Система защиты гидропривода
HYDRAULIC DRIVE PROTECTION SYSTEM

Изобретение относится к области испытательной техники и машиностроения, предназначено для контроля герметичности полых изделий и защиты от несанкционированного выброса рабочей  жидкости из гидравлических систем строительно-дорожных, сельскохозяйственных, мелиоративных, лесотехнических,  промышленных машин и оборудования с гидроприводом рабочих  органов.
Известна система защиты гидропривода включающая гидробак, насос, соединённый напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак, контроллер, содержащий световой и звуковой сигнализаторы, редукционный клапан, механизм отключения подачи рабочей жидкости, кроме того гидропривод оснащён датчиками, установленными на гибких  рукавах высокого давления, генерирующими акустические сигналы, вызванные образованием микротрещин, при этом, контроллер дополнительно оснащён преобразователем сигналов акустических датчиков, а также  амплитудным и частотным анализаторами электрических импульсов,  блоком настройки порога срабатывания системы защиты гидропривода, блоком  сравнения фонового значения акустических сигналов и порога срабатывания, поступающих в блок электрической цепи управления исполнительным механизмом, и предназначенным для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию в начальной стадии образования микротрещин и включения световой и звуковой сигнализаций. [Пат. № 2715442  МПК F 15 B 20/00, - прототип].
Недостаток прототипа системы защиты гидропривода заключается в том, что размещённый на рукаве высокого давления    акустический датчик не даёт полной информации о расположении места начала образования микротрещины на внутренней оболочке напорной гидролинии, провоцирующей её разрушение и несанкционированный выброс рабочей жидкости в атмосферу. Кроме того  при  отказе звуковой и световой  сигнализаций и механизма аварийного отключения подачи рабочей жидкости оператор лишён информации о наличии повреждения внутренней  оболочки рукава, что  приведёт к не контролируемому разрушению рукавов высокого давления и  выбросу рабочей жидкости в атмосферу.
Технический  результат – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода.
Техническая задача – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода за счёт диагностирования акустическими датчиками, расположенными на входе и выходе рукава высокого давления, координаты микротрещины на его внутренней оболочке.
Достижение заданного технического результата обеспечивается тем, что система защиты гидропривода, включающая гидробак, насос, соединённый напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак, редукционный клапан, механизм отключения подачи рабочей жидкости, датчики, установленные на гибких рукавах высокого давления, генерирующие акустические сигналы, вызванные образованием микротрещин на их внутренней оболочке, контроллер, содержащий преобразователь сигнала акустических датчиков, амплитудный и частотный анализаторы электрических импульсов, блок настройки порога срабатывания системы защиты гидропривода, блок сравнения фонового значения акустических сигналов и порога срабатывания, блок управления электрической цепи исполнительного механизма, предназначенной для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию в начальной стадии образования микротрещин и включения световой и звуковой сигнализаций, при этом на гибких рукавах высокого давления установлены основной и дополнительный датчики акустических сигналов, при этом основной и дополнительный датчики соответственно расположены на входе и выходе гибких рукавов высокого давления, а контроллер дополнительно оснащён таймером определения времени прохождения акустического сигнала от места начала образования микротрещины к выше упомянутым датчикам, блоком определения времени появления электрических сигналов на датчиках, блоком определения координаты микротрещины на внутренней оболочке рукава, блок преобразования координаты микротрещин в видеоизображение, монитором для отображения координаты микротрещины на внутренней оболочке гибких рукавов высокого давления.
Сущность изобретения заключается в том, что на концах напорных гидролиний, то есть на  входе и выходе  рукавов высокого давления, установлены датчики, преобразующие акустические сигналы в электрические, и по разнице времени прохождения сигналов от микротрещины к датчикам автоматически в соответствии с алгоритмом значений временных интервалов передаётся  информация для обработки в контроллер, который  оснащён таймером определения времени прохождения акустического сигнала от места начала образования микротрещин до датчиков, блоком сравнения времени появления электрических сигналов на датчиках, блоком определение координаты микротрещин, блоком преобразования координаты микротрещин в видеоизображение, монитором для отображения координаты микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления, что позволяет диагностировать расположение места образования микротрещин в рабочем режиме гидропривода, обеспечить безразборное локальное восстановление напорной гидролинии и исключить выброс рабочей жидкости в атмосферу, что в целом повышает эксплуатационную надёжность системы защиты гидропривода и экологическую безопасность.
Таким образом, заявляемое техническое решение в сравнении с прототипом системы защиты гидропривода не только сохраняет функционального назначение прототипа, но и при отказе сигнализации и механизма аварийного отключения подачи рабочей жидкости при неисправности напорной гидролинии информирует оператора через цифровую индикацию на мониторе о координате начала образования  микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления, способствует повышению эксплуатационной надёжности защиты гидропривода машин и экологической безопасности окружающей среды, что является новым техническим результатом заявляемого изобретения.
Заявленное изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлен общий вид системы защиты гидропривода.
Система защиты гидропривода содержит гидробак 1, последовательно соединённые между собой трубопроводами насос 2, редукционный клапан 3, механизм 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию, гидрораспределитель 5, и  гидродвигатель 6, напорную цельнометаллическую гидролинию высокого давления 7, напорные гибкие рукава высокого давления 8 поршневой и штоковой полостей гидродвигателя 6, сливную гидролинию 9 гидрораспределителя 5, сливную гидролинию 10  редукционного клапана 3, сливную гидролинию 11 механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7, контроллер 12, блок питания 13, выключатель блока питания 14, электрическую цепь 15, акустический датчик 16 на входе рукавов высокого давления D1 и дополнительный акустический датчик 17 на выходе рукавов высокого давления D2, контакты К1 включения световой сигнализации 18 и звуковой сигнализации 19, контакты К2 включения соленоида 20 механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7.
Редукционный клапан 3 предназначен для циркуляции рабочей жидкости между насосом 2 и гидробаком 1 через сливную гидролинию 10 при неисправном механизме 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7 или отказе гидрораспределителя 5.
Механизм 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию  7 при обнаружении неисправности в гидравлической системе направляет поток рабочей жидкости от насоса 2 по сливному каналу 11 в гидробак 1.
Контроллер 12 содержит преобразователь 21 сигналов акустических датчиков , амплитудный  анализатор 22 электрических импульсов, частотный анализатор 23 электрических импульсов, блок 24 настройки порога срабатывания, блок 25 срабатывания системы защиты (сравнения фонового значения акустических сигналов и порога срабатывания), блок 26 управления электрической цепи 15 предназначенной для отключения механизмом 4  подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7 и включения световой 18 и звуковой 19 сигнализаций, предупреждающих об образовании микротрещин на внутренней оболочке  рукавов высокого давления. Контроллер 12 дополнительно оснащён таймером 27, блоком 28 определения времени прохождения сигнала от микротрещины к акустическим датчикам 16 и 17, блоком 29 определения координаты микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8, блоком 30 преобразования координаты микротрещины в видеоизображение, монитором снабжённый экраном 31 изображения координаты микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8.
Электрическая цепь 15 состоит из выключателя 14 бортового источника питания 13, контакта К1 включения световой 18 и звуковой 19 сигнализаций, контакта К2 включения соленоида 20 на отключение механизма 4 подачи рабочей жидкости  в напорную гидролинию 7.
Работа системы защиты  гидропривода.
Система защиты  гидропривода  работает  следующим  образом.         При подготовке системы защиты  гидропривода  к работе включается насос 2 гидравлической системы, блок питания 13 электрической цепи 15 и осуществляется настройка контроллера 12 на рабочий режим системы защиты гидропривода. Во время настройки контроллера 12  на рабочий режим предварительно в блоках 24, 25, 26 устанавливается порог срабатывания системы защиты гидропривода и управления электрической цепью 15, также блоком 28 – время прохождения сигнала от микротрещины к акустическим датчикам 16 и 17, а блоком 29 – координаты микротрещины  на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8 с учётом полученных значений ожидаемого порога срабатывания  системы защиты гидропривода.
При неработающем гидродприводе гидрораспределитель 5 включён в нейтральное положение. Давление рабочей жидкости в напорных гибких рукавах высокого давления 8 поршневой или штоковой полостей гидродвигателя 6,  в зависимости от подъёма или опускания рабочего оборудования, одинаковое  и  равно давлению на переливном клапане гидрораспределителя 5, то есть близкому к атмосферному. При этом, сигналы от акустических датчиков 16 и 17 после преобразования их в контроллере 12 не превышают порога срабатывания и блок управления электрической цепи 26 не выдаёт сигналы на контакты К1 и К2 включения световой 18, звуковой 19 сигнализации и соленоида 20 отключения  механизма 4 подачи рабочей жидкости  в напорную гидролинию 7.
В рабочем состоянии системы защиты гидропривода, при включённом гидрораспределителе 5, рабочая  жидкость по напорным гибким рукавам высокого давления 8 поступает в  гидродвигатель 6, который приводит в движение рабочее оборудование. При этом, давления в напорных гибких рукавах высокого давления 8, в  поршневой или штоковой полостях гидродвигателя 6 возрастает до максимального. После завершения подъёма или опускания рабочего оборудования переливной клапан гидрораспределителя 5 автоматически переключает поток рабочей жидкости через сливную гидролинию 9 гидрораспределителя 5 в гидробак 1. Причём после срабатывания переливного клапана гидрораспределителя 5, давление рабочей жидкости в напорной гидролинии 7 падает до атмосферного, а в поршневой или штоковой полостях гидродвигателя 6, в зависимости от подъёма или опускания орудия, и в напорных гибких рукавах высокого давления 8 соответственно сохраняется максимальным, усилие которого передаётся на внутренние стенки напорных гибких рукавов высокого давления 8 и вызывает растягивающие знакопеременные напряжения в материале. Поэтому на внутренних стенках напорных гибких рукавов высокого давления 8 в местах с низкими прочностными характеристиками образуются  микротрещины с последующим их раскрытием. Образование в стенках рукавов под воздействием знакопеременных динамических нагрузок микротрещины вызывает акустические сигналы, которые регистрируются датчиками 16 и 17 и передаются в  контроллер 12.      Контроллер 12 анализирует амплитудный 22 и частотный 23 электрические импульсы, поступающие от преобразователей сигналов акустических датчиков 16 и 17 и полученные значения передаёт в  блок 24 настройки порога срабатывания и блок 25 срабатывания системы защиты (сравнения фонового значения акустических сигналов и порога срабатывания). При превышении заданной амплитуды и частоты электрических импульсов порогового значения электрический сигнал подаётся  в блок 26 управления электрической цепи 15 и замыкает контакты К1 и К2, которые передают электрический импульс в исполнительные механизмы на включение соленоида 20 золотника механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7,  при этом рабочая жидкость  направляется  через сливную гидролинию 11 в гидробак 1, а световая 18 и звуковая 19 сигнализации автоматически оповещают оператора о нештатной ситуации. Одновременно в контроллере 12 в начальной стадии образования микротрещин на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8 таймером 27 фиксируется время прохождения акустических сигналов от микротрещин до датчиков 16 и 17, блок 28 определяет времени прохождения сигнала от микротрещины к акустическим датчикам 16 и 17, а в блоке 29 определяются координаты микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8. Преобразованные блоком 30 сигналы в  виде координаты микротрещины передаются на   экран 31 монитора для цифрового и видео отображения.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает диагностирование места расположения начального образования микротрещины на внутренней оболочке рукавов высокого давления  в рабочем режиме гидропривода, информирует оператора через цифровую индикацию и видео изображение о координатах микротрещины для принятия решения о замене рукавов в эксплуатации. Кроме того, при неисправности звуковой и световой сигнализаций и механизма автоматического отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию, видео изображение координаты микротрещины на внутренней оболочке рукава высокого давления является единственным сигналом, предупреждающим оператора через монитор о повреждении внутренней оболочки рукава, что способствует повышению эксплуатационной надёжности защиты гидропривода машин и экологической безопасности окружающей среды, является новым техническим результатом заявляемого изобретения.