Гидроаккумулятор
HYDRAULIC ACCUMULATOR

Изобретение относится к пневмогидравлическим устройствам, а точнее к гидроаккумуляторам и может быть использовано в гидроприводе автономных роботов, автоматических манипуляторов и в качестве элемента штатных и аварийных гидросистем летательных аппаратов.
Известен гидроаккумулятор пружинного типа, состоящий из неподвижного наружного и подвижного внутреннего цилиндров, между которыми установлена работающая на сжатие пружина. При этом внутри подвижного цилиндра установлен неподвижный поршень, образующий с верхней частью подвижного цилиндра полость. связанную полым штоком поршня со штуцером «зарядки» гидроаккумулятора. Во время «зарядки» подвижный цилиндр аккумулятора перемещается относительно неподвижного поршня и одновременно сжимает пружину определяя тем самым рабочее давление на выходе аккумулятора. При снижении выходного давления подвижный цилиндр перемещается относительно неподвижного поршня под действием сжатой пружины, повышая давление рабочей жидкости в неподвижном цилиндре и тем самым стабилизируя давление на выходе гидроаккумулятора [1].
В известном гидроаккумуляторе максимальное давление, которое он может компенсировать на своем выходе определяется параметрами пружины, установленной между подвижным и неподвижным цилиндрами. Поэтому при использовании высоких давлений (10 МПa и более) в гидросистеме-потребителе применение подобного устройства становится проблематичным или вовсе невозможным. К достоинствам известного гидроаккумулятора следует отнести стабильность выходного давления на всем протяжении его работы вплоть до полного израсходования рабочей жидкости.
Известны также поршневой и мембранный гидроаккумуляторы, выбранные нами в качестве прототипа [1]. Их конструкции во многом схожи. Каждый их них состоит из корпуса, внутри которого размещен разделитель сред (поршень или эластичная мембрана), образующий пневматическую и гидравлическую полости. При этом пневматическая полость имеет клапан для подачи сжатого газа (чаще это азот), а гидравлическая – оснащена штуцером для подключения к гидравлической магистрали потребителя. В известных устройствах рабочее давление в «заряженном» состоянии
ограничивается только механическими параметрами конструктивных элементов и определяется давлением газа в пневматической полости устройства.
Основной недостаток известных устройств – снижение давления на выходе гидроаккумулятора по мере расхода жидкости из гидравлической полости, что существенно ограничивает область их применения.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение области применения устройств путем стабилизации давления на их выходе.
Поставленная задача решается за счет того, что в известных устройствах, содержащих корпус с разделителем сред, выполненный в виде поршня или эластичной мембраны и образующий пневматическую и гидравлическую полости, первая из которых оснащена клапаном подачи сжатого газа, а вторая - штуцером подключения к гидравлической магистрали, по периметру пневматической полости установлены сменные пиропатроны-газогенераторы и датчик давления, связанные с электронной системой управления поджигом пиропатронов-газогенераторов.
Установка сменных пиропатронов-газогенераторов по периметру пневматической полости дает возможность компенсировать потерю давления в пневматической полости гидроаккумулятора после поджига одного из пиропатронов при расходе нормированной дозы рабочей жидкости из гидравлической полости, чем достигается стабилизация давления на выходе гидроаккумулятора.
Размещение датчика давления в пневматической полости гидроаккумулятора позволяет непрерывно контролировать текущее давление в ней и передавать данную информацию в электронную систему управления поджигом пиропатронов-газогенераторов, что обеспечивает поддержку заданного выходного давления рабочей жидкости на выходе гидроаккумулятора.
Связь электронной системы управления поджигом пиропатронов-газогенераторов с датчиком давления образует замкнутую автоматическую систему поддержания заданного давления в пневматической полости гидроаккумулятора, а следовательно, стабилизирует давление рабочей жидкости на его выходе.
Изобретения поясняется рисунками.
На фиг.1 схематично показаны состояния предлагаемого гидроаккумулятора на разных этапах его работы с использованием в качестве разделительного элемента эластичной мембраны.
На фиг.2 схематично показаны состояния предлагаемого гидроаккумулятора на разных этапах его работы с использованием в качестве разделительного элемента поршня.
Первый вариант гидроаккумулятора (см.фиг.1) состоит из корпуса 1, в верхней части которого размещен клапан 2 подачи сжатого газа, а в нижней – штуцер 3 подключения к гидравлической магистрали. Эластичная мембрана 4 закреплена в корпусе 1, образуя в его верхней части пневматическую, а в нижней части гидравлическую полости. Датчик давления 5 установлен в пневматической полости корпуса 1 и связан с входом электронной системы управления 6 к выходу которой подключены пиропатроны-газогенераторы 7, расположенные по периметру корпуса 1 в его пневматической полости.
Второй вариант гидроаккумулятора (см.фиг.2) по конструкции очень близок первому варианту. Отличие состоит в том, что вместо эластичной мембраны (поз.4 на фиг.1) в корпусе 1 установлен поршень 8 (см.фиг.2) с уплотнительными кольцами 9, имеющий возможность перемещаться вдоль корпуса 1, образуя в его верхней части пневматическую полость, а в нижней – гидравлическую.
Работают предлагаемые устройства следующим образом. Для зарядки гидроаккумулятора (см. фиг. 1а и фиг.2а) его отключают от гидросистемы потребителя, перекрыв штуцер 3, гидравлическую полость корпуса 1 заполняют (патрубок заполнения на рисунках не показан) рабочей жидкостью до уровня недеформированной мембраны 4 (см. фиг.1а) или до верхнего заданного положения поршня 8 (см.фиг.2а). Верхнее положение поршня 8 определяют ограничительные элементы внутри корпуса 1, которые на фиг.2 не показаны. Через клапан 2 в пневматическую полость корпуса 1 закачивают газ до достижения им давления Р+ΔР, где Р – заданное давление в гидросистеме потребителя, ΔР – допустимое отклонение давления от заданной величины. После проведения всех описанных манипуляций гидроаккумулятор заряжен и готов к работе.
Гидроаккумулятор подключают через штуцер 3 к гидросистеме потребителя. По мере расхода рабочей жидкости из гидравлической полости корпуса 1, упругая мембрана 4 прогибается (фиг.1b) под действием давления в пневматической полости корпуса 1, объем которой увеличивается, а давление в ней снижается. Аналогичный процесс происходит и во втором варианте устройства при перемещении вниз поршня 8 (см.фиг.2b) по мере расхода рабочей жидкости.  За степенью снижения давления в пневматической полости корпуса 1 следит датчик давления 5, сигнал от которого анализируется электронной системой управления 6. Если давление окажется ниже величины Р-ΔР, система управления 6 приведет в действие один из пиропатронов-газогенераторов 7. За счет этого давление в пневматической полости корпуса 1 скачком увеличится до величины Р+ΔР. Величина скачка давления определяется свойствами пиропатрона, то есть его способностью генерировать необходимое количество газа. Чем меньше заданное значение ΔР, тем меньше должна быть газопроизводительность пиропатрона и наоборот.
При дальнейшем уменьшении количества жидкости в гидравлической полости корпуса 1 происходят аналогичные процессы, но с поджигом следующего пиропатрона (см. фиг.1с и фиг.2с) и так далее до полного израсходования рабочей жидкости.
Таким образом, за счет автоматического поддержания давления в пневматической полости корпуса 1 гидроаккумулятора в диапазоне Р±ΔР при помощи пиропатронов-газогенераторов, удается создать автономный перезаряжаемый источник рабочей жидкости под давлением, который с успехом может быть использован в автономных устройствах, оборудованных гидроприводами.
Источники информации
.
1.Гидропривод сельскохозяйственной техники. Гидроаккумуляторы. / Учебно-методическое пособие для студентов высших учебных заведений группы специальностей 74 06 Агроинженерия Белорусский Государственный Аграрный Технический Университет (БГАТУ). - Минск, 2009, с.48.