гидропривод

Формула изобретения

1. Гидропривод, включающий жестко связанные друг с другом два двухполостных гидродвигателя, один из которых имеет поршень с двухсторонним штоком, имеющим части разных диаметров, образующие в корпусе гидродвигателя, имеющем шейку со стороны части штока большего диаметра, неравновеликие по рабочему объему полости, а также управляемый гидрораспределитель, соединенный с обеими полостями одного гидродвигателя, а также с напорной и сливной линиями, при этом гидродвигатели связаны гидравлическими связями посредством попарного перекрестного соединения их полостей, причем по крайней мере один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании, отличающийся тем, что другой гидродвигатель выполнен в виде гидроцидиндра с поршнем и двухсторонним штоком, имеющим части разных диаметров, образующие в корпусе гидроцилиндра две неравновеликие по рабочему объему полости, при этом упомянутые полости, образованные, соответственно, частями штоков большего диаметра в одном гидродвигателе и меньшего диаметра в другом гидродвигателе, соединены с обеспечением возможности достижения гидродвигателями противоположных фаз положения в крайних положениях гидропривода, а корпус гидроцилиндра выполнен с шейкой со стороны части штока меньшего диаметра.

2. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что длина упомянутой шейки корпуса гидроцилиндра не менее длины части штока меньшего диаметра.

3. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что длина упомянутой шейки корпуса гидроцилиндра менее длины части штока меньшего диаметра.

4. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые крайние положения гидропривода соответствуют положениям предельного выдвижения или предельной убранности одновременно частей штоков большего диаметра одного гидродвигателя и меньшего диаметра другого гидродвигателя.

5. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что управляемый гидрораспределитель соединен с обеими полостями одного из гидродвигателей посредством подключения к гидравлическим связям, попарно перекрестно соединяющим полости обоих гидродвигателей.

6. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый гидродвигатель закреплен на неподвижном основании штоком.

7. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый гидродвигатель закреплен на неподвижном основании корпусом.

8. Гидропривод по п. 1, отличающийся тем, что гидродвигатели жестко соединены посредством закрепления обоих на неподвижном основании.

9. Гидропривод по п. 8, отличающийся тем, что один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании штоком, а другой - корпусом.

Описание изобретения к патенту

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

Известна телескопическая стрела для подъема грузов, которая имеет выдвижные секции и дифференциальные гидроцилиндры для их выставления /Грузоподъемные краны. В 2-к книгах. Кн.2. Сокр.пер. с нем. под ред. М.П. Александрова. -М.: Машиностроение, 1981, с.50-51, фиг.1.20-д/.

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

Известна схема подключения гидроцилиндра двухстороннего действия в систему, применяемая для получения больших скоростей поршня при малой производительности насоса, например, во время холостого хода /Л.Б. Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, "TexHiKa", 1971, с.54-56. фиг.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) осуществляет соединение всех полостей потребителя с напорной гидролинией.

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, у которого заглушена одна из гидролиний подсоединения к потребителю /В. И. Погорелов. Элементы и системы гидропневмоавтоматики. Л., Изд. ЛГУ, 1979, с.59, рис.23-б/. 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 ступени гидропривода двухстороннего действия, в т.ч. посредством ручного управления непосредственно гидрораспределителем, что необходимо в случае аварийного обесточивания дистанционной системы управления.

Известна гидросистема для синхронной, последовательной и независимой работы двух гидроцилиндров, имеющих двухсторонние штоки с частями одинаковых диаметров по разные стороны от поршня /Л.Б. Богданович. Объемные гидроприводы. Киев, "Технiка", 1971, c.138-139, рис.88/.

В гидросиcтеме порядок включения распределителей определяет направление движения поршней и характер движения, однако число гидролиний от распределителей к потребителям не может быть уменьшено для обеспечения минимального числа проходов через "стенку" при размещении гидрораспределителей в отдельном боксе, а для реализации привода в качестве ступенчатого необходимы гибкие трубопроводы, что можно считать недостатками в аспекте упрощения и оптимизации конструкции. Кроме того, при работе устройства, когда в исходном положении поршней поверхности подвижных соединений открыты, не обеспечивается защита их от внешних воздействий.

Известен гидропривод, включающий жестко связанные друг с другом два двухполостных гидродвигателя, один из которых, с односторонним штоком, имеет поршневую и штоковую полости, другой гидродвигатель имеет две неравные по объему полости, образованные двухсторонним штоком с поршнем, а также управляемый гидрораспределитель, соединенный с обеими полостями одного гидродвигателя и с напорной и сливной линиями, при этом гидродвигатели связаны гидравлически посредством соединения каждой из полостей одного гидродвигателя с соответствующей полостью другого гидродвигателя, причем по крайней мере один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании /патент РФ N 2171774, приор.30.08.1999, публ. 10.08. 2001/.

В известном гидроприводе корпус гидроцилиндра с двухсторонним штоком имеет шейку со стороны штока большего диаметра, при этом длина шейки корпуса гидроцилиндра со стороны штока большего диаметра не менее(менее) длины последнего. Гидравлическая связь гидродвигателей выполнена 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. В гидроприводе порядок включения распределителей определяет направление движения поршней (корпусов) гидродвигателей и характер самого движения.

В известном гидроприводе односторонний шток гидродвигателя не может быть использован в качестве направляющей телескопической системы ввиду недостаточности величины критической сжимающей силы /Марутов В.А., Павловский С.А. Гидроцилиндры. -М.: Машиностроение, 1966, с.124-146/, например, в случае действия одновременно внешних эксцентричной продольной сжимающей нагрузки и поперечной силы, влияющих на устойчивость этого гидроцилиндра в выдвинутом положении.

Известный гидропривод выбран в качестве наиболее близкого аналога заявляемого устройства.

Задача изобретения заключается в улучшении эксплуатационных характеристик за счет повышения несущей способности одного из гидроцилиндров, увеличения величины критической сжимающей силы и уменьшения углов перекоса подвижных элементов в выдвинутом положении телескопической системы при использовании штока в качестве направляющей, а также при одновременном обеспечении защиты поверхностей подвижных соединений от внешних воздействий в исходном положении поршней.

Задача решена тем, что в известном гидроприводе, включающем жестко связанные друг с другом два двухполостных гидродвигателя, один из которых имеет поршень с двухсторонним штоком, имеющим части разных диаметров, образующими в корпусе гидродвигателя, имеющем шейку со стороны части штока большего диаметра, неравновеликие по рабочему объему полости, а также управляемый гидрораспределитель, соединенный с обеими полостями одного гидродвигателя, а также с напорной и сливной линиями, при этом гидродвигатели связаны гидравлическими связями посредством попарного перекрестного соединения их полостей, причем по крайней мере один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании, в соответствии с изобретением, другой гидродвигатель выполнен в виде гидроцилиндра с поршнем и двухсторонним штоком, имеющим части разных диаметров, образующие в корпусе гидроцилиндра две неравновеликие по рабочему объему полости, при этом упомянутые полости, образованные соответственно частями штоков большего диаметра в одном гидродвигателе и меньшего диаметра в другом гидродвигателе, соединены с обеспечением возможности достижения гидродвигателями противоположных фаз положения в крайних положениях гидропривода, а корпус гидроцилиндра выполнен с шейкой со стороны части штока меньшего диаметра.

Кроме того, длина упомянутой шейки корпуса гидроцилиндра не менее длины части штока меньшего диаметра.

Кроме того, длина упомянутой шейки корпуса гидроцилиндра менее длины части штока меньшего диаметра.

Кроме того, упомянутые крайние положения гидропривода соответствуют положениям предельного выдвижения или предельной убранности одновременно частей штоков большего диаметра одного гидродвигателя и меньшего диаметра другого гидродвигателя.

Кроме того, управляемый гидрораспределитель соединен с обеими полостями одного из гидродвигателей посредством подключения к гидравлическим связям, попарно перекрестно соединяющим полости обоих гидродвигателей.

Кроме того, упомянутый гидродвигатель закреплен на неподвижном основании штоком.

Кроме того, упомянутый гидродвигатель закреплен на неподвижном основании корпусом.

Кроме того, гидродвигатели жестко связаны посредством закрепления обоих на неподвижном основании.

Кроме того, один из гидродвигателей закреплен на неподвижном основании штоком, а другой - корпусом.

Техническим результатом изобретения является увеличение устойчивости гидродвигателя в выдвинутом положении телескопической системы при использовании штока в качестве направляющей при обеспечении увеличения базы "заделки" (расстояния между опорами корпуса гидроцилиндра) и уменьшения углов перекоса подвижных элементов. За счет выбора соотношения фаз в положениях гидродвигателей обеспечивается одновременное и независимое перемещение поршней гидродвигателей, а также достигается увеличение общего хода исполнительного звена гидропривода и защита от внешних воздействий поверхностей подвижных соединений, открываемых при работе, когда поршень находится в исходном положении.

Таким образом, в крайних положениях гидропривода, которые характеризуются противоположными фазами в положении гидродвигателей, результирующее перемещение ступеней гидропривода определяется суммированием перемещений обоих элементов, хотя в случае крепления обоих гидродвигателей к неподвижному элементу такая возможность исключается.

Заявляемое устройство схематически представлено на чертеже в исходном (убранном) положении.

Гидропривод содержит источник давления 1, питающий гидролинии, управляемый гидрораспределитель 2 в виде блока двухпозиционных распределителей 3 и 4, двухполостные поршневые гидродвигатели двухстороннего действия - ступени - в корпусах 5 и 6 (далее - корпуса гидродвигателей 5 и 6).

Гидродвигатель 5 содержит поршень 7 с двухсторонним штоком 8, составленным частями разных диаметров, которые в корпусе гидродвигателя 5 образуют полости разных рабочих объемов - большую 9 и малую 10, при этом под рабочим объемом полости гидродвигателя понимают разность величин наибольшего и наименьшего замкнутого объема за один ход.

Гидродвигатель 6 содержит поршень 11 с двухсторонним штоком 12, также составленным частями разных диаметров, которые в корпусе гидродвигателя 6 образуют большую 13 и малую 14 полости с неравновеликими рабочими объемами.

Корпус гидродвигателя 5 снабжен удлиненной шейкой 15, которая выполнена так, что при нахождении поршня 7 в исходном (убранном) положении она закрывает часть двухстороннего штока 8 с меньшим диаметром и тем самым ограничивает объем большой полости 9, при этом длина шейки 15 может быть как более, так и равной или менее длины части штока меньшего диаметра.

Корпус гидродвигателя 6 также снабжен удлиненной шейкой 16, которая аналогично шейке 15 при нахождении поршня 11 в исходном (выдвинутом) положении закрывает ту часть двухстороннего штока 12, которая имеет больший диаметр и тем самым ограничивает объем малой полости 14.

Минимальная база "заделки" (расстояние между опорами) корпусов гидродвигателей 5 и 6 соответственно на штоках 8 и 12 составляет величину, равную длине соответствующего корпуса без учета удлиненной шейки.

Источник давления 1 связан со сливным баком 17 линией 18, а напорными линиями 19 (магистральная линия), 20, 21 - с двухпозиционными распределителями 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2, которые линиями 22 и 23 соединены с малой 10 и большой 9 полостями гидродвигателя 5. Последние, в свою очередь, посредством гидролиний 24 и 25 связаны гидравлическими связями попарно перекрестно с полостями гидродвигателя 6 другой ступени, так что большая полость 9 гидравлически связана с малой полостью 14, а малая полость 10 - с большой полостью 13 (сообщающиеся полости), т.е. посредством каждой из гидролиний 24, 25 попарно соединены неравновеликие полости этих гидродвигателей (большая полость одного с малой полостью другого гидродвигателя) с образованием сообщающейся (объединенной) полости.

Сливными линиями 26 и 27, объединенными в магистраль 28, двухпозиционные распределители 3 и 4 управляемого гидрораспределителя 2 соединены со сливным баком 17. Гидродвигатель 5 жестко укреплен на неподвижном основании, например, посредством крепления к нему двухстороннего штока 8.

В качестве двухпозиционных распределителей использованы такие, которые имеют резервное ручное управление. Двухпозиционные распределители 3 и 4 включены в схему таким образом, что при крайних положениях их плунжеров электромагниты распределителей 3 и 4 всегда выключены.

Гидродвигатели 5 и 6 установлены так, что когда в исходном положении поршень 7 гидродвигателя 5 находится в фазе "убран", в которой объем большой полости 9 минимален, а малой полости 10 - максимален, то поршень 11 гидродвигателя 6 находится в фазе "выдвинут", в которой объем большой полости 13 максимален, а малой полости 14 минимален, т.е. крайние положения исполнительных органов обоих гидродвигателей (ступеней гидропривода) противоположны по фазе. При этом одноименные (большого или малого диаметров) части штоков 8 и 12 должны одновременно занять положения предельного выдвижения (шток полностью выдвинут) и предельного убирания (шток полностью убран), а разноименные (большого и малого диаметров) части штоков 8 и 12 должны одновременно занять положение предельного выдвижения (шток полностью выдвинут) или предельного убирания (шток полностью убран).

Существенным для заявляемого гидропривода является жесткая связь обеих ступеней - корпуса одного и штока другого гидродвигателя - в "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 всего "пакета", при котором корпус одного и шток другого гидродвигателя обездвижены, а шток первого и корпус второго гидродвигателя подвижны. В последнем случае при креплении всего "пакета" к неподвижному элементу непосредственно подключить к управляемому гидрораспределителю можно как один (любой) из гидродвигателей 5, 6, так и гидравлические связи 24, 25 между полостями обоих гидродвигателей (не показано). В этом случае практически достаточно установить тройник на каждой из связей 24, 25, обеспечивающий течение рабочей жидкости и работу гидродвигателей 5, 6, поскольку все полости соединены между собой как сообщающиеся сосуды.

Кроме того, гидродвигатели 5, 6 могут быть выполнены в виде обычного гидроцилиндра (Т. М. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. -М.: Машиностроение, 1974, с.498-499, рис.210-б,в), который имеет двухсторонний шток с частями разных диаметров, образующими большую и малую полости с корпусом, имеющим узкие шейки, при этом в нерабочем положении оказывается открытой одна из частей двухстороннего штока. Для такого гидроцидиндра достигается увеличение хода корпуса гидродвигателя 6 примерно в 1,5 раза по сравнению с исходным.

Функционирование гидропривода определяется схемой подключения полостей гидродвигателей к определенным линиям - напорным или сливным - посредством установки позиций управляемого распределителя 2 следующим образом (см. чертеж): "cлив" - положения 29, 30 и "напор" - положения 31, 32.

Заявляемый гидропривод работает следующим образом.

Рабочая жидкость подается источником давления 1 по линиям 19,20,21 к двухпозиционным распределителям 3 и 4, плунжеры которых установлены в положения 31 и 32, при которых открыты линии 22 и 23, в результате рабочая жидкость подается в полости 9 и 10 гидродвигателя 5 под напором, а также в полости 13 и 14 гидродвигателя 6 за счет гидравлической связи соответствующих полостей.

При закрепленном на неподвижном основании двухстороннем штоке 8 корпус гидродвигателя 5 перемещается из исходного положения (поршень 7 убран, объем малой полости 10 максимален, большой полости 9 - минимален, часть двухстороннего штока 8 большего диаметра полностью убрана, а его часть малого диаметра - полностью выдвинута) вдоль двухстороннего штока 8 до предела, т.е. до полного выдвижения корпуса гидродвигателя 5 (первой ступени) относительно поршня 7, что сопровождается вытеснением жидкости из полости 10 по линии 22 через распределитель 3, при этом корпус гидродвигателя 6 (второй ступени) неподвижен.

Такая схема подключения также позволяет корпусу гидродвигателя 6 опускаться из крайнего верхнего положения гидропривода. При этом из малой полости 14 вытесняется весь объем жидкости по линиям 24, 23 через распределитель 4, а в большую полость 13 жидкость поступает по линиям 22, 26 через распределитель 3, Корпус гидродвигателя 5 при этом неподвижен.

В рассмотренном выше среднем положении гидропривода поршни 7 и 11 двухполостных гидродвигателей 5 и 6 установлены в одной фазе, т.е. поршни одновременно выставлены в выдвинутое положение, при котором объемы малых полостей 10, 14 минимальны, объемы больших полостей 9, 13 максимальны, а одноименные части штоков 8 и 12, например, большого либо малого диаметра, занимают полностью выдвинутое (убранное) положение, при этом разноименные части штоков 8 и 12, например, большого и малого диаметров занимают одновременно полностью выдвинутое и полностью убранное положение.

При установлении плунжеров двухпозиционных распределителей 3 и 4 в положения 29 и 32 рабочая жидкость подается через двухпозиционный распределитель 4 в большую полость 9 гидродвигателя 5 и одновременно в связанную с ней гидравлически малую полость 14 гидродвигателя 6, что приводит к перемещению корпуса гидродвигателя 5 из исходного положения (убран) в выдвинутое. В случае жесткой связи корпуса одного гидродвигателя и штока другого гидродвигателя происходит перемещение корпуса гидродвигателя 6 относительно поршня 11 из исходного положения гидродвигателя 6 в крайнее верхнее для всего гидропривода положение, при котором поршень 11 окажется в положении "убран", объем большой полости 13 станет минимальным, а объем малой полости 14 - максимальным, часть двухстороннего штока 12 большего диаметра полностью убрана, а его часть малого диаметра - полностью выдвинута.

При подъеме корпусов гидродвигателей 5 и 6 под напором жидкости в большой полости 9 и малой полости 14 происходят вытеснение и слив рабочей жидкости из малой полости 10 и большой полости 13 по линиям 25, 22 через двухпозиционный распределитель 3.

Такая схема подключения позволяет также гидроприводу перейти в крайнее верхнее положение из среднего, при этом корпус гидродвигателя 6 перемещается из нижнего в верхнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 5 неподвижен.

Таким образом реализована работа первой и второй ступеней исполнительного механизма. В частности, при перемещении груза на длину, равную сумме длин ходов поршней обеих ступеней, поршни ступеней гидропривода придут в относительно противоположные фазы своего положения, когда один из них (поршень 7 первой ступени) полностью выдвинут, а другой (поршень 11 второй ступени) полностью убран, при этом в первой ступени объем большой полости 9 максимален, а объем малой полости 10 минимален, а во второй ступени объем большой полости 13 минимален, а объем малой полости 14 максимален. При этом одноименные (большого или малого диаметров) части штоков 8 и 12 принимают полностью убранное и полностью выдвинутое положения, а разноименные части штоков 8 и 12 (большого и малого диаметров) одновременно принимают полностью убранное или выдвинутое положение.

Для опускания исполнительного механизма из крайнего верхнего положения гидропривода в исходное положение плунжеры двухпозиционных распределителей 3 и 4 устанавливают в положение 31, 30, при котором линия напора соединена с распределителем 3, а линия слива - с распределителем 4. При этом рабочая жидкость под напором поступает одновременно в малую полость 10 гидродвигателя 5 и в 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 гидродвигателя 6 через гидравлически соединенную с ней большую полость 9 гидродвигателя 5. По окончании слива рабочей жидкости поршень 11 приходит в крайнее выдвинутое положение по отношению к корпусу гидродвигателя 6, при этом объем большой полости 13 максимален, а малой полости 14 минимален. Одновременно с воздействием на поршень 11 давление рабочей жидкости приводит к опусканию корпуса гидродвигателя 5, вытеснение и слив рабочей жидкости из большой полости 9 гидродвигателя 5, по окончании которого поршень 7 приходит в крайнее убранное положение в корпусе гидродвигателя 5, при этом объем большой полости 9 минимален, а объем малой полости 10 максимален. При этом одноименные части штоков 8 и 12 (большого иди малого диаметров) обоих гидродвигателей занимают положение "полностью выдвинут" и "полностью убран", а разноименные части штоков 8 и 12 (большего и меньшего диаметров) обоих гидродвигателей одновременно занимают положение "полностью выдвинут" или "полностью убран".

Такая схема подключения позволяет переходить в убранное (исходное) положение гидропривода из его "среднего" положения, при этом корпус гидродвигателя 5 может перемещаться из верхнего в нижнее положение своей ступени, а корпус гидродвигателя 6 неподвижен.

Для обеспечения пассивного функционирования гидропривода двухпозиционные распределители 3 и 4 устанавливают плунжерами в позиции 29 и 30, при которых они оба подключены линиями слива к гидродвигателям. При этом излишки рабочей жидкости, находившейся в большой полости 13 и малой полости 14 гидродвигателя 6, а также в большой полости 9 и малой полости 10 гидродвигателя 5, поступают в сливной бак 17, а оставшаяся жидкость свободно перетекает по полостям гидродвигателей.

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

Заявляемый гидропривод позволяет оптимизировать конструкцию и увеличить несущую способность одного из гидроцилиндров и величину критической сжимающей силы за счет увеличения базы "заделки" (расстояния между опорами подвижного корпуса) и уменьшения углов перекоса подвижных элементов.

В исходном (убранном) положении гидропривода поверхности подвижных соединений, открываемые при работе, защищены от внешних воздействий, что способствует повышению надежности и работоспособности гидропривода и снижению эксплуатационных расходов.

Заявляемая конструкция гидропривода может быть наиболее эффективной при использовании на подводных технических средствах, поскольку также исключает воздействие внешней среды на поверхности подвижных соединений, открываемые в процессе эксплуатации, в те периоды времени, когда гидропривод бездействует и отсутствует возможность регулярного проворачивания подвижных элементов.