RU2239103C1

RU2239103C1 - Hydraulic system

Info

Publication number: RU2239103C1
Application number: RU2003109399/06A
Authority: RU
Inventors: А.С. Каверзина (RU); А.С. Каверзина; И.Н. Пилюгаев (RU); И.Н. Пилюгаев
Original assignee: Красноярский государственный технический университет
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-10-27

Abstract

FIELD: hydraulics.

SUBSTANCE: hydraulic system has main pump connected with the sucking vessel through a pipe, drain line connected to the vessel, fluid cooler, jet pump mounted inside the vessel whose housing is spring-loaded with respect to the vessel tank, slide valve of the distributor mounted in the drain line whose one end is connected with the cooler and the other end is connected with the jet pump, and fluid parameter pickup connected to the slide valve. The outlet of the jet pump is connected with the sucking pipeline of the main pump. The mixing chamber is in communication with the vessel. The fluid parameter pickup is made of a hydraulic resistance and is mounted in the drain line upstream of the slide valve. The face space of the slide valve opposite to the spring is connected with the passage which is in communication with the drain line upstream of the fluid parameter pickup. The fluid heater is interposed between the slide valve and the face space of the jet pump. The wall of the sucking pipeline is provided with two check valves made of flexible plates..

EFFECT: enhanced accuracy of temperature control and simplified design.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может быть использовано в гидравлических системах транспортных средств, работающих на открытом воздухе.The invention relates to mechanical engineering hydraulics and can be used in the hydraulic systems of vehicles operating outdoors.

Известен регулятор температуры рабочей жидкости, содержащий подогреватель и охладитель рабочей жидкости и распределитель потока между ними, выполненный в виде подпружиненного золотника, связанного торцевыми полостями с гидравлическим сопротивлением (а.с. СССР N 635300, МКИ F 15 В 13/02, G 05 D 23/12, 1978 г.).Known temperature regulator of the working fluid, containing a heater and a cooler of the working fluid and a flow distributor between them, made in the form of a spring-loaded spool connected by end cavities with hydraulic resistance (AS USSR N 635300, MKI F 15 V 13/02, G 05 D 23/12, 1978).

Недостатком этого изобретения является невысокая точность регулирования температуры из-за возможности проявления режима автоколебания золотника, управляемого двумя датчики параметра рабочей жидкости (гидравлическим сопротивлением и дросселем с температурной компенсацией). Кроме того, в известном изобретении осуществляется одновременный разогрев всего объема жидкости, находящейся в гидросистеме. Это увеличивает время выхода на оптимальный тепловой режим, снижает эффективность применения регулятора рабочей жидкости.The disadvantage of this invention is the low accuracy of temperature control due to the possibility of manifestation of the self-oscillation mode of the spool controlled by two sensors of the working fluid parameter (hydraulic resistance and choke with temperature compensation). In addition, in the known invention is the simultaneous heating of the entire volume of fluid in the hydraulic system. This increases the time to reach the optimum thermal regime, reduces the efficiency of the use of the working fluid regulator.

Наиболее близкой к заявляемой является гидравлическая система, например, транспортного средства, содержащая основной насос, связанный с баком всасывающим патрубком, сливную линию, связанную с баком, теплообменник (охладитель), размещенный в баке струйный насос, корпус которого подпружинен относительно стенки бака, золотник, установленный в сливной линии, один из выходов которого подключен к теплообменнику, а другой - к входу струйного насоса, и датчик параметра рабочей жидкости, связанный с элементом управления золотника, причем выход струйного насоса подключен к всасывающему патрубку основного насоса, а камера смешения связана с баком, датчик параметра рабочей жидкости выполнен в виде датчика температуры с эластичной емкостью, заполненной жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения и размещенной между пружиной и корпусом струйного насоса, кинематически связанного с золотником (а.с. СССР N 1193309, МКИ F15 В 21/04, 1985 г.).Closest to the claimed is a hydraulic system, for example, a vehicle, containing a main pump connected to the tank by a suction pipe, a drain line connected to the tank, a heat exchanger (cooler), a jet pump located in the tank, the casing of which is spring-loaded relative to the tank wall, a spool, installed in the drain line, one of the outputs of which is connected to a heat exchanger, and the other to the input of the jet pump, and a sensor of the working fluid parameter associated with the control element of the spool, and the output of the jet pump is connected to the suction port of the main pump, and the mixing chamber is connected to the tank, the working fluid parameter sensor is made in the form of a temperature sensor with an elastic tank filled with a liquid with a large coefficient of volume expansion and placed between the spring and the body of the jet pump kinematically connected with the spool ( AS USSR N 1193309, MKI F15 B 21/04, 1985).

Эта гидравлическая система не обеспечивает высокой точности поддержания температуры, так как эластичная герметичная емкость, заполненная жидкостью с большим коэффициентом объемного расширения, имеет большую инерционность. Это приводит к тому, что основной насос при низкой температуре работает в неблагоприятном кавитационном режиме. Известно (см. книгу Каверзина С.В. и др. Обеспечение работоспособности гидравлического привода при низких температурах. -Красноярск: 1998. -240 с.), что практически во всех современных самоходных гидрофицированных машинах, эксплуатируемых на открытом воздухе, вместимость бака равна подаче насоса за одну минуту. Таким образом, полный оборот по гидросистеме жидкость совершает примерно за одну минуту. Продолжительность разогрева жидкости, находящейся в эластичной емкости, составляет несколько минут, так как теплообмен этой жидкости с рабочей жидкостью гидросистемы затруднен стенкой эластичной емкости.This hydraulic system does not provide high accuracy of temperature maintenance, since an elastic sealed container filled with a liquid with a large coefficient of volume expansion has a large inertia. This leads to the fact that the main pump at low temperature operates in an unfavorable cavitation mode. It is known (see the book by S. Kaverzin and others. Ensuring the operability of the hydraulic drive at low temperatures. -Krasnoyarsk: 1998. -240 s.) That in almost all modern hydroficated self-propelled machines operated outdoors, the tank capacity is equal to the feed pump in one minute. Thus, a fluid completes a complete revolution in the hydraulic system in about one minute. The duration of heating a fluid in an elastic tank is several minutes, since the heat exchange of this fluid with the hydraulic fluid is hindered by the wall of the elastic tank.

Кроме того, теплопроводность самой жидкости (соизмеримая с теплопроводностью теплоизоляционного материала асбеста) не позволяет обеспечивать высокую интенсивность разогрева. Все это приводит к тому, что перемещение корпуса струйного насоса в сторону всасывающего патрубка происходит с большой инерционностью. В этот период основной насос работает в режиме кавитации. Таким образом, рассматриваемая гидравлическая система не обеспечивает достаточной точности регулирования температуры и, как следствие, не обеспечивает эффективную работу гидропривода.In addition, the thermal conductivity of the liquid itself (commensurate with the thermal conductivity of the heat-insulating material of asbestos) does not allow for a high intensity of heating. All this leads to the fact that the movement of the housing of the jet pump towards the suction pipe occurs with great inertia. During this period, the main pump operates in cavitation mode. Thus, the hydraulic system in question does not provide sufficient accuracy for temperature control and, as a result, does not provide efficient operation of the hydraulic drive.

Кроме того, известная гидравлическая система имеет еще один недостаток. При полном соединении струйного насоса со всасывающим патрубком возможны две нежелательные ситуации. Во-первых, если поток рабочей жидкости из сливной линии, проходящий через струйный насос, больше требуемого основному насосу, то возможно разрушение корпуса струйного насоса за счет давления рабочей жидкости, поступающей из сливной линии. Во-вторых, если этот поток меньше, тогда основной насос работает в режиме “искусственного голодания”, что приводит к кавитации основного насоса.In addition, the known hydraulic system has another drawback. When the jet pump is fully connected to the suction pipe, two undesirable situations are possible. Firstly, if the flow of the working fluid from the drain line passing through the jet pump is greater than that required by the main pump, then the destruction of the housing of the jet pump due to the pressure of the working fluid coming from the drain line is possible. Secondly, if this flow is less, then the main pump operates in the “artificial starvation” mode, which leads to cavitation of the main pump.

Наконец, известная гидравлическая система конструктивно много сложнее предлагаемого изобретения. Это очевидно при сравнении двух гидросистем.Finally, the known hydraulic system is structurally much more complicated than the present invention. This is evident when comparing two hydraulic systems.

Задачей изобретения является повышение точности регулирования температуры, исключение режима кавитации основного насоса и упрощение конструкции гидросистемы.The objective of the invention is to increase the accuracy of temperature control, the exclusion of the cavitation mode of the main pump and simplifying the design of the hydraulic system.

Поставленная задача решается тем, что в гидравлической системе, содержащей основной насос, связанный с баком всасывающим патрубком, сливную линию, связанную с баком, охладитель рабочей жидкости, размещенный в баке струйный насос, корпус которого подпружинен относительно стенки бака, золотник распределителя, установленный в сливной линии, один из выходов которого подключен к охладителю, а другой - к входу струйного насоса, и датчик параметра рабочей жидкости, связанный с золотником, причем выход струйного насоса подключен к всасывающему патрубку основного насоса, а камера смещения связана с баком, согласно изобретению датчик параметра рабочей жидкости выполнен в виде гидравлического сопротивления и установлен на сливной линии перед золотником, а торцевая полость золотника, оппозитивная пружине, связана с каналом, подключенным к сливной линии перед датчиком параметра рабочей жидкости, на канале между золотником и торцевой полостью струйного насоса установлен подогреватель рабочей жидкости, а в стенке всасывающего патрубка размещены два обратных клапана, выполненных в виде гибких пластин.The problem is solved in that in a hydraulic system containing a main pump connected to the tank by a suction pipe, a drain line connected to the tank, a fluid cooler, a jet pump located in the tank, the casing of which is spring-loaded relative to the tank wall, a spool valve installed in the drain line, one of the outputs of which is connected to the cooler, and the other to the input of the jet pump, and a sensor of the working fluid parameter associated with the spool, and the output of the jet pump is connected to the suction the nozzle of the main pump, and the displacement chamber is connected to the tank, according to the invention, the working fluid parameter sensor is made in the form of hydraulic resistance and is installed on the drain line in front of the spool, and the end cavity of the spool, opposite the spring, is connected to the channel connected to the drain line in front of the working parameter sensor fluid, a working fluid heater is installed on the channel between the spool and the end cavity of the jet pump, and two non-return valves are installed in the wall of the suction pipe in the form of flexible plates.

На фиг.1 показана гидравлическая система; на фиг.2 показаны два обратных клапана всасывающего патрубка.1 shows a hydraulic system; figure 2 shows two check valves of the suction pipe.

Предлагаемая гидравлическая система содержит (см. фиг.1) основной насос 1, связанный всасывающим патрубком 2 с баком 3, сливную линию 4, на которой установлен датчик 5 параметра рабочей жидкости, выполненный в виде гидравлического сопротивления, золотник 6 распределителя 7 непрерывного действия, торцевая полость которого, оппозитивная пружине 8, соединена каналом 9 со сливной линией 4 перед датчиком 5 параметра рабочей жидкости. Два выхода золотника 6 соединены каналами 10 и 11 с баком 3, а третий - каналом 12 со входом в торцевую полость 13 корпуса струйного насоса 14. На канале 11 установлен охладитель 15, а на канале 12 - подогреватель 16. Корпус струйного насоса 14 выполнен ступенчатым с возможностью осевого перемещения в направляющих 17, размещенных в стенке бака 3 и направляющих 18 на подвижной стойке 19. На ступени меньшего диаметра струйного насоса 14 между ступенью большего диаметра и неподвижной стойкой 19 установлена пружина сжатия 20. Камера смешения 21 расположена между коническим насадком 22 корпуса струйного насоса 14 и диффузором 23 всасывающего патрубка 2. На стенке всасывающего патрубка 2 имеются обратные клапаны 24 и 25, выполненные в виде тонких гибких пластин.The proposed hydraulic system contains (see Fig. 1) a main pump 1 connected by a suction pipe 2 to a tank 3, a drain line 4 on which a sensor 5 of the working fluid parameter is installed, made in the form of hydraulic resistance, a spool 6 of a continuous distributor 7, end the cavity of which, the opposite spring 8, is connected by a channel 9 with a drain line 4 in front of the sensor 5 of the working fluid parameter. Two exits of the spool 6 are connected by channels 10 and 11 to the tank 3, and the third by channel 12 with an entrance to the end cavity 13 of the jet pump housing 14. A cooler 15 is installed on channel 11, and a heater is installed on channel 12. The jet pump housing 14 is made stepwise with the possibility of axial movement in the guides 17 located in the wall of the tank 3 and the guides 18 on the movable stand 19. At the stage of a smaller diameter of the jet pump 14 between the stage of the larger diameter and the stationary stand 19, a compression spring 20. A mixing chamber 21 is located between nical nozzle 22 of the jet pump housing 14 and the diffuser 23, the suction nozzle 2. On the wall of the suction pipe 2 there are check valves 24 and 25, made in the form of thin flexible plates.

Гидравлическая система работает следующим образом. При работе гидросистемы на холодной рабочей жидкости, когда вязкость ее очень высокая, на датчике 5 параметра рабочей жидкости возникает перепад давления, пропорциональный вязкости жидкости. Это давление по каналу 9 передается в торцевую полость золотника 6 распределителя 7 непрерывного действия и, преодолев сопротивление пружины S, смещает золотник 6 влево.The hydraulic system operates as follows. When the hydraulic system is operating in a cold working fluid, when its viscosity is very high, a pressure drop proportional to the viscosity of the fluid occurs on the sensor 5 of the working fluid parameter. This pressure is transmitted through channel 9 to the end cavity of the spool 6 of the continuous distributor 7 and, having overcome the resistance of the spring S, shifts the spool 6 to the left.

В зависимости от давления перед датчиком 5 параметра рабочей жидкости, которая является функцией от температуры (вязкости) этой жидкости, изменяется положение золотника 6 распределителя 7 непрерывного действия. При очень низкой температуре весь поток рабочей жидкости из сливной линии 4 пойдет по каналу 12, подогревателю 16 в торцевую полость 13 струйного насоса 14. В полости струйного насоса 14 за счет сопротивления на коническом насадке 22 возникает давление, величина которого пропорциональна температуре жидкости. Это давление по закону Паскаля действует на все внутренние поверхности корпуса струйного насоса 14, в том числе и на неуравновешенную кольцевую поверхность, определяемую разницей большего и меньшего диаметра корпуса струйного насоса 14.Depending on the pressure in front of the sensor 5, the parameter of the working fluid, which is a function of the temperature (viscosity) of this fluid, changes the position of the spool 6 of the distributor 7 continuous operation. At a very low temperature, the entire flow of the working fluid from the drain line 4 will go through the channel 12, the heater 16 into the end cavity 13 of the jet pump 14. In the cavity of the jet pump 14, due to the resistance, a pressure is generated on the conical nozzle 22, the value of which is proportional to the temperature of the liquid. This pressure according to Pascal's law acts on all the internal surfaces of the housing of the jet pump 14, including the unbalanced annular surface, determined by the difference between the larger and smaller diameters of the housing of the jet pump 14.

За счет давления в полости струйного насоса 14 перемещается его корпус в сторону пружины 20. Конический насадок 22 выходит в диффузор 23 всасывающего патрубка 2 и весь поток жидкости из сливной линии 4 идет во всасывающий патрубок 2 и основной насос 1. Это позволяет существенно повысить всасывающую способность основного насоса 1, исключить кавитацию и интенсивно разогреть рабочую жидкость, так как в этом случае в гидросистеме циркулирует ее минимальный объем.Due to the pressure in the cavity of the jet pump 14, its housing moves towards the spring 20. The conical nozzles 22 exit to the diffuser 23 of the suction pipe 2 and the entire fluid flow from the drain line 4 goes to the suction pipe 2 and the main pump 1. This can significantly increase the suction capacity main pump 1, to exclude cavitation and intensively warm the working fluid, since in this case its minimum volume circulates in the hydraulic system.

Когда температура рабочей жидкости повысится, уменьшается перепад давления на датчик 5 параметра жидкости и пружинка 8 сместит золотник 6 - вправо на расстояние, пропорциональное уменьшению перепада давления. При этом канал 12 частично закроется, а канал 10 частично откроется, и часть потока жидкости, пойдет в бак 3, минуя струйный насос 14. Давление жидкости в полости струйного насоса также уменьшится и пружина 20 сместит его корпус влево, тем самым конический насадок 22 частично выйдет из диффузора 23. Часть потока жидкости будет поступать в основной насос 1 из струйного насоса 14, а часть - через камеру смешения 21, диффузор 23 всасывающего патрубка 2. Таким образом, часть жидкости в основной насос 1 будет поступать из бака 3, при этом температура ее в баке 3 повышается за счет жидкости, поступавшей из сливной линии по каналу 10.When the temperature of the working fluid rises, the pressure drop across the fluid parameter sensor 5 decreases and the spring 8 moves the spool 6 to the right by a distance proportional to the decrease in the pressure drop. In this case, the channel 12 partially closes, and the channel 10 partially opens, and part of the fluid flow goes into the tank 3, bypassing the jet pump 14. The fluid pressure in the cavity of the jet pump will also decrease and the spring 20 will shift its body to the left, thereby the conical nozzle 22 partially exits the diffuser 23. Part of the fluid flow will enter the main pump 1 from the jet pump 14, and part through the mixing chamber 21, the diffuser 23 of the suction pipe 2. Thus, part of the liquid into the main pump 1 will come from the tank 3, while its temperature in the tank is 3 p increases due to the fluid coming from the drain line through channel 10.

При дальнейшем повышении температуры жидкости перепад давления на датчике 5 параметра рабочей жидкости еще уменьшится и пружина 8 передвинет золотник 6 вправо. При этом может быть полностью перекрыт канал 12 и весь поток жидкости из сливной линии 4 пойдет по каналу 10 в бак 3. В гидросистеме будет циркулировать весь объем жидкости. Температура жидкости стабилизируется. В этом случае пружина 20 сместит корпус струйного насоса 14 влево и во всасывающий патрубок 2 основного насоса 1 жидкость будет поступать только из бака 3.With a further increase in the temperature of the liquid, the pressure drop across the sensor 5 of the working fluid parameter will still decrease and the spring 8 will move the spool 6 to the right. In this case, channel 12 can be completely blocked and the entire liquid flow from the drain line 4 will go through channel 10 to tank 3. The entire volume of liquid will circulate in the hydraulic system. The fluid temperature is stabilized. In this case, the spring 20 will displace the housing of the jet pump 14 to the left and liquid will come from the tank 3 only to the suction pipe 2 of the main pump 1.

Но если температура жидкости будет еще повышаться, то пружина 8 передвинет золотник 6 в крайнее правое положение и поток жидкости из сливной линии 4 будет поступать по каналу 11, охладителю 15 в бак 3.But if the temperature of the liquid continues to rise, then the spring 8 will move the spool 6 to the extreme right position and the fluid flow from the drain line 4 will flow through channel 11, cooler 15 into the tank 3.

Таким образом, гидравлическая система обеспечивает регулирование температуры рабочей жидкости.Thus, the hydraulic system provides temperature control of the working fluid.

При работе гидравлического привода транспортных средств циклического действия (экскаваторы, бульдозеры, погрузчики, автогрейдеры и др.) жидкость от основного насоса поступает то в поршневую, то в штоковую полости гидроцилиндров. За счет разницы объема поршневой и штоковой полостей в бак возвращается то больший, то меньший объем жидкости, чем перекачивает основной насос. При этом во всасывающем патрубке 2 возникает или избыточное давление или разрежение жидкости. В случае, если конический насадок 22 вошел в диффузор 23, возможно разрушение всасывающего патрубка 2 от избыточного давления или кавитационный режим работы основного насоса 1 при недостаточном объеме жидкости. Для исключения указанных явлений в стенке всасывающего патрубка 2 установлены два обратных клапана 24 и 25, один из которых при открывании сбрасывает избыток жидкости в бак 3, а второй (при разрежении) при открывании забирает недостающую жидкость из бака 3 к основному насосу 1. Чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление всасывающего патрубка 2, обратные клапаны выполнены в виде тонких гибких пластин.During the operation of the hydraulic drive of cyclic vehicles (excavators, bulldozers, loaders, graders, etc.), the liquid from the main pump enters either the piston or the rod end of the hydraulic cylinders. Due to the difference in the volume of the piston and rod cavities, either a larger or a smaller volume of liquid is returned to the tank than the main pump pumps. In this case, in the suction pipe 2 there is either an excess pressure or a rarefaction of the liquid. If the conical nozzle 22 entered the diffuser 23, destruction of the suction pipe 2 from excessive pressure or cavitation mode of operation of the main pump 1 with insufficient fluid volume is possible. To eliminate these phenomena, two check valves 24 and 25 are installed in the wall of the suction pipe 2, one of which, when opened, discharges the excess liquid into the tank 3, and the second (during rarefaction), when opened, takes the missing liquid from the tank 3 to the main pump 1. To reduce hydraulic resistance of the suction pipe 2, check valves are made in the form of thin flexible plates.

В связи с изложенным можно заключить, что предлагаемое изобретение позволяет повышать точность регулирования температуры, исключить кавитационный режим работы основного насоса, а в целом предлагаемая гидравлическая система значительно проще гидравлической системы прототипа.In connection with the foregoing, it can be concluded that the invention allows to increase the accuracy of temperature control, to exclude the cavitation mode of operation of the main pump, and in general, the proposed hydraulic system is much simpler than the hydraulic system of the prototype.

Claims

A hydraulic system comprising a main pump connected to the tank by a suction pipe, a drain line connected to the tank, a fluid cooler, a jet pump located in the tank, the casing of which is spring-loaded relative to the tank wall, a spool valve installed in the drain line, one of the outlets of which is connected to the cooler, and the other to the inlet of the jet pump, and the sensor of the working fluid parameter associated with the spool, and the output of the jet pump is connected to the suction pipe of the main pump, and the chamber is mixed connection is connected with the tank, characterized in that the hydraulic fluid parameter sensor is made in the form of hydraulic resistance and is installed on the drain line in front of the spool, and the spool end cavity, opposite to the spring, is connected by a channel connected to the drain line in front of the hydraulic fluid parameter sensor, on the channel between a spool and an end cavity of the jet pump has a working fluid heater, and two check valves are made in the form of flexible plates in the wall of the suction pipe.