Система защиты гидропривода
HYDRAULIC DRIVE PROTECTION SYSTEM

Изобретение  относится к области испытательной техники и машиностроению, 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, редукционный клапан, насос, соединённый напорной  гидролинией  с  гидроприводом  через  распределитель,  линию  слива в гидробак  и  запорное  устройство,  включающее  корпус  с входной, выходной, пружинной   и  сливной  полостями,  входным,  выходным  и сливным штуцерами с каналами, при этом запорное устройство  установлено  в напорной  гидролинии  и подключёно  своей входной  полостью к  выходу  насоса, а выходной - к распределителю,  с размещённым  во входной полости  подпружиненным  плунжером,  имеющим кольцевую проточку совмещенную с радиальными отверстиями и осевым каналом, сообщённым  с выходной  полостью, который  перекрывается упором,  кроме того запорное устройство дополнительно оснащено системой контроля его срабатывания, размещенной в пробке запорного устройства, при этом система контроля срабатывания запорного устройства выполнена в виде металлического корпуса, внутри которого размещены подпружиненный металлический стержень, установленный с  возможностью выхода в пружинную полость при срабатывании системы контроля, и контактная пара с зазором между торцом   стержня внутри корпуса и контактной парой, равным расстоянию h, обеспечивающим размыкание электрической цепи системы контроля срабатывания запорного устройства. Помимо этого, система контроля содержит источник питания, световую и звуковую сигнализации и  механизм отключения подачи рабочей жидкости во входной штуцер запорного устройства [Пат. № 2556835  МПК F 15 B 20/00, - прототип ].
Недостаток прототипа системы защиты гидропривода заключается в том, что при разрушении рукавов высокого давления после оповещения световой и звуковой сигнализацией  оператора  о неисправности в гидравлической системе машины и автоматического отключения подачи рабочей жидкости из повреждённого рукава высокого давления и полостей гидродвигателя выбрасывается рабочая жидкость в атмосферу, что снижает эксплуатационную надёжность гидропривода и ухудшает экологическую безопасность окружающей среды.
Технический  результат – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода.
Техническая задача – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода за счёт автоматизированного диагностирования микротрещин на внутренней оболочке рукавов высокого давления и отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию до её разрушения.
Решение технической задачи заключается в том, что система защиты гидропривода, включающая гидробак, редукционный клапан, насос, соединённый напорной гидролинией с гидродвигателем через распределитель, линию слива в гидробак, источник питания электрической цепи, выключатель электрической цепи, световую, звуковую  сигнализации и механизм отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию, кроме того система защиты гидропривода дополнительно оснащена  регистратором гамма-излучения меченых атомов радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости, и осаждающихся в образовавшихся  на внутренней оболочке рукавов высокого давления  микротрещинах, при этом регистратор гамма-излучения неподвижно закреплён резьбовым соединением на хомуте, выполненном из двух равных по величине и симметрично расположенных половинок, соединенных между собой резьбовым соединением и распорной втулкой, обеспечивающими зазор h между наружным диаметром  рукава высокого давления и охватывающим рукав хомутом с возможностью возвратно-поступательного движения хомута  вдоль рукава посредством опорного ролика, установленного на рукаве высокого давления, и свободно вращающегося на оси, зафиксированной стопорными кольцами, предотвращающими  осевое смещение ролика относительно хомута, установленного на рукаве высокого давления, обеспечивается реверсивным электродвигателем, а  на  торце  ролика выполнен зубчатый венец в зацеплении с цилиндрической и соответственно с конической парой ротора электродвигателя,  установленного на хомуте, причём ролик  выполнен в виде гиперболического параболоида с эквидистантной поверхностью, охватывающей рукав высокого давления, а реверсивное переключение электродвигателя выполнено виде  толкателей, расположенных на торцах электродвигателя и ограничителей, установленных на концах рукавов высокого давления, помимо этого, система защиты гидропривода содержит контроллер, предназначенный для  сравнения интенсивности фонового значения гамма-излучения меченых атомов радионуклидов,  растворённых в рабочей жидкости и порогового  или экстремального значений осаждаемых радионуклидов в микротрещинах внутренней оболочки рукавов высокого давления, преобразования принимаемого  регистратором  гамма-излучения радионуклидов в электрический импульс, и, при превышении порогового значения гамма-излучения, передачи импульса по проводнику в электрическую  цепь,  для отключения механизма подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию, включения  световой и звуковой  сигнализаций оповещения оператора об образовании микротрещин на внутренней оболочке рукавов высокого давления до начала их разрушения, кроме того электрическая цепь дополнительно оснащёна автономным выключателем, предназначенным для включения источника питания реверсивного электродвигателя.
Сущность  изобретения заключается в том, что система защиты гидропривода оснащена  регистратором  гамма-излучения растворённых в рабочей жидкости гидропривода и осаждаемых в микротрещинах внутренней оболочки напорной гидролинии  меченых атомов радионуклидов и контроллером, предназначенным для  сравнения интенсивности фонового значения гамма-излучения и порогового или экстремального значения осаждаемых в микротрещинах оболочки радионуклидов и преобразования гамма -излучения в электрический импульс и передачи по проводнику электрической  цепи  для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию до её разрушения, включения  световой и звуковой  сигнализаций оповещения оператора об образовании микротрещин на внутренней оболочке рукавов высокого давления, причём регистратор резьбовым соединением  неподвижно закреплён на хомуте, охватывающем рукав высокого давления  с возможностью возвратно-поступательного движения от реверсивного электродвигателя  установленного на хомуте, причём реверсивное переключение электродвигателя осуществляется толкателями, расположенными на торцах электродвигателя и ограничителями, установленными на концах рукавов высокого давления, при этом электрическая цепь дополнительно оснащёна автономным выключателем электродвигателя, что позволяет полностью исключить выброс рабочей жидкости в атмосферу, повысить эксплуатационную надёжность защиты гидропривода  и   экологическую безопасность окружающей среды.
Таким образом, заявляемое техническое решение, в сравнении с прототипом при исключении из конструкции системы защиты гидропривода запорного устройства, позволяет автоматически диагностировать образование микротрещин на внутренней оболочке напорных рукавов высокого давления в работающем и неработающем гидроприводе и отключить подачу рабочей жидкости в гидродвигатель до начала разрушения рукавов высокого давления, полностью предотвратить выброс в атмосферу рабочей жидкости, тем самым повысить эксплуатационную надёжность защиты гидропривода машин и экологическую безопасность окружающей среды, что является новым техническим результатом заявляемого изобретения.
Заявленное изобретение поясняется графическим материалом:
-на фиг. 1 схематично показан общий вид системы защиты гидропривода;
-на фиг. 2 показан вид С  размещения на хомуте привода регистратора  гамма-излучения радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости и осаждаемых в микротрещинах на внутренней оболочке рукавов высокого давления;
-на фиг. 3 показано сечение  E - E  опорного ролика расположенного на хомуте и реверсивного электродвигателя;
-на фиг. 4 показано  сечение F-F напорного рукава высокого давления и график зависимости интенсивности гамма-излучения от количества радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости и осаждаемых в микротрещинах на внутренней оболочке   напорных рукавов высокого давления.
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,   гидродвигатель 6, напорную цельнометаллическую гидролинию высокого давления 7, напорные гибкие рукава высокого давления 8 поршневой А и штоковой В 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, всасывающую гидролинию 12 гидронасоса 2, механизм 13 для автоматизированного диагностирования микротрещин  в напорных гибких рукавах высокого давления 8,   контроллер 14, электрическую цепь 15.
Редукционный клапан 3 предназначен для переключения потока  рабочей жидкости от насоса 2 через сливную гидролинию 10 в гидробак  1 при неисправном механизме 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7  и  отказе гидрораспределителя 5.
Механизм 4 предназначен для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию  7 при обнаружении неисправности в гидравлической системе и направляет поток рабочей жидкости от насоса 2 по сливной гидролинии 11 в гидробак 1.
Механизм 13 предназначен для обнаружения микротрещин G на  внутренней d оболочке 16 напорных гибких рукавах высокого давления 8 и содержит хомут 17, регистратор 18 гамма – излучения радионуклидов, электродвигатель 19 и  опорный ролик 20.
Хомут 17 выполнен в виде двух половинок, соединённых между собой резьбовым  соединением 32 и распорной втулкой 33, охватывающих наружную 21 оболочку рукава высокого давления 8, предназначен для монтажа  регистратора 18, электродвигателя  19 и опорного ролика 20.
Регистратор 18 предназначен для определения интенсивности гамма-излучения молекул радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости и осаждаемых в микротрещинах G на поверхности 16 внутреннего диаметра  d рукавов высокого давления 8 гидропривода и установлен неподвижно в резьбовом отверстии 22 хомута 17, через которое обеспечивается в пределах угла α  приём сигнала гамма-излучения. При этом определяется значение фонового и порогового или экстремального значения излучения, характеризующего концентрацию  радионуклидов растворённых в рабочей жидкости и осаждаемых в микротрещинах G на поверхности внутреннего диаметра d оболочке16 рукавов высокого давления 8.
Электродвигатель 19  установлен между половинками хомута 17 и неподвижно закреплён винтами 23 и обеспечивает возвратно-поступательного движения механизма 13 по всей длине напорного рукава высокого давления 8. Причём, вращение от электродвигателя 19 на опорный ролик 20 передаётся через коническую 24 и цилиндрическую 25 зубчатые  пары, а переключатель электродвигателя 19 на реверсивное движение выполнен в виде контактной пары 26, пружины 27, толкателей 28, установленных на торцах электродвигателя 19 и упоров 29  неподвижно закреплённых на концах рукавов высокого давления 8.
Опорный ролик 20 выполнен в виде гиперболического параболоида с эквидистантной поверхностью и охватывает наружную D оболочку 21 рукава высокого давления 8, при этом ролик  вращается на оси 30, установленной в отверстиях половинок хомута 17 и зафиксированной с двух сторон от осевого смещения стопорными кольцами 31, при чём на одном из торцов ролика 20 выполнен зубчатый венец цилиндрической пары 25.
Контроллер 14 предназначен для сравнения полученного по каналу связи 34 от регистратора 18 фонового и порогового значений гамма - излучения радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости и  осаждаемых в микротрещинах  G  на внутренней  оболочке 16 рукавов высокого давления 8, преобразования излучения в электрический импульс, передаваемый по проводнику 35 в  электрическую цепь 15.
Электрическая цепь 15 содержит источник питания 36,  выключатель Wi электрической цепи 15, контакт К1 включения световой 37 и звуковой 38 сигнализаций, контакт К2 включения соленоида 39 на отключение механизма 4 подачи рабочей жидкости  в напорную гидролинию 7, проводник 40 с автономным выключателем Wd  питания электродвигателя 19 привода опорного ролика 20 механизма 13.
Работа системы защиты  гидропривода.
Система защиты  гидропривода  работает  следующим  образом.         При подготовке системы защиты  гидропривода  к работе выключателем Wi включается источник  питания 36 электрической цепи 15 и контроллер 14, а  выключателем Wd электродвигатель 19 привода опорного ролика 20 механизма 13.
В контроллере 14 полученный от регистратора 18 сигнал гамма-излучения меченых атомов молекул радионуклидов, осаждаемых в микротрещинах G на внутренней оболочке рукавов высокого давления 8, настраивают на пороговое или экстремальное значение преобразованного излучения в электрический импульс, при  этом происходит срабатывание системы защиты гидропривода на отключение механизма 4 подачи рабочей жидкости в напорную  гидролинию 7 и оповещение оператора световой 37 и звуковой 38 сигнализациями об образовании микротрещин G до разрушения рукавов высокого давления 8.
При неработающем  гидроприводе гидрораспределитель 5 включён в нейтральное положение.  Давление  рабочей жидкости в напорных гибких рукавах высокого давления 8 поршневой А или штоковой  В полостей гидродвигареля 6,  в зависимости от подъёма или опускания рабочего оборудования, одинаковое  и  равно давлению на переливном клапане гидрораспределителя 5, то есть близкому к атмосферному и рабочая жидкость циркулирует от насоса 2  по напорной цельнометаллической гидролинии высокого давления 7, через гидрораспределитель 5, сливную гидролинию 9 в гидробак 1.
Одновременно регистратор 18 автоматически диагностирует наличие микротрещин  G на внутренней оболочке 16  напорных гибких рукавах высокого давления 8, при этом тестирование рукавов высокого давления 8 осуществляют включением выключателя  Wd электродвигателя 19 механизма 13, совершающего возвратно-поступательное движение вдоль рукавов высокого давления 8.
Если фоновое значение гамма-излучения радионуклидов, растворённых в рабочей жидкости, не превышает порогового или экстремального, то на внутренней оболочке 16   рукава высокого давления 8 отсутствуют микротрещины G и рукав считаются исправными, а когда пороговое или экстремальное значение  интенсивности гамма-излучения радионуклидов  превышает фоновое значение, что свидетельствует о наличии микротрещин G на внутренней оболочке 16 рукавов высокого давления 8 и концентрации в них осаждаемых меченых атомов радионуклидов выше чем в рабочей жидкости, то   рукав высокого давления 8 считаются неисправными, при этом в контроллере 14 преобразованный в электрический импульс сигнал гамма-излучения радионуклидов, превышающий пороговое значение, приводит к срабатыванию системы защиты гидропривода и замыканию контактов  К1 и К2 электрической цепи 15 включения световой 37 и звуковой 38 сигнализации и соленоида 39 отключения  механизма 4 подачи рабочей жидкости  в напорную гидролинию 7.
При обнаружения неисправности во время диагностирования рукавов высокого давления  работа гидропривода приостанавливается.
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 и  поршневой А или штоковой В полостях гидродвигателя 6, в зависимости от подъёма или опускания  рабочего оборудования, 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 А или штоковой В 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, вызывающее растягивающие напряжения на внутренней оболочке 16 и образование микротрещин G  с последующим их раскрытием. В микротрещинах G осаждаются растворённые в рабочей жидкости меченые атомы радионуклидов, концентрация которых превышает объёма растворённого в рабочей жидкости, и соответственно значение интенсивности  гамма-излучения превышает фоновое и пороговое значение зафиксированное регистратором 18 и преобразованное контроллером 14 в электрический импульс. Контроллер 14 сравнивает фоновое и превышающее пороговое значение преобразованное в электрический импульс зарегистрированное регистратором 18 гамма – излучения радионуклидов. При превышении  порогового значения гамма - излучения преобразованный в электрический импульс подаётся  на блок управления электрической цепи 15, который  замыкает контакты К1 и К2 на включение соленоида 39 золотника  механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7, световой 37 и звуковой 38 сигнализации автоматического оповещают оператора об  образовании на внутренней 16 оболочке рукавов высокого давления 8 микротрещин G,  при этом рабочая жидкость  направляется  через сливную гидролинию 11 в гидробак 1,
Таким образом, предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом,  повышает эффективность системы защиты   гидропривода, за счёт автоматического диагностирования образования микротрещин на внутренней оболочке рукавов высокого давления, не допускает сквозного разрушения напорных рукавов и полностью исключает несанкционированный выброс рабочей жидкости из гидросистемы в атмосферу, повышает эксплуатационную надёжность гидропривода, обеспечивая экологическую безопасность использования гидропривода рабочих органов машин, при этом, исключив из конструкции прототипа  гидромеханическое запорного устройства, снижаются материалоёмкость  и экономические затраты на изготовление системы защиты гидропривода.