RU2062366C1

RU2062366C1 - Hydraulic drive

Info

Publication number: RU2062366C1
Application number: RU92007546A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Мышлевский
Original assignee: Российский Университет Дружбы Народов
Priority date: 1992-11-23
Filing date: 1992-11-23
Publication date: 1996-06-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: hydraulic drive has controllable pump 2 with spring-loaded working members and control piston 22 mounted inside the housing to form control space 24 and to interact with the working member from the side opposite to spring 20, hydraulic cylinder 18 working spaces of which are connected with the line for the delivering of a pump through two-position four-linear distributor 10 and hydraulic tank, and accumulator. The delivering line is provided with check valve 4. The hydraulic drive is provided with hydraulically controlled two-position four-linear distributor 6 with controllable reverse spring 27. The first line of the distributor is connected with the inlet of check valve 7. The second line is connected with the outlet of check valve 4. The third line is connected with the control space of pump 24. The fourth line is connected with hydraulic tank 1. The control space is in communication with the hydraulic space of accumulator 8. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в гидроприводах металлорежущих станков и других машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used in hydraulic drives of metal cutting machines and other machines.

Известен гидропривод, содержащий нерегулируемый насос, обратный клапан, предохранительный клапан, дроссель, гидроцилиндр и гидролинии, соединяющие насос с обратным клапаном и предохранительным клапаном, обратный клапан с гидроцилиндром, гидроцилиндр с дросселем, дроссель и предохранительный клапан с гидробаком [1]
Недостатком известного гидропривода является то, что он имеет большие потери мощности из-за перепуска излишнего количества рабочей жидкости, нагнетаемой насосом, через предохранительный клапан в гидробак.A known hydraulic actuator containing an unregulated pump, a check valve, a safety valve, a throttle valve, a hydraulic cylinder and hydraulic lines connecting the pump to a check valve and a safety valve, a check valve with a hydraulic cylinder, a hydraulic cylinder with a throttle valve, a throttle valve and a safety valve with a hydraulic tank [1]
A disadvantage of the known hydraulic actuator is that it has large power losses due to the bypass of an excessive amount of working fluid pumped by the pump through a safety valve into the hydraulic tank.

Известен также гидропривод, содержащий регулируемый насос с пружиной для автоматического регулирования подачи и поршнем со стороны, противоположной пружине, и двухпозиционный трехлинейный распределитель, соединяющий при разгрузке насоса линию нагнетания и полости под пружиной и под поршнем со сливной гидролинией. A hydraulic actuator is also known, which contains an adjustable pump with a spring for automatically controlling the supply and a piston from the side opposite the spring, and a two-position three-line distributor that connects the discharge line and cavities under the spring and under the piston with a drain hydraulic line when unloading the pump.

Недостатком такого гидропривода является неполная разгрузка насоса, при которой давление нагнетания снижается, но подача насоса остается максимальной [2]
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому гидроприводу является выбранный в качестве прототипа гидропривод [3] содержащий регулируемый насос с подпружиненным рабочим органом и поршнем управления, установленным в корпусе с образованием управляющей полости и взаимодействующим с рабочим органом со стороны, противоположной пружине, гидроцилиндр, рабочие полости которого подключены через двухпозиционный распределитель к линии нагнетания насоса с установленным в ней обратным клапаном, и к гидробаку, аккумулятор, гидравлическая полость которого сообщена с линией нагнетания насоса на выходе обратного клапана.The disadvantage of such a hydraulic actuator is the incomplete unloading of the pump, at which the discharge pressure decreases, but the pump flow remains maximum [2]
The closest in technical essence to the claimed hydraulic actuator is a hydraulic actuator selected as a prototype [3] containing an adjustable pump with a spring-loaded working body and a control piston installed in the housing with the formation of the control cavity and interacting with the working body from the side opposite to the spring, the hydraulic cylinder, working cavities which are connected through a two-position distributor to the pump discharge line with a non-return valve installed in it, and to the hydraulic tank, accumulator, hydraulic Single cavity which communicates with the pump discharge line on the outlet check valve.

Недостатком известного устройства является повышенная потребляемая насосом мощность при разгрузке насоса, так как разгрузка осуществляется только лишь за счет снижения давления, а подача насоса при такой разгрузке остается максимальной. A disadvantage of the known device is the increased power consumed by the pump when unloading the pump, since unloading is carried out only by lowering the pressure, and the pump flow during this unloading remains maximum.

Сущность изобретения заключается в том, что гидропривод снабжен гидроуправляемым двухпозиционным четырехлинейным распределителем с регулируемой возвратной пружиной, первая линия которого подключена ко входу обратного клапана, вторая линия к выходу обратного клапана, третья линия к управляющей полости насоса, четвертая линия к гидробаку, а полость управления к гидравлической полости аккумулятора, при этом одной из позиций распределителя управляющая полость насоса сообщена с гидравлической полостью аккумулятора, а в другой управляющая полость насоса сообщена с гидробаком. The essence of the invention lies in the fact that the hydraulic actuator is equipped with a hydraulically controlled two-position four-line distributor with an adjustable return spring, the first line of which is connected to the input of the non-return valve, the second line to the output of the non-return valve, the third line to the control cavity of the pump, the fourth line to the hydraulic tank, and the control cavity to the hydraulic cavity of the battery, while at one of the positions of the distributor the control cavity of the pump is in communication with the hydraulic cavity of the battery, and in another the pump cavity is in communication with the hydraulic tank.

Предлагаемый гидропривод позволяет уменьшить энергозатраты на его работу за счет снижения в периоды разгрузки насоса не только давления, но также и подачи насоса. Этим достигается снижение потребляемой насосом мощности в периоды разгрузки насоса, что обеспечивает экономию электроэнергии, расходуемой при работе гидропривода. Снижение подачи насоса в периоды его разгрузки происходит за счет соединения управляющей полости под поршнем управления через специальный гидроуправляемый двухпозиционный четырехлинейный распределитель с аккумулятором. The proposed hydraulic drive allows you to reduce energy consumption for its operation by reducing not only pressure but also pump flow during periods of pump discharge. This achieves a reduction in the power consumed by the pump during periods of unloading the pump, which saves energy consumed during operation of the hydraulic drive. Reducing the pump supply during periods of unloading occurs due to the connection of the control cavity under the control piston through a special hydraulically controlled two-position four-line distributor with a battery.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена схема гидропривода, на фиг. 2 график зависимости потребляемой насосом мощности от давления нагнетания. In FIG. 1 shows a diagram of a hydraulic actuator; FIG. Figure 2 shows the dependence of the power consumed by the pump on discharge pressure.

Гидропривод (фиг. 1) содержит гидробак 1 и насос 2, соединенный линией 3 с входом обратного клапана 4. Линия 3 соединена первой линией 5 с распределителем 6. Обратный клапан 4 соединен линией 7 с гидравлической полостью аккумулятора 8. Линия 7 соединена линией 9 с распределителем 10, имеющим электромагнит 11 и пружину 12. Линия 7 соединена второй линией 13 с распределителем 6 и линией управления 14 с распределителем 6. Распределитель 10 соединен линией 15 с гидробаком 1, а линиями 16 и 17 с гидроцилиндром 18. Насос 22 имеет рабочий орган 19, взаимодействующий с пружиной 20, поджимаемой винтом 21. С рабочим органом 19 взаимодействует поршень управления 22, расположенный в корпусе 23 со стороны, противоположной пружине 20. Поршень управления 22 с корпусом 23 образует управляющую полость 24, соединенную третьей линией 25 с распределителем 6. Распределитель 6 соединен также четвертой линией 26 с гидробаком 1 и имеет регулируемую возвратную пружину 27. Поршень управления 22 имеет резьбовой механизм 28 с регулировочной гайкой 29, взаимодействующий с упорным винтом 22, размещенным в корпусе 23. Гидроцилиндр 18 имеет штоковую полость 30, бесштоковую полость 31, поршень 32 и шток 33. Насос 2 имеет ротор 34 и винт 35 для регулировки положения рабочего органа 19. The hydraulic actuator (Fig. 1) contains a hydraulic tank 1 and a pump 2 connected by a line 3 to the inlet of the non-return valve 4. Line 3 is connected by a first line 5 to a distributor 6. The non-return valve 4 is connected by a line 7 to the hydraulic cavity of the accumulator 8. Line 7 is connected by a line 9 with a distributor 10 having an electromagnet 11 and a spring 12. Line 7 is connected by a second line 13 to a distributor 6 and a control line 14 to a distributor 6. The distributor 10 is connected by a line 15 to a hydraulic tank 1, and lines 16 and 17 to a hydraulic cylinder 18. The pump 22 has a working body 19, interacting with the spring Noah 20, pressed by a screw 21. A control piston 22 interacts with the working body 19, located in the housing 23 from the side opposite to the spring 20. The control piston 22 with the housing 23 forms a control cavity 24 connected by a third line 25 to the distributor 6. The distributor 6 is also connected the fourth line 26 with a hydraulic tank 1 and has an adjustable return spring 27. The control piston 22 has a threaded mechanism 28 with an adjusting nut 29, interacting with a stop screw 22 located in the housing 23. The hydraulic cylinder 18 has a rod cavity 30, rodless cavity 31, piston 32 and rod 33. The pump 2 has a rotor 34 and a screw 35 for adjusting the position of the working body 19.

Гидропривод работает следующим образом. The hydraulic actuator operates as follows.

При включении электромагнита 11 распределителя 10 рабочая жидкость от насоса 2 поступает по линии 3 через обратный клапан 4, линии 7 и 9, распределитель 10, линию 16 в штоковую полость 30 гидроцилиндра 18. При этом поршень 32 перемещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из бесштоковой полости 31 по линии 17 через распределитель 10, линию 15 в гидробак 1. Управляющая полость 24 соединяется с гидробаком 1 через линию 25, распределитель 6 и линию 26. Одновременно рабочая жидкость из линии 7 поступает в аккумулятор 8 и производит его зарядку. Пружина 27 распределителя 6 настроена на давление, несколько превышающее давление настройки пружины 20 насоса 2. При работе насоса 2 на давлении, не превышающем давление настройки пружины 20, рабочий орган 19 находится под действием пружины 20 в крайнем левом (по схеме) положении, т.е. в положении наибольшего эксцентриситета и наибольшей подачи, когда рабочий орган 19 через поршень 22 и резьбовой механизм 28 упирается в винт 29, так как управляющая полость 24, как указывалось выше, соединена с помощью распределителя 6 с гидробаком 1. When you turn on the electromagnet 11 of the distributor 10, the working fluid from the pump 2 flows through line 3 through the check valve 4, lines 7 and 9, the distributor 10, line 16 into the rod cavity 30 of the hydraulic cylinder 18. In this case, the piston 32 moves to the right and displaces the working fluid from the rodless cavity 31 through line 17 through the distributor 10, line 15 into the hydraulic tank 1. The control cavity 24 is connected to the hydraulic tank 1 through line 25, the distributor 6 and line 26. At the same time, the working fluid from line 7 enters the accumulator 8 and charges it. The spring 27 of the distributor 6 is set to a pressure slightly higher than the setting pressure of the spring 20 of the pump 2. When the pump 2 is operating at a pressure not exceeding the setting pressure of the spring 20, the working member 19 is under the action of the spring 20 in the leftmost (according to the diagram) position, t. e. in the position of greatest eccentricity and highest feed, when the working body 19 through the piston 22 and the threaded mechanism 28 abuts against the screw 29, since the control cavity 24, as mentioned above, is connected via a distributor 6 to the hydraulic tank 1.

При повышении нагрузки на штоке 33 гидроцилиндра 18 и повышении давления рабочей жидкости, соответствующем повышению нагрузки, рабочий орган 19 под действием давления рабочей жидкости на его внутреннюю поверхность перемещается вправо (по схеме), сжимая пружину 20 и снижая подачу насоса 2. When the load on the rod 33 of the hydraulic cylinder 18 increases and the pressure of the working fluid increases, corresponding to an increase in the load, the working member 19 moves to the right under the action of the pressure of the working fluid on its inner surface (according to the diagram), compressing the spring 20 and reducing the flow rate of the pump 2.

После дальнейшего повышения нагрузки на штоке 33 гидроцилиндра 18, например, при подходе к жесткому упору, и соответствующего нагрузке повышения давления рабочей жидкости до величины, определяемой настройкой пружины 27 распределителя 6, происходит переключение распределителя 6 в нижнее (по схеме) положение, причем линия 5 соединяется с линией 26, а линия 13 с линией 25. After further increasing the load on the rod 33 of the hydraulic cylinder 18, for example, when approaching the hard stop, and the corresponding load increases the pressure of the working fluid to a value determined by the setting of the spring 27 of the distributor 6, the distributor 6 switches to the lower (according to the diagram) position, and line 5 connects to line 26, and line 13 to line 25.

Так как линия 5 соединяется с гидробаком 1 (через линию 26), то давление рабочей жидкости в линии 3 и в насосе 2 снижается до величины р₀, определяемой лишь сопротивлением линий 3, 5 и 26 и распределителя 6. При этом обратный клапан 4 под действием высокого давления, создаваемого аккумулятором 8, закрывается и это высокое давление по линиям 13 и 25 передается в управляющую полость 24 под поршнем управления 22. При этом на поршень 22 действует сила P₁ от давления p рабочей жидкости, равная:
P₁ p•F,
где F рабочая площадь поршня 22.Since line 5 is connected to the hydraulic tank 1 (via line 26), the pressure of the working fluid in line 3 and in pump 2 decreases to a value of p ₀ , determined only by the resistance of lines 3, 5 and 26 and distributor 6. Moreover, the check valve 4 under the high pressure created by the accumulator 8 closes and this high pressure is transmitted through lines 13 and 25 to the control cavity 24 under the control piston 22. In this case, the force P ₁ from the pressure p of the working fluid is equal to:
P ₁ p • F,
where F is the working area of the piston 22.

Эта сила P₁ больше силы P₂ пружины 20, поэтому под действием силы P₁ поршень 22 смещается вправо (по схеме) на величину Δe, перемещая вправо рабочий орган 19 и сжимая пружину 20. Здесь Δe это расстояние между корпусом 23 и гайкой 29 резьбового механизма 28, причем Δe<e, где e наибольший эксцентриситет насоса, т.е. наибольшее расстояние между центром O ротора 34 и центром O₁ рабочего органа 19. Наибольшее значение эксцентриситета e определяется положением упорного винта 35. При этом насос 2 работает при низком давлении и при малой подаче, определяемой эксцентриситетом е':
е'= е Δe.This force P _{1 is} greater than the force P _{2 of the} spring 20, therefore, under the action of the force P _{1, the} piston 22 is shifted to the right (according to the diagram) by Δe, moving the working body 19 to the right and compressing the spring 20. Here Δe is the distance between the body 23 and the nut 29 of the threaded mechanism 28, with Δe <e, where e is the largest eccentricity of the pump, i.e. the greatest distance between the center O of the rotor 34 and the center O _{1 of the} working body 19. The greatest value of the eccentricity e is determined by the position of the stop screw 35. In this case, the pump 2 operates at low pressure and at a low flow determined by the eccentricity e ':
e '= e Δe.

Снижение подачи насоса при его разгрузке приводит к снижению потребляемой насосом мощности, как это видно из графика рис. 2. При работе насоса с эксцентриситетом e насос имеет подачу Q₁, а потребляемая мощность определяется линией N_Q1. При работе насоса с эксцентриситетом e' насос имеет подачу Q₂, причем Q₂ < Q₁, а потребляемая мощность определяется линией N_Q2. При давлении p_o, имеющем место при разгрузке насоса, снижение потребляемой мощности при снижении подачи от Q₁ до Q₂ составит ΔN. Эта разница в потребляемой мощности определяется не только различным наклоном к оси р линий N_Q1 и N_Q2, но и различными значениями потребляемой мощности N_o1 и N_o2 при давлении на выходе из насоса, равном нулю.A decrease in the pump flow during unloading leads to a decrease in the power consumed by the pump, as can be seen from the graph in Fig. 2. When the pump is operated with an eccentricity e, the pump has a flow of Q ₁ , and the power consumption is determined by line N _Q1 . When the pump is operated with an eccentricity e ', the pump has a supply of Q ₂ , with Q ₂ <Q ₁ , and the power consumption is determined by line N _Q2 . When the pressure p _o occurring during unloading of the pump, a decrease in power consumption with a decrease in supply from Q ₁ to Q ₂ will be ΔN. This difference in power consumption is determined not only by a different slope of the lines N _Q1 and N _Q2 to the p axis, but also by different values of the power consumption N _o1 and N _o2 at a pressure at the pump outlet equal to zero.

При снижении давления в гидролинии 7 (например, при включении электромагнита 11, когда распределитель 10 под действием пружины 12 занимает верхнее по схеме положение и происходит обратное, в левую сторону по схеме, движение поршня 32 без нагрузки) снижается также давление в линии 14 и распределитель 6 под действием пружины 27 занимает верхнее (по схеме) положение. При этом управляющая полость 24 через линию 25, распределитель 6 и линию 26 соединятся с гидробаком 1. Давление в управляющей полости 24 снижается, рабочий орган 19 под действием пружины 20 смещается влево, увеличивая подачу насоса. Одновременно прекращается соединение линии 3 с гидробаком 1, так как линия 5 разъединяется от линии 26 с помощью того же распределителя 6. When the pressure in the hydraulic line 7 decreases (for example, when the electromagnet 11 is turned on, when the distributor 10, under the action of the spring 12, occupies the upper position in the diagram and the piston 32 moves backward to the left side according to the diagram without load), the pressure in line 14 and the distributor also decrease 6 under the action of the spring 27 occupies the upper (according to the scheme) position. In this case, the control cavity 24 through line 25, the distributor 6 and line 26 are connected to the hydraulic tank 1. The pressure in the control cavity 24 is reduced, the working body 19 is displaced to the left by the action of the spring 20, increasing the pump flow. At the same time, the connection of line 3 with the hydraulic tank 1 is terminated, since line 5 is disconnected from line 26 using the same distributor 6.

Использование предлагаемого гидропривода обеспечивает снижение потребляемой мощности и экономию электроэнергии. The use of the proposed hydraulic drive reduces power consumption and energy savings.

Как показали результаты испытаний насоса Г12-54АМ, мощность насоса при Q₁ 48,5 л/мин, составляет N_Q1 1,13 кВт, а при Q₂ 3 л/мин N_Q2 0,56 кВт (при p 7 кгс/см² и n 990 об/мин).As the test results of the pump G12-54AM showed, the pump power at Q ₁ 48.5 l / min is N _Q1 1.13 kW, and at Q ₂ 3 l / min N _Q2 0.56 kW (at p 7 kgf / cm ² and n 990 rpm).

Таким образом, экономия мощности на каждом насосе при разгрузке как за счет снижения давления, так и за счет снижения подачи составляет: ΔN N_Q1 -N_Q2 0,57 кВт.Thus, the power saving on each pump during unloading both due to pressure reduction and due to a decrease in supply is: ΔN N _Q1 -N _Q2 0.57 kW.

Источники информации
1. Свешников В.К. Усов А.А. Станочные гидроприводы. Справочник. М. Машиностроение, 1988, с. 109, рис. 4.20а.Information sources
1. Sveshnikov V.K. Usov A.A. Machine hydraulic drives. Directory. M. Engineering, 1988, p. 109, fig. 4.20a.

2. Учебный курс гидравлики "Rexroth", с. 44, рис. 10 и с. 45. 2. Training course of hydraulics "Rexroth", p. 44, fig. 10 and p. 45.

3. А.с. N759750, кл. F15В 1/02, 1978. 3. A.S. N759750, CL F15B 1/02, 1978.

Claims

A hydraulic actuator containing an adjustable pump with a spring-loaded working element and a control piston installed in the housing with the formation of the control cavity, and interacting with the working body from the side opposite to the spring, a hydraulic cylinder, the working cavities of which are connected through a two-position distributor to the pump discharge line with the return valve, and to the hydraulic tank, an accumulator whose hydraulic cavity is in communication with the pump discharge line at the outlet of the non-return valve, characterized in that it is equipped with a hydraulically controlled two-position four-line distributor with an adjustable return spring, the first line of which is connected to the check valve input, the second line to the check valve output, the third line to the pump control cavity, the fourth line to the hydraulic tank, and the control cavity to the battery hydraulic cavity, in one from the positions of the distributor, the control cavity of the pump is in communication with the hydraulic cavity of the accumulator, and in the other, the control cavity of the pump is communicated with the hydraulic tank.