ЗАМКНУТАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ВКЛЮЧАЮЩАЯ ЕЕ БУРОВАЯ УСТАНОВКА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель предлагает гидравлическую систему для приведения в действие гидравлического цилиндра, в частности, замкнутую гидравлическую систему с использованием гидравлического насоса замкнутого контура для приведения в действие гидравлического цилиндра. Настоящая полезная модель также предлагает буровую установку, включающую такую гидравлическую систему, в частности, для бурения взрывной скважины на руднике.
Уровень техники
В зависимости от циклического режима масла под давлением гидравлические системы можно разделить на категории замкнутых систем и открытых систем. Замкнутые гидравлические системы обычно используются в таких условиях, где объем масляных резервуаров является ограниченным, например, в буровых машинах, эксплуатационных машинах, подъемных машинах и т.д. По сравнению с открытыми гидравлическими системами, в замкнутых гидравлических системах могут отсутствовать некоторые компоненты, и, таким образом, можно изготавливать масляный резервуар, имеющий относительно меньший объем. Однако в целях компенсации утечек в замкнутой гидравлической системе (обусловленных, главным образом, использованием гидравлического насоса замкнутого контура), как правило, оказывается необходимой подпитка масла под давлением.
Фиг. 1 представляет традиционную замкнутую гидравлическую систему для приведения в действие гидравлического рабочего цилиндра, который может автоматически подавать масло под давлением и выводить избыточное масло под давлением. Как представлено на фиг. 1, гидравлическая система включает гидравлический насос 1′ замкнутого контура, гидравлический рабочий цилиндр 4′, электрический двухпозиционный клапан (обычно закрытый двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 5′) и предохранительный клапан 6′. Как представлено на фиг. 1, гидравлический рабочий цилиндр 4′ представляет собой имеющий один поршневой шток цилиндр двойного действия, причем камера цилиндра разделяется поршнем (не представлен на чертеже) на две полости, где левая полость представляет собой поршневую полость, и правая полость представляет собой штоковую полость, поршневой шток присоединяется к рабочему элементу (не представлен на чертеже) для передачи. Как представлено на фиг. 1, у гидравлического насоса 1′ выпускное отверстие B1 и возвратное отверстие A1, соответственно, находятся в сообщении с отверстием B4 поршневой полости и с отверстием B4 штоковой полости гидравлического цилиндра 4′, двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 5′ и предохранительный клапан 6′ располагаются параллельно между гидравлическим рабочим цилиндром 4′ и гидравлическим насосом 1′, где регулировочное отверстие B6′ предохранительного клапана 6′ присоединяется к впуску A5′ электрического двухпозиционного клапана, впуск C6′ предохранительного клапана 6′ присоединяется между отверстием поршневой полости B4 гидравлического цилиндра 41 и выпускным отверстием B1 гидравлического насоса 1′, и у предохранительного клапана 6′ выпускное отверстие A6′ и выпуск электрического двухпозиционного клапана B5′ находятся в сообщении с резервуарным трубопроводом, соответственно. Запорный клапан 2′ располагается между отверстием A4 штоковой полости гидравлического рабочего цилиндра 4′ и возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1′, и впуск A2 запорного клапана 2′ находится в сообщении с подпиточным трубопроводом 2, и впуск B2 запорного клапана 2′ находится в сообщении с возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1′. Кроме того, чтобы предотвратить какое-либо неустойчивое движение поршня гидравлического цилиндра 4′ (вследствие падения рабочего элемента под действием силы тяжести, когда гидравлический цилиндр установлен вертикально или наклонно), в гидравлической системе, клапан 3 удержания нагрузки располагается последовательно между возвратным отверстием A1 и отверстием штоковой полости A4 гидравлического насоса 1′, и его регулировочное отверстие C3 также присоединяется между выпускным отверстием B1 гидравлического насоса 1′ и отверстием B4 поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра 4′. Как представлено на фиг. 1, клапан 3′ удержания нагрузки присутствует в форме одноходового клапана последовательности, который образует запорный клапан и клапан последовательности, установленные параллельно с запорным клапаном.
Работа замкнутой гидравлической системы, которая представлена на фиг. 1, осуществляется следующим образом. Когда гидравлический цилиндр 4′ раздвигается (движется вправо), масло под давлением перетекает из выпускного отверстия B1 гидравлического насоса 1′ в отверстие B4 поршневой полости гидравлического цилиндра 4′, и при этом во впуск C6′ предохранительного клапана 6′ и регулировочное отверстие C3 клапана 3′ удержания нагрузки. В этот момент двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 5′ находится в закрытом положении, и, таким образом, предохранительный клапан 6′ находится на уровне высокого давления, и это означает, что предохранительный клапан является закрытым, и масло под давлением не может перетекать из впуска C6′ в выпускное отверстие A6′ через предохранительный клапан 6′. Когда гидравлический насос перекачивает масло под давлением из выпускного отверстия B1 в отверстие поршневой полости B4, поршень гидравлического рабочего цилиндра 4′ приводится в движение вправо, и масло под давлением перетекает из отверстия A4 штоковой полости в масляное отверстие B3 клапана 3′ удержания нагрузки. Вследствие давления регулировочного отверстия C3 клапана удержания нагрузки 3′ его клапан последовательности открывается таким образом, что масло под давлением перетекает из масляного отверстия B3 в масляное отверстие A3 через клапан 3′ удержания нагрузки, а затем перетекает обратно в возвратное отверстие A1 насоса 1′ замкнутого контура. Дополнительно, вследствие утечки из насоса 1′ замкнутого контура гидравлическая система оборудована подпиточным трубопроводом 1 для введения масла под давлением в подпиточное отверстие C1 насоса замкнутого контура, чтобы таким образом компенсировать утечку в гидравлической системе. Однако, поскольку в гидравлическом цилиндре 4′ поршневая полость и штоковая полость имеют различные объемы, оказывается также необходимым введение масла под давлением в возвратное отверстие A1 насоса 1′ замкнутого контура, когда в процессе работы гидравлический цилиндр 4′ раздвигается. Таким образом, гидравлическая система дополнительно имеет подпиточный трубопровод 2 для введения масла под давлением из впуска A2 запорного клапана 2′ в возвратное отверстие A1 через выпуск B2, когда цилиндр раздвигается.
Когда гидравлический цилиндр 4′ сокращается (движется влево), масло под давлением перетекает из возвратного отверстия A1 насоса 1′ замкнутого контура в выпуск B2 запорного клапана 2′ и масляное отверстие A3 клапана 3′ удержания нагрузки.
При этом масло под давлением может свободно перетекать из масляного отверстия A3 в масляное отверстие B3 через клапан 3′ удержания нагрузки (через его запорный клапан), а затем оно перетекает в отверстие штоковой полости A4 гидравлического цилиндра 4′. После этого масло под давлением заставляет поршень гидравлического цилиндра 4′ двигаться влево таким образом, что масло под давлением перетекает из отверстия B4 поршневой полости во впуск C6 предохранительного клапана 6′, в регулировочное отверстие C3 клапана 3′ удержания нагрузки и в выпускное отверстие B1 насоса 1′ замкнутого контура. Аналогичным образом, вследствие утечки из насоса 1′ замкнутого контура, масло под давлением будет поступать в подпиточное отверстие C1 насоса замкнутого контура через подпиточный трубопровод 1 таким образом, чтобы компенсировать утечку в гидравлической системе. Кроме того, поскольку гидравлический цилиндр 4′, поршневая полость и штоковая полость имеют различные объемы, когда гидравлический рабочий цилиндр 4′ сокращается, оказывается необходимым выпускание масла под давлением в масляный резервуар. Когда гидравлический цилиндр 4′ сокращается, двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 5′ находится в открытом положении под воздействием электрического управляющего компонента таким образом, что предохранительный клапан 6′ открывается. Это позволяет избыточному маслу под давлением перетекать в масляный резервуар через предохранительный клапан 6′.
Описанная выше традиционная автоматическая замкнутая гидравлическая система с насосом замкнутого контура имеет следующие недостатки. Хотя система может автоматически вводить и выводить масло, для нее требуются дополнительные электрические управляющие компоненты, чтобы регулировать двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 5′, делая всю гидравлическую систему более сложной, более дорогостоящей и более склонной к неисправностям.
Сущность полезной модели
Согласно первому аспекту настоящей полезной модели, предлагается замкнутая гидравлическая система для приведения в действие гидравлического рабочего цилиндра. Замкнутая гидравлическая система включает гидравлический насос замкнутого контура, гидравлический рабочий цилиндр и предохранительный клапан, гидравлический рабочий цилиндр, имеющий поршень, посредством которого камера цилиндра разделяется на поршневую полость и штоковую полость, где выпускное отверстие и возвратное отверстие насоса находятся в сообщении с отверстием поршневой полости и с отверстием штоковой полости, соответственно, и предохранительный клапан располагается параллельно между гидравлическим рабочим цилиндром и гидравлическим насосом, и при этом впуск предохранительного клапана присоединяется между отверстием поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра и выпускным отверстием гидравлического насоса, и выпускное отверстие предохранительного клапана находится в сообщении с резервуарным трубопроводом, отличающаяся тем, что управляющий запорный клапан располагается последовательно перед впуском предохранительного клапана, его впуск находится в сообщении с впуском предохранительного клапана, и его выпуск присоединяется между отверстием поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра и выпускным отверстием гидравлического насоса, и клапан последовательности располагается параллельно между гидравлическим рабочим цилиндром и гидравлическим насосом, его выпуск находится в сообщении с регулировочным отверстием управляющего запорного клапана, и его впуск присоединяется между возвратным отверстием гидравлического насоса и отверстием штоковой полости гидравлического рабочего цилиндра. Таким образом, гидравлической системой можно автоматически вводить и выводить масло под давлением в процессе работы рабочего цилиндра самостоятельно без каких-либо вспомогательных электрических управляющих компонентов.
Предпочтительно гидравлический насос замкнутого контура дополнительно включает подпиточное отверстие, которое находится в сообщении с первым подпиточным трубопроводом таким образом, чтобы компенсировать утечку масла под давлением в гидравлической системе.
Предпочтительно между отверстием штоковой полости гидравлического рабочего цилиндра и возвратным отверстием гидравлического насоса располагается запорный клапан, и впуск запорного клапана находится в сообщении со вторым подпиточным трубопроводом, а его выпуск находится в сообщении с возвратным отверстием гидравлического насоса. Согласно варианту осуществления, выпуск запорного клапана также находится в сообщении с впуском клапана последовательности. Таким образом, масло под давлением может автоматически подаваться в возвратное отверстие гидравлического насоса, когда сокращается гидравлический цилиндр.
Предпочтительно в гидравлической системе клапан удержания нагрузки располагается последовательно между возвратным отверстием гидравлического насоса и отверстием штоковой полости гидравлического рабочего цилиндра, и регулировочное отверстие клапана удержания нагрузки присоединяется между выпускным отверстием гидравлического насоса и отверстием поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра. Согласно варианту осуществления, клапан удержания нагрузки присутствует в форме одноходового клапана последовательности.
Согласно варианту осуществления, клапан последовательности представляет собой двухпозиционный трехходовой клапан, второе отверстие которого находится в сообщении с резервуарным трубопроводом.
Согласно второму аспекту настоящей полезной модели, предлагается буровая установка, которая включает описанную выше гидравлическую систему.
Настоящая полезная модель является особенно подходящей для буровой установки. Гидравлическая система согласно настоящей полезной модели является эффективной, а также простой, устойчивой и точной в управлении.
Краткое описание чертежей
Далее вариант осуществления настоящей полезной модели будет описан более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, в числе которых:
фиг. 1 представляет схематическое изображение традиционной замкнутой гидравлической системы, и
фиг. 2 представляет схематическое изображение замкнутой гидравлической системы согласно настоящей полезной модели.
На данных чертежах для ясности вариант осуществления настоящей полезной модели проиллюстрирован упрощенным образом, причем аналогичные детали обозначены аналогичными условными номерами.
Вариант осуществления полезной модели
Гидравлическая система согласно настоящей полезной модели будет описана ниже со ссылкой на фиг. 2.
Фиг. 2 иллюстрирует замкнутую гидравлическую систему согласно настоящей полезной модели, которая может также автоматически вводить масло под давлением и выводить избыток масла под давлением. Как представлено на фиг. 2, гидравлическая система включает гидравлический насос замкнутого контура 1, гидравлический рабочий цилиндр 4 и предохранительный клапан 6. На фиг. 2 гидравлический цилиндр 4 представляет собой имеющий один поршневой шток цилиндр двойного действия, камера цилиндра разделяется поршнем на две полости, причем левая полость представляет собой поршневую полость, а правая полость представляет собой штоковую полость, поршневой шток присоединяется к рабочему элементу (не представлен на чертеже) для передачи. Как представлено на фиг. 2, выпускное отверстие B1 и возвратное отверстие A1 гидравлического насоса 1, соответственно, находятся в сообщении с отверстием B4 поршневой полости и с отверстием штоковой полости A4 гидравлического цилиндра 4. Предохранительный клапан 6 располагается параллельно между гидравлическим рабочим цилиндром 4 и гидравлическим насосом 1. Впуск C6 предохранительного клапана 6 присоединяется между отверстием B4 поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра 4 и выпускным отверстием B1 гидравлического насоса 1, и выпускное отверстие A6 предохранительного клапана 6 сообщается с резервуарным трубопроводом. Между отверстием A4 штоковой полости гидравлического рабочего цилиндра 4 и возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1 располагается запорный клапан 2. Запорный клапан 2 впуска A2 находится в сообщении с подпиточным трубопроводом 2, и выпуск B2 запорного клапана 2 находятся в сообщении с возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1. Чтобы предотвратить какое-либо неустойчивое движение поршня гидравлического цилиндра 4, в гидравлической системе клапан 3 удержания нагрузки располагается последовательно между возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1 и отверстием A4 штоковой полости. Регулировочное отверстие C3 клапана удержания нагрузки 3 присоединяется между выпускным отверстием B1 гидравлического насоса 1 и отверстие B4 поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра 4. На фиг. 2 клапан 3 удержания нагрузки присутствует также в форме одноходового клапана последовательности, который образуют запорным клапаном и клапаном последовательности, расположенным параллельно с запорным клапаном.
Кроме того, как представлено на фиг. 2, управляющий запорный клапан 7 располагается последовательно перед впуском B6 предохранительного клапана 6. Его впуск A7 находится в сообщении с впуском B6 предохранительного клапана 6, а его выпуск B7 присоединяется между отверстием B4 поршневой полости гидравлического рабочего цилиндра 4 и выпускным отверстием B1 гидравлического насоса 1. Кроме того, вместо электрического двухпозиционного клапана, расположенного параллельно в традиционной замкнутой гидравлической системе, клапан последовательности 5 располагается параллельно в гидравлической системе. Его выпуск B5 находится в сообщении с регулировочным отверстием C7 управляющего запорного клапана 7, а его впуск A5 находится в сообщении с возвратным отверстием A1 гидравлического насоса 1. На фиг. 2 клапан последовательности 5 присутствует в форме двухпозиционного трехходового клапана, и его масляное отверстие C5 также находится в сообщении с резервуарным трубопроводом.
Работа гидравлической системы согласно настоящей полезной модели осуществляется следующим образом. Когда гидравлический цилиндр 4 раздвигается, масло под давлением перетекает из выпускного отверстия B1 гидравлического насоса 1 в отверстие B4 поршневой полости гидравлического цилиндра 4, и при этом в выпуск B7 управляющего запорного клапана 7 и в регулировочное отверстие C3 клапана 3 удержания нагрузки. В этот момент выпуск B5 клапана последовательности 5 находится в сообщении с масляным отверстием C5 таким образом, что управляющий запорный клапан 7 не является открытым. Таким образом, выпуск B7 клапана 7 не находится в сообщении с впуском A7, и масло под давлением не может перетекать из выпуска B7 во впуск A7 через управляющий запорный клапан 7. Когда гидравлический насос 1 перекачивает масло под давлением из выпускного отверстия B1 в отверстие B4 поршневой полости, поршень гидравлического рабочего цилиндра 4 вынужден двигаться вправо, и масло под давлением перетекает из отверстия A4 штоковой полости в масляное отверстие B3 клапана 3 удержания нагрузки. Вследствие давления в отверстии C3 клапана 3 удержания нагрузки открывается клапан последовательности клапана 3 удержания нагрузки. Таким образом, масло под давлением перетекает из масляного отверстия B3 в масляное отверстие A3 через клапан удержания нагрузки 3, а затем перетекает обратно в возвратное отверстие A1 насоса 1 замкнутого контура. Кроме того, вследствие утечки в насосе 1 замкнутого контура масло под давлением будет поступать в подпиточное отверстие C1 насоса замкнутого контура через подпиточный трубопровод 1 таким образом, чтобы компенсировать утечку в гидравлической системе. Однако, поскольку у гидравлического цилиндра 4 поршневая полость и штоковая полость имеют различные объемы, оказывается необходимым введение масла под давлением в возвратное отверстие A1 насоса 1 замкнутого контура, когда рабочий цилиндр 4 раздвигается. Таким образом, дополнительно предлагается подпиточный трубопровод 2 для введения масла под давлением из впуска A2 запорного клапана 2 в возвратное отверстие A1 через выпуск B2, когда цилиндр раздвигается.
Когда гидравлический рабочий цилиндр 4 сокращается, масло под давлением перетекает из возвратного отверстия A1 насоса 1 замкнутого контура 1 в выпуск B2 запорного клапана 2, впуск A5 клапана последовательности 5 и масляное отверстие A3 клапана 3 удержания нагрузки. Когда давление масла под давлением достигает порогового значения клапана последовательности 5, выпуск B5 клапана последовательности 5 находится в сообщении с впуском A5 таким образом, что масло под давлением может перетекать из впуска A5 в выпуск B5, а затем поступать в регулировочное отверстие C7 управляющего запорного клапана 7. Таким образом, управляющий запорный клапан 7 открывается. При этом масло под давлением свободно перетекает из масляного отверстия A3 в масляное отверстие B3 через клапан 3 удержания нагрузки (через его запорный клапан), а затем перетекает в отверстие A4 штоковой полости гидравлического цилиндра 4. После этого масло под давлением заставляет поршень гидравлического цилиндра 4 двигаться влево таким образом, что масло под давлением перетекает из отверстия поршневой полости B4 в выпуск B7 запорного клапана 7, регулировочное отверстие C3 клапана 3 удержания нагрузки и выпускное отверстие B1 насоса 1 замкнутого контура. Кроме того, вследствие утечки в насосе 1 замкнутого контура масло под давлением будет поступать в подпиточное отверстие C1 насоса замкнутого контура через подпиточный трубопровод 1 таким образом, чтобы компенсировать утечку в гидравлической системе. Однако, поскольку у гидравлического цилиндра 4 поршневая полость и штоковая полость имеют различные объемы, когда гидравлический рабочий цилиндр 4 сокращается, оказывается необходимым выведение масла под давлением в масляный резервуар. Поскольку управляющий запорный клапан 7 является открытым, его выпуск B7 находится в сообщении с впуском A7 таким образом, что избыток масла под давлением может автоматически перетекать в масляный резервуар через управляющий запорный клапан 7 и предохранительный клапан 6 через резервуарный трубопровод.
Замкнутая гидравлическая система согласно настоящей полезной модели может обеспечивать следующие преимущества: все функции автоматически выполняются посредством самой гидравлической системы без каких-либо дополнительных электрических управляющих компонентов; сокращаются расходы; и уменьшается вероятность неисправностей в гидравлической системе.
Хотя настоящая полезная модель представлена посредством описания гидравлической системы, понятно, что идею настоящей полезной модели можно применить и к пневматической системе.
В некоторых случаях отличительные признаки, представленные в описании, можно использовать самостоятельно без учета других отличительных признаков. С другой стороны, если это желательно, отличительные признаки, представленные в описании, могут сочетаться, образуя разнообразные сочетания.
Чертежи и соответствующие описания представлены исключительно в качестве иллюстрации идеи настоящей полезной модели. Детали настоящей полезной модели могут изменяться в пределах формулы полезной модели.
Список ссылочных обозначений
1′ - гидравлический насос замкнутого контура
2′ - запорный клапан
3′ - клапан удержания нагрузки (одноходовой клапан последовательности)
4′ - гидравлический рабочий цилиндр
5′ - двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан
6′ - предохранительный клапан
1 - гидравлический насос замкнутого контура
2 - запорный клапан
3 - клапан удержания нагрузки (одноходовой клапан последовательности)
4 - гидравлический рабочий цилиндр
5 - клапан последовательности
6 - предохранительный клапан
7 - управляющий запорный клапан
A1 - возвратное отверстие гидравлического насоса
B1 - выпускное отверстие гидравлического насоса
C1 - подпиточное отверстие гидравлического насоса
A2 - впуск запорного клапана
B2 - выпуск запорного клапана
A3 - масляное отверстие клапана удержания нагрузки
B3 - масляное отверстие клапана удержания нагрузки
C3 - регулировочное отверстие клапана удержания нагрузки
A4 - отверстие штоковой полости гидравлического цилиндра
B4 - отверстие поршневой полости гидравлического цилиндра
A5 - клапан последовательности впуск
B5 - клапан последовательности выпуск
C5 - масляное отверстие клапана последовательности
A5′ - впуск электрического двухпозиционного клапана
B5′ - выпуск электрического двухпозиционного клапана
A6 - выпускное отверстие предохранительного клапана
B6 - впуск предохранительного клапана
A6′ - выпускное отверстие предохранительного клапана
B6′ - регулировочное отверстие предохранительного клапана
C6′ - впуск предохранительного клапана
A7 - впуск управляющего запорного клапана
B7 - выпуск управляющего запорного клапана
C7 - регулировочное отверстие управляющего запорного клапана