МУЛЬТИПЛИКАТОР ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВУСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
DOUBLE ACTION 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: F15В 3/00).
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.
Известен мультипликатор гидравлический одностороннего действия, содержащий 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, при этом 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 (патент на изобретение №2643574, Заявка: №2016144740 от 16.11.2016, МПК: F15B 3/00 - прототип).
Данный мультипликатор предназначен для передачи энергии рабочей жидкости с преобразованием ее давления. Мультипликатор содержит 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. В канале отвода гидравлической жидкости высокого давления установлен обратный клапан. Поршень гидроцилиндра высокого давления выполнен в виде полого цилиндра, открытого со стороны, обращенной к каналу отвода гидравлической жидкости высокого давления с упомянутым обратным клапаном. 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. 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.
Основными недостатками является недостаточно высокая эффективность работы мультипликатора и низкая производительность, связанные с тем, что мультипликатор выполнен одностороннего действия и один ход поршня низкого давления является холостым.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы мультипликатора с одновременным упрощением конструкции при обеспечении требуемого коэффициента повышения давления, исключение использования дополнительной трубной обвязки с системой клапанов.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном мультипликаторе гидравлическом двустороннего действия, содержащем корпус, в котором установлены коаксиально расположенные гидроцилиндр низкого и гидроцилиндр высокого давления с поршнями и с каналами подвода гидравлической жидкости низкого давления, дренажа и отвода гидравлической жидкости высокого давления, причем поршни и корпуса указанных гидроцилиндров находятся в непосредственной механической связи между собой с образованием единой замкнутой силовой конструкции, в каналах отвода гидравлической жидкости высокого давления установлены обратные клапаны, а полости в гидроцилиндрах высокого давления соединены с полостью входа гидравлической жидкости гидроцилиндра низкого давления через дополнительно установленные обратные клапаны, которые расположены в поршнях гидроцилиндров высокого давления, при этом в поршне гидроцилиндра низкого давления установлены гидрораспределительное и переключающее устройства, согласно изобретению, в корпусе, противоположно гидроцилиндру высокого давления, установлен дополнительный гидроцилиндр высокого давления, при этом гидрораспределительное устройство выполнено в виде клапанного узла двустороннего действия, внутри которого установлен подпружиненный поршень с каналами, выполненный с возможностью осевого перемещения, в своих крайних положениях взаимодействующий с подвижными запорными элементами, выполненными в виде шариков, и изменяющий при этом уплотнение шариков между конусами, выполненными в упомянутом поршне и конусами, выполненными в двух неподвижных седлах с отверстиями, причем полости двух гидроцилиндров высокого давления, через гидрораспределительное устройство и каналы в поршне низкого давления, соединены с полостью входа гидравлической жидкости гидроцилиндра низкого давления, при этом переключающее устройство, управляющее работой гидрораспределительного устройства, выполнено в виде двух независимых друг от друга запорных конических клапанов, имеющих жесткую связь с корпусами гидроцилиндров высокого давления и перемещающихся в открытое положение при крайних положениях поршня низкого давления, при этом в гидроцилиндре низкого давления выполнены отверстия входа и дренажа гидравлической жидкости из переключающего устройства, а в поршне цилиндра низкого давления выполнены каналы для подачи гидравлической жидкости к гидрораспределительному и управляющему устройствам.
Предложенная конструкция мультипликатора содержит коаксиально расположенные гидроцилиндр низкого и два гидроцилиндра высокого давления. Гидроцилиндры включают в себя поршни, каналы подвода гидравлической жидкости низкого давления, дренажа, отвода гидравлической жидкости высокого давления. Поршни и корпуса указанных гидроцилиндров находятся в непосредственной механической связи между собой с образованием единой замкнутой силовой цепи. Согласно изобретению, в поршне гидроцилиндра низкого давления для обеспечения возвратно-поступательного движения поршней гидроцилиндров установлены гидрораспределительное и переключающее устройства. В каналах отвода гидравлической жидкости высокого давления установлены обратные клапаны. Поршни гидроцилиндров высокого давления выполнены в виде полых цилиндров, в которые со стороны, обращенной к каналам отвода гидравлической жидкости высокого давления, дополнительно установлены обратные клапаны, разделяющие полость низкого давления и полости высокого давления.
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 преимущественно 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 гидравлической жидкости в полости гидроцилиндров высокого давления из полости входа гидравлической жидкости гидроцилиндра низкого давления.
Переключающее устройство выполнено в виде двух независимых друг от друга запорных конических клапанов, имеющих механическую связь с корпусами гидроцилиндров высокого давления и перемещающихся в положение «открыто» в крайних положениях поршня низкого давления. При этом в гидроцилиндре низкого давления выполнены отверстия входа и дренажа гидравлической жидкости из переключающего устройства.
Подача гидравлической жидкости к гидрораспределительному и управляющему устройствам осуществляется через независимые друг от друга каналы, выполненные в поршне цилиндра низкого давления.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного мультипликатора двустороннего действия (далее-мультипликатор); на фиг. 2 показан продольный разрез мультипликатора; на фиг. 3 - выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при открытом канале подачи гидравлической жидкости из полости подачи на гидроцилиндры Г в полость управления гидроцилиндром низкого давления Ж при одновременном закрытии подачи рабочей жидкости из полости подачи давления на гидроцилиндры Г в полость К и открытии сообщения полости К с дренажом; на фиг. 4 - выносной элемент Б - разрез переключающего устройства в положении подачи гидравлической жидкости из полости входа В через управляющую полость переключающего устройства Д в управляющую полость гидрораспределителя Е; на фиг. 5 - выносной элемент А - разрез гидрораспределительного устройства при закрытом канале подачи гидравлической жидкости из полости подачи давления на гидроцилиндры Г в полость управления гидроцилиндром низкого давления Ж, открытии сообщения полости Ж с дренажом при одновременном открытии подачи гидравлической жидкости из полости подачи давления на гидроцилиндры Г в полость управления гидроцилиндром низкого давления К; на фиг. 6 - выносной элемент Б - разрез переключающего устройства в положении закрытия подачи гидравлической жидкости из полости входа В в управляющую полость переключающего устройства Д и сброса давления гидравлической жидкости из управляющей полости гидрораспределителя Е в дренаж.
Предложенный мультипликатор содержит корпус-гидроцилиндр низкого давления 1, в котором выполнены отверстия-каналы входа гидравлической жидкости низкого давления и дренажа гидравлической жидкости. На гидроцилиндре низкого давления 1 установлены два гидроцилиндра высокого давления 2 и 3. В поршне низкого давления 4 установлен поршень высокого давления 5 с обратным клапаном 6 и поршень высокого давления 7 с обратным клапаном 8. Поршни высокого давления 5 и 7 закреплены на поршне низкого давления 4 при помощи стопорных колец. В корпусе гидроцилиндра низкого давления 1 имеются резьбовые отверстия для крепления гидроцилиндра высокого давления 2 в сборе с клапанами обратными 9 и каналом отвода гидравлической жидкости высокого давления - штуцером 10, а так же гидроцилиндра высокого давления 3 в сборе с клапанами обратными 11 и каналом отвода гидравлической жидкости высокого давления - штуцером 12.
Поршень низкого давления 4 имеет перепускные каналы для входа и выхода гидравлической жидкости и места установки гидрораспределительного и переключающего устройств.
Гидрораспределительное, устройство (фиг. 3) состоит из: седла 13, поршня 14, втулок резьбовых 15, фиксирующих составные части в поршне низкого давления 4, пят 16, седла 17, пружины 18, пружин 19, шариков 20.
Переключающее устройство (фиг. 4) состоит из двух независимых друг от друга запорных конических клапана - клапана подачи 21 и клапана сброса 22, каждый из которых включает в себя: втулку 23, седло 24, шток 25, пружину 26, кольцо резьбовое 27.
В конструкции мультипликатора используются уплотнения (не обозначены) для исключения перетока жидкости из области высокого давления в дренажные полости, что обеспечивает надежное функционирование мультипликатора с заданной производительностью.
Предложенный мультипликатор работает следующим образом.
Мультипликатор устанавливается в гидравлическую систему для повышения давления жидкости, подаваемой на исполнительный механизм без установки в системе дополнительного насоса высокого давления.
Гидравлическая жидкость под давлением поступает на вход гидроцилиндра низкого давления 1 (фиг. 2) в полость В и далее, через канал 28, выполненный в поршне низкого давления 4, поступает к переключающему устройству. В исходном положении клапан подачи 21 находится в положении «открыто» (фиг. 4). Таким образом, гидравлическая жидкость под действием входного давления через каналы 29, выполненные во втулке 23, зазор между штоком 25 и седлом 24, каналы 30, выполненные в седле 24, через каналы 31 и 32 (полость Д), выполненные в поршне низкого давления 4, заполняет полости переключающего устройства. Далее через канал 33, выполненный в поршне низкого давления 4, жидкость поступает в управляющую полость Е гидрораспределительного устройства и переключает устройство (фиг. 3) в положение подачи управляющего давления гидравлической жидкости в поршневую полость Ж. Клапан сброса 22 переключающего устройства находится в положении «закрыто» (фиг. 4), так как в исходном положении шток 25 находится в контакте с седлом 24 под действием усилия от пружины 26.
Одновременно с этим гидравлическая жидкость из полости В (фиг. 1) через отверстие 34 заполняет канал 35 (фиг. 3), выполненный в поршне низкого давления 4 и расположенный в различных плоскостях с каналом 32 (фиг 4). Канал 35 (полость Г) выполнен для подачи гидравлической жидкости под входным давлением на гидроцилиндры (фиг. 3) через гидрораспределительное устройство. Далее из полости Г через каналы 36 и 37 (фиг. 3) жидкость под действием входного давления заполняет полости гидрораспределительного устройства (каналы 34, 36, 37 выполнены в поршне низкого давления 4).
Через каналы 38 (фиг. 3), выполненные во втулке резьбовой 15, зазор между поршнем 14 и седлом 13, через каналы 39, выполненные в седле 13, канал 40, выполненный в поршне низкого давления 4, гидравлическая жидкость поступает в поршневую полость Ж гидроцилиндра низкого давления 1. Движение жидкости после прохождения через канал 37 далее в полость К закрыто, так как шарик 20 находится в контакте с седлом 17 под действием усилия от пружины 19. Из полости Ж гидравлическая жидкость заполняет полость И (фиг. 2) гидроцилиндра высокого давления 2, проходя через обратный клапан 6. За счет действия входного давления гидравлической жидкости, находящейся в полостях Ж и И, поршень гидроцилиндра низкого давления 4 начинает перемещаться и перемещает поршень 7 гидроцилиндра высокого давления 3, перемещается так же и поршень 5 гидроцилиндра высокого давления 2. При этом происходит заполнение полостей Ж и И гидравлической жидкостью под действием входного давления и подача гидравлической жидкости с высоким давлением из полости Л к каналу отвода жидкости высокого давления - штуцеру 12 через обратный клапан 11.
В начале движения поршней шток 25 (фиг. 6) клапана подачи 21 теряет механическую связь с корпусом гидроцилиндра высокого давления 2 (фиг. 2) и шток 25, находясь в контакте с седлом 24 (фиг. 6) под действием усилия от пружины 26, перекрывает подачу гидравлической жидкости из полости входа В в управляющую полость Е гидрораспределительного устройства. При этом давление в полости Е остается равным входному давлению жидкости и гидрораспределительное устройство остается в положении подачи управляющего давления гидравлической жидкости в поршневую полость гидроцилиндра высокого давления 2 (фиг. 1).
В конце хода поршней (фиг. 6) происходит перемещение штока 25 клапана сброса 22 посредством механической связи с корпусом гидроцилиндра высокого давления 3 (фиг. 2). Пружина 26 сжимается, шток 25 клапана сброса 22 выходит из контакта с седлом 24 (фиг. 6). Происходит сброс давления из управляющей полости гидрораспределителя Е через каналы 33, 32, канал 41, выполненный в поршне низкого давления, через каналы 42, выполненные во втулке 23, через зазор между штоком 25 и седлом 24, через каналы 43, выполненные в седле 24, через канал 44, выполненный в поршне низкого давления 4 в дренаж.
При этом происходит переключение гидрораспределительного устройства на сброс давления гидравлической жидкости из управляющей полости Ж (фиг. 5) гидроцилиндра низкого давления 1 через каналы 40, 39, зазор между поршнем 14 и седлом 13, канал 45 и каналы 46, выполненные в поршне 14, далее через канал 47, выполненный в поршне низкого давления, в дренаж. Полость И (фиг. 2) остается заполненной гидравлической жидкостью, так как от полости Ж отделена обратным клапаном 9.
В данном положении гидрораспределительного устройства (фиг. 5) гидравлическая жидкость под действием входного давления из полости В (фиг. 2) через отверстие 34 (фиг. 5), каналы 35, 37, через каналы 48, выполненные во втулке резьбовой 15, зазор между поршнем 14 и седлом 13, через каналы 49, выполненные в седле 17, канал 50, выполненный в поршне низкого давления 4, гидравлическая жидкость поступает в поршневую полость К гидроцилиндра низкого давления 1 (фиг. 2) и далее через обратный клапан 8 в полость Л гидроцилиндра высокого давления 3.
За счет действия входного давления гидравлической жидкости, находящейся в полостях К и Л (фиг. 2), поршень гидроцилиндра низкого давления 4 начинает перемещаться уже в обратном направлении и перемещает поршень 5 гидроцилиндра высокого давления 2, перемещается так же и поршень 7 гидроцилиндра высокого давления 3. При этом происходит подача гидравлической жидкости с высоким давлением из полости И к каналу отвода жидкости высокого давления - штуцеру 10 через обратный клапан 9. Движение гидравлической жидкости после прохождения через канал 36 (фиг. 5) и заполнения полостей гидрораспределительного устройства закрыто, так как шарик 20 находится в контакте с седлом 13 под действием усилия от пружины 19.
В начале движения поршней оба клапана управляющего устройства находятся в положении «закрыто», так как клапан сброса 22 теряет механическую связь с корпусом гидроцилиндра низкого давления 1 и шток 25 переходит в контакт с седлом 24 под действием усилия от пружины 26.
В конце двойного хода поршней происходит перемещение штока 25 клапана подачи 21 (фиг. 2) посредством механической связи с корпусом гидроцилиндра низкого давления 1. Пружина 26 сжимается, шток 25 клапана подачи 21 выходит из контакта с седлом 24 (фиг. 4). Клапан подачи 21 переходит в положении «открыто». Таким образом, гидравлическая жидкость под действием входного давления через каналы 29, зазор между штоком 25 и седлом 24, каналы 30, 31 и 32 (полость Д), заполняет полости переключающего устройства. Далее через канал 33, выполненный в поршне низкого давления 4, гидравлическая жидкость поступает в управляющую полость Е гидрораспределительного устройства и переключает устройство в положение подачи управляющего давления рабочей жидкости в поршневую полость Ж (фиг. 3). Далее происходит новый цикл работы.
Использование предложенного технического решения позволит повысить эффективность действия мультипликатора с одновременным упрощением конструкции при обеспечении требуемого коэффициента повышения давления.