Шаговый гидропривод поступательного движения (варианты)

Шаговый гидропривод поступательного движения (варианты)

Реферат

 

Использование: в оборудовании комплексной механизации шахт в качестве механизма для шагового перемещения элементов оборудования и машин. Сущность изобретения: шаговый гидропривод содержит источник гидравлической энергии, один (по первому варианту) или несколько (по второму и третьему вариантам) гидроцилиндров 2, гидрораспределители, подключенные к напорной 5 и сливной 6 магистралям. Каждый гидроцилиндр выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами, разделенными перегородкой, с образованием трех ступеней раздвижности. Кратность ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности принята в пределах от 0,1 до 1,0, а третья ступень раздвижности равна сумме ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности. Подключение через гидрораспределители штоковых и поршневых полостей обеих ступеней обеспечивает поступательное движение на шаги, соответствующие каждому из ходов поршней или сумме ходов. По первому варианту полости первой и второй ступеней каждого сдвоенного гидроцилиндра 2 подключены автономно к гидрораспределителю. По второму варианту гидроцилиндры объединены в группы, а полости первой и второй ступеней раздвижности подключены параллельно к гидрораспределителям. По третьему варианту полости первой ступени каждого гидроцилиндра подключены параллельно к гидрораспределителю, а полости второй ступени каждого гидроцилиндра подключены к гидрораспределителю. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области общего машиностроения и может применяться в оборудовании комплексной механизации шахт в качестве механизма для перемещения элементов оборудования и машин, в которых требуется шаговое перемещение, например, забойного конвейера, исполнительного органа струговой установки, механизированных крепей и др.

Известно устройство для управления передвижением элементов оборудования комплексной механизации при безлюдной выемке, например, гидравлической крепью, включающее гидродомкраты передвижения конвейера, гидростойки, клапанный блок с обратным и гидроуправляемым клапанами, гидрораспределитель, порционер, нагнетательная полость которого сообщена с магистралью подачи конвейера, причем устройство снабжено дополнительной магистралью подачи конвейера, которая через обратный клапан сообщена с рабочей полостью порционера, соединенной с полостью управления гидрораспределителя через гидроуправляемый клапан [1] Недостаток известного устройства заключается в сложности его исполнения, так как наличие порционера, обеспечивающего дискретное перемещение элементов оборудования, а именно, забойного конвейера, требует введения в гидросхему связанных с ним дополнительных гидроэлементов и гидролинии. Причем данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку оно обеспечивает дискретное перемещение только забойного конвейера, а перемещение секций крепи осуществляется на полный ход их гидроцилиндров передвижения.

Кроме того, при выполнении операций по перемещению конвейера не обеспечивается точность шага дискретного его перемещения вследствие того, что оператор не имеет информации об окончании операции по зарядке порционера и может эту операцию выполнить либо с опозданием либо раньше.

Известен механизм для передвижения элементов оборудования и машин, в частности, групповой шаговой гидропривод поступательного движения, включающий насосную станцию, гидроцилиндры с внутренней обратной связью, состоящей из передаточного и сравнивающего механизмов и распределительных клапанов, электрогидравлическую систему дистанционного и автоматического управления с задающими механизмами, нагнетательный и сливной магистральные трубопроводы, причем сравнивающий механизм выполнен в виде двух расположенных один в другом эксцентриков, из которых внутренний соединен с передаточным механизмом, а наружный с задающим механизмом и распределительными клапанами [2] Недостатком известного шагового гидропривода является сложность его конструкции, обусловленная наличием сравнивающего механизма, выполненного в виде двух расположенных один в другом эксцентриков, цепной передачи, блока распределителей с электромагнитным управлением, гидродвигателя, что может не обеспечить заданную точность поступательного движения при совместной работе упомянутых элементов, кинематически связанных между собой.

Кроме того, данный гидропривод не может обеспечить шаговое движение перемещаемого объекта как в прямом, так и в обратном направлениях, что, в свою очередь, ограничивает его функциональные возможности.

В основу изобретения поставлена задача упростить конструкцию шагового гидропривода при обеспечении точности заданного шага перемещения элементов конструкции, а также расширить его функциональные возможности.

Поставленная задача достигается тем, что в шаговом гидроприводе поступательного движения по первому варианту, включающем источник гидравлической энергии, один или несколько гидроцилиндров, подключенных через гидрораспределители к напорной и сливной магистралям, согласно изобретению, каждый гидроцилиндр выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами с возможностью образования трех ступеней раздвижности, причем кратность ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности сдвоенного гидроцилиндра принята в диапазоне 0,1 1,0, а третья ступень раздвижности упомянутого гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности этого гидроцилиндра, при этом величина хода поршня каждой ступени раздвижности соответствует величине шага поступательного движения элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций, причем каждая ступень раздвижности одного сдвоенного гидроцилиндра или каждого из нескольких сдвоенных гидроцилиндров подключена автономно к гидрораспределителю с возможностью обеспечения поступательного движения элементов конструкции на соответствующий шаг при включении соответствующего гидрораспределителя.

Второй вариант отличается от первого тем, что сдвоенные гидроцилиндры объединены в группы таким образом, что каждая ступень раздвижности сдвоенных гидроцилиндров каждой группы подключена параллельно к автономному гидрораспределителю с возможностью обеспечения поступательного перемещения объекта или элементов конструкции на соответствующий шаг.

Третий вариант отличается от первого тем, что одна из ступеней раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра подключена параллельно к автономному гидрораспределителю, а другая ступень раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра подключена автономно к гидрораспределителю.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемое изобретение просто в конструктивном исполнении и обслуживании, обеспечивает точность заданного шага перемещения объекта при выполнении им технологических функций, а также позволяет повысить функциональные возможности гидропривода, работая в более широком диапазоне шаговых перемещений элементов конструкции или объекта в целом.

Известен из уровня техники гидроцилиндр для подъема стрелы грузоподъемной машины [3] состоящий из соосно расположенных двух корпусов, соединенных между собой втулкой, в каждом из корпусов расположен поршень со штоком.

Однако данный гидроцилиндр, хотя и выполнен сдвоенным, он позволяет осуществлять перемещение или подъем стрелы на расстояние, равное половине хода поршня либо полному ходу поршня, поскольку величины ходов поршней равны между собой, поэтому регулирование шага перемещения возможно только в пределах двух значений величин этих шагов.

В заявляемом изобретении гидроцилиндры шагового гидропривода также выполнены сдвоенными, однако каждый из них имеет три ступени раздвижности, причем кратность ходов поршней первой и второй ступеней этих гидроцилиндров находится в пределах от 0,1 до 1,0, а третья ступень раздвижности сдвоенного гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней его первой и второй ступеней раздвижности.

Причем величина кратности зависит от задаваемого режима технологического процесса.

Такое соотношение величин хода поршней сдвоенного гидроцилиндра позволяет расширить диапазон величин шаговых перемещений элементов конструкции при их поступательном движении, обеспечивая при этом точность этих шаговых перемещений. Конструктивно гидропривод выполнен более компактным, что очень важно при вписывании его в конструкцию оборудования или машины, в которых требуется шаговое (дискретное) перемещение их исполнительных элементов.

Помимо сказанного, заявляемое изобретение по отношению к известным техническим решениям [2, 3] просто в управлении при необходимости шагового перемещения элементов конструкции, имеющих различные величины шагов.

Кроме того, по первому варианту заявляемый гидропривод за счет автономного подключения штоковой и поршневой полостей обеих ступеней раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра к гидрораспределителю позволяет управлять шаговым перемещением каждого элемента конструкции в отдельности.

По второму варианту заявляемый гидропривод за счет объединения сдвоенных гидроцилиндров в отдельные группы и параллельного подключения штоковой и поршневой полостей каждой ступени раздвижности сдвоенных гидроцилиндров каждой группы к автономному гидрораспределителю позволяет управлять шаговым перемещением каждой группы элементов конструкции, объединенных по функциональному признаку между собой для выполнения технологического процесса в целом.

По третьему варианту заявляемый гидропривод за счет параллельного подключения штоковых и поршневых полостей одной из ступеней раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра к автономному гидрораспределителю и подключения штоковых и поршневых полостей другой ступени раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра к автономному гидрораспределителю позволяет управлять шаговым перемещением как одновременно всех элементов конструкции в соответствии с их функциональными признаками, так и отдельных элементов этой конструкции.

Таким образом, все три варианта заявляемого изобретения благодаря предлагаемой компоновке элементов шагового гидропривода позволяют задавать шаг перемещения элементов конструкции в более широком диапазоне его значений, чем в прототипе, что, в свою очередь, дает возможность расширить область применения как в конструкциях общего машиностроения, так и в других отраслях народного хозяйства.

Преимуществом первого варианта по сравнению с вторым и третьим вариантами является то, что за счет независимого шагового перемещения элементов конструкции достигается надежность работы гидропривода.

При втором и третьем вариантах достигается простота гидросхемы гидропривода и простота в обслуживании за счет уменьшения числа гидрораспределительной аппаратуры при достижении поставленной задачи - перемещение элементов конструкций с заданной точностью шага.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет достигнуть технический результат, который явным образом не следует из сведений об уровне техники, а поэтому оно имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 изображена общая схема компоновки элементов шагового гидропривода поступательного движения, первый вариант; на фиг. 2 пример гидравлической схемы шагового гидропривода, первый вариант; на фиг. 3 - сдвоенный гидроцилиндр в разрезе; на фиг. 4 то же, что на фиг. 1, второй вариант; на фиг. 5 то же, что на фиг. 2, второй вариант; на фиг. 6 то же, что на фиг. 1, третий вариант; на фиг. 7 то же, что на фиг. 2, третий вариант; на фиг. 8 пример реализации заявляемого шагового гидропривода применительно к секции крепи с одним сдвоенным гидроцилиндром, входящей в состав очистного механизированного комплекса со струговой установкой.

В первом варианте шаговый гидропривод поступательного движения (фиг. 1, 2, 3), содержит источник гидравлической энергии 1, один или несколько гидроцилиндров 2, гидрораспределители 3 и 4, напорную 5 и сливную 6 магистрали. Количество гидроцилиндров 2 определяется в зависимости от количества перемещаемых объектов или элементов конструкции. Каждый гидроцилиндр 2 выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами 7 и 8, разделенными перегородкой 9, с возможностью образования трех ступеней раздвижности 10, 11, 12. В корпусах 7 и 8 расположены поршни 13 и 14 первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности со штоками 15 и 16. Причем кратность ходов поршней 13 и 14 первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности гидроцилиндра 2 принята в диапазоне от 0,1 до 1,0, а третья ступень раздвижности 12 этого гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней 13 и 14 первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности. При этом, например, если за единицу принять ход поршня 14, то ход поршня 13 может быть меньше до десяти раз в зависимости от выполняемых технологических операций перемещаемым объектом и задаваемого шага его перемещения. При этом величина хода поршня 13 первой ступени раздвижности 10, величина хода поршня 14 второй ступени раздвижности 11 и величина третьей ступени раздвижности 12 соответствуют величине шага поступательного движения кинематически связанных между собой элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций. При этом штоковая 17 и поршневая 18 полости первой ступени раздвижности 10 одного гидроцилиндра 2 или каждого из нескольких сдвоенных гидроцилиндров 2 подключены автономно к гидрораспределителю 3, который соединен с напорной 5 и сливной 6 магистралями. Штоковая 19 и поршневая 20 полости второй ступени раздвижности 11 упомянутых гидроцилиндров 2 также подключены автономно к гидрораспределителю 4, который, в свою очередь, соединен с напорной 5 и сливной 6 магистралями. Указанное подключение штоковых 17, 19 и поршневых 18, 20 полостей обеих ступеней раздвижности 10, 11 сдвоенных гидроцилиндров 2 обеспечивает поступательное движение элементов конструкции на шаг, соответствующий каждой из этих ступеней раздвижности, при включении соответственно гидрораспределителя 3 или 4.

Для перемещения элементов конструкции на шаг, равный суммарной величине ходов поршней 13 и 14 первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности и соответствующий третьей ступени раздвижности 12, должны быть включены гидрораспределители 3 и 4.

Для управления одним или несколькими сдвоенными гидроцилиндами 2 необходимо установить соответствующий гидрораспределитель 3 или 4 в соответствующую позицию "а" или "б", чтобы произвести выдвижение или вдвижение штоков 15 или 16.

Шаговый гидропривод работает следующим образом.

В исходном положении гидрораспределители 3 и 4 находятся в позиции "0", а штоки 15 и 16 первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности 2 во вдвинутом положении.

Для обеспечения перемещения объекта или элемента конструкции на заданный шаг "l" необходимо установить гидрораспределитель 3 в позицию "а". Под давлением жидкости поршень 13 начинает перемещаться, выходя из корпуса 7, при этом усилие, развиваемое поршнем 13, передается на перемещаемый объект (на фиг. не показан).

Перед перемещением объекта на следующий шаг "l" устанавливают гидрораспределитель 3 в позицию "б" и под давлением жидкости корпус 7, 8 сдвоенного гидроцилиндра 2 перемещается в направлении нахождения объекта на расстояние, равное шагу "l". Затем описанным способом перемещают объект вновь на второй и последующий шаг "l" до тех пор, пока не будет выбран полный ход поршня 14, величина которого равна "L" и соответствует суммарной величине заданного шага "l", т.е. полному шагу перемещения объекта.

По окончании перемещения объекта на расстояние, равное L nl, где n число перемещений объекта, сдвоенный гидроцилиндр 2 переводят в положение, соответствующее исходному состоянию. Для чего гидрораспределитель 4 устанавливают в позицию "а" и под давлением жидкости поршень 14 входит в корпус 8 сдвоенного гидроцилиндра 2.

Чтобы осуществить перемещение второго и последующих объектов или кинематически связанных между собой элементов конструкции повторяют вышеописанные операции в аналогичной последовательности.

В случае, когда необходимо произвести перемещение элементов конструкции сразу на полный шаг "L", выполняют вышеописанные операции, но начинают их с управления перемещением поршня 14 второй ступени раздвижности 11 с поэтапным вдвижением штока 15 в корпус 7 первой ступени раздвижности 10.

Когда необходимо элементы конструкции переместить на расстояние, равное "L + l", выполняют вышеописанные операции по перемещению этих элементов вначале на расстояние "l", а затем на расстояние "L".

Заявляемый шаговый гидропривод может быть использован в механизмах, в которых требуется дискретное передвижение кинематически связанных между собой элементов конструкций, например, в грузоподъемных механизмах, где требуется перемещение груза с промежуточным остановом, или в очистных механизированных комплексах, в которых требуется дискретное перемещение забойного конвейера, в механизированных крепях и др.

Отличительной особенностью второго варианта шагового гидропривода, изображенного на фиг. 4, является то, что сдвоенные гидроцилиндры 2 объединены в группы таким образом, что штоковые 17, 19 и поршневые 18, 20 полости соответственно первой 10 и второй 11 ступеней раздвижности сдвоенных гидроцилиндров 2 каждой группы подключены параллельно соответственно к автономным гидрораспределителям 3 и 4 с возможностью поступательного движения элементов конструкций на заданный технологическим процессом шаг при включении гидрораспределителя 3 либо гидрораспределителя 4, либо обоих гидрораспределителей 3 и 4 (фиг. 3, 5).

Указанное отличие позволяет управлять шаговым перемещением каждой группы элементов конструкции, объединенных по функциональному признаку между собой.

Принцип работы шагового гидропривода по второму варианту аналогичен первому, поскольку порядок выполнения действий для включения в работу группы сдвоенных гидроцилиндров 2 остается таким же, что и при включении в работу одного сдвоенного гидроцилиндра 2. При этом полностью достигается возможность поступательного шагового перемещения элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций во всем технологическом процессе.

Отличием третьего варианта шагового гидропривода, изображенного на фиг. 6, по отношению к первому варианту является то, что штоковая 17 и поршневая 18 полости одной из ступеней раздвижности, например, первой ступени раздвижности 10 каждого сдвоенного гидроцилиндра 2, подключены параллельно к автономному гидрораспределителю 3, а штоковая 19 и поршневая 20 полости другой ступени раздвижности, например, второй ступени раздвижности 11 каждого сдвоенного гидроцилиндра 2, подключены автономно к гидрораспределителю 4 с возможностью поступательного движения элементов конструкции на заданный технологическим процессом шаг при включении гидрораспределителя 3, либо гидрораспределителя 4, либо обоих гидрораспределителей 3 и 4 (фиг. 3, 7).

Указанное отличие третьего варианта обеспечивает управление шаговым перемещением как отдельных элементов конструкции, так и одновременно всех элементов конструкции в соответствии с функциональными признаками для выполнения технологического процесса.

Принцип работы шагового гидропривода по третьему варианту аналогичен первому, так как полностью достигается возможность поступательного перемещения элементов конструкции независимо от конструктивных связей между ними.

Ниже рассмотрена работа заявляемого шагового гидропривода применительно к секции крепи с одним сдвоенным гидроцилиндром, входящей в состав очистного механизированного комплекса со струговой установкой, при этом шток 15 сдвоенного гидроцилиндра 2 кинематически соединен с исполнительным органом струга 21, а шток 16 с секцией крепи 22 (фиг. 3, 8).

Как известно, при работе струговой установки после снятия стружки угля необходимо передвинуть исполнительный орган струга 21 на величину вылета зубка. Чтобы осуществить такое перемещение поршень 13 первой ступени раздвижности 10 передвигают в корпусе 7 гидроцилиндра 2 на величину его хода, равную "l", которая соответствует величине вылета зубка исполнительного органа струга 21 и является его шагом перемещения. Затем перемещают корпус 7, 8 сдвоенного гидроцилиндра 2 в направлении исполнительного органа струга 21 вышеописанным способом на расстояние, равное шагу "l", т.е. на величину вылета зубка.

После снятия второй стружки угля операции по перемещению исполнительного органа струга 21 с помощью заявляемого шагового гидропривода повторяют до тех пор, пока не будет выбран полный ход поршня 14 второй ступени раздвижности 11 гидроцилиндра 2. Далее подтягивают секцию крепи, предварительно сняв с нее распор, на расстояние "L", соответствующее величине полного хода поршня 14 второй ступени раздвижности 11.

В зависимости от принятой технологии отработки угольных пластов с помощью механизированного комплекса может быть применена схема компоновки элементов шагового гидропривода по одному из предложенных вариантов.

Таким образом, заявляемый шаговый гидропривод во всех его вариантах прост в исполнении, обслуживании и обеспечивает перемещение элементов конструкции на шаг, заданный им режимом работы оборудования или машины в соответствии с технологическим процессом с одновременным обеспечением точности этих перемещений.

Формула изобретения

1. Шаговый гидропривод поступательного движения преимущественно кинематически связанных между собой элементов конструкции, включающий источник гидравлической энергии, один или несколько гидроцилиндров, подключенных через гидрораспределители к напорной и сливной магистралям, отличающийся тем, что каждый гидроцилиндр выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами с возможностью образования трех ступеней раздвижности, причем кратность ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности сдвоенного гидроцилиндра принята в диапазоне 0,1 1,0, а третья ступень раздвижности упомянутого гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности этого гидроцилиндра, при этом величина хода поршня каждой ступени раздвижности соответствует величине шага поступательного движения элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций, причем каждая ступень раздвижности одного сдвоенного гидроцилиндра или каждого из нескольких сдвоенных гидроцилиндров подключена автономно к гидрораспределителю с возможностью обеспечения поступательного движения элементов конструкции на соответствующий шаг при включении соответствующего гидрораспределителя.

2. Шаговый гидропривод поступательного движения преимущественно кинематически связанных между собой элементов конструкции, включающий источник гидравлической энергии, гидроцилиндры, подключенные через гидрораспределители к напорной и сливной магистралям, отличающийся тем, что каждый гидроцилиндр выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами с возможностью образования трех ступеней раздвижности, причем кратность ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности сдвоенного гидроцилиндра принята в диапазоне 0,1 1,0, а третья ступень раздвижности упомянутого гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности этого гидроцилиндра, при этом величина хода поршня каждой ступени раздвижности соответствует величине шага поступательного движения элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций, причем сдвоенные гидроцилиндры объединены в группы таким образом, что каждая ступень раздвижности сдвоенных гидроцилиндров каждой группы подключена параллельно к автономному гидрораспределителю с возможностью обеспечения поступательного движения элементов конструкции на соответствующий шаг при включении соответствующего гидрораспределителя.

3. Шаговый гидропривод поступательного движения преимущественно кинематически связанных между собой элементов конструкции, включающий источник гидравлической энергии, гидроцилиндры, подключенные через гидрораспределители к напорной и сливной магистралям, отличающийся тем, что каждый гидроцилиндр выполнен сдвоенным с соосно соединенными корпусами с возможностью образования трех ступеней раздвижности, причем кратность ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности сдвоенного гидроцилиндра принята в диапазоне 0,1 1,0, а третья ступень раздвижности упомянутого гидроцилиндра равна суммарной величине ходов поршней первой и второй ступеней раздвижности этого гидроцилиндра, при этом величина хода поршня каждой ступени раздвижности соответствует величине шага поступательного движения элементов конструкции для выполнения ими заданных технологических функций, причем одна из ступеней раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра подключена параллельно к автономному гидрораспределителю, а другая ступень раздвижности каждого сдвоенного гидроцилиндра подключена автономно к гидрораспределителю с возможностью обеспечения поступательного движения элементов конструкции на соответствующий шаг при включении соответствующего гидрораспределителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8