СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГИДРОПРИВОДА
HYDRAULIC DRIVE PROTECTION SYSTEM

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для защиты от несанкционированного выброса рабочей жидкости из гидросистем строительно-дорожных, сельскохозяйственных, мелиоративных и других промышленных машин и оборудования с гидроприводом рабочих органов.
Известна система защиты гидропривода, включающая насос, соединенный напорной линией с гидродвигателем через распределитель, и запорное устройство, установленное в напорной линии и подключенное своей входной полостью к выходу насоса. Запорное устройство включает корпус с размещенным в нем подпружиненным плунжером, с выполненным со стороны входной полости осевым каналом, сообщенным отверстием через пружинную полость с установленным в ней упорным стержнем, с выходной полостью, подключенной к входу распределителя, а в плунжере выполнены радиальные отверстия, сообщающие осевой канал с линией слива [Патент №1813937 F15B 20/00, - аналог].
Недостатком системы защиты гидропривода является низкая эффективность работы его запорного устройства. Это обусловлено тем, что в момент сообщения радиального канала с линией слива давление во впускной полости существенно падает и оно не поддерживается, крайнее положение плунжера не фиксируется, что вызывает колебательный процесс плунжера из-за возврата его в данный момент пружинами. Это снижает эффективность перекрытия осевого канала упорным стержнем и увеличивает время срабатывания устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является система защиты гидропривода, включающая гидробак, насос, соединенный напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, включающее корпус с входной, выходной и глухой полостями, входным, выходным и сливным штуцерами с каналами, установленное в напорной линии и подключенное своей входной полостью к выходу насоса, а выходной - к распределителю, с размещенным во входной полости подпружиненным плунжером с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, с выполненным со стороны входной полости осевым каналом, сообщенным с выходной полостью, в которой установлен подпружиненный подвижный клапан со штоком, при этом шток клапана, гидравлически сообщенный через цилиндрическую глухую полость с напорной линией, свободно перемещается в упоре [ПМ №15763 Российской Федерации. Система защиты гидропривода. - прототип].
Недостатком данной системы защиты гидропривода является низкая эффективность работы его запорного устройства. Это обусловлено тем, что в момент сообщения входной полости через радиальные отверстия плунжера входной полости и канал сливного штуцера с линией слива давление во входной полости существенно падает, оно не поддерживается, плунжер пружинами возвращается в исходное положение и перекрывает канал сливного штуцера. Возникшим из-за перекрытия канала сливного штуцера давлением во входной полости плунжер входной полости, сжимая пружины, опять перемещается для перекрытия канала выходного штуцера, после чего опять входная полость сообщается с каналом сливного штуцера, что вызывает колебательный процесс плунжера входной полости, увеличивается время перекрытия канала выходного штуцера, что обуславливает снижение быстродействия запорного устройства. Кроме этого, для надежного перекрытия потока рабочей жидкости конусным клапаном требуется значительное усилие пружины, что способствует жесткой работе клапана запорного устройства и из-за износа его рабочей поверхности снижается эксплуатационная надежность устройства и, как следствие, снижается экологическая безопасность использования гидропривода машин и в целом эффективность системы защиты гидропривода.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение эффективности системы защиты гидропривода от несанкционированного выброса рабочей жидкости из гидросистемы. Кроме этого, повышение быстродействия запорного устройства системы защиты гидропривода, его эксплуатационной надежности и экологической безопасности использования гидропривода машин.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи - повышение эффективности работы системы защиты гидропривода путем поддержания в его запорном устройстве постоянного давления во входной полости при одновременном повышении быстродействия, эксплуатационной надежности и экологической безопасности гидропривода машин.
Техническая задача решается тем, что в системе защиты гидропривода, включающей гидробак, насос, соединенный напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, включающее корпус с входной, выходной и глухой полостями, входным, выходным и сливным штуцерами с каналами, установленное в напорной гидролинии и подключенное своей входной полостью к выходу насоса, а выходной - к распределителю, с размещенным во входной полости подпружиненным плунжером входной полости с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, с выполненным со стороны входной полости осевым каналом, сообщенным с выходной полостью, в котором сливной штуцер выполнен в виде шарикового редукционного клапана, запорное устройство дополнительно снабжено фиксатором, установленным на его корпусе и выполненным в виде резьбовой пробки с размещенным внутри подпружиненным стержнем с конусообразным концом, при этом на наружной поверхности плунжера входной полости выполнена кольцевая проточка для фиксатора на расстоянии от вертикальной оси фиксатора, равном полному ходу плунжера входной полости, а радиальные отверстия плунжера входной полости выполнены на расстоянии от вертикальной оси сливного штуцера равном также полному ходу плунжера входной полости, кроме этого в осевом канале, через который сообщаются входная и выходная полости, размещен с возможностью перемещения снабженный упорным диском и подпружиненный с двух сторон диска плунжер выходной полости с выполненными в нем глухим осевым каналом и радиальными отверстиями, расположенными на расстоянии от торца упора, равном ходу плунжера входной полости до полного перекрытия им канала выходного штуцера, причем одним концом плунжер выходной полости перемещается во входной полости, а другим концом - в глухой полости упора, помимо этого в упоре дополнительно выполнен канал, сообщающий выходную полость с глухой полостью, при этом глухая полость сообщается с каналом выходного штуцера и напорной гидролинией, снабженной запорным вентилем.
Сущность изобретения заключается в том, что редукционный клапан позволяет поджатием пружины делать слив из входной полости регулируемым и поэтому поддерживать при начавшемся сливе необходимое постоянное давление во входной полости. Постоянное давление позволит плунжеру входной полости мгновенно переместиться до упора при несанкционированном разрыве напорных рукавов, перекрыть канал выходного штуцера и удерживаться под этим давлением в этом положении постоянно, так как усилие плунжера входной полости от постоянного давления на него рабочей жидкости значительно выше суммарных усилий пружин на него со стороны выходной полости, в которой давление при разрыве рукавов будет существенно ниже.
Обеспечение постоянного давления во входной полости позволит полностью исключить процесс колебания плунжера входной полости от падения давления в выходной полости при вытекании рабочей жидкости из гидросистемы при разрыве напорных рукавов и, как следствие, повысить быстродействие запорного устройства и эффективность системы защиты гидропривода.
Фиксатор позволяет дополнительно исключить колебания плунжера входной полости путем удержания его после перекрытия канала выходного штуцера и достижения им упора и повысить эксплуатационные свойства устройства и эффективность работы системы защиты гидропривода.
Использование подпружиненного с двух сторон плунжера выходной полости, снабженного упорным диском для пружин, обеспечивает равновесное состояние плунжера выходной полости в установившемся режиме, исключает жесткий режим работы плунжера выходной полости запорного устройства, тем самым повышает эксплуатационную надежность устройства.
Выполнение на плунжере выходной полости радиальных отверстий, сообщающих через глухой осевой канал плунжера входную и выходную полости, на расстоянии S от торца упора, равном ходу S плунжера входной полости до полного перекрытия им канала выходного штуцера, позволит осуществить обоими плунжерами одновременное двойное перекрытие потока рабочей жидкости для гидропривода при не санкционированном разрыве напорных рукавов. Полный ход t плунжера входной полости до упора превышает ход s его до полного перекрытия им канала выходного штуцера, что исключает ложные срабатывания запорного устройства и соответственно фиксацию плунжера входной полости, которые возможны при переходе гидропривода с рабочего режима на холостой, что повышает эксплуатационные свойства запорного устройства.
Сообщение глухой полости с выходной полостью каналом, проходящим в упоре, и одновременно с каналом выходного штуцера позволяет надежно поддерживать давление подпора плунжера выходной полости со стороны глухой полости, усилие которого совместно с пружинами удерживает плунжер выходной полости в равновесном состоянии с открытыми радиальными отверстиями на нем в рабочем режиме, исключает также жесткий режим работы плунжера выходной полости и повышает эксплуатационную надежность запорного устройства.
Установленный на напорной гидролинии запорный вентиль и канал в упоре, соединяющий глухую полость с выходной, позволят после монтажа устройства на гидросистеме и подготовке запорного устройства к работе эффективно и быстро заполнить выходную полость рабочей жидкостью. Это позволит исключить ложные срабатывания устройства при первом включении гидропривода и повысить эксплуатационные свойства системы защиты гидропривода.
В новой совокупности признаков возникает новый технический эффект - постоянство давления во входной полости запорного устройства, а рассмотренные признаки являются достаточными для достижения заявляемого технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию новизны и изобретательского уровня.
Заявляемое изобретение поясняется графическим материалом: на чертеже представлена схема системы защиты гидропривода. Система защиты гидропривода включает в себя гидробак 1, насос 2, напорную гидролинию 3, линию слива 4 в гидробак, распределитель 5, гидропривод 6, запорное устройство 7, установленное в напорной линии 3.
Запорное устройство 7 включает в себя корпус 8, снабженный входным 9, выходным 10, сливным 11 штуцерами с каналами, фиксатором 12 и упором 13. Внутри корпуса 8 запорного устройства размещен подпружиненный пружиной 14 плунжер 15 с входной полостью А, по наружной поверхности которого выполнены кольцевая проточка 16 на расстоянии от вертикальной оси фиксатора, равном полному ходу t плунжера 15 входной полости, и радиальные отверстия 17 на расстоянии от вертикальной оси сливного штуцера 11, равном также полному ходу t плунжера 15 входной полости. Плунжер 15 размещается в корпусе 8 на расстоянии его полного хода t от упора 13 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 18. В канале 18 размещен одним концом с возможностью перемещения плунжер 19 выходной полости, а другим концом - в цилиндрической глухой полости Г упора 13. Плунжер 19 снабжен упорным диском 20 и подпружинен с обеих сторон диска пружинами 21 и 22. В плунжере 19 выполнен со стороны входной полости А глухой осевой канал Р, в котором выполнены радиальные отверстия 23 на расстоянии s от торца упора 13, равном ходу плунжера 15 входной полости до перекрытия им канала выходного штуцера 10.
В упоре 13 выполнен канал К, сообщающий выходную полость Б с глухой полостью Г, соединенной с каналом В выходного штуцера 10 и с напорной гидролинией 3, на которой установлен запорный вентиль 24.
Фиксатор 12, установленный на корпусе 8 запорного устройства 7, выполнен в виде резьбовой пробки 25 с размещенным внутри подпружиненным стержнем 26 с конусообразным концом.
Сливной штуцер 11 запорного устройства выполнен в виде регулируемого редукционного шарикового клапана.
Запорное устройство 7 установлено в напорной гидролинии 3, на которой установлен запорный вентиль 27, с подключением канала входного штуцера 9 к насосу 2, канала выходного штуцера 10 к распределителю 5, а канал сливного штуцера 11 соединен с линией слива 4 рабочей жидкости в гидробак 1.
Система защиты гидропривода работает следующим образом.
В рабочем состоянии системы защиты гидропривода вентиль 27 открыт, а вентиль 24 закрыт. Давление рабочей жидкости в полостях А, Б и Г при неработающем гидродприводе одинаковое и равно рабочему. Плунжер 15 входной полости подпирается пружинами 14, 22 и перемещен в крайнее левое положение. Плунжер 19 выходной полости находится в равновесном состоянии под действием пружин 21, 22, упирающихся в упорный диск 16, и силы давления в глухой полости Г на торец плунжера 19 выходной полости так, что его радиальные отверстия 23 открыты, их кромки находятся на расстоянии s от торца упора 13 и они сообщают через его глухой канал Р полости А и Б.
При включении распределителем 5 гидропривода 6 рабочая жидкость из входной полости А поступает по глухому каналу Р внутри плунжера 19 выходной полости и его радиальные отверстия 23 в выходную полость Б и через канал В выходного штуцера 10 питает под рабочим давлением гидропривод. Поток жидкости при этом создает незначительный перепад давления между полостями А и Б. Подпор от такого перепада на плунжер 15 входной полости компенсируется пружинами 14, 22 и усилием от давления в камере Г на торец плунжера 19 выходной полости. Кроме этого радиальные отверстия 23 отстоят от торца упора 13 на расстоянии s, при котором не происходит при таком подпоре их перекрытия цилиндрической поверхностью глухой полости Г в упоре 13.
При разрыве рукавов питания гидропривода давление в выходной полости существенно падает и из-за возросшего потока рабочей жидкости из выходной полости возникает значительный перепад давлений в полостях А и Б, под действием которого плунжер 15 входной полости, преодолевая сопротивление пружин 14, 22, движется вправо и, сжимая пружину 21 до дискового упора 20 плунжера 19 выходной полости, перемещает его вправо. После перемещения плунжера 19 выходной полости на расстояние s радиальные отверстия 23 плунжера 19 выходной полости перекроются цилиндрической поверхностью глухой полости Г упора 13 и подача рабочей жидкости из входной полости А в входную Б прекратится. Далее перемещение плунжера 15 входной полости и вместе с ним плунжера 19 выходной полости существенно ускорится вследствие достижения максимального перепада, равного практически рабочему давлению, так как подпорное давление в глухой полости Г на торец плунжера 19 выходной полости из-за разрыва напорного рукава будет минимальным.
При перемещении плунжера 15 входной полости на расстояние s канал В выходного штуцера 10 перекрывается им, а в этот момент кромка его радиального отверстия 17 достигает кромки канала сливного штуцера 11. Под давлением во входной полости А редукционный клапан сливного штуцера 11 срабатывает и начинается слив рабочей жидкости в гидробак 1. При перемещении плунжера 15 входной полости на расстояние t до упора 13 срабатывает фиксатор 12, так как стержень 26 конусным концом входит в кольцевую проточку 16 на плунжере 15 входной полости и зафиксирует его в крайнем левом положении. При этом радиальное отверстие 17 полностью совместится с каналом сливного штуцера 11. Давление во входной полости А станет таким, на которое настроен поджатием пружины редукционный клапан сливного штуцера 11, но не выше рабочего.
Слив рабочей жидкости в гидробак 1 происходит при постоянном давлении во входной полости А, задаваемом редукционным клапаном сливного штуцера 11. Постоянное давление во входной полости А, поддерживаемое редукционным клапаном на всем пути перемещения плунжера 15 входной полости, даже при начавшемся сливе, обеспечивает постоянный подпор плунжера 15 и плунжера 19 выходной полости усилием, большим суммарного усилия пружин 14, 22.
Вентили 24 и 27 предназначены для подготовки запорного устройства к работе после его монтажа для заполнения всех полостей рабочей жидкостью и удаления воздуха, так как в противном случае при первом запуске возможно ложное срабатывание устройства. Для этого распределителем 5 включается подача рабочей жидкости на гидропривод, вентиль 24 открывается полностью, вентиль 27 должен быть закрыт или открыт частично и после этого включается насос 2. После заполнения полостей устройства вентиль 24 закрывается, а вентиль 27 открывается полностью и процесс подготовки запорного устройства к работе заканчивается. Для снятия фиксации плунжера 15 входной полости выкручивается частично пробка 25 и под действием пружин 14, 22 он возвращается в исходное положение. Таким образом, предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом повышает эффективность системы защиты гидропривода от несанкционированного выброса рабочей жидкости из гидросистемы, существенно повышает быстродействие его запорного устройства, эксплуатационную надежность и экологическую безопасность использования гидропривода рабочих органов машин.