RU2127686C1

RU2127686C1 - Pump hydraulic drive

Info

Publication number: RU2127686C1
Application number: RU97107403A
Authority: RU
Inventors: П.Г. Редько; А.В. Амбарников; В.И. Тычкин; В.М. Рябов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод "Восход"
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1999-03-20

Abstract

FIELD: transport engineering; control system mechanisms of different vehicles, ships, test machinery, etc. SUBSTANCE: cut-in hydraulic valve and external load feedback device are installed in high-pressure pump suction hydraulic line. Control chamber of cut-in hydraulic valve is connected with low-pressure pump feed hydraulic line. External load feedback device is made in form of spring-loaded cylinder with control chamber connected with high-pressure pump feed hydraulic line and provided with working ports in form of triangles whose bases are pointed to port closing side and summary area of which is equal to value providing flow rate not exceeding value of geometrical delivery of high pressure pump at minimum speed of drive shaft. Spring of external feedback device is installed without preloading, and spring of displacer is installed with preloading providing required increment of setting force in proportion to increment of temperature of working liquid in hydraulic tank. EFFECT: increased stability of speed and load characteristics within wide range of working liquid temperature variations in hydraulic tank, and considerable rise in drive shaft speed, increased service life of hydraulic drive. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к насосным гидроприводам, нашедшим самое широкое распространение во многих отраслях машиностроения в качестве исполнительного механизма в системах управления дорожно-транспортных машин, в системах автоматики, в станкостроении, самолетостроении и др. The present invention relates to pumping hydraulic drives, which have found the widest distribution in many branches of mechanical engineering as an actuating mechanism in control systems of road transport machines, in automation systems, in machine tool building, aircraft building, etc.

Известны аксиально-плунжерные насосы, с клапанно-щелевым распределением переменной производительности (Т. М.Башт. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. - М.: Машиностроение, 1974, с.407, рис.164), регулятор производительности которого выполнен в виде подпружиненного дифференциального штока, жестко связанного с помощью диска с регулировочными втулками, подвижно посаженными на плунжерах. Known axial-plunger pumps with valve-slotted distribution of variable capacity (T. M. Basht. Volumetric pumps and hydraulic motors of hydraulic systems. - M.: Mashinostroenie, 1974, p.407, Fig. 164), the performance controller of which is made in the form spring-loaded differential rod, rigidly connected with the help of a disk with adjusting bushings, movably mounted on the plungers.

Известны радиально-плунжерные насосы с клапанно-щелевым распределением переменной производительности ( там же, с.417, рис.171), регулирование которой осуществляется путем ограничения объема рабочей жидкости, поступающей в полость всасывания. Known radial plunger pumps with valve-slit distribution of variable capacity (ibid., P. 417, Fig. 171), the regulation of which is carried out by limiting the volume of working fluid entering the suction cavity.

Известны аксиально-поршневые насосы (там же, с. 423, рис.174, б), регулирование подачи которых осуществляется изменением угла наклона люльки с помощью силового цилиндра, поршневая полость которого с целью недопущения перегрузки приводного электродвигателя при пуске может соединяться с гидробаком при помощи электромагнитного трехходового золотника. Axial-piston pumps are known (ibid., P. 423, Fig. 174, b), the supply of which is controlled by changing the angle of the cradle using a power cylinder, the piston cavity of which can be connected to the hydraulic tank with the purpose of preventing overload of the drive motor during start-up electromagnetic three-way spool.

Известны гидромеханические передачи постоянной выходной скорости (там же, с.449, рис.187), состоящие из регулируемого насоса, имеющего переменное число оборотов приводного вала и нерегулируемого гидромотора, на валу которого установлен центробежный регулятор, связанный с клапаном, дозирующим подачу рабочей жидкости в полость гидроцилиндра, управляющего наклоном люльки насоса. Hydromechanical transmissions of constant output speed are known (ibid., P. 499, Fig. 187), consisting of an adjustable pump having a variable number of revolutions of the drive shaft and an unregulated hydraulic motor, on the shaft of which there is a centrifugal regulator connected to a valve dosing the supply of working fluid to cavity of the hydraulic cylinder controlling the inclination of the cradle of the pump.

Наиболее близким по технической сущности является электрогидравлический привод с объемным регулированием (Гидравлический следящий привод. Под ред. Лещенко В. А. и др. - М.: Машиностроение, 1968, с.513-516, рис.7.15, 7.17), содержащий гидродвигатель, золотниковый гидрораспределитель, гидробак с наддувом и электропроводную насосную станцию с насосом переменной производительности, основной аксиально-поршневой насос регулируемой производительности, шестеренного насоса управления, гидробака, поршня, являющегося исполнительным звеном в механизме управления, пятилинейного управляющего золотника, клапанной коробки, предохранительного клапана и др. The closest in technical essence is an electro-hydraulic drive with volumetric regulation (Hydraulic servo drive. Edited by V. Leshchenko et al. - M.: Mechanical Engineering, 1968, pp. 513-516, Fig. 7.15, 7.17), containing a hydraulic motor , spool valve, pressurized hydraulic tank and electrically conductive pump station with variable displacement pump, main variable displacement axial piston pump, gear control pump, hydraulic tank, piston, which is an executive link in the control mechanism laziness, five-line control valve, valve box, safety valve, etc.

Известны достоинства автономных рулевых гидроприводов данного класса (см. там же, с. 495-497), основным из которых являются сравнительно высокий КПД и ресурс, минимальный вес и габариты, значительно меньший нагрев рабочей жидкости, бесступенчатое регулирование скорости. The advantages of autonomous steering hydraulic drives of this class are known (see ibid., Pp. 495-497), the main of which are relatively high efficiency and resource, minimal weight and dimensions, significantly less heating of the working fluid, stepless speed regulation.

Однако широко известны и недостатки известных насосных гидроприводов. Наиболее существенными из них являются нестабильность скоростных и нагрузочных характеристик при значительном изменении температуры рабочей жидкости и при колебании числа оборотов приводного вала насосов. Кроме того, много отказов у известных гидроприводов имеет место во время пуска, особенно в условиях отрицательных температур окружающей среды. However, the well-known disadvantages of known pumping hydraulic drives. The most significant of them are the instability of speed and load characteristics with a significant change in the temperature of the working fluid and with a fluctuation in the number of revolutions of the drive shaft of the pumps. In addition, many failures in known hydraulic drives occur during start-up, especially in conditions of negative ambient temperatures.

Целью предполагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение стабильности скоростных и нагрузочных характеристик в условиях широкого диапазона изменения температуры рабочей жидкости в гидробаке и значительного колебания числа оборотов приводного вала, а также повышения срока службы гидропривода путем снижения нагрузки на приводном валу при пуске. The aim of the proposed invention is to eliminate these drawbacks, namely increasing the stability of speed and load characteristics in a wide range of changes in the temperature of the working fluid in the hydraulic tank and a significant fluctuation in the number of revolutions of the drive shaft, as well as increasing the service life of the hydraulic drive by reducing the load on the drive shaft during start-up.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом насосном гидроприводе в гидролинии всасывания насоса высокого давления установлены гидроклапан включения, камера управления которого соединена с гидролинией подачи насоса низкого давления, и устройство обратной связи по внешней нагрузке, выполненное в виде подпружиненного цилиндра, снабженного камерой управления, соединенной с гидролинией подачи насоса высокого давления, и рабочими окнами, выполненными, например, в виде треугольников, основания которых обращены в сторону закрытия окон, а их суммарная площадь равна величине, обеспечивающей расход, не превышающий величину геометрической подачи насоса высокого давления при минимальном числе оборотов приводного вала, при этом пружина устройства обратной связи по внешней нагрузке установлена без предварительного поджатия, а пружина вытеснительного устройства установлена с поджатием, обеспечивающим необходимое приращение установочного усилия пропорционально приращению температуры рабочей жидкости в гидробаке. This goal is achieved by the fact that in the proposed pump hydraulic drive in the suction line of the high-pressure pump, an on-off valve is installed, the control chamber of which is connected to the supply line of the low-pressure pump, and an external load feedback device made in the form of a spring-loaded cylinder equipped with a control chamber connected with a hydraulic line for the high pressure pump, and working windows, made, for example, in the form of triangles, the bases of which are facing the closed side I have windows, and their total area is equal to a flow rate that does not exceed the geometric feed of the high-pressure pump with a minimum number of revolutions of the drive shaft, while the spring of the feedback device for external load is installed without preliminary preload, and the spring of the displacing device is installed with preload, providing the necessary increment of the installation effort is proportional to the increment of the temperature of the working fluid in the hydraulic tank.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом, где представлена его общая схема. The essence of the alleged invention is illustrated in the drawing, which presents its General scheme.

Насосный гидропривод содержит плунжерный насос высокого давления 1 с клапанно-щелевым распределением, расположенный с ним на общем приводном валу насос низкого давления 2, исполнительный гидродвигатель 3, электрогидроусилитель 4, устройство обратной связи по внешней нагрузке, выполненное в виде цилиндра 5, подпружиненного пружиной 6, снабженное камерой управления 7 и расположенными на его поверхности рабочими окнами 8, установленный в гидролинии всасывания 9 гидроклапан включения 10, снабженный камерой управления 11, гидробак 12 с вытеснительным устройством, выполненным в виде поршня 13, поджатого пружиной 14, заправочный клапан 15, предохранительные клапаны 16 и 17. The hydraulic pump contains a high-pressure plunger pump 1 with valve-slot distribution, located on it on a common drive shaft, a low-pressure pump 2, an actuator hydraulic motor 3, an electric hydraulic booster 4, an external load feedback device, made in the form of a cylinder 5, spring loaded 6, equipped with a control chamber 7 and working windows 8 located on its surface, installed in the intake line 9, an on-off valve 10, equipped with a control chamber 11, a hydraulic tank 12 with a displacer A device made in the form of a piston 13, preloaded by a spring 14, a filling valve 15, safety valves 16 and 17.

При пуске приводного вала насос высокого давления 1 благодаря тому, что его гидролиния всасывания 9 перекрыта, а пружина 6 установлена без предварительного поджатия, находится в режиме нулевой подачи без противодавления, обеспечивая тем самым минимальную нагрузку на приводном валу, а насос низкого давления 2 по мере набора оборотов обеспечивает набор давления до своей номинальной величины, на которую настроено начало срабатывания пружины клапана включения 10, открывая гидролинию всасывания 9 насоса высокого давления 1 для прохода рабочей жидкости из гидробака 12 через рабочие окна 8 к насосу 1, который обеспечивает подачу к рабочим буртам золотника электрогидроусилителя 4 и в камеру управления 7, осуществляя перемещение цилиндра 5 и пружины 6 в сторону закрытия окон 8 и затяжки пружины 6, переводя насос 1 на режим нулевой подачи при максимальном давлении. When the drive shaft starts up, the high pressure pump 1, due to the fact that its suction line 9 is closed and the spring 6 is installed without preliminary preloading, is in the zero flow mode without backpressure, thereby ensuring a minimum load on the drive shaft, and the low pressure pump 2 as a set of revolutions provides a set of pressure up to its nominal value, which is set to start the actuation of the spring of the on-valve 10, opening the suction line 9 of the high-pressure pump 1 for the passage of the working fluids from the hydraulic tank 12 through the working windows 8 to the pump 1, which feeds the electric spool 4 to the working shoulders of the spool 4 and into the control chamber 7, moving the cylinder 5 and spring 6 in the direction of closing the windows 8 and tightening the spring 6, transferring pump 1 to zero mode feed at maximum pressure.

Очевидно, что величина подачи насоса высокого давления 1, а следовательно, и скорость исполнительного гидродвигателя 3, будет зависеть только от расхода рабочей жидкости через окна 8 и не будет реагировать на изменение числа оборотов приводного вала, что и позволяет обеспечить стабильность скоростных характеристик привода в широком диапазоне изменения числа оборотов приводного вала. Obviously, the flow rate of the high-pressure pump 1, and therefore the speed of the actuating hydraulic motor 3, will depend only on the flow rate of the working fluid through the windows 8 and will not respond to changes in the number of revolutions of the drive shaft, which will ensure the stability of the speed characteristics of the drive in a wide a range of changes in the number of revolutions of the drive shaft.

С ростом температуры рабочей жидкости в гидробаке 12, вследствие расширения ее объема, последующего смещения поршня 13 и увеличения затяжки пружины 14 увеличивается перепад давления на кромках рабочих окон 8, который приводит к увеличению подачи насоса 1 на величину суммарных утечек в приводе, связанных с ростом температуры рабочей жидкости, что и позволяет обеспечить стабильность скоростных и нагрузочных характеристик при значительном изменении температуры рабочей жидкости. With increasing temperature of the working fluid in the hydraulic tank 12, due to the expansion of its volume, the subsequent displacement of the piston 13 and the increase in the tightening of the spring 14, the pressure drop across the edges of the working windows 8 increases, which leads to an increase in the pump 1 by the amount of total leakage in the drive associated with an increase in temperature working fluid, which allows to ensure the stability of speed and load characteristics with a significant change in the temperature of the working fluid.

Команда, поступающая в электрогидроусилитель 4 в виде электрического сигнала управления, преобразуется в перемещение золотника, обеспечивая соединение одной из полостей гидродвигателя 3 с гидролинией подачи насоса 1, а другой - с гидробаком 12. В зависимости от величины и знака управляющего сигнала обеспечивается перемещение поршня гидродвигателя 3 в ту или иную сторону с определенной скоростью. The command received in the electric power amplifier 4 in the form of an electric control signal is converted into a slide valve movement, ensuring that one of the cavities of the hydraulic motor 3 is connected to the hydraulic line of the pump 1 and the other to the hydraulic tank 12. Depending on the size and sign of the control signal, the piston of the hydraulic motor 3 is moved in one direction or another with a certain speed.

При этом максимальному управляющему сигналу соответствует максимальное открытие рабочих окон 8 и максимальная подача насоса 1, а минимальному сигналу - минимальное открытие окон 8 и минимальная подача насоса 1. При отсутствии управляющего сигнала подача насоса 1 практически отсутствует, а цилиндр 5 под воздействием заданного максимального давления подачи смещается, преодолевая противодействие пружины 6, в положение полного закрытия окон 8. In this case, the maximum control signal corresponds to the maximum opening of the working windows 8 and the maximum supply of pump 1, and the minimum signal corresponds to the minimum opening of windows 8 and the minimum supply of pump 1. In the absence of a control signal, the supply of pump 1 is practically absent, and cylinder 5 is under the influence of the specified maximum supply pressure shifted, overcoming the reaction of the spring 6, in the position of the complete closure of the windows 8.

Следует подчеркнуть, что результаты многочисленных исследований насосных гидроприводов, выполненных в соответствии с предлагаемой принципиальной схемой и эксплуатируемых при оборотах приводного вала до 18000 об/мин и рабочих давлениях до 280 кгс/см², подтвердили высокую надежность, работоспособность и стабильность выходных параметров в широком диапазоне внешних воздействующих факторов.It should be emphasized that the results of numerous studies of pumping hydraulic drives, performed in accordance with the proposed circuit diagram and operated at drive shaft speeds of up to 18,000 rpm and operating pressures of up to 280 kgf / cm ² , have confirmed the high reliability, availability and stability of the output parameters in a wide range external factors.

Claims

A hydraulic pump containing a high-pressure plunger pump with valve-slot distribution and a low pressure pump located on a common drive shaft and interconnected by hydraulic lines, an hydraulic actuator, an electric hydraulic booster, an external load feedback device and a hydraulic tank equipped with a displacement device made in the form of a spring-loaded piston , characterized in that in the suction line of the high pressure pump installed hydraulic valve, the control chamber of which is connected with a low pressure pump supply line and an external load feedback device made in the form of a spring-loaded cylinder equipped with a control chamber connected to the high pressure pump supply line and working windows made, for example, in the form of triangles, the bases of which are turned to the side closing of windows, and their total area is equal to a value that provides a flow rate that does not exceed the value of the geometrical feed of the high-pressure pump with a minimum number of revolutions of the drive shaft, while dinner of the external load feedback device is installed without preliminary preload, and the spring of the displacing device is installed with preload, which provides the necessary increment of the installation force in proportion to the increment of the temperature of the working fluid in the hydraulic tank.