Гидростатическая муфта

 

Гидростатическая муфта относится к области машиностроения, в частности к устройствам для передачи вращения, и может быть использована в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования. Гидростатическая предохранительная упругодемпфирующая муфта содержит две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором. Штоковая полость гидроцилиндра гидравлически соединена с гидроаккумулятором через гидродроссель. Техническим результатом является обеспечение демпфирования колебаний поршня при разжатии (обратном ходе) гидроцилиндра. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к предохранительным упругодемпфирующим муфтам для передачи вращения и может быть использовано в приводах тяжелонагруженного технологического оборудования.

Известна гидростатическая муфта (а.с. СССР №994828, F 16 D 3/52, 1983 г.), содержащая две полумуфты с выступами на обращенных друг к другу поверхностях, соединенные посредством расположенных между ними двух групп гидроцилиндров с ползунами и демпферами, причем выступы полумуфт расположены концентрично, а полости гидроцилиндров соединены между собой через сдвоенный предохранительный клапан и через запорные вентили со сливом.

К основному недостатку этой муфты можно отнести сложность и трудоемкость ее восстановления после выключения (срабатывания).

За прототип выбрана гидростатическая муфта по патенту (заявка №2000127761 от 04.11.2000 г.), содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором. Эта муфта обладает возможностью автоматического или по команде оператора восстановления после срабатывания и имеет более высокие эксплуатационные качества.

В прототипе демпфирование колебаний осуществляется в одну сторону, что может являться недостатком при установке муфты в некоторых технологических машинах со знакопеременным или резкоизменяющимся моментом сил упругости в линии привода, например ножницы для продольной и поперечной резки проката, кантователи проката, рабочие клети некоторых прокатных станов, правильные машины и т.п. При таком демпфировании увеличивается отдача упругой муфты в результате резкого разжатия гидроцилиндра, например при внезапном снятии нагрузки, при ударной нагрузке или при внезапно изменившейся по знаку нагрузке.

Целью изобретения является обеспечение демпфирования колебаний при разжатии (обратном ходе) гидроцилиндра.

Указанная цель достигается тем, что в гидростатической муфте, содержащей две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, штоковая полость гидроцилиндра гидравлически соединена с гидроаккумулятором через гидродроссель.

Введение в муфту гидравлической связи штоковой полости гидроцилиндра с гидроаккумулятором через гидродроссель обеспечивает демпфирование колебаний поршня при разжатии (обратном ходе) поршня гидроцилиндра. Рабочая жидкость, при обратном ходе поршня, вытесняется из штоковой полости гидроцилиндра и поступает в гидроаккумулятор через гидродроссель. При дросселировании происходит рассеивание части энергии движущейся жидкости и превращение ее в тепло. Благодаря этому уменьшается скорость разжатия (отдача) гидроцилиндра при внезапном снятии нагрузки или при ударной нагрузке, уменьшается время затухания колебаний, повышается способность муфты гасить резонансные колебания, а следовательно, уменьшается коэффициент динамичности системы.

Кроме того, введение гидравлической связи штоковой полости гидроцилиндра и гидроаккумулятора позволяет снизить статический остаточный крутящий момент, что важно для муфт, снабженных передаточным устройством, не обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при срабатывании. Статический остаточный крутящий момент, передаваемый муфтой при холостом ходе, зависит от разности давлений в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра и от площади поперечного сечения поршня и штока. Гидравлическая связь штоковой полости гидроцилиндра с гидроаккумулятором обеспечивает равное давление рабочей жидкости в штоковой и поршневой полости гидроцилиндра, а следовательно, меньшее усилие на гидроцилиндре и меньшее сопротивление при холостом ходе муфты, по сравнению с прототипом, где избыточное давление в штоковой полости гидроцилиндра равно нулю.

Кроме того, введение гидравлической связи штоковой полости гидроцилиндра и гидроаккумулятора позволяет снизить амплитуду изменения статического остаточного крутящего момента для муфт, снабженных передаточным устройством, не обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при перегрузке. Во время холостого хода муфты гидроцилиндр совершает возвратно-поступательные движения, а рабочая жидкость перекачивается из поршневой полости гидроцилиндра в гидроаккумулятор и в штоковую полость гидроцилиндра и обратно. При этом в гидроаккумулятор поступает меньшее количество рабочей жидкости по сравнению с прототипом (на величину, равную объему штоковой полости гидроцилиндра), что вызывает меньшее изменение давления в нем, а следовательно, меньшее колебание усилия на штоке гидроцилиндра и меньшую амплитуду колебаний остаточного крутящего момента.

Кроме того, согласно изобретению параллельно гидродросселю может быть установлен обратный клапан с возможностью перетекания рабочей жидкости из гидроаккумулятора в штоковую полость гидроцилиндра.

При резком сжатии гидроцилиндра перепад давления на гидродросселе может оказаться достаточно большим, и в штоковой полости гидроцилиндра может возникнуть разряжение, что приведет к выделению из рабочей жидкости растворенных в ней газов или вызовет подсос воздуха в штоковую полость гидроцилиндра через уплотнения. Установка параллельно гидродросселю обратного клапана позволит рабочей жидкости перетекать из гидроаккумулятора в штоковую полость гидроцилиндра, минуя гидродроссель, что устранит создание разряжения и выделение газов из рабочей жидкости, а также исключит подсос воздуха в штоковую полость гидроцилиндра извне через уплотнения.

Кроме того, согласно изобретению может быть введен второй обратный клапан, установленный с возможностью перетекания рабочей жидкости из гидроаккумулятора в поршневую полость гидроцилиндра.

Такое техническое решение позволит наиболее просто компенсировать утечки рабочей жидкости. Во время отсутствия нагрузки на муфте (например, при остановке, холостом ходе или реверсе механизма) жидкость через обратный клапан перетекает из гидроаккумулятора в поршневую полость гидроцилиндра, тем самым компенсируя утечки в гидросистеме.

Кроме того, согласно изобретению может быть введена гидравлическая связь поршневой полости гидроцилиндра со штоковой полостью гидроцилиндра через гидрораспределитель при выключенной муфте.

Такое техническое решение позволяет (для муфт с передаточным устройством, не обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при выключении) снизить динамический остаточный крутящий момент, передаваемый муфтой в состоянии холостого хода и зависящий от сопротивления гидролиний и от скорости течения жидкости. После выключения муфты (переключения гидрораспределителя) поршневая и штоковая полости гидроцилиндра соединяются, поршень совершает возвратно-поступательные движения, рабочая жидкость перетекает из поршневой полости гидроцилиндра в штоковую полость гидроцилиндра и в гидроаккумулятор и обратно, минуя гидродроссель, соединяющий гидроаккумулятор и штоковую полость гидроцилиндра. При этом сопротивление течению жидкости минимально и, следовательно, уменьшается динамический остаточный крутящий момент, передаваемый муфтой при холостом ходе (после срабатывания).

На фиг.1 изображена принципиальная гидромеханическая схема гидростатической муфты с гидродросселем, соединяющим штоковую полость гидроцилиндра с гидроаккумулятором; на фиг.2 - вариант принципиальной гидромеханической схемы гидростатической муфты с установленным параллельно гидродросселю обратным клапаном; с обратным клапаном, соединяющим поршневую полость гидроцилиндра с гидроаккумулятором; и с гидравлической связью поршневой полости гидроцилиндра со штоковой полостью гидроцилиндра через гидрораспределитель при выключенной муфте; на фиг.3 - вариант муфты с передаточным устройством, обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при срабатывании; на фиг.4 - вариант муфты с передаточным устройством, не обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при срабатывании.

Гидростатическая муфта содержит ведущую 1 (фиг.1) и ведомую 2 полумуфты, которые через передаточное устройство 3 кинематически связаны посредством гидроцилиндра 4. Поршневая полость гидроцилиндра 4 гидравлически связана попеременно с демпфером 5 и гидроаккумулятором 6 через управляемый гидрораспределитель 7, который может быть выполнен в виде двухпозиционного управляемого кранового гидрораспределителя. Система управления по моменту на муфте 8 обеспечивает механическую связь подвижного элемента гидрораспределителя 7 со штоком гидроцилиндра 4 или с ведущей полумуфтой 1 (не показано). Корпус гидрораспределителя 7 связан с ведомой полумуфтой 2 (не показано). Подвижный элемент гидрораспределителя 7 может быть возвращен в исходное положение упругим элементом 9, а при срабатывании муфты он стопорится механизмом фиксации 10. Устройство отключения механизма фиксации 10 может быть выполнено на основе центробежного регулятора 11, кинематически связанного с ведомой полумуфтой 2. В магистрали, связывающей демпфер 5 с гидрораспределителем 7, установлен дроссель 12 и параллельно ему установлен обратный клапан 13 с возможностью перетекания рабочей жидкости из демпфера 5 в гидроцилиндр 4. Штоковая полость гидроцилиндра 4 связана с гидроаккумулятором 6 через гидродроссель 14.

Устройство работает следующим образом.

В рабочем состоянии подвижный элемент гидрораспределителя 7 находится в положении, как показано на фиг.1, что обеспечивает гидравлическую связь поршневой полости гидроцилиндра 4 с демпфером 5. При возрастании момента на муфте полумуфты 1 и 2 относительно проворачиваются и через передаточное устройство 3 воздействуют на корпус и шток гидроцилиндра 4. Давление в штоковой полости гидроцилиндра повышается и часть рабочей жидкости перетекает в демпфер 5 до тех пор, пока не установится равновесное состояние. При этом увеличившийся объем штоковой полости гидроцилиндра 4 заполняется рабочей жидкостью из гидроаккумулятора 6.

При резком возрастании, резком падении момента на муфте или при колебательном нагружении муфты полумуфты 1 и 2 относительно проворачиваются, рабочая жидкость перетекает из поршневой полости гидроцилиндра в гидродемпфер 5 (при возрастании момента) или из штоковой полости гидроцилиндра в гидроаккумулятор 6 (при снижении момента). При этом из-за гидравлических сопротивлений в системе и в дросселях 12 и 14 происходит рассеивание части энергии и затухание колебательного процесса.

Если момент на муфте превышает допустимый достаточно продолжительное время, то система управления по моменту на муфте 8 обеспечивает вращение подвижного элемента гидрораспределителя 7 в крайнее положение до срабатывания механизма фиксации 10. При этом демпфер 5 отсекается от гидросистемы и к ней подключается гидроаккумулятор 6, рабочее давление которого в этот момент значительно ниже, чем в поршневой полости гидроцилиндра 4. Остатки рабочей жидкости из гидроцилиндра перетекают в гидроаккумулятор 6, поршень со штоком гидроцилиндра 4 занимают крайне левое (на чертеже) положение, что обеспечивает размыкание полумуфт 1 и 2 при наличии передаточного устройства, обеспечивающего кинематическое размыкание полумуфт (см. фиг.3). Если передаточное устройство не обеспечивает кинематического размыкания полумуфт (фиг.4), то после выключения муфты (переключения гидрораспределителя) поршень и шток гидроцилиндра 4 совершают возвратно-поступательное движение, рабочая жидкость перетекает из поршневой полости гидроцилиндра в гидроаккумулятор и в штоковую полость гидроцилиндра и обратно.

После отключения привода шток с поршнем гидроцилиндра 4 устанавливаются в положение, при котором произошло переключение гидрораспределителя. Устройство отключения 11 механизма фиксации 10 освобождает подвижный элемент гидрораспределителя 7, и упругий элемент 9 возвращает его в исходное положение. Демпфер 5 соединяется с поршневой полостью гидроцилиндра 4, шток гидроцилиндра 4 занимает исходное, крайне правое (на чертеже, фиг.1), положение, и муфта, таким образом, автоматически приходит в исходное состояние, то есть самовосстанавливается.

Вариант гидростатической муфты на фиг.2 отличается от вышеописанного тем, что: а) параллельно гидродросселю 14, соединяющему штоковую полость гидроцилиндра 4 с гидроаккумулятором 6, установлен обратный клапан 15 с возможностью перетекания рабочей жидкости из гидроаккумулятора 6 в штоковую полость гидроцилиндра 4; б) гидроаккумулятор 6 связан с поршневой полостью гидроцилиндра 4 через обратный клапан 16; в) введена гидравлическая связь 17 поршневой и штоковой полости гидроцилиндра 4 при выключенной муфте.

Устройство работает следующим образом.

При резком сжатии гидроцилиндра 4, например при ударной нагрузке, рабочая жидкость заполняет штоковую полость гидроцилиндра, перетекая из гидроаккумулятора 6 через обратный клапан 15. При этом практически отсутствует сопротивление течению жидкости, что исключает создание разряжения в штоковой полости гидроцилиндра, а следовательно, выделение из рабочей жидкости растворенных в ней газов и подсос воздуха в штоковую полость гидроцилиндра через уплотнения.

При отсутствии нагрузки на муфте (например, при холостом ходе, реверсе или остановке механизма) рабочая жидкость перетекает из гидроаккумулятора 6 в поршневую полость гидроцилиндра 4 через обратный клапан 16, обеспечивая тем самым компенсацию утечек в гидросистеме.

После переключения гидрораспределителя 7 гидроаккумулятор 6 соединяется с поршневой и штоковой полостью гидроцилиндра 4. При этом в муфте с передаточным устройством без кинематического размыкания полумуфт (фиг.4) поршень и шток совершают возвратно-поступательные движения, рабочая жидкость перетекает из поршневой полости гидроцилиндра 4 в штоковую полость и в гидроаккумулятор 6 и обратно, минуя гидродроссель 14, что обеспечивает низкое значение остаточного крутящего момента, передаваемого муфтой в состоянии выключения. В остальном работа муфты аналогична муфте, изображенной на фиг.1.

Муфта с передаточным устройством, обеспечивающим кинематическое размыкание полумуфт при срабатывании, например, в виде плоского дискового кулачка с внутренним профилем (фиг.3) содержит полумуфту 1, на которой закреплен кулачок, и полумуфту 2, в которой установлен гидроцилиндр 4.

Ролик 18 шарнирно закреплен на штоке гидроцилиндра 4 и взаимодействует с профилем кулачка.

Муфта работает следующим образом.

Полумуфта 1 передает вращение на кулачок, который, поворачиваясь, сжимает гидроцилиндр 4. Упругий элемент демпфера (не показан) при этом также сжимается до положения равновесия. При превышении допустимого момента на муфте (или давления в гидросистеме) срабатывает гидрораспределитель 7 (фиг.1), демпфер 5 отсекается от гидросистемы, шток и поршень гидроцилиндра 4 полностью заходят в корпус гидроцилиндра 4, вытесняя рабочую жидкость в гидроаккумулятор 6 и штоковую полость гидроцилиндра 4. Полумуфты получают возможность свободно вращаться относительно друг друга.

Муфта с передаточным устройством, не обеспечивающим кинематического размыкания полумуфт, например, в виде планетарной ступени (фиг.4) состоит из полумуфты 1 с закрепленным на ней солнечным колесом и полумуфты 2, выполненной в виде водила с установленными на нем двумя сателлитами 19. На сателлитах шарнирно и эксцентрично закреплены шток и корпус гидроцилиндра 4.

Муфта работает следующим образом.

Полумуфта 1 передает вращение на сателлиты 19, которые, проворачиваясь, сжимают гидроцилиндр 4. При превышении допустимого момента на муфте срабатывает гидрораспределитель 7 (фиг.1), демпфер 5 отсекается от гидросистемы, и сателлиты получают возможность свободно обкатываться по солнечному колесу. При этом рабочая жидкость свободно перетекает из поршневой полости гидроцилиндра 4 в гидроаккумулятор и в штоковую полость гидроцилиндра 4 и обратно.

Формула изобретения

1. Гидростатическая муфта, содержащая две полумуфты, кинематически связанные посредством передаточного устройства и гидроцилиндра, поршневая полость которого гидравлически соединена с демпфером и гидроаккумулятором через управляемый гидрораспределитель, с системой управления по моменту на муфте, причем входы и выходы гидрораспределителя выполнены с возможностью попеременной связи гидроцилиндра с демпфером и гидроаккумулятором, отличающаяся тем, что штоковая полость гидроцилиндра гидравлически соединена с гидроаккумулятором через гидродроссель.

2. Муфта по п.1, отличающаяся тем, что параллельно гидродросселю установлен обратный клапан с возможностью перетекания жидкости из гидроаккумулятора в штоковую полость гидроцилиндра.

3. Муфта по п.1 или 2, отличающаяся тем, что введен второй обратный клапан, установленный с возможностью перетекания жидкости из гидроаккумулятора в поршневую полость гидроцилиндра.

4. Муфта по п.1 или 3, отличающаяся тем, что введена гидравлическая связь поршневой полости гидроцилиндра со штоковой полостью гидроцилиндра через гидрораспределитель при выключенной муфте.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4