[go: up one dir, main page]

RU2800195C1 - Composite structure of digital electronically controlled proportional hydraulic valve - Google Patents

Composite structure of digital electronically controlled proportional hydraulic valve Download PDF

Info

Publication number
RU2800195C1
RU2800195C1 RU2022128369A RU2022128369A RU2800195C1 RU 2800195 C1 RU2800195 C1 RU 2800195C1 RU 2022128369 A RU2022128369 A RU 2022128369A RU 2022128369 A RU2022128369 A RU 2022128369A RU 2800195 C1 RU2800195 C1 RU 2800195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parts
hydraulic
atmospheric
digital
channel
Prior art date
Application number
RU2022128369A
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс"
Application granted granted Critical
Publication of RU2800195C1 publication Critical patent/RU2800195C1/en

Links

Abstract

FIELD: programming.
SUBSTANCE: claimed invention relates to the field of control and programming of changing/maintaining the functional parameters of the hydraulic system, including in automatic mode, due to digital control of the speed and direction of the hydraulic fluid flow with a given accuracy in all hydraulic circuits. The claimed device for a digital electronically controlled proportional hydraulic valve (DEPHV) includes a housing, and also comprises an interconnected digital hydraulic flow control module, a digital regulator control module, a stepper motor with a pusher on each channel, a microprocessor that controls the electric motor on each channel, a digital feedback unit on each channel, high-atmospheric and low-atmospheric parts are allocated in the body, whereas the high-atmospheric and low-atmospheric parts are joined in the same horizontal plane using a modular type of installation through O-rings, and to pass hydraulic flows of the same pressure between themselves, parts of the same type in sections are joined through vertical side planes, the control unit of the hydraulic valve with geometric programming of flow characteristics, which is a prefabricated block-regulator with a hollow rectangular spool for each channel and forms a high-atmospheric part, whereas for the parts of the high-atmospheric part, vertical planes for joining parts made of materials of the same type are provided, and for parts of the low-atmospheric part, horizontal planes for joining parts made of materials of different types are provided, whereas the regulation assembly consists of two hermetically pressed plates with throughput windows: a fixed distribution plate and a regulation plate that moves along the plate using an electromechanical drive controlled by a microcontroller on the base data of a digital feedback block, while the processes of pressure reduction in the cavities of the hydraulic cylinder are inversely proportional and synchronous, the regulation windows are located in one moving part.
EFFECT: providing a device for high-precision proportional dynamic control of the operation of the hydraulic motor, which allows for a reduction in the number of small and high-precision structural elements and the total number of parts, ensures the rejection of complex/expensive materials and processing technologies in the production of elements and parts of the DEPHV, reduces the proportion of parts from metal alloys up to a value of not more than 35% of the total volume of the product material and the use in the design of the hydraulic distributor of materials suitable for recycling and/or being a product of recycling, and also provides a method for reliable sealed joining of parts made of metal alloys and synthetic polymers.
1 cl, 11 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к области управления и программирования изменения/поддержания функциональных параметров гидросистемы, в том числе в автоматическом режиме, за счет цифрового управления скоростью и направлением потока гидравлической жидкости с заданной точностью во всех контурах гидросистемы.The claimed invention relates to the field of control and programming of changing/maintaining the functional parameters of the hydraulic system, including in automatic mode, due to digital control of the speed and direction of the hydraulic fluid flow with a given accuracy in all hydraulic circuits.

Из уровня техники известны различные электроуправляемые пропорциональные гидрораспределители (Данфосс, Дупломатик, Атос, Муг и т.д.) и различные устройства цифрового управления гидроприводами (например, см. патент RU 10469 U1, опублик. 16.11.1998). Однако, прямых аналогов не существует. Самыми близкими по функциональной направленности и возможностям являются традиционно изготовленные гидрораспределители с чугунными, стальными или алюминиевыми корпусами. Корпуса традиционных гидрораспределителей несут в себе большое количество каналов гидравлического управления, а, так же, являются корпусами для деталей гидравлического управления и гидрокомпенсации.Various electrically controlled proportional valves (Danfoss, Duplomatic, Athos, Mug, etc.) and various digital control devices for hydraulic actuators are known from the prior art (for example, see patent RU 10469 U1, published on 11/16/1998). However, there are no direct analogues. The closest in terms of functional orientation and capabilities are traditionally manufactured hydraulic valves with cast iron, steel or aluminum housings. The housings of traditional hydraulic distributors carry a large number of hydraulic control channels, and are also housings for hydraulic control and hydraulic compensation parts.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков известного уровня техники. Технический результат заключается в обеспечении устройства высокоточного пропорционального динамического управления работой гидродвигателя, который позволяет обеспечить сокращение числа мелких и высокопрецизионных элементов конструкции и общего числа деталей, обеспечивает отказ от сложных/дорогостоящих материалов и технологий обработки при производстве элементов и деталей ЦЭПГР, обеспечивает снижение доли деталей из металлических сплавов до величины не более 35 % от общего объема материала изделия и использование в конструкции гидрораспределителя материалов, пригодных для повторной переработки и/или являющихся продуктом повторной переработки, а также обеспечивает создание способа надежной герметичной стыковки деталей из металлических сплавов и синтетических полимеров.The objective of the claimed invention is to eliminate the shortcomings of the prior art. The technical result consists in providing a device for high-precision proportional dynamic control of the operation of a hydraulic motor, which allows for a reduction in the number of small and high-precision structural elements and the total number of parts, ensures the rejection of complex / expensive materials and processing technologies in the production of elements and parts of the CEPGR, reduces the proportion of parts made of metal alloys to a value of not more than 35% of the total volume of the product material and uses materials suitable for recycling and / or being a product of recycling in the design of the hydraulic distributor, and also provides a method for reliable hermetic and joining parts made of metal alloys and synthetic polymers.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается посредством заявленного устройства цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя (ЦЭПГР). Заявленное устройство цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя (ЦЭПГР) включает корпус, а также содержит взаимосвязанные модуль цифрового контроля гидропотока, модуль цифрового управления регулятором, шаговый электромотор с толкателем на каждом канале, микропроцессор, управляющий электромотором на каждый канал, цифровой блок обратной связи на каждом канала, в корпусе выделены высокоатмосферная и низкоатмосферная части, при этом высокоатмосферная и низкоатмосферная часть стыкуются в одной горизонтальной плоскости с применением модульного типа монтажа через уплотнительные кольца круглого сечения, а для пропуска гидропотоков одного давления между собой части одного типа в секциях стыкуются через вертикальные боковые плоскости, регуляторный узел гидрораспределителя с «геометрическим программированием» расходных характеристик, который представляет собой сборной блок-регулятор с полым прямоугольным золотником для каждого канала и образует высокоатмосферную часть, при этом регуляторный узел состоит из двух герметично прижатых пластин с пропускными окнами: распределительной пластины неподвижной и регуляторной пластины, которая перемещается вдоль пластины с помощью электро-механического привода, управляемого микроконтроллером на основании данных цифрового блока обратной связи, при этом процессы понижения давления в полостях гидроцилиндра обратно-пропорциональны и синхронны, окна регуляторы расположены в одной движущейся детали, при этом для деталей высокоатмосферной части обеспечены вертикальные плоскости стыковки частей, выполненных из материалов одинакового типа, а для деталей низкоатмосферной части обеспечены горизонтальные плоскости стыковки частей, выполненных из материалов разных типов.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by means of the claimed device of a digital electronically controlled proportional valve (CEPHR). The declared device of the digital electronically controlled proportional hydraulic distributor (CEPGR) includes the case, and also contains the interconnected digital control module of the hydraulic flow, the regulator digital control module, a step electric motor with a pusher on each channel, a microprocessor that controls each channel, a digital feedback unit on each channel, high-and-and-and-admies were excreted in the building high-and-and-and-admies. Fern and low -atmospheric parts, while the highly atmospheric and low -atmospheric part are joined in one horizontal plane using a modular type of installation through the sealing rings of a round section, and to pass the hydropoots of the same type of one type in sections, they are joined through vertical side planes, a regulatory unit of a hydraulic distributor with a “geometric programming” of expenditure characteristics a stick, which is a team block-regulator with a hollow rectangular spool for each channel and forms a high-atmospheric part, while the regulatory node consists of two hermetically pressed plates with accessories: a distributive plate of a motionless and regulatory plate, which moves along the plate using an electro-mechanical drive, controlled by a microcontroller, based This processes of pressure reduction in the hydraulic cylinder cavities are differently proportional and synchronized, the windows are located in one moving part, while the vertical planes of the joints made of the same type are provided for the parts of the highly atmospheric part, and the horizontal planes of the joints made of materials of different types are provided for the details of the low-atmospheric part.

Заявленная композитная конструкция цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя - это конструкция сборного гидрораспределителя, состоящая из специально подобранных и изготовленных элементов и деталей, произведенных как из металлов/металлических сплавов, так и произведенных из синтетических полимерных материалов (пластиков), предполагающая особую архитектуру на основе физического обособления высокоатмосферной и низкоатмосферной частей, особого способа соединения металлических и неметаллических элементов конструкции и придания функции подшипников скольжения каналам в корпусных деталях, изготовленных из полимеров.The claimed composite design of a digital electronically controlled proportional hydraulic valve is a design of a prefabricated hydraulic valve, consisting of specially selected and manufactured elements and parts made both from metals / metal alloys and made from synthetic polymeric materials (plastics), suggesting a special architecture based on the physical separation of the high-atmospheric and low-atmospheric parts, a special method of connecting metal and non-metal structural elements and giving the function of plain bearings to channels in body parts made of polymers.

Цифровой электронно-управляемый пропорциональный гидрораспределитель (далее - ЦЭПГР) - регулирующее устройство в составе гидросистемы, выполненное на основе принципиальных решений технологии «Цифровая гидравлическая платформа» (далее - «DHP»).A digital electronically controlled proportional hydraulic valve (hereinafter referred to as CEPHR) is a control device as part of a hydraulic system, made on the basis of the fundamental solutions of the Digital Hydraulic Platform (hereinafter referred to as DHP) technology.

Общее устройство и принцип работы Цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя (ЦЭПГР).General arrangement and principle of operation of the Digital Electronically Controlled Proportional Hydrodistributor (CEPGR).

ЦЭПГР состоит из:CEPGR consists of:

- корпуса (на каждый канал или общего - моноблока), в котором выделена низкоатмосферная часть (Фиг. 11):- housing (for each channel or common - monoblock), in which the low-atmospheric part is highlighted (Fig. 11):

- модуля цифрового контроля гидропотока (2);- hydroflow digital control module (2);

- модуля цифрового управления регулятором (3);- regulator digital control module (3);

- шагового электромотора с толкателем (на каждый канал);- stepper electric motor with a pusher (for each channel);

- микропроцессора, управляющего электромотором (на каждый канал);- microprocessor that controls the electric motor (for each channel);

- цифрового блока обратной связи (на каждый канал);- digital feedback unit (for each channel);

- регуляторного узла (1) гидрораспределителя с «геометрическим программированием» расходных характеристик - сборного Блока-регулятора с полым прямоугольным золотником (высокоатмосферная часть) для каждого канала (Фиг. 10).- a control unit (1) of a hydraulic valve with "geometric programming" of flow characteristics - a prefabricated block-regulator with a hollow rectangular spool (high-atmospheric part) for each channel (Fig. 10).

Состав и принцип работы:Composition and principle of operation:

Регуляторный узел - Блок-регулятор входит в состав цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя (ЦЭПГР).Regulator unit - The block regulator is part of a digital electronically controlled proportional hydraulic valve (CEPGR).

На Фиг.1 изображена схема подключения Регуляторного узла (1) к полостям исполнительного гидродвигателя (например - гидроцилиндра), где Р - напорные магистрали (4), Т - сливные магистрали (5).Figure 1 shows the connection diagram of the Regulator assembly (1) to the cavities of the executive hydraulic motor (for example, a hydraulic cylinder), where P - pressure lines (4), T - drain lines (5).

1 - Регуляторный узел1 - Regulator node

4 - Напорные магистрали «Р»4 - Pressure lines "P"

5 - Сливные магистрали «Т».5 - Drain lines "T".

Характер работы исполнительного гидродвигателя зависит от площади и конфигурации дросселирующих окон гидрорегулятора. Исполнительная часть гидродвигателя совершает движение при создании разницы давления в полостях. Разницей давления на выходе управляет регуляторный узел.The nature of the operation of the executive hydraulic motor depends on the area and configuration of the throttling windows of the hydraulic regulator. The executive part of the hydraulic motor makes a movement when creating a pressure difference in the cavities. The outlet pressure difference is controlled by a regulator assembly.

Регуляторный узел состоит из двух герметично прижатых пластин с пропускными окнами:The regulator assembly consists of two hermetically pressed plates with access windows:

- распределительная пластина неподвижная.- the distribution plate is fixed.

- регуляторная пластина перемещается вдоль пластины с помощью электро-механического привода, управляемого микроконтроллером на основании данных Цифрового блока обратной связи. Процессы понижения давления в полостях гидроцилиндра обратно-пропорциональны и синхронны, так как окна регуляторы расположены в одной движущейся детали.- the regulatory plate moves along the plate with the help of an electro-mechanical drive controlled by a microcontroller based on the data of the Digital Feedback Unit. The pressure reduction processes in the cavities of the hydraulic cylinder are inversely proportional and synchronous, since the regulator windows are located in one moving part.

На Фиг. 2:On FIG. 2:

4 - Напорные магистрали «Р»4 - Pressure lines "P"

5 - Сливные магистрали «Т»5 - Drain lines "T"

6,7 - Регуляторные окна 6.7 - Regulatory windows

8 - Неподвижная пластина8 - Stationary plate

9 - Регуляторная пластина9 - Regulatory plate

Неподвижная распределительная пластина (8), в которой «Р» - окна напорных магистралей (4), «Т» - окна сливных магистралей (5) подвижная регуляторная пластина (9), в которой регуляторные окна (6,7).Fixed distribution plate (8), in which "P" - windows of pressure lines (4), "T" - windows of drain lines (5) movable regulatory plate (9), in which there are regulatory windows (6,7).

На Фиг. 3 - штриховкой обозначена область взаимоналожения окон.On FIG. 3 - shading indicates the area of window overlap.

4 - Напорные магистрали «Р»4 - Pressure lines "P"

5 - Сливные магистрали «Т»5 - Drain lines "T"

6,7 - Регуляторные окна6.7 - Regulatory windows

Особенностью данного регулятора является возможность геометрически заложить закон развития расходной характеристики. Регуляторное окно (6) подвижной пластины может быть прямоугольной формы в случае линейной расходной характеристики или иметь профиль, повторяющий график расходной характеристики. Область взаимного перекрытия окон, при условии, что подвижное окно сдвигается по оси Х, своей геометрической формой повторяет функцию закономерности развития расходной характеристики регулятора.A feature of this regulator is the ability to geometrically lay down the law of development of the flow characteristics. The control window (6) of the movable plate can be rectangular in the case of a linear flow characteristic or have a profile that repeats the flow characteristic curve. The area of mutual overlap of windows, provided that the movable window is shifted along the X axis, with its geometric shape repeats the function of the regularity of development of the flow characteristic of the regulator.

На Фиг. 4. показан пример взаимоналожения проточных окон, создающего профиль, геометрическая форма которого соответствует графику функции расходной характеристики.On FIG. Figure 4 shows an example of overlapping flow windows, which creates a profile whose geometric shape corresponds to the graph of the flow characteristic function.

4 - Напорная магистрали «Р»4 - Pressure line "P"

5 - Сливная магистраль «Т»5 - Drain line "T"

6 - Регуляторное окно6 - Regulatory window

Состав и принцип работы сборного Блока-Регулятора с полым прямоугольным золотником.Composition and principle of operation of the prefabricated Block-Regulator with a hollow rectangular spool.

В конструкции сборного Блока-Регулятора с полым прямоугольным золотником отсутствуют необработанные поверхности. При изготовлении корпуса не применяется литье, отсутствуют поднутрения и внутренние скрытые полости.There are no raw surfaces in the design of the prefabricated Block-Regulator with a hollow rectangular spool. In the manufacture of the case, casting is not used, there are no undercuts and internal hidden cavities.

Корпус Блока-Регулятора является сборной конструкцией, поэтому точность выполнения отсечных кромок окон пропуска гидравлической жидкости обеспечивается в пределах до 0,005 мм.The housing of the Block-Regulator is a prefabricated structure, so the accuracy of the cut-off edges of the hydraulic fluid passage windows is ensured within the range of up to 0.005 mm.

Кромка формируется прямолинейной либо соответствующей закономерности расходной характеристики. Точность выполнения отсечных кромок позволяет гарантированно точно определить уровень перекрытия золотника (положительное, нулевое или отрицательное перекрытие).The edge is formed straight or corresponding to the regularity of the consumption characteristics. The accuracy of the cutting edges allows you to accurately determine the level of spool overlap (positive, zero or negative overlap).

На Фиг. 5 показана схема сборного Блока-Регулятора с полым прямоугольным золотником (10).On FIG. 5 shows a diagram of a prefabricated Block-Regulator with a hollow rectangular spool (10).

10 - Полый прямоугольный золотник10 - Hollow rectangular spool

8 - Распределяющие пластины8 - Spreading plates

Особенностью Блока-Регулятора является полая конструкция золотника, что позволяет осуществлять сложные четырех и более позиционные переключения. При этом работой Блока-Регулятора управляет электронно-механический привод, контролируемый процессором на основе данных датчиков.A feature of the Block-Regulator is the hollow design of the spool, which allows for complex four or more position switching. At the same time, the operation of the Regulator Block is controlled by an electronic-mechanical drive controlled by the processor based on sensor data.

На Фиг. 6 показано схема соединения регулирующих плиток корпуса сборного Блок-Регулятора с прямоугольным золотником и многовариантности направлений пропуска гидравлической жидкости.On FIG. 6 shows the connection diagram of the control plates of the body of the prefabricated block-regulator with a rectangular spool and the multivariance of directions for the passage of hydraulic fluid.

Принцип работы сборного Блок-Регулятора с полым прямоугольным золотником:The principle of operation of the prefabricated Block-Regulator with a hollow rectangular spool:

гидравлическая жидкость под давлением подается в полость приемной распределительной плитки. Далее поток жидкости дозируется отсечной кромкой входного окна полого золотника, проходит через его внутренний объем и дозируется отсечными кромками выходных окон полого золотника, распределяясь в одну или несколько приемных полостей плиток Блока-Регулятора.hydraulic fluid under pressure is supplied to the cavity of the receiving distribution plate. Further, the liquid flow is dosed by the cut-off edge of the inlet window of the hollow spool, passes through its internal volume and is dosed by the cut-off edges of the output windows of the hollow spool, being distributed into one or more receiving cavities of the tiles of the Block-Regulator.

В сочетании с цифровым электронным управлением ПАК «Цифровой Блок управления гидросистемой», в состав которого входит Блок-Регулятор, создается устройство высокоточного пропорционального динамического управления работой гидродвигателя.In combination with the digital electronic control PAK "Digital Hydraulic Control Unit", which includes the Block-Regulator, a device for high-precision proportional dynamic control of the hydraulic motor operation is created.

Регулирование потоков в гидросистеме осуществляет ЦЭПГР, который входит в Программно-аппаратный комплекс «Цифровой блок управления гидросистемой» (ПАК ЦБУГ).The regulation of flows in the hydraulic system is carried out by TsEPGR, which is part of the hardware and software complex "Digital Hydraulic System Control Unit" (PAK TsBUG).

На Фиг.7 показаны принципиальные блок-схемы гидросистемы с традиционным аналоговым электроуправляемым гидрораспределителем и гидросистемы, управляемой по технологии «Цифровая гидравлическая платформа» (DHP).Fig. 7 shows schematic block diagrams of a traditional analog electrically controlled hydraulic valve and a Digital Hydraulic Platform (DHP) controlled hydraulic system.

1 - Регулятор;1 - Regulator;

11 - Цифровое управление;11 - Digital control;

12 - Модуль оцифровки;12 - Digitization module;

13 - Гидронасос13 - Hydraulic pump

14 - Электрическое аналоговое управление;14 - Electric analog control;

15 - Гидромотор;15 - Hydraulic motor;

16 - Гидравлическое управление;16 - Hydraulic control;

17 - Гидрокомпенсация;17 - Hydrocompensation;

18 - Традиционное аналоговое электроуправление гидрораспределителем;18 - Traditional analog electric control of the hydrodistributor;

19 - Технология «Цифровая гидравлическая платформа» (DHP);19 - Digital Hydraulic Platform (DHP) technology;

На Фиг.7 показаны принципиальные отличия гидросистем с пропорциональным гидрораспределителем традиционной архитектуры и архитектуры «Цифровая гидравлическая платформа» («DHP»).Figure 7 shows the fundamental differences between hydraulic systems with a proportional valve of traditional architecture and architecture "Digital Hydraulic Platform" ("DHP").

На Фиг. 8 отражена блок-схема гидросистемы, управляемой программно-аппаратным комплексом «Цифровой блок управления гидросистемой», и функциональная сочетаемость ПАК ЦБУГ с различными гидрокомпонентами, в том числе, разных производителей.On FIG. Figure 8 shows a block diagram of a hydraulic system controlled by the “Digital hydraulic system control unit” hardware and software complex and the functional compatibility of the PAK TsBUG with various hydraulic components, including those from different manufacturers.

22 - Нерегулируемый насос;22 - Unregulated pump;

23 - Регулируемый насос с наклонным блоком;23 - Adjustable pump with an inclined block;

24 - Регулируемый насос с наклонной шайбой;24 - Adjustable swashplate pump;

25 - Нереверсивные моторы;25 - Non-reversible motors;

26 - Реверсивные моторы;26 - Reversible motors;

27 - Гидроцилиндры общепромышленные;27 - General industrial hydraulic cylinders;

28 - Гидроцилиндры с функцией «следящего привода»;28 - Hydraulic cylinders with the function of "following drive";

29 - Специальные динамические возвратно-поступательные гидроприводы;29 - Special dynamic reciprocating hydraulic drives;

30 - Высокоскоростные гидродемпферы с программно-изменяемыми характеристиками;30 - High-speed hydraulic dampers with software-variable characteristics;

31 - БЦК (блок цифровой коммутации);31 - BCC (digital switching unit);

32 - Внешний программируемый пульт управления;32 - External programmable control panel;

33 - ЦБОС (цифровой блок обратной связи);33 - TsBOS (digital feedback unit);

34 - ППБ (программно-процессорный блок);34 - PPB (software-processor unit);

35 - ПО (программное-обеспечение);35 - software (software);

36 - ЦПЭГР (цифровой пропорциональный электронно-управляемый гидрораспределитель);36 - TsPEGR (digital proportional electronically controlled hydraulic valve);

37 - ПАК ЦБУГ.37 - PAK TsBUG.

В ЦЭПГР весь контур гидравлической логики и компенсации исключен в связи с тем, что его функцию напрямую выполняет Программно-процессорный блок со специальным программным обеспечением, которое, помимо этого, позволяет осуществлять непрерывный анализ и контроль работы исполнительных устройств без выносных датчиков и в автоматическом режиме корректировать работу гидросистемы с учетом изменяющихся условий функционирования.In CEPHR, the entire circuit of hydraulic logic and compensation is excluded due to the fact that its function is directly performed by the Programming and Processing Unit with special software, which, in addition, allows for continuous analysis and control of the operation of actuators without remote sensors and automatically adjusts the operation of the hydraulic system, taking into account changing operating conditions.

Как следствие, использование в конструкции ЦЭПГР принципиальных решений по технологии «DHP» обеспечивает:As a result, the use of fundamental solutions based on the "DHP" technology in the design of the CEPGR provides:

- исключение из конструкции ЦЭПГР всех элементов и деталей контура аналоговой гидравлической логики (гидравлического управления);- exclusion of all elements and details of the analog hydraulic logic circuit (hydraulic control) from the design of the CEPHR;

- возможность физического геометрического обособления высокоатмосферной и низкоатмосферной частей ЦЭПГР;- the possibility of physical geometric isolation of the high-atmospheric and low-atmospheric parts of the CEPGR;

- сокращение числа мелких и высокопрецизионных элементов конструкции и общего числа деталей (в разы);- reduction in the number of small and high-precision structural elements and the total number of parts (by several times);

- отказ от сложных/дорогостоящих материалов и технологий обработки при производстве элементов и деталей ЦЭПГР.- rejection of complex / expensive materials and processing technologies in the production of elements and parts of the CEPGR.

На основе изложенного выше стало возможным создание композитной конструкции ЦЭПГР.On the basis of the above, it became possible to create a composite structure of the CEPHR.

Результатом применения композитной конструкции ЦЭПГР являются:The result of using the composite structure of the CEPHR are:

- создание сборного устройства, в котором значительная часть объема конструкции выполняется из синтетических полимеров;- creation of a prefabricated device in which a significant part of the volume of the structure is made of synthetic polymers;

- создание сборного устройства, в котором сам полимерный корпус низкоатмосферной части пропорционального гидроблока выполняет функцию подшипника скольжения для стальных подвижных деталей;- creation of a prefabricated device, in which the polymer housing of the low-atmospheric part of the proportional hydraulic unit itself performs the function of a plain bearing for steel moving parts;

- повышение экологичности изделия - ЦЭПГР за счет использования в его конструкции материалов, являющихся результатом/пригодных для повторной переработки и незагрязняющих окружающую среду;- increasing the environmental friendliness of the product - CEPGR through the use in its design of materials that are the result / recyclable and non-polluting the environment;

- повышение экономической эффективности ЦЭПГР за счет использования в конструкции материала, имеющего значительно более низкую стоимость, меньшую массу, повышенную устойчивость к воздействию агрессивных сред, чем металл/металлические сплавы;- increasing the economic efficiency of CEPGR due to the use in the design of a material that has a significantly lower cost, less weight, increased resistance to aggressive environments than metal/metal alloys;

- применение материала с возможностью его обработки как традиционными способами (фрезерование, сверловка, расточка и тп), так и способами, характерными для обработки полимеров (литье под давлением, спекание, использование аддитивных технологий).- the use of material with the possibility of its processing both by traditional methods (milling, drilling, boring, etc.), and by methods typical for the processing of polymers (injection molding, sintering, the use of additive technologies).

Таким образом, технические проблемы, решаемые в предлагаемом решении:Thus, the technical problems solved in the proposed solution:

- разделение гидрораспределителя на высокоатмосферную и низкоатмосферную части с сохранением всех эксплуатационных свойств, но со снижением доли деталей из металлических сплавов до величины не более 35 % от общего объема материала изделия;- separation of the hydraulic valve into high-atmospheric and low-atmospheric parts with the preservation of all operational properties, but with a decrease in the proportion of parts made of metal alloys to a value of not more than 35% of the total volume of the product material;

- полное исключение из конструкции гидрораспределителя каналов и деталей сопутствующего гидравлического управления и гидрокомпенсации, препятствующих физическому обособлению низкоатмосферной части, пригодной для изготовления из полимерных материалов;- complete exclusion from the design of the hydraulic distributor of channels and parts of the accompanying hydraulic control and hydraulic compensation, which prevent the physical isolation of the low-atmospheric part suitable for manufacturing from polymeric materials;

- замена значительной части корпусных деталей гидрораспределителя на детали из синтетических полимеров;- replacement of a significant part of the body parts of the hydraulic distributor with parts made of synthetic polymers;

- создание способа надежной герметичной стыковки деталей из металлических сплавов и синтетических полимеров;- creation of a method for reliable hermetic joining of parts made of metal alloys and synthetic polymers;

- использование каналов в полимерном корпусе низкоатмосферной части в качестве подшипника скольжения для подвижных стальных деталей.- the use of channels in the polymer housing of the low-atmospheric part as a plain bearing for moving steel parts.

Техническим результатом заявленного технического решения являются:The technical result of the claimed technical solution are:

- разделение гидрораспределителя на высокоатмосферную и низкоатмосферную части с сохранением всех эксплуатационных свойств, но со снижением доли металлических деталей не более 35 % от общего объема материала изделия;- separation of the hydraulic valve into high-atmospheric and low-atmospheric parts with the preservation of all operational properties, but with a decrease in the proportion of metal parts by no more than 35% of the total volume of the product material;

- выполнение каналами в низкоатмосферной части корпуса функции подшипников скольжения для подвижных металлических деталей;- performance by channels in the low-atmospheric part of the body of the function of plain bearings for moving metal parts;

- использование экономически выгодных материалов без потери эксплуатационных свойств гидрораспределителя; - use of cost-effective materials without loss of operational properties of the valve;

- использование в конструкции гидрораспределителя материалов, пригодных для повторной переработки и/или являющихся продуктом повторной переработки;- use in the design of the valve of materials suitable for recycling and / or being a product of recycling;

Композитная конструкция цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя.Composite design of a digital electronically controlled proportional valve.

Состав и принцип работы.Composition and principle of operation.

Если рассмотреть устройство традиционного гидрораспределителя, то можно увидеть, что его корпус (чугунный, стальной или алюминиевый) пронизан каналами гидравлического управления, а так же, корпус гидрораспределителя является и корпусом для гидрокомпенсатора, редукционных клапанов потока гидроуправления, клапанов «или»-гидроуправления и пр. Это единая неделимая система, объединенная внутренними каналами (Фиг. 9), где каналы гидравлического управления помечены красным.If we consider the device of a traditional hydraulic valve, we can see that its body (cast iron, steel or aluminum) is pierced by hydraulic control channels, and also, the valve body is also a housing for a hydraulic compensator, hydraulic control flow reducing valves, “or” hydraulic control valves, etc. This is a single indivisible system, united by internal channels (Fig. 9), where the hydraulic control channels are marked in red.

Применение цифрового электронного управления гидрораспределителем позволяет полностью исключить из его конструкции элементы, детали и каналы сопутствующего гидравлического управления и гидрокомпнсации, характерные для традиционной конструкции гидрораспределителя. Благодаря этому, появляется возможность зонировать корпус гидрораспределителя и разделить его физически и геометрически на две части:The use of digital electronic control of the hydraulic valve allows you to completely exclude from its design the elements, parts and channels of the associated hydraulic control and hydraulic compensation, which are characteristic of the traditional design of the hydraulic valve. Thanks to this, it becomes possible to zone the valve body and divide it physically and geometrically into two parts:

- высокоатмосферную, выполняемую из металла/ металлического сплава;- high-atmospheric, made of metal / metal alloy;

- низкоатмосферную, выполняемую из материалов с меньшими требованиями по конструкционной прочности. Например, из полимерных материалов.- low-atmospheric, made of materials with lower requirements for structural strength. For example, from polymeric materials.

Композитная конструкция устройства гидрораспределителя позволяет создавать как секционную - модульную, так и моноблочную компоновку многоканального гидрораспределителя.The composite design of the hydraulic valve device allows you to create both a sectional - modular, and a monoblock layout of a multi-channel hydraulic valve.

Для наглядности состав и принцип работы заявленного технического решения поясняется на примере универсальной секции секционного ЦЭПГР (Фиг. 10 и Фиг. 11).For clarity, the composition and principle of operation of the claimed technical solution is illustrated by the example of the universal section of the sectional CEPGR (Fig. 10 and Fig. 11).

Вынос привода цифрового управления регулятором в низкоатмосферную часть позволяет снизить долю металлических частей до 35% от общего материального объема устройства.The removal of the digital control drive of the regulator to the low-atmospheric part allows reducing the proportion of metal parts to 35% of the total material volume of the device.

Основные узлы, занимающие конструкционный объем, это корпус низкого давления, модуль цифрового управления регулятором и модуль цифрового контроля потока. (Фиг. 10).The main components occupying the structural volume are the low-pressure casing, the regulator digital control module and the digital flow control module. (Fig. 10).

На Фиг. 10 обозначены:On FIG. 10 are marked:

Высокоатмосферная часть (выделено красным цветом) 1 - блок - регулятор;High-atmospheric part (highlighted in red) 1 - block - regulator;

Низкоатмосферная часть (выделено зеленым цветом) 2 - модуль цифрового контроля гидропотока;Low-atmospheric part (highlighted in green) 2 - hydroflow digital control module;

3 - модуль цифрового управления регулятором.3 - digital controller control module.

Корпуса данных модулей выполняется с применением полимерных материалов. Каналы в полимерном материале корпуса выполняют функцию подшипником скольжения для стальных подвижных деталей.Cases of these modules are made using polymeric materials. Channels in the polymeric material of the housing act as a plain bearing for steel moving parts.

На Фиг. 11 обозначены:On FIG. 11 marked:

20 - Вертикальные плоскости стыковки частей, одного уровня давления;20 - Vertical planes of parts joining, one level of pressure;

21 - Горизонтальные плоскости стыковки частей, разных уровней давления.21 - Horizontal planes of parts joining, different pressure levels.

В известных существующих аналогах каналы в элементах корпуса так же используются в качестве подшипников, но каналы исполняют методом литья специальных чугунов под давлением с последующей шлифовкой.In the well-known existing analogues, the channels in the body elements are also used as bearings, but the channels are made by casting special cast irons under pressure, followed by grinding.

В случае с композитной конструкцией ЦЭПГР канал в пластике выполняется простой разверткой без дополнительной обработки.In the case of the composite structure of the CEPGR, the channel in the plastic is made by a simple reamer without additional processing.

Для исключения возможных напряжений, вызванных разницей коэффициентов температурного расширении материалов, части разных типов (высокоатмосферная и низкоатмосферная) стыкуются в одной горизонтальной плоскости с применением модульного типа монтажа через уплотнительные кольца круглого сечения. Для пропуска гидропотоков одного давления между собой части одного типа в секциях стыкуются через вертикальные боковые плоскости (Фиг. 11).To exclude possible stresses caused by the difference in the coefficients of thermal expansion of materials, parts of different types (high-atmospheric and low-atmospheric) are joined in the same horizontal plane using a modular type of installation through O-rings. To pass hydroflows of the same pressure between themselves, parts of the same type in sections are joined through vertical side planes (Fig. 11).

Специальным конструктивным решением является способ стыковки металлических и полимерных деталей. В полимерных деталях принципиально отсутствуют резьбовые отверстия. Каждая полимерная деталь является вставкой между двумя металлическими деталями, стянутыми резьбовыми соединениями между собой.A special design solution is the method of joining metal and polymer parts. There are essentially no threaded holes in polymer parts. Each polymer part is an insert between two metal parts tightened by threaded connections between themselves.

Применяемые материалы.Applied materials.

Композитная конструкция ЦПГР позволяет применять широкий спектр материалов:The composite design of the CGGR allows the use of a wide range of materials:

- для высокоатмосферной части могут быть использованы алюминиевые сплавы, чугуны, легированные и нержавеющие стали.- for the high-atmospheric part, aluminum alloys, cast irons, alloyed and stainless steels can be used.

- для изготовления низкоатмосферной части возможно применение полиоксиметиленов, полиамидов и полиуретанов, пригодных для обработки как традиционными способами (фрезеровка, расточка), так и способами, характерными для полимеров (литье под давлением, спекание, изготовление с помощью аддитивных технологий).- for the manufacture of the low-atmospheric part, it is possible to use polyoxymethylenes, polyamides and polyurethanes, suitable for processing both by traditional methods (milling, boring), and by methods characteristic of polymers (injection molding, sintering, manufacturing using additive technologies).

Таким образом, заявленная композитная конструкция цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя представляет собой сборное устройство гидрораспределителя на основе сочетания в единой конструкции деталей, производимых из металлов/металлических сплавов и деталей, получаемых из синтетических полимерных материалов, с физическим геометрическим разделением конструкции на высокоатмосферную и низкоатмосферную части, с оригинальным способом стыковки частей одного типа материала в вертикальной плоскости, и частей разных типов - в горизонтальной, а так же придание полимерной низкоатмосферной части корпуса функции подшипника скольжения для подвижных стальных деталей.Thus, the claimed composite design of a digital electronically controlled proportional valve is a prefabricated valve device based on a combination in a single design of parts made from metals / metal alloys and parts obtained from synthetic polymeric materials, with a physical geometric division of the structure into high-atmospheric and low-atmospheric parts, with an original way of joining parts of the same type of material in the vertical plane, and parts of different types - in the horizontal, as well as giving the low-atmospheric polymer part of the housing a function plain bearing for moving steel parts.

ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ (пример реализации).PRACTICAL APPROBATION (implementation example).

По заказу предприятия АО «ТоМеЗ» (Акционерное общество «Тосненский механический завод», РФ, Ленобласть) серийно выпускающего дорожно-уборочную и коммунальную технику, на основании Технического задания от «27» июля 2022г. были проведены прочностные испытания низкоатмосферной части ЦПЭГР, выполненной из полиоксиметилена, и функциональности ЦПЭГР в сборе (протоколы испытаний №№ 1-8 от «12» октября 2022г.) на экспериментальном испытательном стенде.By order of JSC "ToMeZ" (Joint-Stock Company "Tosnensky Mechanical Plant", Russian Federation, Leningrad Region) serially producing road-cleaning and municipal equipment, based on the Terms of Reference dated July 27, 2022. strength tests of the low-atmospheric part of the CPEGR made of polyoxymethylene and the functionality of the CPEGR assembly were carried out (test reports No. 1-8 dated October 12, 2022) on an experimental test bench.

Состав экспериментального испытательного стенда:The composition of the experimental test stand:

• гидростанция в составе электромотора мощностью 20 кВт и приводимого нерегулируемого гидронасоса HDS-64;• hydroelectric power station consisting of an electric motor with a power of 20 kW and driven unregulated hydraulic pump HDS-64;

• гидрораспределитель ручного включения Р-80 с предохранительным клапаном;• hydrodistributor of manual inclusion Р-80 with the safety valve;

• ЦПЭГР с низкоатмосферной частью, выполненной из полимера;• CPEGR with a low-atmospheric part made of polymer;

• испытательный закрытый бокс безопасности;• test closed safety box;

• монометр канальный ДМ-93-063-1 (до 250 МРа);• channel monometer DM-93-063-1 (up to 250 MPa);

• соединительные рукава высокого давления;• high pressure connecting sleeves;

В результате испытаний установлено:As a result of the tests, it was established:

• при максимальном эксплуатационном давлении 2,5 МРа в низкоатмосферной части ЦЭПГР ее конструкция выдержала пятикратное превышение рабочего давления после чего безопасно разрушилась, дав течь по одной из кромок;• at a maximum operating pressure of 2.5 MPa in the low-atmospheric part of the CEPGR, its design withstood a fivefold excess of the operating pressure, after which it safely collapsed, allowing a leak along one of the edges;

• до разрушения низкоатмосферной части ЦЭПГР работал штатно с переменной нагрузкой и в разных режимах, поддерживая установленные параметры работы гидросистемы.• before the destruction of the low-atmospheric part of the CEPGR, it operated normally with a variable load and in different modes, maintaining the established parameters of the hydraulic system.

Claims (1)

Устройство цифрового электронно-управляемого пропорционального гидрораспределителя (ЦЭПГР), включающее корпус, отличающееся тем, что содержит взаимосвязанные модуль цифрового контроля гидропотока, модуль цифрового управления регулятором, шаговый электромотор с толкателем на каждом канале, микропроцессор, управляющий электромотором на каждом канале, цифровой блок обратной связи на каждом канале, при этом в корпусе выделены высокоатмосферная и низкоатмосферная части, при этом высокоатмосферная и низкоатмосферная части стыкуются в одной горизонтальной плоскости с применением модульного типа монтажа через уплотнительные кольца круглого сечения, а для пропуска гидропотоков одного давления между собой части одного типа в секциях стыкуются через вертикальные боковые плоскости, регуляторный узел гидрораспределителя с «геометрическим программированием» расходных характеристик, который представляет собой сборной блок-регулятор с полым прямоугольным золотником для каждого канала и образует высокоатмосферную часть, при этом регуляторный узел состоит из двух герметично прижатых пластин с пропускными окнами: распределительной пластины неподвижной и регуляторной пластины, которая перемещается вдоль пластины с помощью электромеханического привода, управляемого микроконтроллером на основании данных цифрового блока обратной связи, при этом процессы понижения давления в полостях гидроцилиндра обратно пропорциональны и синхронны, окна регуляторы расположены в одной движущейся детали, при этом для деталей высокоатмосферной части обеспечены вертикальные плоскости стыковки частей, выполненных из материалов одинакового типа, а для деталей низкоатмосферной части обеспечены горизонтальные плоскости стыковки частей, выполненных из материалов различающихся типов.A device for a digital electronically controlled proportional hydraulic valve (CEPHR), which includes a housing, characterized in that it contains an interconnected digital hydraulic flow control module, a digital regulator control module, a stepping motor with a pusher on each channel, a microprocessor that controls the electric motor on each channel, a digital feedback unit on each channel, while the high-atmospheric and low-atmospheric parts are allocated in the housing, while the high-atmospheric and low-atmospheric parts are joined in one horizontal plane using a modular type of installation through O-rings, and to pass hydraulic flows of the same pressure between themselves, parts of the same type in sections are joined through vertical side planes, the control unit of the hydraulic valve with “geometric programming” of flow characteristics, which is a prefabricated block-regulator with a hollow rectangular spool for each channel and forms a high-atmospheric part, while the regulatory unit consists of two hermetically pressed plates with throughput windows: distribution plates of a fixed and a control plate, which moves along the plate with the help of an electromechanical drive controlled by a microcontroller based on data from a digital feedback block, while the processes of pressure reduction in the cavities of the hydraulic cylinder are inversely proportional and synchronous, the windows of the regulators are located in one moving part, while for the parts of the high-atmospheric part, vertical planes of joining of parts made of materials of the same type are provided, and for parts of the low-atmospheric part, horizontal planes of joining of parts made of different types of materials.
RU2022128369A 2022-11-02 Composite structure of digital electronically controlled proportional hydraulic valve RU2800195C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800195C1 true RU2800195C1 (en) 2023-07-19

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991013261A1 (en) * 1990-03-02 1991-09-05 Experimentalny Nauchno-Issledovatelsky Institut Metallorezhuschikh Stankov Digital servo drive
RU2368932C1 (en) * 2008-01-09 2009-09-27 Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"-ОАО "ПМЗ ВОСХОД" Electrohydraulic direct control follow-up drive with adaptive properties
RU2532039C1 (en) * 2010-08-24 2014-10-27 Хонда Мотор Ко., Лтд. Hydraulic regulator for carrier drive system
US8939176B2 (en) * 2010-05-27 2015-01-27 Graco Minnesota Inc. Piston bores and methods of manufacturing piston bores for a series progressive divider valve
RU2792375C1 (en) * 2022-04-08 2023-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс" Assembled regulator with a hollow rectangular spool and high precision cut-off edges of passthrough ports

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991013261A1 (en) * 1990-03-02 1991-09-05 Experimentalny Nauchno-Issledovatelsky Institut Metallorezhuschikh Stankov Digital servo drive
RU2368932C1 (en) * 2008-01-09 2009-09-27 Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"-ОАО "ПМЗ ВОСХОД" Electrohydraulic direct control follow-up drive with adaptive properties
US8939176B2 (en) * 2010-05-27 2015-01-27 Graco Minnesota Inc. Piston bores and methods of manufacturing piston bores for a series progressive divider valve
RU2532039C1 (en) * 2010-08-24 2014-10-27 Хонда Мотор Ко., Лтд. Hydraulic regulator for carrier drive system
RU2793561C1 (en) * 2021-12-29 2023-04-04 Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс" High-speed hydraulic distributor regulator
RU2792375C1 (en) * 2022-04-08 2023-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОроботикс" Assembled regulator with a hollow rectangular spool and high precision cut-off edges of passthrough ports

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210317829A1 (en) System to pump fluid and control thereof
US20210277893A1 (en) System to Pump Fluid and Control Thereof
CN108356128B (en) High-pressure forming method
Li et al. An energy-saving method to solve the mismatch between installed and demanded power in hydraulic press
RU2800195C1 (en) Composite structure of digital electronically controlled proportional hydraulic valve
Stawinski et al. A new approach for control the velocity of the hydrostatic system for scissor lift with fixed displacement pump
CN108252971A (en) Hydroelectric power plant's double lifting point oil cylinder of hydraulic headstock gear travel synchronization automatic correction method
CN109488654B (en) Displacement control method of electro-hydraulic actuator
Ding et al. Position servo with variable speed pump-controlled cylinder: design, modelling and experimental investigation
CN207750305U (en) Realize the hydraulic control device of oil cylinder of hydraulic headstock gear travel synchronization automatic deviation correction
Liu et al. Electro-hydraulic servo plate-inclined plunger hydraulic transformer
CN105156376B (en) Closed Hydraulic servo loading system, hydraulic means and loading equipemtn
Pastrakuljic Design and modeling of a new electro hydraulic actuator
CN209444636U (en) A kind of elaborate servo pump control hydraulic system
RU2689885C2 (en) System for pumping of fluid medium and control of such pumping
EP4144938A1 (en) System and method for heat recovery
Kim et al. A suboptimal controller design method for the energy efficiency of a load-sensing hydraulic servo system
Stryczek et al. Application of plastics in the building of fluid power elements
CN1153871A (en) Hydraulic system for large erecting equipment
Minav et al. Electric-driven zonal hydraulics in non-road mobile machinery
GB2319563A (en) Air cylinder device
Danaee et al. Direct position control of electro-hydraulic excavator
Koitto et al. Experimental investigation of a directly driven hydraulic unit in an industrial application
Gnesi et al. Modeling of EHA Module Equipped with Fixed-Displacement Vane Pump
Jurak et al. Development of direct driven servo hydraulic actuator