Гидрораспределитель секционный
Гидрораспределитель секционный предназначен для установки в объемные гидросистемы различных строительно-дорожных, лесных, сельскохозяйственных и других машин. Гидрораспределитель секционный с "открытым центром" и электрогидравлическим управлением содержит литые корпуса напорно-управляющей 2, рабочих 1 и рабоче-сливной 3 секций. Напорную 5 линию, последовательно соединенную с переливной 8 линией и параллельно с тупиковым 6 каналом, сообщающимся с рабочими отводами золотника 20 через обратные 23 клапаны, причем переливной и тупиковый каналы проходят через все секции. В напорно-управляющей 2 секции между напорной и сливной линиями подключен предохранительно-переливной клапан с управляемой настройкой, а также соединяющий линию управления и слива электроуправляемыми гидропилотами неуправляемый предохранительный клапан. В этой же секции установлен, выполненный в виде соединенных последовательно фильтра 15 и редукционного 13 клапана, источник давления управления, который дополнительно снабжен обратным 28 клапаном, подключенным входом к переливному 8 каналу в сливной части рабоче-сливной секции, а выходом - к сливной линии, и установленным параллельно предохранительному клапану дросселем 18, калиброванное проходное отверстие которого 0,7-0,8 мм. Совместное функционирование всех элементов источника давления управления гарантирует во всем диапазоне расходов давление в линии управления, достаточное для надежного функционирования электроуправляемых гидропилотов в различных позиционных ситуациях золотников. Кроме этого между рабочими отводами и сливными каналами не менее чем одной рабочей секции может быть установлен предохранительный клапан и/или установлены предохранительно-подпиточные клапаны. Уменьшив профилированием внутреннее сопротивление литых проточных каналов за счет уменьшения изменения градиента динамического давления при прохождении рабочей жидкости, улучшили напорно-расходные характеристики гидрораспределителя. Это позволило при сохранении габаритов увеличить расход рабочей жидкости с 50 л/мин до 80 л/мин, снизив тем самым удельную металлоемкость и повысив относительный объемный расход.
Изобретение относится к области объемных гидроприводов, в частности к машиностроительной гидравлической распределительной аппаратуре, и может быть использовано для управления исполнительными гидромеханизмами в пропорциональном и (или) релейном режимах.
Известен многозолотниковый секционный распределитель, содержащий рабочие секции, расположенные между напорной и сливной. В напорной секции имеются отверстия для подвода от насоса и отвода рабочей жидкости к рабочим секциям, проточный и тупиковый каналы, проходящие через все рабочие секции, предохранительный клапан. Каждая рабочая секция содержит установленный в ее расточке управляемый золотник, который через проточки и обратный клапан сообщается с рабочими отводами, а также сливные каналы. Проточный канал в рабочих секциях выполнен в полости с тремя кольцевыми проточками. Подвод рабочей жидкости к нему осуществляется через среднюю кольцевую проточку, а вывод ее к последующей секции - из двух крайних. (А.С. СССР №424 999, F 15 B 13/02, "Многозолотниковый секционный распределитель", приоритет 13.03.1972 г., опубликовано 25.04.1974 г. в бюллетене №15).
Недостатком указанного многозолотникового секционного распределителя является возможность его использования в схеме с электрогидравлическим управлением, в которой наряду с основным насосом потребуется дополнительный насос для управления.
Известен гидрораспределитель экскаватора, содержащий единый литой корпус с напорным, сливным, переливным и рабочими каналами, который благодаря втулке с предохранительным клапаном, установленной на выходе переливного канала и разобщающей его со сливным каналом, реализует объемное регулирование потока в рабочих отводах за счет управления насосом от переменного сигнала на выходе проточного канала, (патент РФ №1780 565, F 15 B 13/02, "Гидрораспределитель экскаватора", приоритет 02.07.1990 г., опубликовано 07.12.1992 г. в бюллетене №45).
Необходимость использования насоса с регулятором его рабочего объема можно отнести к недостаткам известного гидрораспределителя, так как значительно усложняет и удорожает систему.
Наиболее близким устройством того же назначения, что и заявленный секционный гидрораспределитель по совокупности существенных признаков, который принят за прототип, является регулирующий гидроаппарат, содержащий напорную и сливную линии, несколько рабочих секций гидрораспределителей, снабженных
электроуправляемыми гидропилотами, линию управления, связанную с напорной линией через фильтр и редукционный клапан, между которым и линией управления установлен обратный клапан. Кроме этого, этот гидроаппарат включает: снабженный электроуправляемыми гидропилотами переливной двухлинейный гидрораспределитель, одна линия которого связана с напорной линией, сливной гидрораспределитель, одна из линий которого связана со второй линией переливного двухлинейного гидрораспределителя, а вторая - со сливной линией. При этом сливной гидрораспределитель выполнен гидроуправляемым посредством связи с гидролинией управления и двухпозиционным двухлинейным гидрораспределителем, и снабжен гидродросселем в одной из позиций (патент РФ №2177 566, F 15 B 13/06, "Регулирующий гидроаппарат", приоритет 27.07. 2000 г., опубликовано 27.12.2001 г. в бюллетене №36)..
Данное изобретение повышает надежность гидроаппарата за счет обеспечения постоянства наличия давления в гидролинии управления, достаточного для номинального функционирования электроуправляемых гидропилотов в различных позиционных ситуациях рабочих гидрораспределителей, включая "попутную" нагрузку на исполнительных гидромеханизмах.
Однако управляемость в любых позиционных ситуациях известного регулирующего гидроаппарата получена путем значительного усложнения его конструкции в виде многочисленных каналов взаимосвязи переливного двухлинейного гидрораспределителя со сливным гидроуправляемым двухпозиционным двухлинейным гидрораспределителем и выполнения подачи рабочей жидкости в переливной гидрораспределитель вне рабочих гидрораспределителей. Поэтому, при сравнительно высокой стоимости изготовления аппарата, трудно ожидать высокого КПД и необходимого напора из-за увеличения сопротивления гидравлических каналов взаимосвязи, способствующих к тому же утечкам, а предлагаемый диапазон управляемости не всегда может быть востребован в реальных условиях эксплуатации.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка сравнительно простого и надежного секционного гидрораспределителя повышенной производительности, одновременно обеспечивающего постоянство наличия давления в гидролинии управления, достаточного для функционирования электроуправляемых гидропилотов в различных позиционных ситуациях рабочих секций. К тому же надежность управления обеспечена в широком диапазоне производительности насоса с постоянным рабочим объемом и отсутствием его регуляторов, что сохраняет унификацию с традиционно серийно выпускаемыми гидрораспределителями и определяет дешевизну системы.
Указанная техническая задача решается в первую очередь за счет того, что установленный в центральной расточке корпуса каждой из рабочих секций трехпоясковый цельный цилиндрический золотник содержит расточки в средней части, размещенные в соответствующих кольцевых полостях литого корпуса с образованием между ними переливного канала. Этот канал последовательно соединен с напорной линией и параллельно с тупиковым каналом, сообщающимся в свою очередь с рабочими отводами, причем переливной и тупиковый каналы проходят через все рабочие секции.
Заявляемое конструктивное выполнение гидрораспределителя намного компактнее, чем его только функционально, а не конструктивно, обозначенное выполнение в прототипе.
Общим с прототипом является установка в корпусе напорной секции источника давления управления, выполненного в виде соединенных последовательно фильтра и редукционного клапана, а также между напорной и сливной линиями предохранительно-переливного клапана с управляемой настройкой и неуправляемого предохранительного клапана между линией управления и слива электроуправляемыми гидропилотами.
Существенным отличием в заявляемой конструкции гидрораспределителя, которое не найдено среди аналогов, является выполнение в одном литом корпусе сливной и предшествующей ей рабочей секции. Благодаря такому решению уменьшено как минимум количество межсекционных стыков гидрораспределителя и, следовательно, снижена вероятность течи из него.
Мало того, предложенное решение рабоче-сливной секции благоприятствует выполнению следующего существенного отличия - подключению дополнительного источника давления управления в виде обратного клапана входом к переливному каналу, выходящему примерно в среднюю часть корпуса рабоче-сливной секции, а выходом - к сливной линии.
Оказываемое обратным клапаном гидравлическое сопротивление, благодаря выбранной жесткости его пружины, задает расчетную величину давления в линии перелива и, следовательно, в напорной линии, во всем диапазоне переменного расхода рабочей жидкости, например, от минимальных 8-10 л/мин до максимальных 200 л/мин.
Благодаря месту установки обратного клапана - на выходе переливного канала в сливной части рабоче-сливной секции, характеризующегося наибольшим перепадом давления, этой расчетной величины давления оказывается достаточно для обеспечения редукционным клапаном номинального давления в линии управления для функционирования электроуправляемых гидропилотов.
Для создания постоянного потока через редукционный клапан, необходимого для его нормального функционирования, в дополнительном канале между управляющей и сливной гидролиниями, параллельно предохранительному клапану, установлен дроссель с калиброванным отверстием 0,7-0,8 мм. При большей его величине - постоянный поток рабочей жидкости через редукционный клапан увеличится настолько, что ограничит расход на линию управления, при меньшей величине - не обеспечит работу редукционного клапана.
Совместное функционирование обратного клапана и дросселя гарантирует во всем диапазоне расходов давление в линии управления, достаточное для надежного функционирования электроуправляемых гидропилотов.
Кроме этого, в секционном гидрораспределителе тупиковый канал может сообщаться с отводами каждой из рабочих секций через обратный клапан. Наличие обратного клапана предотвращает возникновение аварийных ситуаций связанных, например, с обрывом гидролинии или отказом насоса, а также смягчает гидроудары при прохождении золотника в промежуточные положения между нейтральной и крайней позициями.
Дальнейшее развитие указанной совокупности признаков, характеризующей секционный гидрораспределитель в частных случаях его выполнения, получено путем размещения предохранительно-подпиточного клапана и/или предохранительного клапанов между рабочими отводами и сливными каналами рабочих секций, указанных потребителем. Благодаря размещению предохранительного клапана ограничивается необходимое рабочее давление в соответствующем цилиндровом отводе исполнительного гидромеханизма. Предохранительно-подпиточный клапан, соединяя соответствующей цилиндровый отвод рабочей секции со сливной линией гидрораспределителя, разгружает гидродвигатель исполнительного механизма от пиковых давлений при торможении или разгоне, а также подпитывает гидросистему при «попутной» нагрузке.
С увеличением количества рабочих секций возрастут общие потери энергии (мощности) гидрораспределителя с "открытым центром", так как потери пропорциональны величине перепада давления в каждой секции. Для снижения этих потерь литые корпуса секций выполнены из высокопрочного чугуна с пролитыми проточными каналами. Кривая подъемов и уклонов этих каналов и их проходное сечение выбраны за счет использования программного обеспечения «Solid Works» и «Kosmos Works» для гидродинамических и механических расчетов таким образом, что в результате возрастание или убывание давления рабочей жидкости на единицу длины канала более равномерное. Уменьшив таким образом внутреннее сопротивление
каналов за счет уменьшения изменения градиента динамического давления при прохождении рабочей жидкости, улучшили напорно-расходные характеристики гидрораспределителя. Это позволило при сохранении габаритов увеличить расход рабочей жидкости, например, с 50 л/мин до 80 л/мин, снизив тем самым удельную металлоемкость и повысив относительный объемный расход.
На фиг.1 - общий вид сверху гидрораспределителя;
На фиг.2 - поперечный разрез А-А напорно-управляющей секции по предохранительному клапану и дросселю;
На фиг.3 - поперечный разрез Б-Б напорно-управляющей секции по
редукционному и предохранительно-переливному клапанам;
На фиг.4 - поперечный разрез В-В рабочей секции при нейтральном положении золотника;
На фиг.5 - поперечный разрез Г-Г рабочей секции при крайнем левом положении золотника;
На фиг.6 - продольный разрез по оси золотников;
На фиг.7 - продольный разрез Д-Д по напорному и переливному каналам;
На фиг.8 - узел установки обратного клапана;
На фиг.9 - принципиальная гидравлическая схема гидрораспределителя.
Секционный гидрораспределитель (фиг.1) с электрогидравлическим видом управления содержит одну или несколько рабочих 1 секций, которые расположены между напорно-управляющей 2 и рабоче-сливной 3 секциями.
В корпусе 4 напорно-управляющей 2 секции (фиг.2, 3, 7, 9) расположены гидролинии: напорная 5 с тупиковым 6 каналом - для подвода рабочей жидкости от насоса (не показан), сливная 7 и переливная 8 - для отвода рабочей жидкости в бак (не показан), управления 9 (X) гидропилотами 10 рабочих секций и слива 11 с нее (Y).
В этой секции, между напорной 5 и сливной 7 гидролиниями, установлен предохранительно-переливной 12 клапан (фиг.3, 6, 8 и 9) с управляемой настройкой для предохранения от давления, превышающего установленное в напорной 5 гидролинии. Между линиями управления 9 и слива 11 гидропилотов установлен редукционный гидроклапан 13, пружинная камера которого соединена каналом 14 с фильтром 15, размещенным в переливной 8 гидролинии, а на линии 9 управления гидропилотами стоит неуправляемый предохранительный клапан 16. В дополнительном канале 17, соединяющем линии управления 9 и слива 11 гидропилотов, размещен дроссель 18 с условным проходом 0,7-0,8мм, обеспечивающий непрерывный поток через редукционный клапан 13.
Каждая рабочая 1 секция (фиг.4, 5, 7, 9) содержит тупиковый 6 и переливной 8 каналы, проходящие через все рабочие секции, сливные 7 каналы, управления 9 гидропилотами 10 рабочих секций (X) и слива 11 с нее (Y). Литые каналы 22 расположены симметрично относительно переливного канала 8, выполненного проточным за счет полости корпуса 19 с тремя кольцевыми проточками и соответствующих им расточкам в золотнике 20.
В центральной расточке литого корпуса 19 каждой рабочей секции размещен управляемый золотник 20 с дроссельными канавками и расточками 21, а также обратный клапан 23.
Между одним из цилиндровых рабочих отводов 24 и сливными 7 каналами одной или нескольких рабочих секций может устанавливается предохранительный 25 и/или предохранительно-подпиточные 26 клапаны.
Рабоче-сливная секция 3 (фиг.6, 7, 8, 9)объединяет в литом монолитном корпусе 27 аналог отдельной рабочей и сливную секции. Переливная 8 и сливная 7 гидролинии гидрораспределителя имеют соответственно выходные отверстия «С» и «Т» со стороны сливной части рабоче-сливной секции 3.
В сливной части рабоче-сливной секции 3 на переливной 8 линии установлен обратный клапан 28, подвод которого соединен с выходом 29 переливного канала, а пружинный отвод соединен с выходным отверстием «С» сливной 7 линии гидрораспределителя с помощью сверления 30.
Корпуса секций: 4 - напорно-управляющей, 19 - рабочих и 27 - рабоче-сливной выполнены литыми с пролитыми каналами.
Работает секционный гидрораспределитель следующим образом.
При нейтральном (исходном) положении всех золотников 20 (фиг.4, 7 и 8) напорные каналы 22 и рабочие отводы 24 заперты золотниками 20, открыт тупиковый канал 6 и параллельный ему переливной 8 канал. Поэтому поток рабочей жидкости, подаваемой насосом к напорному подводу 5, поступает в тупиковый канал 6 и независимо от положения золотников проходит через все рабочие секции, отжимает соединенный с тупиковым 6 каналом обратный 23 клапан и заполняет напорные каналы 22. Одновременно рабочая жидкость по переливному каналу 8 поступает к его выходу 29, отжимая его пружину 31 проходит по каналу 30 к сливному отводу "С" и поступает в бак, разгружая всю систему.
Сопротивление прохождению рабочей жидкости, оказываемое пружиной 31 клапана 28, создает перепад давления, задавая тем самым расчетное давление в линии перелива 8 и соединенной с ней последовательно напорной линии 5. Через установленный в напорном 5 канале фильтр 15 это давление по каналу 14 поступает в
пружинную камеру редукционного 13 клапана, благодаря которому в линии управления 9 гидропилотами будет редуцировано номинальное давление рабочей жидкости.
Дроссель 18 с условным проходом 0,7-0,8мм, расположенный между управляющей 9 и сливной 11 гидролиниями, обеспечит постоянный поток рабочей жидкости через редукционный клапан 13, необходимый для его нормального функционирования.
Предохранительный клапан 16 в линии управления 9, в случае превышения давления выше его настройки, отводит поток в линию слива 11, предохраняя линию управления 9 отсверх номинальных скачков давления.
В результате, независимо от положения золотников гидрораспределителя в канале управления 9 постоянно поддерживается давление, достаточное для нормальной работы гидропилотов 10.
Для перемещение золотника 20 одной из рабочих 2 секций в рабочую - одну из крайних позиций, на соответствующий электрогидравлический пилот 10 подается управляющее напряжение. Под воздействием давления управления, подаваемого в рабочую полость крышки пилота управления 10, золотник 20 перемещается в крайнее (левое) положение (фиг.5.), перекрывает переливной канал 8 и, следовательно, закрывается слив в бак. Рабочая жидкость из канала 22 по расточке 21 золотника 20 и канал 24 поступает в подводящую цилиндровую полость «В», отводящая цилиндровая полость «А» через расточку 21 соединяется со сливным каналом 7.
При частичном перемещении золотника 20 будет происходить дозированная подача рабочей жидкости к рабочему органу через подводящую цилиндровую полость «В» из напорной гидролинии 5 при частичном прохождении рабочей жидкости по переливному каналу 8, а также дозированная отдача рабочей жидкости в сливную магистраль из отводящей цилиндровой полости «А» (пропорциональное управление).
Приведенные сведения об устройстве и способах работы патентуемого секционного гидрораспределителя в том виде как они охарактеризованы в каждом из пунктов формулы могут быть изготовлены без использования уникальных либо не известных до даты приоритета полезной модели и не раскрытых в заявке технологий, а также применяемого технологического оборудования и основных материалов.
1. Гидрораспределитель секционный, содержащий напорную, сливную секции и расположенные между ними рабочие секции, в центральной расточке корпуса каждой из которых установлен трехпоясковый цельный цилиндрический золотник с расточками в средней части, размещенными в соответствующих кольцевых полостях корпуса с образованием между ними переливного канала, последовательно соединенного с напорной линией и параллельно с тупиковым каналом, сообщающимся, в свою очередь, с рабочими отводами гидрораспределителя; в литом корпусе напорной секции которого размещены источник давления управления, выполненный в виде соединенных последовательно фильтра и редукционного клапана, и предохранительно-переливной клапан с управляемой настройкой, а также неуправляемый предохранительный клапан, соединяющий линию управления и слива электроуправляемыми гидропилотами, отличающийся тем, что сливная секция выполнена в одном корпусе с рабочей секцией, источник давления управления дополнительно снабжен обратным клапаном, подключенным входом к переливному каналу в сливной части рабоче-сливной секции, а выходом - к сливной линии, и установленным параллельно предохранительному клапану дросселем, калиброванное проходное отверстие которого 0,7-0,8 мм.
2. Гидрораспределитель секционный по п.1, отличающийся тем, что тупиковый канал сообщается с рабочими отводами каждой из рабочих секций через обратный клапан.
3. Гидрораспределитель секционный по п.1 или п.2, отличающийся тем, что между рабочими отводами и сливными каналами не менее чем одной рабочей секции установлены не менее чем два предохранительно-подпиточных клапана.
4. Гидрораспределитель секционный по п.1 или п.2, отличающийся тем, что между рабочими отводами и сливными каналами не менее чем одной рабочей секции установлен не менее чем один предохранительный клапан.
5. Гидрораспределитель секционный по п.1 или п.2, отличающийся тем, что литые проточные каналы всех секций профилированы по закону постоянства градиента динамического давления рабочей жидкости по длине каналов.
