Плунжерно-поршневой гидромультипликатор двойного действия
Владельцы патента RU 2513060:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет природообустройства" (RU)
Гидромультипликатор предназначен для подачи рабочей жидкости под высоким давлением как в технологических установках, так и в приводах рабочих органов. Гидромультипликатор включает корпус, золотник дифференциального типа, управляющий перемещением поршня привода насоса повышенного давления, бустерные плунжеры, закрепленные на обоих торцах поршня, направляющие аппараты, управляющие перемещением золотника, при этом бустерные плунжеры, являющиеся деталями насоса, выполняют функцию нагнетателя рабочей жидкости в качающем узле, а также функцию распределительного золотника направляющего аппарата, обеспечивающего перемещение управляющего дифференциального золотника в автоматическом режиме, плунжеры выполнены одинаковыми по диаметру, а нагнетательные каналы, соединенные с общим выходом к потребителю, имеют общую демфирующую полость. Технический результат - обеспечение непрерывного потока рабочей жидкости нагнетаемого к потребителю. 3 ил.
Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано для подачи рабочей жидкости под высоким давлением как в технологических установках, например, для привода цилиндров станочных тисков крепления деталей, для юстировки положения крупногабаритных сверхтяжелых узлов, в частности мостовых пролетов, а также в приводах цилиндров ручного инструмента, например переносных ножниц для резки металла.
Известен гидравлический преобразователь (SU 1011918 А. Федотов К.В., 15.04.1983) представляющий собой узел из поршневых насосов второй ступени с гидравлическим приводом, при этом насос первой ступени со своим приводом отделен от гидропреобразователя. Гидропреобразователь содержит: два цилиндра насосов с полостями нагнетания, расположенными по обе стороны от корпуса гидродвигателя, образующим совместно с корпусом полости гидродвигателя, штоки, жестко скрепленные с поршнем гидродвигателя, по обе стороны от него и выведенные в цилиндры насосов, золотниковый распределитель, расположенный в корпусе и выполненные в виде двух втулок с посадочными местами по наружному и внутреннему диаметрам, с отверстиями попеременно соединяющимися при движении с впускными и выпускными отверстиями в корпусе, причем во внутренних отверстиях его расположены сопла. Поршни цилиндров образуют с корпусом насосы повышенного давления, соединенные с подводящими и отводящими трубопроводами со встроенными в них обратными клапанами.
Указанная конструкция имеет следующие недостатки:
1. Отсутствие механизма, обеспечивающего запуск гидродвигателя при любом взаимном положении поршня и золотниковых втулок, что может привести к отказу при первом запуске гидропреобразователя или после его длительной остановки.
2. Принципиально невозможно получить равномерную, непульсирующую подачу от полостей насосов, охватывающих левый или правый поршни цилиндров повышенного давления, вследствие разных активных площадей насосов в охватывающих полостях каждого поршня.
3. Сложность конструкции и нетехнологичность изготовления пары корпус-золотниковая втулка, т.к. требуется повышенная точность из-за посадки по двум диаметрам одновременно, а также конструктивная сложность изготовления направляющего аппарата управления перемещением золотника-втулки.
Известен также гидравлический мультипликтор плунжерного типа с поршневым усилителем насоса второй ступени с циклической подачей к потребителю рабочей жидкости, в котором за счет взаимодействия системы обратных клапанов, плунжера, толкателя и золотника при подаче рабочей жидкости от насоса первой ступени обеспечивается попеременное движение плунжера и поршня в обе стороны вдоль их общей оси. При движении в одном направлении рабочая жидкость от питающего насоса заполняет надплунжерную полость, а при движении в обратном направлении рабочая жидкость подается в подпоршневую полость, при этом в надплунжерной полости и у соединенного через обратный клапан потребителя создается повышенное давление за счет соотношения площадей поршня и плунжера относительно давления питающего насоса [Каталог фирмы mini BOOSTER Hydrauliks A/SEllegardvey 25G, DK-64000 Sanderberg, tel. +4574429292 (инф. Система Google.],
Недостаток известного мультипликатора заключается в отсутствии непрерывной подачи рабочей жидкости высокого давления, т.к. нагнетание происходит только при движении плунжера в одном направлении.
Целью изобретения является получение непрерывной и равномерной подачи рабочей жидкости к потребителю с постоянным коэффициентом давления, обеспечение запуска узла при любом взаимоположении подвижных деталей, упрощение конструкции, позволяющее повысить технологичность изготовления.
Сущность изобретения заключается в том что, плунжерно-поршневой мультипликатор двойного действия, включающий корпус, золотник дифференциального типа, управляющий перемещением поршня привода насоса повышенного давления, бустерных плунжеров, закрепленных на обоих торцах поршня, направляющие аппараты, управляющие перемещением золотника, а бустерные плунжеры, являющиеся деталями насоса, выполняют функцию нагнетателя рабочей жидкости в качающем узле, а также функцию распределительного золотника направляющего аппарата, обеспечивающего перемещение управляющего дифференциального золотника в автоматическом режиме, бустерные плунжеры выполнены одинаковыми по диаметру, а нагнетательные каналы, соединенные с общим выходом к потребителю, имеют общую демпфирующую полость.
Гидромультипликатор представляет собой объединенную в единый узел вторую ступень двухступенчатого насоса высокого давления с его гидроприводом в виде двигателя возвратно-поступательного движения, работающего в автоматическом режиме от насоса первой ступени (отдельный узел, не показан, являющийся одновременно насосом подпитки для насосов второй ступени)
Изобретение поясняется чертежом, где
Фиг.1 - конструктивная схема гидромультипликатора.
Фиг.2 - разрез левого бустерного плунжера.
Фиг.3 - разрез правого бустерного плунжера.
Гидромультипликатор содержит - корпус 1, поршень 2, с закрепленными на его торцах и расположенными оппозитно по общей оси бустерные плунжеры 3 и 26, в виде скалок равного диаметра. В корпусе расположен управляющий дифференциальный золотник 4, в котором выполнен центральный тупиковый канал и расточка. В расточке размещен подвижный плунжер 17, закрывающий выход из тупикового канала и опирающийся внешним торцом о корпус. Тупиковый канал постоянно сообщен через радиальное отверстие в управляющем дифференциальном золотнике 4 с напорным каналом 12.
Правые торцы управляющего дифференциального золотника 4 и подвижного плунжера 17 соединены со сливным каналом 16. Тупиковый канал управляющего дифференциального золотника 4, совместно с торцом подвижного плунжера 17 образуют управляющую камеру 23. Левый торец управляющего дифференциального золотника, совместно с корпусом 1, образуют управляющую камеру 22.
Поршень 2, совместно с корпусом 1, образуют рабочие камеры 24 и 25, соединяющиеся поочередно посредством каналов 13 и 31 и соответствующих полостей управляющего дифференциального золотника 4 с напорным каналом 12 или сливным каналом 16.
Бустерные плунжеры 3 и 26 совместно с корпусом образуют по обе стороны от поршня 2 бустерные камеры 20 и 21 насоса второй ступени, к которым подведены входные каналы 6 и 28, а также выходные каналы 5 и 27. Бустерные камеры 20 и 21 насоса второй ступени посредством выходных каналов 5 и 27 попеременно соединяются через обратные клапаны 8 и 30 и общую демпфирующую полость 11 с каналом выхода к потребителю 10. Кроме того, бустерные камеры 20 и 21 насоса второй ступени через входные каналы 6 и 28 попеременно соединяются через обратные клапаны 7 и 29 и подпиточный канал 9 с напорным каналом 12.
Обратная связь между положением поршня 2 с бустерными плунжерами 3 и 26 и управляющим дифференциальным золотником 4 обеспечивается конструктивно одинаковыми левым и правым направляющими аппаратами. Последние, как золотниковые, двухлинейные и двухпозитационные гидрораспределители многовариантны по конструкции и показаны здесь в виде канавок 18 и 33 на наружных поверхностях бустерных плунжеров 3 и 26 и двух парных отрезков каналов 14 и 32. При этом назначение левого направляющего аппарата соединить или рассоединить управляющую камеру 22 и напорный канал 12, а назначение правого направляющего аппарата - соединить или рассоединить ту же управляющую камеру 22 и сливной канал 16. Направляющие аппараты работают в противофазе.
Парные отрезки каналов 14 и 32 расположены в корпусе по диаметру поперечно оси цилиндрических поверхностей, в которых размещены бустерные плунжеры 3 и 26.
Канал выхода к потребителю 10 через обратный клапан 19 и подпиточный канал 9 соединяется с напорным каналом 12.
Плунжерно-поршневой гидромультипликатор двойного действия работает следующим образом.
При первом пуске мультипликатора или после длительной его остановки управляющий дифференциальный золотник 4 и поршень 2 с бустерными плунжерами 3 и 26 занимают произвольное положение в корпусе. При включении насоса первой ступени (не показан) рабочая жидкость (РЖ) поступает по напорному каналу 12 через ответвление в подпиточный канал 9 и далее через обратные клапаны 7 и 29 заполняет бустерные камеры 20 и 21 насоса второй ступени, а через обратный клапан 19 поступает к потребителю по каналу 10. РЖ по радиальному сверлению в управляющем дифференциальном золотнике 4 поступает в тупиковый канал и управляющую камеру 23 управляющего дифференциального золотника 4. Заполнение указанных полостей и каналов сопровождается повышением давления из-за преодоления линейных и местных сопротивлений и достигает величины настройки предохранительного клапана насоса первой ступени и соответственно в напорном канале 12. Повышение давления в напорном канале 12 и соответственно в управляющей камере 23 управляющего золотника дифференциального типа с центральным тупиковым каналом и расточкой 4 вызывает осевое усилие на внутреннем торце последнего и смещает его влево до упора в стенку корпуса 1. При этом золотниковые полости соединяют через канал 31, напорный канал 12 с рабочей камерой 25 поршня 2, а рабочую камеру 24 через канал 13 со сливным каналом 16. Под воздействием РЖ поршень 2 с бустерными плунжерами 3 и 26 движется влево. При приближении к внутренней стенке корпуса 1 поршень 2 своим левым торцом начинает перекрывать канал 13, одновременно канавка 18 на наружной поверхности бустерного плунжера начинает соединять соосные парные отрезки каналов 14, обеспечивая поступление РЖ через управляющий канал 15 в управляющую камеру 22. Вследствие разницы активных площадей в управляющих камерах 22 и 23 управляющий дифференциальный золотник 4 смещается вправо до упора. При этом направления подачи и слива РЖ, проходящей через полости управляющего дифференциального золотника 4 изменяется на противоположные и РЖ начинает поступать из напорного канала 12 в рабочую камеру 24 поршня 2, а рабочая камера 25, соединенная теперь со сливным каналом 16, начинает опорожняться. Происходит реверс движения поршня 2 с бустерными плунжерами 3 и 26. За время реверса управляющая камера 22 остается под давлением из напорного канала 12, после чего движение бустерного плунжера 3 вправо прерывает связь между напорным каналом и управляющей камерой 22. Камера остается под отсеченным напорным давлением, которое удерживает управляющий дифференциальный золотник 4 в крайнем правом положении.
При приближении к внутренней стенке корпуса 1 поршень 2 своим правым торцом начинает перекрывать канал 31, по которому сливается РЖ из рабочей камеры 25. Одновременно канавка 33 на наружной поверхности бустерного плунжера 26 начинает соединять между собой соосные парные отрезки канала 32, связывая управляющую камеру 22 со сливным каналом 16. Давление в управляющей камере 22 падает до сливного, а давление в управляющей камере 23 остается повышенным, что обеспечивает перемещение управляющего дифференциального золотника 4 влево до упора, что соответственно изменяет направление потока через золотник, обеспечивая реверс поршня 2 и его движения влево. В период реверса управляющая камера 22 золотника остается соединенной со сливным каналом 16. Таким образом, запуск движения поршня 2, как привода насоса второй ступени, осуществляется при любых исходных положениях управляющего дифференциального золотника 4 и поршня 2. Движение поршня 2 влево и вправо будет автоматически повторяться до прекращения подачи РЖ от насоса первой ступени.
Бустерные плунжеры 3 и 26, связанные с поршнем 2 совершают синхронные с последним возвратно-поступательные движения, как элементы качающего узла насоса второй ступени, обеспечивая при каждом движении влево или вправо следующее:
- при движении плунжера влево бустерным плунжером 3 РЖ вытесняется из бустерной камеры 20 насоса второй ступени с повышением давления относительно давления в рабочей камере 25 поршня 2, двигающегося влево. При этом коэффициент усиления давления равен отношению активных площадей поршня 2 и бустерного плунжера 3. РЖ поступает в канал выхода к потребителю 10 через выходной канал 5, обратный клапан 8 и общую для обеих плунжеров демпфирующую полость 11. Поступление РЖ повышенного давления в канал выхода к потребителю 10 закрывает обратный клапан 19. Одновременно бустерная камера 21 насоса второй ступени подпитывается напорным давлением из напорного канала 12 через подпиточный канал 9, обратный клапан 29 и входной канал 28. При движении поршня 2 с плунжерами вправо, РЖ вытесняется с повышением давления бустерным плунжером 26 из бустерной камеры 21 насоса второй ступени и поступает в канал выхода к потребителю 10 через выходной канал 27, обратный клапан 30 и общую демпфирующую полость 11. Коэффициент усиления давления при движении поршня 2 вправо также равен соотношению активных площадей поршня 2 и бустерного плунжера 28.
Бустерная камера 20 насоса второй ступени при этом подпитывается рабочей жидкостью от напорного канала 12 через входной канал 6, обратный клапан 7 и подпиточный канал 9.
Циклическая подача от каждого бустерного плунжера будет продолжаться до остановки насоса первой ступени, при этом равенство сечений бустерных плунжеров 3 и 26 и общая демпфирующую полость 11 обеспечивают непрерывную и равномерную подачу РЖ от мультипликатора к потребителю с постоянным коэффициентом усиления давления.
Плунжерно-поршневой мультипликатор двойного действия, включающий корпус, золотник дифференциального типа, управляющий перемещением поршня привода насоса повышенного давления, бустерные плунжеры, закрепленные на обоих торцах поршня, направляющие аппараты, управляющие перемещением золотника, отличающийся тем что, бустерные плунжеры, являющиеся деталями насоса, выполняют функцию нагнетателя рабочей жидкости в качающем узле, а также функцию распределительного золотника направляющего аппарата, обеспечивающего перемещение управляющего дифференциального золотника в автоматическом режиме, плунжеры выполнены одинаковыми по диаметру, а нагнетательные каналы, соединенные с общим выходом к потребителю, имеют общую демфирующую полость.
