ПОЗИЦИОННЫЙ ГИДРОПРИВОД
POSITIONAL HYDRAULIC DRIVE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидроприводам с дискретными позициями, и может быть использовано для осуществления линейного перемещения рабочего органа в устройствах управления транспортными и технологическими машинами.
Известен позиционный гидропривод, в котором для увеличения дискретности поршневой гидроцилиндр разделен перегородкой на два равных рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком, разделяющий рабочий объем на две полости. Штоковые полости соединены с напорной магистралью напрямую, а поршневые полости - через редукционный клапан. В стенке гидроцилиндра в каждом рабочем объеме выполнены отверстия, соединенные со сливной магистралью через распределители. Шаг отверстий определяется из соотношения:
1
2
где h и h - шаг отверстий в стенке гидроцилиндра первого и второго рабочих объемов;
L - полный ход поршня в рабочем объеме;
n - натуральное число [Заявка: 93001846/29, 11.01.1993] - аналог.
Недостатком указанного решения является дублирование отдельных позиций, вызванное наличием в соотношениях для шага отверстий кратных делителей, а также то, что длина гидроцилиндра ограничивает число позиций при заданном диаметре отверстий, соединенных со сливной магистралью.
Известен позиционный гидропривод, содержащий поршневой гидроцилиндр, разделенный перегородкой на два равных рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком, штоковые и поршневые полости соединены с напорной магистралью, в стенке гидроцилиндра каждого рабочего объема выполнены отверстия, каждое из которых соединено через гидрораспределитель со сливной магистралью. В стенке гидроцилиндра, в рабочем объеме, выполнено m групп отверстий, в каждой из которых шаг отверстий определен из соотношения
1k
2k
где h, h - шаг отверстий в k-й группе первого и второго рабочих объемов;
1k
2k
N, N - количество отверстий в k-й группе в стенке гидроцилиндра в первом и втором рабочих объемах;
L - полный ход поршня в рабочем объеме, количество отверстий в каждой группе выполнено согласно условию
11-1
1m-1
21-1
2m-1
НОД(N, …, N, N, …, N)=1,
где НОД - наибольший общий делитель множества чисел.
[Заявка: 2012153021. Дата публикации заявки 20.06.2014, Бюл. №17] - прототип.
Недостатком данного решения является неравномерность шага между позициями гидропривода, что снижает точность его работы. Данный недостаток обусловлен неоднозначностью выбора числа отверстий в группах по причине отсутствия условия выбора числа отверстий в каждом рабочем объеме и числа отверстий в группе в зависимости от числа всех позиций, длины гидроцилиндра и диаметра отверстий.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей позиционного гидропривода за счет повышения точности работы гидропривода согласно условию выбора числа отверстий в каждом рабочем объеме и числа отверстий в группе в зависимости от числа всех позиций, длины гидроцилиндра и диаметра отверстий.
Поставленная задача решается тем, что в позиционном гидроприводе, содержащем гидроцилиндр, разделенный перегородкой на два равных рабочих объема, в каждом из которых размещен поршень со штоком, штоковые и поршневые полости соединены с напорной магистралью, в стенке гидроцилиндра каждого рабочего объема выполнены отверстия, каждое из которых соединено через гидрораспределитель со сливной магистралью, в стенке гидроцилиндра, в рабочем объеме, выполнено m групп отверстий, согласно предложенному техническому решению каждая поршневая полость соединена с напорной магистралью через редукционный клапан, каждая штоковая полость соединена с напорной магистралью через канал, выполненный в торцевой стенке, каждая поршневая полость соединена с напорной магистралью через канал, выполненный в перегородке, число отверстий в одном рабочем объеме превышает число отверстий в другом рабочем объеме на единицу, а их произведение равно числу всех позиций гидропривода, в каждом рабочем объеме шаг между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, одинаковый, причем шаг между отверстиями в каждой группе превышает минимально допустимое значение технологически возможного шага.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый гидропривод характеризуется следующими новыми признаками.
1. «… поршневая полость соединена с напорной магистралью через редукционный клапан …».
Из-за разности площадей в штоковой и поршневой полости, при равных давлениях в обоих полостях, шток самопроизвольно выдвигается из гидроцилиндра. Редукционный клапан установлен с возможностью обеспечения работы привода без самопроизвольного движения штока за счет превышения давления рабочего тела в штоковой полости над давлением рабочего тела в поршневой полости.
2. «… число отверстий в одном рабочем объеме превышает число отверстий в другом рабочем объеме на единицу, …».
Максимальное число позиций привода равно произведению чисел отверстий в одном и другом рабочем объеме. Другими словами, их произведение (чисел отверстий) равно числу всех позиций гидропривода.
Данное условие позволяет реализовать привод с наименьшим числом отверстий в стенке гидроцилиндра.
3. «… в каждом рабочем объеме шаг между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, одинаковый …».
1
2
При длине L рабочего объема, равной длине между крайними позициями поршня и числах N, N отверстий в одном (Б) и другом (А) рабочих объемах, соответственно, получим шаг между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, в рабочих объемах А и Б, соответственно равным
1
2
где h и h - шаг между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий в рабочих объемах А и Б.
4. «… шаг между отверстиями в каждой группе превышает минимально допустимое значение технологически возможного шага».
Под минимально допустимым значением технологически возможного шага здесь понимается следующее. Сколь угодно близко одно отверстие выполнить рядом с другим невозможно по ряду причин конструктивного и технологического характера.
В силу этого реально реализуемый гидропривод должен выполняться с шагом отверстий, определяемым по формуле
мин
h=μd,
мин
где h - минимально допустимое значение технологически возможного шага, согласно требований конструктивного и технологического характера;
d - диаметр отверстия;
μ - технологический коэффициент, μ>1.
С учетом этого все отверстия по одной образующей могут быть выполнены только при выполнении следующего условия:
мин
1(2)
h(N-1)≤L.
мин
Если данное условие не выполняется, то отверстия размещают в m группах так, что шаг отверстий в каждой группе превышает величину h=μd. Выполнение отверстий m группами с одинаковым шагом между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, при соответствии требованиям конструктивного и технологического характера, расширяет функциональные возможности позиционного гидропривода.
На чертеже. представлен предлагаемый позиционный гидропривод, в котором отверстия, соединенные с напорной и сливной магистралями, выполнены в стенке и перегородке гидроцилиндра.
Здесь обозначены: 1 - гидроцилиндр; 2 - перегородка, разделяющая гидроцилиндр на рабочие объемы Б и А. В рабочем объеме А (Б) размещен поршень 3 со штоком 4; 5 - отверстие, каждое из которых соединено через гидрораспределитель со сливной магистралью (магистрали не показаны); 6 - распределитель, соединяющий отверстие со сливной магистралью; 7 - канал подачи постоянного давления в штоковую полость; 8 - канал подачи постоянного давления в поршневую полость; 9 - редукционный клапан.
В рабочем объеме А отверстия 5 выполнены тремя группами (m=3, согласно рассмотренному выше примеру), а в рабочем объеме Б отверстия выполнены одной группой (m=1). Поршень 3 сопряжен по посадке с внутренней поверхностью гидроцилиндра с возможностью перекрытия отверстия 5.
1
1
мин
Порядковые номера отверстий 5 в группе не указаны, но их нумерация соответствует нумерации соответствующих распределителей, которая указана через дефис вторыми числами, (6-1, …, 6-12). На чертеже в рабочем объеме А указан шаг h между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, равный L/(N-1) и шаг между отверстиями в одной из групп h=/μd.
Пример возможного исполнения гидропривода. Требуется выполнить гидропривод со следующими исходными данными: число позиций N=132; длина максимального хода поршня в каждом рабочем объеме L=60 мм; диаметр отверстий d=3 мм; технологический коэффициент μ=2.
1. Наименьшее число отверстий, соответствующее заданному числу фиксированных промежуточных положений гидропривода:
2. Расчетный шаг между поперечными сечениями, проходящими через центры отверстий, в первом и втором рабочих объемах по условию равномерного распределения по длине рабочего объема, соответственно
В рабочем объеме Б разместить 12 отверстий, в пределах длины максимального хода поршня L=60 мм, с шагом, равным 6 мм, невозможно, так как для этого необходимая длина L должна быть 66 мм.
В рабочем объеме А все 11 отверстий возможно разместить в пределах длины максимального хода поршня L=60 мм с шагом, равным 6 мм.
Для сохранения шага между отверстиями равным расчетной длине 5,454 мм, отверстия возможно выполнить тремя группами так, что в первой группе выполнено два отверстия с шагом 60 мм, координаты которых по длине рабочего объема можно представить вектором (0; 60); во второй группе и третьей группах выполнено по пять отверстий, координаты которых по длине рабочего объема можно представить векторами: (5,454; 16,362; 27,27; 38,178; 49,086) и (10,908; 21,816; 32,724; 43,632; 54,54).
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что гидроцилиндр с указанными соотношениями шагов отверстий проявляет новые свойства, что приводит к расширению функциональных возможностей.
1
2
Позиционный гидропривод работает следующим образом. Позиция поршня со штоком зависит от номера отверстия, соединенного, в рассматриваемый момент времени, посредством распределителя со сливной магистралью. Из-за снижения давления в полости гидроцилиндра, соединенной со сливной магистралью, поршень со штоком перемещается в сторону указанного отверстия. Равновесие сил, действующих на поршень наступит в момент, когда поршень перекроет отверстие, соединенное со сливной магистралью. За счет независимой работы в двух рабочих объемах происходит суммирование позиций двух штоков, что обеспечивает N×N позиций гидропривода.
Данный позиционный гидропривод может применяться в качестве промежуточного звена линейного перемещения в манипуляторе.