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.
Известно устройство защиты гидравлической системы, включающее насос, соединённый напорной линией с гидродвигателем через распределитель и запорное устройство, установленное в напорной линии и подключённое своей входной полостью к выходу насоса. Запорное устройство включает корпус с размещённым в нём подпружиненным плунжером, выполненным со стороны входной полости осевым каналом, сообщённым отверстием через пружинную полость с установленным в ней упорным стержнем, выходной полостью, подключённой к входу распределителя, а в плунжере выполнены радиальные отверстия, сообщающие осевой канал с линией слива [Патент № 1813937 F 15 B 20/00, - аналог].
Недостаток устройства защиты гидравлической системы обусловлен тем, что при срабатывании гидромеханического узла запорного устройства происходит выброс из повреждённого рукава высокого давления рабочей жидкости в атмосферу, снижает эксплуатационную надёжность, что ухудшает экологическую безопасность окружающей среды.
Известна система защиты гидропривода включающая гидробак, насос, соединённый напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак и запорное устройство, включающее корпус с входной, выходной и глухой полостями, входным, выходным и сливным штуцерами с каналами, установленное в напорной гидролинии и подключённое 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, электрический контролёр, содержащий световой, звуковой сигнализатор и цепь автоматического отключения поврежденной гидролинии [Пат. № 2556835 МПК F 15 B 20/00, - прототип].
Недостаток прототипа системы защиты гидропривода заключается в том, что при разрушении рукавов высокого давления и резкого перепада давления во входной и выходной полостях запорного устройства появляется сигнал, который информирует световой и звуковой сигнализацией оператора о неисправности гидравлической системы машины и отключении подачи рабочей жидкости в повреждённую гидролинию, снижается эксплуатационная надёжность, при этом в процессе оповещения неисправности происходит выброс из повреждённого рукава высокого давления рабочей жидкости в атмосферу.
Анализируемые системы защиты гидропривода имеют общий недостаток, заключающийся в том, что защитное устройство срабатывает от сигнала, вызванного разрушением рукавов высокого давления и перепадом давления во входной и выходной полостях устройства с последующим выбросом из повреждённой гидролинии рабочей жидкости в атмосферу.
Технический результат – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода.
Техническая задача – повышение эксплуатационной надёжности системы защиты гидропривода за счёт предупреждения сквозного разрушения рукавов высокого давления и исключения несанкционированного выброса рабочей жидкости из гидросистемы в атмосферу.
Решение технической задачи заключается в том, что система защиты гидропривода включающая гидробак, насос, соединённый напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидробак, контроллер, содержащий световой и звуковой сигнализаторы, редукционный клапан, механизм отключения подачи рабочей жидкости, кроме того гидропривод оснащён датчиками, установленными на гибких рукавах высокого давления, генерирующими акустические сигналы, вызванные образованием микротрещин, при этом, контроллер дополнительно оснащён преобразователем сигналов акустических датчиков, а также амплитудным и частотным анализаторами электрических импульсов, блоком настройки порога срабатывания системы защиты гидропривода, блоком сравнения фонового значения акустических сигналов и порога срабатывания, поступающих в блок электрической цепи управления исполнительным механизмом, и предназначенным для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию в начальной стадии образования микротрещин и включения световой и звуковой сигнализаций.
Сущность изобретения заключается в том, что установленные на рукавах высокого давления акустические датчики генерируют сигналы начального момента разрушения материала рукавов высокого давления и после обработки сигнала контроллером, оснащенным преобразователем сигналов акустических датчиков, амплитудным и частотным анализаторами электрических импульсов, блоком настройки порога срабатывания, блоком сравнения фонового значения и порога срабатывания, блоком управления электрической цепи, предназначенным для отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию в начальной стадии образования микротрещин и включения световой и звуковой сигнализаций об образовании микротрещин и начальной стадии разрушения рукавов высокого давления, при этом срабатывает световая и звуковая сигнализации и происходит автоматическое отключение подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию, что позволяет исключить выброс рабочей жидкости в атмосферу, повышая тем самым эксплуатационную надёжность и экологическую безопасность окружающей среды.
Таким образом, заявляемое техническое решение, в сравнении с прототипом, при упрощении конструктивного исполнения системы защиты гидропривода и сохранении её функционального назначения, обеспечивает полное исключение выброса в атмосферу рабочей жидкости, повышение эксплуатационной надёжности защиты гидропривода машин и экологической безопасности окружающей среды, что является новым техническим результатом заявляемого изобретения.
Заявленное изобретение поясняется графическим материалом:
- на фиг. 1 схематично представлен общий вид системы защиты гидропривода;
- на фиг. 2 представлена схема алгоритма преобразования акустических сигналов датчиков и управления электрической цепи сигнализации и отключения подачи рабочей жидкости.
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, и гидродвигатель 6, напорную цельнометаллическую гидролинию высокого давления 7, напорные гибкие рукава высокого давления 8 поршневой и штоковой 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 , контроллер 12, блок питания 13, электрическую цепь 14, выключатель W электрической цепи 14, датчики D акустические 15, контакты К1 включения LS световой 16 и ZS звуковой 17 сигнализации, контакты К2 включения соленоида 18 золотника механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7.
Редукционный клапан 3 предназначен для циркуляции рабочей жидкости между насосом 2 и гидробаком 1 через сливную гидролинию 10 при неисправном механизме 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7 и отказе гидрораспределителя 5.
Механизм 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7 направляет поток рабочей жидкости, при обнаружении неисправности в гидравлической системе, от насоса 2 по сливному каналу 11 в гидробак 1.
Контроллер 12 содержит преобразователь сигналов акустических датчиков 12.1, амплитудный 12.2 и частотный 12.3 анализаторы электрических импульсов, блок настройки порога срабатывания 12.4, блок сравнения фонового значения и порога срабатывания 12.5, блок управления электрической цепи 12.6 и предназначен для обработки акустического сигнала и преобразования его в электрический импульс электрической цепи 14 для управления механизмом 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7 и включения световой 16 и звуковой 17 сигнализаций, предупреждающих сквозное разрушение рукавов высокого давления.
Электрическая цепь 14 состоит из выключателя W электрической цепи 14, бортового источника питания 13, контакта К1 включения световой 16 и звуковой 17 сигнализаций, контакта К2 включения соленоида 18 на отключение механизма 4 подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7.
Работа системы защиты гидропривода.
Система защиты гидропривода работает следующим образом. При подготовке системы защиты гидропривода к работе включается насос 2 гидравлической системы, блок питания 13 электрической цепи 14 и осуществляется настройка контроллера 12 на рабочий режим системы защиты гидропривода. Во время настройки контроллера 12 на рабочий режим предварительно в блоке 12.5 выполняется сравнительная оценка фонового значения амплитуды и частоты электрических импульсов полученных после преобразования сигналов акустических датчиков 15 в амплитудные 12.2 и частотные 12.3 электрические импульсы и устанавливается с учётом полученных значений ожидаемый порог срабатывания системы защиты гидропривода.
При неработающем гидроприводе гидрораспределитель 5 включён в нейтральное положение. Давление рабочей жидкости в напорных гибких рукавах высокого давления 8 поршневой или штоковой полостей гидродвигателя 6, в зависимости от подъёма или опускания рабочего оборудования, одинаковое и равно давлению на переливном клапане гидрораспределителя 5, то есть близкому к атмосферному. При этом, сигналы от акустических D датчиков 15 после преобразователя 12.1 контроллера 12 не превышают порога срабатывания и блок управления электрической цепи 12.6 не выдаёт сигналы на контакты К1 и К2 включения световой 16, звуковой 17 сигнализации и соленоида 18 отключения механизма 4 подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7.
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, в поршневой или штоковой полостях гидродвигателя 6 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 или штоковой 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 и вызывает растягивающие знакопеременные напряжения в материале. Поэтому, на внутренних стенках напорных гибких рукавов высокого давления 8 в местах с низкими прочностными характеристиками, образуются микротрещины с последующим их раскрытием. Образование в стенках рукавов под воздействием знакопеременных динамических нагрузок микротрещин вызывает акустические сигналы, которые регистрируются контроллером 12. Контроллер 12 анализирует амплитудные 12.2 и частотные 12.3 электрические импульсы, поступающие от преобразователей сигналов акустических D датчиков 15 и полученные значения передаёт на блок настройки порога срабатывания 12.4 и блок сравнения фонового значения порога срабатывания 12.5. При превышении заданной амплитуды и частоты электрических импульсов порогового значения электрический сигнал подаётся на блок управления электрической цепи 12.6 и замыкает контакты К1 и К2, которые передают электрический импульс в исполнительные механизмы 19 на включение соленоида 18 золотника механизма 4 отключения подачи рабочей жидкости в напорную гидролинию 7, при этом рабочая жидкость направляется через сливную гидролинию 11 в гидробак 1, а световая 16 и звуковая 17 сигнализации автоматически оповещают оператора о нештатной ситуации.
Таким образом, предлагаемое изобретение в сравнении с прототипом, повышает эффективность системы защиты гидропривода, не допускает сквозного разрушения напорных рукавов и исключает несанкционированный выброс рабочей жидкости из гидросистемы в атмосферу, повышает эксплуатационную надёжность гидропривода, обеспечивая экологическую безопасность использования гидропривода рабочих органов машин, при этом, за счёт исключения из конструкции гидромеханического запорного устройства, снижается материалоёмкость и экономические затраты на изготовление системы защиты гидропривода.