ГИДРОСИСТЕМА С ФУНКЦИЕЙ ОБОГРЕВА ГИДРОМОТОРОВ
HYDRAULIC SYSTEM WITH THE HYDRAULIC MOTOR HEATING FUNCTION

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике, в частности к гидроприводам мобильных машин, круглогодично эксплуатируемых на открытом воздухе с возможностью их работы в зимнее время при низких температурах.
Данное техническое решение направлено на повышение надежности работы гидросистемы за счет обеспечения безотказной работы гидромоторов в условиях низких температур.
У большинства моделей современной мобильной техники гидросистема привода хода не предполагает ее эксплуатацию при экстремально низких температурах. Это относится и к экскаваторам, выпускаемых в настоящее время фирмами KOMATSU, HITACHI, CATERPILLAR, в которых не предусмотрено никаких устройств для гарантии безаварийной эксплуатации гидросистем привода хода при низких температурах. Во время экскавации или погрузки породы в транспорт у гидравлического экскаватора задействованы в работе гидроцилиндры рабочего оборудования и гидромоторы механизма поворота платформы. При этом гидропривод механизма передвижения застопорен стояночным тормозом и в работе не участвует.Гидромоторы этих приводов бездействуют, т.к. экскаватор стоит на месте и не перемещается по забою. В отличие от гидромоторов приводов хода, работающие гидроцилиндры и гидромоторы поворота платформы прогреваются за счет циркуляции через них нагретой гидравлической жидкости. При этом температура гидромоторов хода и рабочей жидкости, находящейся в трубопроводах гидросистемы хода во время простоя понижается до температуры окружающего воздуха. Если после длительного периода бездействия приводов хода включить их в работу, то разогретая гидравлическая жидкость из основной гидросистемы будет направлена к гидромоторам приводов хода. Из-за большой разницы температур между горячей рабочей жидкостью и остывшими деталями гидромоторов хода, последние подвергаются тепловой деформации. В итоге, во время пуска и в процессе последующей работы, внутренние детали гидромоторов испытывают повышенные нагрузки, приводящие к быстрому износу и выходу из строя гидромоторов.
Для предотвращения остывания гидромоторов во время экскавации, приходится периодически прекращать процесс выемки и погрузки породы и включать механизмы хода в холостую работу. Из-за этого снижается эффективность работы машины, теряется время на непроизводственные процессы, ухудшается топливная экономичность
Наиболее близким прототипом предлагаемого технического решения является модель экскаватора фирмы LIBHERR, описание которого можно найти в двух журнальных статьях:
К.Ю. Анистратов, А.П. Донцов, С.Н. Кривощеков «LIEBHERR R-992 на Кайерканском разрезе норильского комбината; журнал «Горная Промышленность» №3 2001, https://mining-media.ru/ru/article/karertekh/l873-liebherr-r-992-na-kajerkanskom-razreze-norilskogo-kombinata;
- К.Ю. Анистратов «Землеройная техника LIEBHERR для работы в климатических условиях с низкими температурами», журнал «Горная Промышленность» №6 2003. https://mining-media.ru/ru/article/karrtekh/1473-zemlerojnaya-tekhnika-liebherr-dlya-raboty-v-klimaticheskikh-usloviyakh;;;;-s-nizkimi-temperaturami.
Для работы гидравлических экскаваторов при низких температурах до -40°С, фирмой реализованы дополнительные конструктивные изменения в гидросистемах выпускаемых ею экскаваторов. Так, для снижения потерь времени на прогрев гидромоторов хода и для предотвращения простоев из-за их поломок в зимнее время, гидромоторы хода обогреваются за счет постоянной прокачки через них разогретой рабочей жидкости. Для этого устанавливают дополнительный насос, который забирает горячую гидравлическую жидкость из гидравлического бака и по отдельному трубопроводу прокачивает ее через гидромоторы. Прошедшая через корпусы гидромоторов рабочая жидкость отводится обратно в бак через дренажный трубопровод, как это показано на упрощенной гидравлической схеме см. фиг. 1. Минус данной гидросистемы в том, что для нее реализации требуется дополнительный насос обогрева и дополнительная магистраль обогрева, для подачи масла к гидромоторам. Кроме того, для перехода дополнительной магистрали с поворотной платформы, на которой установлен насос, на ходовую тележку, где расположены гидромоторы, в центральном коллекторе надо иметь дополнительный канал. В свою очередь, подвод нагревшейся гидравлической жидкости через дополнительную магистраль, приводит к тому, что во время бездействия механизмов хода, находящееся без движения в рабочих трубопроводах гидравлическая жидкость, остывает до температуры окружающего воздуха. При последующем включении в работу механизмов хода, в разогретый гидромотор из застывших рабочих трубопроводов поступает сначала порция холодной рабочей жидкости, а затем - разогретая рабочая жидкость. Такие резкие перепады температуры приводят к тепловой деформации прецизионных деталей гидромоторов и сокращают срок их службы.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, увеличение срока службы гидромоторов, отказ от дополнительного насоса и дополнительного трубопровода.
Задача решается тем, что разогретой рабочей жидкости осуществляется к входу в корпусы гидромоторов через рабочие трубопроводы, что исключает застой рабочей жидкости в трубопроводах и охлаждение ее при бездействии механизма хода.
Технический результат предлагаемого технического решения направлен на устранение указанных недостатков и обеспечение надежной работы гидромоторов при низких температурах.
Технический результат достигается тем, что в гидросистеме, включающей в себя насос рабочий, соединенный с гидрораспределителем гидромотора и гидрораспределителями гидроцилиндров, стояночный тормоз с управляющим портом, гидромотор, рабочие порты которого соединены посредством гидрораспределителя гидромоторов со сливной гидролинией, соединяющей оба гидрораспределителя через клапан напорный с гидробаком, который соединен дренажным трубопроводом с одним из дренажных портов гидромотора, согласно изобретению, хотя бы один рабочий порт гидромотора соединен с одним из его дренажных портов через нормально открытый гидрораспределитель, управляющая полость которого соединена с управляющим портом тормоза стояночного.
Кроме того, вход напорного клапана дополнительно соединен с входами подпитывающих клапанов, каждый из которых своим выходом соединен с одним из рабочих портов гидромотора.
Кроме того, рабочий порт гидромотора соединен через нормально открытый гидрораспределитель с входом в дренажный порт второго гидромотора, рабочий порт которого соединен через соответствующий ему нормально открытый гидрораспределитель с входом в дренажный порт первого гидромотора.
Кроме того, каждые рабочие порты гидромотора соединены с входом соответствующего обратного клапана, выходы которых объединены и через нормально открытый гидрораспределитель сообщаются с входом в дренажный порт гидромотора.
Предоставлена схема описанного выше прототипа (см. фиг. 5).
На фиг. 1 показана схема гидросистемы, выполненной по предлагаемому техническому решению.
На фиг. 2 показан вариант этой гидросистемы с подпитывающими клапанами для обоих рабочих портов гидромотора.
На фиг. 3 - вариант гидросистемы выполненный по п.1 и п.2, но с двумя гидромоторами привода хода, вместо одного.
На фиг. 4 - вариант гидросистемы выполненный по п. 1 и п. 2 с двумя обратными клапанами, через которые гидравлическое масло может поступать в корпус гидромотора из его обоих рабочих портов через один нормально открытый гидрораспределитель.
Представленная на фиг. 1 гидросистема включает в себя насос 1, гидрораспределитель гидромоторов 2, гидрораспределитель гидроцилиндров 3, тормоз стояночный 4 с портом управления 5, гидромотор 6 с рабочими портами 7, гидролинию слива 8 с клапаном напорным 9, гидробак 10, трубопровод дренажный 11, порты дренажные 12 гидромотора 6, нормально открытый гидрораспределитель 13 с управляющей полостью 14.
Гидросистема на фиг. 2 дополнительно имеет подпитывающие обратные клапаны 15.
Гидросистема на фиг. 3 выполнена по п. 1 и п. 2, но имеет два гидромотора 6, соединенных по параллельной схеме, причем выход нормально открытого гидрораспределителя 13 каждого гидромотора соединен с дренажным портом 12 другого гидромотора.
Гидросистема на фиг. 4 выполнена с учетом п. 1, п. 2 и кроме подпитывающих обратных клапанов 15 имеет дополнительно обратные клапаны 16, посредством которых оба рабочих порта 7 гидромотора 6 через один нормально открытый гидрораспределитель 13 сообщаются с дренажным портом 12 гидромотора 6.
Гидросистема на фиг. 1 функционирует следующим образом. Когда экскаватор работает в забое и не перемещается по нему, гидрораспределитель гидромоторов 2 выключен, оба рабочих порта 7 гидромотора 6 через гидрораспределитель 2 сообщаются с гидролинией слива 8. Работающий насос 1 направляет под давлением рабочую жидкость к включенному гидрораспределителю гидроцилиндров 3, а затем к гидроцилиндру. От гидроцилиндра обратный поток рабочей жидкости направляется через гидрораспределитель 3 в гидролинию слива 8. Так, как в гидролинии слива 8 установлен клапан напорный 9, давление в ней повышается до величины открытия этого клапана. Через открытый клапан напорный 9 основной поток рабочей жидкости из гидролинии слива 8 поступает в гидробак 10. Процесс передачи энергии от насоса 1 к гидроцилиндру при помощи рабочей жидкости, находящейся под давлением, приводит к ее нагреву. Какая-то часть разогретой рабочей жидкости под давлением из гидролинии слива 8 через гидрораспределитель 2 подается к рабочим портам 7 гидромотора 6. От одного из рабочих портов 7 гидромотора 6 она поступает через нормально открытый гидрораспределитель 13 в дренажный порт 12 гидромотора 6. Попав внутрь корпуса гидромотора 6, разогретая рабочая жидкость омывает его качающий узел, а затем через другой дренажный порт 12 по трубопроводу дренажному 11 поступает в гидробак 10. Таким образом, во время бездействия гидросистемы привода хода происходит прокачка разогретой рабочей жидкости через рабочие магистрали и через гидромотор 6, что позволяет поддерживать в них приемлемую температуру. В случае, когда в работу включается механизм хода, гидрораспределитель гидромоторов 2 переключается в рабочую позицию и соединяет насос 1 с одним из рабочих портов 7 гидромотора 6. Одновременно с включением механизма хода в порт управления 5 тормоза стояночного 4 подается сигнал на его растормаживание. Этот же сигнал поступает в управляющую полость 14 нормально открытого гидрораспределителя 13. Гидрораспределитель 13 переключается в рабочую позицию и перекрывает подачу рабочей жидкости от рабочего порта 7 к входу в дренажный порта 12 гидромотора 6, который в это время не нуждается в обогреве.
Вариант гидросистемы предоставленной на фиг. 2 работает точно так, как и вариант, представленный на фиг.2 с той лишь разницей, что рабочая жидкость из гидролинии слива 8, может поступать к портам 7 гидромотора 6 не только через гидрораспределитель 2, но и через подпитывающие обратные клапаны 15.
Вариант гидросистемы на фиг. 3 отличается от гидросистемы на фиг. 3 тем, что вместо одного гидромотора применяются два гидромотора соединенных по параллельной схеме. Когда экскаватор работает в забое и не перемещается по нему, гидрораспределитель гидромоторов 2 выключен, рабочие порты 7 гидромоторов 6 через гидрораспределитель 2 сообщаются с гидролинией слива 8. Работающий насос 1 направляет под давлением рабочую жидкость к включенному гидрораспределителю гидроцилиндров 3, а затем - к гидроцилиндру. Обратный поток разогретой рабочей жидкости от гидроцилиндра направляется через гидрораспределитель 3 в гидролинию слива 8. Так, как в гидролинии 8 установлен гидроклапан напорный 9, давление в ней повышается до величины открытия этого клапана. Основной поток рабочей жидкости через открытый клапан напорный 9 из гидролинии слива 8 поступает в гидробак 10. Какая-то часть разогретой рабочей жидкости из гидролинии слива 8 через подпитывающие клапаны 15 и гидрораспределитель 2 подается к рабочим портам 7 обоих гидромоторов 6. От одного из рабочих портов 7 каждого гидромотора 6 рабочая жидкость поступает через свой нормально открытый гидрораспределитель 13 в дренажный порт 12 другого гидромотора 6. Попав внутрь корпуса обоих гидромотора 6 разогретая рабочая жидкость омывает их качающие узлы и через другие дренажные порты 12 по трубопроводу дренажному 11 поступает в гидробак 10. Таким образом, во время бездействия механизма хода происходит прокачка теплого масла через рабочие магистрали и через оба гидромотора 6, что позволяет поддерживать их в состоянии постоянной готовности к работе. В том случае, когда в работу включается механизм хода, гидрораспределитель гидромоторов 2 переключается в рабочую позицию и соединяет насос 1 с одним из рабочих портов 7 обоих гидромоторов 6. Одновременно с включением механизма хода в порт управления 5 обоих стояночных тормозов 4 подается сигнал, на их растормаживание. Этот же сигнал поступает в управляющие полости 14 нормально открытых гидрораспределителей 13. Гидрораспределители 13 переключаются в рабочую позицию, в которой перекрывают подачу масла из рабочих портов 7 на вход дренажных портов 12 гидромоторов 6, которые в это время не нуждается в обогреве.
Вариант гидросистемы предоставленной на фиг. 4 работает следующим образом. Когда экскаватор работает в забое и не перемещается по нему, гидрораспределитель гидромоторов 2 выключен, оба рабочих порта 7 гидромотора 6 через гидрораспределитель 2 сообщаются с гидролинией слива 8. Работающий насос 1 направляет под давлением рабочую жидкость к включенному гидрораспределителю гидроцилиндров 3, а затем - к гидроцилиндру. Обратный поток разогретой рабочей жидкости от гидроцилиндра направляется через гидрораспределитель 3 в гидролинию слива 8. Так, как в гидролинии 8 установлен клапан напорный 9, то в ней повышается давление до величины открытия этого клапана. Через открытый клапан напорный 9 основной поток рабочей жидкости из гидролинии слива поступает в гидробак 10. Какая-то часть рабочей жидкости под давлением из гидролинии слива 8 через подпиточные клапаны 15 и гидрораспределитель 2 подается к рабочим портам 7 гидромотора 6. От обоих рабочих портов 7 гидромотора 6 масло через обратные клапаны 16 поступает на вход нормально открытого гидрораспределителя 13, а затем в дренажный порт 12 гидромотора 6. Попав внутрь корпуса гидромотора, разогретая жидкость омывает его качающий узел, а затем через другой дренажный порт 12 по дренажному трубопроводу 11 поступает в гидробак 10. Таким образом, во время бездействия механизма хода происходит прокачка теплой рабочей жидкости по обоим рабочим магистралям и через корпус гидромотора 6. Это позволяет поддерживать гидромотор в постоянной готовности к работе при бездействии в условиях низких температур. При включении в работу механизма хода гидрораспределитель гидромоторов 2 переключается в рабочую позицию и соединяет насос 1 с одним из рабочих портов 7 гидромотора 6. Одновременно с включением механизма хода в управляющую полость 5 стояночного тормоза 4 подается сигнал, на его растормаживание. Этот же сигнал поступает в управляющую полость 14 нормально открытого гидрораспределителя 13. Гидрораспределитель 13 переключается в рабочую позицию, в которой перекрывает подачу рабочей жидкости из рабочих портов 7 на вход дренажного порта 12 гидромотора 6, который в это время не нуждается в обогреве.