ГИДРОПРИВОДНОЙ СИЛОВОЙ АГРЕГАТ ДЛЯ УСТАНОВОК ВОДОСТРУЙНОЙ РЕЗКИ
HYDRO-DRIVEN POWER UNIT FOR INSTALLATIONS OF WATER-JET CUTTING

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к гидроприводным установкам водоструйной резки.
Агрегат предназначен для создания сверхвысокого давления в системе подачи технологической воды установок водоструйной резки (waterjet cutting).
Известен гидроприводной силовой агрегат для установок водоструйной резки с мультипликатором двустороннего действия (Патент США №5273405, 28.12.1993).
Недостатком известного агрегата являются существенные провалы давления в системе подачи технологической воды вследствие ее сжатия (например, до 30% при давлении 600 МПа) в камере вытеснения в начале хода нагнетания. В результате, на первой трети хода гидроцилиндра отсутствует подача технологической воды. В этих условиях для снижения пульсаций сверхвысокого давления требуется обязательное использование ресивера - громоздкого и дорогого сосуда высокого давления, представляющего повышенную опасность для обслуживающего персонала.
Известен гидроприводной силовой агрегат для установок водоструйной резки, содержащий два мультипликатора одностороннего действия, каждый из которых выполнен с камерой вытеснения технологической воды и гидроцилиндром с рабочей полостью, соединенной с основным насосом через расширительный бак, насос подачи технологической воды и гидроаппаратуру управления (Патент RU 2037673 C1, F15B 3/00, 19.06.1995).
Недостатком известного устройства является сложность реализации кинематических связей безконтактных датчиков и невозможность подачи больших мгновенных расходов рабочей жидкости (например, равных 1/3 рабочей полости гидроцилиндра).
Наиболее близким к предложенному решению является гидроприводной силовой агрегат фирмы Ingersoll-Rand (см. Operation Maintenance & Repair Manual, Maitenance, p.1.3), имеющий основной и вспомогательный насосы гидропривода, аккумулятор, гидроаппаратуру управления и два мультипликатора одностороннего действия, содержащие камеры вытеснения технологической воды и гидроцилиндры с рабочими и соединенными с напорной линией вспомогательного насоса возвратными полостями. Это позволяет сократить дроссельные потери в гидроприводе при возврате гидроцилиндров в исходное положение. Вместе с тем, в известном агрегате имеют место повышенные пульсации сверхвысокого давления, поскольку аккумулятор подключен к напорной линии основного насоса, а она в начале цикла нагнетания соединяется с рабочей полостью гидроцилиндра, недостаточно нагруженного давлением технологической воды в процессе ее сжатия в камере вытеснения мультипликатора.
Задачей изобретения является уменьшение пульсаций давления и исключение ресивера.
Поставленная задача решается тем, что гидроприводной силовой агрегат для установок водоструйной резки содержит гидроситему с основным и вспомогательным насосами, по меньшей мере, один аккумулятор и два мультипликатора одностороннего действия, каждый из которых выполнен с камерой вытеснения технологической воды и гидроцилиндром с рабочей и возвратной полостью, соединенной с напорной линией вспомогательного насоса, при этом новым является то, что он снабжен системой упреждающего заполнения рабочей полости гидроцилиндра, вступающего в цикл нагнетания, жидкостью из аккумулятора, отключенного в момент заполнения от напорной линии основного насоса, которая при этом продолжает соединяться с рабочей полостью гидроцилиндра, заканчивающего цикл нагнетания.
При этом рабочие полости гидроцилиндров, по меньшей мере, один аккумулятор, напорная линия основного насоса и сливная линия в бак подключены к системе упреждающего заполнения.
Эта особенность принятого конструктивного решения позволяет существенно снизить пульсации давления и исключить ресивер.
Решению поставленной задачи способствует также ряд частных существенных признаков предложения, содержащихся в двух вариантах конструктивного исполнения.
В первом варианте система упреждающего заполнения выполнена в виде двух трехпозиционных четырехлинейных с закрытым центром управляющих распределителей, аккумулятора и дополнительного трехлинейного двухпозиционного распределителя, соединяющего аккумулятор с рабочей полостью гидроцилиндра, реализующего цикл нагнетания, в течение основной части его хода, а на последнем участке хода - с рабочей полостью другого гидроцилиндра, отключенного от гидросистемы управляющим распределителем.
Во втором варианте для упреждающего заполнения при реверсировании движения гидроцилиндров мультипликаторов применены два аккумулятора и система упреждающего заполнения выполнена в виде шестилинейного двухпозиционного с тремя промежуточными позициями распределителя с электрогидравлическим управлением, содержащего канал подключения напорной линии основного насоса, канал подключения сливной линии, каналы подключения двух отводных линий к рабочим полостям гидроцилиндров и два канала подключения аккумуляторов, причем в процессе переключения золотника распределителя из исходной позиции, в которой канал подключения напорной линии и два канала подключения аккумуляторов соединены с каналом первой отводной линии, а канал второй отводной линии соединен с каналом подключения сливной линии, в конечную, в которой канал подключения напорной линии, и два канала подключения аккумуляторов соединены с каналом второй отводной линии, а канал первой отводной линии соединен с каналом подключения сливной линии, он проходит через три промежуточные позиции, в первой из которых канал первой отводной линии соединен с каналом подключения напорной линии и каналом подключения первого аккумулятора, канал второй отводной линии соединен с каналом подключения второго аккумулятора, а канал подключения сливной линии заперт, во второй - канал первой отводной линии соединен с каналом подключения первого аккумулятора, канал второй отводной линии соединен с каналом подключения второго аккумулятора, а каналы подключения напорной линии основного насоса и сливной линии заперты, и в третьей - канал первой отводной линии соединен с каналом подключения первого аккумулятора, канал второй отводной линии соединен с каналом подключения напорной линии и каналом подключения второго аккумулятора, а канал подключения сливной линии заперт.
На фиг.1 представлена гидравлическая схема гидроприводного силового агрегата, выполненного по первому варианту.
На фиг.2 - по второму вариату.
На фиг.3 показан шестилинейный двухпозиционный с тремя промежуточными позициями распределитель.
На фиг.4 - геометрия рабочих кромок золотника распределителя с фиг.3.
Гидроприводной силовой агрегат (фиг.1) содержит два мультипликатора одностороннего действия 1 и 2, аккумулятор 3, основной 4 и вспомогательный 5 насосы, причем мультипликаторы содержат камеры вытеснения технологической воды 6 и 7 и гидроцилиндры 8 и 9 с рабочими 10 и 11 и соединенными с напорной линией вспомогательного насоса возвратными 12 и 13 полостями. На схеме также обозначены: конечные выключатели 14 и 15 контроля хода гидроцилиндра 8, 16 и 17 - гидроцилиндра 9, управляющие распределители 18 и 19 с закрытым центром, дополнительный распределитель 20, предохранительный клапан 21 насоса 5, система обратных клапанов 22…25 на входе и выходе из камер 6 и 7, а также линия 26 подвода к соплу установки водоструйной резки. Кроме того, гидроприводной силовой агрегат (фиг.1) содержит систему 27 упреждающего заполнения.
Во втором варианте гидроприводного силового агрегата (фиг 2) указанная выше система 27 упреждающего заполнения выполнена в виде шестилинейного двухпозиционного с тремя промежуточными позициями распределителя 28 с электрогидравлическим управлением от пилота 29. В распределителе 28 предусмотрена возможность регулирования времени переключения с помощью дросселей 30 и 31.
Распределитель 28 (фиг.3 и 4) содержит канал 32 подключения напорной линии основного насоса 4, канал 33 подключения сливной линии, каналы 34 и 35 подключения двух отводных линии к рабочим полостям 10 и 11 соответственно гидроцилиндров 8 и 9 и два канала 36 и 37 подключения двух аккумуляторов 3 и 38. В процессе переключения золотника распределителя 28 из исходной позиции 39, в которой канал 32 подключения напорной линии и два канала 36, 37 подключения аккумуляторов 3, 38 соединены с каналом 34 первой отводной линии, а канал 35 второй отводной линии соединен с каналом 33 подключения сливной линии, в конечную позицию 40, в которой канал 32 подключения напорной линии, и два канала 36, 37 подключения аккумуляторов 3 и 38 соединены с каналом 35 второй отводной линии, а канал 34 первой отводной линии соединен с каналом 3.3 подключения сливной линии, он проходит через три промежуточные позиции 41, 42, 43. Соответственно, в первой промежуточной позиции 41 канал 34 первой отводной линии соединен с каналом 32 подключения напорной линии и каналом 36 подключения первого аккумулятора 3, канал 35 второй отводной линии соединен.с каналом 37 подключения второго аккумулятора 38, а канал 33 подключения сливной линии заперт, во второй промежуточной позиции 42 - канал 34 первой отводной линии соединен с каналом 36 подключения первого аккумулятора 3, канал 35 второй отводной линии соединен с каналом 37 подключения второго аккумулятора 38, а каналы 32 и 33 соответственно подключения напорной линии основного насоса 4 и сливной линии заперты, и в третьей промежуточной позиции 43 - канал 34 первой отводной линии соединен с каналом 36 подключения первого аккумулятора 3, канал 35 второй отводной линии соединен с каналом 32 подключения напорной линии и каналом 37 подключения второго аккумулятора 38, а канал 33 подключения сливной линии заперт.
Работает гидроприводной силовой агрегат по первому варианту следующим образом.
В исходном состоянии гидроцилиндры 8 и 9 находятся в нижнем (на схеме) положении и технологическая вода через клапаны 22 и 24 заполняет камеры 6 и 7. При включении правого электромагнита распределителя 18 масло под давлением от насоса 4 поступает в рабочую полость 10, перемещая гидроцилиндр вверх и вытесняя технологическую воду из камеры 6 через клапан 23 в линию 26. Одновременно масло через распределитель 20 поступает на зарядку аккумулятора 3. Когда гидроцилиндр прошел бóльшую часть хода нагнетания, конечный выключатель 14 включает электромагнит распределителя 20, соединяя заряженный аккумулятор 3 с полостью 11, в результате чего гидроцилиндр 9 быстро перемещается вверх, вытесняя масло из полости 13 через клапан 21 в бак, сжимая воду в камере 7 и поднимая в ней давление до значения, близкого к максимальному (упреждающее заполнение); при этом гидроцилиндр 8 продолжает нагнетать технологическую воду через клапан 23. Далее через заданный промежуток времени включается левый электромагнит распределителя 18 и правый - распределителя 19, насос 4 соединяется с полостью 11 и аккумулятором 3, обеспечивая подачу технологической воды из камеры 7 к соплу через клапан 25, а гидроцилиндр 8 быстро возвращается в исходное положение, поскольку рабочая полость 10 соединяется с баком, а в возвратную полость поступает масло из полости 13 и дополнительно - от насоса 5, поэтому время возврата меньше, чем время хода нагнетания гидроцилиндра 9. В крайнем нижнем положении гидроцилиндра 8 конечный выключатель 15 отключает электромагнит распределителя 18 и полость 10 запирается. Когда гидроцилиндр 9 проходит бóльшую часть хода нагнетания, конечный выключатель 16 отключает электромагнит дополнительного распределителя 20, масло из аккумулятора 3 поступает в полость 10, обеспечивая ее упреждающее заполнение, а через заданный промежуток времени включается правый электромагнит распределителя 18 и левый - распределителя 19. Далее цикл многократно повторяется. Поскольку процесс предварительного сжатия технологической воды в камере вытеснения одного из цилиндров совмещен с циклом нагнетания другого гидроцилиндра, пульсации давления в линии 26 минимизируются.
Работает гидроприводной силовой агрегат по второму варианту следующим образом.
В исходном положении соединены каналы 34, 36 и 37 с каналом 32 и канал 35 с каналом 33, поэтому гидроцилиндр 9 мультипликатора 2 находится в нижнем (на схеме) положении, гидроцилиндр 8 - в верхнем, а оба аккумулятора 3 и 38 заряжены, поскольку они соединены с напорной линией насоса 4. После переключения пилота 29 напорная линия соединяется с правой торцовой полостью золотника распределителя 28, а сливная - с левой. В результате золотник распределителя 28 начинает перемещаться влево со скоростью, определяемой настройкой дросселя 30. При этом он последовательно проходит через три промежуточных позиции 41, 42, 43. В первой из них канал 37 соединяется с каналом 35, обеспечивая упреждающее заполнение рабочей полости 11 гидроцилиндра 9 мультипликатора 2; во второй позиции 42 канал 36 соединен с каналом 34, канал 37 - с каналом 35, канал 32 и канал 33 заперты и в третьей позиции 43 - канал 36 соединен с каналом 34, каналы 32 и 37 соединены с каналом 35, а канал 33 заперт. Когда золотник перемещается в крайнюю левую позицию 40, соединяются каналы 32, 36 и 37 с 35 и канал 34 с 33, поэтому гидроцилиндр 8 мультипликатора 1 быстро отводится назад, а мультипликатора 2 начинает ход нагнетания практически без провала давления, поскольку технологическая вода в его камере вытеснения уже сжата. Когда гидроцилиндр мультипликатора проходит бóльшую часть хода нагнетания, конечный выключатель 16 переключает пилот 29 и золотник распределителя 28 начинает перемещаться вправо со скоростью, определяемой настройкой дросселя 31. При этом сначала обеспечивается упреждающее заполнение рабочей полости 11 гидроцилиндра 9 мультипликатора 2, а затем - реверс движения гидроцилиндров мультипликаторов. Далее цикл многократно повторяется.