Разработка и исследование гидравлического редукторно-мультипликаторного привода машин и механизмов

С.С. Пилипенко, к.т.н., доцент, М.Р. Байгузин, аспирант, А.П. Потапенков, д.т.н., профессор, М.А. Перепелкин, к.т.н., доцент ФГБОУ ВПО Норильский индустриальный институт

Гидравлический привод машин имеет широкое распространение благодаря преимуществам, к которым относятся надежность его функционирования, возможность непосредственного получения поступательного движения и другие [1]. Наиболее часто используются насосный и насосно-аккумуляторный приводы поступательного движения.

Важным достоинством насосного привода является его более высокий кпд (0,6…0,85). Другие преимущества – отсутствие постоянного высокого давления в системе, малые габариты, простое управление [1, 2]. Существенный недостаток этого привода – значительная установочная мощность насосов, которая не полностью используется на значительном интервале рабочего цикла. Для компенсации этого недостатка по возможности предусматривают кратковременную работу приводных электродвигателей насосов с перегрузкой, устанавливают насосы с несколькими ступенями давления и подачи, используют маховичный привод, снабжают привод мультипликатором и наполнительным баком.

Известно также, что эксплуатационные показатели простого насосного привода с насосами постоянной подачи можно повысить, сделав его редукторно-мультипликаторным [3, 4]. Такой привод имеет равномерную загрузку насосов, меньшее рабочее давление насосов и, как результат, этого, меньшую установочную мощность приводных двигателей насосов. Указанный эффект имеет место как в одноцилиндровом приводе [3], так и в двухцилиндровом приводе [4]. В первом случае при холостом ходе используется одинарный гидравлический редуктор, при рабочем ходе – одинарный мультипликатор. Во втором случае при холостом ходе используется простой сдвоенный редуктор, при рабочем ходе – простейший сдвоенный мультипликатор. Во втором случае дополнительно обеспечивается синхронизация работы двух силовых цилиндров силового блока.

Указанный эффект можно получить, используя в схемах управления приводом блочные редукторы-мультипликаторы (блочные дозаторы), которые при холостом ходе выполняют функции редуктора, при рабочем ходе – функции мультипликатора [5, 6]. Использование одного устройства вместо двух потребует меньших затрат на их изготовление и эксплуатацию привода.

Рис. 1 Схема трёхскоростного редукторно- мультипликаторного привода с блочными редуктор- мультипликаторами (дозаторами)

Рис. 1 Схема трёхскоростного редукторно-мультипликаторного привода с блочными редуктор-мультипликаторами (дозаторами)

В одноцилиндровом приводе (рис. 1) используется одинарный блочный дозатор 4, основу каждого составляют два соосно установленных цилиндра 9 и 10 с диаметрами плун- жеров d и D (d<D) соответственно. При подаче жидкости в цилиндр 10 и вытеснении её из цилиндра 9 дозатор работает как мультипликатор с коэффициентом мультипликации (усиления) kм:kм = D2/d2

При подаче жидкости в цилиндр 9 с вытеснением её из цилиндра 10, дозатор работает как редуктор с коэффициентом редукции kp:kp = D2/d2

При этом kм и kр связаны зависимостью kм*kp=1

Рис. 2 Схема двухскоростного редукторно- мультипликаторного привода с блочными редуктор- мультипликаторами (дозаторами)

Рис. 2 Схема двухскоростного редукторно-мультипликаторного привода с блочными редуктор-мультипликаторами (дозаторами)

В двухцилиндровом приводе (рис. 2) используется сдвоенный блочный дозатор 5, основу которого составляют четыре соосно установленных плунжерных цилиндра, два из которых, 13 и 14 с диаметром плунжеров d и два – 15 и 16 с диаметром D (D > d). Плунжеры всех цилиндров жёстко связаны между собой, образуя блок подвижных элементов, все корпуса цилиндров образуют неподвижный блок. Если при работе цилиндры 13 и 14 служат входными, то дозатор работает как редуктор, если входными служат цилиндры 15 и 16, то дозатор работает как мультипликатор. При этом коэффициенты мультипликации и редукции и их взаимосвязь определяются вышеприведенными зависимостями.

В приводе с одноцилиндровым силовым блоком (см. рис. 1) используется силовой цилиндр 1, насосная станция 2, реверсивный золотник 3, блочный дозатор 4, два двухпозиционные трёхходовые золотники 5 и 6 и два отсечных золотника 7 и 8. Переключает привод с прямого хода на обратный реверсивный золотник. Схема обеспечивает трёхскоростной режим работы привода при прямом ходе.

Первая ступень скорости VНР (редукторная) обеспечивается подачей жидкости от золотника 3 через золотник 5 в полость цилиндра 9 дозатора 4, с последующим вытеснением её из полости цилиндра 10 через золотник 6 в поршневую полость силового цилиндра. При этом скорость VНР и давление РНР, развиваемое насосом, будут определяться как:

066 f1(1)

где 066 f1a– скорость поршня при подаче жидкости в силовой цилиндр непосредственно от насоса; QН – подача насоса; F – площадь поршня силового цилиндра;

066 f1b– давление в силовом цилиндре при холостом ходе; RX – усилие холостого хода.

Вторая ступень скорости V (насосная) после переключения золотника 6 обеспечивается подачей жидкости через золотники 5 и 6 в поршневую полость силового цилиндра. При этом скорость жидкости V и давление РН, развиваемое насосом, определяются как:

066 f2 (2)

где RР – усилие рабочего хода на данном перемещении. Зависимости (2) справедливы для простого насосного привода на всей величине прямого хода.

Третья ступень скорости VНМ (мультипликаторная) обеспечивается подачей жидкости через золотник 5, после его переключения, в полость цилиндра 10 дозатора с последующим вытеснением её из полости цилиндра 9 через золотник 6 в поршневую полость силового цилиндра. При этом скорость VНМ и максимальное давление РНМ, развиваемое насосом:

066 f3(3)

где 066 f3a– максимальное давление в силовом цилиндре при рабочем ходе; Rmax – максимальное усилие рабочего хода.

Возврат подвижного блока дозатора в исходное положение происходит при обратном ходе поршня силового цилиндра. При этом жидкость от реверсивного золотника после его переключения подаётся в штоковую полость силового цилиндра 1 и вытесняется из поршневой полости в полость цилиндра 9 или 10 дозатора (зависит от конечной позиции блока плунжеров дозатора по отношению к исходной). Жидкость из противоположного дозатора сливается при этом через отсечный золотник 7 или 8, соответственно.

В приводе с двухцилиндровым блоком (см. рис. 2) используются два силовых цилиндра 1, два возвратных – 2; насосная станция 3, реверсивный золотник 4, сдвоенный блочный дозатор 5, четыре трёхходовые трёхпозиционные золотники 6, 7, 8 и 9, три отсечных золотника 10, 11 и 12. Привод с прямого хода на обратный переключает ревер- сивный золотник 4. Схема обеспечивает двухскоростной режим работы при прямом ходе.

Первая ступень скорости VНР обеспечивается подачей жидкости от золотника 4 через золотники 6 и 7 в полости цилиндров дозатора 13 и 14, соответственно, с последующим вытеснением её из полостей цилиндров 15 и 16 в силовые цилиндры 1 раздельно через золотники 8 и 9. При этом VНР и давление РНР, развиваемое насосом, определяется зависимостями (1), в которых

066 f4– скорость прямого хода при подаче жидкости от насосов непосредственно в силовые цилиндры;

066 f5– среднее давление в силовых цилиндрах при холостом ходе.

Вторая ступень скорости VНМ обеспечивается подачей жидкости через золотники 6 и 7, после их переключения, в полости цилиндров 15 и 16 дозатора с последующим вытеснением её из полостей цилиндров 13 и 14, раздельно через золотники 8 и 9, также после их переключения, в силовые цилиндры. При этом скорость VНМ и давление РНМ, развиваемые насосом, будут определяться зависимостями (3), в которых

066 f6– среднее максимальное давление в силовых цилиндрах при рабочем ходе.

Возврат подвижных элементов дозатора в исходное положение осуществляется с использованием жидкости, сливаемой из силовых цилиндров при обратном ходе, когда жидкость от насоса через реверсивный золотник подаётся в возвратные цилиндры 2. Взаимодействие элементов схемы в этом случае подобно трёхскоростному приводу.

Выводы

Перевод простого насосного привода в разряд редукторно- мультипликаторного с использованием блочных дозаторов обеспечивает значительное снижение рабочего давления и установочной мощности насосов.

Снижение рабочего давления насосов позволяет разрабатывать насосные приводы на основе недорогих насосов среднего давления – шестерённых и пластинчатых. Особенно эффективно использование редукторно-мультипликаторного привода при относительно большом значении холостого хода и относительно низком его давлении, а также при плавном возрастании давления рабочего хода. Использование блочных дозаторов значительно снижает состав элементов привода.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ: 1. Добринский Н.С. Гидравлический привод прессов [Текст] / Н.С. Добринский. М.: Машиностроение, 1975.– 222с. 2. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов [Текст]. М.: Машиностроение, 1991.– 384с. 3. Разработка и исследование гидравлического редукторно-мультипликаторного при-вода металлургических машин [Текст] / А.П. Потапенков, С.С. Пилипенко, Ю.Г. Серебрен-ников и др. // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. 2009. - №8. С.54-59. 4. Разработка и исследование двухцилиндрового гидропривода металлургических ма-шин [Текст] / А.П. Потапенков, С.С. Пилипенко, С.М. Степанов и др. // Известия ВУЗов. Чёрная металлургия. 2011. - №2. С.58-62. 5. Гидравлический пресс [Текст]: пат. РФ №2206456 / А.П. Потапенков, В.М. Черно-бай, О.В. Миняков: Норильский индустр. ин-т: Заявл. 03.06.1999; опубл. 20.06.2003. 6. Гидравлический пресс [Текст]: пат. РФ №2258609 / А.П. Потапенков, В.М. Черно-бай, С.С. Пилипенко и др.: Норильский индустр. ин-т: Заявл. 23.06.2003; опубл. 20.08.2005
Ключевые слова: насос, гидравлический привод, мультипликатор, редуктор, блочный дозатор, коэффициент мультипликации

Журнал "Горная Промышленность"№1 (125) 2016, стр.66