КЛАПАННЫЙ ТРЕХЛИНЕЙНЫЙ ТРЕХПОЗИЦИОННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ЗАЩИТОЙ ЛИНИИ ОТВОДА ОТ ПЕРЕГРУЗОК, ЕЕ ЗАПИРАНИЕ И ДЕМПФИРОВАНИЕ
VALVE THREE-LINEAR THREE-POSITION HYDRAULIC DISTRIBUTOR WITH PROTECTION OF WITHDRAWAL LINE FROM OVERLOADS, ITS LOCKING AND DAMPING

Изобретение относится к гидроприводу карьерного бурового станка, предназначенному для бурения взрывных скважин в горных породах, имеющих монолитную, трещиноватую и разрушенную взрывом структуру и, в частности, его гидроприводу, посредством которого осуществляется управление механизмом подачи (имеющим в своем составе буровой став и буровую головку, соединенных с гидроцилиндрами канатно-полиспастной системой), создание осевого усилия на шарошечное долото, а также скоростное и силовое управление вспомогательными механизмами станка.
Особенность бурения по разрушенной горной массе заключается в возможности провала бурового инструмента, обусловленного резким изменением сопротивления его движению и падения буровой головки под действием собственного веса, и, как следствие, заклинивание бурового инструмента и аварийный выход из строя.
Другие области применения изобретения: гидропривод управления ковшом экскаватора, гидроподъемники, гидравлические прессы и листогибы.
Аналогом изобретения является устройство, описанное в Руководстве по эксплуатации карьерного бурового станка СБШ-250 МНА-32 производства ОАО "Рудгормаш", г.Воронеж, имеющего гидропривод 091-02.78.0000, в состав которого входят клапанный распределитель 091-02.78.0700, электрогидрораспределитель отвода жидкости из поршневой полости в процессе бурения, управляемый гидрозамок, устройство управления гидрозамком, предохранительный клапан защиты гидросистемы от перегрузок, предохранительный клапан защиты поршневых полостей гидроцилиндров подачи.
Недостатком данного гидропривода является низкая ремонтопригодность, наличие гидроударов при отключениях, а также отсутствие защиты штоковых полостей гидроцилиндров подачи и механизмов, приводимых ими в движение, от перегрузок.
Совпадение существенных признаков с заявленным изобретением заключено в использовании встраиваемых управляемых клапанов в системе распределения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность изобретения заключается в получении технического решения в виде гидравлического устройства с функциями:
1) распределителя - подвод жидкости в полость гидродвигателя с требуемым расходом и отвод жидкости из полости в сливную магистраль;
2) предохранительного клапана - защита полости гидродвигателя и механизмов, приводимых им в движение, от перегрузок;
3) гидрозамка - запирание полости гидродвигателя и удержание груза в подвешенном состоянии;
4) демпфирования полости гидроцилиндров для обеспечения непрерывного движения с заданной скоростью и исключения его ускорения под действием веса груза и инерционных сил при резком изменении, в меньшую сторону, действия внешней силы (разрушенные породы, каверны, пустоты);
5) обеспечения устройством работы двухстороннего гидроцилиндра по дифференциальной схеме для получения равенства скоростей поршня в обе стороны.
Целью изобретения является улучшение динамических и эксплуатационных характеристик гидропривода карьерного бурового станка.
Поставленная цель достигается с помощью заявленного на изобретение клапанного трехлинейного трехпозиционного гидравлического распределителя с защитой линии отвода от перегрузок, ее запирание и демпфирование, содержащий прямоугольный металлический корпус стыкового монтажа с отводной, подводной и сливной линиями, предохранительный клапан с пилотом, управляемый клапан с пилотом и два обратных клапана, каждый из которых включает втулку-седло, шарик и пружину. В торец корпуса, по длинной его оси, встроен предохранительный клапан с двумя управляющими клапанами и пилотом, поочередно подключающим последние к надклапанной полости предохранительного клапана, перпендикулярно длинной оси корпуса встроен управляемый клапан с пилотом, при этом подклапанная полость предохранительного клапана соединена каналом с боковой поверхностью затвора управляемого клапана и линией отвода, линия подвода подключена к подклапанной полости управляемого клапан, линия слива соединена с боковой поверхностью предохранительного клапана, а в отводящих каналах линий отвода и подвода установлены обратные клапаны, герметично перекрывающие последние от перетечек жидкости из одной линии в другую, а также обеспечивающие подвод давления управления, возникающего в линиях отвода и подвода, в надклапанную полость запирающего элемента управляемого клапана.
При этом расходные характеристики распределителя конструировались исходя из максимального расхода жидкости, обеспечиваемого клапанами и диаметрами подводящих и отводящих каналов, для получения скорости перемещения бурового става не ниже 15 м/мин при четырехкратной полиспастной системе соединения его с гидроцилиндрами, имеющими диаметры поршня и штока равными 280 мм и 180 мм соответственно.
где Q - требуемый расход, л/мин;
V - скорость движения буровой головки, равная 150 дм/мин;
2
S - суммарная площадь штоковых полостей гидроцилиндров, дм
n=4 - кратность полиспастной системы.
ПОЛУЧАЕМЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
- Многофункциональное устройство с функциями распределителя,
предохранительного клапана, гидрозамка с демпфированием слива.
- Простота изготовления распределителя с высокой ремонтопригодностью.
- Легкость в управлении.
- Высокая надежность.
- Возможность использования распределителя в автоматизированном гидроприводе с применением в нем предохранительного клапана с пропорциональным управлением.
ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1, 2, 3, 4 - клапанный трехлинейный трехпозиционный гидравлический распределитель с защитой линии отвода от перегруза, ее запирание и демпфирование:
1 - металлический корпус с подводным, отводным и сливным каналами;
2 - управляемый клапан с пилотом управления типа ВЕ6-574А - аналог управляемого клапана МКГВ25/ЗФ, имеющий максимальный расход 460 л/мин, производство ГСКТБ ГА, г.Гомель, республика Беларусь;
2
3 - предохранительный клапан вставного монтажа с двумя ступенями настройки МКПВ25/ЗФ5, производство ГСКТБ ГА, г.Гомель, республика Беларусь, имеющий максимальный расход 460 л/мин и предел регулирования давления 10-125 кгс/см;
4 - обратный клапан вставного монтажа;
5 - втулка-седло обратного клапана;
6 - шарик;
7 - пружина.
Фиг.4 - схема работы распределителя:
8 - гидроблок распределения рабочей жидкости гидропривода бурового станка;
9 - гидроцилиндры привода механизма подачи, имеющие диаметры поршня и штока 280 и 180 мм соответственно;
10 - механизм подачи весом, равным 6 тс, соединенный с гидроцилиндрами четырехкратной полиспастной системой.
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
Распределитель, фиг.1, 2, состоит из металлического корпуса 1 прямоугольной формы стыкового монтажа с подводным, отводным и сливным каналами, выведенными на стыковую плоскость и имеющими проточку под установку уплотнительных колец. В торец корпуса, по длинной его оси, встроен предохранительный клапан 3 с двумя ступенями настройки и пилотом, поочередно подключающим управляющие клапаны к надклапанной полости основного клапана. Перпендикулярно длинной оси корпуса встроен управляемый клапан 2 с пилотом, при этом подклапанная полость предохранительного клапана соединена каналом с боковой поверхностью затвора управляемого клапана и каналом отвода. Подвод рабочей жидкости осуществляется в подклапанную полость управляемого клапана. Сливной канал соединен с боковой поверхностью предохранительного клапана. В отводных каналах подвода и отвода корпуса, под монтажной крышкой (фланцем), предназначенной для фиксации затвора в корпусе и крепления пилота, встроены обратные клапаны 4, состоящие из корпуса 5, шарика 6 и пружины 7. Клапаны герметично перекрывают каналы от перетечек жидкости из одной линии в другую, а также обеспечивают одновременный подвод давления управления, возникающего в каналах подвода и отвода, в надклапанную полость. Слив с пилотов управления - независимый.
Корпусы распределителя и обратных клапанов выполнены из соответствующих марок стали и термической обработки.
Принцип работы распределителя, фиг.1, 2, 3, 4, 5 основан на функциональном назначении каждого из гидроаппаратов, входящих в состав устройства:
1) управляемый клапан 2 предназначен для герметичного запирания отводящей и подводящей линий, а также пропускания рабочей жидкости из линии подвода в линию отвода посредством переключения пилота электрическими средствами включения. Исходное положение клапана - нормально - закрытый.
2) предохранительный клапан 3 с двумя ступенями настройки и пилотом, подключающим поочередно тот или иной управляющий клапан к надклапанной полости основного клапана электрическими средствами включения в зависимости от изменения направления потока рабочей жидкости. Обеспечивает защиту линии отвода от перегрузок под давлением настройки первой ступени, а также ее демпфирование при отводе на слив с давлением настройки второй ступени. Исходное положение - нормально нагруженный высоким давлением первой ступени.
3) обратные клапаны 4 предназначены для подвода давления управления в надклапанную полость запирающего элемента управляемого клапана 2 одновременно из линий подвода и отвода. Обеспечивают закрытие управляемого клапана как давлением, создаваемым в линии отвода весом буровой головки, так и давлением в линии подвода.
Подвод рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндров осуществляется включением пилота управляемого клапана 2, закрывающего подвод давления управления от обратных клапанов 4 и соединяющего надклапанную полость со сливом, при этом рабочая жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндров с давлением, равным настройке высокого давления первой ступени предохранительного клапана 3.
Отвод рабочей жидкости из штоковых полостей гидроцилиндров осуществляется включением электромагнита пилота предохранительного клапана 3, подключающего управляющий клапан второй ступени с давлением настройки пропорционально усилию, создаваемому весом (F=6 тс) механизма подачи на штоках гидроцилиндров 9.
Расчетное движущее усилие на штоке, развиваемое давлением жидкости на поршень, в общем виде равно
где р·S - усилие поршня рабочей площадью, находящейся под давлением жидкости;
тр
R - силы трения в уплотнениях цилиндра;
пр
R - силы противодвижения, в том числе и в канатно-полиспастной системе;
ин
R - силы инерции движущихся частей.
Отсюда давление, создаваемое в штоковой полости гидроцилиндров (по упрощенной формуле)
где S - суммарная площадь штоковых полостей;
n=4 - кратность полиспастной системы.
2
Действительное давление, создаваемое системой подачи, находящейся в неподвижном подвешенном состоянии, замеренное манометром в штоковой полости гидроцилиндров, составило р=25 кгс/см.
В процессе бурения буровая головка (электродвигатель, редуктор, каретка и муфта, соединенная через шлицевое соединение со скользящей посадкой с буровым ставом) весом 4 тс создает в штоковой полости давление, равное
2
Действительное давление, замеренное тем же манометром, составило р=20 кгс/см, что соответствует усилию, равному
на преодоление которого необходимо увеличить давление в гидросистеме для создания осевого усилия на шарошечное долото Q=28 тс, в которое входит и вес бурового става, равный 2 (две) тс
где  - суммарная площадь поршней гидроцилиндров.
И в случае резкого уменьшения внешнего сопротивления (разрушенная горная порода, пустоты), буровой став останется неподвижным, удерживаемый буровой головкой, за счет давления, создаваемого в штоковых полостях.
Экспериментально установлено, что работа двухсторонних гидроцилиндров по дифференциальной схеме с управляемым клапаном, имеющим запорный элемент цилиндрической формы, ведется со значительным повышением давления в гидросистеме. Открытие управляемого клапана, имеющего ступенчатую форму, осуществляется давлением как со стороны штоковых полостей гидроцилиндров, так и со стороны линии подвода, действующим на поясок, с боковой стороны, и подклапанную поверхность запорного элемента, обеспечивая его полное открытие с исключением повышения давления в гидросистеме.
Таким образом, совокупность гидравлических аппаратов, собранных в единое устройство, образует
1) трехлинейную схему распределения;
2) три позиции: нормально - закрытую - все линии заперты;
соединение линий подвода-отвода при включенном пилоте управляемого клапана; соединение линий отвода и слива при включенном пилоте предохранительного клапана с демпфированием.
По функциональному назначению:
1) распределение;
2) предохранительного клапана - защита линии отвода от перегрузок;
3) гидрозамка - запирание штоковых полостей гидроцилиндров посредством нормально закрытого управляемого клапана и предохранительного клапана;
4) демпфирование - вытеснение рабочей жидкости из штоковых полостей гидроцилиндров с подпором, равным настройке низкого давления второй ступени предохранительного клапана.