Объемная гидравлическая передача

 

Изобретение относится к гидравлическим передачам и может быть использовано в приводах грузоподъемных машин и трансмиссиях транспортных средств. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик путем введения отрицательной обратной связи по среднему значению давления в силовых гидролиниях, действующей на величину давления насоса подпитки, - достигается тем, что система разгрузки насоса 1 снабжена двумя обратными клапанами 17, 18, входы которых сообщены с силовыми гидролиниями 3, 4, а выход предохранительного клапана 16 - с гидролинией подпитки. Система подпитки снабжена клапаном давления 10. полости 13, 14 управления которого сообщены с силовыми гидролиниями 3, 4, вход - с выходом из насоса 7 подпитки, а выход - с его всасыванием . 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

C (21) 4703788/29 (22) 09.06.89 (46) 23,03.92. Бюл. М 11 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) M.Е.Гойдо и Ю.А.Староверов (53) 621.225(088.8) (56) Попов Д,Н. Динамика и регулирование гидро-и пневмосистем. — М.: Машиностроение, 1987, с. 417, рис. 14.1. (54) ОБЪЕМНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА (57) Изобретение относится к гидравлическим передачам и может быть использовано в приводах грузоподъемных машин и трансмиссиях транспортных средств. Цель изоЫЛ 1721344 А1 (я)5 F 16 Н 39/00, Е 02 F 9/22 бретения — улучшение динамических характеристик путем введения отрицательной обратной связи по среднему значению давления в силовых гидролиниях, действующей на величину давления насоса подпитки, — достигается тем, что система разгрузки насоса 1 снабжена двумя обратными клапанами 17, 18, входы которых сообщены с силовыми гидролиниями 3, 4, а выход предохранительного клапана 16 — с гидролинией подпитки. Система подпитки снабжена клапаном давления 10, полости 13, 14 управления которого сообщены с силовыми гидролиниями 3, 4, вход — с выходом из насоса 7 подпитки, а выход — с его всасыванием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1721344

Изобретение относится к гидравлическим передачам и может быть использовано в приводах грузоподъемных машин и трансмиссиях транспортных средств.

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик путем введения отрицательной обратной связи (по среднему значению давления в силовых гидролиниях), действующей на величину давления насоса подпитки.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой гидропередачи.

Гидропередача состоит из насоса 1, гидродвигателя 2 и двух соединяющих их между собой силовых гидролиний 3 и 4, каждая из которых через соответствующий обратный клапан 5 и 6 подключена к выходу насоса подпитки 7, Для создания давления подпора в системе подпитки передачи применен элемент подпора 8.

Между выходом насоса подпитки 7 и элементом подпора 8 установлен клапан давления 9 с золотником 10, подпружиненным относительно корпуса 11 клапана давления посредством пружины 12 со стороны одного своего торца P и установленным в корпусе 11 с образованием со стороны другого торца двух полостей управления 13 и

14, сообщенных с силовыми гидролиниями

3 и 4 соответственно, При этом эффективные площади торцов М и N золотника 10 клапана давления 9 со стороны каждой из полостей управления 13 и 14 равны между собой, Полость 15, в которой размещена пружина 12 клапана давления 9, сообщена с элементом подпора 8, а усилие предварительного поджатия пружины 12 клапана давления равно

А

Рпп = — (Рмакс Рподг) - С Хмакс, (1)

2 где А — сумма эффективных площадей полостей управления, равная эффективной площади воздействия давления подпора;

Рмакс — максимально допустимое рабочее давление жидкости в гидропередаче;

Рподп давление подпора, задаваемое на стадии проектирования гидропередачи и обеспечиваемое посредством элемента подпора 8;

С вЂ” жесткость пружины 12 клапана давления 9;

ХМаКс полный ход золотника 10 клапана давления 9.

При этом

А

С Хмакс « — (Рмакс - Рподп).

При максимальном открытии золотником 10 проходного сечения клапана 9 (смещении золотника 10 из его исходного положения на величину Хмакс) и расходе рабочей жидкости через клапан, равном подаче насоса подпитки 7, потери -давления на клапане пренебрежимо малы по сравнению с давлением подпора Рподп, и давление жидкости на выходе насоса подпитки 7 практически равно давлению подпора Рподп на входе элемента подпора 8.

Элемент подпора 8 выполнен в виде аккумулятора, а вход насоса 7 подпитки 7 соединен с его выходом. Давление аккумулятора поддерживается на уровне Рподп.

Для предотвращения повышения давления рабочей жидкости сверх максимально допустимого значения Рмакс передача снабжена предохранительным клапаном 16, вход которого соединен с выходами обратных клапанов 17 и 18, входы которых подключены к гидролиниям 3 и 4 соответственно, а выход — к входам обратных клапанов 5 и 6 и соответственно к выходу насоса подпитки 7, Предохранительный клапан 16 отрегулирован на перепад давления, равный (Р-- - Р-").

На чертеже насос 1 условно показан как регулируемый, хотя это может быть реверсивный нерегулируемый насос с приводом от реверсивного двигателя (на чертеже не показан) с регулируемой угловой скоростью вращения вала.

Величина А равна максимальной площади поперечного сечения золотника 10.

Однако в общем случае с целью снижения усилия предварительного поджатия пружины 12 золотник 10 может быть выполнен с эффективной площадью А, меньшей максимальной площади его поперечного сечения.

При этом между золотником 10 и корпусом

11 клапана давления 9 со стороны обоих торцов золотника имеются полости, соединенные с элементом подпора 8.

Гидропередача работает следующим образом.

Рабочая жидкость, подаваемая насосом

1 в количестве, определяемом текущим значением его рабочего объема и угловой скоростью вращения вала приводящего его двигателя (на чертеже не показан), поступает по соответствующей гидролинии 3 или 4 (в зависимости от положения регулирующего органа насоса 1 или направления вращения вала приводящего его двигателя) в ту или иную полость гидродвигателя 2, вызываемая переме1721344

10 эту гидролинию, приводя к увеличению ко15

55 щение его выходного звена в соответствующем направлении со скоростью, пропорциональной подаче насоса 1. При этом жидкость, вытесняемая из гидродвигателя

2, по другой гидролинии 3 или 4 поступает на вход насоса 1.

Под действием сил давления жидкости, находящейся в полостях управления 13 и 14, соединенных соответственно с гидролиниями 3 и 4, и в пружинной полости 15, соединенной с элементом подпора 8, и усилия пружины 12 золотник 10 клапана давления

9 занимает относительно корпуса 11 последнего некоторое положение, характеризуемое координатой Х (О Х х асс), открывая в меньшей или большей степени проходное сечение клапана давления 9.

При максимальном открытии золотником 10 проходного сечения клапана давления 9 (смещении золотника 10 из его исходного положения на величину Хм кс) и расходе рабочей жидкости через клапан, равном подаче насоса подпитки 7, потери давления на клапане 9 (в силу соответствующего выбора его размеров) пренебрежимо малы и давление жидкости на выходе насоса подпитки 7 (на входах обратных клапанов

5 и 6 и на выходе предохранительного клапана 16) практически равно давлению Рлодп на входе элемента подпора (в жидкостной полости аккумулятора) 8.

При этом, поскольку вход насоса подпитки 7 связан с аккумулятором, то насос подпитки работает при близком к нулевому перепаде давления, потребляя от приводящего двигателя мощность, определяемую лишь потерями мощности в самом насоса.

Наличие на входе насоса подпитки 7 постоянного подпора гарантирует отсутствие кавитации в полости всасывания этого насоса, что положительно сказывается на жесткости привода в целом.

При уменьшении усилия, действующего на золотник 10 со стороны жидкости, находящейся в полостях управления 13 и 14, обусловленном уменьшением среднего давления рабочей жидкости в гидравлическом контуре насос 1 — гидродвигатель 2 (гидролиниях 3 и 4), например, из-за утечек рабочей жидкости или ее температурных деформаций, золотник 10 под действием пружины 12 и жидкости, находящейся в пружинной полости 15 клапана давления 9, смещается в направлении, соответствующем уменьшению проходного сечения клапана давления 9. При этом сопротивление клапана давления 9 потоку жидкости, подаваемому насосом подпитки 7, увеличивается, и давление на выходе насоса подпитки возрастает.

При перемещении давлением рабочей жидкости на выходе насоса подпитки

7 давления жидкости в менее нагруженной из гидролиний 3 и 4 жидкость с выхода насоса подпитки через соответствующий обратный клапан 5 или 6 поступает в личества рабочей жидкости в контуре насос

1 — гидродвигатель 2, Это влечет за собой повышение среднего давления в гидравлическом контуре насос 1 —.гидродвигатель 2 и входящих в его состав гидролиниях 3 и 4, а также в сообщенных с ними полостях управления 13 и 14 золотника 10.

В результате повышения среднего давления в полостях управления 13 и 14 усилие, действующее на золотник 10 со стороны жидкости, находящейся в указанных полостях, увеличивается, и золотник 10 смещается относительно корпуса 11 в направлении увеличения проходного сечения клапана давления 9. При этом сопротивление клапана давления 9 потоку жидкости, протекающему через него, уменьшается, и давление на выходе насоса подпитки 7 снижается (вплоть до давления подпора Рпрдр, определяемого элементом подпора 8), Таким образом, давление на выходе насоса подпитки 7 изменяется в функции среднего давления рабочей жидкости в гидролиниях 3 и 4, соединяющих между собой насос 1 и гидродвигатель 2. Причем, как видно из изложенного выше, давление на выходе насоса подпитки 7 в процессе работы рассматриваемого гидропривода с точностью потерь давления в соответствующем из обратных клапанов 5 и 6 не превышает текущего давления в менее нагруженной из гидролиний 3 и 4.

Золотник 10 занимает положение равновесия, когда алгебраическая сумма действующих на него вдоль оси сил равна нулю.

Такими силами при отсутствии силового контакта золотника 10 в осевом направлении с корпусными деталями клапана давления 9, ограничивающими перемещения Х золотника 10 диапазоном значений (О, XMa

1721344 (2) Pnp = Pnn + С X. (7) Рд= Рз- Р4. (8) 15 (9) (3) (4) Рд Рпр=О, получают (5) При смещении золотника 10 из его исходного положения относительно корпуса

11 на величину Х (О < Х < Хмакс) со стороны пружины на золотник действует сила

С учетом того, что полость управления

13 непосредственно соединена с гидролинией 3, полость управления 14 — с гидролинией 4, а пружинная полость 15 — с входом элемента подпора 8 (жидкостной полостью аккумулятора), сила Рд может быть выражена следующим образом:

Рд = — (P3+ P4) A Ðïîäï

А

2 где Р3, Р4 — текущие давления рабочей жидкости в гидролиниях 3 и 4 соответственно.

Принимая во внимание выражения (1)(3), на основании уравнения равновесия золотника 10 — (P3+ P4) = (Рмакс +

1 1

2 2

+ P«„n)- — (XM кс-Х).

С

Поскольку в силу соответствующего выбора параметров клапана давления 9

А

С Хмакс << 2 (Рмакс Рподп), на что указывалось выше, то величина — (Хмакс - Х) заведомо намного меньше

С

А

1 (Рмакс - Рподп) и по сравнению

2 с последней ею можно пренебречь.

Таким образом, для рассматриваемого гидропривода при отсутствии силового контакта золотника 10 в осевом направлении с корпусными деталями клапана давления 9 с незначительной погрешностью выполняется равенство — (РЗ+ Р4) = — (Рмакс+ Рподп), (6)

1 1

2 2 которое показывает, что при работе предлагаемого гидропривода среднее давление в гидролиниях 3 и 4 между насосом 1 и гидродвигателем 2 поддерживается практически постоянным и равным среднему значению из допустимого диапазона рабочих давлеHI4A (Рподп, Рмакс).

Текущий перепад давления Рд на гидро5 двигателе 2 следующим образом связан с давлЕниями РЗ и Р4.

10 Решая уравнения (6) и (7) совместно, находят

РЗ = 2 (vatic + Рподп + Рд)

P4 = (Рмакс+ Рподп Р.)

Согласно выражениям (8) и (9), макси20 мальное давление в менее нагруженной из гидролиний 3 и 4 имеет место при Рд - О и

1 составляет — (Рмакс + Рподп). Соответст2 венно, это максимальное давление, которое

25 при эксплуатации рассматриваемого гидропривода может быть на выходе насоса подпитки 7.

При повышении давления в одной из гидролиний 3 или 4 до величины Рмакс, в

30 другой из гидролиний 3 или 4, как следует . из выражений (8) и (9), давление будет равно Рподп,..., а модуль перепада давления 1Рд! на гидродвигателе 2 будет Рмакс" Рподп. Очевидно, что давление рабочей жидкости на выходе насо35 са подпитки 7 при этом будет составлять Рпо п.

Если давление в одной из гидролиний 3 или 4 превысит значение Рмакс (например, вследствие перегрузки гидропривода или повышения температуры рабочей жидко40 сти), то жидкость из более нагруженной гидролинии через соответствующий из обратных клапанов 17 или 18, предохранительный клапан 16, отрегулированный на перепад давления (Рмакс - Рподп), и соответ45 ствующий из обратных клапанов 6 или 5 поступает в менее нагруженную гидролинию. При этом часть жидкости, прошедшей через предохранительный клапан 16, может поступить к элементу подпора 8 через мак50 симально открытое в данном случае проходное сечение клапана давления 9.

Из полученных выражений (8) и (9) видно, что при изменении перепада давления

Рд на гидродвигателе 2 (а следовательно, 55 при изменении нагрузки на выходном звене гидродвигателя) одновременно в противофазе изменяются давления Р3 и Р4 в обеих гидролиниях 3 и 4 между насосом 1 и гидродвигателем 2. При этом скорость изменения давления в каждой из этих гидролиний (и

1721344

10 соответственно в примыкающих к ней полостях насоса 1 и гидродвигателях 2) по абсолютной величине вдвое меньше скорости изменения перепада давления на гидродвигателе

d Рз d P4 1 d Р, с3т бт 2 dc

А

P« =- — (PM «- Р «.) - С xM «, 40

Составитель Е.Цуканов

Техред М.Моргентал Корректор- С.Черни

Редактор Т. Иванова

Заказ 941 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Поскольку расход жидкости, связанный с ее сжимаемостью и податливостью стенок гидравлических каналов, при прочих равных условиях пропорционален скорости изменения давления, то при работе предлагаемого гидропривода по сравнению с известным в меньшей степени проявляются его упругие свойства и вследствие этого предлагаемый гидропривод обладает повышенной жесткостью и, соответственно, более высокими частотой собственных колебаний и быстродействием.

Формула изобретения

1. Объемная гидравлическая передача, содержащая регулируемый насос, гидродвигатель, сообщающие их по замкнутой схеме силовые гидролинии, систему разгрузки регулируемого насоса с предохранительным клапаном и систему подпитки с насосом подпитки, элементом подпора и обратными клапанами, входы которых сообщены с напорной линией насоса подпитки, а выходы — с силовыми гидролиниями, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик передачи путем введения отрицательной обратной связи, действующей на величину давления насоса подпитки, регулируемый насос выполнен с двумя направлениями потока, система подпитки снабжена золотниковым клапаном давления с двумя полостями управления с одной стороны золотника и

5 пружиной — с другой, при этом каждая из полостей управления клапана давления сообщена с одной из силовых гидролиний, вход — с напорной линией насоса подпитки, а выход — с элементом подпора.

10 2. Передачапоп.1,отл ичающаяс я тем, что эффективные площади торцов золотника клапана давления со стороны каждой из его полостей управления равны между собой.

15 3. Передача по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что полость клапана давления, в которой размещена пружина, сообщена с элементом подпора, а усилие предварительного поджатия пружины определяется из

20 выражения

25 где А — сумма эффективных площадей полостей управления, равная эффективной площади воздействия давления подпора;

Рмэ«максимально допустимое давление в передаче;

30 Р од — давление подпора;

С вЂ” жесткость пружины;

Х « — максимальное перемещение золотника..

4. Передача по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ а35 я с я тем, что элемент подпора выполнен в виде гидроаккумулятора, а вход насоса подпитки соединен с его гидравлической полостью.