УСТРОЙСТВО ИЗМЕНЕНИЯ РАБОЧЕГО ОБЪЕМА НАСОСА
DEVICE TO VARY PUMP DISPLACEMENT

Изобретение относится к гидроприводу карьерного бурового станка, предназначенного для бурения взрывных скважин в неоднородных горных породах.
Известно устройство изменения рабочего объема насоса, смонтированное на переходной плите, состоящее из устройств автоматического изменения производительности насоса при постоянном давлении и ручного изменения рабочего объема насоса, связанных электрогидрораспределителем подвода рабочего давления, и имеющее резьбовые соединения с магистральными трубопроводами и внутренние каналы подвода и отвода жидкости. (В.К.Свешников и др. Станочные гидроприводы, Москва: Машиностроение 1988 стр.168-172).
Недостатком известного устройства является пониженные эксплуатационные характеристики.
Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение эксплуатационных характеристик при работе в качестве гидропривода карьерного бурового станка.
Эта задача достигается с помощью устройства изменения рабочего объема насоса, смонтированного на переходной плите, состоящего из устройств автоматического изменения производительности насоса при постоянном давлении и ручного изменения рабочего объема насоса, связанных электрогидрораспределителем подвода рабочего давления, и имеющее резьбовые соединения с магистральными трубопроводами и внутренние каналы подвода и отвода жидкости, при этом устройство автоматического изменения производительности насоса выполнено в виде корпуса с подводными и отводными каналами, резьбового стакана с регулировочным винтом, пружины, опорной шайбы и пары, состоящей из гильзы и подвижного золотника с конусной проточкой, имеющей сопрягаемые с корпусом каналы, а устройство ручного изменения рабочего объема насоса выполнено в виде корпуса с подводными и отводными каналами, двух управляемых клапанов, крышки с установленным на ней гидропилотом управления, при этом подвод давления управления к механизму изменения рабочего объема насоса осуществлен последовательно по каналам переходной плиты вначале к устройству автоматического изменения рабочего объема насоса при постоянном давлении и через его открытые каналы к устройству ручного изменения рабочего объема насоса и на нем заперт.
В устройстве автоматического изменения производительности насоса при постоянном давлении подводные и отводные каналы выведены на стыковую полость.
В корпус встроена на уплотнительных кольцах гильза, имеющая бурт, ограничивающий глубину ее посадки от действия рабочего давления.
Подвод рабочего давления к конусной проточке и торцу золотника осуществляется по каналам корпуса и переходной плиты от электрогидрораспределителя.
В устройстве ручного изменения рабочего давления насоса регулирование осуществляется двумя клапанами нормально закрытого типа, управляемыми гидропилотом-электрогидрораспределителем, запирающими как подвод давления управления, так и отвод жидкости с механизма насоса.
Запорный элемент клапана, осуществляющего подвод давления управления, имеет цилиндрическую форму с соотношением торцевых поверхностей 1:1,15.
В стыковом канале переходной плиты встроен обратный клапан для подвода давления к конусной проточке золотника устройства автоматического изменения производительности.
В стыковом канале корпуса устройства автоматического изменения производительности, осуществляющего подвод рабочего давления к конусной проточке золотника, установлена втулка для ограничения хода обратного клапана.
Отличительной особенностью заявленного на изобретение устройства изменения рабочего объема насоса является использование в гидроприводе карьерного бурового станка двух способов регулирования - объемное и дроссельное, обеспечивающее:
1 - ведение процесса бурения в объемном режиме, при котором производительность насоса посредством устройства автоматического изменения производительности насоса при постоянном давлении устанавливается обратно пропорционально крепости обуриваемой горной породы, при этом давление в гидросистеме постоянно и равно усилию настройки пружины устройства;
2 - ведение процесса бурения в дроссельном режиме посредством устройства ручного изменения объема насоса, которым дистанционно устанавливается произвольная производительность насоса, достаточная для поддержания постоянного давления в гидросистеме на всем протяжении процесса бурения, при этом избыток жидкости, подаваемый насосом, дросселируется через предохранительный клапан;
3 - управление скоростью движения всех механизмов посредством устройства ручного изменения объема насоса, дистанционно изменяющего производительность насоса;
4 - стабильность поддержания заданного давления на всем протяжении цикла бурения;
5 - стабильность поддержания производительности насоса вне зависимости от времени его работы за счет применения клапанного затвора.
Общая совокупность конструктивных решений и способа их реализации позволяет получить мобильное устройство с требуемыми функциями, многократно увеличить надежность и ремонтопригодность.
На фиг.1 изображено устройство изменения рабочего объема насоса, на фиг.2 - устройство автоматического управления производительностью насоса при постоянном давлении, на фиг.3 - разрез А-А фиг.2, на фиг.4 - разрез В-В фиг.2, на фиг5 - устройство ручного изменения рабочего объема насоса, на фиг.6 разрез А-А фиг.5, на фиг.7 - монтажное устройство, на фиг.8 - разрез А-А фиг.7, на фиг.9 - гидравлическая принципиальная схема устройства изменения рабочего объема насоса.
Устройство автоматического управления, изображенное на фиг.2, состоит из чугунного корпуса стыкового монтажа 7, имеющего подводные и отводные каналы, причем каналы: отвода жидкости Т, дренажа Д и слива утечек, с верхней полости корпуса, соединены с общим каналом. Все каналы выведены на стыковую плоскость и имеют проточку под установку уплотнительного кольца 17, 18. В цилиндрической резьбовой втулке 15 установлен регулировочный винт 14 и контргайка 13. Внутри нее также размещены цилиндрическая втулка 12 с уплотнительным кольцом, пружина 1 и упорная шайба 10. Внутрь корпуса встроена гильза с буртом 8, в которую с зазором установлен золотник 9. В гильзе выполнены подводные и отводные каналы X, А, Т и Д соосно соединяющиеся с соответствующими каналами корпуса и изолированы друг от друга уплотнительными кольцами 19, установленными в проточки гильзы. Золотник имеет две цилиндрические и одну конусную проточки. Верхняя проточка в статическом состоянии соединяет каналы X и А гильзы. Нижняя конусная проточка соединена с каналом Р1 гильзы и через обратный клапан, фиг.4, поз.25, с магистралью подвода жидкости от гидроцилиндров 43 механизма подачи бурового станка, которая напрямую подводится и к торцу золотника 9.
Средняя проточка соединена с каналом Д слива утечек по золотнику с верхней и нижней проточек. Золотник имеет максимальный ход, hмах., ограниченный подводом упорной шайбы 10 к торцу резьбовой втулки 15, препятствующей перекрытию канала А.
В канал корпуса, подвода жидкости, к каналу Р1 гильзы, встроена втулка 16, являющаяся упором обратного клапана, фиг.4, поз.25.
Устройство ручного изменения рабочего объема, изображенное на фиг.3, состоит из корпуса 21 стыкового монтажа, имеющего подводные и отводные каналы, выведенные на стыковую плоскость, и имеют проточку под установку уплотнительного кольца 17.
Внутрь корпуса встроены гидроуправляемые клапаны 22 и 23, отличающиеся друг от друга формой запорного элемента. Запорный элемент клапана 23 имеет цилиндрическую форму с соотношением площадей 1:1,3 и торцевым подводам жидкости. Запорный элемент клапана 22 имеет ступенчатую форму с соотношением площадей 1:2,8; 1:1,6 и боковым подводом жидкости. На верхнюю плоскость корпуса монтируется переходная крышка 24, предназначенная для фиксации клапанов в корпусе, а также установка пилота управления фиг.1, поз.5 для подвода через свои каналы жидкости к запорным элементам клапанов и ее отвода на слив. Подвод давления жидкости на изменение рабочего объема насоса производится по каналу А от устройства автоматического управления в торец запорного элемента клапана 23.
Торец запорного элемента клапана 22 соединен каналом со сливной магистралью. Тип гидроуправляемых клапанов определен схемой работы устройства как нормально закрытый. Время на увеличение рабочего объема насоса определено внутренним сопротивлением каналов устройства и удовлетворяет требуемому параметру, на уменьшение - соответствует технической характеристике насоса.
Монтажное устройство, изображенное на фиг.4, поз.1, предназначено для монтажа гидроаппаратов, приведенных в описании, в единое устройство изменения рабочего объема насоса и представляет собой прямоугольную конструкцию с присоединительными - резьбовыми и сквозными отверстиями, каналами для распределения жидкости между гидроаппаратами устройства. В боковые резьбовые отверстия ввернуты штуцеры 28…32 для подвода и отвода напорных и сливных магистралей. В канал подвода жидкости к конусной проточке золотника устройства встроен обратный клапан 25, состоящий из двух шайб: подвижной фигурной шайбы 26, обеспечивающей свободный пропуск жидкости в одну сторону и ее запирание в другую; неподвижной шайбы 27 с центральным отверстием. Обе шайбы имеют соответствующую чистоту обработки поверхности, обеспечивающую герметичность их прилегания. Ход фигурной шайбы минимален и ограничен ее упором во втулку, вставленную в корпус устройства, фиг.2, поз.16.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии, фиг.5, поток жидкости от насоса управления 33 поступает в линии нагнетания пилотов управления гидрораспределителей 39, 40, штоковой полости гидроцилиндра насоса 34, устройству автоматического управления производительностью насоса при постоянном давлении 2 и через его открытые каналы X и А к гидроуправляемому клапану 23 и пилоту управления 5 устройства ручного изменения рабочего объема насоса 3. В нейтральном положении пилота 5 жидкость, проходя через него, гидравлически закрывает управляемые клапаны 22 и 23, обеспечивая высокую герметичность поршневой полости гидроцилиндра насоса. Ступенчатое изменение рабочего объема насоса производится дистанционно с пульта оператора включением электромагнитов пилотов управления 5, что позволяет выбирать требуемую постоянную скорость движения гидравлических механизмов. Процесс бурения в ручном дроссельном режиме осуществляется дистанционным подключением регулятора давления 37, включением гидрораспределителя 38. В этом случае оператор выбирает усилие на шарошечное долото и производительность насоса исходя из состояния обуриваемой горной породы (забуривание, бурение по разрушенной и треснутой породе). Защита гидросистемы от перегрузок осуществляется предохранительным клапаном 35 и регулятором давления 37, а магистралей управления - клапаном давления 36. Процесс бурения в режиме автоматического объемного регулирования производится включением электромагнита гидрораспределителя 6, осуществляющего подвод давления обратной связи от гидроцилиндра механизма подачи 43 к устройству автоматического управления насоса при постоянном давлении 2 в торец золотника 9 и через обратный клапан 25 к его конусной проточке, а также электромагниту гидрораспределителя 5, закрывающего клапан 22 и открывающего клапан 23 для постоянного подвода жидкости в поршневую полость гидроцилиндра насоса 34.
При отсутствии давления в гидроцилиндрах механизма подачи, а соответственно и в торце золотника, давление жидкости от насоса управления через каналы X, А, открытый клапан 23 поступает в поршневую полость гидроцилиндра насоса 34, выводя его на максимальную производительность. При достижении в торце золотника давления жидкости большим настройки усилия пружины 11 последний переместится на уменьшение объема насоса, Диаграмма 2, закрыв канал X подвода давления управления и открыв канал Т слива жидкости с поршневой полости гидроцилиндра насоса. При достижении равновесия сил, действующих на золотник со стороны пружины, и давления в торце золотника каналы X и Т перекроются, Диаграмма 1, давление в гидросистеме будет соответствовать настройке усилия пружины, а изменение производительности насоса - пропорционально скорости бурения при постоянном давлении. Золотник 9 устройства 2 гидравлически центрирован давлением жидкости управления в его верхней цилиндрической проточке и давлением жидкости обратной связи в нижней конусной проточке, которая, в свою очередь, обеспечивает гидравлический возврат золотника в статическое состояние под действием остаточного давления жидкости, сливу которой препятствует обратный клапан 25, а также исключению автоколебания золотника от амплитуды пульсации давления, вызванной неравномерностью подачи насоса, которая действует на золотник в противоположных направлениях.