Дроссельный регулируемый сумматор потока

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам разделения (суммирования) потока жидкости на несколько в любом соотношении.
Известен дроссельный делитель потока, состоящий из корпуса с двумя постоянными входными дросселями, закрывающих крышек и гильзы с четырьмя отверстиями, а также золотника, имеющего дополнительные пояски с осевыми каналами для повышения точности разделения потока (SU 209933 А1 1968.01.26).
Недостатком данного устройства является невозможность разделения, а также суммирования потока жидкости в любой пропорциональности.
Известен делитель потока, состоящий из корпуса, содержащего канал подвода жидкости и два канала отвода с коаксиально размещенными втулками, образующими две полости подвода, сообщенные через дроссели, и две полости отвода, сообщенных с соответствующими полостями подвода через переменные дроссели, образованные эластичным запирающим элементом, и снабженный трехпозиционным золотниковым распределителем, рабочие каналы которого сообщены с полостями подвода рабочей жидкости, а напорный канал распределителя сообщен с каналом подвода делителя потока (SU 1781470 А1 1992.12.15).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменять соотношение деления потока без непосредственного участия человека, а также то, что данная конструкция не может быть сумматоров потока.
Известно устройство для деления потока жидкости, состоящее из корпуса с расточкой, входного патрубка и двух выходных, выходящих на цилиндрическую расточку отверстий. Внутри корпуса установлен вал с переключающим элементом, снабженным сегментом. В расточке установлено кольцо, контактирующее с цилиндрической поверхностью, на наружной поверхности кольца имеются пазы, охватывающие отверстия одного из выходных патрубков, а в корпусе устройства установлен шаговой двигатель, ротор которого соединен с валом (RU 2342582 С2 2008.12.27).
Недостатком данного устройства является то, что данная конструкция не может использоваться в системах высокого давления за счет отсутствия конструктивной разгрузки регулирующего элемента от давления жидкости, а также в силу недостаточной герметизации конструкции для систем высокого давления.
Известен аксиальный делитель потока, содержащий рабочие секции, разделительные секции, боковые крышки одинакового сечения, кинематически связанные качающие узлы, установленные внутри каждой рабочей секции, состоящие из блока цилиндров с плунжерами, образующие рабочий объем секции, наклонного диска и вала, сквозные отверстия в каждой рабочей полости и разделительной секции, а также распределительные окна, расположенные в каждой разделительной секции и одной боковой крышки, при этом распределительные окна подвода жидкости соединены каналами с общей полостью подвода жидкости (RU 170137 U1 2017.04.14).
Недостатком данного устройства является то, что оно относится к классу объемных делителей потока, а значит, оно имеет сложную конструкцию, высокую массу и габариты, по сравнению с дроссельными делителями потока, так как, по сути, состоит из двух регулируемых аксиально-поршневых гидромашин, объединенных в единый корпус. В силу указанных выше недостатков, применение таких делителей потоков в гидроприводах автономных транспортных средств, сравнительно небольших габаритов, является проблематичным. Заявленное решение способно обеспечить аналогичный функционал в плане разделения (суммирования) потока, при этом имея существенно меньшую массу и габариты, а также более простую и технологичную конструкцию.
Известен регулируемый дроссельный делитель потока, состоящий из корпуса, в котором расположены делительный и уравнительный золотники, при этом уравнительный золотник выполнен полым, и в его стенках выполнены отверстия для обеспечения подвода жидкости, а с двух сторон рабочей зоны цилиндра выполнены два ряда дроссельных отверстий, через которые подается управляющие давления (RU 14262 2000.07.10).
Недостатками данной конструкции является то, что она зависима от самой гидросистемы, и в случае отсутствия расхода жидкости или необходимого давления, регулирование соотношение деления потока будет невозможным. Это критично для роботизированных транспортных средств и автономных платформ. Следующим недостатком является то, что данная конструкция является делителем потока, а не сумматором. Еще одним недостатком является то, что в данной конструкции отсутствует место для установки датчика положения делительного золотника, из чего следует, что информация о его положении будет поступать с датчика расхода, которая, во-первых, будет иметь сильное запаздывание относительно реального положения, а, во-вторых, будет зашумлена колебаниями давления, и, соответственно, расхода. Исходя из этого, система управления будет крайне неэффективна для динамического регулирования деления потока.
Наиболее близким аналогом является устройство, состоящее из корпуса, имеющего две полости, а также одно входное и два выходных отверстия и пары отверстий для соединения полостей, делительного и уравнительного золотников, а также рычажной передачи, установленной внутри корпуса и связывающей вал, установленный внутри корпуса, с делительным золотником (DE 19630030 А1 1998.01.29).
Одним из недостатком данной конструкции является то, что она не является сумматором потока. Так как сумматор потока обычно устанавливается в линии слива, в то время как делитель потока в линии нагнетания, то сумматор потока способен повышать степень защищенности системы от кавитации за счет потери энергии жидкости на дросселировании. Этот эффект от сумматора потока особенно принципиален в гидросистемах гусеничных машин. Следующим недостатком является отсутствие уплотнений на делительном золотнике. Хотя в конструкции предусмотрены каналы отвода жидкости от делительного золотника обратно в бак, при высоких давлениях утечки в данном месте будут приводить к потерям огромного количества энергии жидкости. Еще одним недостатком является наличии рычажной передачи, так как помимо сложности реализации данного способа преобразования движения в герметичном корпусе, она будет вносить существенные погрешности в значение положения делительного золотника, так как корпус не обладает местом для датчика абсолютного положения, а, значит, датчик положения будет установлен и связан с другим объектом.
Задачей, поставленной в полезной модели, является разработка устройства с двумя дросселирующими каскадами, помещенными в единый корпус и содержащими делительный и уравнительный золотники, способного выполнять функции разделения потока жидкости с возможностью динамического регулирования соотношения деления в процессе работы гидравлической системы, при этом данное устройство должно включаться в линию слива.
Техническим результатом полезной модели является динамическое изменение соотношения деления (суммирования) потоков жидкости без использования объемных гидромашин и рабочей среды в системах высокого давления.
Технический результат достигается за счет того, что дроссельный регулируемый сумматор потока, состоящий из двух каскадов, помещенных в единый корпус, содержащий отверстия, соединяющие оба каскада, делительного и уравнительного золотников, находящихся в делительном и уравнительном каскадах соответственно, входных и выходного отверстий, соединенных с уравнительным и делительным каскадами соответственно, согласно настоящей полезной модели его делительный золотник имеет резьбу, позволяющую передавать на него движение по передаче винт-гайка, при этом золотник будет выступать в роли винта, а на наружной стороне делительного каскада установлена вилка, останавливающая прокрутку делительного золотника, а корпус сумматора потока оснащен крышкой, имеющей слот для установки датчика положения. При этом на наружной стороне делительного золотника имеется ограничитель, фиксирующий перемещение золотника контактом с вилкой, а каскады сумматора потока выполнены съемными гильзами.
Полезная модель поясняется чертежом. На чертеже представлен сумматор потока (далее - сумматор) в разрезе, где 1 - корпус сумматора, в который вставляются уравнительный каскад 5 и делительный каскад 6, 2 и 3 -входные штуцеры, 4 - выходной штуцер, 7 - уравнительный золотник, 8 -делительный золотник. 9 - вилка, 10 - крышка со слотом под датчик положения, 11 - ограничитель, 12 - резьба для подачи движения, 13 и 14 -каналы, соединяющие каскады.
Предлагаемая конструкция состоит из корпуса 1, имеющего полости для каскадов, а также каналы 13 и 14, соединяющие данные полости, в который вкручены по резьбе штуцеры 2,3 и 4, через которые будет подаваться жидкость в уравнительный каскад и вытекать из делительного, каскадов 5 и 6, которые вставлены в полости корпуса и закреплены винтами, золотников 7 и 8, вставленных в соответствующие каскады и образующих с корпусами данных каскадов переменные дроссели, вилки 9, которая крепится к делительному каскаду винтами и останавливает прокручивание золотника, крышки 10 со слотом для датчика положения, которая крепится к корпусу сумматора винтами, ограничителя 11, который срабатывает при контакте с вилкой, резьбы 12, которая преобразует движение с гайки, закрепленной на выходном валу привода, в движение делительного золотника.
Предлагаемый дроссельный регулируемый сумматор потока работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается через входные штуцеры 2 и 3, попадая в уравнительный каскад. Если разница силы давления жидкости, подаваемой через штуцеры 2 и 3, больше силы трения покоя, то золотник 7 придет в движение, своим смещением изменяя сопротивление дросселей, образованных самим золотником и корпусом каскада. При этом золотник будет увеличивать гидравлическое сопротивление дросселя в той полости, где больше давление, уменьшая гидравлическое сопротивление дросселя в другой полости. Отверстия в уравнительном золотнике 7 способствуют демпфированию колебаний в процессе установления расходов. После прохождения уравнительного каскада жидкость по каналам 13 и 14 перетекает в делительный каскад, где оба потока проходят через еще одну пару регулируемых дросселей, образованных золотником 8 и корпусом каскада, сливаясь в один поток и вытекая через штуцер 4.
Основной особенностью предлагаемой конструкции является возможность изменения соотношения разделения потоков динамически, другими словами, непосредственно в процессе работы гидросистемы, причем без участия оператора. Это особенно актуально в гидравлических системах мобильных роботизированных транспортных средств. Так как данная конструкция является сумматором потока, то она включается в линию слива и, соответственно, создает потери давления именно там, что важно в случае возможности возникновения кавитации, например в гидроприводе гусеничной платформы.
Предлагаемая конструкция разделяет поток жидкости в соотношении, пропорциональном соотношению гидравлических сопротивлений дросселей в делительном каскаде. Гидравлическое сопротивление данных дросселей определяется степенью смещения золотника 8, который получает движение через передачу винт-гайка от привода, выступая в роли винта по резьбе 12. За счет специальной формы данного золотника, он практически полностью разгружен относительно давления жидкости, и необходимое усилие для его сдвига определяется трением в уплотнениях. Для максимально возможной точности позиционирования делительного золотника, внутри корпуса предусмотрено место для установки датчика абсолютного положения.
Так, при смещении золотника 8 в новое положение, в гидросистеме начнется переходной процесс, золотник 7 сместится для обеспечения необходимых сопротивлений дросселей, вследствие чего расходы установятся в соотношении, равному соотношению гидравлических сопротивлений дросселей в делительном каскаде.
Предложенное решение позволяет независимо от гидросистемы и без участия оператора изменять соотношение деления потока динамически в системах высокого давления, при этом не используя крупногабаритную технику. При этом данное устройство является сумматором потока, а также в нем обеспечен способ точного отслеживания положения регулирующего золотника. Все вышеперечисленное обеспечивает широкий функционал устройства, при его простоте конструкции и сборке. За счет этого обеспечивается его промышленная применимость и возможность изготовления на стандартном оборудовании.