Насосно-аккумуляторный гидропривод

 

Насосно-аккумуляторный гидропривод относится к исполнительным механизмам систем управления различных машин, летательных аппаратов, роботов, станков и др. Гидропривод содержит исполнительный гидродвигатель неполноповоротного типа, выходное звено которого выполнено в виде полого цилиндра, внутренняя поверхность которого предназначена для безлюфтовой фиксации и крепления непосредственно хвостовика органа управления объекта. На его наружной поверхности выполнены приливы, один из которых взаимодействует с помощью шатунов с соосно (или параллельно) расположенными поршнями. На другом приливе выполнена ловушка для фиксатора, при помощи которой при взаимодействии с фиксатором обеспечивается безлюфтовая фиксация выходного звена в среднем положении после отключения электропитания. Гидропривод снабжен электромагнитным клапаном кольцевания, вход которого сообщен с гидролинией напора насоса низкого давления и с камерой управления фиксатора, а его выход - с гидробаком. Внешние подвижные уплотнения фиксатора и поршней гидродвигателя выделены в специальную замкнутую полость, соединенную гидролинией с гидробаком. Техническим результатом изобретения является повышение динамической отработки управляющего сигнала, повышение срока службы гидропривода, обеспечение надежной автоматической безлюфтовой фиксации выходного звена в среднем положении после отключения электропитания. 1 ил.

Изобретение относится к насосно-аккумуляторным гидроприводам, нашедшим самое широкое применение в области гидроавтоматики в качестве исполнительного механизма в системах управления различных машин, летательных аппаратов, роботостроении, станкостроении.

Известны электрогидравлические следящие рулевые гидроприводы, содержащие исполнительный гидродвигатель неполноповоротного типа, насос регулируемой производительности, электрогидравлический усилитель с золотниковым распределителем типа "сопло-заслонка", пневмогидроак кумулятор и гидробак закрытого типа с избыточным давлением (см. например, книгу Гамынин Н.С. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1981 г., стр.12, рис.1.5).

Известны, кроме того, поршневые поворотные гидродвигатели (см., например, книгу Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М. : Машиностроение, 1974 г., стр.532-536, рис.226-232. Однако одни из них (рис.226,228...232) имеют невысокий кпд и повышенные люфты в цепи кинематической связи с органом управления, а другие (рис.227) - повышенную нагрузку на опоры со стороны полостных камер гидродвигателя.

Известны также моментные неполноповоротные гидроцилиндры, лишенные вышеперечисленных недостатков, но характерны своими, такими как сложность конструкции, низкий кпд, особенно при работе с повышенными внешними нагрузками, невысокие динамические характеристики, невысокая надежность, значительные перетечки рабочей жидкости (см. например, книгу Хохлов В.А. Электрогидравлический следящий привод, изд. Наука, 1996 г., стр.67-68, рис.3,ш).

Известны также замки для фиксации выходного звена гидродвигателя в среднем положении механического и гидравлического типа: шариковые, лепестковые, штыревые и фрикционные, (см. например, книгу Башта Т.М. Расчеты и конструирование самолетных гидравлических устройств. М.: Оборонгиз, 1961 г., стр. 200-203 и книгу Гониодский В.И. и др. Привод рулевых поверхностей самолетов. М.: Машиностроение, 1974 г., стр.177, рис.4.22 и 4.23).

Одни из них сложны и громоздки, а другие обладают невысокой надежностью и ресурсом, имеют ограниченный диапазон по величине управляемого давления.

Наиболее близким по технической сущности является "Насосный гидропривод" (см. патент РФ 2127686 от 20.03.99 г.), который содержит в общем корпусе связанные между собой гидролиниями напора, слива и управления, исполнительный гидродвигатель неполноповоротного типа, состоящий из поршней, взаимодействующих при помощи шатунов с выходным звеном, электрогидроусилитель типа "сопло-заслонка", пневмогидроаккумулятор, гидробак закрытого типа с избыточным давлением и расположенный на общем приводном валу блок насосов, состоящий из насоса высокого давления, напорная гидролиния которого соединена с рабочими окнами золотникового гидрораспределителя, и насоса низкого давления, напорная гидролиния которого соединена через постоянные дроссели с подторцевыми камерами управления золотникового гидрораспределителя и соплами электрогидроусилителя.

Хорошо известны достоинства насосно-аккумуляторных гидроприводов данного класса, основными из которых являются высокий кпд, повышенная модульность исполнения, высокие эксплуатационные и габаритно-массовые характеристики.

Однако известные насосно-аккумуляторные гидроприводы обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются невысокая динамическая точность отработки управляющего сигнала из-за повышенной зоны нечувствительности, величина которой напрямую связана c величиной трения в опорах поворотного гидродвигателя, которое, в свою очередь, является следствием наличия рабочего давления в полостях гидродвигателя. Кроме того, наличие повышенных нагрузок на опоры поворотного гидродвигателя, особенно заметные при повышенных рабочих давлениях в гидроприводе (до 380 кгс/см²), приводят к интенсивному их износу, снижая ресурс гидропривода, увеличивая величины люфтов в силовой проводке управления.

Кроме того, известные насосно-аккумуляторные гидроприводы не обеспечивают надежной автоматической фиксации выходного звена гидропривода в среднем положении после отключения электропитания.

Хорошо также известно о больших трудностях, приводящих к снижению ресурса гидропривода, связанных с необходимостью обеспечения внешней герметичности подвижными уплотнениями, размещенными на поршнях гидродвигателя, фиксаторе механизма для безлюфтовой фиксации в среднем положении выходного звена, поршне гидрокомпенсатора и др.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: повышение динамической точности отработки управляющего сигнала, повышение срока службы гидропривода, обеспечение надежной автоматической (по управляющему электрическому сигналу) безлюфтовой фиксации выходного звена в среднем положении после отключения электропитания.

Поставленная задача решается тем, что заявляемый насосно-аккумуляторный гидропривод, содержащий в общем корпусе объединенные между собой гидролиниями напора, слива и управления, исполнительный гидродвигатель неполноповоротного типа, состоящий из поршней, взаимодействующих при помощи шатунов с выходным звеном, механизм для безлюфтовой фиксации выходного звена в среднем положении, состоящий из фиксатора, снабженного камерой управления, и ловушки фиксатора, электрогидравлический усилитель типа "сопло-заслонка", пневмогидроаккумулятор, гидробак закрытого типа с избыточным давлением и расположенный на общем валу блок насосов, состоящий из насоса высокого давления, напорная гидролиния которого соединена с рабочими окнами золотникового гидрораспределителя, и насоса низкого давления, напорная гидролиния которого соединена через постоянные дроссели с подторцевыми камерами управления золотникового гидрораспределителя и соплами электрогидроусилителя, снабжен электромагнитным клапаном, вход которого сообщен с гидролинией напора насоса низкого давления и с камерой управления фиксатора, а его выход - с гидробаком, при этом выходное звено гидродвигателя выполнено в виде расположенного на опорах полого цилиндра, внутренняя поверхность которого предназначена для безлюфтовой фиксации и крепления непосредственно хвостовика органа управления объекта, а на его наружной поверхности выполнены приливы, один из которых служит для взаимодействия с соосно или параллельно расположенными поршнями гидродвигателя посредством шатунов и для взаимодействия с фиксатором механизма безлюфтовой фиксации выходного звена с помощью ловушки фиксатора, выполненной на другом из указанных приливов в виде отверстия или паза, повторяющего форму концевой части фиксатора, выполненной в виде конического элемента, расположенного на дифференциальном подпружиненном поршне.

Поиск, проведенный по техническим источникам информации, показал, что заявляемое техническое решение не известно, т.е. оно соответствует условию патентоспособности - "новизна". Поскольку заявляемое техническое решение осуществляется из известных составных частей, то оно соответствует условию - "промышленная применяемость". А так как в результате неочевидным образом реализуется поставленная задача, то заявляемое техническое решение соответствует условию -"изобретательский уровень".

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где представлена общая схема гидропривода.

Насосно-аккумуляторный гидропривод содержит исполнительный гидродвигатель 1, состоящий из поршней 2, взаимодействующих при помощи шатунов 3 с выходным звеном 4, выполненным в виде полого цилиндра с расположенными на его наружной поверхности приливами 5 и 6, один из которых взаимодействует с поршнями 2, а на другом приливе выполнена ловушка фиксатора 7 механизма безлюфтовой фиксации выходного звена, взаимодействующая с ним посредством отверстия или паза, повторяющего форму концевой части фиксатора 7, снабженного камерой управления 8, сообщенной гидролинией 9 с гидролинией напора насоса низкого давления 10, электрогидроусилитель типа "сопло-заслонка"", состоящий из электромеханического преобразователя 16, сопел 17 и золотникового гидрораспределителя 18, электромагнитный клапан 19, вход которого сообщен с гидролинией напора 9 насоса низкого давления 10 и с камерой управления 8 фиксатора 7, а выход - гидролинией 14 с гидробаком 15, электромагнитный клапан 20 насоса высокого давления 21.

Для обеспечения облегченного запуска гидропривода служит клапан включения 22, для обеспечения пиковых расходов - пневмогидроаккумулятор тандемного типа 23, в поршне 24 которого установлены предохранительный клапан по газу 25 и по рабочей жидкости 26, для обеспечения температурной компенсации расширения рабочей среды в гидробаке служит сильфон 27, управляемый толкателем 28, для обеспечения функционирования гидропривода в облегченном режиме служат обратные клапаны 29 и 30, для обеспечения охлаждения и смазки насоса высокого давления 21 при работе в облегченном режиме служит обводная гидролиния всасывания с дросселем 31, для предохранения гидролинии напора насоса низкого давления от перегрузок служит клапан 32, для заправки гидропривода рабочей средой служит штуцер 33.

Работает насосно-аккумуляторный гидропривод следующим образом.

При пуске приводного вала и отсутствии команд на включение электромагнитных клапанов 19 и 20 (положение, изображенное на чертеже) насос высокого давления 21 благодаря тому, что его гидролиния всасывания перекрыта золотником клапана включения 22, находится в режиме нулевой подачи без противодавления, а насос низкого давления 10 закольцован с гидробаком 15, обеспечивается минимальная нагрузка на приводном валу, что значительно облегчает запуск гидропривода, особенно в условиях низких температур окружающей среды, при этом выходное звено находится в застопоренном нейтральном положении.

При подаче команды на электромагнитный клапан 19 гидролиния напора насоса низкого давления 10 отсоединяется от гидробака 15, давление в ней возрастает до давления настройки предохранительного клапана 32, фиксатор 7 расстопаривает выходное звено 4, открывается обратный клапан 29, закрывается обратный клапан 30 и рабочая среда поступает как к соплам 17 электрогидроусилителя и к подторцевым камерам управления золотникового гидрораспределителя 18, так и к его рабочим окнам, обеспечивая, при подаче сигналов управления в электромеханический преобразователь 16, функционирование гидропривода от насоса низкого давления, при закольцованной гидролинии насоса высокого давления с гидробаком, т.е. в облегченном режиме, от источника малой приводной мощности.

Далее, при подаче команды на электромагнитный клапан 20 насоса высокого давления 21 его напорная гидролиния отсоединяется от гидробака 15, давление в ней возрастает до номинальной величины. т.е. до давления настройки предохранительного клапана 26, обратный клапан 30 открывается, обратный клапан 29 закрывается и, при подаче сигналов управления в электромеханический преобразователь 16, гидропривод функционирует в номинальном режиме, при этом в зависимости от величины и знака управляющего сигнала обеспечивается поворот выходного звена в ту или иную сторону с определенной скоростью.

При снятии электрического сигнала с электромагнитных клапанов 19 и 20 (положение, изображенное на чертеже) гидролиния напора насоса низкого давления 10 и камера управления 8 фиксатора 7 соединяются с гидробаком 15 и фиксатор 7 под действием пружины приводит выходное звено 4 в среднее положение и фиксирует его в этом положении.

При длительном (до 20 лет) хранении в широком диапазоне температур окружающей среды (± 60^oС) сильфон 27 отслеживает весь диапазон изменения объема рабочей среды, находящейся в гидробаке, связанный с колебанием температуры окружающей среды, сохраняя в гидробаке давление, практически одинаковое с атмосферным, обеспечивая тем самым благоприятные условия для запуска гидропривода и повышенную надежность по герметичности в течение всего срока хранения. При пуске приводного вала блока насосов давление, возникающее в гидролинии напора насоса низкого давления, смещает толкатель 28 до соприкосновения с дном сильфона 27, обеспечивая повышенное до 3...4 кгс/см² давление в гидробаке, создавая тем самым благоприятные условия работы гидронасосов после запуска.

Многочисленные исследования, проведенные при промышленном использовании насосно-аккумуляторных гидроприводов, выполненных в соответствии с предлагаемой схемой, полностью подтвердили их достоинства по сравнению с известными.

Формула изобретения

Насосно-аккумуляторный гидропривод, содержащий в общем корпусе объединенные между собой гидролиниями напора, слива и управления исполнительный гидродвигатель неполноповоротного типа, состоящий из поршней, взаимодействующих при помощи шатунов с выходным звеном, механизм для безлюфтовой фиксации выходного звена в среднем положении, состоящий из подпружиненного фиксатора, снабженного камерой управления, и ловушки фиксатора, электрогидравлический усилитель типа "сопло-заслонка", пневмогидроаккумулятор, гидробак закрытого типа с избыточным давлением и расположенный на общем приводном валу блок насосов, состоящий из насоса высокого давления, напорная гидролиния которого соединена с рабочими окнами золотникового гидрораспределителя, и насоса низкого давления, напорная гидролиния которого соединена через постоянные дроссели с подторцевыми камерами управления золотникового гидрораспределителя и соплами электрогидроусилителя, отличающийся тем, что он снабжен электромагнитным клапаном, вход которого сообщен с гидролинией напора насоса низкого давления и с камерой управления фиксатора, а его выход - с гидробаком, при этом выходное звено гидродвигателя выполнено в виде расположенного на опорах полого цилиндра, внутренняя полость которого предназначена для безлюфтовой фиксации и крепления непосредственно хвостовика органа управления объекта, а на его наружной поверхности выполнены приливы, служащие для взаимодействия с соосно или параллельно расположенными поршнями гидродвигателя посредством шатунов и для взаимодействия с фиксатором механизма безлюфтовой фиксации выходного звена с помощью ловушки фиксатора, выполненной на одном из указанных приливов в виде отверстия или паза, повторяющего форму концевой части фиксатора, выполненной в виде конического элемента, расположенного на дифференциальном подпружиненном поршне.

РИСУНКИ

Рисунок 1