Гидравлическая система транспортного средства

Полезная модель относится к гидравлическим системам транспортных средств, содержащим системы низкого давления газа или жидкости, используемые для преобразования низкого давления от бортового источника в источник высокого давления жидкости в гидравлических передачах с гидроприводом. Гидравлическая система может найти применение в качестве резервного источника гидравлической энергии или дополнительного источника, где требуются малогабаритные устройства повышенной мощности, например, для изменения положения конструктивных элементов в судовых механизмах, летательных аппаратах (ЛА) и дорожно-строительных машинах.
Преимущества гидравлических систем по сравнению с механическими, пневматическими, электрическими видами силовых систем, описанные в книге [1. Гидравлические системы транспортных самолетов. - М.: Транспорт, 1975 - С. 3-4], следующие:
- относительно малая масса и габариты, приходящиеся на единицу мощности, особенно при высоких давлениях;
- быстродействие гидропривода на порядок выше, чем у пневматической и электрической систем;
- КПД - в два раза больше;
- возможность непрерывного бесступенчатого регулирования давления и подачи в широком диапазоне значений и фиксации управляемого механизма в любом промежуточном положении;
- выше устойчивость от перегрузок и резонансных колебаний, надежность системы.
Известна схема пневматического привода от компрессорной установки, описанная в книге [2. Шмаков А.Т., Бульдозеры, скреперы и грейдеры в дорожном строительстве / А.Т. Шмаков. - М.: Транспорт, 1991. - С. 39-40, рис. 2.16.]. Недостатки аналогичного привода следующие:
- большая масса и габариты, приходящиеся на единицу мощности;
- ниже быстродействие и КПД по сравнению с гидроприводом;
- склонность к резонансным колебаниям системы.
Известна схема источников давления с насосами переменной производительности [1. С. 39-43, рис. 17.], содержащая гидробак, фильтры, обратные клапаны, бортовые штуцера, охладитель рабочей жидкости, гидронасос, гидропневматический аккумулятор, гаситель пульсации. Недостатки данной схемы следующие:
- высокий уровень пульсаций и нагрев рабочей жидкости, создаваемые примененными в системе насосами, - требуется охладитель;
- коммуникации из трубопроводов увеличивают потери мощности за счет дополнительного сопротивления тракта, отрицательно влияют на обеспечение чистоты рабочей жидкости.
Известны гидросистемы с мультипликатором двойного действия, описанные в книге [3. Лаптев Ю.Н. Гидросистемы высоких давлений / Под ред. Ю.Н. Лаптева. - М: Машиностроение, 1973. - С. 5-7, 8, 9; 35-37, 50, рис. 3, 4, 15.], с механизмом реверсирования, системой подпитки в линии низкого давления, клапаном-регулятором высокого давления, фильтром, обратными клапанами, гидробаком, противочастотными блоками и технологическими штуцерами.
Недостатки данных систем следующие:
- системы собраны без учета оптимизации теплового баланса и теплопроводности примененных материалов: при отсутствии в системе устройства охлаждения рабочей жидкости последует ускоренный перегрев системы со снижением надежности;
- устройства металлоемкие, некомпактные, предназначены для стационарного применения.
6
Известен мультипликатор двойного действия [4. Пат. RU 2645881, МПКF15 В 3/00. Мультипликатор двойного действия / А.Д. Горбачев, А.Ф. Ивашин, Е.В. Осипов, Г.С. Резников. (14.09.2016). Опубл. 28.02.2018. Бюл. №7.]. Устройство скомпоновано в едином блоке из материала с повышенной теплопроводностью и низкой плотностью (А1-сплав). Тепловое взаимодействие встречных потоков газа и рабочей жидкости обеспечивает тепловой баланс системы. Мультипликатор по патенту [4.] устойчив к колебаниям, обеспечивает износостойкость трущихся пар по Аl-сплаву. В данном устройстве снижена масса и габариты, увеличен ресурс, обеспечена высокая надежность. Но преимущества указанного устройства по сравнению с упомянутыми аналогами могут однозначно проявиться только в составе оптимально созданной гидравлической системы.
6
Ближайшим устройством, выбранным в качестве прототипа, является гидравлическая система самолета [5. Пат. RU 2455197 С1, МПК В64С 13/36 Гидравлическая система самолета / Кривой С.Г., Панин С.А., Кубасов А.В., Пименов А.В. (22.10.2010). Опубл. 10.07.2012. Бюл. 19.] с подсистемами гидропитания, соединенными с силовыми приводами потребителей энергии и снабженная вспомогательным источником гидравлической энергии, где каждая из подсистем гидропитания включает гидробак, линии всасывания и нагнетания, пневмогидроаккумулятор, основной и резервный источники гидравлической энергии. Гидробак содержит корпус, выполненный из двух соосных цилиндров с различными диаметрами, в цилиндрах размещены поршни, разделяющие их на полости, где в полости с большим диаметром размещена рабочая жидкость, а полость с меньшим диаметром поршня заполнена сжатым газом. Пневмогидроаккумулятор представляет собой корпус с размещенным внутри него поршнем, который разделяет его на полости, где одна из полостей заполнена сжатым газом, а другая соединена с линией нагнетания жидкости.
Указанная гидравлическая система самолета чрезвычайно сложна, резервирование подсистем выполнено в основном от электроснабжения, и имеет недостатки, упомянутые в книге [1].
Целью полезной модели является:
- создание гидравлической системы транспортного средства повышенной надежности и ресурса, исключающей перегрев, с улучшенными динамическими свойствами, частотной устойчивостью системы, снижением массы;
- исключение недостатков аналогов с сохранением их положительных свойств, таких как переменная производительность насоса и возможность использования для силового привода кратковременного действия.
В предлагаемой полезной модели источником гидравлической энергии в гидравлических системах транспортных средств рассматривается, как вариант, мультипликатор двойного действия по патенту на изобретение [4]. Его использование является наиболее целесообразным в мобильных условиях эксплуатации в связи с изложенными выше положительными свойствами.
На чертежах, поясняющих предлагаемую полезную модель, представлена гидравлическая система транспортного средства, а именно судна.
Гидравлическая система судна, преобразующая низкое давление газа от бортового источника в высокое давление жидкости в судовых механизмах для изменения положения конструктивных элементов устройств амортизации транспортного контейнера для груза, требующего защиты от вибрации в походном и фиксации в швартовом состоянии судна, изображенная на фиг. 1-3, состоит из трех обособленных блоков:
- блока 1 - пневматической системы давления газа от бортового источника судна;
- блока 2 - мультипликатора двойного действия в гидравлической системе судна;
- блока 3 - гидравлической системы исполнительных следящих гидравлических приводов устройства амортизации транспортного контейнера судна.
Блок 1, представленный на фиг. 1, состоит из набора известной стандартной или специальной арматуры и устройств. Блок содержит фильтры 3, электромагнитные клапаны 4, 5 и 15, компрессор 6, обратный клапан 7, маслоотделитель 8, баллон-ресивер 9, сигнализатор давления 10, телеметрический датчик давления 13, предохранительный клапан 11, редуктор 12, вентиль 14, разъемные соединения 16 и 17.
Принцип работы блока 1 следующий. Воздух через фильтры 3 и электромагнитные клапаны 4 - извне, или 5 - по замкнутому контуру, отработанный из пневматической системы блока 2, поступает в компрессор 6. Из компрессора 6 через обратный клапан 7 и маслоотделитель 8 сжатый воздух поступает в баллон-ресивер 9. Баллон-ресивер 9 оснащен сигнализатором давления 10, посредством которого через систему управления (в настоящем решении не рассматривается) в зависимости от давления в баллоне-ресивере 9 открываются-закрываются электромагнитные клапаны 4, 5, обеспечивая поступление воздуха в систему извне или отработанного воздуха из пневматической системы блока 2. Баллон-ресивер 9 также оснащен предохранительным клапаном 11, удерживающим давление в баллоне-ресивере 9 на уровне допустимого. Давление воздуха регулируется редуктором 12 в расходном режиме при открытом вентиле 14 и электромагнитном клапане 15. Давление на выходе из редуктора 12 контролируется телеметрическим датчиком давления 13. Посредством показаний телеметрического датчика давления 13 через систему управления закрывается электромагнитный клапан 15, используемый при задействовании гидросистемы транспортного средства, в аварийных ситуациях или при проведении регламентных работ, для этих же целей используется вентиль 14 как дублирующий. Соединение блока 1 с блоком 2 обеспечивается трубопроводами по разъемным соединениям 16, 17.
Блок 2, представленный на фиг. 2, состоит из мультипликаторов двойного действия 18 по патенту на изобретение [5] как источников гидравлической энергии в гидравлической системе судна.
По условиям эксплуатации гидравлическая система выполнена с резервированием из двух мультипликаторов двойного действия 18, где каждый из них содержит мультипликатор 19, механизм реверсирования 20, обратные клапаны 21, гидрокомпенсатор 22, гидроаккумулятор 23, фильтр 24, коммуникации линии всасывания 25, коммуникации линии нагнетания 26. Мультипликатор двойного действия 18 укомплектован технологическими штуцерами 27 и 28 для отработки в составе объекта применения. Наряду с мультипликаторами двойного действия 18 блок 2 содержит бак 29 для рабочей жидкости, обратный клапан 30 на линии всасывания 26 от бака 29, регулятор расхода 31 на линии нагнетания 26, предохранительный клапан 32, телеметрический датчик давления 33, магистраль-коллектор 34 отработанного воздуха от мультипликаторов двойного действия 18, магистраль-коллектор 35 подачи воздуха на задействование мультипликатора двойного действия 18, разъемные соединения 36, 37.
Принцип работы блока 2 заключается в обеспечении функционирования мультипликатора двойного действия 18 подачей давления газа в газовые полости поршня мультипликатора 19 попеременно посредством механизма реверсирования 20. При перемещении поршня мультипликатора 19 -попеременно влево или вправо, происходит всасывание жидкости из бака 29 через полости гидрокомпенсатора 22 и обратные клапаны 21 и 30. Одновременно с тем из противоположной полости поршня мультипликатора 19 через клапаны 21 и связанные с ними полости гидроаккумулятора 23 и фильтра 24 попеременно происходит вытеснение жидкости высокого давления к исполнительному приводу блока 3. При движении поршня мультипликатора 19 в противоположную сторону цикл повторяется. Пульсации в линии нагнетания и снижение давления при реверсе мультипликатора выравниваются до допустимых значений гидроаккумулятором 23. Гидрокомпенсатор 22 компенсирует температурные изменения объема жидкости при хранении в составе объекта, снижает пульсации давления, а также удерживает давление в линии всасывания до требуемых значений открытия обратных клапанов и для исключения кавитации. Фильтр 24 исключает попадание случайных посторонних частиц в гидропривод. Бак 29 содержит объем жидкости, гарантированный для надежной работы гидросистемы. Обратный клапан 30 обеспечивает подпор давления в линии всасывания, создаваемый гидрокомпенсатором 22. Регулятор расхода 31 удерживает стабильным расход жидкости к потребителю в линии нагнетания. Предохранительный клапан 32 удерживает давление в линии нагнетания на уровне допустимого. Телеметрический датчик давления 33 используется функционально в системе контроля подачи давления к исполнительным приводам. Подачей давления отработанного воздуха от мультипликаторов двойного действия 18 через магистраль-коллектор 34 в воздушные полости дифференциальных поршней гидрокомпенсаторов 22 и бака 29 обеспечивается подпор давления жидкости в линии всасывания гидравлической системы. Подача давления воздуха на задействование мультипликатора двойного действия осуществляется от блока 1 через разъемное соединение 16 и магистраль-коллектор 35. Соединение блока 2 с блоком 3 обеспечивается по разъемным соединениям 36, 37.
На фиг. 3 представлена общая схема гидравлической системы судна -условно обозначены блоки 1, 2, изображен блок 3. Блок 3 содержит пуско-отсечные электромагнитные клапаны 38, 39, магистрали 40-49, составляющие коммуникации подачи гидравлической энергии от блока 2 к исполнительным следящим гидравлическим приводам 50 подъема-опускания контейнера 51, к устройствам фиксации 52 амортизаторов 53 контейнера 51 в швартовом и походном положении судна. Электромагнитные клапаны 4, 5, 15, 38 и 39, сигнализатор давления 10, телеметрические датчики давления 13 и 33, электрические устройства следящих гидравлических приводов 50, устройства фиксации 52 задействованы в общей системе управления на судне. Электрические схемы упомянутых устройств, как и конструктивные решения следящих гидравлических приводов 50, устройств фиксации 52, амортизаторов 53 и арматуры, комплектующей систему, в настоящем решении не рассматриваются.
Принцип работы исполнительного блока 3 рассмотрен в комплексе с действием блоков 1 и 2 как составных частей гидравлической системы транспортного средства. Исходное состояние системы следующее. Блок 1: клапаны 5, 15 и вентиль 14 закрыты, клапан 4 открыт, редуктор 12 отрегулирован на давление потребителя блоков 2 и 3. Гидравлическая система блоков 2 и 3 объединена в общий контур и заполнена рабочей жидкостью. Контейнер 51 находится в швартовом положении судна.
Принцип работы гидравлической системы в целом следующий. Готовность блока 1 обеспечивается запуском компрессора 6; воздух извне через открытый клапан 4, обратный клапан 7 и маслоотделитель 8 заполняет баллон-ресивер 9 до требуемого давления, на которое настроен сигнализатор давления 10 и предохранительный клапан 11. По достижении требуемого давления сигнализатор давления 10 срабатывает, подавая электрический сигнал на закрытие электромагнитного клапана 4, открывается вентиль 14 -система готова к работе. Для установки контейнера 51 в походное положение от системы управления судна подается сигнал на открытие электромагнитного клапана 15, воздух подается на задействование мультипликатора 19 блока 2, работа которого далее происходит в автоматическом режиме мультипликатора двойного действия 18. Давление жидкости поступает через открытые электромагнитные клапаны 38, 39 к исполнительным следящим приводам 50 подъема-опускания контейнера 51 и устройствам фиксации 52 амортизаторов 53, положение которых регистрируется датчиками обратной связи приводов (в настоящем решении не рассматривается). После подъема контейнера 51 в походное положение клапаны 38, 39 закрываются - система отключается и повторно может быть включена при снижении давления ниже допустимого по показаниям телеметрического датчика давления 33. Постановка контейнера 51 в швартовое положение судна обеспечивается подачей гидравлического давления к блоку 3 при открытых клапанах 38, 39 и подаче сигнала на расфиксацию амортизаторов 53 и следящий гидравлический привод 50 на опускание контейнера 51, после чего фиксация контейнера 51 восстанавливается.
Технический результат:
- упрощение системы;
- повышение надежности и эксплуатационных возможностей системы;
- обеспечение оптимального теплового баланса системы без дополнительного охладителя рабочей жидкости;
- универсальность применения блоков гидросистемы в различных типах транспортных средств как автономных устройств.
Технический результат достигается тем, что гидравлическая система транспортного средства состоит из трех автономных блоков, где первый блок представляет собой бортовой источник низкого давления газа для второго блока, включающего мультипликатор двойного действия как источник гидравлической энергии для питания системы третьего блока потребителей энергии.
Гидросистема транспортного средства может быть выполнена с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Источники, принятые во внимание
1. Гидравлические системы транспортных самолетов. - М.: Транспорт, 1975. - 184 с.
2. Шмаков А.Т., Бульдозеры, скреперы и грейдеры в дорожном строительстве / А.Т. Шмаков. - М.: Транспорт, 1991. - 255 с.
3. Лаптев Ю.Н. Гидросистемы высоких давлений / Под ред. Ю.Н. Лаптева. - М.: Машиностроение, 1973. - 153 с.
6
4. Пат. RU 2645881, МПК F15B 3/00. Мультипликатор двойного действия / А.Д. Горбачев, А.Ф. Ивашин, Е.В. Осипов, Г.С. Резников. (14.09.2016). Опубл. 28.02.2018. Бюл. №7.
6
5. Пат. RU 2455197 С1, МПК В64С 13/36. Гидравлическая система самолета / Кривой С.Г., Панин С.А., Кубасов А.В., Пименов А.В. - (22.10.2010). Опубл. 10.07.2012. Бюл. 19.
6. Самолет Ли-2: техническое описание (пассажирский и транспортный варианты) / Отв. ред. Д.П. Солоухин. - Оборонгиз, 1947. - С. 130-135.
7. Башта, Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т.М. Башта. - М.: Машиностроение. - 1967.
8. Гамынин, Н.С. Основы следящего гидравлического привода / Н.С. Гамынин. - М.: Оборонгиз. - 1962.
9. Пат. RU №2583568 С2, МПК F04B 49/00. Механизм реверсирования мультипликатора с автоматическим управлением возвратно-поступательным движением рабочего цилиндра / Шестаков С.А., Резников Г.С, Ивашин А.Ф., Страхов А.Н. - (08.07.2014). Опубл. 10.05.2016. Бюл. №13.
10. Пат. RU №2605797 С2, МПК В64С 13/36. Гидравлическая система летательного аппарата / Ефремов Г.А., Дергачев А.А., Минасбеков Д.А., Резников Г.С., Шестаков С.А. - (03.09.2015). Опубл. 27.12.2016. Бюл. №36.