Силовой гидравлический блок питания мобильной машины

Блок питания относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в гидросистемах мобильных машин. Предлагаемый гидравлический блок питания мобильной машины содержит регулируемый насос, коллектор нагнетания которого сообщен с напорным трубопроводом для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям исполнительных органов машины, и сливной трубопровод. Для изменения подачи насоса имеется гидроцилиндр, кинематически связанный с качающим узлом насоса и выполненный в виде ступенчатого поршня, меньшая рабочая полость которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом. Управление насосом осуществляется посредством вспомогательного блока питания, блока управления уровнем давления, толкателя, имеющего рабочую камеру и кинематически связанного с толкателем управляющего трехлинейного золотника. Он обеспечивает в однонасосных гидросистемах возможность эффективной и надежной работы нескольких потребителей в различных режимах регулирования по давлению, скорости или мощности. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в гидросистемах машин для технологического обслуживания электролизеров алюминиевого производства, а также в гидросистемах строительно-дорожных, горных и сельскохозяйственных машин. Оно обеспечивает в однонасосных гидросистемах возможность работы нескольких потребителей в различных режимах регулирования по давлению, скорости или мощности.

Известен силовой гидравлический блок питания машины, включающий в себя регулируемый насос, коллектор нагнетания которого сообщен с напорным трубопроводом для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям исполнительных органов машины, сливной трубопровод и кинематически связанный с качающим узлом насоса гидроцилиндр для изменения подачи насоса, одна из рабочих полостей которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом, вторая рабочая полость гидроцилиндра соединена через два последовательно установленных двухпозиционных золотниковых распределителя со сливным трубопроводом. При этом каждый золотниковый распределитель выполнен с двумя рабочими камерами для управления перемещением его золотника, одна из которых гидравлически соединена с напорным трубопроводом, а другая рабочая камера одного из распределителей соединена с рабочей полостью гидродвигателя для привода исполнительного органа (Гидравлическая схема погрузочной машины DBW-1200/2S/ Фирма "Mannesmann Rexroth", чертеж HS-AS-A-163-2).

В данном силовом гидравлическом блоке питания уровень рабочего давления определяется по наиболее нагруженному потребителю. Для машин с большой вариацией нагрузок на нескольких гидродвигателях такое исполнение силового гидравлического блока питания требует использования дополнительных блоков питания, каждый из которых обеспечивал бы работу соответствующего исполнительного органа. Указанное обстоятельство требует использования на машине насосного агрегата с несколькими регулируемыми насосами, отличающимися по диапазону регулирования давления и мощности привода рабочего органа, что в целом способствует усложнению гидросистемы машины и повышению ее массы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является силовой гидравлический блок питания машины, который содержит регулируемый насос, коллектор нагнетания которого сообщен с напорным трубопроводом для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям исполнительных органов машины, сливной трубопровод, регулятор потока, регулятор давления, блок для управления уровнем давления в гидросистеме и кинематически связанный с качающим узлом насоса гидроцилиндр для изменения подачи насоса, одна из рабочих полостей которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом, а другая его рабочая полость через регулятор потока с напорным трубопроводом и через регулятор давления - со сливным трубопроводом (Патент РФ 2060328, Е 02 F 9/22, 1996).

Недостатком данного блока питания является пониженная эффективность его работы. В частности, в процессе работы исполнительного гидродвигателя имеет место повышенный сброс рабочей жидкости через регулятор давления, что способствует снижению коэффициента полезного действия (КПД) блока питания и перегреву рабочей жидкости.

При отключении исполнительного гидродвигателя требуется быстрый перевод качающего узла насоса в положение нулевой подачи и соответствующее перемещение поршня управляющего гидроцилиндра. Последнее возможно при условии вытеснения жидкости из рабочей полости гидроцилиндра через регулятор давления в сливную магистраль. Очевидно, что наличие регулятора давления, создаваемый им подпор, обуславливает увеличение времени перемещения поршня гидроцилиндра и величины заброса давления в силовой магистрали в момент отключения исполнительного органа. В связи с этим снижается надежность прежде всего таких компонентов блока питания, как регулируемый насос, напорный трубопровод, предохранительный клапан.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы силового гидравлического блока питания за счет исключения циркуляции и снижения расхода рабочей жидкости в контуре управления насосом, а также снижения величины забросов давления в нем при отключении потребителей.

Поставленная задача достигается тем, что силовой гидравлический блок питания мобильной машины, включающий в себя регулируемый насос, коллектор нагнетания которого сообщен с напорным трубопроводом для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям исполнительных органов машины, кинематически связанный с качающим узлом насоса гидроцилиндр для изменения подачи насоса, одна из рабочих полостей которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом, блок управления уровнем давления в гидросистеме и сливной трубопровод, согласно предлагаемому изобретению дополнительно снабжен вспомогательным блоком питания, толкателем и управляющим трехлинейным золотником, кинематически связанным с толкателем. При этом гидроцилиндр выполнен в виде ступенчатого поршня, меньшая рабочая полость которого соединена с напорным трубопроводом; толкатель имеет рабочую камеру, а камера управления и первая линия управляющего трехлинейного золотника соединены с меньшей рабочей полостью гидроцилиндра, вторая его линия - с дренажной полостью насоса, а третья - со второй рабочей полостью гидроцилиндра. Вспомогательный блок питания включает в себя электроуправляемый двухпозиционный трехлинейный распределитель, первая и вторая линии которого соединены соответственно с напорным и сливным трубопроводами, а третья линия - с первой линией блока управления уровнем давления, вторая и третья линии последнего сообщены соответственно со сливным трубопроводом и рабочей полостью толкателя. Причем в исходной позиции трехлинейного распределителя первая линия блока управления уровнем давления сообщена со сливным трубопроводом.

Предлагаемую конструкцию дополняют частные отличительные признаки, направленные на решение поставленной задачи.

Управляющий трехлинейный золотник может быть размещен в поперечной расточке поршня гидроцилиндра с возможностью взаимодействия с одним из плеч двуплечего поворотного рычага, установленного на неподвижной оси качания, другое плечо которого выполнено с возможностью опоры на толкатель. Причем поворотный двуплечий рычаг снабжен возвратной пружиной, установленной оппозитно толкателю.

Кроме того, вспомогательный блок питания снабжен редукционным клапаном, вход и выход которого соединены соответственно с напорным трубопроводом и первой линией двухпозиционного трехлинейного распределителя, а дренаж - со сливным трубопроводом.

Золотник блока управления уровнем давления может быть снабжен управляющим пропорциональным электромагнитом.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о соответствии решения критериям "новизна" и "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется гидравлической схемой, представленной на чертеже.

Предлагаемый гидравлический блок питания мобильной машины содержит регулируемый насос 1, всасывающий коллектор (на схеме не показан) которого сообщен посредством всасывающего трубопровода 2 с баком 3 для рабочей жидкости, а коллектор нагнетания (на схеме не показан) сообщен с напорным трубопроводом 4 для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям 5 и 6 исполнительных органов машины. Для изменения подачи насоса 1 имеется гидроцилиндр 7, кинематически связанный с качающим узлом насоса (на схеме не показан) и выполненный в виде ступенчатого поршня 8, меньшая рабочая полость 9 которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом 4.

Управление насосом 1 осуществляется посредством вспомогательного блока 10 питания, блока 11 управления уровнем давления, толкателя 12, имеющего рабочую камеру 13, и управляющего трехлинейного золотника 14, кинематически связанного с толкателем 12. Камера 15 управления и первая линия 16 управляющего золотника 14 соединены с меньшей рабочей полостью 9 гидроцилиндра 7, вторая линия 17 - с дренажной полостью насоса 1, а третья 19 - с второй рабочей полостью 20 гидроцилиндра 7. Причем управляющий трехлинейный золотник 14 размещен в поперечной расточке поршня 8 гидроцилиндра 7 с возможностью взаимодействия с одним из плеч двуплечего поворотного рычага 21, установленного на неподвижной оси 22 качания, другое плечо которого опирается на толкатель 12. Поворотный двуплечий рычаг 21 выполнен с возвратной пружиной 23, действующей оппозитно толкателю 12.

Вспомогательный блок 10 питания состоит из редукционного клапана 24 и электроуправляемого двухпозиционного трехлинейного распределителя 25, первая 26 и вторая 27 линии которого соединены соответственно с выходом 28 редукционного клапана 24 и сливным трубопроводом 18, а третья линия 29 - с первой линией 30 блока 11 управления уровнем давления. При этом вход 31 редукционного клапана 24 соединен с напорным трубопроводом 4, а дренаж 32 - со сливным трубопроводом 18. В исходной позиции трехлинейного распределителя 25 первая линия 30 блока 11 управления уровнем давления сообщена со сливным трубопроводом 18.

Вторая 33 и третья 34 линии блока 11 управления уровнем давления соединены соответственно со сливным трубопроводом 18 и рабочей камерой 13 толкателя 12. Золотник блока 11 управления уровнем давления кинематически связан с педалью 35 управления.

Исполнительные органы машины приводятся в действие с помощью реверсивных гидромоторов 5 и 6, гидравлически связанных соответственно с трехпозиционными четырехлинейными электроуправляемыми распределителями 36 и 37. Первые линии 38 и 39 распределителей 36 и 37 соединены с напорным трубопроводом 4, вторые 40 и 41 - со сливным трубопроводом 18, третьи 42, 43 и четвертые 44, 45 - с рабочими полостями гидромоторов 5 и 6. Причем в исходной позиции распределителей 36 и 37 напорный трубопровод 4 и рабочие полости гидромоторов 5 и 6 заперты. Напорный трубопровод 4 защищен предохранительным клапаном 46.

Переключение распределителей 36 и 37 в рабочие позиции осуществляется соответственно электромагнитами 47, 48 и 49, 50, а при их отключении распределители 36 и 37 устанавливаются в исходную позицию посредством пружин 51, 52 и 53, 54.

Переключение распределителя 25 из одной позиции в другую производится электромагнитом 55 или пружиной 56.

Силовой гидравлический блок питания мобильной машины работает следующим образом.

Насос 1 всасывает рабочую жидкость из гидробака 2 и подает ее через напорный трубопровод 4 к основным потребителям: распределителям 36 и 37 для управления гидродвигателями 5 и 6 рабочих органов и вспомогательному блоку 10 питания. Одновременно с этим жидкость по линии 57 управления поступает к управляющему золотнику 14.

В исходном положении распределителей 36 и 37 рабочие полости гидродвигателей 5 и 6 заперты и соответственно рабочие органы неподвижны.

В исходной позиции золотника блока 11 управления уровнем давления рабочая камера 13 толкателя 12 сообщена со сливным трубопроводом 18. Под действием пружины 23 рычаг 21 и толкатель 12 удерживаются в исходном положении, при котором рычаг 21 не передает усилие на управляющий золотник 14 и позволяет ему переместиться вправо под действием давления жидкости в камере 15 управления. При этом обе полости 9 и 20 гидроцилиндра 7 сообщаются через управляющий золотник 14 с напорным трубопроводом 4. За счет разницы площадей сечения рабочих полостей 9 и 20 гидроцилиндра 7 поршень 8 перемещается вверх и переводит качающий узел насоса 1 в положение нулевой подачи и минимального давления в системе.

При включении любого рабочего органа подается электрический сигнал на электромагнит 55 распределителя 25 вспомогательного блока 10 питания и, например, электромагнит 47 распределителя 36. Происходит переключение названных распределителей 25 и 36, благодаря чему обеспечивается подача рабочей жидкости из напорного трубопровода 4 к соответствующим потребителям: во-первых, через редукционный клапан 24, золотник распределителя 25 вспомогательный блок 10 питания и блок 11 управления уровнем давления - в рабочую камеру 13 толкателя 12; во-вторых, через распределитель 36 по линии 42 - в рабочую полость гидромотора 5. Из гидромотора 5 жидкость направляется по линии 44 через распределитель 36 в сливной трубопровод 18 и далее в бак 3. Гидромотор 5 приводит в действие рабочий орган машины.

Скорость вращения вала гидромотора 5 и крутящий момент на нем зависят от давления в рабочей камере 13 толкателя 12. С увеличением этого давления возрастает воздействие рычага 21 на управляющий золотник 14 и обеспечивается его перемещение влево. При этом большая полость 20 гидроцилиндра 7 сообщается с дренажной полостью насоса 1. Вследствие разности давления в полостях 9 и 20 гидроцилиндра 7 его поршень 8 вызывает перемещение качающего узла насоса 1 в сторону увеличения подачи рабочей жидкости. Благодаря этому происходит увеличение скорости вращения вала гидромотора 5, а в случае возрастания нагрузки на рабочем органе - соответствующее увеличение давления в системе, в том числе в рабочей камере 15 управляющего золотника 14, и крутящего момента на валу гидромотора 5. Причем возрастание давления в системе происходит до величины, при которой сила давления рабочей жидкости в камере 15 управления управляющего золотника 14 будет идентична воздействию рычага 21.

Величина давления в рабочей камере 13 толкателя 12 регулируется блоком 11 путем изменения усилия на его золотник со стороны педали 35 управления. Максимальное значение давления жидкости, поступающей в блок 11 управления и в рабочую камеру 13 толкателя, ограничивается редукционным клапаном 24. Благодаря отсутствию циркуляции и малому размеру толкателя 12 имеет место незначительный отбор рабочей жидкости из напорной магистрали 14 для питания рабочей камеры 13 толкателя 12, что способствует повышению КПД блока питания.

При отключении питания электромагнитов 55 и 47 распределителей 25 и 36 их золотники устанавливаются посредством возвратных пружин 56 и 52 в исходное положение. При этом рабочие полости гидромотора 5 запираются, что вызывает прекращение вращения его выходного вала. Первая линия 30 блока 11 управления уровнем давления сообщается посредством распределителя 25 со сливным трубопроводом 18, обеспечивая сброс жидкости из рабочей камеры 13 толкателя 12 в сливной трубопровод 18, разгрузку двуплечего рычага 21, переключение под действием давления управления управляющего золотника 14 в позицию, в которой рабочие полости 9 и 20 гидроцилиндра 7 сообщены между собой. За счет разницы площадей сечения рабочих полостей 9 и 20 поршень 8 гидроцилиндра 7 перемещается вверх и переводит качающий узел насоса 1 в положение нулевой подачи. Незначительное время срабатывания элементов контура управления насосом 1 - вследствие маленьких их размеров и небольшого потребления ими рабочей жидкости, а также гидроцилиндра 7 - благодаря дифференциальной схеме подачи жидкости в его рабочие полости 9 и 20 - существенно лимитирует величину заброса давления в системе при отключении потребителей либо возникновении динамических нагрузок на рабочем органе. Также предупреждению забросов давления в системе в момент останова гидродвигателей 5 и 6 способствует предшествующая отключению распределителей 36 и 37 разгрузка гидронасоса 1 посредством блока 11 управления уровнем давления или распределителя 25 вспомогательного блока 10 питания.

Положительные результаты предложенных технических решений:

1. Повышение КПД гидравлического блока питания за счет исключения циркуляции и снижения расхода рабочей жидкости в контуре управления насосом позволяет использовать менее мощную силовую установку для привода насоса и уменьшить эксплуатационные издержки прежде всего вследствие снижения расхода топлива. Увеличение КПД обуславливает также снижение интенсивности нагрева рабочей жидкости, повышение ее ресурса и ресурса составляющих компонентов блока питания.

2. Предлагаемый блок питания обеспечивает возможность регулирования не только давления, но и скорости исполнительного органа, в связи с этим исключается необходимость применения сложных и дорогостоящих распределителей с пропорциональным управлением.

3. Снижение уровня забросов давления в системе способствует повышению надежности как гидравлического блока питания, так и силовой установки привода насоса. Поэтому предоставляется возможность применения предлагаемого блока питания в мобильных машинах циклического действия, для которых характерны частые переключения рабочих органов и динамические нагрузки на них.

4. Предлагаемый блок питания обеспечивает эффективную работу машин с несколькими гидродвигателями с большой вариацией нагрузок на них. Это позволяет упростить машину и снизить ее металлоемкость, так как исключается необходимость использования дополнительных блоков питания, каждый из которых обеспечивал бы работу соответствующего исполнительного органа.

1. Силовой гидравлический блок питания мобильной машины, включающий в себя регулируемый насос, коллектор нагнетания которого сообщен с напорным трубопроводом для подачи рабочей жидкости к гидродвигателям исполнительных органов машины, кинематически связанный с качающим узлом насоса гидроцилиндр для изменения подачи насоса, одна из рабочих полостей которого гидравлически соединена с напорным трубопроводом, блок управления уровнем давления в гидросистеме и сливной трубопровод, отличающийся тем, что блок питания снабжен вспомогательным блоком питания, толкателем и кинематически связанным с толкателем управляющим трехлинейным золотником, при этом гидроцилиндр выполнен в виде ступенчатого поршня, меньшая рабочая полость которого соединена с напорным трубопроводом, толкатель имеет рабочую камеру, камера управления и первая линия управляющего трехлинейного золотника соединены с меньшей рабочей полостью гидроцилиндра, кроме того, вторая его линия - с дренажной полостью насоса, а третья - с второй рабочей полостью гидроцилиндра, вспомогательный блок питания выполнен из электроуправляемого двухпозиционного трехлинейного распределителя, первая и вторая линии которого соединены соответственно с напорным и сливным трубопроводами, а третья линия - с первой линией блока управления уровнем давления, вторая и третья линии последнего сообщены соответственно со сливным трубопроводом и рабочей полостью толкателя, причем в исходной позиции трехлинейного распределителя первая линия блока управления уровнем давления выполнена с возможностью сообщения со сливным трубопроводом.

2. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что управляющий трехлинейный золотник размещен в поперечной расточке поршня гидроцилиндра с возможностью взаимодействия с одним из плеч двуплечего поворотного рычага, установленного на неподвижной оси качания, другое плечо которого выполнено с возможностью опоры на толкатель, при этом поворотный двуплечий рычаг снабжен возвратной пружиной, установленной оппозитно толкателю.

3. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный блок питания снабжен редукционным клапаном, вход и выход которого соединены соответственно с напорным трубопроводом и первой линией двухпозиционного трехлинейного распределителя вспомогательного блока, а дренаж - со сливным трубопроводом.

4. Блок питания по п.1, отличающийся тем, что золотник блока управления уровнем давления снабжен управляющим пропорциональным электромагнитом.