Гидропривод вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, точнее к гидроприводам вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов, и может быть использована на различного вида транспортных средствах, когда, в частности, требуется получение на их борту переменного электрического тока постоянной частоты. Примерами таких транспортных средств являются грузовые и малотоннажные автомобили, строительно-дорожные машины, коммунальная техника, автомобильные пункты здравоохранения и медицинского обслуживания, автомобили-рефрижераторы и др., оснащенные специальным оборудованием, для работы которого требуется, например, стандартное электропитание с постоянной частотой 50 Гц.
Известны объемные гидроприводы с дроссельным регулированием (учебник для вузов «Гидравлика и гидропневмопривод», авторы Ю.А. Беленков, А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин - М.: Издательский Дом «БАСТЕТ», 2013, стр. 298), в которых используются принципы стабилизации скорости движения выходных звеньев, основанные на обеспечении постоянства перепада давления на гидродросселе независимо от величины нагрузки на выходном звене гидропривода при помощи дроссельных регуляторов расхода, использующих для этой цели клапаны перепада давления, построенные на основе либо переливного клапана (в указанном источнике рис. 14.16а), либо редукционного (в указанном источнике рис. 14.16б). В первом случае постоянный перепад давления на дросселе обеспечивается за счет слива части жидкости, подаваемой насосом, в гидробак непосредственно регулятором расхода, во втором же - за счет автоматического изменения гидравлического сопротивления редукционного клапана (слив избытка жидкости, поступающей от насоса, обеспечивается при этом дополнительным переливным клапаном при постоянном давлении).
Недостатком таких приводов, установленных на транспортных средствах, является то, что в них используется односекционный нерегулируемый насос, подача которого при условии работы привода от вала двигателя внутреннего сгорания прямо пропорциональна числу оборотов этого вала. Очевидно, что подбор насоса для гидропривода в этом случае должен проводиться из расчета обеспечения им необходимой величины расхода на минимальных оборотах вала двигателя (чаще всего это обороты холостого хода, использующиеся, например, на стоянке транспортного средства перед светофором, в транспортной пробке и т.д.). В противном случае на этих минимальных оборотах вала насоса в рассматриваемом гидроприводе будет образовываться нехватка жидкости, поступающей от насоса, и, следовательно, не будут обеспечиваться необходимые обороты вала гидромотора, связанного с валом электрогенератора. При этом на высоких оборотах вала двигателя (например, в процессе движения транспортного средства), в гидроприводе выбранным насосом будет создаваться значительная избыточная подача, а значит, и количество сливаемой жидкости при стабилизации оборотов вала гидромотора, связанного с валом электрогенератора, будет очень большим. Это приведет к существенным непроизводительным потерям энергии в гидроприводе, и его средне цикловой КПД будет низким.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является гидропривод электрогенератора двигателя внутреннего сгорания (SU 1306747 A1, 1987 г.), содержащий двухсекционный насос и гидромотор, выход которого связан со сливной гидролинией, а вход через регулятор расхода, использующий клапан перепада давления, построенный на основе редукционного клапана, и содержащий нерегулируемый дроссель, и переливной клапан, связан c напорными гидролиниями основной и вспомогательной секций двухсекционного насоса с возможностью выборочного подключения к ним посредством блока разгрузки, состоящего из подключенных к напорной гидролинии вспомогательной секции насоса обратного клапана и разгрузочного клапана, имеющего запорно-регулирующий элемент в виде подпружиненного в корпусе плунжера с осевым дросселирующим отверстием, являющимся его нерегулируемым дросселем, а также средства управления разгрузочным клапаном, содержащего нерегулируемый дроссель, включенный в напорную гидролинию основной секции насоса, и гидрораспределитель, при этом выход блока разгрузки связан с входом регулятора расхода через суммирующую напорную гидролинию и соединение напорной гидролинии вспомогательной секции насоса со сливной гидролинией обеспечивается разгрузочным клапаном путем соединения его заклапанной полости со сливной гидролинией через гидрораспределитель средства управления при достижении на нерегулируемом дросселе средства управления заданного уровня перепада давления.
Основным недостатком прототипа является то, что используемый в приводе регулятор расхода обеспечивает стабилизацию величины расхода рабочей жидкости, поступающего в гидромотор, а следовательно, и стабилизацию частоты вращения его вала, за счет использования клапана перепада давления, построенного на основе редукционного клапана. Как известно, слив избытка жидкости, подаваемой насосом, при этом происходит через переливной клапан при постоянном рабочем давлении в суммирующей напорной гидролинии. Это давление на некоторых режимах работы привода может из-за данной особенности регулирования существенно превышать перепад давления на гидромоторе, необходимый для преодоления момента сопротивления вращению вала электрогенератора, что приводит к значительным непроизводительным потерям энергии в приводе.
К тому же привод - прототип имеет сниженную надежность, обусловленную сложностью компоновки составляющих его устройств на транспортном средстве. Она связана с наличием в нем относительно большого количества этих отдельных устройств и, соответственно, соединяющих их внешних гидролиний.
Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение эффективности гидропривода для вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов.
Технический результат, получаемый от реализации полезной модели, заключается в снижении непроизводительных потерь энергии в приводе путем снижения уровня рабочего давления в суммирующей напорной гидролинии, обеспечивая его величину на всех режимах работы, практически равную значению перепада давления, необходимого для преодоления момента на валу гидромотора, соответствующего моменту сопротивления вращению вала электрогенератора.
Сущность полезной модели состоит в том, что в предлагаемом гидроприводе для вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов, содержащем гидромотор, выход которого связан со сливной гидролинией, а вход через регулятор расхода, содержащий нерегулируемый дроссель, связан c напорными гидролиниями основной и вспомогательной секций двухсекционного насоса с возможностью выборочного подключения к ним посредством блока разгрузки, состоящего из подключенных к напорной гидролинии вспомогательной секции насоса обратного клапана и разгрузочного клапана, имеющего запорно-регулирующий элемент в виде подпружиненного в корпусе плунжера с осевым дросселирующим отверстием, являющимся его нерегулируемым дросселем, а также средства управления разгрузочным клапаном, содержащего нерегулируемый дроссель, включенный в напорную гидролинию основной секции насоса, и гидрораспределитель, при этом выход блока разгрузки связан с входом регулятора расхода через суммирующую напорную гидролинию и соединение напорной гидролинии вспомогательной секции насоса со сливной гидролинией обеспечивается разгрузочным клапаном путем соединения его заклапанной полости со сливной гидролинией через гидрораспределитель средства управления при достижении на нерегулируемом дросселе средства управления заданного уровня перепада давления, в отличие от прототипа, регулятор расхода выполнен с запорно-регулирующим элементом в виде подпружиненного в корпусе плунжера с осевым дросселирующим отверстием, являющимся нерегулируемым дросселем, и для обеспечения дросселируемого соединения суммирующей напорной гидролинии со сливной гидролинией снабжен на входе регулируемым дросселем в виде проходного сечения, площадь открытия которого пропорциональна величине перепада давления на его нерегулируемом дросселе, средство управления разгрузочным клапаном выполнено в виде выполняющего функцию гидрораспределителя подпружиненного в корпусе цилиндрического золотника с осевым дросселирующим отверстием, являющимся нерегулируемым дросселем, и канавкой по наружной поверхности, и имеет две радиальные расточки в корпусе, обеспечивающие упомянутое соединение заклапанной полости разгрузочного клапана со сливной гидролинией через эту канавку золотника.
Дополнительное отличие гидропривода состоит в том, что регулятор расхода и блок разгрузки размещены в едином корпусе, подключенном соответствующими внешними гидролиниями к выходам секций насоса и к входу и выходу гидромотора, а также имеющем общую сливную гидролинию.
Снабжение регулятора расхода на входе регулируемым дросселем в виде проходного сечения, площадь открытия которого пропорциональна величине перепада давления на нерегулируемом дросселе регулятора расхода, обеспечивает возможность дросселируемого соединения суммирующей напорной гидролинии со сливной гидролинией. Это позволяет снизить уровень рабочего давления в суммирующей напорной гидролинии гидропривода на всех режимах работы практически до величины перепада давления, необходимого для преодоления момента на валу гидромотора, благодаря чему обеспечивается существенное повышение эффективности гидропривода за счет снижения в нем непроизводительных потерь энергии.
Расположение регулятора расхода и блока разгрузки в едином корпусе упрощает компоновку элементов гидропривода на транспортном средстве и обеспечивает повышении надежности гидропривода за счет уменьшения в нем количества внешних гидролиний.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - общий вид гидропривода (схема), в режиме суммирования подач двух секций насоса; на фиг.2 - то же, в режиме работы гидромотора от одной основной секции насоса.
Полезная модель гидропривода для вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов, содержит двухсекционный насос 1, привод которого обеспечивается от двигателя внутреннего сгорания 2, гидромотор 3, связанный механически с электрогенератором 4, а гидравлически внешними гидролиниями 5 и 6 соответственно с выходом регулятора расхода 7 и сливной гидролинией 8.
При этом к входу регулятора расхода 7 суммирующей напорной гидролинией 9 подключен выход блока разгрузки 10, содержащего обратный 11 и разгрузочный 12 клапаны, входы которых гидролинией 13 подключены к выходу вспомогательной секции 14 насоса 1, и средство управления 15 разгрузочным клапаном 12. Вход этого средства управления 15 гидролинией 16 подключен к выходу основной секции 17 насоса 1. При этом выходы обратного клапана 11 и средства управления 15 после объединения становятся суммирующей напорной гидролинией 9, которая в свою очередь является выходом блока разгрузки 10.
Регулятор расхода 7 включает запорно-регулирующий элемент 18 в виде подпружиненного пружиной 19 в корпусе плунжера с осевым дросселирующим отверстием 20, являющимся его нерегулируемым дросселем, и на входе регулируемый дроссель в виде проходного сечения 21, обеспечивающего дросселирующее соединение суммирующей напорной гидролинии 9 со сливной гидролинией 8, площадь открытия которого пропорциональна величине перепада давления на его нерегулируемом дросселе 20.
Разгрузочный клапан 12 имеет запорно-регулирующий элемент 22 в виде подпружиненного пружиной 23 в корпусе плунжера с осевым дросселирующим отверстием 24, являющимся его нерегулируемым дросселем, и обеспечивает возможность соединения через открывающееся проходное сечение 25 (фиг.2) напорной гидролинии 13 вспомогательной секции 14 насоса 1 со сливной гидролинией 8.
Средство управления 15 представляет собой гидрораспределитель, имеющий подпружиненный пружиной 26 в корпусе цилиндрический золотник 27 с осевым дросселирующим отверстием 28, являющимся нерегулируемым дросселем средства управления, канавку 29 по наружной поверхности и две радиальные расточки 30 и 31 в корпусе, обеспечивающие соединение через открывающиеся проходные сечения 32 (фиг.2) заклапанной полости 33 разгрузочного клапана 12 со сливной гидролинией 8 при достижении на нерегулируемом дросселе 28 требуемого перепада давления.
Гидропривод работает следующим образом.
Двухсекционный насос 1 привода на всех режимах работы двигателя 2 транспортного средства создает суммарную подачу жидкости, превышающую необходимую. Регулятор расхода 7 обеспечивает стабилизацию величины расхода рабочей жидкости, поступающего в гидромотор 3, а следовательно, и стабилизацию частоты вращения его вала и вала электрогенератора 4, соответственно. Избыток жидкости, поступающий от насоса 1, при этом сливается через регулируемый дроссель 21, площадь проходного сечения которого зависит от величины смещения запорно-регулирующего элемента 18, пропорционального возникающему перепаду давления на нерегулируемом дросселе 20 в виде дросселирующего отверстия. При этом рабочее давление в суммирующей напорной гидролии 9, незначительно превышает перепад давления на гидромоторе 3, необходимый для преодоления момента сопротивления вращению вала электрогенератора 4. Данное обстоятельство существенно сокращает непроизводительные потери энергии в приводе при невысоком значении реализуемого момента на валу гидромотора по сравнению с прототипом.
Когда двигатель 2 транспортного средства работает на малых оборотах, для обеспечения требуемой частоты вращения вала электрогенератора 4 необходима суммарная подача двух секций насоса 1 (фиг.1). При этом поток рабочей жидкости основной секции 17 насоса 1 проходит через нерегулируемый дроссель 28 средства управления разгрузочным клапаном 15 и за обратным клапаном 11, который открыт, объединяется с потоком рабочей жидкости, поступающем от вспомогательной секции 14 насоса 1. При этом запорно-регулирующий элемент 22 разгрузочного клапана 12, подключенного к напорной гидролинии 13 на выходе вспомогательной секции 14 насоса 1 перед обратным клапаном 11, под действием пружины 23 смещен в крайнее правое положение и перекрывает слив жидкости из гидролинии 13. Обусловлено это тем, что заклапанная полость 33 разгрузочного клапана 12 заперта.
В случае, когда жидкости, подаваемой основной секцией 17 насоса 1, достаточно для обеспечения требуемой частоты вращения вала электрогенератора 4 (фиг.2), перепад давления, возникающий на нерегулируемом дросселе 28, переключает запорно-регулирующий элемент 27 средства управления 15 разгрузочным клапаном 12 в крайнее правое положение. При этом при помощи канавки 29 через открывшиеся проходные сечения 32 соединяются расточки 30 и 31, сообщая заклапанную полость 33 разгрузочного клапана 12 со сливной гидролинией 8. Запорно-регулирующий элемент 22 разгрузочного клапана 12 при этом смещается в крайнее левое положение благодаря возникающему перепаду давления на нерегулируемом дросселе в виде осевого отверстия 24. При этом открывается проходное сечение 25, обеспечивающее соединение гидролинии 13 со сливной гидролинией 8. Вся подача вспомогательной секции 14 насоса 1 при этом через открывшееся проходное сечение 25 сливается в гидробак под давлением, превышающем сливное на величину перепада давления на дросселе 24, что значительно меньше рабочего давления в суммирующей напорной гидролинии 9. Обратный клапан 11 при этом рабочим давлением в суммирующей напорной гидролинии 9 закрывается.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели гидропривода для вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно электрогенераторов, обеспечивает повышение эффективности привода по сравнению с прототипом путем снижения в нем непроизводительных потерь энергии.
Кроме этого расположение регулятора расхода и блока разгрузки в едином корпусе упрощает компоновку элементов гидропривода на транспортном средстве и обеспечивает повышении надежности гидропривода за счет уменьшения в нем количества внешних гидролиний.