RU2728667C2 - Working fluid supply rate control system - Google Patents
Working fluid supply rate control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728667C2 RU2728667C2 RU2018109662A RU2018109662A RU2728667C2 RU 2728667 C2 RU2728667 C2 RU 2728667C2 RU 2018109662 A RU2018109662 A RU 2018109662A RU 2018109662 A RU2018109662 A RU 2018109662A RU 2728667 C2 RU2728667 C2 RU 2728667C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working fluid
- actuator
- hydraulic
- supply
- hydraulic pump
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
- F04C11/001—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
- F04C14/02—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations specially adapted for several machines or pumps connected in series or in parallel
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к регулируемым насосным установкам.The present invention relates to mechanical engineering, in particular to variable pumping units.
Заявленное техническое решение служит для регулировки скорости подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм с заданной дискретностью, не зависимо от нагрузки на исполнительном механизме (нагрузка в пределах допустимого для данного механизма) и заданных (оптимальных) оборотах основного привода гидронасосов (ДВС, электродвигатель). Дополнительно, при необходимости, скорость подачи рабочей жидкости можно регулировать изменением оборотов основного привода.The claimed technical solution serves to adjust the rate of supply of the working fluid to the actuator with a given discreteness, regardless of the load on the actuator (load within the permissible for this mechanism) and the specified (optimal) speed of the main drive of hydraulic pumps (internal combustion engine, electric motor). Additionally, if necessary, the speed of the working fluid supply can be adjusted by changing the speed of the main drive.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является регулируемая насосная установка (Патент RU 171643, опубл.: 08.06.2017 Бюл. №16), которая содержит приводной двигатель и несколько объемных нерегулируемых насосов, имеющих общий вал, соединенный с валом приводного двигателя, линии всасывания, соединенные с баком рабочей жидкости, линии нагнетания, соединенные в одну общую линию подачи к потребителю, предохранительные клапаны, соединенные с линиями нагнетания и используемые как переливные клапаны, участвующие в процессе регулирования, устройства регулирования подачи, выполненные на пропорциональных гидрораспределителях и установленные на выходе каждого насоса, при этом, регулирующий эффект достигается свойством пропорционального гидрораспределителя, позволяющим плавно увеличивать или уменьшать проходное сечение, через которое рабочая жидкость поступает на исполнительный механизм, т.е., используется дросселирующий эффект, при этом, излишек рабочей жидкости сбрасывается через переливной клапан в бак. Максимальный регулирующий эффект проявляется вначале процесса открывания проходного сечения гидрораспределителя, т.е. это самая чувствительная зона положения регулирующего элемента в пропорциональном гидрораспределителе. Эта чувствительная зона составляет, в зависимости от конструкции, небольшую часть от полного проходного сечения гидрораспределителя. Поэтому, судя по описанию, реализовано несколько аналогичных каналов подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм, в которых используются чувствительные зоны гидрораспределителей. Это значительно расширяет диапазон регулирования подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм. Такой же эффект можно получить при том же количестве пропорциональных гидрораспределителей, но при одном, более мощном объемном нерегулируемом насосе, т.е. нет преимущества от использования нескольких насосов. Это техническое решение предоставлено в двух вариантах: первый - с последовательным включением гидрораспределителей, второй - с параллельным включением. Вариант с параллельным включением будет работать не так, как заявлено в части воздействия на органы управления гидрораспределителей. При воздействии на один гидрораспределитель, т.е., при прикрытии, вплоть до полного закрытия, проходного сечения на слив, поток рабочей жидкости, подаваемый в подающую магистраль, будет уходить в бак через открытые проходы других гидрораспределителей, при этом, в подающей магистрали не создастся необходимое для работы давление. Такой же результат будет, если хотя бы один из гидрораспределителей будет в исходном положении. Для достижения в подающей магистрали необходимого для работы давления, надо одновременно манипулировать всеми гидрораспределителями, причем в одном направлении. Такая же установка с одним каналом подачи будет предпочтительней многоканальной. Недостатком данного технического решения по варианту с последовательным включением гидрораспределителей является то, что с изменением нагрузки на исполнительном механизме, для сохранения необходимой скорости выполнения текущей операции, нужно постоянно подбирать положения органов управления, т.е. подбирать суммарное проходное сечение на всех пропорциональных гидрораспределителях, т.е. имеет место как нестабильность объема подаваемой на исполнительный механизм рабочей жидкости при изменении нагрузки на исполнительном механизме, так и сложность управления пропорциональными гидрораспределителями для достижения требуемого эффекта. В целом, эта установка имеет невысокий коэффициент полезного действия, т.к. при частичном открытии проходного сечения пропорционального гидрораспределителя, излишний объем рабочей жидкости под давлением сливается через предохранительные клапаны в сливной бак, т.е. независимо от объема подаваемой на исполнительный механизм рабочей жидкости, насосы работают практически с полной нагрузкой, и соответственно, с неоправданным расходом топлива для ДВС или электроэнергии для электродвигателя. Еще один недостаток заключается в том, что в исходном состоянии, по первому варианту, все органы управления пропорциональными гидрораспределителями установлены на максимальную производительность, что является опасным.The closest to the claimed technical solution is an adjustable pump unit (Patent RU 171643, publ .: 08.06.2017 Bul. No. 16), which contains a drive motor and several volumetric unregulated pumps having a common shaft connected to the drive motor shaft, suction lines, connected to the working fluid tank, discharge lines connected to one common supply line to the consumer, safety valves connected to the discharge lines and used as overflow valves involved in the regulation process, flow control devices made on proportional directional valves and installed at the outlet of each pump , in this case, the regulating effect is achieved by the property of the proportional valve, which allows you to smoothly increase or decrease the flow area through which the working fluid enters the actuator, i.e., the throttling effect is used, while the excess of the working fluid is discharged through the drain valve to the tank. The maximum regulating effect is manifested at the beginning of the process of opening the flow area of the hydraulic valve, i.e. this is the most sensitive area of the position of the control element in the proportional directional valve. This sensitive area is, depending on the design, a small part of the total flow area of the directional valve. Therefore, judging by the description, several similar channels for supplying the working fluid to the actuator are implemented, in which the sensitive zones of the hydraulic valves are used. This significantly expands the range of regulation of the working fluid supply to the actuator. The same effect can be obtained with the same number of proportional valves, but with one, more powerful displacement unregulated pump, i.e. there is no benefit from using multiple pumps. This technical solution is provided in two versions: the first - with sequential connection of hydraulic valves, the second - with parallel connection. The option with parallel connection will not work as stated in terms of the impact on the hydraulic valve controls. When acting on one hydraulic valve, i.e., when covering, up to complete closure, of the flow area to drain, the flow of working fluid supplied to the supply line will go into the tank through the open passages of other hydraulic valves, while in the supply line there is no the pressure required for work will be created. The same result will be obtained if at least one of the hydraulic valves is in the initial position. To achieve the pressure required for operation in the supply line, it is necessary to simultaneously manipulate all the hydraulic valves, and in one direction. The same installation with one feed channel will be preferable to a multichannel one. The disadvantage of this technical solution for the option with sequential switching on of hydraulic valves is that with a change in the load on the actuator, in order to maintain the required speed of the current operation, it is necessary to constantly select the positions of the controls, i.e. select the total flow area on all proportional hydraulic valves, i.e. there is both the instability of the volume of the working fluid supplied to the actuator when the load on the actuator changes, and the complexity of controlling the proportional valves to achieve the required effect. In general, this installation has a low efficiency, because when the flow area of the proportional valve is partially opened, the excess volume of the working fluid under pressure is drained through the safety valves into the drain tank, i.e. Regardless of the volume of the working fluid supplied to the actuator, the pumps operate at almost full load, and, accordingly, with unjustified fuel consumption for the internal combustion engine or electricity for the electric motor. Another drawback is that in the initial state, according to the first option, all the controls of the proportional hydraulic valves are set to maximum performance, which is dangerous.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является отсутствие системы, позволяющей задать нужную скорость подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм, которая практически не зависит от нагрузки и может варьироваться, кроме соответствующих органов управления, также и оборотами первичного двигателя.The technical problem to be solved by the claimed invention is the lack of a system that allows you to set the required rate of supply of the working fluid to the actuator, which is practically independent of the load and can vary, in addition to the corresponding controls, also the speed of the prime mover.
Данная проблема решается за счет того, что система регулирования скорости подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм содержащая гидронасос, дозирующее устройство, бак с рабочей жидкостью, всасывающую магистраль, подающую магистраль, предохранительные гидроклапаны, сливные магистрали, в качестве гидронасоса используется многоканальный гидронасос, создающий необходимое количество независимых потоков рабочей жидкости с заданным давлением и производительностью, в качестве дозирующего устройства используется устройство, осуществляющее управление потоками рабочей жидкости для обеспечения ступенчатого регулирования скорости подачи рабочей жидкости на подающую магистраль исполнительного механизма с заданной дискретностью, состоящее из группы гидрораспределителей направляющего типа исполнения 3/2, по количеству каналов многоканального гидронасоса, каждый из которых принимающим входом соединен с нагнетающей магистралью соответствующей секции, а для защиты исполнительного механизма от перегрузок на общей подающей магистрали установлено переливное устройство, выполненное на предохранительном гидроклапане, выход которого через собственную сливную магистраль соединяется с общим баком. Гидрораспределители выполнены либо с гидравлическим управлением, либо с пневматическим управлением, либо с электромагнитным управлением. В качестве многоканального гидронасоса использован один многосекционный шестеренный гидронасос с, по меньшей мере, двумя секциями.This problem is solved due to the fact that the system for regulating the flow rate of the working fluid to the actuator containing a hydraulic pump, a dosing device, a tank with a working fluid, a suction line, a supply line, safety valves, drain lines, a multi-channel hydraulic pump is used as a hydraulic pump, which creates the required amount independent flows of the working fluid with a given pressure and capacity, as a dosing device, a device is used that controls the flows of the working fluid to provide stepwise regulation of the rate of supply of the working fluid to the supply line of the actuator with a given discreteness, consisting of a group of directional
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение жесткой стабильности выбранного объема подачи рабочей жидкости во всем диапазоне допустимых рабочих давлений на исполнительном механизме и позволяющим менять объем подаваемой рабочей жидкости при работе исполнительного механизма, т.е. под нагрузкой.The technical result provided by the given set of features is to ensure rigid stability of the selected volume of working fluid supply in the entire range of permissible operating pressures on the actuator and allowing to change the volume of supplied working fluid during the operation of the actuator, i.e. under load.
Система регулирования скорости подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм использует две независимые подсистемы с разным функционалом, а именно многоканальную насосную установку и дозирующее устройство. Многоканальная насосная установка (МНУ) обеспечивает систему необходимым количеством независимых стабильных потоков рабочей жидкости с одинаковым рабочим давлением, но разной производительностью. Дозирующее устройство (ДУ), манипулируя потоками рабочей жидкости, поступающими от МНУ, обеспечивает стабильный, дозируемый, суммарный поток рабочей жидкости на исполнительный механизм.The system for regulating the rate of supply of working fluid to the actuator uses two independent subsystems with different functions, namely, a multi-channel pumping unit and a dosing device. A multichannel pumping unit (MNU) provides the system with the required number of independent stable flows of working fluid with the same working pressure, but different performance. The dosing device (DU), by manipulating the flow of the working fluid coming from the MNU, provides a stable, dosed, total flow of the working fluid to the actuator.
Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг. 1 - общая схема реализации данного изобретения, на примере четырехсекционного насоса с фрагментом возможного варианта исполнительной части;in fig. 1 is a general diagram of the implementation of the present invention, using the example of a four-section pump with a fragment of a possible version of the executive part;
на фиг. 2 - измененный фрагмент возможного варианта исполнительной части схемы на фиг. 1, позволяющий реализовать плавающий режим для исполнительного механизма;in fig. 2 is a modified fragment of a possible variant of the executive part of the circuit in FIG. 1, allowing the implementation of a floating mode for the actuator;
где:Where:
1 - секции многосекционного шестеренного насоса;1 - sections of a multi-section gear pump;
2 - предохранительные гидравлические клапаны;2 - safety hydraulic valves;
3 - гидрораспределители типа 3/2 (с двумя фиксированными положениями) с любым способом воздействия на переключающее устройство (на схеме показан с ручным);3 - hydraulic valves of 3/2 type (with two fixed positions) with any way of influencing the switching device (shown in the diagram with a manual one);
4 - переливной гидравлический клапан (для ограничения давления в подающей гидромагистрали);4 - overflow hydraulic valve (to limit the pressure in the supply hydraulic line);
5 - приводной двигатель (электрический или ДВС);5 - drive motor (electric or internal combustion engine);
6 - гидравлический бак;6 - hydraulic tank;
7, 8, 9 - сливные магистрали;7, 8, 9 - drain lines;
10 - всасывающая магистраль;10 - suction line;
11 - подающая магистраль;11 - supply line;
Нижеследующие элементы схемы относятся к исполнительной системе и не связаны с изобретением, они включены в схему для возможности описания полного цикла работы системы:The following elements of the diagram relate to the executive system and are not related to the invention, they are included in the diagram to be able to describe the complete cycle of the system:
12 - гидрораспределитель типа 4/3 (для управления реверсивными исполнительными механизмами);12 -
13 - исполнительный механизм - гидромотор;13 - actuator - hydraulic motor;
14 - исполнительный механизм - гидроцилиндр;14 - actuator - hydraulic cylinder;
15 - обратная магистраль;15 - return line;
16 - пропорциональный гидрораспределитель.16 - proportional valve.
В качестве предохранительных гидравлических клапанов используются любые гидравлические клапаны, порог срабатывания которых имеет значение на грани критического для конкретной насосной установки.Any hydraulic valves are used as safety hydraulic valves, the response threshold of which is on the verge of critical for a particular pumping unit.
В описываемой насосной установке могут быть применены гидрораспределители любой конструкции - золотниковые, крановые или клапанные, с ручным, механическим, электрическим и гидравлическим управлением, при этом они могут быть направляющими (релейными), на схеме это 1 и 12, и дросселирующими (пропорциональными), на схеме - 16. Направляющие - обеспечивают переход с позиции на позицию без промежуточных положений. Пропорциональные - обеспечивают плавный переход с позиции на позицию, обеспечивая плавное изменение площади проходного сечения. Тип гидрораспределителей обозначается дробным числом, где в числителе указывается количество подведенных к гидрораспределителю внешних гидролиний, в знаменателе - число его рабочих позиций, на схеме это количество квадратов в обозначении гидрораспределителя.In the described pumping unit, hydraulic valves of any design can be used - spool, crane or valve, with manual, mechanical, electrical and hydraulic control, while they can be guides (relay), in the diagram these are 1 and 12, and throttling (proportional), on the diagram - 16. Guides - provide transition from position to position without intermediate positions. Proportional - provide a smooth transition from position to position, providing a smooth change in the area of the flow area. The type of hydraulic valves is indicated by a fractional number, where the numerator indicates the number of external hydraulic lines supplied to the hydraulic valve, in the denominator - the number of its working positions, in the diagram this is the number of squares in the designation of the hydraulic valve.
Переливной гидравлический клапан, это тот же предохранительный клапан, но отрегулированный на другое давление срабатывания, в нашем случае, на допустимое рабочее давление исполнительного механизма.The hydraulic overflow valve is the same safety valve, but adjusted to a different response pressure, in our case, to the permissible operating pressure of the actuator.
Далее приведено описание работы схемы, представленной на фиг. 1.The following is a description of the operation of the circuit shown in FIG. 1.
Двигателем 5 приводится во вращение вал многосекционного шестеренного гидронасоса и связанные с ним ведущие шестерни секций 1. Далее приводится описание работы одной секции - 1, т.к. работа остальных секций аналогична работе первой.
Секция 1 производит забор рабочей жидкости из бака 6 через всасывающую магистраль 10. Предохранительный клапан 2, установленный на нагнетательной магистрали от 1, сбрасывает критическое давление (если такое возникнет вследствие, например, неисправности 3) через сливную магистраль 7. Далее жидкость поступает на гидрораспределитель 3, который в исходном положении органа управления направляет эту жидкость через сливную магистраль 8 обратно в бак 6. При переводе органа управления на 3 в другое положение, рабочая жидкость, через подающую магистраль 11 и гидрораспределитель 12, поступает на исполнительный механизм, в зависимости от назначения насосной установки, либо на гидромотор 13, либо на рабочий цилиндр 14. На подающей магистрали 11 установлен переливной клапан 4, который обеспечивает рабочее давление для исполнительного механизма (не превышающее заданного для конкретного гидроагрегата) путем сброса излишка давления (которое возникает при перегрузке исполнительного механизма) через сливную магистраль 9 в бак 6. В нейтральном положении 12 жидкость из 11 стекает через обратную магистраль 15 в бак 6, что разгружает двигатель 5, обеспечивая этим высокий КПД насосной установки.
Выбирая положения органов управления на 3, можно выбирать объем (скорость) подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм в соответствии с таблицей 1, при этом, обеспечивается жесткая стабильность выбранного объема подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм во всем диапазоне допустимого рабочего давления. Для обеспечения плавающего режима в нейтральном положении 12, надо включить в схему между 12 и 13 пропорциональный гидрораспределитель 16 типа 4/2 (Фиг. 2).By choosing the position of the controls by 3, you can choose the volume (rate) of the working fluid supply to the actuator in accordance with Table 1, while ensuring the rigid stability of the selected volume of the working fluid supply to the actuator over the entire range of permissible operating pressure. To ensure the floating mode in the
Многоканальная насосная установка состоит из группы шестеренных гидронасосов с одинаковым рабочим давлением и разной производительностью, объединенных общим валом с приводным двигателем (ДВС или электродвигателем). Вместо группы шестеренных гидронасосов можно использовать выпускаемые промышленностью многосекционные шестеренные гидронасосы (это функциональная единица, объединяющая в общем корпусе с общим ведущим валом, несколько нерегулируемых шестеренных гидронасосов, называемых - секции), количество секций и их производительности такие же, как и у вышеупомянутой группы гидронасосов. Далее по тексту, под понятием «насос» подразумевается как секция многоканального шестеренного гидронасоса, так и канал МНУ.The multi-channel pumping unit consists of a group of gear hydraulic pumps with the same operating pressure and different capacities, united by a common shaft with a drive motor (internal combustion engine or electric motor). Instead of a group of gear hydraulic pumps, it is possible to use industrially produced multi-section gear hydraulic pumps (this is a functional unit that combines several non-adjustable gear hydraulic pumps, called sections, in a common housing with a common drive shaft), the number of sections and their capacities are the same as in the aforementioned group of hydraulic pumps. Further in the text, the term "pump" means both the section of the multichannel gear pump and the channel of the oil pumping unit.
Для защиты МНУ от критического давления, которое может возникнуть при неисправности дозирующего устройства, на нагнетательных магистралях каждого насоса, входящего в группу, устанавливаются предохранительные клапаны, выходы которых, через сливную магистраль, соединяются с общим баком рабочей жидкости. Забор рабочей жидкости каждым насосом, осуществляется из общего бака через общую всасывающую гидромагистраль.To protect the oil pressure pump from critical pressure that may arise in the event of a dosing device malfunction, safety valves are installed on the discharge lines of each pump included in the group, the outputs of which, through the drain line, are connected to a common tank of working fluid. The intake of working fluid by each pump is carried out from a common tank through a common suction hydraulic line.
Дозирующее устройство (далее по тексту - ДУ) состоит из группы направляющих (релейных) гидрораспределителей исполнения 3/2, т.е., каждый гидрораспределитель группы управляет тремя подводящими гидромагистралями (одна входящая и две отходящие) и имеет два фиксированных положения переключающего механизма. Количество гидрораспределителей в группе определяется количеством насосов в МНУ. Входы каждого гидрораспределителя подключены к нагнетающей магистрали соответствующего насоса. Открытые, в исходном положении переключающего механизма, выходы всех гидрораспределителей через общую сливную магистраль соединяются с общим баком рабочей жидкости. Закрытые, в исходном положении переключающего механизма, выходы всех гидрораспределителей соединяются с подающей магистралью, через которую сформированный поток рабочей жидкости подается на исполнительную систему.The dosing device (hereinafter referred to as DU) consists of a group of 3/2 directional (relay) hydraulic valves, i.e., each valve of the group controls three hydraulic supply lines (one inlet and two outgoing) and has two fixed positions of the switching mechanism. The number of hydraulic valves in a group is determined by the number of pumps in the oil pumping unit. The inputs of each directional valve are connected to the delivery line of the respective pump. Open, in the initial position of the switching mechanism, the outputs of all hydraulic valves are connected through a common drain line to a common tank of working fluid. Closed, in the initial position of the switching mechanism, the outputs of all hydraulic valves are connected to the supply line, through which the generated flow of working fluid is supplied to the actuator system.
Для защиты исполнительного механизма от перегрузок, на подающей магистрали установлен переливной механизм, выполненный на предохранительном гидроклапане, выход которого, через собственную сливную магистраль, соединяется с общим баком.To protect the actuator from overloads, an overflow mechanism is installed on the supply line, made on a safety hydraulic valve, the outlet of which, through its own drain line, is connected to a common tank.
Описываемая регулируемая насосная установка приводит в действие один исполнительный механизм (гидромотор или рабочий гидроцилиндр). Подача рабочей жидкости на исполнительный механизм осуществляется из МНУ через ДУ, в котором путем манипулирования приводами гидрораспределителей из сформированных в МНУ потоков рабочей жидкости создается суммарный поток с необходимой производительностью и направляется в подающую магистраль. Каждую выбранную в ДУ комбинацию положений приводов гидрораспределителей условимся называть ступенью. Для упорядоченного ступенчатого регулирования с постоянным шагом, необходимо, чтобы производительности потоков рабочей жидкости в МНУ соответствовали пропорции - 1:2:4:8 и т.д., то есть каждый добавленный по возрастанию производительности поток должен иметь производительность в два раза большую, чем предыдущий. Выбранная ступень, сохраняет соответствующую производительность во всем диапазоне допустимых рабочих давлений на исполнительном механизме. Величина шага (дискретность) регулирования, при последовательном выборе ступеней, будет равна объему подачи насоса с наименьшей производительностью. Количество ступеней регулирования определяется количеством входящих в группу насосов, т.е.:The described variable pumping unit drives one actuator (hydraulic motor or working hydraulic cylinder). The working fluid is supplied to the actuator from the oil pump through the remote control, in which, by manipulating the actuators of the hydraulic distributors, a total flow with the required capacity is created from the working fluid flows formed in the oil pump and is directed to the supply line. Each selected in the DU combination of positions of the actuators of the hydraulic distributors will agree to call a stage. For orderly step regulation with a constant step, it is necessary that the productivity of the working fluid flows in the oil pumping unit correspond to the proportions - 1: 2: 4: 8, etc., that is, each flow added in increasing productivity must have a capacity twice as large as previous. The selected stage maintains the appropriate performance over the entire range of permissible operating pressures on the actuator. The step size (discreteness) of regulation, with a sequential selection of steps, will be equal to the delivery volume of the pump with the smallest capacity. The number of control stages is determined by the number of pumps included in the group, i.e.:
- при одном насосе получим две ступени (первая - насос отключен от подающей магистрали, вторая - насос подключен к подающей магистрали);- with one pump we get two stages (the first - the pump is disconnected from the supply line, the second - the pump is connected to the supply line);
- при двух насосах получим 4 ступени регулирования;- with two pumps we get 4 stages of regulation;
- при трех - 8 ступеней;- with three - 8 steps;
- при четырех - 16 ступеней:- with four - 16 steps:
- при пяти - 32 ступени и т.д.,- at five - 32 steps, etc.,
т.е. каждый последующий насос, добавленный в насосную установку, увеличивает существующее количество ступеней в два раза. Во всех случаях, первая ступень - это ступень с нулевой производительностью (когда выходы всех насосов отключены от подающей магистрали). Не обязательно осуществлять последовательное увеличение или уменьшение подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм, можно, при необходимости, сразу задать необходимый объем подачи (из возможных значений), путем установки соответствующей комбинации положений приводов гидрораспределителей в ДУ, эти комбинации приведены в таблице 1.those. each subsequent pump added to the pumping unit doubles the existing number of stages. In all cases, the first stage is a stage with zero capacity (when the outputs of all pumps are disconnected from the flow line). It is not necessary to sequentially increase or decrease the supply of working fluid to the actuator, you can, if necessary, immediately set the required volume of supply (from possible values) by setting the appropriate combination of positions of the hydraulic valve actuators in the remote control, these combinations are shown in Table 1.
Указанный вариант системы регулирования скорости подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм (фиг. 1) содержит:The specified version of the system for regulating the flow rate of the working fluid to the actuator (Fig. 1) contains:
1. Элементы, входящие в МНУ:1. Elements included in the MNU:
- приводной двигатель, приводящий гидронасосы во вращательное движение;- drive motor driving the hydraulic pumps into rotary motion;
- четырехсекционный шестеренный гидронасос, общий вал которого, соединен с валом приводного двигателя;- four-section gear hydraulic pump, the common shaft of which is connected to the drive motor shaft;
- бак с рабочей жидкостью;- a tank with a working fluid;
- всасывающую магистраль, соединяющую всасывающие полости всех секций четырехсекционного гидронасоса с баком рабочей жидкости;- a suction line connecting the suction cavities of all sections of the four-section hydraulic pump with a working fluid tank;
- четыре предохранительных гидроклапана, подключенных к нагнетающим магистралям каждой секции насоса и обеспечивающие защиту соответствующей секции четырехсекционного гидронасоса от критического давления рабочей жидкости, которое может возникнуть при неисправности соответствующего гидрораспределителя в ДУ;- four safety hydraulic valves connected to the delivery lines of each section of the pump and providing protection of the corresponding section of the four-section hydraulic pump from the critical pressure of the working fluid, which may arise in the event of a malfunction of the corresponding hydraulic valve in the remote control;
- сливную магистраль, соединяющую предохранительные клапаны с баком.- drain line connecting the safety valves to the tank.
2. Элементы, входящие в ДУ:2. Elements included in the remote control:
- группу из четырех гидрораспределителей с ручным управлением, непосредственно осуществляющих управление четырьмя потоками рабочей жидкости путем ввода в работу (включение под нагрузку) или вывод из работы (снятие нагрузки) соответствующей секции насоса;- a group of four manually controlled hydraulic valves directly controlling four flows of working fluid by putting into operation (turning on under load) or taking out of operation (removing the load) of the corresponding section of the pump;
- подающую гидромагистраль, объединяющую закрытые в исходном положении выходы всех четырех гидрораспределителей, и подающую суммарный поток рабочей жидкости на исполнительную систему;- a supply hydraulic line, which unites the outputs of all four hydraulic valves closed in the initial position, and supplies the total flow of the working fluid to the executive system;
- переливной гидроклапан установленный на подающей магистрали и предохраняющий исполнительный механизм от превышения допустимого рабочего давления рабочей жидкости, т.е. от перегрузок;- a hydraulic overflow valve installed on the supply line and protecting the actuator from exceeding the permissible working pressure of the working fluid, i.e. from overloads;
- сливную магистраль, соединяющую сливные выходы четырех гидрораспределителей с баком;- drain line connecting the drain outlets of the four hydraulic valves with the tank;
- сливную магистраль, соединяющую выход переливного гидроклапана с баком.- drain line connecting the outlet of the overflow valve to the tank.
3. Элементы, входящие в исполнительную систему:3. Elements of the executive system:
- обратную магистраль, соединяющую сливной выход исполнительной части системы с баком;- return line connecting the drain outlet of the executive part of the system with the tank;
- две выходные гидромагистрали, соединяющие выходы реверсивного гидрораспределителя с исполнительным механизмом;- two output hydraulic lines connecting the outputs of the reversible valve with the actuator;
- реверсивный гидрораспределитель типа 4/3, направляющий суммарный поток рабочей жидкости из подающей магистрали, в зависимости от требуемого направления движения механизма, либо на одну выходную магистраль, либо на другую. По, не участвующей в подаче, выходной магистрали, жидкость от исполнительного механизма поступает через обратную магистраль в бак. В среднем положении органа управления этим гидрораспределителем рабочая жидкость с подающей магистрали через обратную магистраль сливается в бак, т.е. система переключается в холостой режим, снижая до минимума потребление мощности от приводного двигателя. Выходные магистрали, соединяющие выходы реверсивного гидрораспределителя с исполнительным механизмом при этом перекрываются, блокируя тем самым самопроизвольное движение исполнительного механизма;- reversible
- регулятор плавающего режима, выполненный на пропорциональном гидрораспределителе, подключенном параллельно выходным магистралям (фиг. 2), позволяющий плавно переводить исполнительный механизм из режима блокировки в плавающий режим, т.е. в режим свободного движения;- floating mode regulator, made on a proportional valve connected in parallel with the output lines (Fig. 2), which allows the actuator to be smoothly transferred from blocking mode to floating mode, i.e. in free movement mode;
- в качестве исполнительного механизма могут использоваться шестеренные реверсивные гидравлические моторы, или гидроцилиндры.- gear reversible hydraulic motors or hydraulic cylinders can be used as an actuating mechanism.
Основным недостатком традиционных насосных установок, выполненных на нерегулируемых шестеренных гидронасосах, является невозможность плавного выполнения работ при максимальных нагрузках на исполнительном механизме, т.к. требуется работа на малых оборотах ДВС, а при таких оборотах, двигатель не развивает необходимой мощности. Предлагаемая насосная установка позволяет производить такие работы, т.к. на первых ступенях производительности данной установки, расходуется незначительная часть мощности ДВС и, как следствие, происходит значительная экономия моторного топлива.The main disadvantage of traditional pumping units, made on non-adjustable gear hydraulic pumps, is the impossibility of smooth execution of work at maximum loads on the actuator, because work is required at low engine speeds, and at such speeds, the engine does not develop the required power. The proposed pumping unit allows you to perform such work, because at the first stages of the performance of this unit, a small part of the internal combustion engine power is consumed and, as a result, significant savings in motor fuel occur.
Далее приведено описание принципа управления потоками рабочей жидкости в МНУ и условия его выполнения.The following is a description of the principle of controlling the flows of working fluid in the oil pressure pump and the conditions for its implementation.
Для обеспечения равномерного шага регулирования скорости подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм, соотношение производительностей секций многосекционных шестеренных насосов, входящих в состав МНУ, начиная с секции с наименьшей производительность, должно быть в пропорции - 1:2:4:8 и так далее, т.е. каждая последующая секция должна иметь производительность в два раза больше предыдущейTo ensure a uniform step of regulating the flow rate of the working fluid to the actuator, the ratio of the capacities of the sections of the multi-section gear pumps that are part of the oil pumping unit, starting from the section with the lowest productivity, should be in the ratio - 1: 2: 4: 8, and so on, i.e. e. each subsequent section should have a performance twice as high as the previous one
Ниже приводятся два частных случая, где соблюдение вышеуказанного соотношения не выполнятся.Below are two special cases where the above ratio is not met.
Самым простым вариантом является насосная установка, использующая двухсекционный шестеренный насос с одинаковыми секциями, она имеет три ступени (режима) регулирования с дискретностью, равной производительности одной секции (П л/мин.), т.е.:The simplest option is a pumping unit that uses a two-section gear pump with the same sections, it has three stages (modes) of regulation with a discreteness equal to the capacity of one section (P l / min.), I.e .:
первая ступень = 0 л/мин - обе секции отключены от нагрузки;first stage = 0 l / min - both sections are disconnected from the load;
вторая ступень = П л/мин - к нагрузке подключена либо первая либо вторая секции, т.к. производительности у них одинаковые;second stage = P l / min - either the first or the second section is connected to the load, because they have the same performance;
третья ступень = П*2 л/мин - к нагрузке подключены обе секции.third stage = P * 2 l / min - both sections are connected to the load.
Если использовать двухсекционный шестеренный насос с разной производительностью секций (не обязательно в соотношении 1:2), то установка будет иметь уже четыре ступени (режима) регулирования:If you use a two-section gear pump with different section capacities (not necessarily in a 1: 2 ratio), then the installation will already have four stages (modes) of regulation:
1 = 0 л/мин. - первая ступень - обе секции насоса отключены от нагрузки1 = 0 l / min. - first stage - both pump sections are disconnected from the load
2 = П1 л/мин. - вторая ступень - на нагрузку подключена только первая секция (с наименьшей производительностью (= П1))2 = P1 l / min. - second stage - only the first section is connected to the load (with the lowest capacity (= P1))
3 = П2 л/мин. - третья ступень - на нагрузку подключена только вторая секция (с наибольшей производительностью (= П2))3 = P2 l / min. - third stage - only the second section is connected to the load (with the highest performance (= P2))
4 = (П1 + П2) л/мин. - четвертая ступень - на нагрузку подключены обе секции.4 = (P1 + P2) l / min. - fourth stage - both sections are connected to the load.
где П1 и П2 это производительности секций, соответственно, с меньшей и большей производительностью. При этом используются всего два органа управления (два гидрораспределителя).where П1 and П2 are the productivity of sections, respectively, with lower and higher productivity. In this case, only two controls are used (two hydraulic valves).
По схеме реализации данного изобретения представленной на Фиг. 1, при четырех органах управления, реализуются 16 ступеней (режимов) подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 1, with four controls, 16 stages (modes) of the working fluid supply to the actuator are implemented.
В таблице 1 представлена производительность каждой ступени (режима) насосной установки, построенной по схеме, с использованием четырехсекционного шестеренного насоса, с отношением производительности секций 1:2:4:8, Последняя колонка таблицы показывает производительность каждой ступени в зависимости от положения органов управления гидрораспределителей P1, Р2, Р3 и Р4., при условии, что наименьшая секция имеет производительность 2 л/мин., т.е. дискретность переключения = 2 л/мин.Table 1 shows the performance of each stage (mode) of the pumping unit, built according to the scheme, using a four-section gear pump, with a section capacity ratio of 1: 2: 4: 8, The last column of the table shows the performance of each stage, depending on the position of the control valves P1 , P2, P3 and P4., Provided that the smallest section has a capacity of 2 l / min., I.e. switching resolution = 2 l / min.
где:Where:
0 - поток рабочей жидкости от соответствующей секции направляется на слив;0 - working fluid flow from the corresponding section is directed to drain;
1 - поток рабочей жидкости от соответствующей секции направляется на исполнительный механизм;1 - the flow of working fluid from the corresponding section is directed to the actuator;
П*0 - нулевая производительность любой секции;P * 0 - zero performance of any section;
П*1 - производительность первой секции многосекционного шестеренного насоса, это секция с наименьшей производительностью;П * 1 - productivity of the first section of a multisection gear pump, this is the section with the lowest productivity;
П*2 - производительность второй секции многосекционного шестеренного насоса;П * 2 - productivity of the second section of the multisection gear pump;
П*4 - производительность третьей секции многосекционного шестеренного насоса;П * 4 - productivity of the third section of the multisection gear pump;
П*8 - производительность четвертой секции многосекционного шестеренного насоса.П * 8 - productivity of the fourth section of the multisection gear pump.
Если интегрировать все элементы приведенной схемы насосной установки и реверсивный гидромотор в одном корпусе, то получится гидравлический аналог механической коробки переключения передач, как с ручным управлением, так и с автоматическим управлением, если в качестве органов управления гидрораспределителями использовать электромагниты. Основные преимущества гидравлического аналога перед механической коробкой передач:If we integrate all the elements of the above diagram of the pumping unit and the reversible hydraulic motor in one housing, we will get a hydraulic analogue of a mechanical gearbox, both with manual control and with automatic control, if we use electromagnets as control valves for hydraulic valves. The main advantages of a hydraulic analogue over a manual transmission:
- простота конструкции,- simplicity of design,
- малое количество элементов,- a small number of elements,
- небольшой размер,- small size,
- простота переключения режимов,- ease of switching modes,
- простота реализации количества ступеней переключения,- ease of implementation number of switching steps,
- малая себестоимость,- low cost,
- реверс осуществляется для любого выбранного режима.- reverse is carried out for any selected mode.
Нужная скорость подачи рабочей жидкости на исполнительный механизм может варьироваться также оборотами первичного двигателя, т.е., если насосы приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания (ДВС) или электроприводом с регулировкой оборотов, то увеличивая или уменьшая обороты этого двигателя, пропорционально изменению оборотов, будет увеличиваться или уменьшаться как производительность подключенных к нему насосов и, соответственно, всей установки в целом, так и шаг (дискретность) регулирования, при этом, заданное соотношение производительностей насосов сохраняется.The required rate of supply of working fluid to the actuator can also vary by the speed of the prime mover, i.e. if the pumps are driven by an internal combustion engine (ICE) or an electric drive with speed control, then increasing or decreasing the speed of this engine, in proportion to the change in speed, will be increase or decrease both the capacity of the pumps connected to it and, accordingly, of the entire installation as a whole, and the step (discreteness) of regulation, while the set ratio of the pump capacities is maintained.
Количество каналов в МНУ определяется конструктором агрегата, на котором планируется использовать описываемую насосную установку.The number of channels in the oil pumping unit is determined by the designer of the unit on which it is planned to use the described pumping unit.
Количество ступеней регулирования зависит от количества каналов в МНУ. Для реализации необходимого количества каналов можно объединить несколько многосекционных шестеренных насосов через раздаточную коробку или иным доступным способом.The number of control steps depends on the number of channels in the oil pressure pump. To implement the required number of channels, several multi-section gear pumps can be combined through a transfer case or in another available way.
Система обеспечивает жесткую стабильность выбранного объема подачи рабочей жидкости во всем диапазоне допустимых рабочих давлений на исполнительном механизме и позволяет изменять объем подаваемой рабочей жидкости при работе исполнительного механизма, т.е. под нагрузкой.The system ensures a rigid stability of the selected volume of the working fluid supply in the entire range of permissible operating pressures on the actuator and allows you to change the volume of the supplied working fluid during the operation of the actuator, i.e. under load.
Система обеспечивает экономию моторного топлива или электроэнергии при выполнении работ при максимальной нагрузке и минимальных скоростях перемещения объекта нагрузки.The system saves motor fuel or electricity when performing work at maximum load and minimum speeds of movement of the load object.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109662A RU2728667C2 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Working fluid supply rate control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109662A RU2728667C2 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Working fluid supply rate control system |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018109662A RU2018109662A (en) | 2019-09-19 |
RU2018109662A3 RU2018109662A3 (en) | 2019-09-19 |
RU2728667C2 true RU2728667C2 (en) | 2020-07-31 |
Family
ID=67989273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018109662A RU2728667C2 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Working fluid supply rate control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2728667C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU412403A1 (en) * | 1970-08-17 | 1974-01-25 | ||
RU2049268C1 (en) * | 1993-03-04 | 1995-11-27 | Герман Павлович Тярасов | Step controlled roller-blade hydraulic machine |
EP1967745A1 (en) * | 2005-12-27 | 2008-09-10 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd | Pump control device for hydraulic working machine, pump control method, and construction machine |
US20150219093A1 (en) * | 2006-02-23 | 2015-08-06 | David Man Chu Lau | Industrial fluid circuits and method of controlling the industrial fluid circuits using variable speed drives on the fluid pumps of the industrial fluid circuits |
RU171643U1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-06-08 | Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" | ADJUSTABLE PUMP INSTALLATION |
-
2018
- 2018-03-19 RU RU2018109662A patent/RU2728667C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU412403A1 (en) * | 1970-08-17 | 1974-01-25 | ||
RU2049268C1 (en) * | 1993-03-04 | 1995-11-27 | Герман Павлович Тярасов | Step controlled roller-blade hydraulic machine |
EP1967745A1 (en) * | 2005-12-27 | 2008-09-10 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd | Pump control device for hydraulic working machine, pump control method, and construction machine |
US20150219093A1 (en) * | 2006-02-23 | 2015-08-06 | David Man Chu Lau | Industrial fluid circuits and method of controlling the industrial fluid circuits using variable speed drives on the fluid pumps of the industrial fluid circuits |
RU171643U1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-06-08 | Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева" | ADJUSTABLE PUMP INSTALLATION |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018109662A (en) | 2019-09-19 |
RU2018109662A3 (en) | 2019-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5357864B2 (en) | Hydraulic circuit for construction machinery | |
EP2341193B1 (en) | Negative control type hydraulic system | |
US9932995B2 (en) | Hydraulic excavator drive system | |
JP2022547058A (en) | Hydraulic system and method of operation | |
CN108545612B (en) | Closed system integrated switching valve and control method | |
CN103267147B (en) | Small-flow high-pressure load sensitive proportional multi-way valve | |
RU2728667C2 (en) | Working fluid supply rate control system | |
GB2554683A (en) | Hydraulic systems for construction machinery | |
US10648157B2 (en) | Hydraulic systems for construction machinery | |
US9835243B2 (en) | Hydraulic circuit for the transmissions of industrial and agricultural vehicles | |
US20040261405A1 (en) | Hydraulic circuit for heavy equipment option apparatus using boom confluence spool | |
CN104314784A (en) | Power control mechanism integrated in housing of hydraulic pump | |
JP2012141037A5 (en) | ||
JP2018146074A (en) | Hydraulic system | |
JP5791360B2 (en) | Hydraulic circuit for construction machinery | |
CN208763106U (en) | Half-closed hydraulic system of working | |
US7946114B2 (en) | Hydraulic control system | |
JP5946184B2 (en) | Hydraulic drive device for work machine | |
KR102577950B1 (en) | Hydraulic variable pump sets and excavators | |
CN112460086A (en) | Composite speed-regulating hydraulic system and control method thereof, crane and engineering machinery | |
CN104061037A (en) | Actuating fluid supply system for variable valve | |
JP7432382B2 (en) | fluid pressure system | |
RU2320902C2 (en) | Sectional hydraulic distributor with mechanical manual control and working section of sectional hydraulic distributor with mechanical manual control | |
CN212838654U (en) | Hydraulic drive system | |
WO2019220564A1 (en) | Hydraulic system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20200214 |