Электрогидравлический привод механизмов мощных экскаваторов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК г5у 4 Е 02 F 9 1!3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ/ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 3831659/22-03 (22) 9. 12.84 (46) 23.06.86. Бюл. № 23 (71) Научно-исследовательский инститяжелого машиностроения производственного объединения «Уралмаш» и Уральс .: . политехнический институт им. С. А. Кирова (72) Р. Т. Шрейнер, Л. С. Ско=, в., Л. П. Прахов, В. П. Толстоган и А. Б. Розен-. цвайг (53) 621.876.23 (088.8) (56) Бериман И. Л. и др. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. М.: Машиностроение, 1971.

Журнал «Hydraulics à Pneumatics», 1969, т. 22, № 10, с. 102 — 107. (54) (57) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИР

ПРИВОД МЕХАНИЗМОВ МОЩНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ, содержащий два гидронасоса регулируемой производительности с приводным электродвигателем, сливной клапан, первый выход которого гидравлически подключен к баку рабочей жидкости, а второй через линию подпитки — к первому выходу насоса подпитки и через подпиточный клапан гидравлически подключен к первому выходу гидронасоса, а вторые выходы первого гидронасоса и насоса подпитки гилравлически соединены с баком пабочей жилкос„„SU„„1239230 А1 ти. и !.илроциг!ин, р. от»!ичаюи(айса те i. что, с целью повышения надежности и io-.ра! ения самохода механизмов, он снабжен гилроразьеди-lHTpëåì, предохранительным клапаном, дополнительными полпиточными клапанами, блоком формирования коман „ блоком y ïðàâëåHèÿ, двумя сервоприволами гидронасосов, приводом гилроразъединителя, нульорганом, вхол которого подключен к б. !«к формирования команд, а выход — к приводу гидроразъелинителя, вход блока управления полключен к выходу блока формирования команд, а вылхолы подключены к вхолам сервоприводов гилронасосов, первые вых«лы гилронасосов onъелинены, а второй выхо. L второго ги 1рон!!с«сл гилравг!ически !!n !, с«сoлинен к первому выволу гилроразьели !! I .,!я и через второй подпиточный клапан — к линии подпитки, второй выхол ил-«разъединителя подключен и первому вь!холу первого п!Лронасоса, а третий выход гидроразъелинителя через парал.!ельно вклк!ченные первый предохранительный клапан и третий полпиточный клапан подключен к линии подпитки и непосредственно к первому входу гидр«цилиндра. четвертый выхол гилроразьединителя подключен через параллельно соединенные четвертый полпиточный клаган и второй предохранительный клапан к линии подпитки и непосрелственно к второму входу гилроцилинлра.

1239230

Изобретение относится к экскаваторной технике и может быть использовано для привода механизмов мощных электрогидравлических экскаваторов.

Целью изобретения является повышение надежности и устранение самохода механизмов экскаватора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого электрогидравлического привода:, на фиг. 2 — схема соединения основных гидромашин «ривода при включении гидроразъединителя; на фиг. 3 — зависимости геометрических подач гидронасосов от сигнала на вь|ходе командного органа; на фиг. 4 ——

8 показаны схемы соединения гидромашин и циркуляции потоков рабочей жидкости предлагаемого устройства в различных режимах работы (соответственно прямой ход, двигательный и тормозной режимы; обратныи ход, двигательный и тормозной режимы; режим стопорения); на фиг. 9 — — механические характеристики привода, соответствующие различным сигналам на выходе команд;IoI.o opraI1a; на фиг. 10 — схема привода для нескольких рабочих гидроцилиндров;

Пр1лвод (фиг. 1) содержит первичный электрический двигатель !, гидронасосы 2 и 3, сервоприводы регулирующих органов этих гидронасосов 4 и 5, блок 6 управления, блок 7 формирования команд, гидроразъединитель 8 замкнутого контура с приводом 9 и нуль-органом 10, рабочий гидроцилиндр 11,, насос 12 подпитки со сливным клапаном 13, линию 14 подпитки, подпиточные клапаны

15 -18, предохранительные клапаны 19;- . .0 и бак 21 рабочей жидкости.

Гидронасос 2 соединен с полостями г,: роцилиндра 11 по замкнутой схеме через гидроразъединитель 8, привод 9 которого соединен с блоком 7 формирования команд через нуль-орган 10. Гидронасосы 3 связаны с гидроцилиндром 11 по разомкнутой схеме, причем первая полость гидронасосов 3 соединена с первой полостью гидронасосов 2, связанной через гидроразъ..1инитель 8 с бес1«т1эковой полостью гидроцилиндра 11, а в горая полость гидронасосов 3 связана с баком 21 рабочей жидкости. Линии, соединяющие гидроразъединитель с гидроцилиндром и гидронасосами, связаны с линией

14 подпитки через подпиточные клапаны! 5—

18, причем параллельно клапанам 17 и 18 подключены предохранительные клана«ы 19 и 20.,Линия 14 подпитки связана с баком рабочей жидкости через насос 12 подпитки и сливной клапан !3. Входы сервоприводов

4 и 5 подключены к выходу блока 7 формирования команд через блок 6 управления.

Принцип действия предлаг<1емого устройства заключается в следующем.

Золотник гидроразъединителя 8 имеет два положения: рабочее и нулевое. В рабочем положении полости первой группы гидронасосов соединяются с по, Остями гидроцилиндра «о замкнутой схеге а вторая груп«а гидронасосов соединяется с бесштоковой полостью гидроцилиндра по разомкнутой схеме. Во втором положении гидроразъединителя обе полости гидроцилиндра заперты, а

«олости первой группы гидронасосов соединякэтся между собой через линии и золотник гидроразъединителя.

Работа устройства при включенном гидр:зр а зъеди н и теле.

Схема соединения основных гидромашин, образующаяся при включении гидроразъединителя, изображена на фиг. 2. Там же стрелками показаны положительные направления потоков рабочей жидкости в элемент";x гидросхемы и движения штока рабочего гидроцилиндра.

Влок 6 управления обеспечивает следую1«ие зависимост1л геометрических подач гидj)oHiIcocoB От Величины сиг1лала-. б,пока 7 фор11ир1эпа1лия команд. (э1=- К111 —, - Q., (1)

2Q Q2 = К21-1 + 2, (2) где Ql и Q2 — геометрические подачи соответственно г-pBQH и второй груп-1 гидронасосоа; ;-- выходной сигнал блока формирования команд;

25 (),.2 0 — потоки смещения первой и второй групп гидронасосОВ;

Kl и К:, — коэффициенты пропорциональности.

Их соотнош. ННс выбираетс.; . ус.loBvlo комле«сации ди,рф ренциа.1а ра:э .. го гид-:О. ,1илнндра 1;ледую:11«м Обра;©::

):, ==-К (Г» — -1). !3

::де (1= — --."= —,— - дифференциал ги...,,-,эцилиндра н;iï, 8 н — - площади «011«1нн c0 cTQPo«b:

35 бесштоковой и l«l îêîâîé полостей гидроцилиндра.

На фиг. 3 приведены зависимости Ql (U) и Q2! U) для случая D = 2.

Теоретически предлагаемое устройстве содержащее замкн - ь .й и разомкнутый гид равлические контур -; (ф11г. 2) способно ф ционировать при

Q" Q "2 (4, 1ри этом в соответствии с формулами (1)---(3)

Q l = KlL, Q2=-= K2U= Kl (D--1) L. (5)

Отсюда соотношение подач гидронасосов при Q.,:=- Q,:.2=0 определяется как

Q = (D — 1i Ql (6)

Предположим, что Ql)0. Как видно и.-; схемы фиг. 2, геометрическая пода1а жидкости в бесштоковую полость гидроцилиндра 1!

Q i.. = QI + Q2= Q I + (D — 1) Q l = DQ l (7)

Объем жидкости, вытесняемой из штоковой полости гидроцилиндра с дифференци5 > алом D) 1, определяется формулой:

Qø = D Qriu = Q l (8)

Эта величина в точности соответствует геометрической подаче первой группы гид1239230 ронасосов 2, которая образует совместно с гидроцилиндром I I замкнутый гидравлический кон1ур. Соотношение (8) выполняется как при прямом (Ч и)0), так и при обратном (Ч.,(0) ходах поршня.

Таким образом, при строгом выполнении

°;:отношения (6) подач гидронасос 3 обеспечивает идеальную . компенсацию дифференциала гидроцилиндра во всех режимах работы привода.

Однако практически абсолютно точно реа лизовать соотношения (3) и (6) невозможно вследствие флюктуации параметров системы, утечек и перетечек жидкости в полостях гидромашин и ряда других случай-. ных факторов. Поэтому реально при управ. - .нии гидронасосами по условиям (3) и (6)

:...агут возникнуть две возможные ситуации;

Q- — (!3 — I )Q/ + QQ, (9)

-,:" :бо

Ф= (D — I) Я вЂ” Q (10) . де ٠— неконтролируемое приращение по. :ячи.

В первой ситуации подача в бесштоког ую аолост ь сост а в ит

ЯБи Qi + Я2 — DQi + QQ а расход из штоковой полости гидроцнлиндра

Q,==D Q51u=Ql+D AQ.

В то же время связанная со штоковой полостью гидроцилиндра 1! первая груп . а насосов пе!1екачнвает объем жидкости, ; оответствук)щий расходу Qi(Q. Следовательно, ситуация (9) приводит к накоплению

".-: верхней (фиг. 2) гидролинии избыточно-:а объема рабочей жидкости и как следтвие — к недопустимому повышению давления в полостях всех гидромашин даже

":ри работе привода на холостом ходу. По=-гому ситуация (9) является недопустимой.

Во второй ситуации (10) .подача в бесштоковую полость и расход из штоковой полости при прямом ходе поршня определяются, как

QÁ1U=Я! +Я2=DQ — Щ;

Q — = D Яьш = Qi — D Л{;).

Так как Q. (Qi, в верхней гидролинии создается дефицит рабочей жидкости, conpo. "".:oæäðþøèêñÿ понижением давления. Как только давление в этой линии оказывается ниже давления в линии подпитки, открывается подпиточный клапан 16. При этом указанный дефицит жидкости покрывается за счет автоматической подачи жидкости через клапан 16 из линии подпитки. Причем подача из линии подпитки

Q„==Qi — Я = — D AQ

Вследствие открытия клапана 16 давление на входе первой группы гидронасосов

2 стабилизируется на уровне, соответствующем давлению в линии 14 подпитки, за вычетом падения давления на открытом подпиточном клапане.

Таким образом, благодаря наличию подпиточных клапанов ситуация (10) является допустимой, так как она не приводит к нарушению работоспособности привода. Именно это обстоятельство принято во внимание прч введении в предлагаемое устройство бло5

Блок 6 обеспечивает такое смегцение характеристик подач Qi (U) и Я2(!1) (фиг. 2), при котором искусственно создается ситуация (!О).

Действительно, как следует из формул

1О (1) и (2), при создании потоков смещения

Q "i и Q соотношение подач гидро.* "сосов определяется выражением

Q2 — Ki К2 (Q I — Q« i ) + Q«2.

Выбирая Q — — Q,.)0 и Q 2 ——

15 (11) н учитывая условие (3), получаем выражение, ="íàëoãè÷íое выражению (! О):

Q2= (1-1 11Qi DQ " °

В соответствии с формулами (1), (2) и (I1) блок 6 управления может быть выполнен в виде двух сумматоров и источника сигнала смещения, причем первые входы сумматоров объединены между собой и подключены к входу блока, а вторые входы сумматоров подключены к источнику сигнала смещения таким образом, что на;первом выходе блока смещения сигнал смещения суммируется, а на втором выходе вычитается из входного сигнала.

На фиг. 4 показана развернутая схема соединения гидролиний и циркуляции пото30 ков рабочей жидкости при прямом ходе поршня (V)0) в двигательном режиме (когда усилие F, приложенное к штоку гидроцилиндра II со стороны механизма, препятствует выдвижению штока). Как видно, эта схема аналогична схеме фиг. 3. Обе

З5 группы гидронасосов работают на общую напорную гидролинию (показана утолщенно и обеспечивают подачу в бесштоковую полость гидроцилиндра жидкости в соответствии с формулой:

Qmu = Q i + Qq = D ((;) i — О- ) .

Следовательно, здесь используется суммарная производительность насосов. Скорость движения штока

Чш = SBLU Яйш =1БшD(Qi — Q«) = Siu (Qi — Ясм) = Su> g(U

45 пропорциональна командному сигналу U.

Под действием тормозящего усилия F, в бесштоковой (заштрихованной) полости гидроцилиндра, общей (показанной утолщенно) гидролннии и нагнетающих полостях гидронасосов создается соответствующее повышенное давление. Штоковая полость гидроцилиндра, верхняя гидролиния замкнутого контура и всасывающая полость первой группы гидронасосов оказываются под пониженным давлением. Расход жидкости на штоковой полости гидроцилиндра

Я-=Р Ф =(Я вЂ” Q )(Qi

Следовательно, расход жидкости, поступающей из линии подпитки во всасываю!

239230 эффект не, только в рабочих режимах .. -р-мещения штока, но и во время пауз работы механизма. Он заключается в том, что поток смещения обеспечивает непрерывно.обновление рабочей жидкости в полостях гидпомашин и спо=обствует улучшению их охлаждения.

При строгом соблюдении условия (12) и при Fc.) 0 теоретически обеспечиваются условя стопорения (фиксации) механизма как п-ри выключенном, так и при включенном гидроразъедикителе 8 либо вовсе без него.

Действительно, суммарная подача гидронасосов 2 и 3 в бесштоковую полость гидроцилиндра 1! равна:

Qr«ur = g r + Qg = Q ч + ««сс ч 2 = 0. „л» овательно

Ъ н = SR!II Qlilll — -: .

Одна., о, при F,О клапан :6;:: . ир;--л и создя|отся условия для вытеснения ж::,„::сэсти из бесштоковой полости гидроцилинд

;:а в полость насоса 2. При этом происх;.

;:г выдвижение (самоход) штока со ск:.,CTbIO

« и = Sn Q и =- S«««Q g S« 0»:..

Г!одача жидкости в бесштоковую полость происходит через клапан 15. Кроме того, в условиях флюктуации параметров гидронасосов и их регулирующих органов строгое соблюдение условия (12) реально невозможно. Поэтому суммарная подача гидронасосов в бесштоковую полость гидроцилинд я может оказаться не равной нулю. Зто

:эиводит к появлению самохода не только

<ри F,(0, но и при F,)0.

Для устранения указанного недостатка в

::стройство введен гидроразъединитель . 8, который при нулевом командном сигнале (U=0) по сигналу нуль-органа 10 запирает полости гидроцилиндра 1! и обеспечивает надежную фиксацию механизма независимо зт нагрузки и флюктуации параметров гидронасосов. Кроме того, такое решение, отутствующее в схеме известного устройст- 4о ва, обеспечивает разгрузку полостей гидронасосов от давления, обусловленного усилием на штоке со стороны механизма. В итоге снижаются потери энергии в системе.

Помимо размыкания основного гидравлического контура гидроразъединитель соединяет между собой полости первой группы гидронасосов. Это обеспечивает безопасный режим функциокирования гидронасосов при неточной реализации условия (12).

Устройство обеспечивает также возможность улучшенного использования установленной монино<си гидронасосов 2 и 3 приводного двнгяселя для управления зе одним, а несколькими механизмами экскаватора. Ня фиг. 1О приведена схема. обеспечивяющая поочередное упрянлсни. двумя механизмами. Для управления втс>1«ым механизмом устройство дополняется вторым . .дроцилиндром 22, гидроряз ьедннителем 23 с приводом 24, нуль-органом 25,r .òë,.«ым блоком 26 формир.вания команд, я I ;якже 6.10ком 27 переключения. Гидрора. ъс x- .-:ители 8 н 23 включены в замкпус,.,": . ь явлич ский контур последовательно. Вхолы блока

27 переключения соединень. с выходами блока 7 формирования команд (упрявления первым механизмом) и 26 (упрявлсн:.;; рТорым механизмом), а также с выходами нульорганов 10 и 25. Выходы блока 27 переключения соединены с«входами нуль-органон

10 и 25 и с входом блока 6 управления.

Устройство работает следуюцсз" об, юзом. !

:ри наличии командного с:-; пяля для уп

«явления первым механизмом (Ui = — О, 1., :.==

-= О) блок 27 ереключения обеспечивает подачу сигнала Ur ня вход блока б управления (U= U ) и ня вход нуль-органа 10.

При этом включается гидроразьединитель 8, благодаря чему обеспечивается управление гидроцилиндром 11 от блока 7 формировя.:-пся команд по ранее описанной схеме. Поступающий на вход блока 27 выходной сигнал нуль-органа 10 блокирует передачу второго командного сигнала (U..) на выходы блока 27 переключения. Благо ча ря этому даже при Uz 0 гндроразъединитель 23 выключен, что обеспечивает режим стопоренин гидроцилиндра 22 привода втс>рого механизБ том случае, ес ли И вЂ” — О, я Р +О, блс .

27 переключения обеспечивает подачу ся. нала Ug на вход блока 6 управления нуль-органа 25. Выходной сигнал нуль-ор гана 25 блокирует прохождение сигнала до тех пор, пока U2 не станет рягным нулю.

В результате этого гидроразъединитель 8 оказывается выключенным и обеспечивяст режим стопорения первого механизма. Гил. роразъединитель 23 подключает гидроц:,линдр 22 к гидронасосям 2 н 3, благодаря чему создаются условия для управления вторым механизмом с помощью второго блока

26 формирования команд по ранее описанной схеме.

При Ui=0 и 14=0 оба механизма работают в Режиме стопорения (гидроразьединители 8 и 23 выключены), причем полости гидронасоса 2 соединяются между собой че. рез последовательно соединенные линии гидроразъединителей 8 и 23.

Таким образом, положительный эффект заключается в бслее рациональном использовании установленной мощности гидромашин и приводного электрического двигателя и в итоге — в уменьшении габаритов рабочего оборудования экскаватора.

1239230

1239230!

239230 ! !

1c ! !

Риа Ч

Составите. ь .1. Виногра,н>:>

Ре 0» i.;<>р, 11)ан н>р 1 г крсд И. Bt рос Корректор В. 5>, TH> à

:Ь и;>з, !3!>2,>25 1 ираж 641 !1однисное

ВНИИГ1И Государственного комите-,а СССР во делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4, 5

Фи.>вал ППП «Г1атент», г. Ужгород, Ул. Г1роектная, 4