СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГИДРОПРИВОДА
HYDRAULIC DRIVE PROTECTION SYSTEM

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты от несанкционированного выброса рабочей жидкости из гидравлических систем строительно-дорожных, сельскохозяйственных, мелиоративных, лесотехнических, промышленных машин и оборудования с гидроприводом рабочих органов.
Известна система защиты гидропривода, содержащая гидробак, насос, соединенный напорной гидролинией с гидродвигателем через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, установленное в напорной гидролинии, содержащее корпус с выходной полостью, соединенной с распределителем, входной, выходной и сливной штуцеры с каналами, подпружиненный плунжер с входной полостью, соединенной с насосом, с осевым каналом, сообщенным с выходной полостью, и радиальными отверстиями, подпружиненный плунжерный клапан, размещенный в выходной полости и выполненный с возможностью перекрытия осевого канала подпружиненного плунжера, и упор, при этом подвижный шток клапана установлен с возможностью свободного перемещения в упоре и крышку, образующую совместно с упором герметичную газовую камеру для поглощения энергии ударной волны при гидравлическом ударе, при этом упор и крышка выполнены в виде полусферических поверхностей с эластичными мембранами, между которыми установлено кольцо с нагнетательным ниппелем для заполнения камеры газом, причем одна эластичная мембрана неподвижно соединена со штоком подпружиненного клапана, а другая - с предохранительными пластинами, расположенными с двух ее сторон, при этом на наружной поверхности подпружиненного плунжера выполнена кольцевая проточка, соединенная с упомянутыми радиальными отверстиями [Патент №2571240 RU C1, F15В 20/00 - прототип].
Недостатком системы защиты гидропривода является то, что в рабочем состоянии гидросистемы рабочая жидкость под давлением просачивается из выходной полости запорного устройства через сопрягаемые поверхности штока клапана и упора между сферической поверхностью упора и мембраной в пространство герметичной газовой камеры, объем которого препятствует возвращению клапана в исходное положение. Это приводит к замедлению процесса перекрытия подпружиненным плунжером канала выходного штуцера в момент срабатывания запорного устройства при разрушении рукавов высокого давления. Замедление возврата клапана в первоначальное положение обусловлено малым проходным сечением зазора между сопрягаемыми поверхностями штока клапана и упора и соответственно низкой скоростью возвращения под действием давления в герметичной газовой камере накопленного объема рабочей жидкости обратно в выходную полость через вышеупомянутый зазор. Кроме того, снижение быстродействия перекрытия выходного канала штуцера связано с образованием дополнительного давления в газовой камере во время заполнения пространства рабочей жидкостью между сферической поверхностью упора и мембраной, объем которого препятствует перемещению плунжера при закрытом клапаном канале плунжера и снижает быстродействие перекрытия канала выходного штуцера.
Технический результат - повышение эффективности системы защиты гидропривода от не санкционированного выброса рабочей жидкости из гидросистемы.
Техническая задача - повышение эффективности защиты гидропривода за счет повышения быстродействия срабатывания клапана запорного устройства при одновременном повышении долговечности устройства и экологической безопасности.
Техническая задача решается тем, что система защиты гидропривода содержит гидробак, насос, соединенный напорной гидролинией с гидродвигателем через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, установленное в напорной гидролинии, содержащее корпус с выходной полостью, соединенной с распределителем, входной, выходной и сливной штуцеры с каналами, подпружиненный плунжер с входной полостью, соединенной с насосом, с осевым каналом, сообщенным с выходной полостью, и радиальными отверстиями, подпружиненный плунжерный клапан, размещенный в выходной полости и выполненный с возможностью перекрытия осевого канала подпружиненного плунжера, и упор, при этом подвижный шток клапана установлен с возможностью свободного перемещения в упоре, который совместно с крышкой образует герметичную газовую камеру для поглощения энергии ударной волны при гидравлическом ударе, при этом упор и крышка выполнены в виде полусферических поверхностей, снабженных эластичными мембранами, между которыми установлено кольцо с нагнетательным ниппелем для заполнения камеры газом, причем одна эластичная мембрана неподвижно соединена со штоком подпружиненного плунжерного клапана, а другая - с предохранительными пластинами, расположенными с двух ее сторон; дополнительно содержит гидравлический затвор, выполненный в виде кольцевой полости, совмещенной со сквозным отверстием упора, сообщающейся с выходной полостью запорного устройства каналом, и размещенной между двумя проточками, выполненными в упоре, предназначенными для установки уплотнительных колец из эластичного материала, препятствующих просачиванию в герметичную газовую камеру, при этом на торце подпружиненного плунжера выполнена кольцевая проточка под установку пружины, обеспечивающей возвращение подпружиненного плунжера в исходное положение и перемещение его до упора.
Сущность изобретения заключается в том, что в упоре газовой камеры дополнительно размещен гидравлический затвор, выполненный в виде кольцевой полости, совмещенной со сквозным отверстием упора и сообщающейся с выходной полостью запорного устройства каналом. Кольцевая полость гидравлического затвора размещена между двумя проточками, выполненными в упоре и предназначенными для установки уплотнительных колец из эластичного материала, например маслостойкой резины. При работе устройства давление рабочей жидкости в кольцевой полости гидравлического затвора воздействует на уплотнительные кольца, препятствуя просачиванию при этом рабочей жидкости через зазор между сопрягаемыми поверхностями штока клапана и упора в пространство между сферической поверхностью упора и мембраной герметичной газовой камеры. Использование гидравлического затвора позволяет повысить быстродействие перекрытия рукавов высокого давления запорным устройством системы защиты гидропривода от несанкционированного выброса рабочей жидкости. Одновременно для обеспечения перемещения подпружиненного плунжера до упора, гарантирующего надежное перекрытие канала выходного штуцера в конце хода подпружиненного плунжера, на его торце выполнена проточка под установку пружины.
Таким образом заявляемое устройство, в сравнении с устройством по прототипу, позволяет обеспечить надежное перекрытие поврежденного гидропривода гидросистемы при несанкционированном разрушении рукавов высокого давления, повысить быстродействие срабатывания запорного устройства, его эксплуатационные свойства, а следовательно, эффективность защиты гидропривода, надежность работы устройства в целом.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где схематично представлен общий вид системы защиты гидропривода. Система защиты гидропривода содержит гидробак 1, насос 2, напорную гидролинию 3, линию слива 4 в гидробак, распределитель 5, гидродвигатель 6, запорное устройство 7.
Запорное устройство 7 включает в себя корпус 8, снабженный входным 9, выходным 10, сливным 11 штуцерами с каналами и упором 12. Внутри корпуса 8 запорного устройства размещен подпружиненный плунжер 13 с входной полостью А, по наружной поверхности которого выполнена кольцевая проточка 14 на расстоянии от оси сливного штуцера 11, равном полному ходу t подпружиненного плунжера 13, и радиальные отверстия 15 на расстоянии от вертикальной оси сливного штуцера 11, равном также полному ходу t подпружиненного плунжера 13. Подпружиненный плунжер 13 размещается в корпусе 8 на расстоянии его полного хода t от упора 12 с образованием выходной полости Б, сообщающейся с каналом В выходного штуцера 10. Входная полость А сообщается с выходной полостью Б корпуса 8 посредством осевого канала 16 через проходное сечение x, образованное в открытом положении запорного устройства коническим седлом 17 подпружиненного плунжера 13 и клапаном 18, стержень которого свободно перемещается в сквозном отверстии упора 12. Клапан 18 снабжен конусом 19 с буртиком 20, который является упором пружины 21. В подпружиненном плунжере 13 выполнена проточка 22 для размещения пружины 23, предназначенной для возврата подпружиненного плунжера 13 в исходное положение. Упор 12 запорного устройства 7 снабжен крышкой 24, которая крепится на упоре посредством винтового соединения 25. В упоре 12 размещен гидравлический затвор 26, выполненный в виде кольцевой полости Г, совмещенной со сквозным отверстием упора 12, сообщающейся с выходной полостью Б каналом 27. Кольцевая полость Г гидравлического затвора 26 размещена между двумя проточками 28 и 29 для установки уплотнительных колец 30, выполненных из эластичного материала, например маслостойкой резины.
Наружная поверхность упора 12 и внутренняя поверхность крышки 24 выполнены в виде полусфер 31 и 32 с образованием между ними герметичной газовой камеры 33 с полостью Д, предназначенной для поглощения энергии ударной волны, возникающей во время гидравлического удара при срабатывании клапана 18. Полусферы 31 и 32 снабжены мембранами 34 и 35, выполненными из эластичного материала, например резины. Мембрана 34 неподвижно соединена с клапаном 18 резьбовым соединением 36, а мембрана 35, для предотвращения ее от повреждения о кромку полости Е, защищена с двух ее сторон пластинами 37 из прочного материала, диаметр которых превышает диаметр полости Е и одновременно служит упором для клапана 18.
Между упором 12 и крышкой 24 установлено кольцо 38, предназначенное для установки нагнетательного ниппеля 39. Кроме того, крышка 24 снабжена штуцером 40 для заполнения полости Е рабочей жидкостью.
Система защиты гидропривода работает следующим образом.
При неработающем гидродприводе давление рабочей жидкости в полостях А, Б, В, Г и Е одинаковое. Подпружиненный плунжер 13 под действием пружины 23 находится в крайнем левом положении, а клапан 18 в равновесном состоянии под действием пружины 21, упирающейся в упор 12, и силы давления на клапан 18, создаваемой в полости Д герметичной газовой камеры 33.
При выключенном распределителе 5 рабочая жидкость от насоса 2 через входную полость А подпружиненного плунжера 13, открытый канал 16, проходное сечение x, выходную полость Б, канал В выходного штуцера 10 переливной клапан распределителя 5 поступает на слив в гидробак 1. Поток жидкости при этом создает незначительный перепад давления между полостями А и Б. Подпор от такого перепада на подпружиненный плунжер 13 компенсируется пружиной 23, а на клапан 18 усилием пружины 21 и давлением в камерах Д и Е.
При включенном распределителе 5 рабочая жидкость от насоса 2 через входную полость А подпружиненного плунжера 13, открытый канал 16, проходное сечение x, выходную полость Б, канал В выходного штуцера 10, золотник распределителя 5 поступает в поршневую или штоковую полость гидродвигателя и приводит в движение рабочий орган машины. При этом в полостях А, Б, В и Е давление возрастает до уровня номинального, регламентированного эксплуатационной документацией. Такое же давление создается в полости Г гидравлического затвора 26, сообщающейся каналом 27 с выходной полостью Б. Создаваемое в полости Г давление воздействует на уплотнительные кольца 30, которые препятствует просачиванию через них рабочей жидкости из выходной полости Б запорного устройства 7 гидросистемы в пространство между сферической поверхностью упора 12 и мембраны 34 газовой камеры 33, способствует согласованному взаимодействию плунжера 13 и клапана 18 и быстродействию при срабатывании запорного устройства.
При разрыве рукавов питания гидропривода давление в выходной полости Б мгновенно падает и из-за перепада давления рабочей жидкости в полостях А и Б подпружиненный плунжер 13, преодолевая сопротивление пружины 23, двигается вправо и встречается с клапаном 18, закрывая при этом проходное сечение x. Резкий перепад давления в полостях А и Б сопровождается гидравлическим ударом, энергия ударной волны которого приводит к ударным нагрузкам на конус 19 клапана 18 и седло 17 канала 16 плунжера 13, вызывая колебательный процесс плунжера 13 и клапана 18, т.е. к циклическим ударным нагрузкам в период затухания ударной волны, снижающим эксплуатационную надежность и долговечность работы системы защиты гидропривода в целом.
Негативный процесс гидравлического удара нейтрализуется газовой камерой 33 и гидравлическим затвором 26. Полость Д герметичной газовой камеры 33 за счет высокой сжимаемости газа поглощает энергию ударной волны гидравлического удара и сглаживает динамическое воздействие на контактную поверхность седла 17 отверстия 16 плунжера 13 и конусную поверхностью 19 клапана 18, способствует снижению износа их контактных поверхностей, а полость Г гидравлического затвора препятствует просачиванию через уплотнение 30 рабочей жидкости из выходной полости Б в полость герметичной газовой камеры Д и способствует согласованному взаимодействию плунжера 13 и клапана 18 при срабатывании запорного устройства, тем самым также повышается быстродействие срабатывания клапана, надежность и долговечность системы защиты гидропривода.
Таким образом, предлагаемое устройство, в сравнении с устройством по прототипу, за счет применения гидравлического затвора предотвращает просачивание рабочей жидкости из выходной полости запорного устройства гидросистемы через сопрягаемые поверхности штока клапана и упора в пространство между сферической поверхностью упора и мембраной герметичной газовой камеры, препятствующей снижению быстродействию перекрытия запорным устройством системы защиты гидропривода гидролинии от несанкционированного выброса рабочей жидкости при разрушении рукавов высокого давления, повышает эффективность системы защиты, эксплуатационную надежности и экологическую безопасность гидропривода рабочих органов машин.