низкого давления и дренажа гидравлической жидкости. На гидроцилиндре низкого давления 1 установлен гидроцилиндр высокого давления 2. В поршне низкого давления 3 (далее – поршень) установлены поршень высокого давления 4 (далее – поршень) и клапан обратный 5. В гидроцилиндре низкого давления выполнены резьбовые отверстия для крепления гидроцилиндра высокого давления 2 в сборе с клапаном обратным 5 и каналом отвода гидравлической жидкости высокого давления - штуцером 6.
Поршень низкого давления 3 имеет перепускные каналы для входа и выхода гидравлической жидкости и места установки гидрораспределительного и переключающего устройств.
Гидрораспределительное устройство (фиг. 3) содержит втулку 7, плунжер 8, гайку 9 для фиксации составных частей в поршне низкого давления 3, поршень 10, пружину 11, пружину 12, шарик 13.
Переключающее устройство (фиг. 5) содержит клапан 14, гильзу 15, толкатель 16, гайку 17, пружину 18, полую втулку 19, плунжер 20 и шарик 21, завальцованный в плунжере 20. В поршне низкого давления 3 выполнены каналы 22 и 23. Указанные составные части фиксируются гайкой 17 в поршне низкого давления 3. Толкатель 16 установлен при помощи гаек в корпусе гидроцилиндра низкого давления 1.
Канал 24 выполнен в поршне низкого давления 3, канал 25 выполнен в гильзе 15, канал 26 выполнен в полой втулке 19. Канал 27 выполнен во втулке 7, канал 28 выполнен в поршне низкого давления 3.
В конструкции мультипликатора используются уплотнения (не обозначены) для исключения перетекания жидкости из области высокого давления в дренажные полости, что обеспечивает надежное функционирование мультипликатора.
Предложенный мультипликатор работает следующим образом.
Мультипликатор устанавливается в гидравлическую систему для повышения давления гидравлической жидкости, подаваемой на исполнительный механизм без установки в системе дополнительного насоса высокого давления.
Гидравлическая жидкость под давлением поступает на вход гидроцилиндра низкого давления 1 и через проходные каналы поршня 3 низкого давления заполняет полости переключающего и гидрораспределительного устройств, а также через клапан обратный 5 поступает в полость между поршнем 4 и гидроцилиндром 2 высокого давления и через клапан обратный 5 к исполнительному механизму.
В исходном положении поршня низкого давления 3 полость подачи давления соединена через каналы 22 поршня и отверстия в гильзе 15 с полостью установки клапана 14 в гильзе 15, при этом гидравлическая жидкость через каналы 24 в гильзе 15 и 25 в поршне низкого давления 3 поступает в управляющую полость гидрораспределительного устройства и переключает гидрораспределительное устройство в положение подачи управляющего давления в поршневую полость гидроцилиндра низкого давления 3. За счет давления гидравлической жидкости поршень гидроцилиндра низкого давления начинает перемещаться и перемещает поршень гидроцилиндра высокого давления. При этом происходит подача гидравлической жидкости с высоким давлением к каналу отвода гидравлической жидкости высокого давления - штуцеру 6.
После окончания хода поршней 3 и 4 происходит перемещение плунжера 20 толкателем 16, при этом пружина 18 перемещает клапан 14 и перекрывает подвод гидравлической жидкости высокого давления в управляющую полость гидрораспределительного устройства, и при выходе шарика 21 из контакта с клапаном 14 происходит сброс управляющего давления с гидрораспределителя в дренаж через отверстия 26 во втулке 19 и канал 22 в корпусе гидроцилиндра низкого давления 3, при этом происходит переключение гидрораспределительного устройства на сброс гидравлической жидкости с поршневой полости гидроцилиндра низкого давления в дренаж. После этого давление гидравлической жидкости в гидроцилиндре высокого давления начинает перемещать поршни низкого и высокого давления в исходное положение.
В конце обратного хода происходит перемещение плунжера 20 толкателем 16. При этом происходит перемещение клапана 14 во втулке 15 и шариком 21 перекрывается канал дренажа и гидравлическая жидкость через канал 24 во втулке 15 и канал 25 в поршне низкого давления 3 поступает в управляющую полость гидрораспределительного устройства, образованную втулкой 7, плунжером 8 и поршнем низкого давления 3. Плунжер 8 под действием давления гидравлической жидкости перемещается во втулке 7, открывая при этом канал 27 во втулке 7, связанный с каналом 28, для подачи управляющего давления в поршневую полость гидроцилиндра низкого давления, при этом шариком 13 происходит перекрытие дренажного канала.
Далее происходит новый цикл работы.
Проведенные заявителем испытания полноразмерного мультипликатора подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
Использование предложенного технического решения позволит улучшить массово-габаритные характеристики мультипликатора и упростить его конструкцию с одновременным обеспечением требуемого коэффициента повышения давления.