Регулятор мощности аксиально-поршневой гидромашины

 

Использование: в регуляторах мощности аксиально-поршневых гидромашин. Сущность изобретения: регулятор мощности содержит корпус 1, регулируемое звено 2, палец 3, дифферециальный поршень 4, золотник 5, плунжер 6 золотника, снабженный управляющим пояском 7 и пружиной 8, Г-образный рычаг 9. пружину 10, датчик 11 давления, пружину 12. Промежуточное звено 13 шарнирно соединено с плунжером золотника 6. Ось рычага 14 закреплена в корпусе 1. Штоковая полость 10 дифференциального поршня 4, соединенная с линией 17 нагнетания и с каналом 18, сообщена с полостью под торцом датчика 11 давления. Одновременно полость 16 линией 19 сообщена с рабочей камерой 20 золотника 5. Поршневая полость 21 линией 22 сообщена с проточкой золотника 5. перекрываемой управляющим пояском 7 плунжера 6 золотника . Камера 23 золотника 5 соединена со сливом. Расстояние от оси Г-образного рычага до точки контакта промежуточного звена с рычагом определяется зависимостью: Y с Д х э/( Тпр К). где с - приведенная жесткость пружины; Ахнечувствительность золотника; а - плечо приложения усилия пружины рычага: Тпр - усилие от пружины, воздействующей на рычаг; К - безразмерный коэффициент; 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ.И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4825229/29 (22) 15,05.90 (46) 30.07.92. Бюл; М 28 (71) Московское научйо-производственное объединение по строительному и дорожному машиностроению (72) Ю.В.Козлов, Б.И.Шубенков, M;A,Соловьев, В.А.Караваев, Л.Ф,Ковязин и В.И.Болдырев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1413267, кл. F 04 В t/08, 1987. (54) РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ АКСЙАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОМАШИНЦ (57) Использование: в регуляторах мощности аксиально-поршневых гидромашин.

Сущность изобретенйя: регулятор мощности содержит корпус 1, регулируемое звено

2, палец 3, дифферециальный поршень 4, золотник 5, плунжер 6 золотника, снабженный управляющим пояском 7 и пружиной 8, Г-образный рычаг 9, пружину 10, датчик 11 давления, пружину 12. Промежуточное звено

Изобретение относится к регулирующим устройствам аксиально-поршневых гидромашин, в частности к регуляторам мощности, и может быть использовано в гидроприводах строительных, дорожных, сельскохозяйственных и др., мобильных маИзвестен регулятор эксиально-поршневой гидромашины, содержащий корпус, в котором размещены. регулируемое звено и дифференциальный поршень. шарнирно Соединенные между собой с помощью пальца, неподвижно закрепленного в дифференциальном поршне перпендикулярно его оси; В дифференциальном поршне размещен под- пружиненный золотник с возможностью пе Ы 1751394 А1

13 шарнирно соединено с плунжером золотника 6. Ось рычага 14 закреплена в корпусе

1. Штоковая полость 16 дифферейциального поршня 4, соединенная с линией 17 нагйетания и с каналом 18; сообщена с полостью под торцом датчика 11 давления. Одновременно полость 16 линией 19 сообщена с рабочей камерой 20 золотника 5. Поршневая полость 21 линией 22 сообщена.с проточкой золотника 5, перекрываемой управляющим пояском 7 плунжера 6 золотнйкз. Камера 23 золотника 5 соединена со сливом. Расстояние от оси Г-образного рычага до точки контакта промежуточного звена с рычагом определяется зависимостью:

Y=с hx a/(T ð . К), гдес — приведенная жесткость пружины; Л х — нечувствительность золотника; а —. плечо приложения усилия пружины рычага; T p — усилие от пружины, воздействующей на рычаг; К вЂ” безразмерный коэффициент; 2 з.п. ф-лы, 7 ил. ремещения перпендикулярно оси дифференциального поршня; контактирующий с двуплечим рычагом, ось которого размещена в корпусе регулятора. В корпусе ре- Q гулятора размещен датчик давления, воздействующий на двуплечий рычаг со стороны, противоположной золотнику. Гидравлические камеры сообщенй таким образом, что при перемещении золотника в результате изменения давления поршневая полость дифференциального поршня сообщается с линией высокого давления или слива, поршень смещается, изменяя рабочий объем аксиально-поршневой гидромашины до тех пор, пока золотник не примет вновь равновесного положения, перекрыв доступ давле1751394 ния в поршневую полость дифференциаль. ного поршня, К недостаткам данной конструкции относится отсутствие возможности реализации режима постоянной мощности и, следовательно, приводной двигатель будет работать в неблагоприятных условиях, как перегружаясь; так и недогружэясь, Реализация режима постоянной мощности осуществлена в известной конструкции регулятора Мощности аксиал ьно - порыневой гидромашины, содержащей корпус, в котором размещены регулируемое звено (поворотный распределитель) и дифференциальный поршень, шарнирно соединенные между собой с помощью пальца, неподвижно закреплен ного а äèôôåðåíöèальном порш-. не. В центральном отверстйи пальца размещен по дп ружиненны и зо ло тник-, контактирующий с двуплечим рычагом, ось поворота которого размещена в корпусе ре гулятора и перпендикулярна плбскбсти золотника и пружины рычага, установленной параллельно:золотнику в корпусе"регулятора со стороны меньшего диаметра дифференциального поршня. Золотник одновременно яв-: ляется датчиком,давлейия, воздействующим " на рычаг на плече у от его оси (см. фиг.1).:

Поддержание постоянной мощности осуществляется за счет того, что величина плеча а воздействия пружины на рычаг остается не изменной; а плечо воздействия датчика дав ления j"èçìåíëется.

Указанная конСтрукцйя является прототипом.

Йедостэтком описанной кбнструкции является совмещение функций датчика давления и золотнйкэ в одном устройстве, что прйводит к увеличению нечувствительности. по давлению, особенно при высоких давленйях и малых рабочих объемах гидромэши ны Это объясняется следующими особенностями данной конструкции; постоянная мощность на выходе из насоса обеспечивается равенством постоянного момента, возникающего на рычаге от усилия: пружины (см. фиг,2), Тпр на плече а, моменту; возникающему от воздействия на рычаг сил датчика давления на переменном плече у, которое уменьшается при росте давления и увеличичается при падении давления. Таким образом, в момент равновесия системы обеспечивается следующее соотношение:

Р Y=Òïp" а1 где Р— усилие от воздействия датчика на рычаг; где Р— рабочее давление

Ч вЂ” рабочий объем; к1 — здесь и далее — постоянные козффи15 циенты .

Подставив (2) и (3) в (1), получим (4) k P kzV = Trp . а

20 или

PV = Тпр a/(к1к2 = кз = сопзт (4) Умножив (4 ) на частоту вращения, имеем

25 I V n = кзп = 1ц = const, (5) где n — частота вращения приводного вала.

Учитывая, что O = =V n (6)

ЗО где Ь вЂ” поток жидкости, создаваемый насосом, имеем

Р О - const

Поскольку произведения потока на рабочее давление — мощность, то

N = Const

Перепишем соотношение (4) в следующем виде:

k P kzV=-Ü Р у-Тпр э (8) Ру = Trip а/ks

Исходя из схемы (см. фиг2), повышение давления приводит к смещению золотни50 ка, вызывающему смещение в сторону уменьшения рабочего объема дифференциального поршня, которое прекращается по достижении равновесного состояния, описываемого соотношением (8). Однако до

55 сообщения поршневой полости дифференциального поршня с линией высокого давления плунжер золотника должен переместитьс на величину Л х, определенную положительным перекрытием канавки гильзы пояском плуну — плечо приложения усилия от датчика;

T» — усилие предварительной настрой- . ки пружины; . а — плечо приложения усилия от пружи5 ны.

Поскольку P прямо пропорционально рабочему давлению, а у — рабочему объему, то

Р=к1Р, (2)

10 . y=kz V " (3) 1751394 жера золотника и далее именуемую ннечув-. Значительный прирост давления в рествительностью", которая определяет вели- эультате нечувствйтельности вызывает печину хода плунжера золотника до момента регрузку приводного двигателя, либо сообщения поршневой полости дифферен- вынуждает недоиспользовать его полную циального поршня с линией высокого дав- 5 мощность, настраивая регулятор мощности ления. Поскольку при перемещении на меньшую величину.: плунжеразолотниканавеличинунечувстви- Значительная нечувствительность при-. тельности происходит сжатие пружины, водит также к снижению быстродействия воздействующей на рычаг, но не изменяет- регулятора и ухудшению динамических хася рабочий объем гидромашины, то выраже- 10 рактеристик системы регулирования. ние (8) примет следующий вид: Целью данного изобретения является повышение эффективности работы путем (р. + A р ) ° + д "Г (g) увеличения чувс гвитель ности регулятора, у= — »+ пру, kg ... увеличения его .быстродействия, увеличе15 ние коэффициента использования мощногде AT — величина дополнительного усилия сти приводного двигателя, от пружины, вызванного перемещением Цель достигается за счет того, что регуплунжера золотника на величину нечувстви - лятор мощности аксиально--поршневой гидтельности; ромашины, содержащий корпус, в котором

AP — нечувствительность подавлению. 20 размещены регулируемое звено и диффеПоскольку усилие от пружины опреде- ренциальный поршень с возвратной пружиляется ее жесткостью и деформацией; то ной; соединенные: между собой с помощью пальца, закрепленного"в дифференциальЛТ»-c . Лхъ (10) ном поршне, золотнвкзс управляющим по25 яском, опирающийся на подпружиненный где с — жесткость пружины; .. Рйчаг, ось поворота котлтораого перпейдику-:

Ax1 — деформация пружины, вызванная лярна плоскости золотника и пружины рыперемещением плунжера на величину не- чага и расположена в корпуСе регулятора, чувствительности.:. датчик давления, размещенный в диффеИз подобия треугольников(см. фиг,2): 30 ренциальном поршне и контактирующий с рычагом, снабжен рычагом Г-образной фору x Ax мы, золотник подпружйнен и -размещен в а х1 Хх1 () корпусе регулятора, оси золотника и пружины рычага йараллельйы оси дифференцигде Ax — нечувствительность золотника; 35 ального поршнЯ. при этом пРУжйна Рычага или размещена в корпусе регулятора со стороны

Axp =®< ° а/у (11) возвратной пружины дифференциального поршня. Золотник через промежуточное

Подставив (11) в (10) и (9), имеем звено постоЯнно KoHTBKTMPyeT c Г-обРаз40 ным рычагом, При этом расстояние от оси

a . о л „. a ппунктера золотника до оси поаерота Г-обкз () . разного рычага уо определено зависимостью

Таким образом, прирост давления Р об- - у. = (т р ") ратно пропорционален квадрату смещения 45 золотника вдоль оси рычага, т.е. где с — приведенная жесткость пружины, либо системы пружин, воздействующей на рычаг;

ЛР=— (13) Л х — нечувствительность золотника;

50 а — плечо приложения усилия пружины,"

График изменения относительного"и и- ки п,„ны ли Тпр — усилие предварительной настройроста давления в зависимости от относиствующей на рычаг, обеспечивающее тельного рабочего объема при работе расчетный режим постоянной мощности; регулятора в режиме постоянной мощности 55 потерь мощности на нечувствительность по прирост давления в результате нечувстви- отношению к полезной мощности. тельности при максимальном рабочем объ- Кроме того, регулятор может быть снабжен золотником, размещенным в корпусе

1751394 регулятора таким образом, что ось его перпендикулярна оси дифференциального поршня, Кроме того.. регулятор может быть снабжен рычагом, выполненным в виде- пластины, один конец которой закреплен на оси, перпендикулярной оси дифференциального поршня, а другой выполнен в виде кулачка, контактирующего с промежуточйым звеном, закрепленным на гильзе с помощью фиксирующего элемента с возможностью перемещения. Ось золотника параллельна оси дифференциального поршня и проходит через ось поворота рычага. Датчик давления контактирует с поверхностью пластины, расположенной со стороны дифференциального поршня .

Наличие в совокупности существенных признаков указанных отличительных признаков является доказательством соответствия заявляемого технического решения критерию " новизна".

Аналогов, использующих в совокупности данные отличительные признаки, не обнаружено, поэтому заявляемое техническое решение .соответствует критерию "существенные отличия"., При использовании данного технического решения в народном хозяйстве по сравнению с прототипом обеспечивается более высокая чувствительность регулятора, более высокое быстродействие и более

-высокий коэффициент использования полезной мощности приводного двигателя, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию "положительный эффект".

На фиг.1 представлена схема регулятора мощности прототипа; на фиг.2 — схема предлагаемоего регулятора мощности; на фиг.3 — график зависимости относительного прироста давления в результате нечувствительности; на фиг.4 — компоновочная схема регулятора мощности; на фиг,5 — компоновочная схема регулятора мощности по п.2 формулы изобретения; на фиг.6 — компоновочная схема регулятора мощности по п,3 формулы изобретения; на фиг.7-место! на фиг.6.

Предлагаемый регулятор мощности содержит корпус 1, регулируемое звено 2, палец 3, дифференциальный поршень 4, золотник 5, плунжер 6 золотника, снабженный управляющим пояском 7 и пружиной 8;

Г-образный рычаг 9, пружину 10, датчик 11 давления, пружину 12. Промежуточное звено 13 шарнирно соединено с плунжером 6 золотника, Ось 14 рычага закреплена в корпусе 1. Гильза золотника 15 может быть выполнена как отдельной деталью, так и за одно целое с корпусом 1. Штоковая полость

16 дифференциального поршня 4, соединенная q линией 17 нагнетания и каналом

18, сообщена с полостью под торцом датчи5 ка 11 давления, Одновременно полость 16 линией 19 сообщена с рабочей камерой 20 золотника 5. Поршневая полость 21 линией

22 сообщена с проточкой золотника 5; перекрываемой управляющим пояском 7 плун10 жера 6 золотнлка. Камера 23 золотника 5 сообщена cо сливом. Пружина 8 золотника регулируется с помощью регулировочного элемента 24.

Кроме того, рычаг 9 может быть выполнен в виде пластины, торец которой снабжен поверхностями 25 и 26., контактирующими с промежуточным звеном 13, выполненным в виде лепестка и закрепленным с помощью фиксирующего элемента 27 на гильзе золотника 15

" Регулятор мощности работает следующим образом, При увеличении давления в линии 17 нагнетания увеличивается давление и под торцом датчика 11 давления, что вызывает увеличение усилия с ceo стороны на Г-образный рычаг 9, вызывающий его поворот и сжатие пружины 10, Находившийся до этого

55 в равновесии подпружиненный плунжер золотника 5, воздействующий на рычаг 9 через промежуточное звено 13, перемещается в гильзе 15, сообщая подпоршневую полость

21 через линию 22, рабочую камеру 20 золотника 5 и линию 19 с линией 17 нагнетания, Ввиду разницы площадей поршневой

21 и штоковой 16 полостей дифференциальный поршень 4 перемещается, уменьшая плечо воздействия датчика 11 давления на

Г-образный рычаг 9 до тех пор, пока момент, возникающий в связи с этим, не уравняется с моментом от воздействия пружины 10 на рычаг 9. В этом случае управляющий поясок 7 плунжера 6 золотника 5 перекрывает давление в поршневую полость 21. В случае уменьшения давления в линии 17 нагнетания процесс повторяется в обратной последовательости, при этом возврату дифференциального поршня

4 способствует возвратная пружины 12.

В случае применения рычага 9, выполненного в виде пластины с поверхностями

25 и 26, процесс аналогичен описанному, причем величина перемещения плунжера 6 золотника 5 определяется профилем поаер-. хностей 25 и 26 торца рычага 9.

Описанная конструкция позволяет повысить чувствительность регулятора, увеличить быстродействие и увеличить коэффициент использования полезной мощности приводного двигателя.

1751З94

Nr + h N =- Const (17 ) Рассмотрим отношение потерь мощности Л Й к мощности без.учета потерь Мт

ЛМ hP u hP — — — — (18) Подставим выражения для Рт и Л Р из

10 (12) в (18) ЛК а с.Лх к1у а -с.Лх 1 ks

Й kty а Тпр Тпр у У

T.å, относительные потери мощности

15 для прототипа имеют тенденцию к росту в диапазоне малых рабочих объемов.

Проведя аналогичные преобразования для проектируемой конструкции, получим, подставив выраженйя-для" Рт и Л P из (15) в

20 (18);

yo x hx а Х1 ЛХ1 (14) hx = hx a/yo, или.(14) где hP< —. прирост давления в результате нечувствительности в случае фиксирован25 ного положения золотника относительно оси рычага.

Как видно из соотношения (15), прирост давления в результате нечувствительноСти обр.атно пропорционален перемещению датчика давления вдоль оси рычага; срэвненив с (13), имеем (15) 85

k6 1 1

hР1 = — — = k7= усу у

Графики изменения относительного и рироста далвения в результате нечувствительности при различных значениях уо приведены на фиг,З (кривые yo = (0,5 — 1,5)

Ум„,). Кэк видно из графиков, предлагаемая конструкция имеет значительные преимущества по отношению к прототйпу, особенно в диапазоне рабочих объемов

0,75 Чма)сс О, Повышение коэффициента использования полезной мощности приводного двигателя обеспечивается следующим. При . большой нечувствительности необходимо 50 настраивать регулятор мощности в сторону уменьшения, при этом потери полезной мощности в реальных машинах могут доходить до 7 — 157ь.

Подставим (12) в (7): или или

Повышение чувствительности обеспечивается за счет следующего. Поскольку датчик давления и золотник в предлагаемой конструкции не совмещены в одной детали, то, в отличие от прототипа, перемещение датчика у вдоль рычага (см. фиг.2) не ведет к изменению координаты уо, 8 этом случае соотношение (11) можно переписать в виде: где уо — расстояние оТ оси плунжера золотника до оси поворота золотйика.

Повторив приведенные выше преобразования, имеем г

P.+ P> = Р +, . (15) .% И I«y yo

PQ = (Рт+ Л P) Q = Сопя (17) .

РТ0+ h Р 0 = Const (17) hN> hN1 а .с.hx к1у

NT NT Tk 1yoy а Тпр — — — — — Сопи = Ic, (19) а.с Лх ke пр yo yo где с — пр1лведенная жесткость пружины, воздействующей на Г-образный рычаг, кг/мм;

Л х — нечувствительность золотника,мм; а — плечо приложения усилия пружины, мм;

Т1-1p — усилие предварительной настройки пружины, воздействующей на рычаг, обеспечивающее расчетный режим постоянной мощности, кг; к — безразмерный коэффициент, учитывающий долю потерь мощности на нечувствительность по отношению к полезной мощности.

Из этого следует, что относительные потери мощности для проектируемой конструкции остаются неийзмЕонййми во всем диапазоне рабочих объемов и могут быть определены как угодно жестко на этапе проектирования, задаваясь коэффициентом к, что обеспечивает не только увеличение коэффициента использования полезной мощности приводного двигателя, но и его постоянства и определенности.

Формула изобретения

1. Регулятор мощности аксиально-поршневой гидромашины, содержащий корпус, в котором размещены регулируемое звено и дифференциальный поршень с возвратной пружиной, соединенные между собой с помощью пальца, закрепленного в дифференциальном поршне, золотник с управляющим поясом, расположенный в гильзе, опираю1751394

12 щейся на подпружиненный рычаг, ось поворота которого перпендикулярна плоскости золотника и пружины рычага и расположена в корпусе регулятора, датчик давления, размещенный в дифференциальном поршне и 5 контактирующий с рычагом, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения чувствительности и быстродействия регулятора, коэффициента использования мощно- 10 сти приводного двигателя, рычаг выполнен Г-образным, золотник подпружинен и раз.мещен в корпусе регулятора, оси золотника и пружины рычага параллельны оси диффе- .. ренциального поршня, при этом пружины 15 рычага размещена в корпусе со стороны возвратной пружины дифференциального

: поршня, между золотником и Г-образным .. рычагом установлено промежуточное звено, а расстояние от оси Г-образного рычага 20 до точки контакта промежуточного звена с рычагом определяется зависимостью у=с . Лх а/(Tip к}, где с — приведенная жесткость пружины;

Л х — нечувствительность золотника; а.— плечо приложения усилия пружины рычага;

Тпр — усилие предварительной настрой.ки пружины; к — безразмерный коэффициент.

2, Регулятор по п.1, о т л и ча ю шийся тем, что ось золотника перпендикулярна оси дифференциального поршня.

3. Регулятор по п.1, о т л и ч à ю шийся тем, что рычаг выполнен в виде пластины, один конец которой шарнирно закреплен на оси, перпендикулярной оси дифференциального поршня, а другой выполнен в виде кулачка, контактирующего с промежуточнымзвеном, закрепленным на гильзе с помощью фиксирующего элемента с возможностью перемещения, причем ось золотника параллельна оси дифференциального поршня и проходит через ось поворота рычага, а.датчик давления контактирует с поверхностью пластины, расположенной состороны дифференциального поршня."

Я

l 751394 кс

1751394

+up, Х

1751394

Фиг. 7

Составитель М.Соловьев

Редактор Т.Лошкарева Техред М,Моргентал Корректор M. Têà÷

Заказ 2674 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раукская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагаоина, 101