СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ГИДРОЦИЛИНДРОВ (ВАРИАНТ) И ДЕЛИТЕЛЬ (ВАРИАНТ)
PROCEDURE FOR SYNCHRONISATION OF HYDRO-CYLINDERS (VERSION) AND DIVIDER (VERSION)

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее к гидравлическим системам с сервомеханизмами без следящих устройств для синхронизации двух и более сервомеханизмов.
Известен МНОГОЛИНЕЙНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ - СУММАТОР ЧЕТНОГО ЧИСЛА ПОТОКОВ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ (SU 378659 А1 от 14.06.1971 г. (F15B 11/22)), содержащий корпус и расположенные в нем шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. На гидравлической схеме, представленной в описании известного устройства, изображен способ синхронизации движений гидроцилиндров, присоединенных к выходам известного устройства.
Общие недостатки известных устройства и способа его применения для синхронизации гидроцилиндров, присоединенных к известному устройству, проявляются в случаях нарушений синхронности гидроцилиндров при возникновении необходимости выровнять все штоки гидроцилиндров, так как при остановке одного гидроцилиндра или нескольких гидроцилиндров вращение всех шестерен в известном устройстве может прекращаться и выравнивание остальных штоков гидроцилиндров может быть достигнуто только за счет нерегулируемых внутренних утечек при малом расходе рабочей жидкости и высоком давлении на входе в известное устройство. При этом давление, например, на одном из выходов известного устройства может значительно повышаться, превышая величину максимального давления на входе в результате редукции давлений, происходящей в известном устройстве, которое представляет собой многосекционную обратимую гидромашину, и превысить допускаемое значение, например, для присоединенного к этому выходу гидроцилиндра, который первым остановился при полностью выдвинутом штоке.
Известны делители, состоящие из многосекционных объемных обратимых гидромашин, выпускаемые итальянской фирмой "HANSA-TMP", например делители потока модели FLOW DIVIDERS - RV-0V (размерного ряда "Group 0"), представляющие собой секции шестеренной гидромашины, собранные в единый узел, в котором одна из двух шестерен внешнего зацепления в каждой секции связана соединительными валиками с шестернями в соседних секциях, и каждая секция снабжена антикавитационным и редукционными клапанами, через которые каждый выход из известного устройства соединен с линией внешней утечки. Известное устройство описано на странице 25 в каталоге под названием "GEAR FLOW DIVIDERS", от Фирмы "HANSA - ТМР", с которым можно ознакомиться на страничке сайта http://www.hansatmp.it/engineering/list/flow_dividers/en, на которой необходимо загрузить каталог по ссылке, которая называется: "Download Catalog". На этой же странице 25 указанного каталога изображена гидросхема "EXTERNAL DRAIN STANDARD SETUP", на которой известное устройство представлено в стандартном исполнении с подключенной линией внешней утечки, через которую может осуществляться слив рабочей жидкости из редукционных клапанов, а также подпитка рабочей жидкостью антикавитационных клапанов. При использовании известного устройства для синхронизации присоединяемых гидроцилиндров редукционные гидроклапаны способны ограничивать давления на выходах делителя и в поршневых полостях присоединяемых гидроцилиндров. Недостатки известного устройства проявляются при его применении для синхронизации присоединенных гидроцилиндров, в случаях нарушений синхронности и возникновении необходимости выравнивать гидроцилиндры при выдвижении или втягивании штоков.
Известное устройство обладает следующими недостатками.
Выравнивание гидроцилиндров, присоединяемых к известному устройству, может быть достигнуто при подаче рабочей жидкости только в одном направлении - в направлении деления потока, только при выдвижении штоков.
Процесс выравнивания в режиме деления потоков будет происходить медленно, потому что часть расхода рабочей жидкости, прошедшей через делитель, будет сливаться в линию внешней утечки через редукционные клапаны и не попадет в гидроцилиндры, которые следует выравнивать.
Процесс выравнивания в режиме деления потоков будет затруднен, потому что выравнивание гидроцилиндров может быть достигнуто только при высоких давлениях, близких к номинальному давлению, на которые должны быть настроены редукционные клапаны, потому что гидроцилиндры должны сохранять способность работать с номинальным усилием при подаче номинального давления.
При работе известного устройства в режиме суммирования потоков выравнивание присоединенных к нему гидроцилиндров может оказаться невозможным в случаях остановки вращения шестерен в известном устройстве, потому что при втягивании штока в гидроцилиндр давление в поршневой полости будет всегда меньше, чем давление подачи рабочей жидкости в штоковую полость, и редукционный клапан, настроенный на номинальное давление, не позволит слить рабочую жидкость из поршневой полости гидроцилиндра, в котором, например, необходимо втянуть шток, чтобы выровнять все гидроцилиндры.
Из перечисленных выше недостатков известного устройства вытекают еще два, а именно:
применение известного устройства значительно снижает кпд известных гидросистем и оборудования, в составе которых и совместно с которым оно применяется;
применение известного устройства для выравнивания присоединенных к нему гидроцилиндров не позволяет реализовать известные преимущества других известных устройств, например преимущества известных гидростанций, оснащенных дополнительными гидронасосами, рассчитанными на невысокие давления, но обладающими высокой производительностью для ускорения перемещений рабочих органов в режимах малой нагрузки.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является известная гидравлическая схема DIAGRAM WITH FOUR ELEMENT DIVIDER WITH VALVES, на которой показан известный способ синхронизации гидроцилиндров, в котором используется известный шестеренный многосекционный делитель фирмы "HANSA". Известная гидравлическая схема под названием: "Diagram with four element divider with valves" изображена на стр.48 в вышеуказанном каталоге "GEAR FLOW DIVIDERS", который представлен на сайте фирмы "HANSA - ТМР", который можно найти по ссылке "Download Catalog", расположенной на страничке этого сайта по вышеуказанному адресу: http://www.hansatmp.it/engineering/list/flow_dividers/en.
На известной гидравлической схеме DIAGRAM WITH FOUR ELEMENT DIVIDER WITH VALVES изображена гидросистема, состоящая из гидростанции, гидрораспределителя, шестеренного делителя, состоящего из четырех секций, кинематически связанных между собой, каждая секция которого снабжена редукционным клапаном, способным ограничивать давление в каждой магистрали, соединяющей выходы из секций делителя с присоединенными к ним гидроцилиндрами, каждый из которых также снабжен своим редукционным клапаном, которые соединяют штоковую полость каждого гидроцилиндра с поршневой полостью и способны ограничивать разность давлений между штоковой и поршневой полостями каждого гидроцилиндра при втягивании его штока под действием давления жидкости, подаваемой в штоковую полость.
Недостатки известного способа управления гидроцилиндрами, изображенного на вышеуказанной гидравлической схеме, проявляются следующим образом.
Выравнивание гидроцилиндров при давлениях, меньших, чем номинальное, может быть достигнуто только в одном режиме - в режиме суммирования потоков рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей гидроцилиндров, тогда, когда штоки всех гидроцилиндров полностью втягиваются.
Выравнивание в режиме суммирования потоков рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей гидроцилиндров, когда штоки гидроцилиндров втягиваются, происходит недостаточно быстро, потому что часть расхода рабочей жидкости, подаваемой от гидростанции, не попадает в гидроцилиндры, которые следует выравнивать, а сливается в гидростанцию через редукционные клапаны, присоединенные к штоковым полостям гидроцилиндров, которые первыми остановились в крайних положения при полностью втянутых штоках.
Выравнивание в режиме деления потоков рабочей жидкости, подаваемой распределителем от гидростанции, когда штоки всех гидроцилиндров выдвигаются, происходит медленно, потому что часть расхода рабочей жидкости, прошедшей через делитель, не попадает в гидроцилиндры, которые следует выравнивать, а сливается в гидростанцию через редукционные клапаны, расположенные в делителе, соединенные с поршневыми полостями гидроцилиндров, которые первыми остановились в крайних положениях при полностью выдвинутых штоках.
Выравнивание в режиме деления потоков рабочей жидкости, подаваемой распределителем от гидростанции, когда штоки всех гидроцилиндров выдвигаются, затруднено и возможно только при высоких давлениях, достаточно близких к номинальному давлению, которое необходимо для работы гидроцилиндров с номинальным усилием.
Известный способ применения известного устройства значительно снижает кпд известных гидростанций, совместно с которым оно применяется, и не позволяет использовать весь поток рабочей жидкости, который способны подавать известные гидростанции, для ускоренного выравнивания и восстановления синхронности гидроцилиндров в случаях нарушений синхронности.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в ускорении выравнивания гидроцилиндров для восстановления синхронности в режиме деления потока и также в режиме суммирования потоков жидкости при нарушениях синхронности.
Сущность технического решения в заявляемом способе синхронизации гидроцилиндров заключается в том, что рабочую жидкость в гидроцилиндры подают гидрораспределителем от гидростанции через делитель, каждый выход из которого снабжают двумя клапанами давления, которые подключают параллельно во встречных направлениях, через которые соединяют каждый выход из делителя с его входом в одном направлении и в другом направлении соединяют вход в делитель с каждым выходом из него.
Заявляемое устройство предназначено для осуществления заявляемого способа.
Сущность технического решения в заявляемом устройстве заключается в том, что заявляемый делитель содержит объемную обратимую гидромашину, состоящую из двух или более секций, которые кинематически связаны между собой, каждая из которых снабжена двумя клапанами давления, которые подключены параллельно во встречных направлениях, через которые каждый выход из делителя соединен с его входом в одном направлении и в другом направлении вход в делитель соединен с каждым выходом из него.
Существенное отличие технического решения заключается в предлагаемом применении, расположении и подключении двух клапанов давления, которыми снабжают каждый выход из делителя.
Технический результат достигается следующим образом:
- предлагаемое применение клапанов давления позволяет ограничивать разность давлений в каждом из потоков жидкости, протекающей через делитель, и не ограничивать абсолютное давление;
- при предлагаемом применении клапанов гидроцилиндры сохраняют способность работать с номинальным усилием при подаче номинального давления от гидростанции;
- выравнивание гидроцилиндров для восстановления их синхронности достигается при не большой разности давлений в каждом из потоков жидкости, протекающей через делитель, например в пределах 2 МПа;
- предлагаемое техническое решение позволяет выравнивать гидроцилиндры при подаче больших расходов рабочей жидкости при небольшом давлении, например в пределах 5 МПа;
- предлагаемое техническое решение позволяет перераспределять потоки жидкости между гидроцилиндрами, использовать весь расход жидкости от гидростанции для выравнивания гидроцилиндров при нарушениях синхронности, что ускоряет их выравнивание.
Технический результат выражается в следующем:
- достигается ускорение выравнивания гидроцилиндров в статических положениях либо при полностью втянутых всех штоках, либо при полностью выдвинутых всех штоках во всех гидроцилиндрах;
- повышается кпд известных гидросистем и устройств, в составе которых или совместно с которыми могут применяться заявляемый способ или заявляемое устройство;
- предлагаемый способ позволяет полнее использовать известные преимущества известных устройств, например преимущества гидростанций, которые оснащаются дополнительными гидронасосами, обладающими большой производительностью, но рассчитанными на небольшие давления, которые предназначаются для ускоренных перемещений рабочих органов в режимах малой нагрузки.
Пример осуществления заявляемого способа и заявляемого устройства поясняется на фиг.1, на которой изображена предлагаемая гидравлическая схема, на которой показано расположение и подключение всех составляющих ее известных элементов, применение которых позволяет осуществить заявляемый способ и заявляемое устройство.
Гидросхема, изображенная на фиг.1, представляет гидросистему, которая содержит гидростанцию, гидрораспределитель и гидроцилиндры, поршневые полости которых соединяются с выходами из делителя. Напорная магистраль гидростанции соединяется с входом в многосекционный делитель, а ее сливная магистраль со штоковыми полостями гидроцилиндров. При переключении распределителя напорная магистраль гидростанции соединяется со штоковыми полостями гидроцилиндров, а ее сливная магистраль соединяется с входом в делитель.
Пример осуществления заявляемого делителя на гидравлической схеме показан с помощью стандартных символов, изображающих несколько кинематически связанных между собой секций объемной обратимой гидромашины, каждая из которых снабжена двумя клапанами давления, которые подключены параллельно во встречных направлениях, через которые каждый выход из делителя соединен с его входом в одном направлении и в другом направлении вход в делитель соединен с каждым выходом из него.
На схеме показано, что в каждой секции делителя каждая пара клапанов давления подключена следующим образом: один их них, в одном направлении, своей пружинной полостью соединяется с выходом из делителя и напорной полостью соединяется с входом в делитель, а второй клапан давления, во встречном направлении, своей пружинной полостью соединяется с входом в делитель и напорной полостью соединяется с выходом из него.
Стрелками показано направление подачи жидкости в многосекционный делитель в режиме деления потока.
Гидросистема и все элементы гидравлической схемы, которая изображена на фиг.1, работают следующим образом.
При изображенном на схеме положении гидрораспределителя многосекционный делитель способен работать в режиме деления потока, а гидроцилиндры способны выдвигать штоки. В случаях нарушения синхронности движения возникает необходимость выровнять штоки гидроцилиндров при достижении крайних статических положений. Клапаны давления, которые предлагается использовать, позволяют отключать режим синхронного деления потока либо режим суммирования потоков в заявляемом устройстве и перераспределить потоки жидкости между гидроцилиндрами, которые необходимо выравнивать.
При этом клапаны давления, которыми снабжают каждый выход из делителя, работают следующим образом.
В режиме деления потока
В случае остановки потока жидкости в поршневую полость гидроцилиндра, который первым достиг крайнего положения и остановился (при полностью выдвинутом штоке), давление на одном из выходов многосекционного делителя, присоединенных к этом гидроцилиндру, повысится и в результате редукции, происходящей в секциях обратимой гидромашины, превысит давление на входе в делитель. Подключенный к этому выходу клапан давления, пружинная полость которого сообщается с входом в делитель, ограничивает возникающую разность давлений и направляет поток жидкости, предназначенный для остановившегося гидроцилиндра, обратно на вход делитель. В случаях остановок вращения шестерен в секциях объемной обратимой гидромашины, когда несколько цилиндров достигают крайних положений и останавливаются, давление на входе в делитель превысит давление на его выходах, присоединенных к тем гидроцилиндрам, которые необходимо выровнять. В этом случае другие клапаны давления, пружинные полости которых сообщаются с выходами делителя, ограничивают разность давлений жидкости между входом в делитель и выходами из него и направляют всю жидкость в те гидроцилиндры, которые необходимо выравнивать.
В режиме суммирования потоков
Делитель начинает работать в режиме суммирования потоков при переключении гидрораспределителя, когда напорная магистраль гидростанции соединяется со штоковыми полостями гидроцилиндров, а сливная с делителем. При подаче рабочей жидкости в штоковые полости гидроцилиндров рабочая жидкость вытесняется из поршневых полостей гидроцилиндров и поступает в делитель в направлении суммирования потоков. Вход в делитель (который в этом случае следовало бы назвать выходом из сумматора) через гидрораспределитель соединяется со сливной магистралью. При этом пружинные полости половины из клапанов давления подключаются к сливной магистрали. Клапаны давления, пружинные полости которых соединяются со сливной магистралью, приобретают способность работать в режиме предохранительных клапанов и, в случаях остановок секций объемной обратимой гидромашины, ограничивают давления жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров, сливая рабочую жидкость из поршневых полостей гидроцилиндров, которые необходимо выравнивать.
Таким образом, весь расход рабочей жидкости, подаваемой от гидростанции, используется для выравнивания гидроцилиндров в следующих статических положениях: либо при полностью втянутых всех штоках, либо при полостью выдвинутых штоках во всех гидроцилиндрах, и технический результат, указанный выше, достигается в полном объеме.
На гидравлической схеме, изображенной на фиг.2, поясняется вариант осуществления заявляемого способа и заявляемого устройства. Гидравлическая схема, изображенная на фиг.2, отличается от гидравлической схемы, изображенной на фиг.1, тем, что в качестве клапанов давления применяют более простые по конструкции предохранительные клапаны прямого действия, которые также располагают между выходами из делителя и входом в него и подключают так же, как и клапаны давления, расположение и подключение которых уже описано выше.
Известно, что клапан давления состоит из расположенного в корпусе напорного золотника, на который с одной стороны действует давление жидкости со стороны напорной магистрали, а с другой стороны действуют усилие пружины и давление жидкости в другой присоединенной к нему магистрали. Если со стороны действия пружины исключить действие давления жидкости и подключить сливную магистраль, то клапан давления способен работать в режиме редукционного или предохранительного клапана. Соответственно, и редукционный клапан, и предохранительный клапан непрямого действия, и даже простейший предохранительный клапан прямого действия, состоящий, например, из шарика, пружины и корпуса, способен работать в режиме клапана давления, если со стороны пружинной полости на запорный элемент клапана будет действовать давление жидкости из магистрали, присоединенной, например, к поршневым полостям гидроцилиндров, а с другой стороны будет действовать давление из напорной магистрали.
На фиг.3 и 4 поясняется вариант осуществления заявляемого устройства, которое содержит несколько секций шестеренной гидромашины, кинематически связанных между собой и собранных в единый делитель, каждая секция которого снабжена двумя предохранительными клапанами прямого действия
На фиг.3 изображен поперечный разрез по одной из секций шестеренной гидромашины, состоящей из двух расположенных в корпусе шестерен с внешним зацеплением, способных вращаться под давлением потока жидкости в корпусе секции. Одна из шестерен способна вращаться на неподвижной оси, закрепленной в корпусе секции, а вторая одним общим валом или несколькими промежуточными валиками соединяется с шестернями в соседних секциях.
На фиг.4 изображен продольный разрез вдоль линий зацепления шестерен в секциях шестеренной гидромашины и поясняется пример расположения, подключения и применения известных предохранительных клапанов прямого действия, при котором простейшие предохранительные клапаны прямого действия, состоящие из шарика, пружины и корпуса, способны работать в режимах клапанов давления в предлагаемом варианте осуществления заявляемого устройства.
В результате достигается такой же технический результат, что указан выше.