Гидравлический привод

 

Изобретение относится к объемным гидроприводам, в частности к регулированию скорости рабочих органов строительных, дорожных и других машин. Гидропривод предусматривает обеспечение четырех режимов работы, а именно: режим "сумм", когда валы вращаются в одну и ту же сторону; режим противовращения валов; два режима работы одной из гидромашин, когда используется одновременно блокировка другой гидромашины. Переход гидропривода с режима на режим происходит без останова гидропередачи. Изобретение позволяет повысить силовой диапазон передачи, а также ее КПД и надежность. 1 ил.

Изобретение относится к объемным гидроприводам, в частности к регулированию скорости рабочих органов строительных, дорожных, сельскохозяйственных, транспортных и других машин.

Известен гидравлический привод, содержащий четыре гидромашины, рабочие объемы которых относятся как 1:2:4:8, каждая из которых имеет статор и ротор, кинематически связанный с выходным валом и источником питания, линия нагнетания которых может сообщаться с различными полостями гидромашин [1].

Однако в данном техническом решении ограничен диапазон регулирования, поскольку гидромоторы имеют минимальную частоту устойчивого вращения выходного вала, а также нет возможности механического отключения входящих в нее гидромашин, в результате чего валы отключенных гидромашин также вращаются, что приводит к дополнительным потерям мощности и износу машин.

Известен также гидравлический привод, принятый в качестве прототипа, который содержит источник питания, подключенный к гидравлическому контуру с двумя гидромашинами, каждая из которых имеет статор и ротор, а также распределительные устройства на входе и выходе каждой гидромашины. При этом одна из гидромашин выполнена регулируемой, а ее ротор механически связан со статором другой гидромашины, выполненной нерегулируемой. Причем ротор регулируемой гидромашины связан с выходным валом [2].

Однако данная схема не позволяет суммировать и вычитать скорости вращения валов гидромашин, усложняет возможность разгона гидропередачи с использованием регулирования насоса в режиме постоянной мощности, увеличивая потери на дросселирование при разгоне. Кроме того, она не обеспечивает возможности устойчивого движения при скоростях, близких и равных нулю. Наряду с этим крутящий момент на валу гидромашины, имеющей большую допустимую нагрузку, ограничен допустимой нагрузкой другой гидромашины, что не позволяет полностью использовать установочную мощность гидромашин передачи.

Технической задачей изобретения является расширение силового и кинематического диапазонов регулирования передачи, а также повышение ее КПД и надежности, обеспечение возможности устойчивого движения выходного вала передачи при скоростях, близких и равных нулю.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в известном гидравлическом приводе с вращательным движением выходного вала, содержащем источник питания, подключенный к гидравлическому контуру с установленными в нем параллельно двумя гидромашинами, имеющими каждая статор и ротор, и распределительные устройства, установленные на входе и выходе каждой гидромашины, причем одна из гидромашин выполнена регулируемой и ее ротор механически связан со статором нерегулируемой гидромашины, согласно изобретению каждая гидромашина снабжена блокировочным устройством с возможностью обеспечения жесткой связи между ротором и статором одной гидромашины в режиме работы другой, при этом с выходным валом механически связан ротор нерегулируемой гидромашины, причем выход регулируемой гидромашины сообщен посредством соответствующего распределительного устройства со входом нерегулируемой гидромашины или со сливом.

Возможность гидравлической связи между выходом регулируемой гидромашины и входом нерегулируемой гидромашины позволяет суммировать и вычитать скорости вращения валов гидромашин, обеспечивая устойчивое вращение выходного вала гидропередачи при скоростях, близких и равных нулю, и существенно расширить кинематический диапазон регулирования.

Механическая блокировка с помощью блокировочных устройств гидромашины, на которой нагрузка на выходном валу вызывает больший перепад давлений, что ограничивает допустимый момент нагрузки значением М2, приводит к увеличению силового диапазона передачи в М1/М2 раз, где М1 - допустимый крутящий момент на выходном валу, обусловленный другой гидромашиной. При этом механическая блокировка возможна только при обеспечении гидравлической блокировки.

Применение механической блокировки одной из гидромашин при работе другой позволяет избежать проворачивания ее вала вследствие утечки в гидромашине, а также снизить перепад давлений на этой гидромашине, который будет определяться давлением в системе и утечками. Кроме того, за счет резервирования гидромашин моторной части передачи повышается надежность (в частности, разгерметизация машины и внутренние поломки не приведут к выходу привода из строя, т.к. всю нагрузку воспринимает механическое блокировочное устройство). Также избегается дрейф скорости вращения, связанный с зависимостью утечек в запертой гидромашине от ее параметра регулирования.

Блокировка регулируемой гидромашины упрощает решение проблемы безостановочного переключения передачи на ходу на различные режимы работы.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство имеет существенные признаки, отличные от прототипа. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствие источников, в которых была бы описана совокупность заявляемых отличительных признаков. При этом совокупность отличительных признаков не является очевидной, так как не следует непосредственно из уровня техники. Следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". При этом предлагаемое устройство осуществимо в промышленных условиях и, следовательно, является промышленно применимым.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема заявляемого гидравлического привода.

Гидравлический привод содержит источник питания - регулируемый насос 1, подключенный к гидравлическому контуру (на чертеже не обозначен) с установленными в нем гидромашинами 2 и 3. Гидромашина 2 выполнена регулируемой, а гидромашина 3 - нерегулируемой. Каждая из гидромашин 2 и 3 имеет статор, идентичный корпусу гидромашины (на чертеже не обозначен), и ротор, идентичный соответствующему валу 4 и 5.

При этом ротор - вал 4 регулируемой гидромашины 2 механически связан со статором - корпусом нерегулируемой гидромашины 3, а ротор - вал 5 последней соединен с выходным валом 6. Обе гидромашины 2 и 3 соединены последовательно с помощью гидролинии связи 7.

При этом гидропривод снабжен гидролиниями 8, 8a и 9, 9a связи, с помощью которых обе гидромашины 2 и 3 подключены параллельно к источнику питания - насосу 1 и сливу 10.

Кроме этого гидропривод снабжен распределительными устройствами - распределителями 11, 12, 13 и 14, которые установлены на входе и выходе (на чертеже не обозначены) каждой из гидромашин 2 и 3, причем выход регулируемой гидромашины 2 сообщен посредством распределительного устройства - распределителя 13 непосредственно со входом нерегулируемой гидромашины 3 или со сливом 10. Защита гидромашин 2 и 3 от перегрузки, в частности, при переключениях на ходу и разгоне осуществляется предохранительными клапанами 15, 16, 17, 18 и 19. Системы подпитки и теплообмена на чертеже не показаны. Каждая из гидромашин 2 и 3 дополнительно снабжена блокировочными устройствами 20 и 21 соответственно, выполненными каждое в виде двух полумуфт: блокировочное устройство 20 - в виде полумуфт 22 и 23, а блокировочное устройство 21 - в виде полумуфт 24 и 25. В каждом блокировочном устройстве 20 и 21 одна из полумуфт 22 и 24, соответственно, закреплена на корпусе - статоре соответствующей гидромашины 2 и 3, а другая полумуфта 23 и 25, соответственно, - на роторе, а именно на валу 4 гидромашины 2 и на валу 5 гидромашины 3. При этом полумуфта 25 соединяет вал 5 гидромашины 2 с выходным валом 6. Блокировочные устройства 20 и 21 приводятся в действие от блока управления (на чертеже не показан) с помощью управляющего усилия P_упр1 и Р_упр2 соответственно. Выключение блокировочных устройств 20 и 21 осуществляется соответствующими возвратными пружинами 26 и 27.

Гидравлический привод работает следующим образом.

Гидравлический привод может работать в четырех основных режимах: режим "противовращения" (вращение валов 4 и 5 гидромашин 2 и 3 относительно их корпусов в разные стороны); режим "суммы" (сонаправленное вращение валов 4 и 5 гидромашин 2 и 3); два режима работы каждой из гидромашин при гидравлической и механической блокировке другой.

Для включения передачи в режиме "противовращения" распределители 11, 13 и 14 устанавливаются в позицию а, а распределитель 12 - в позицию б. Блокировочные устройства 20 и 21 на гидромашинах 2 и 3 отключены. Регулирование гидромашины 2 осуществляется так, чтобы ее ротор - вал 4 вращался в сторону, противоположную направлению вращения вала 5 гидромашины 3 относительно ее корпуса - статора. Достижение нулевых скоростей движения при устойчивой работе гидромашин обеспечивается установкой рабочего объема гидромашины 2 примерно равным рабочему объему гидромашины 3. Тогда валы 4 и 5 гидромашин 2 и 3, к которым подводится жидкость от насоса 1, вращаются в разные стороны с равной скоростью и, так как скорость вращения вала 4 гидромашины 2 является переносной, а скорость вращения вала 5 гидромашины 3 относительно ее корпуса - относительной, абсолютная скорость вращения выходного вала 6 равна нулю. Увеличение скорости движения в этом режиме производится увеличением до максимального значения рабочего объема гидромашины 2 и насоса 1.

При необходимости переключение передачи из режима "противовращения" на режим работы гидромашины 3 при блокировке гидромашины 2 осуществляется переводом распределителей 11 и 13 в позицию б, а распределителя 12 - в позицию а. Для избежания циркуляции рабочей жидкости по контуру, включающему гидромашину 2 и распределители 13, 12 и 11, приводящей к разрыву потока мощности, переключение распределителя 12 может осуществляться с некоторым запаздыванием. В конце переключения включается блокировочное устройство 20 на гидромашине 2 замыканием полумуфт 22 и 23, в результате чего обеспечивается ее разгрузка. Кроме того, срабатывание блокировки гидромашины 2 обеспечивает возможность изменения рабочего объема этой гидромашины, в том числе и ее реверсирование, что необходимо для переключений передачи на другие режимы, а также исключает дрейф скорости, связанный с прокручиванием вала 4 гидромашины 2 и его зависимостью от перепада давлений в ее камерах, определяющегося наряду с нагрузкой ее параметром регулирования. Увеличение скорости движения в данном режиме производится за счет увеличения рабочего объема насоса 1.

Переключение с режима работы гидромашины 2 на режим "суммы" осуществляется перевозом распределителей 11, 12 и 13 в позиции, соответствующие режиму "противовращения", при предварительном изменении рабочего объема гидромашины 2 и доведении его до максимального значения, причем направления вращения валов 4 и 5 гидромашин 2 и 3 при указанной коммутации должны быть одинаковыми. Перед переключением необходимо отключить блокировочное устройство 20 гидромашины 2 размыканием полумуфт 22 и 23. Для избежания циркуляции рабочей жидкости по контуру, в состав которого входят (по направлению течения) гидромашина 2, распределители 11, 12 и 13, рекомендуется предусматривать некоторое запаздывание переключения распределителей 11 и 13. Увеличение скорости в режиме "суммы" производится увеличением рабочего объема насоса 1 и уменьшением рабочего объема гидромашины 2.

Наряду с режимом "противовращения" в качестве первой ступени может применяться режим работы гидромашины 2 при блокировке гидромашины 3. В данном режиме не обеспечивается устойчивая работа передачи в зоне нулевых скоростей из-за наличия минимально допустимой скорости вращения вала 4 гидромашины 2, однако в нем возможно достижение более высокой максимальной скорости движения. Для включения передачи в этом режиме распределитель 11 устанавливается в позицию а, распределитель 13 - в позицию в, распределители 12 и 14 - в позицию б. Передача момента, превышающего допустимую нагрузку гидромашины 3, через эту гидромашину и ее разгрузка осуществляется блокировочным устройством 21, при замыкании полумуфт 24 и 25. Это обуславливает увеличение силового диапазона передачи в М1/М2 раз, где М1 - допустимый момент нагрузки на выходном валу 5 передачи, обусловленный гидромашиной 2, а М2 - допустимый момент нагрузки на выходном валу 6 передачи. Обусловленный гидромашиной 3. Увеличение скорости в этом режиме также производится за счет увеличения рабочего объема приводящего насоса 1 и уменьшения рабочего объема гидромашины 2.

Переключение с режима работы гидромашины 2 на режим работы гидромашины 3 производится одновременным переключением распределителей 11 и 13 в позицию б, а распределителей 12 и 14 - в позицию а. Перед переключением рабочий объем гидромашины 2 доводится до значения, равного рабочему объему гидромашины 3, а подача приводящего насоса 1 устанавливается такой, чтобы частота вращения вала 4 гидромашины 2 не превышала максимально допустимой. Блокировочное устройство 21 на гидромашине 3 выключается. Во время переключения гидромашины 2 и 3 подключены к приводящему насосу 1 параллельно. Параллельное подключение гидромашин 2 и 3 к приводящему насосу 1 возникает только в процессе переключения и в стационарных режимах не используется. По окончании переключения включается блокировочное устройство 20 на гидромашине 2.

Обратные переключения производятся выполнением указанных действий в обратной последовательности, причем сохраняется возможность запаздывания открытия распределителей, производящих коммутацию машин, соответствующую режиму, на который производится переключение, причем величина запаздывания может быть меньше и должна обеспечивать преодоление перепада скоростей в начале и конце переключения без перегрузки двигателя (если не используется торможение двигателем).

Для уменьшения перегрузок во время переключения может производиться изменение рабочего объема насоса 1 до значения, соответствующего подаче насоса при скорости переключения в режиме, на который оно производится.

Таким образом, заявляемый гидропривод позволяет повысить силовой диапазон передачи, так как обеспечивается передача на большую по объему гидромашину нагрузки, превышающей допустимую нагрузку для меньшей по объему гидромашины в обход последней. Кроме этого в гидроприводе обеспечена разгрузка заблокированной гидромашины, что снижает в ней утечки, препятствует проворачиванию ее вала, увеличивая КПД гидропривода и срок службы, повышая надежность. Наряду с этим расширяется кинематический диапазон регулирования передачи и появляется возможность ее работы при скоростях, близких и равных нулю, за счет использования режимов "противовращения" и "суммы".

Источники информации: 1. Описание изобретения к а.с. СССР N 407082, F 15 B 9/03, 1971.

2. Описание изобретения к а.с. СССР N 853249, F 16 H 61/42, 1974.4

Формула изобретения

Гидравлический привод с вращательным движением выходного вала, содержащий источник питания, подключенный к гидравлическому контуру с установленными в нем параллельно двумя гидромашинами, имеющими каждая статор и ротор, и распределительные устройства, установленные на входе и выходе каждой гидромашины, причем одна из гидромашин выполнена регулируемой и ее ротор механически связан со статором нерегулируемой гидромашины, отличающийся тем, что каждая гидромашина снабжена блокировочным устройством с возможностью обеспечения жесткой связи между ротором и статором одной гидромашины в режиме работы другой, при этом с выходным валом механически связан ротор нерегулируемой гидромашины, причем выход регулируемой гидромашины сообщен посредством соответствующего распределительного устройства со входом нерегулируемой гидромашины или со сливом.

РИСУНКИ

Рисунок 1