RU209696U1

RU209696U1 - Throttle adjustable flow totalizer

Info

Publication number: RU209696U1
Application number: RU2021129472U
Authority: RU
Inventors: Пётр Васильевич Рубцов; Алексей Владимирович Калинин; Василий Иванович Рубцов; Евгения Викторовна Ипполитова
Original assignee: Пётр Васильевич Рубцов
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2022-03-18

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам разделения (суммирования) потока жидкости на несколько в любом соотношении, и может быть использована в гидравлических системах роботизированных мобильных платформ. Задачей, поставленной в полезной модели, является разработка устройства с двумя дросселирующими каскадами, помещенными в единый корпус и содержащими делительный и уравнительный золотники, на уравнительный золотник которого будет передаваться движение через передачу винт-гайка, а также содержащее слот для установки датчика положения делительного золотника, способного выполнять функции разделения потока жидкости с возможностью динамического регулирования соотношения деления в процессе работы гидравлической системы, при этом данное устройство должно включаться в линию слива. Техническим результатом является динамическое изменение соотношения деления (суммирования) потоков жидкости без использования объемных гидромашин и рабочей среды в системах высокого давления.The utility model relates to mechanical engineering, namely to devices for dividing (summing) a fluid flow into several in any ratio, and can be used in hydraulic systems of robotic mobile platforms. The task posed in the utility model is to develop a device with two throttling stages placed in a single housing and containing a dividing and equalizing spools, the equalizing spool of which will be transmitted through the screw-nut transmission, and also containing a slot for installing a position sensor of the dividing spool, capable of performing the functions of dividing the fluid flow with the possibility of dynamically adjusting the division ratio during the operation of the hydraulic system, while this device must be included in the drain line. The technical result is a dynamic change in the ratio of division (summation) of fluid flows without the use of volumetric hydraulic machines and the working medium in high pressure systems.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к устройствам разделения (суммирования) потока жидкости на несколько в любом соотношении.The utility model relates to mechanical engineering, namely to devices for dividing (summing) a fluid flow into several in any ratio.

Известен дроссельный делитель потока, состоящий из корпуса с двумя постоянными входными дросселями, закрывающих крышек и гильзы с четырьмя отверстиями, а также золотника, имеющего дополнительные пояски с осевыми каналами для повышения точности разделения потока (SU 209933 А1 1968.01.26).A throttle flow divider is known, consisting of a housing with two constant input chokes, closing covers and a sleeve with four holes, as well as a spool having additional belts with axial channels to improve the accuracy of flow separation (SU 209933 A1 1968.01.26).

Недостатком данного устройства является невозможность разделения, а также суммирования потока жидкости в любой пропорциональности.The disadvantage of this device is the impossibility of separation and summation of the fluid flow in any proportion.

Известен делитель потока, состоящий из корпуса, содержащего канал подвода жидкости и два канала отвода с коаксиально размещенными втулками, образующими две полости подвода, сообщенные через дроссели, и две полости отвода, сообщенных с соответствующими полостями подвода через переменные дроссели, образованные эластичным запирающим элементом, и снабженный трехпозиционным золотниковым распределителем, рабочие каналы которого сообщены с полостями подвода рабочей жидкости, а напорный канал распределителя сообщен с каналом подвода делителя потока (SU 1781470 А1 1992.12.15).A flow divider is known, consisting of a housing containing a fluid supply channel and two discharge channels with coaxially placed bushings, forming two supply cavities communicated through chokes, and two discharge cavities connected with the corresponding supply cavities through variable chokes formed by an elastic locking element, and equipped with a three-position spool valve, the working channels of which are in communication with the cavities for supplying the working fluid, and the pressure channel of the distributor is in communication with the channel for supplying the flow divider (SU 1781470 A1 1992.12.15).

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности изменять соотношение деления потока без непосредственного участия человека, а также то, что данная конструкция не может быть сумматоров потока.The disadvantage of this device is the inability to change the flow division ratio without the direct participation of a person, as well as the fact that this design cannot be a flow adder.

Известно устройство для деления потока жидкости, состоящее из корпуса с расточкой, входного патрубка и двух выходных, выходящих на цилиндрическую расточку отверстий. Внутри корпуса установлен вал с переключающим элементом, снабженным сегментом. В расточке установлено кольцо, контактирующее с цилиндрической поверхностью, на наружной поверхности кольца имеются пазы, охватывающие отверстия одного из выходных патрубков, а в корпусе устройства установлен шаговой двигатель, ротор которого соединен с валом (RU 2342582 С2 2008.12.27).A device for dividing a fluid flow is known, consisting of a housing with a bore, an inlet pipe and two outlets opening onto a cylindrical bore. Inside the housing there is a shaft with a switching element provided with a segment. The bore has a ring in contact with the cylindrical surface, on the outer surface of the ring there are grooves covering the holes of one of the outlet pipes, and a stepper motor is installed in the device case, the rotor of which is connected to the shaft (RU 2342582 C2 2008.12.27).

Недостатком данного устройства является то, что данная конструкция не может использоваться в системах высокого давления за счет отсутствия конструктивной разгрузки регулирующего элемента от давления жидкости, а также в силу недостаточной герметизации конструкции для систем высокого давления.The disadvantage of this device is that this design cannot be used in high-pressure systems due to the lack of structural relief of the control element from fluid pressure, and also due to insufficient sealing of the structure for high-pressure systems.

Известен аксиальный делитель потока, содержащий рабочие секции, разделительные секции, боковые крышки одинакового сечения, кинематически связанные качающие узлы, установленные внутри каждой рабочей секции, состоящие из блока цилиндров с плунжерами, образующие рабочий объем секции, наклонного диска и вала, сквозные отверстия в каждой рабочей полости и разделительной секции, а также распределительные окна, расположенные в каждой разделительной секции и одной боковой крышки, при этом распределительные окна подвода жидкости соединены каналами с общей полостью подвода жидкости (RU 170137 U1 2017.04.14).An axial flow divider is known, containing working sections, dividing sections, side covers of the same section, kinematically connected pumping units installed inside each working section, consisting of a cylinder block with plungers that form the working volume of the section, an inclined disk and a shaft, through holes in each working cavity and separating section, as well as distributing windows located in each separating section and one side cover, while distributing fluid supply windows are connected by channels with a common fluid supply cavity (RU 170137 U1 2017.04.14).

Недостатком данного устройства является то, что оно относится к классу объемных делителей потока, а значит, оно имеет сложную конструкцию, высокую массу и габариты, по сравнению с дроссельными делителями потока, так как, по сути, состоит из двух регулируемых аксиально-поршневых гидромашин, объединенных в единый корпус. В силу указанных выше недостатков, применение таких делителей потоков в гидроприводах автономных транспортных средств, сравнительно небольших габаритов, является проблематичным. Заявленное решение способно обеспечить аналогичный функционал в плане разделения (суммирования) потока, при этом имея существенно меньшую массу и габариты, а также более простую и технологичную конструкцию.The disadvantage of this device is that it belongs to the class of volumetric flow dividers, which means that it has a complex design, high weight and dimensions, compared with throttle flow dividers, since, in fact, it consists of two adjustable axial piston hydraulic machines, united in a single body. Due to the above drawbacks, the use of such flow dividers in hydraulic drives of autonomous vehicles of relatively small dimensions is problematic. The claimed solution is able to provide similar functionality in terms of flow separation (summation), while having a significantly smaller weight and dimensions, as well as a simpler and more technologically advanced design.

Известен регулируемый дроссельный делитель потока, состоящий из корпуса, в котором расположены делительный и уравнительный золотники, при этом уравнительный золотник выполнен полым, и в его стенках выполнены отверстия для обеспечения подвода жидкости, а с двух сторон рабочей зоны цилиндра выполнены два ряда дроссельных отверстий, через которые подается управляющие давления (RU 14262 2000.07.10).An adjustable throttle flow divider is known, consisting of a housing in which the dividing and equalizing spools are located, while the equalizing spool is made hollow, and holes are made in its walls to ensure fluid supply, and two rows of throttle holes are made on both sides of the working area of the cylinder, through which are supplied with control pressure (RU 14262 2000.07.10).

Недостатками данной конструкции является то, что она зависима от самой гидросистемы, и в случае отсутствия расхода жидкости или необходимого давления, регулирование соотношение деления потока будет невозможным. Это критично для роботизированных транспортных средств и автономных платформ. Следующим недостатком является то, что данная конструкция является делителем потока, а не сумматором. Еще одним недостатком является то, что в данной конструкции отсутствует место для установки датчика положения делительного золотника, из чего следует, что информация о его положении будет поступать с датчика расхода, которая, во-первых, будет иметь сильное запаздывание относительно реального положения, а, во-вторых, будет зашумлена колебаниями давления, и, соответственно, расхода. Исходя из этого, система управления будет крайне неэффективна для динамического регулирования деления потока.The disadvantages of this design is that it is dependent on the hydraulic system itself, and in the absence of fluid flow or the necessary pressure, regulation of the flow division ratio will be impossible. This is critical for robotic vehicles and autonomous platforms. The next disadvantage is that this design is a flow divider, not an adder. Another disadvantage is that in this design there is no place to install the position sensor of the dividing spool, which means that information about its position will come from the flow sensor, which, firstly, will have a strong delay relative to the actual position, and, secondly, it will be noisy by pressure fluctuations, and, accordingly, flow rates. Based on this, the control system will be extremely inefficient for dynamic control of the flow division.

Наиболее близким аналогом является устройство, состоящее из корпуса, имеющего две полости, а также одно входное и два выходных отверстия и пары отверстий для соединения полостей, делительного и уравнительного золотников, а также рычажной передачи, установленной внутри корпуса и связывающей вал, установленный внутри корпуса, с делительным золотником (DE 19630030 А1 1998.01.29).The closest analogue is a device consisting of a housing having two cavities, as well as one inlet and two outlets and a pair of holes for connecting the cavities, dividing and equalizing spools, as well as a lever transmission installed inside the housing and connecting the shaft installed inside the housing, with dividing spool (DE 19630030 A1 1998.01.29).

Одним из недостатком данной конструкции является то, что она не является сумматором потока. Так как сумматор потока обычно устанавливается в линии слива, в то время как делитель потока в линии нагнетания, то сумматор потока способен повышать степень защищенности системы от кавитации за счет потери энергии жидкости на дросселировании. Этот эффект от сумматора потока особенно принципиален в гидросистемах гусеничных машин. Следующим недостатком является отсутствие уплотнений на делительном золотнике. Хотя в конструкции предусмотрены каналы отвода жидкости от делительного золотника обратно в бак, при высоких давлениях утечки в данном месте будут приводить к потерям огромного количества энергии жидкости. Еще одним недостатком является наличии рычажной передачи, так как помимо сложности реализации данного способа преобразования движения в герметичном корпусе, она будет вносить существенные погрешности в значение положения делительного золотника, так как корпус не обладает местом для датчика абсолютного положения, а, значит, датчик положения будет установлен и связан с другим объектом.One disadvantage of this design is that it is not a flow adder. Since the flow accumulator is usually installed in the drain line, while the flow divider is in the discharge line, the flow accumulator is able to increase the degree of protection of the system from cavitation due to the loss of fluid energy during throttling. This effect of the flow accumulator is especially important in the hydraulic systems of tracked vehicles. The next disadvantage is the lack of seals on the dividing spool. Although the design provides for channels to drain the liquid from the pilot valve back to the tank, at high pressures, leaks in this place will lead to a loss of a huge amount of fluid energy. Another disadvantage is the presence of a lever transmission, since in addition to the complexity of implementing this method of converting movement in a sealed housing, it will introduce significant errors in the value of the position of the dividing spool, since the housing does not have a place for an absolute position sensor, which means that the position sensor will installed and linked to another object.

Задачей, поставленной в полезной модели, является разработка устройства с двумя дросселирующими каскадами, помещенными в единый корпус и содержащими делительный и уравнительный золотники, способного выполнять функции разделения потока жидкости с возможностью динамического регулирования соотношения деления в процессе работы гидравлической системы, при этом данное устройство должно включаться в линию слива.The task set in the utility model is to develop a device with two throttling cascades placed in a single housing and containing dividing and equalizing spools, capable of performing the functions of dividing the fluid flow with the possibility of dynamically adjusting the dividing ratio during the operation of the hydraulic system, while this device must be turned on into the drain line.

Техническим результатом полезной модели является динамическое изменение соотношения деления (суммирования) потоков жидкости без использования объемных гидромашин и рабочей среды в системах высокого давления.The technical result of the utility model is a dynamic change in the ratio of division (summation) of fluid flows without the use of volumetric hydraulic machines and the working medium in high-pressure systems.

Технический результат достигается за счет того, что дроссельный регулируемый сумматор потока, состоящий из двух каскадов, помещенных в единый корпус, содержащий отверстия, соединяющие оба каскада, делительного и уравнительного золотников, находящихся в делительном и уравнительном каскадах соответственно, входных и выходного отверстий, соединенных с уравнительным и делительным каскадами соответственно, согласно настоящей полезной модели его делительный золотник имеет резьбу, позволяющую передавать на него движение по передаче винт-гайка, при этом золотник будет выступать в роли винта, а на наружной стороне делительного каскада установлена вилка, останавливающая прокрутку делительного золотника, а корпус сумматора потока оснащен крышкой, имеющей слот для установки датчика положения. При этом на наружной стороне делительного золотника имеется ограничитель, фиксирующий перемещение золотника контактом с вилкой, а каскады сумматора потока выполнены съемными гильзами.The technical result is achieved due to the fact that the throttling adjustable flow adder, consisting of two stages placed in a single housing, containing holes connecting both stages, dividing and equalizing spools located in the dividing and equalizing stages, respectively, inlet and outlet holes connected to balancing and dividing cascades, respectively, according to this utility model, its dividing spool has a thread that allows you to transfer movement to it through the screw-nut transmission, while the spool will act as a screw, and a fork is installed on the outer side of the dividing cascade, which stops the scrolling of the dividing spool, and the body of the flow totalizer is equipped with a cover with a slot for installing a position sensor. At the same time, on the outer side of the dividing spool there is a limiter that fixes the movement of the spool by contact with the fork, and the cascades of the flow adder are made with removable sleeves.

Полезная модель поясняется чертежом. На чертеже представлен сумматор потока (далее - сумматор) в разрезе, где 1 - корпус сумматора, в который вставляются уравнительный каскад 5 и делительный каскад 6, 2 и 3 -входные штуцеры, 4 - выходной штуцер, 7 - уравнительный золотник, 8 -делительный золотник. 9 - вилка, 10 - крышка со слотом под датчик положения, 11 - ограничитель, 12 - резьба для подачи движения, 13 и 14 -каналы, соединяющие каскады.The utility model is illustrated by a drawing. The drawing shows the flow adder (hereinafter referred to as the adder) in a section, where 1 is the body of the adder, into which the equalizing stage 5 and the dividing stage 6 are inserted, 2 and 3 are inlet fittings, 4 is the outlet fitting, 7 is the equalizing spool, 8 is the dividing spool. 9 - fork, 10 - cover with a slot for the position sensor, 11 - limiter, 12 - thread for supplying movement, 13 and 14 - channels connecting the cascades.

Предлагаемая конструкция состоит из корпуса 1, имеющего полости для каскадов, а также каналы 13 и 14, соединяющие данные полости, в который вкручены по резьбе штуцеры 2,3 и 4, через которые будет подаваться жидкость в уравнительный каскад и вытекать из делительного, каскадов 5 и 6, которые вставлены в полости корпуса и закреплены винтами, золотников 7 и 8, вставленных в соответствующие каскады и образующих с корпусами данных каскадов переменные дроссели, вилки 9, которая крепится к делительному каскаду винтами и останавливает прокручивание золотника, крышки 10 со слотом для датчика положения, которая крепится к корпусу сумматора винтами, ограничителя 11, который срабатывает при контакте с вилкой, резьбы 12, которая преобразует движение с гайки, закрепленной на выходном валу привода, в движение делительного золотника.The proposed design consists of a body 1 with cavities for cascades, as well as channels 13 and 14 connecting these cavities, into which fittings 2,3 and 4 are screwed into the thread, through which fluid will be supplied to the equalizing cascade and flow out of the dividing cascade 5 and 6, which are inserted into the cavities of the body and fixed with screws, spools 7 and 8, inserted into the corresponding cascades and forming variable chokes with the bodies of these cascades, fork 9, which is attached to the dividing cascade with screws and stops the spool from scrolling, cover 10 with a slot for the sensor position, which is attached to the body of the adder with screws, limiter 11, which is triggered by contact with the fork, thread 12, which converts the movement from the nut mounted on the drive output shaft into the movement of the dividing spool.

Предлагаемый дроссельный регулируемый сумматор потока работает следующим образом.The proposed throttle adjustable flow adder works as follows.

Жидкость под давлением подается через входные штуцеры 2 и 3, попадая в уравнительный каскад. Если разница силы давления жидкости, подаваемой через штуцеры 2 и 3, больше силы трения покоя, то золотник 7 придет в движение, своим смещением изменяя сопротивление дросселей, образованных самим золотником и корпусом каскада. При этом золотник будет увеличивать гидравлическое сопротивление дросселя в той полости, где больше давление, уменьшая гидравлическое сопротивление дросселя в другой полости. Отверстия в уравнительном золотнике 7 способствуют демпфированию колебаний в процессе установления расходов. После прохождения уравнительного каскада жидкость по каналам 13 и 14 перетекает в делительный каскад, где оба потока проходят через еще одну пару регулируемых дросселей, образованных золотником 8 и корпусом каскада, сливаясь в один поток и вытекая через штуцер 4.Liquid under pressure is supplied through the inlet fittings 2 and 3, entering the equalizing cascade. If the difference in the pressure force of the fluid supplied through the fittings 2 and 3 is greater than the static friction force, then the spool 7 will move, changing the resistance of the throttles formed by the spool itself and the cascade body by its displacement. In this case, the spool will increase the hydraulic resistance of the throttle in the cavity where there is more pressure, reducing the hydraulic resistance of the throttle in another cavity. The holes in the equalizing spool 7 contribute to the damping of oscillations in the process of setting the flow rates. After passing through the equalizing cascade, the liquid flows through channels 13 and 14 into the dividing cascade, where both flows pass through another pair of adjustable throttles formed by the spool 8 and the cascade body, merge into one stream and flow out through the fitting 4.

Основной особенностью предлагаемой конструкции является возможность изменения соотношения разделения потоков динамически, другими словами, непосредственно в процессе работы гидросистемы, причем без участия оператора. Это особенно актуально в гидравлических системах мобильных роботизированных транспортных средств. Так как данная конструкция является сумматором потока, то она включается в линию слива и, соответственно, создает потери давления именно там, что важно в случае возможности возникновения кавитации, например в гидроприводе гусеничной платформы.The main feature of the proposed design is the ability to change the flow separation ratio dynamically, in other words, directly during the operation of the hydraulic system, and without the participation of an operator. This is especially true in the hydraulic systems of mobile robotic vehicles. Since this design is a flow accumulator, it is included in the drain line and, accordingly, creates pressure losses exactly there, which is important in case of the possibility of cavitation, for example, in the hydraulic drive of a caterpillar platform.

Предлагаемая конструкция разделяет поток жидкости в соотношении, пропорциональном соотношению гидравлических сопротивлений дросселей в делительном каскаде. Гидравлическое сопротивление данных дросселей определяется степенью смещения золотника 8, который получает движение через передачу винт-гайка от привода, выступая в роли винта по резьбе 12. За счет специальной формы данного золотника, он практически полностью разгружен относительно давления жидкости, и необходимое усилие для его сдвига определяется трением в уплотнениях. Для максимально возможной точности позиционирования делительного золотника, внутри корпуса предусмотрено место для установки датчика абсолютного положения.The proposed design divides the fluid flow in a ratio proportional to the ratio of the hydraulic resistances of the throttles in the dividing stage. The hydraulic resistance of these throttles is determined by the degree of displacement of the spool 8, which receives movement through the screw-nut transmission from the drive, acting as a screw on the thread 12. Due to the special shape of this spool, it is almost completely unloaded with respect to the fluid pressure, and the force required to shift it determined by the friction in the seals. For the highest possible positioning accuracy of the dividing spool, a place is provided inside the housing for installing an absolute position sensor.

Так, при смещении золотника 8 в новое положение, в гидросистеме начнется переходной процесс, золотник 7 сместится для обеспечения необходимых сопротивлений дросселей, вследствие чего расходы установятся в соотношении, равному соотношению гидравлических сопротивлений дросселей в делительном каскаде.So, when the spool 8 is moved to a new position, a transient process will begin in the hydraulic system, the spool 7 will shift to provide the necessary throttle resistances, as a result of which the flow rates will be set in a ratio equal to the ratio of the hydraulic resistances of the throttles in the dividing stage.

Предложенное решение позволяет независимо от гидросистемы и без участия оператора изменять соотношение деления потока динамически в системах высокого давления, при этом не используя крупногабаритную технику. При этом данное устройство является сумматором потока, а также в нем обеспечен способ точного отслеживания положения регулирующего золотника. Все вышеперечисленное обеспечивает широкий функционал устройства, при его простоте конструкции и сборке. За счет этого обеспечивается его промышленная применимость и возможность изготовления на стандартном оборудовании.The proposed solution allows, independently of the hydraulic system and without the participation of the operator, to change the flow division ratio dynamically in high-pressure systems, without using large-sized equipment. Moreover, this device is a flow adder, and it also provides a method for accurately tracking the position of the control spool. All of the above provides a wide functionality of the device, with its simplicity of design and assembly. This ensures its industrial applicability and the possibility of manufacturing on standard equipment.

Claims

1. Throttle adjustable flow adder, consisting of two stages placed in a single housing containing holes connecting both stages, dividing and equalizing spools located in the dividing and equalizing stages, respectively, inlet and outlet holes connected to equalizing and dividing stages, respectively, characterized in that the dividing spool has a thread that allows it to transmit movement through the screw-nut transmission, and on the outer side of the control cascade there is a fork that stops the scrolling of the control spool, and the body of the flow adder is equipped with a cover with a slot for installing a position sensor.

2. The flow accumulator according to claim 1, characterized in that on the outer side of the dividing spool there is a limiter that fixes the movement of the spool by contact with the fork.

3. The flow adder according to claim 1, characterized in that each of the cascades is made with a removable sleeve.