Гидравлический режущий аппарат

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к конструкциям для получения высоконапорных непрерывных струй жидкости, и может быть использовано в самоходных жатках, жатках комбайнов, косилках. Изобретение может найти применение в других отраслях промышленности (горнодобывающая, металлообработка и т. д.) для резки и раскроя монолитных и листовых металлических и неметаллических материалов. Технический результат от использования изобретения состоит в повышении эффективности гидрорезки за счет увеличения силы резания и КПД. Устройство имеет гидроцилиндр с основной камерой низкого давления, в которой расположен поршень, связанный со штоками-плунжерами, причем камера сообщена через гидрораспределитель с источником рабочей жидкости и сливом. Имеются также дополнительные камеры низкого давления, расположенные соосно основной и соединенные через обратные клапаны и дроссели с пневмогидроаккумулятором. В поршнях, которые установлены в дополнительных камерах низкого давления, выполнены камеры высокого давления, сообщенные через систему обратных клапанов с источником рабочей жидкости и сливом. 1 ил.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к устройствам для скашивания растений, которые могут быть использованы в уборочных агрегатах, таких, как валковые жатки, зерно- и кормоуборочные комбайны. Кроме того, оно может найти применение в лесопарковом и городском хозяйствах для скашивания газонов, а также в горнодобывающей промышленности, в металлообработке и т.п. в установках для резки и раскроя материалов.

В настоящее время проведения подобных работ сопряжено со значительными затратами энергетических ресурсов, причем уровень применяемой техники не обеспечивает высокую эффективность (КПД, стабильные гидродинамические параметры) использования энергоносителей для получения непрерывной высоконапорной струи.

Известен гидравлический режущий аппарат сельскохозяйственных растений, содержащий компрессор, камеру низкого давления и соленоидный вал. Камера сообщена посредством гидрораспределителя с наконечником для подачи рабочей жидкости и сливом [1] Для обеспечения непрерывности высоконапорной струи жидкости в момент реверса вала низкого давления в системе высокого давления имеется дополнительная емкость-ресивер, объем которого необходимо увеличивать с ростом расхода рабочей жидкости через сопло, т.е. с повышением производительности режущего аппарата. При этом значительно снижается КПД аппарата из-за увеличения расхода энергии на сжатие до рабочего давления значительного "вредного" объема дополнительного ресивера, не участвующего непосредственно в процессе резки растений струей жидкости. Кроме того, ужесточаются условия работы гидравлического аппарата с точки зрения техники безопасности.

Таким образом, применение подобного устройства не обеспечило требуемой эффективности процесса резки сельскохозяйственных растений и других материалов, особенно в условиях автономного использования установки.

Известен также гидравлический режущий аппарат [2] выбранный за прототип, содержащий гидроцилиндр с основной камерой низкого давления, сообщенной через гидрораспределитель с источником рабочей жидкости и сливом, и имеющей поршень со штоками-плунжерами, которые размещены в камерах высокого давления, сообщенных через систему обратных клапанов с источником рабочей жидкости и сливом. Камеры низкого давления соединены через систему обратных клапанов с источником рабочей жидкости и сливом и заодно условие выбора коэффициента мультипликации.

Вследствие того, что камера низкого давления связана с источником рабочей жидкости, имеющим определенное давление, системой обратных клапанов, перемещение в крайнее положение поршня со штоками-плунжерами в камерах высокого давления происходит только при коэффициенте К₂ мультипликации камеры низкого давления относительно камер высокого давления, близком к значению 0,86-0,9 К₁, где К₁ коэффициент мультипликации. Это объясняется тем, что в момент страгивания поршня коэффициент трения значительно выше, чем при его движении, поэтому результирующих усилий в цилиндре высокого давления и дополнительном цилиндре недостаточно при К₂>0,9 К₁. Это отрицательно сказывается на динамической характеристике аппарата, в частности на равномерности напорной характеристики, а следовательно, и на усилии резания растений рабочей струей.

В основу изобретения поставлена задача в гидравлическом режущем аппарате путем введения дополнительных камер низкого давления гидроцилиндра и соединения их с источником рабочей жидкости, введения пневмогидроаккумуляторов с дополнительными регулирующими элементами обеспечить равномерность напорной характеристики, что повысит усилия резания.

Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом режущем аппарате, содержащем гидроцилиндр с основной камерой низкого давления, сообщенной через гидрораспределитель с источником рабочей жидкости и сливом и имеющей поршень со штоками-плунжерами, которые размещены в камерах высокого давления, сообщенных через систему обратных клапанов с источником рабочей жидкости и соплом, гидроцилиндр снабжен расположенными соосно основной двумя дополнительными камерами низкого давления с поршнями, при этом камеры высокого давления выполнены в поршнях камер низкого давления, каждая из которых сообщена с пневмогидроаккумулятором через соответствующие параллельно расположенные обратный клапан и регулируемый дроссель, при этом эффективные площади S_ш и S_{Δ n} соответственно каждого штока-плунжера и поршня, установленного в дополнительной камере низкого давления, связаны соотношением 0,9Р_н х S_ш≅Р_зар х S_{Δ n}≅P_н х S_ш, где Р_н номинальное рабочее давление в камере высокого давления; Р_зар давление зарядки пневмогидроаккумулятора.

Введение в гидроцилиндр камер низкого давления и сообщение их через соответствующие обратные клапаны и регулируемые дроссели с пневмогидроаккумулятором при обеспечении выполнения указанного выше соотношения приводит к тому, что при любом положении поршня основной камеры низкого давления и жестко связанных с ним штоков-плунжеров результирующих усилий давлений в камере высокого давления и дополнительной камере низкого давления достаточно для обеспечения равномерной напорной характеристики (рабочее давление, постоянный расход) рабочей струи. Это приводит к повышению усилия и качества резания.

На чертеже изображен предлагаемый гидравлический режущий аппарат, продольный разрез.

Аппарат содержит гидроцилиндр с основной камерой 1 низкого давления, в которой установлен поршень 2, и двумя расположенными соосно основной дополнительными камерами 3 и 4, в которых установлены поршни 5 и 6 соответственно. Поршень 2 жестко соединен с двумя штоками-плунжерами 7 и 8, размещенными соответственно в камерах 9 и 10 высокого давления, выполненных в поршнях 5 и 6. Полости А и А₁ камеры 1 низкого давления соединены через гидрораспределитель 11 с источником 12 рабочей жидкости и сливом. Дополнительные камеры 3 и 4 низкого давления постоянно соединены с пневмогидроаккумулятором 13 через индивидуальные параллельно соединенные обратный клапан 14 или 15 и регулируемый дроссель 16 или 17. Камеры 9 и 10 высокого давления соединены через общую систему обратных клапанов 18 с соплом 19 и источником 12 рабочей жидкости и сливом.

Параметры и геометрические размеры элементов, узлов и коммуникаций аппарата связаны соотношением 0,9 Р_н х S_ш≅Р_зар х S_{Δ n}≅Р_н х S_ш, где Р_н номинальное рабочее давление в камере 9 (10) высокого давления; Р_зар давление зарядки пневмогидроаккумулятора 13.

Гидравлический режущий аппарат работает следующим образом.

При работе уборочного агрегата, например зерноуборочного комбайна, по магистрали жидкость из источника 12 через гидрораспределитель 11 поступает в левую полость камеры 1 низкого давления (в положении, приведенном на чертеже). Поршень 2 с жестко соединенными штоками-плунжерами 7 и 8 перемещается вправо, вытесняя штоком-плунжером 7 из правой поршневой камеры 9 высокого давления поршня 5 через систему обратных клапанов 18 и сопло 19 рабочую жидкость, при этом одновременно перемещается в крайнее правое положение поршень 5 со скоростью, определяемой настройкой дросселя 17, а давление в пневмогидроаккумуляторе 13 возрастает до величины, при которой усилие на поршень 5 не превысит величины Р_н x S_ш. Одновременно осуществляется закачка рабочей жидкости в левую камеру 10 высокого давления. При достижении поршнем 2 крайнего правого положения поступает команда на гидрораспределитель 11 и происходит реверсирование поршня 2. Время реверса определяется временем переключения гидрораспределителя 11.

В момент остановки поршня 2 поршень 5 под воздействием гидростатического давления в правой камере 3 низкого давления, связанной с пневмогидроаккумулятором 13, начинает двигаться влево, поддерживая рабочее давление в правой камере 9, а также скорость истечения рабочей жидкости через сопло 19. При движении поршня 2 влево рабочая жидкость вытесняется из камеры 10 левого поршня 6 через системы клапанов 18 и сопло 19, при этом скорость перемещения поршня 6 задается настройкой дросселя 16 и характеристикой клапана 14, а давление в пнемогидроаккумуляторе 13 возрастает до величины, при которой усилие на поршень 6 не превысит Р_н х S_ш. Одновременно осуществляется зарядка рабочей жидкости в правую камеру 9 высокого давления.

При достижении поршнем 2 крайнего левого положения поступает команда на переключение гидрораспределителя 11 и происходит реверсирование поршня 2. В момент остановки поршня 2 поршень 6 под воздействием гидростатического давления в левой камере 4 низкого давления, связанной с пневмогидроаккумулятором 13, начинает движение вправо, поддерживая рабочее давление в левой камере 10 и скорость истечения струи из сопла 19. После начала движения поршня 2 вправо цикл повторяется.

Таким образом, в заявленном аппарате в крайних положениях поршня 2 основной камеры 1 (в момент реверса) происходит передача цилиндром высокого давления энергии от пневмогидроаккумулятора 13, что обеспечивает поддержание неизменного уровня давления рабочей жидкости и скорости истечения через сопло 19, что определяет существенное повышение эффективности гидрорезки сельскохозяйственных растений (или других материалов).

Формула изобретения

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖУЩИЙ АППАРАТ, содержащий гидроцилиндр с основной камерой низкого давления, сообщенной через гидрораспределитель с источником рабочей жидкости и сливом и имеющей поршень с штоками-плунжерами, которые размещены в камерах высокого давления, сообщенных через систему обратных клапанов с источником рабочей жидкости и соплом, отличающийся тем, что гидроцилиндр снабжен расположенными соосно с основной двумя дополнительными камерами низкого давления с поршнями, при этом камеры высокого давления выполнены в поршнях камер низкого давления, каждая из которых сообщена через соответствующие параллельно расположенные обратный клапан и регулируемый дроссель с пневмогидроаккумулятором, при этом эффективные площади S_ш и S_Δп соответственно каждого штока-плунжера и поршня, установленного в дополнительной камере низкого давления, сквязаны соотношением 0,9P_н × S_ш≅ P_зар × S_Δп≅ P_н × S_ш, где P_н - номинальное рабочее давление в камере высокого давления; P_зар - давление зарядки пневмогидроаккумулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1