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 гидрофицированного рабочего оборудования машин.
Известна система защиты гидропривода, содержащая гидробак, подающий 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, с осевым каналом соединенной с насосом, сообщающиеся с выходной полостью и радиальными отверстиями, подпружиненный клапан, размещенный в выходной полости и выполненный с возможностью перекрытия осевого канала подпружиненного плунжера, упор с эластичной мембраной, снабженный крышкой, при этом упор и крышка выполнены в виде полусферических поверхностей, образующих между собой герметичную камеру для поглощения энергии ударной волны при гидравлическом ударе, и нагнетательный ниппель, предназначенный для заполнения герметичной камеры газом, при этом нагнетательный ниппель установлен на крышке упора. [Патент №2634996 RU C1 F15B 20/00 - прототип].
Недостатком прототипа является то, что при неисправности нагнетательного ниппеля установленного на крышке упора для заполнения герметичной камеры газом, предназначенной для поглощения энергии ударной волны сопровождающейся гидравлическим ударом при срабатывании запорного устройства системы защиты гидропривод, произойдет утечка газа в атмосферу и, как следствие, падение давления в газовой камере, потеря ее демпфирующих свойств и эффективности поглощения энергии гидравлического удара, что препятствует снижению колебательного процесса плунжера, надежному перекрытию канала выходного штуцера запорного устройства во время разрушения рукавов высокого давления и способствует несанкционированной утечки рабочей жидкости из выходной полости устройства в атмосферу.
Также, в случае усталостного разрушения мембраны в газовой камере, произойдет потеря ее функционального назначения, то есть поглощения энергии гидравлического удара газовой камерой при срабатывании запорного устройства системы защиты гидропривода и, как следствие, сохранение колебательного процесса плунжера, что негативно отразится на надежности перекрытие выходного канала запорного устройства. При этом произойдет потеря амортизационных свойств газовой камеры, как упругого элемента, исключение клапана из рабочего процесса, приведет к неустойчивому положению плунжера в момент перекрытия канала выходного штуцера и утечки рабочей жидкости в атмосферу.
К недостатку следует отнести то обстоятельство, что замкнутый несжимаемый объем рабочей жидкости, образовавшийся между упором и плунжером в конце его хода, будет препятствовать движению плунжера и приведет к его колебательному процессу, вызванному гидравлическим ударом, возникающим во время срабатывания запорного устройства, к неустойчивому положению плунжера в момент перекрытия канала выходного штуцера и, как следствие, к утечке рабочей жидкости в атмосферу.
Кроме того, недостатком системы защиты гидропривода является сложность конструктивного исполнения системы защиты гидропривода, обусловленная наличием элементов резьбового крепления мембраны к клапану, болтового соединения крышки и упора, наличием ниппеля для заправки газовой камеры и технологически высокой трудоемкостью выполнение в упоре и крышке сферических поверхностей.
Технический результат - повышение эксплуатационной надежности системы защиты гидропривода.
Техническая задача - повышение эксплуатационной надежности системы защиты гидропривода за счет исключения несанкционированного выброса рабочей жидкости в атмосферу, при одновременном упрощении конструкции устройства.
Решение технической задачи заключается в том, что система защиты гидропривода, содержащая гидробак, подающий насос, соединенный напорной гидролинией с гидродвигателем через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, установленное в напорной гидролинии, содержащее корпус с выходной полостью, входной, выходной и сливной штуцеры с каналами, подпружиненный плунжер с входной полостью, сообщающейся с насосом, осевым каналом, сообщающим входную и выходную полости, радиальными отверстиями, сообщающими входную полость с каналом сливного штуцера, подпружиненный клапан, размещенный в выходной полости, свободно перемещающийся в сквозном отверстии упора и выполненный с возможностью перекрытия осевого канала подпружиненного плунжера и упор, кроме того в плунжере дополнительно выполнено отверстие, сообщающее входную и выходную полости запорного устройства и предназначенное для вытеснения замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образующей в конце хода плунжера между плунжером и упором, во входную полость, а в полости упора, между торцом подпружиненного клапана и резьбовой крышкой, размещены предохранительная нажимная пластина и упругий элемент, выполненный из эластичного материала в виде тороида, заполненного инертным газом, при этом упругий элемент предназначен для поглощения энергии гидравлического удара, возникающего при срабатывании запорного устройства.
Сущность изобретения заключается в том, что в упоре запорного устройства, выполнена полость, герметично закрытая резьбовой крышкой, в которой размещены упругий элемент из эластичного материала, например, резины, имеющий форму тороида, заполненного инертным газом, например, воздухом или азотом, и предохранительная нажимная пластина, находящаяся в контакте с подпружиненным коническим клапаном, при этом упругий элемент обеспечивает поглощение энергии гидравлического удара, возникающего во время срабатывания запорного устройства системы защиты гидропривода, снижение колебательного процесса подпружиненного плунжера и, как следствие, устойчивое положение плунжера во время перекрытия канала выходного штуцера, а в плунжере дополнительно выполнено отверстие, сообщающее входную и выходную полости запорного устройства системы защиты гидропривода, и предназначенное для вытеснения замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образующейся между плунжером и упором в конце хода плунжера, во входную полость, препятствующей движению плунжера в конце его хода, что приводит к торможению плунжера и нарушению устойчивого положения его во время перекрытия канала выходного штуцера.
Кроме того, за счет исключения технологически высокой трудоемкости выполнение в упоре и крышке сферических поверхностей, резьбы в клапане, а также резьбового крепления клапана и мембраны, болтового соединения крышки и упора и наличия ниппеля для заправки газовой камеры, обеспечивается упрощение конструкции запорного устройства системы защиты гидропривода.
Таким образом, предлагаемое изобретение, в сравнении с системой защиты гидропривода по прототипу, за счет упругого элемента, выполненного из эластичного материала, имеющего форму тороида заполненного газом, установленного в полости упора и дополнительного отверстия, выполненного в подпружиненном плунжере, сообщающего входную и выходную полости запорного устройства и предназначенного для вытеснения замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образующейся между плунжером и упором в конце хода плунжера, во входную полость, обеспечивается эксплуатационная надежность системы защиты гидропривода от несанкционированного выброса в атмосферу рабочей жидкости при разрушении рукавов высокого давления и экологическая безопасность использования гидрофицированных машин, при одновременном упрощение конструкции устройства.
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом:
- на фиг. 1 схематично представлен общий вид системы защиты гидропривода;
- на фиг. 2 схематично представлено сечение Ж положения плунжера в фазе перекрытия коническим клапаном осевого канала плунжера;
- на фиг. 3 схематично представлено сечение И положения плунжера в фазе, когда проточка плунжера достигнет границы сливного канала и начала вытеснения рабочей жидкости из выходной во входную полость запорного устройства;
- на фиг. 4 схематично представлено сечение К положения плунжера в фазе перекрытия плунжером выходного канала и полного вытеснения из выходной полости замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образовавшейся между упором и плунжером в конце его хода.
Система защиты гидропривода содержит гидробак 1, подающий насос 2, запорное устройство 3, гидрораспределитель 4, гидродвигатель 5, напорная цельнометаллическая гидролиния высокого давления 6, напорные гибкие рукава высокого давления 7 и 8, сливную гидролинию 9 гидрораспределителя 4, сливную гидролинию 10 запорного устройства 3.
Запорное устройство 3 включает в себя корпус 11, подпружиненный плунжер 12, упор 13, подпружиненный конический клапан 14, который свободно перемещается в сквозном отверстии упора 13, штуцеры с входным 15, выходным 16 и сливным 17 каналами.
Внутри корпуса 11 запорного устройства 3 размещен плунжер 12, с образованием с одной стороны входной полости А, а с другой выходной полости Б. Плунжер 12 расположен на расстоянии его полного хода равным t=d+h, где d - проходное сечение выходного В и сливного Г каналов, сообщающихся через штуцеры 16 и 17 с напорной 7 и сливной 10 гидролиниями соответственно, a h - расстояние от торца упора 13 до цилиндрической образующей канала В выходного штуцера 16. В плунжере 12 на расстоянии t от оси сливного штуцера 17, равным полному ходу плунжера 12, выполнены кольцевая проточка 18 и радиальные отверстия 19, а также для сообщения полости А и Б, осевой канал 20 и дополнительное отверстием 21.
Осевой канал 20 во время срабатывания запорного устройства перекрывается конусом 22 клапана 14, имеющего буртик 23, а отверстие 21 предназначено для вытеснения из выходной полости Б во входную полость А замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образовавшейся между упором 13 и плунжером 12 в конце его хода, и препятствующей движению плунжера на участке h.
Плунжер 12 снабжен пружиной 24, расположенной между торцом плунжера 12 и торцом упора 13, а клапан 14 снабжен пружиной 25, расположенной между буртиком 23 клапана 14 и торцом упора 13.
В открытом положении запорного устройства 3 между торцами плунжера 12 и конуса 22 клапана 14 образуется проходное сечение х, сообщающее входную А и выходную Б полости.
В полости Д упора 13 размещен упругий элемент 26, предназначенный для поглощения энергии гидравлического удара во время срабатывания запорного устройства 3 системы защиты гидропривода, выполненный из эластичного материал в форме тороида, полость Е которого заполнена инертным газом, например воздухом или азотом.
Высота Н упругого элемента 26 равна соответственно j+ƒ, d+h, t-x, где j - деформация упругого элемента в конце хода плунжера 12 и клапана 14; ƒ - высота газовой «подушки» после деформации упругого элемента 26 в конце хода плунжера 12 и клапана 14; d - диаметр каналов В выходного штуцера 16 и Г сливного штуцера 17; h - расстояние от торца упора 13 до цилиндрической образующей канала В выходного штуцера 16; t - расстояние от торца упора 13 до образующей цилиндрической поверхности канала В выходного штуцера 16 и от оси сливного штуцера 17 до оси кольцевой проточки 18 и радиальных отверстий 19 плунжера 12.
Для исключения механического повреждения упругого элемента 26 во время его деформации в герметично закрытой резьбовой крышкой 27 полости Д упора 13 установлена предохранительная нажимная пластина 28, находящаяся в контакте с клапаном 14, который при срабатывании запорного устройства 3 передает усилие на предохранительную нажимную пластину 28 и упругий элемент 26.
Работа системы защиты гидропривода.
При выключенном гидрораспределителе 4 и неработающем гидродвигателе 5, давление рабочей жидкости во входной А и выходной Б полостях запорного устройства 3 одинаковое и рабочая жидкость от насоса 2 по напорной цельнометаллической гидролинии высокого давления 6, через входную полость А, канал 20 плунжера 12, проходное сечение х, выходную полость Б, канал В выходного штуцера 16, перепускной клапан гидрораспределителя 4 и сливную гидролинию 9 направляется в гидробак 1, то есть, минуя гидродвигатеь 5, рабочая жидкость циркулирует от насоса 2 через запорное устройство 3, гидрораспределитель 4 и сливную гидролинию 9 гидрораспределителя 4 в гидробак 1. При этом плунжер 12 удерживается пружиной 24 в крайнем левом положении, а клапан 14 находится в равновесном состоянии под действием силы давления рабочей жидкости на клапан 14 со стороны полости Б и пружины 25, при этом канал Г сливного штуцера 17 закрыт плунжером 12, а проточка 18 и радиальные отверстия 19 плунжера 12 находятся на расстоянии t от оси канала Г сливного штуцера 17 равному полному ходу плунжера 12.
При включенном гидрораспределителе 4 рабочая жидкость от насоса 2 по напорной цельнометаллической гидролинии высокого давления 6, осевому каналу 20 и дополнительному отверстию 21 плунжера 12 запорного устройства 3, из входной полости А в выходную полость Б и через проходное сечение х, канал В выходного штуцера 16, напорный гибкий рукав высокого давления 7, гидрораспределитель 4, напорный гибкий рукав высокого давления 8 направляется в гидродвигатель 5, который приводит в движение рабочее оборудование машины. Давление рабочей жидкости во входной А, выходной Б полостях, канале В выходного штуцера 16 и напорных гибких рукавах высокого давления 7 и 8 возрастает до максимального, при этом давление во входной А и выходной Б полостях будет одинаковым. После завершения подъема или опускания рабочего оборудования перепускной клапан гидрораспределителя 4 автоматически переключает поток рабочей жидкости через сливную гидролинию 9 гидрораспределителя 4 в гидробак 1.
При разрыве рукавов высокого давления 7 или 8, давление рабочей жидкости в выходной полости Б запорного устройства 3 мгновенно падает и возникнет перепад давления во входной А и выходной Б полостях, в результате чего плунжер 12, двигаясь на встречу клапану 14 и, преодолевая сопротивление пружины 24 плунжера 12, пружины 25 клапана 14 и упругого элемента 26 закрывает канал В выходного штуцера 16 и движение рабочей жидкости в поврежденную напорную гидролинию 7 или 8 прекращается.
Одновременно проточка 18 и радиальные отверстий 19 плунжера 12 совпадут со сливным каналом Г штуцера 17 и рабочая жидкость, минуя поврежденную гидролинию высокого давления 7 или 8, будет циркулировать от насоса 2, через напорную цельнометаллическую гидролинию высокого давления 6, полость А, проточку 18 и радиальные отверстия 19 плунжера 12, сливной канал Г штуцера 17 и сливную гидролинию 10 запорного устройства 3 в гидробак 1, при этом процесс срабатывания запорного устройства 3 протекает в три фазы.
Во время первой фазы плунжер 12, преодолевая расстояние проходного сечения х, достигнет поверхности конуса 22 клапана 14 и закроет канал 20 плунжера 12, при этом клапан 14 сохранит свое первоначальное положение, проточка 18 плунжера 12 сместится на величину  в сторону канала Г сливного штуцера 17, а плунжер 12 перекроет канал В выходного штуцера 16 на величину проходного сечения х. При закрытом осевом канале 20 плунжера 12 рабочая жидкость через дополнительное отверстие 21 поступает из входной полости А в выходную полость Б, при этом возрастает сопротивление на входе в отверстие 21 и, соответственно, давление во входной полости А, что способствует ускорению движения плунжера 12.
Во время второй фазы проточка 18, преодолевая расстояние  достигнет границы канала Г сливного штуцера 17, а плунжер 12 перекроет канал В выходного штуцера 16 на величину  а усилие давления на плунжер 12 передается на шток клапана 14 и предохранительную нажимную пластину 28, которая сжимает упругий элемент 26 на величину  что будет соответствовать началу вытеснения рабочей жидкости из выходной полости Б во входную полость А и далее через канала Г сливного штуцера 17 в гидробак 1.
Во время третьей фазы плунжер 12 и клапан 14, преодолевая расстояние h достигнут торца упора 13, при этом предохранительная нажимная пластина 28 сожмет упругий элемент 26 на величину j, равную t-x, а остаточная деформация ƒ упругого элемента 26 составит H-j. При таком положении плунжера 12 ось симметрии проточки 18 и оси радиальных отверстий плунжера 12 совпадут с осью канала Г сливного штуцера 17 и замкнутый несжимаемый объем рабочей жидкости, образованный в выходной полости Б между упором 13 и плунжером 12 в конце его хода равного h, полностью вытесняется из выходной полости Б по дополнительному отверстию 21 во входную полость А и далее через радиальные отверстия 19, проточку 18 плунжера 12, канал Г сливного штуцера 17 и сливную гидролинию 10 в гидробак 1. В конце третьей фазы плунжер 12 надежно перекроет канал В выходного штуцера 16 запорного устройства 3 и рабочая жидкость, минуя поврежденную гибкую гидролинию высокого давления 7 или 8, будут циркулировать между насосом 2 и гидробаком 1 через напорную цельнометаллическую гидролинию высокого давления 6, входную полость А, радиальные отверстия 19 и проточку 18 плунжера 12, канал Г сливного штуцера 17 и сливную гидролинию 10 системы защиты гидропривода.
Таким образом, заявляемая система защиты гидропривода с сравнении с прототипом, обеспечивает повышение надежности перекрытия осевого канала плунжера и канала выходного штуцера запорного устройства, исключает при срабатывании запорного устройства выброса а атмосферу замкнутого несжимаемого объема рабочей жидкости, образующейся между плунжером и упором в конце хода плунжера и тем самым повышает эксплуатационную надежность и экологическую безопасность использования гидрофицированных машин.