Клапанное устройство и гидравлический привод - RU2293224C2
Код документа: RU2293224C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к клапанному устройству для управления гидравлическим приводом (гидроприводом) с раздельным управлением подачей к гидроприводу и отводом от гидропривода. Дополнительно, изобретение относится к гидроприводу, управляемому с помощью клапанного устройства.
Из уровня техники известны клапанные устройства для управления гидроприводом, в которых регулирующие проходы для управления подачей к гидроприводу и отводом от гидропривода соединены друг с другом механически или гидравлически. Часто желательно иметь возможность управления гидроприводом с определенной скоростью для всех ситуаций при работе с нагрузкой. С помощью клапанных устройств, где регулирующие проходы для управления подачей к гидроприводу и отводом от гидропривода соединены друг с другом, где скорость гидропривода и нагрузка, действующая на гидропривод, имеют одинаковое направление, и где подачу регулируют, скорость гидропривода обеспечивают посредством ограничения выпуска. Однако это негативно влияет на энергетический к.п.д. Другие клапанные устройства с соединенными регулирующими проходами для управления подачей к гидроприводу и отводом от гидропривода выполнены с такими размерами, что и подачу к гидроприводу и отвод от гидропривода можно регулировать независимо от нагрузки. Эти клапанные устройства имеют заданное соотношение между параметрами подачи и выпуска, что также дает в результате низкое значение к.п.д. В зависимости от направления воздействия нагрузки гидропривода для предотвращения кавитации в таком клапанном устройстве требуется наличие нескольких клапанов, что в результате делает его сложным и дорогим. Для решения этих проблем в документах ЕР 0809737 В1, US 5,138,838, US 5,568,759 и US 5,960,695 предложены клапанные устройства с возможностью раздельного регулирования подачи к гидроприводу и отвода от гидропривода. Однако эти решения не вызвали большого интереса, что связано с минимальным значением допустимых утечек в рабочих соединениях, когда клапаны являются неактивными. В рабочих режимах, когда скорость и нагрузка, воздействующая на гидропривод, имеют одинаковое направление, скорость регулируют с помощью подающей трубы, по которой поступает давление от насоса, что также дает в результате низкий к.п.д. В US 4,840,111 и US 6,467,264 предпринята попытка избежать высокого значения давления в магистрали от насоса, однако в этих решениях в режиме снижения нагрузки для предупреждения появления кавитации требуется слишком высокое давление в трубе, идущей от резервуара. Вследствие потерь на дросселирование высокое давление в трубе резервуара также приводит к низкому значению к.п.д.
Задачей изобретения является предложение усовершенствованного клапанного устройства, раскрытого во введении, в котором скорость и гидравлическое давление гидропривода можно регулировать независимо друг от друга.
С помощью вышеупомянутого клапанного устройства задача изобретения решена посредством того, что насосная труба соединена с первым регулирующим клапаном, первый регулирующий клапан соединен через трубу с первым рабочим соединением, и вторым рабочим соединением гидропривода, и первое рабочее соединение соединено со вторым регулирующим клапаном, а второе рабочее соединение соединено с третьим регулирующим клапаном, причем второй регулирующий клапан и третий регулирующий клапан соединены с резервуаром.
С помощью этого клапанного устройства имеется возможность регулировать скорость гидропривода независимо от гидравлического давления. Клапанное устройство, выполненное согласно изобретению, имеет два основных способа управления. В первом способе управления расход выпуска и гидравлическое давление на подаче регулируют независимо друг от друга. Таким образом, включение третьего регулирующего клапана изменяет скорость гидропривода, и включение первого регулирующего клапана изменяет гидравлическое давление. Во втором способе подачу и гидравлическое давление на выходе регулируют независимо друг от друга. Таким образом, включение первого регулирующего клапана устанавливает скорость, а включение третьего регулирующего клапана устанавливает величину гидравлического давления. Изменение скорости и гидравлического давления независимо друг от друга надежно предотвращает кавитацию и повышает к.п.д., так как не требуются слишком высокие давления для регулирования скорости. Термин "насосная труба" должен пониматься функционально, то есть нет необходимости в том, чтобы насосная труба была соединена непосредственно с насосом. Возможно непрямое соединение с насосом или соединение с другим источником давления.
Целесообразно, чтобы первый регулирующий клапан, и/или второй регулирующий клапан, и/или третий регулирующий клапан были снабжены датчиком положения. Дополнительно насосная труба и/или труба резервуара могут иметь датчик давления, и первое и второе рабочие соединения также могут иметь датчик давления. С помощью этих датчиков давление можно точно замерить в трубах и рабочих соединениях. С помощью датчиков положения могут быть определены индивидуальные рабочие положения регулирующих клапанов и их соответствующие дросселирующие проходы, определяющие расход потока. Таким образом, возможно точное регулирование скорости гидравлического привода и гидравлических давлений независимо друг от друга.
В еще одном варианте исполнения изобретения имеется четвертый регулирующий клапан, расположенный между двумя рабочими соединениями. Четвертый регулирующий клапан может быть выполнен в виде дискретного клапана или в виде клапана с пропорциональным управлением. Таким образом, можно реализовать прямой поток между двумя рабочими соединениями, который может быть, в зависимости от конструкции регулирующего клапана, полностью открыт или полностью закрыт, или дросселироваться.
Предпочтительно, чтобы регулирующие клапаны были выполнены регулируемыми непосредственно и/или с помощью регулирования давления, и/или с помощью регулирования направления. Таким образом, имеются все предпосылки для программирования работы клапанного устройства в определенных режимах. Независимо от способа управления регулирующими клапанами, напрямую либо с помощью регулирования давления или направления, приводы второго регулирующего клапана и третьего регулирующего клапана могут быть выполнены в виде двух приводов однонаправленного действия либо в виде одного двунаправленного привода.
Первый регулирующий клапан может быть 3/3-ходовым клапаном, а второй, третий и четвертый клапаны могут быть 2/2-ходовыми клапанами. Такие направляющие клапаны являются стандартными компонентами, таким образом, клапанное устройство может быть выполнено простым и недорогим.
Каждым регулирующим клапаном можно управлять посредством электромагнитного привода и пружины. В случае, когда регулирующие клапаны не задействованы, предпочтительно привести их в положение покоя, в котором их можно, например, закрыть. Таким образом исключают возможность падения груза на землю при его подъеме или опускании с помощью гидропривода при внезапном сбое.
Первый превентер обратного потока может быть расположен между первым регулирующим клапаном и первым рабочим соединением, и второй превентер обратного потока может быть расположен между первым регулирующим клапаном и вторым рабочим соединением, причем указанные превентеры обратного потока могут быть выполнены в виде обратных клапанов. Задача этих превентеров обратного потока состоит в предотвращении нежелательных протечек в двух рабочих соединениях гидропривода, когда регулирующие клапаны не задействованы.
Для того, чтобы упростить общую конструкцию клапанного устройства, целесообразно произвести объединение в один или большее количество клапанных блоков. Так, например, предпочтительно объединить вместе в один блок второй регулирующий клапан и третий регулирующий клапан и взаимодействующие с ними датчики положения. Также целесообразно включить в этот же блок превентеры обратного потока. В этом случае получается компактный модуль, который может быть установлен, например, прямо на цилиндре.
В еще одном варианте исполнения изобретения клапанное устройство содержит, по меньшей мере, одно электронное устройство для регулирования потока. От датчиков давления, в особенности измеряющих давление в рабочих соединениях, электронное устройство для регулирования потока получает значения индивидуальных текущих давлений. Эти два значения действующих давлений сравнивают друг с другом. На основе этого сравнения определяют корректирующую величину прохода клапана, данные о которой передают на регулирующий элемент, соединенный с данным управляемым клапаном.
Задача решена с помощью гидравлического привода, раскрытого во введении, в котором имеется клапанное устройство согласно одному из пунктов 1-15 формулы изобретения, так что его скорость можно регулировать независимо от гидравлических давлений.
Предпочтительно, чтобы гидравлический двигатель был выполнен в виде роторного двигателя или двигателя поступательного типа.
Ниже раскрыт вариант исполнения изобретения, подробно описанный на основе прилагаемых чертежей, в которых:
фиг.1 - принципиальная схема клапанного устройства;
фиг.2 - схема электронного устройства для измерения и регулирования потока.
На Фиг.1 изображено клапанное устройство 100. Оно содержит насосную трубу 1, трубу 2 резервуара и гидравлический привод 3, снабженный рабочими соединениями 4 и 5. Первый регулирующий клапан 6 с возможностью дросселирования управляет потоком от насосной трубы 1 к одному из рабочих соединений 4 или 5. Второй регулирующий клапан 15 с возможностью дросселирования и третий регулирующий клапан 16 с возможностью дросселирования управляют потоком, протекающим от гидропривода 3 через рабочие соединения 4 и 5 в резервуар Т. Далее, четвертый регулирующий клапан 14 расположен между рабочими соединениями 4 и 5. Первый обратный клапан 8 и второй обратный клапан 9 расположены в двух трубах между первым регулирующим клапаном 6 и гидроприводом 3. Первый датчик 10 давления и второй датчик 11 давления измеряют гидравлическое давление у рабочих соединений 4 и 5. В зависимости от режима работы третий датчик 12 давления расположен либо в насосной трубе 1, либо в трубе 2 резервуара. Однако возможно также расположение третьего датчика 12 давления одновременно в насосной трубе 1 и в трубе 2 резервуара для обеспечения возможности работы в нескольких рабочих режимах без перенастройки. Датчики 13 положения соединены с регулирующими клапанами 6, 15 и 16.
На Фиг.2 изображено электронное устройство 200 для измерения и регулирования потока, в особенности для управления регулирующими клапанами 6 и 16 или другими. Датчики 11 и 12 давления измеряют его мгновенное текущее значение и передают на вычислительное устройство 201, сравнивающее текущее значение давления с заданным желаемым значением, определяя таким образом разность давлений. Вместе с этой разностью давлений, заданным желаемым значением Qг для потока и константой k клапана, определяют желаемую величину прохода Аг клапана и основанное на этом желаемое рабочее положение хг регулирующего клапана. Затем вычисленные значения передают на управляющий элемент 202, устанавливающий, в соответствии с рабочим режимом, рабочие положения регулирующих клапанов 6 или 16 или других, в соответствии с желаемыми значениями расхода потока. Во многих случаях управляющий элемент является частью микропроцессора.
С помощью описанного клапанного устройства 100 и электронного устройства 200 возможна реализация нескольких сложных рабочих режимов, которые подробно описаны ниже. В первом рабочем режиме гидравлическая жидкость может протекать от Р к В и от А к Т. Для этого направления потока имеются два способа управления. В первом способе управления регулирующие клапаны 14 и 15 заблокированы. Выпуск и гидравлическое давление контролируют в точке подачи, причем скорость гидропривода 3 изменяется путем включения регулирующего клапана 16, а гидравлическое давление в гидроприводе 3 изменяется путем включения регулирующего клапана 6. Для этой цели датчик 12 давления установлен в трубе 2 резервуара и датчик 13 положения соединен с регулирующим клапаном 16. Желаемую величину проходного отверстия регулирующего клапана 16 вычисляют на основании значений гидравлического давления, измеренного в рабочем соединении 5, гидравлического давления, измеренного в трубе 2 резервуара, и желаемого значения открытия регулирующего клапана 16 или желаемого значения скорости гидропривода 3. Способ такого вычисления желаемого значения рабочего положения клапана 16 показан на Фиг.2. Когда скорость и нагрузка, воздействующая на гидропривод 3, имеют противоположные направления, рабочее положение управляющего клапана 6 регулируют в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочем соединении 5. В альтернативном варианте рабочее положение регулирующего клапана 6 можно регулировать в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочих соединениях 4 и 5. Когда скорость гидропривода и нагрузка, действующая на гидропривод 3, имеют одинаковое направление, рабочее положение регулирующего клапана 6 регулируют в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочем соединении 4. В альтернативном варианте рабочее положение регулирующего клапана 6 можно регулировать в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочих соединениях 4 и 5.
Во втором способе управления контролируют величину подачи и гидравлическое давление на выпуске, причем скорость гидропривода 3 изменяют с помощью включения первого регулирующего клапана 6, и гидравлическое давление в гидроприводе 3 изменяют посредством включения регулирующего клапана 16. Для этой цели датчик 12 давления установлен в насосной трубе 1, и датчик положения соединен с регулирующим клапаном 6. Желаемую величину открытия регулирующего клапана 6 вычисляют на основе значений гидравлического давления, измеренного в рабочем соединении 4, давления в насосной трубе 1 и желаемого значения величины потока, проходящего через регулирующий клапан 6 или на основе желаемого значения скорости гидропривода 3. Вычисления также выполняют на основании схемы, изображенной на Фиг.2. В обоих случаях, когда скорость и нагрузка имеют одинаковое направление и когда они действуют в противоположных направлениях, величину открытия регулирующего клапана 16 устанавливают на основе желаемого и измеренного гидравлического давления в рабочем соединении 4.
Когда поток течет в противоположном направлении, то есть от Р к А и от В к Т, регулировать скорость и гидравлическое давление можно таким же образом, причем для управления используют регулирующий клапан 15 вместо регулирующего клапана 16. Регулирующие клапаны 14 и 16 заблокированы для обоих направлений потока.
В дополнительном рабочем режиме для регулирования скорости при опускании груза L существует риск возникновения кавитации в первом рабочем соединении 4, так как практически при всех скоростях гидропривода 3 величина выпускного потока в рабочем соединении 5 может быть больше, чем величина подачи в рабочем соединении 4. В этом случае задействуют регулирующий клапан 14, который либо открыт, либо дросселирует. Скорость гидропривода 3 при этом регулируют с помощью величины подачи в рабочем соединении 4 или с помощью величины выхода в рабочем соединении 5, причем часть выходного потока входного потока используют повторно, вследствие наличия дифференциальной зоны в цилиндре.
Скоростью гидропривода 3 при подъеме или опускании нагрузки управляют посредством дросселирования на регулирующем клапане 14 и изменения давления в рабочем соединении 4 с помощью регулирующего клапана 6. Направление потока к резервуару Т задают с помощью одного из двух регулирующих клапанов 15 или 16, причем другой из них остается закрытым. В этом рабочем режиме требуется датчик 12 давления, расположенный в трубе 2 резервуара, и датчики 13 положения, расположенные у регулирующих клапанов 15 и 16. Регулирующий клапан 14 можно использовать всегда, независимо от открытого или закрытого положения регулирующих клапанов 15 или 16 и независимо от того, где расположены датчики 13 положения - на регулирующих клапанах 15 и 16 или на регулирующем клапане 6.
Гидравлическое соединение между двумя рабочими соединениями 4 и 5 через открытый регулирующий клапан 14 также возможно при подъеме груза L. Здесь гидравлическую жидкость подают к самой большой камере гидропривода 3. Регулирующий клапан 6 регулирует подачу к гидроприводу 3. В этом рабочем режиме датчик 12 давления расположен в насосной трубе 1 и датчик 13 положения расположен на регулирующем клапане 6. Для очень точной регулировки скорости регулирующий клапан 14 может быть переведен в режим дросселирования. Когда груз поднимают, клапан 6 управляет или задает перемещение. Причем датчик 12 давления расположен в трубе 2 резервуара и датчики 13 положения расположены на регулирующих клапанах 15 и/или 16.
В рабочем режиме, когда движение осуществляется, например, рывками, гидравлическая жидкость течет от рабочего соединения 5 к гидроприводу 3, причем подачу регулируют с помощью регулирующего клапана 6. Такой рабочий режим возникает во время работы трактора, например при управлении балкой с навесными орудиями, то есть подъемным устройством, несущим, например, плуг. Здесь регулирующий клапан 15 служит в качестве предохранительного клапана, так что гидравлическое давление в рабочем соединении 4 падает. При падении давления в рабочем соединении ниже определенного уровня гидропривод 3 меняет направление движения на противоположное, выбирая либо рабочий режим, в котором поток течет от Р к В и от А к Т, либо рабочий режим, в котором рабочие соединения 4 и 5 гидравлически соединены друг с другом во время опускания груза.
В еще одном рабочем режиме требуется, чтобы два рабочих соединения были соединены с резервуаром 2, причем в рабочих соединениях 4 и 5 давление отсутствует. Это достигается с помощью полного открытия регулирующих клапанов 15 и 16 или регулирующих клапанов 14 и 15, или регулирующих клапанов 14 и 16. Остальные клапаны при этом должны оставаться закрытыми.
В другом рабочем режиме предотвращают нежелательные протечки у рабочих соединений 4 и 5. Такие протечки являются нежелательными, например, когда гидропривод 3 должен удерживать груз в течение какого-то времени. Это достигается с помощью превентеров 8 и 9 обратного потока и закрытых регулирующих клапанов 6, 14, 15 и 16.
В базовом рабочем режиме гидравлическая жидкость может протекать от Р к В и от А к Т. Для этого направления потока имеются два способа управления. В первом способе управления регулирующий клапан 15 заблокирован. Выпуск и гидравлическое давление контролируют в точке подачи, причем скорость гидропривода 3 изменяют путем включения регулирующего клапана 16, а гидравлическое давление в гидроприводе 3 изменяют путем включения регулирующего клапана 6. Для этой цели датчик 12 давления установлен в насосной трубе 1. Желаемую величину проходного отверстия регулирующего клапана 16 вычисляют с помощью электронного устройства 200 на основании значений гидравлического давления, измеренного в рабочем соединении 5, гидравлического давления, измеренного в насосной трубе 1, и желаемого значения открытия регулирующего клапана 16 или желаемого значения скорости гидропривода 3. Когда скорость и нагрузка, воздействующая на гидропривод 3, имеют противоположные направления, рабочее положение управляющего клапана 6 регулируют в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочем соединении 5. В альтернативном варианте рабочее положение регулирующего клапана 6 можно регулировать в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочих соединениях 4 и 5. Когда скорость гидропривода и нагрузка, действующая на гидропривод 3, имеют одинаковое направление, рабочее положение регулирующего клапана 6 регулируют в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочем соединении 4. В альтернативном варианте рабочее положение регулирующего клапана 6 можно регулировать в соответствии с желаемым и измеренным гидравлическим давлением в рабочих соединениях 4 и 5.
В другом режиме, при протекании гидравлической жидкости от Р к А и от В к Т, регулирующий клапан 16 заблокирован. Выпуск и гидравлическое давление контролируют в точке подачи, причем скорость гидропривода 3 изменяют путем включения регулирующего клапана 15, а гидравлическое давление в гидроприводе 3 изменяют путем включения регулирующего клапана 6.
При сравнении большого количества возможностей применения этого относительно простого клапанного устройства с известными клапанными устройствами видно, что, в зависимости от выбранного рабочего режима, в клапанном устройстве требуются максимум один или два датчика положения и максимум три датчика давления.
Реферат
Устройство предназначено для управления гидроприводом с раздельным управлением подачей к гидроприводу и отводом от гидропривода. В устройстве насосная труба соединена с первым регулирующим клапаном, первый регулирующий клапан соединен через трубу с первым рабочим соединением и вторым рабочим соединением гидропривода, и первое рабочее соединение соединено со вторым регулирующим клапаном, и второе рабочее соединение соединено с третьим регулирующим клапаном, причем второй регулирующий клапан и третий регулирующий клапан соединены с резервуаром. Технический результат - раздельное управление скоростью и гидравлическим давлением гидропривода. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.
