гидропривод

Формула изобретения

1. Гидропривод, включающий два двухполостных гидродвигателя, один из которых имеет поршневую и штоковую полости, а также управляемый гидрораспределитель, соединенный с поршневой и штоковой полостями одного гидродвигателя и с напорной и сливной линиями, отличающийся тем, что другой гидродвигатель выполнен в виде гидроцилиндра с двусторонним штоком, имеющим части разных диаметров и образующим в корпусе гидроцилиндра две неравные по объему полости, причем корпус гидроцилиндра имеет шейку со стороны штока большего диаметра, при этом гидродвигатели жестко связаны друг с другом, а также связаны гидравлически посредством соединения поршневой полости одного гидродвигателя с меньшей по объему полостью другого гидродвигателя и штоковой полости одного гидродвигателя с большей по объему полостью другого гидродвигателя.

2. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что длина шейки корпуса гидроцилиндра со стороны штока большего диаметра не менее длины последнего.

3. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что длина шейки корпуса гидроцилиндра со стороны штока большего диаметра менее длины последнего.

4. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере один из гидродвигателей выполнен с возможностью закрепления на неподвижном основании.

5. Гидропривод по п.4, отличающийся тем, что шток одного из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании.

6. Гидропривод по п.4, отличающийся тем, что на неподвижном основании закреплен корпус одного и двусторонний шток другого гидродвигателей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов, в частности к гидроприводам, составленным ступенями двухстороннего действия, и может быть широко использовано в промышленности.

Известна телескопическая стрела, предназначенная для подъема грузов, которая имеет выдвижные части (секции), а также дифференциальные гидроцилиндры для их выставления /Грузоподъемные краны. В 2-х книгах, пер. с нем. под ред. М.П. Александрова. М.: Машиностроение, 1981, с. 50-51, рис. 1.20-д/.

Недостатком известного устройства является необходимость, использования гибких трубопроводов, обеспечивающих прохождение рабочей среды между подвижными частями телескопической стрелы.

Известен гидропривод, использующий дифференциальную схему подключения гидроцилиндра двухстороннего действия в систему потребителя, эффективную при получении больших скоростей хода поршня при малой производительности насоса, например, во время холостого хода /Л.Б. Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, Техника, 1971, с. 54-56, рис. 22-а/. Получение ряда скоростей исполнительного механизма обеспечивается подключением в систему гидроцилиндра двухстороннего действия с помощью четырехходового трехпозиционного гидрораспределителя, который в среднем своем положении (позиции) соединяет все полости потребителя с напорной линией.

Известна схема включения силовых гидроцилиндров дифференциального действия, в соответствии с которой одна полость гидроцилиндра (штоковая) постоянно соединена с линией высокого давления, а вторая - либо с линией высокого давления, либо с линией слива посредством двухпозиционного четырехходового гидрораспределителя, в котором одна из гидролиний подсоединения к потребителю заглушена /В.И. Погорелов. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Л.: Изд. ЛГУ, 1979, с. 59, рис. 23-б/.

Таким образом, функционально силовые гидроцилиндры дифференциального действия подобны силовым гидроцилиндрам одностороннего действия, у которых возврат в исходное положение осуществляется за счет веса поршня или пружины, размещенной в штоковой полости, что аналогично давлению жидкости в штоковой полости.

Гидроприводы, построенные по известным схемам подключения гидроцилиндров двухстороннего и дифференциального действия, обладают недостаточными функциональными возможностями, которые обусловлены невозможностью раздельного и независимого управления движениями ряда гидроцилиндров, составляющих гидропривод, в т.ч. путем ручного управления непосредственно гидрораспределителем, что необходимо в случае аварийного обесточивания дистанционной системы управления.

Известен гидропривод телескопического грузоподъемника автопогрузчика, рассчитанный на несколько потребителей - гидроцилиндров двухстороннего действия, которые подключены к своим гидрораспределителям двумя гидролиниями каждый и имеют в нерабочем положении убранные поршни /А.Б.Дранников. Автопогрузчики. М.: Машгиз, 1962, с. 171-172, фиг. 80/.

Известный привод обеспечивает одновременное и независимое относительное перемещение поршней гидроцилиндров, а в убранном положении поршней обеспечивает защиту открываемых при работе поверхностей подвижных соединений от внешних воздействий, однако число гидролиний при этом не может быть уменьшено, что можно считать недостатком устройства в аспектах упрощения и оптимизации конструкции.

Известный гидропривод выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.

Задача изобретения заключается в оптимизации конструкции путем уменьшения количества гидролиний между гидрораспределителями и потребителями, исключения гибких трубопроводов подачи - рабочей среды к движущимся частям при одновременном обеспечении защиты поверхностей подвижных соединений в убранном положении поршней от внешнего воздействия, а также в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного и независимого действия гидродвигателей и сохранения работоспособности гидропривода в условиях аварийного обесточивания системы управления.

Задача решена тем, что, в известном гидроприводе, включающем два двухполостных гидродвигателя, один из которых имеет поршневую и штоковую полости, а также управляемый гидрораспределитель, соединенный с поршневой и штоковой полостями одного гидродвигателя, и с напорной и сливной линиями, в соответствии с изобретением, другой гидродвигатель выполнен в виде гидроцилиндра с двухсторонним штоком, имеющим части разных диаметров и образующим в корпусе гидроцилиндра две неравные по объему полости, причем корпус гидроцилиндра имеет шейку со стороны штока большего диаметра, при этом гидродвигатели жестко связаны друг с другом, а также связаны гидравлически посредством соединения поршневой полости одного гидродвигателя с меньшей по объему полостью другого гидродвигателя и штоковой полости одного гидродвигателя с большей по объему полостью другого гидродвигателя.

Кроме того, длина шейки корпуса гидроцилиндра со стороны штока большего диаметра не менее длины последнего.

Кроме того, длина шейки корпуса гидроцилиндра со стороны штока, большего диаметра менее длины последнего.

Кроме того, по крайней мере один из гидродвигателей выполнен с возможностью закрепления на неподвижном основании.

Кроме того, шток одного из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании.

Кроме того, на неподвижном основании закреплены корпус одного и двухсторонний шток другого гидродвигателя.

Техническим результатом изобретения является уменьшение количества гидролиний от потребителей на управляющие гидрораспределители до минимально возможного их числа - двух, при этом за счет гидравлических связей полостей обоих гидродвигателей исключаются гибкие линии для подачи рабочей жидкости к движущимся частям гидролинии, что позволяет организовать непосредственное и дистанционное управление гидроприводом в целом в случае отключения питания системы управления. Кроме того, в устройстве обеспечивается одновременное и независимое перемещение поршней гидродвигателей, которые установлены с возможностью жесткой связи между собой, причем в фазе выдвинутого положения поршней результирующее перемещение ступеней гидропривода определяется суммированием перемещений обоих элементов, а в случае крепления обоих гидродвигателей к неподвижному элементу такая возможность исключается.

Устройство в его исходном (убранном) положении схематически представлено на чертеже.

Гидропривод содержит источник давления 1, управляемый гидрораспределитель 2 в виде блока двухпозиционных распределителей 3 и 4, двухполостные поршневые гидродвигатели двухстороннего действия 5 и 6. Гидродвигатель 5 является гидроцилиндром и содержит поршень 7 со штоком 8, образующими поршневую полость 9 и штоковую полость 10. Гидродвигатель 6 выполнен в виде гидроцилиндра и содержит поршень 11 с двухсторонним штоком 12, имеющим части разных диаметров и образующим в корпусе этого гидроцилиндра две неравные по объему полости - большую полость 13 и малую полость 14. Источник давления 1 связан со сливным баком 15 линией 16 и напорными линиями 17 (магистральная), 18, 15 - с двухпозиционными распределителями 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, которые линиями 20 и 21 соединены со штоковой 10 и поршневой 9 полостями гидродвигателя 5, которые посредством гидролиний 22, 23 (гидравлически) соединены с полостями гидродвигателя 6 другой ступени, т.е. поршневая 9 - с малой полостью 14, а штоковая 10 - с большой полостью 13.

Сливными линиями 24 и 25, объединенными в магистраль 26, двухпозиционные распределители 3 и 4 гидрораспределителя 2 соединены со сливным баком 15. Гидродвигатель 5 жестко укреплен на неподвижном основании (на чертеже - посредством штока 8). Корпус гидродвигателя 6 имеет удлиненную шейку 27, которая охватывает шток большего диаметра и при длине не менее длины этого штока закрывает его в убранном положении, чем обеспечивает защиту этого подвижного элемента от влияния внешней (агрессивной) среды, а при длине менее длины штока большего диаметра может быть применена во всех других случаях использования, не связанных с необходимостью подобной защиты штока. Удлиненная шейка 27 также ограничивает по длине этого штока объем малой полости 14.

В качестве двухпозиционных гидрораспределителей использованы такие, которые имеют резервное ручное управление, при этом при крайних положениях плунжеров двухпозиционных распределителей 3 и 4 их электромагниты всегда выключены. Гидродвигатели 5 и 6 установлены таким образом, что в исходном положении поршень 7 гидродвигателя 5 и поршень 11 гидродвигателя 6 находятся в фазе "убран", т.е. крайние положения исполнительных органов обеих ступеней однофазны, при этом гидролиниями 22, 23 попарно соединены полости в гидродвигателях с образованием объединенных полостей, а именно поршневая полость 9 одного гидродвигателя объединена с малой полостью 14 другого гидродвигателя, а штоковая полость 10 одного гидродвигателя объединена с большой полостью 13 другого гидродвигателя.

Существенным для заявляемого гидропривода является наличие жесткой связи корпуса одной и двухстороннего штока другой ступеней ("пакет") и одновременно крепление пакета к неподвижному элементу. Такое крепление может быть обеспечено как закреплением штока одного из гидродвигателей на неподвижном элементе, при котором его корпус сохраняет возможность относительного перемещения, так и креплением пакета, т.е. корпус одного и двухсторонний шток другого гидродвигателя обездвижены, а шток одного и корпус другого гидродвигателя подвижны.

Кроме того, гидродвигатель 6 может быть выполнен в виде обычного гидроцилиндра /Т.М. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М. , Машиностроение, 1974, с. 498-499, рис. 210-б,в/ с двухсторонним штоком разных диаметров, с большой и малой полостями, узкими шейками корпуса, при этом в нерабочем положении будет открыта одна из половин двухстороннего штока, а при обеспечении адекватной штоку 12 суммарной длины штока ход корпуса может быть увеличен примерно в 1,5 раза.

Работа гидропривода определяется схемой подключения полостей гидродвигателей к определенным - напорным или сливным позициям управляемого гидрораспределителя 2, а именно, "слив" - "а", "в", "напор" - "б", "г" (фиг. 1). Рабочая жидкость подается источником давления 1 по линиям 17, 18, 19 к двухпозиционным распределителям 3 и 4, плунжеры которых установлены в положения "б", "г", открывающие линии 20, 21. В результате рабочая жидкость подается в полости 9, 10 гидродвигателя 5 под напором, а также в полости 13, 14 гидродвигателя 6 за счет гидравлической связи 23, 22 соответствующих полостей. При закрепленном на неподвижном основании штоке 8 корпус гидродвигателя 5 перемещается из исходного положения, в котором поршень 7 убран, объем штоковой полости 10 максимален, а поршневой полости 9 - минимален, вдоль штока 8 до предела, т.е. до полного выдвижения корпуса первой ступени 5 относительно поршня 7, что сопровождается вытеснением жидкости из полости 10 по линии 20 через распределитель 3, при этом корпус второй ступени 6 неподвижен. Такая схема подключения также позволяет корпусу гидродвигателя 6 опускаться из крайнего верхнего положения ступенчатого гидропривода. При этом из малой полости 14 вытесняется весь объем жидкости по линиям 22, 21 через распределитель 4, а в большую полость 13 жидкость поступает по линиям 20, 23 через распределитель 3. Корпус гидродвигателя 5 при этом стоит на месте.

В рассмотренном выше "среднем" положении гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в противофазе, т.е. в выдвинутом положении находится один из поршней.

При установлении двухпозиционных распределителей 3 и 4 в положения "а" и "г" их плунжеров рабочая жидкость подается через двухпозиционный распределитель 4 в поршневую полость 9 гидродвигателя 5 и одновременно в связанную с ней гидравлически малую полость 14 гидродвигателя 6, что приводит к перемещению поршня 7 в корпусе гидродвигателя 5 из исходного убранного его положения в выдвинутое, а также в случае жесткой связи корпуса гидродвигателя 5 и двухстороннего штока гидродвигателя 6 приводит к перемещению поршня 11 в корпусе гидродвигателя 6 из исходного, убранного его положения, в крайнее верхнее для всего гидропривода, при котором поршень 11 будет полностью выдвинут в корпусе гидродвигателя 6. При опускании поршней 7 и 11 под напором жидкости в поршневой полости 9 и малой полости 14 происходит вытеснение и слив рабочей жидкости из штоковой полости 10 и большой полости 13 по линиям 23, 20 через двух позиционный распределитель 3. Такая схема подключения позволяет также переходить в крайнее верхнее положение гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при этом поршень 11 гидродвигателя 6 может перемещаться из верхнего в нижнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 5 неподвижен.

Таким образом реализована работа первой и второй ступеней исполнительного механизма, например для перемещения груза на длину, равную сумме длин ходов поршней обеих ступеней. При этом поршни ступеней гидропривода заняли однофазное положение - оба полностью выдвинуты.

Для опускания исполнительного механизма из крайнего верхнего положения гидропривода плунжеры двухпозиционных распределителей 3 и 4 устанавливаются в положения "б" и "в", при которых линия напора соединена с распределителем 3, а линия слива - с распределителем 4. При этом рабочая жидкость под напором поступает одновременно в штоковую полость 10 гидродвигателя 5 и большую полость 13 гидродвигателя 6. Давление рабочей жидкости на поршень 11 вызывает опускание корпуса гидродвигателя 6, вытеснение и слив рабочей жидкости из малой полости 14 через гидравлически соединенную с ней поршневую полость 9 гидродвигателя 5, по окончании которого поршень 11 оказывается в крайнем убранном положении для корпуса гидродвигателя 6. Одновременно давление рабочей жидкости вызывает опускание корпуса гидродвигателя 5, вытеснение и слив рабочей жидкости из поршневой полости 9, по окончании которого шток 8 с поршнем 7 оказывается в крайнем убранном положении для корпуса гидродвигателя 5.

Эта схема подключения позволяет переходить в убранное положение ступенчатого гидропривода из "среднего" положения этого гидропривода, при котором корпус гидродвигателя 5 может перемещаться из верхнего в нижнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 6 неподвижен.

Для обеспечения пассивного функционирования гидропривода двухпозиционные гидрораспределители устанавливают плунжерами в положения "а" и "в", при которых они оба подключены линиями слива к гидродвигателям. При этом излишки рабочей жидкости, находившиеся в малой полости 14 гидродвигателя 6, а также в поршневой полости 9 гидродвигателя 5, поступают в сливной бак 15, а оставшаяся жидкость свободно перетекает в полости 10, 13 гидродвигателей 5, 6 через гидрораспределители 4, 3.

Такая схема подключения позволяет ступеням гидропривода опускаться под действием собственного веса из любого положения, которое представляет такую возможность.

Таким образом, гидропривод при обеспечении защиты от внешних воздействий поверхностей подвижных соединений в убранном положении поршней может быть выполнен с минимальным числом гидролиний (2), которые за счет подключения управляемого гидрораспределителя, допускающего также ручное управление, обеспечивают работоспособность системы гидравлически связанных двигателей, в том числе, дистанционно и при отключении электропитания. В устройстве исключены гибкие трубопроводы, обеспечивающие прохождение рабочей жидкости к движущимся частям устройства.

Заявляемая конструкция гидропривода может быть наиболее эффективной в применении к подводным техническим средствам, поскольку уменьшает до минимально возможного число проходов через корпус такого средства для вывода гидролинии при размещении такого привода.