ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОВОРОТА СТРЕЛЫ СУДОВОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению и может быть использована в судовых подъемно-транспортных машинах различного назначения, в частности, в объемных гидроприводных механизмах палубных кранов стрелового типа, а именно в устройстве изменения вылета стрелы в вертикальной плоскости, в исполнительном механизме которого используются гидроцилиндры с прямолинейным возвратно-поступательным движением штоков.
Особенности использования гидроцилиндров в качестве поступательных гидроприводов в машинах и механизмах различного назначения достаточно изучены, дроссельные устройства и демпферы, используемые для управлением ходом штоков в этих гидроцилиндрах, широко известны (см., например, Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели. Учебник для вузов, М., «Машиностроение», 1974, с. 606).
В основе известных устройств используются два параллельно работающих гидроцилиндра, запитанных от одного источника гидропитания, например, от общей судовой гидросистемы. При такой схеме гидропитания цилиндры начинают оказывать влияние друг на друга: сначала будет работать цилиндр с меньшей нагрузкой на штоке и лишь по мере движения, когда нагрузки на штоках выровнятся, шток второго гидроцилиндра начнет движение. Несинхронность движения штоков, например, в гидроприводном механизме изменения вылета стрелы крана при повороте в вертикальной плоскости приведет к перераспределению нагрузок в шарнирных узлах ее опоры, к возникновению крутильных колебаний металлоконструкции стрелы и дополнительным ее деформациям, что, в конечном итоге, может стать причиной выхода крана из строя. Необходимость в синхронизации движения штоков еще в большей мере проявляется в судовых стреловых кранах, работающих на волнении с подъемом плавающего груза.
Известна система синхронизации гидроцилиндров (патент RU 2105907, опубл. 27.02.1998), содержащая два гидроцилиндра двустороннего действия с односторонними штоками, рабочие полости этих цилиндров соединены с источником питания с использованием золотникового реверсивного гидрораспределителя, а синхронизацию движения штоков обеспечивают рычажный механизм обратной связи, соединенный со штоками, и золотник дросселирующего гидрораспределителя, управляющий потоком слива жидкости из рабочих полостей гидроцилиндров. Основным недостатком рассмотренной системы синхронизации является громоздкость обратной связи в виде шарнирно-рычажного механизма.
Известно также устройство по патенту RU 2495283, опубл. 10.10.2013, «Гидравлический узел питания и регулирования для подъемного устройства с двумя опорами с независимыми приводами, действующими одновременно» того же назначения и близкого к заявляемому устройству по совокупности признаков, которое принято за прототип. Для синхронизации двух силовых цилиндров в прототипе используется разделительный клапан, позволяющий подаваемую жидкость разделить на два потока с одинаковой скоростью, каждый из которых обеспечивает питание одного из гидроцилиндров. При изменении внешнего нагружения на один из гидроцилиндров необходимая синхронизация второго обеспечивается балансировочным клапаном, изменяющим величину слива жидкости из второго гидроцилиндра. Такая система синхронизации позволяет исключить любые механические сопряжения, используемые в аналоге, и решает проблему снижения габаритных размеров. Однако такая система не позволяет стабильно и полностью разделить поток гидравлической жидкости без появления через некоторое время разницы расхода между двумя ответвлениями. Кроме того, использование в прототипе для задания скорости перемещения штоков одного регулировочного электромагнитного гидрораспределителя, включенного в питающий трубопровод одного из гидроцилиндров, следует отнести к недостаткам прототипа.
Задачей заявляемой полезной модели является создание оптимального по массогабаритным и нагрузочным характеристикам, надежного гидравлического привода поворота стрелы судового крана.
Техническим результатом предлагаемого решения является:
- оптимизация параметров комплекса «плавающий груз - стрела судового крана - приводные гидроцилиндры»;
- обеспечение плавности поворота стрелы за счет синхронизации приводных гидроцилиндров с торможением;
- синхронизация гидроцилиндров с использованием гидравлических воздействий;
- дополнительная защита питающего контура гидроцилиндров поворота стрелы от перегрузки при работе с плавающим грузом.
Указанный технический результат достигается тем, что гидравлический привод поворота стрелы судового крана содержит параллельно расположенные гидроцилиндры двойного действия с односторонними штоками, рабочие полости гидроцилиндров сообщены через управляемый пропорциональный дроссель с источником питания, трехпозиционный гидрораспределитель, тормозной клапан и замки гидравлические поршневых полостей. При этом управляемый пропорциональный дроссель защищен предохранительным клапаном с электромагнитным управлением и разгрузкой от давления при обесточенном электромагните, а гидравлические подводы питания к поршневым полостям гидроцилиндров объединены синхронизирующим гидроклапаном соотношения расходов. Подвижный плунжер синхронизирующего гидроклапана соотношения расходов снабжен осевыми каналами, которые обеспечивают обратную связь по давлению выходных каналов с входным. В поршневые полости каждого из гидроцилиндров встроен тормоз, состоящий из дросселя и стакана с каналом слива, перекрываемого тарельчатым клапаном на торце поршня.
Заявляемое техническое устройство поясняется рисунками, на которых представлено:
- на фиг. 1 - гидравлическая принципиальная схема привода поворота стрелы крана.
- на фиг. 2 - гидроцилиндр привода со встроенным дроссельным тормозом.
Технический результат достигается за счет снижения динамической нагруженности гидроприводного механизма стрелы судового крана при воздействии на нее внешних сил, возникающих при качке судна, ветровой нагрузке, при отрыве плавающего груза на волнении и т.д., путем расширения функциональных возможностей синхронизации гидроцилиндров, оборудованных дроссельными тормозами, внедрения в цепи их питания гидроклапана соотношения расходов и дополнительного ограничителя грузоподъемности, задействованного в момент отрыва плавающего груза от поверхности воды на волнении.
Заявляемое устройство содержит параллельно расположенные гидроцилиндры 1 двойного действия с односторонними штоками 2, используемые для поворота стрелы, при этом проушины подвижных штоков 2 закреплены на стреле, а проушины корпусов 3 гидроцилиндров 1 - на привалочном фланце несущей крановой конструкции. Рабочие полости гидроцилиндров 1 сообщены с судовым источником питания через управляемый пропорциональный дроссель 4, трехпозиционный гидрораспределитель 5, тормозной клапан 6 и замки гидравлические 7 поршневых полостей гидроцилиндров 1. Одновременно управляемый пропорциональный дроссель 4 защищен предохранительным клапаном 8 с электромагнитным управлением и разгрузкой от давления при обесточенном электромагните. Гидравлические подводы питания к поршневым полостям гидроцилиндров 1 объединены синхронизирующим гидроклапаном соотношения расходов 9, подвижный плунжер 10 которого снабжен осевыми каналами, обеспечивающими обратную связь по давлению выходных каналов с входным. Кроме того, в поршневые полости каждого из гидроцилиндров 1 встроен тормоз, состоящий из дросселя 11 и стакана 12 с каналом слива, перекрываемого тарельчатым клапаном 13 на торце поршня 14, обеспечивая тем самым дополнительное ограничение сливного потока в момент опирания его на кольцевой выступ стакана 12, расположенного на внутренней стороне крышки гидроцилиндра 1.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.
Изменение вылета судовой стрелы или укладка ее в положение «по-походному» в заявляемом устройстве, что соответствует изменению ее положения в вертикальной плоскости, обеспечивается путем подачи с помощью управляемого пропорционального дросселя 4 потока жидкости от судовой гидросистемы в рабочие полости гидроцилиндров 1. Направление движения штоков 2 гидроцилиндров 1 задается трехпозиционным гидрораспределителем 5, который одновременно подает поток жидкости на замки гидравлические 7, обеспечивая их срабатывание. После срабатывания замков 7 поток жидкости начнет поступать в соответствующие полости гидроцилиндров 1 через синхронизирующий гидроклапан 9. При равенстве расходов и давлений жидкости в обоих гидроцилиндрах 1 плунжер 10 гидроклапана 9 гидравлически уравновешен. Если в силу каких-либо внешних воздействий сопротивление перемещению штока 2 одного из гидроцилиндров 1 возрастет, то также повысится давление жидкости, питающей этот цилиндр, с одновременным снижением потока жидкости. Повышенное давление жидкости с помощью одного из осевых каналов передаст свое воздействие на противоположный торец плунжера 10 и сместит его, перекрывая канал питания другого гидроцилиндра 1 и уменьшая скорость перемещения его штока 2, восстанавливая тем самым синхронизацию работы обоих гидроцилиндров 1. При переключении гидрораспределителя 5 на обратное движение штоков 2, синхронизация их движения будет обеспечиваться тем же путем.
Гидроцилиндры 1 поворота стрелы судового крана относятся к тяжело нагруженным механизмам, обладающим существенной инерцией, энергию которой необходимо гасить на последнем отрезке хода во избежание динамических ударов при остановке в момент укладки стрелы в положение «по-походному». С этой целью в поршневую полость каждого из гидроцилиндров 1 встроен тормоз, состоящий из дросселя 11, ограничивающего скорость слива жидкости из поршневой полости при подходе поршня 14 к крайнему положению, и стакана 12 с каналом слива, перекрываемого тарельчатым клапаном 13 на торце поршня 14, обеспечивая тем самым дополнительное ограничение сливного потока в момент опирания его на кольцевой выступ стакана 12, расположенного на внутренней стороне крышки гидроцилиндра 1. Скорость торможения поршня 14 гидроцилиндра 1 определяется настройкой дросселя 11, а его тормозной путь - настройкой тарельчатого клапана 13 на поршне 14 и расположением посадочного гнезда на стакане 12 на крышке гидроцилиндра 1.
В судовых кранах, работающих с плавающим грузом, периодически возникают кратковременные (5-30 секунд) перегрузки стрелы в момент отрыва груза от поверхности воды на волнении, когда масса груза увеличивается до 40% за счет присоединенной к нему массы воды, в то время, как ограничители грузоподъемности крановой лебедки в нормальных условиях эксплуатации настраиваются на перегрузку в 10%. Во избежание перегрузки стрелы и неустойчивой работы крановой лебедки в момент отрыва груза с поверхности воды в заявляемом устройстве введен предохранительный клапан с электромагнитным управлением и разгрузкой от давления при обесточенном электромагните, который включается в работу в режиме подъема плавающего груза и выполняет функции ограничителя грузоподъемности, допускающего перегрузку до 40% с одновременным отключением ограничителя грузоподъемности крановой лебедки.
Заявляемое устройство гидравлического привода поворота стрелы судового крана позволяет достичь:
- оптимизацию по массогабаритным и нагрузочным характеристикам судового комплекса «плавающий груз - стрела судового крана- приводные гидроцилиндры»,
- обеспечение плавности поворота стрелы с одновременной защитой ее от перегрузки за счет соединения рабочих полостей гидроцилиндров с судовым источником питания через управляемый пропорциональный дроссель, трехпозиционный гидрораспределитель, тормозной клапан и замки гидравлические, при этом управляемый пропорциональный дроссель защищен предохранительным клапаном с электромагнитным управлением и разгрузкой от давления при обесточенном электромагните, одновременно гидравлические подводы питания к поршневым полостям гидроцилиндров объединены синхронизирующим гидроклапаном соотношения расходов, подвижный плунжер которого снабжен осевыми каналами, обеспечивающими обратную связь по давлению выходных каналов с входным;
- снижение динамических нагрузок на привод поворота стрелы за счет добавления в поршневые полости каждого из гидроцилиндров встроенного тормоза, состоящего из дросселя, ограничивающего скорость слива жидкости из поршневой полости при подходе поршня к крайнему положению, и стакана с каналом слива, перекрываемого тарельчатым клапаном на торце поршня, обеспечивая тем самым дополнительное ограничение сливного потока в момент опирания его на кольцевой выступ стакана, расположенного на внутренней стороне крышки гидроцилиндра.
Заявляемое устройство также может быть использовано в гидрофицированном оборудовании в различных областях машиностроения, в частности, в грузоподъемных машинах и сооружениях, в прокатных и гибочных станах, в приводах металлорежущих станков, в машинах и устройствах лесообработки и т.д., по условиям эксплуатации которых необходимо согласованное движение выходных звеньев с гидроприводом.