СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЖИМНЫМИ ГИДРОЦИЛИНДРАМИ И СТЕНД ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
METHOD OF CONTROLLING CLAMPING HYDRAULIC CYLINDERS AND TEST BENCH FOR SCREWING ON/OFF THREAD JOINTS OF HYDRAULIC DOWNHOLE MOTORS

Изобретение относится к области машиностроения и различным технологическим процессам, а именно:
гидравлическим системам с аккумуляторами;
гидравлическим системам с сервомеханизмами без следящих устройств для синхронизации двух и более сервомеханизмов;
зажимным патронам, удерживающим обрабатываемые изделия радиально действующими элементами с помощью гидравлических средств, расположенных в патроне;
устройствам для сборки и разборки винтовых соединений металлических узлов и деталей.
Известен СТЕНД ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ по SU 170427 А от 22.06.1963 года (В23Р 19/06; Е21С 19/00; G01L 5/24), содержащий передний вращающийся захват, снабженный электромеханическим приводом для его вращения и зажимным патроном, электрогидравлическую систему управления, с помощью которой и осуществлялось выключение электродвигателя привода при достижении заданного крутящего момента, и задний подвижный захват, зажимной патрон в котором смонтирован на тележке, способной перемещаться по рельсам, содержащий силовые датчики - месдозы и манометр для индикации измеряемых значений.
Недостатками известного устройства являются высокая трудоемкость и низкая надежность удержания обрабатываемых изделий в зажимных патрона, которое осуществлялось радиально - действующими винтами.
Известна ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ К СТАНКУ ДЛЯ НАВИНЧИВАНИЯ МУФТ НА ТРУБЫ по SU 1122464 А от 03.06.1983 года (В23Р 19/06; B23Q 3/06), снабженная гидравлической системой управления, содержащей цепь зажима муфты посредством гидроцилиндров и цепь вращения муфты посредством гидромотора, включающей в себя адаптивную связь между усилием зажима муфты и моментом ее вращения. Пример осуществления известного изобретения поясняет гидравлическая схема, на которой показаны устройство гидросистемы и способ управления зажимными гидроцилиндрами, которые располагают в зажимном патроне радиально, рабочая жидкость в которые подается гидрораспределителем от гидронасоса. Вращение зажимного патрона осуществляют гидромотором, в который рабочая жидкость подается другим распределителем от другого гидронасоса. Давление в гидроцилиндрах зажимного патрона контролируют датчиками давления и регулируют пропорциональным клапаном, которые управляют давлением подачи рабочей жидкости в зажимные гидроцилиндры от первого гидронасоса пропорционально давлению рабочей жидкости, подаваемой от второго гидронасоса в гидродвигатель, и осуществляют, таким образом, адаптивную электрогидравлическую связь между усилием зажима и крутящим моментом.
Недостатками известной ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ К СТАНКУ ДЛЯ НАВИНЧИВАНИЯ МУФТ НА ТРУБЫ являются высокие энергозатраты, обусловленные необходимостью непрерывной работы гидростанции под высоким давлением в период удержания изделий в зажимных патронах, а также низкая надежность и опасность утечек в подвижных гидравлических соединениях трубопроводов, соединяющих гидронасос и зажимные гидроцилиндры, расположенные в зажимном патроне, который способен вращаться.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности заявляемого устройства.
Предлагаются способ и предназначенное для его осуществления устройство. На достижения технического результата направлено то, что заявляемый способ осуществляют в заявляемом устройстве.
Технический результат выражается в том, что уменьшается опасность утечек в подвижных соединениях элементов гидросистемы предлагаемого устройства и повышается надежность удержания - фиксации обрабатываемых изделий в зажимных патронах, которые, например, способны вращаться.
Сущность технического решения заключается в том, что в предлагаемом СПОСОБЕ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОЦИЛИНДРАМИ ЗАЖИМНОГО ПАТРОНА СТЕНДА ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ включают подачу рабочей жидкости от пневмогидроаккумулятора, посредством которого поддерживают необходимое давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах зажимного патрона, и от гидронасоса, при этом зажимной патрон выполняют с возможностью его вращения, снабжают гидроколлектором и рабочую жидкость в гидроцилиндры зажимного патрона подают через подвижные соединения гидравлических магистралей в гидроколлекторе, при этом гидрозамок с декомпрессором и пневмогидроаккумулятор располагают и подключают в зажимном патроне.
Сущность технического решения заключается в том, что предлагаемый СТЕНД ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ содержит гидростанцию, оснащенную пневмогидроаккумуляторами, гидронасосами, гидрозамками, и гидрораспределители, к которым подключаются зажимные патроны, один из которых снабжен гидроколлектором и способен вращаться, другой подключен посредством гибких гидравлических магистралей и способен перемещаться линейно, каждый из которых снабжен делителем и гидроцилиндрами зажимного патрона, которые подключаются к делителю, при этом гидрозамок с декомпрессором и пневмогидроаккумулятор располагаются и подключаются в каждом зажимном патроне.
Пример осуществления заявляемого изобретения поясняет принципиальная гидравлическая схема предлагаемого устройства, изображенная на фиг.1, на которой посредством известных и стандартных условных обозначений поясняется предлагаемое расположение и подключение всех известных элементов. На фиг.1 поясняется следующее.
Гидросистема предлагаемого СТЕНДА ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (в дальнейшем - СТЕНДА) содержит гидростанцию 1, снабженную гидронасосами и гидрозамком, гидрораспределители 2 и зажимные патроны 8 и 9.
Зажимной патрон 8 способен вращаться, снабжен гидроколлектором 4 и через подвижные соединения гидравлических магистралей в гидроколлекторе 4 подключен к одному из гидрораспределителей 2.
Зажимной патрон 9 способен перемещаться линейно и к подключен гидрораспределителю 2 посредством гибких гидравлических магистралей.
Каждый зажимной патрон 8 и 9 снабжен гидрозамком 7, гидроаккумулятором 6, делителем 5 и гидроцилиндрами 3, которые подключены к делителю 5.
На фиг.1 поясняется, как подключаются гидрозамок 7 и пневмогидроаккумулятор 6 в каждом зажимном патроне 8 и 9.
На фиг.1 в составе каждого гидрозамка 7 изображен декомпрессор и поясняется принцип работы всех элементов предлагаемого СТЕНДА.
На фиг.2, 3 и 4 изображены примеры известных конструкций пневмогидроаккумулятора 6 гидрозамка 7, делителя 5, гидроцилиндров 3 и поясняется, как они располагаются в зажимных патронах 8 и 9, а именно:
На фиг.2 изображен разрез зажимного патрона 8 по оси его вращения. В разрезе показаны гидроколлектор 4, делитель 5 и гидроцилиндры 3:
На фиг.3 изображен вид со стороны обрабатываемого изделия на зажимной патрон 8, который способен вращаться, содержащий гидроколлектор (который на фиг.2 не показан), делитель 5, гидроцилиндры 3, а также пневмогидроаккумулятор 6 модели АРХ-0.4/320 и гидрозамок 7 модели М-3КУ 20/320;
На фиг.4 изображен вид на зажимной патрон 9, который способен перемещаться линейно, содержащий делитель 5, гидроцилиндры 3, а также пневмогидроаккумулятор 6 модели АРХ-0.4/320 и гидрозамок 7 модели М-3КУ 20/320.
Для осуществления заявляемого способа и нормальной работы предлагаемого устройства объем каждого пневмогидроаккумулятора должен быть достаточен для компенсации деформаций деталей обрабатываемых изделий штоками гидроцилиндров в зажимных патронах. Расчеты и практика показали, что для надежного удержания изделий с наружным диаметром от 65 до 300 миллиметров в зажимном патроне, оснащенном шестью гидроцилиндрами диаметром по 165 миллиметров, при давлении рабочей жидкости в до 20 МПа, достаточен рабочий объем 400 сантиметров кубических, при условии, что газовую полость пневмогидроаккумулятора заряжают инертным газом под давлением от 7 до 8 МПа.
Предлагаемый технический результат достигается, например, тогда, когда в каждом зажимном патроне СТЕНДА располагают и указанным образом подключают поршневой гидроаккумулятор модели АРХ-0.4/320 и гидрозамок модели М-3КУ 20/320 в стандартном исполнении «без дренажа с декомпрессором». Габариты и присоединительные размеры пневмогидроаккумулятора модели АРХ-0.4/320 и гидрозамка модели М-3КУ20/320 позволяют расположить их между зажимными гидроцилиндрами, не увеличивая габаритов зажимных патронов СТЕНДА.
Известно, что необходимым требованием для обеспечения высокой производительности и качества работы СТЕНДА ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ является необходимость точного и быстрого центрирования деталей обрабатываемых изделий.
При этом гидростанция обычно оснащается несколькими гидронасосами, необходимый порядок работы которых устанавливается посредством гидрозамков.
Пример осуществления предлагаемого устройства показывает, что наличие делителя 5 в зажимных патронах 8 и 9, а также двух гидронасосов и гидрозамка, которыми снабжена гидростанция 1, не препятствует осуществлению предлагаемого способа в предлагаемом устройстве.
Таким образом, качество работы и производительность предлагаемого устройства не ухудшается в сравнении с известным уровнем техники.
Предлагаемый способ осуществляется в предлагаемом устройстве при его нормальной эксплуатации.
Предлагаемый СТЕНД работает следующим образом.
Для фиксирования деталей обрабатываемых изделий в зажимных патронах 8 и 9 включают гидрораспределители 2, расположенные на гидростанции 1, и осуществляют подачу рабочей жидкости от двух гидронасосов, расположенных на гидростанции 1 в поршневые полости гидроцилиндров 3.
При этом зажимные патроны 8 и 9, и другие элементы гидросистемы СТЕНДА работают следующим образом.
- В зажимной патрон 8, который способен вращаться, рабочая жидкость подается через подвижные соединения гидравлических магистралей в гидроколлекторе 4 и гидрозамок 7, представляющий собой управляемый обратный клапан, который пропускает рабочую жидкость в направлении пневмогидроаккумулятора 6 и делителя 5;
- Зажимной патрон 9 работает подобным же образом и отличается только тем, что в нем отсутствует гидроколлектор и жидкость из гидрораспределителя 2 подается в гидрозамок 7 через гибкие гидравлические магистрали;
- Делитель 5 делит поток рабочей жидкости между поршневыми полостями гидроцилиндров 3, штоки которых синхронно выдвигаются и центрируют детали обрабатываемых изделий в каждом зажином патроне;
- Процесс центрирования ускоряется при наличии на гидростанции 1 нескольких гидронасосов, например двух, а также гидрозамка (или нескольких гидрозамков), посредством которого устанавливается необходимый порядок работы гидронасосов;
- После завершения центрирования давление начинает значительно повышаться, при этом посредством гидрозамка, расположенного на гидростанции, от повышенного давления рабочей жидкости (например, более 5 МПа) разгружается один из гидронасосов и дальнейшая подача осуществляется с меньшей производительностью, например, от одного гидронасоса;
- При подаче с меньшей производительностью от гидростанции 1 давление в гидроцилиндрах 3 продолжает повышаться, рабочая жидкость поступает в пневмогидроаккумуляторы 6 и они плавно заряжаются;
- По достижении необходимого давления гидрораспределители выключаются в нейтральное положение, при котором все присоединенные к ним магистрали соединяются со сливной магистралью гидростанции 1;
- После выключения гидрораспределителей 2 гидрозамки 7 удерживают рабочую жидкость и не позволяют ей сливаться в гидростанцию 1, пневмогидроаккумуляторы 6 поддерживают необходимое давление в делителе 5 и гидроцилиндрах 3 в каждом зажимном патроне 8 и 9.
Таким образом, в зажимных патронах СТЕНДА детали обрабатываемых изделий фиксируются и в зафиксированном состоянии длительно удерживаются при их свинчивании или развинчивании.
Работоспособность предлагаемого устройства обеспечивается следующим образом.
Для освобождения обрабатываемых деталей из зажимных патронов СТЕНДА переключают гидрораспределители 2 и рабочую жидкость подают в штоковые полости гидроцилиндров 3 и полость управляющего плунжера в гидрозамке 7. При этом в зажимных патронах 8 и 9, а также в гидравлических магистралях и подвижных соединениях элементов гидросистемы СТЕНДА происходит следующее:
- Происходит редукция давлений рабочей жидкости в гидроцилиндрах 3, в результате которой давление рабочей жидкости, выдавливаемой из поршневых полостей гидроцилиндров 3, повышается и превышает давление рабочей жидкости, поступающей в штоковые полости гидроцилиндров 3;
- Вследствие редукции, происходящей в гидроцилиндрах, давление рабочей жидкости, воздействующее на обратный клапан гидрозамка 7, превышает давление рабочей жидкости, воздействующей на управляющий плунжер обратного клапана в гидрозамке 7;
- Повышенное давление рабочей жидкости, выдавливаемой через делитель 5 в пневмогидроаккумулятор 6, передается в гидрозамок 7 и воздействует на обратный клапан гидрозамка 7, прижимая обратный клапан к седлу гидрозамка 7, препятствуя его открытию.
Примерные расчетные данные показывают, что в предлагаемом примере осуществления изобретения соотношении площади поршня к площади поперечного сечения штока достигает значения три к одному.
При этом о гидрозамках известно следующее:
- Для стандартного гидрозамка, который не снабжен декомпрессором, нормированное соотношение управляющего давления к рабочему устанавливается в пределах от одного к четырем до одного к трем.
- Для гидрозамка с декомпрессором нормированное соотношение управляющего давления к рабочему устанавливается в пределах от одного к двадцати пяти до одного к двадцати.
Таким образов, гидрозамки, снабженные декомпрессорами, способны открываться при меньшей разности давлений.
В предлагаемом устройстве гидрозамки 7 должны быть способны работать таким образом, чтобы давление, необходимое для открытия декомпрессора, и равное давлению в штоковых полостях гидроцилиндров 3, никаким образом не повышало давления в поршневых полостях гидроцилиндров 3.
Работоспособность предлагаемого устройства обеспечивается тем, что пневмогидроаккумуляторы 6 и гидрозамки 7 располагают и подключают в соответствии с гидросхемой, представленной на фиг.1.
Устройство и принцип работы гидрозамка 7 поясняется на этой же фиг.1, на которой в составе гидрозамка 7 изображен декомпрессор.
Гидрозамок 7 устроен и способен работать следующим образом:
- Гидрозамок 7 снабжен декомпрессором, который представляет собой маленький управляемый обратный клапан, который расположен в основном управляемом обратном клапане гидрозамка;
- Декомпрессор способен срабатывать при меньшем усилии со стороны управляющего плунжера и, соответственно, при меньшей разности давлений, чем основной управляемый обратный клапан гидрозамка;
- Посредством декомпрессора, который способен управлять маленьким потоком рабочей жидкости, обеспечивается плавное уменьшение разности давлений в полостях гидрозамка.
После уменьшения разности давлений рабочей жидкости, прижимающей основной обратный клапан к седлу гидрозамка, управляющий плунжер приобретает способность преодолеть сопротивление основного управляемого обратного клапана гидрозамка и открыть его.
Предварительный расчет показывает, что при предполагаемом рабочем давлении, например, до 20 МПа, управляющее давление, необходимое для открытия декомпрессора в гидрозамке, например, модели М-№КУ 20/320 не может превысить 1 МПа.
На практике наличие декомпрессора в каждом гидрозамке 7 и пневмогидроаккумулятора 6 в каждом зажимном патроне сглаживает проявление редукции в гидроцилиндрах и смягчает ее последствия. В предлагаемом примере осуществления изобретения гидрозамок 7 легко открывается и рабочее давление в гидроцилиндрах 3, равное максимально допустимому, никаким образом более не повышается и в момент открытия гидрозамка 7 не превышает максимально допустимого значения, например 20 МПа.
При предлагаемом расположении и подключении гидрозамка 7 с декомпрессором и гидроаккумулятора в каждом зажимном патроне 8 и 9, гидрозамок 7, известная конструкция которого изображена на фиг.1, способен обеспечить плавную и безударную разрядку гидроаккумулятора 6, которая не будет сопровождаться значительным повышением и резким падением давления рабочей жидкости, гидравлическими ударами в гидроцилиндрах зажимных патронов и в подвижных соединениях гидравлических магистралей в гидроколлекторе 4 и в гибких гидравлических магистралях, через которые подают рабочую жидкость от гидростанции 1.
После срабатывания декомпрессоров в гидрозамках 7 освобождение деталей обрабатываемых изделий из зажимных патронов 8 и 9, совершается следующим образом:
- Через клапан декомпрессора гидрозамка 7 плавно разряжается гидроаккумулятор 6;
- После разрядки гидравлической полости пневмогидроаккумулятора 6 и уменьшения давления в поршневых полостях гидроцилиндров 3 и управляющий плунжер в гидрозамке 7 преодолевает сопротивление основного клапана и открывает его, позволяя рабочей жидкости свободно сливаться в гидростанцию 1;
- Делитель 5 начинает работать в качестве сумматора, обеспечивая синхронное втягивание штоков гидроцилиндров 3;
Под давлением жидкости, поступающей в штоковые полости, штоки гидроцилиндров 3 втягиваются и освобождают детали обрабатываемых изделий из зажимных патронов 8 или 9.
При свинчивании-развинчивании могут происходить упругие и пластичные деформации деталей обрабатываемых изделий штоками гидроцилиндров зажимных патронов. Для компенсации деформаций и надежного удержания - фиксации деталей обрабатываемых изделий в гидроцилиндры каждого зажимного патрона подают рабочую жидкость от пневмогидроаккумулятора 6.
Таким образом, осуществляется работа предлагаемого СТЕНДА и предлагаемый способ.
Технический результат при этом достигается в процессе выполнения основной функции СТЕНДА ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, а именно: при свинчивании и развинчивании деталей обрабатываемых изделий в зажимных патронах 8 и 9.
Отличительными особенностями предлагаемого СТЕНДА является то, что гидрозамок 7 и гидроаккумулятор 6 располагаются и подключаются в каждом зажимном патроне 8 и 9.
При выполнении основной функции СТЕНДА указанные отличительные особенности проявляются следующим образом:
- Посредством пневмогидроаккумуляторов 6 поддерживают необходимое давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах зажимных патронов при их вращении и линейном перемещении;
- Посредством гидрозамков 7 удерживают рабочую жидкость и разгружают подвижные соединения элементов гидросистемы от давления рабочей жидкости в гидроаккумуляторе 6 и гидроцилиндрах зажимных патронов.
Таким образом, выполнение основной функции предлагаемого СТЕНДА ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ осуществляется при полном отсутствии гидравлических нагрузок в подвижных соединениях элементов его гидросистемы, следовательно, опасность утечек через эти соединения уменьшается, и надежность предлагаемого СТЕНДА повышается.
Достигается технический результат и решение задачи, на которое направлено предлагаемое изобретение.
При этом предлагаемый способ осуществляется, например, при управлении гидроцилиндрами 3 зажимного патрона 8 в предлагаемом СТЕНДЕ ДЛЯ СВИНЧИВАНИЯ И РАЗВИНЧИВАНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.
Формула изобретения содержит два независимых пункта, в которых заявляются способ и предназначенное для его осуществления устройство.