ГИДРОСИСТЕМА СПУСКО-ПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА ВОДОЛАЗНОГО КОЛОКОЛА
HYDRAULIC SYSTEM FOR DIVING BELL ROUND-TRIP DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к системам автоматического регулирования, а конкретно к электрогидравлическим системам, предназначенным для обеспечения функционирования спуско-подъемных устройств, обеспечивающих глубоководные работы.
Известна электрогидравлическая система ["Судовая система для подъема грузов с глубины", патент RU 2013302, приоритет 18.04.1991 г.], обеспечивающая глубоководные грузоподъемные работы, имеющая в своем составе компенсатор вертикальной качки носителя. Однако для подобных устройств не предъявляются высокие требования к точности компенсации вертикальной качки ввиду отсутствия обитаемости подводной части устройства.
Известна принятая за прототип ["Гидросистема спуско-подъемного устройства водолазного колокола", патент RU на изобретение №2296692, приоритет 18.06.2005] электрогидравлическая система спуско-подъемного устройства водолазного колокола, опускаемого с корабля для доставки водолазов на глубину и обеспечения условий их обитания при проведении глубоководных работ.
Недостатком данной электрогидравлической системы является ее недостаточная надежность, вызнанная наличием конструктивно сложных и трудоемких в изготовлении гидравлических элементов, а именно компенсатора изменения силы натяжения троса грузового якоря и компенсатора качки водолазного колокола в совокупности с связанными с ними гидроцилиндрами и датчиками положения штоков этих гидроцилиндров. Наличие в системе указанных элементов снижает общую надежность электрогидравлической системы, а также увеличивает трудоемкость при ее изготовлении.
Предлагаемое техническое решение направлено на повышение надежности электрогидравлической системы, упрощение конструкции и снижение трудоемкости се изготовления.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в электрогидравлическую систему управления спуско-подъемным устройством водолазного колокола, содержащую два и более регулируемых насоса, систему управления, выходы которой соединены с управляющими входами каждого регулируемого насоса, первый гидромотор, выход которого соединен с лебедкой грузового якоря, второй гидромотор, выход которого соединен с лебедкой водолазного колокола, а также гидравлическое коммутационное устройство, входы которого соединены с выходами каждого регулируемого насоса, выходы с каждым гидромотором, а управляющий вход - с выходом системы управления, датчики давления, входы которых подключены к выходам всех регулируемых насосов; датчики скорости вращения гидромоторов, входы которых связаны с выходами гидромоторов, а выходы датчиков давления и датчиков скорости вращения гидромоторов соединены с входами системы управления, введены первый и второй датчики углового положения вращающихся барабанов лебедок, причем первый датчик соединен с лебедкой грузового якоря, второй соединен с лебедкой водолазного колокола, а их выходы соединены с вновь введенными входами системы управления.
Материалы заявки поясняются чертежом, на котором представлена блочная схема предлагаемой электрогидравлической системы спуско-подъемного устройства водолазного колокола.
Предлагаемая электрогидравлическая система спуско-подъемного устройства водолазного колокола состоит из не менее двух регулируемых насосов 1, 2, системы управления 3, выходы которой соединены с управляющими входами регулируемых насосов 1, 2, первого гидромотора 4, выход которого соединен с лебедкой 5 грузового якоря, второго гидромотора 6, выход которого соединен с лебедкой 7 водолазного колокола.
Электрогидравлическая система также содержит:
- гидравлическое коммутационное устройство 8, входы которого соединены с выходами каждого регулируемого насоса 1 и 2, выходы - с первым гидромотором 4 и вторым гидромотором 6, а управляющий вход - с системой управления 3;
- датчики давления 9 и 10, входы которых подключены к выходам регулируемых насосов 1 и 2 соответственно, а выходы - к системе управления;
- датчики 11 и 12 скорости вращения гидромоторов, входы которых связаны с выходами гидромоторов 4 и 6 соответственно, а выходы - с системой управления 3;
- первый 13 и второй 14 датчики углового положения вращающихся барабанов лебедок 5 и 7, причем первый датчик 13 соединен с лебедкой 5 грузового якоря, второй датчик 14 соединен с лебедкой 7 водолазного колокола, а их выходы соединены с вновь введенными входами системы управления 3.
Предлагаемая электрогидравлическая система работает следующим образом. Операция спуска с корабля на заданную глубину водолазного колокола начинается с опускания на дно грузового якоря. Для этого система управления 3 подает управляющие команды в гидравлическое коммутационное устройство 8, по которым гидравлическое коммутационное устройство 8 подключает один из регулируемых насосов 1 или 2 к первому гидромотору 4, управляющему лебедкой 5 грузового якоря. Гидравлическое коммутационное устройство 8 представляет собой набор гидравлической аппаратуры с релейными гидрораспределителями, обеспечивающими по управляющим командам от системы управления 3 подключение входных гидромагистралей гидравлического коммутационного устройства 8 к его выходным гидромагистралям в сочетаниях, определяемых необходимостью выполнения операций с гидравлическим оборудованием при решении задач по его применению. С помощью сигнала датчика 11, измеряющего скорость вращения первого гидромотора 4, организуется система управления привода лебедки 5 грузового якоря. В этом случае на управляющий вход регулируемого насоса, например 1, подается сигнал, пропорциональный разности заданной (в системе управления 3) и текущей скорости опускания или подъема грузового якоря, и насос 1, регулируя подачу рабочей жидкости, автоматически обеспечивает постоянство заданной скорости вращения гидромотора 4.
Аналогичным образом организуется управление скоростью привода лебедки 7 водолазного колокола при спуске-подъеме водолазного колокола.
Компенсация изменения силы натяжения троса грузового якоря при вертикальной качке корабля в предлагаемой системе проводится следующим образом. После установки грузового якоря на грунт система управления 3 прекращает травление троса и подает задающий сигнал управления на управляющий вход регулируемого насоса 1, который создаст в рабочей полости гидромотора 4 давление, соответствующее заданной силе натяжения троса. Это давление формируется в системе управления 3 как разность между заданным в системе управления 3 давлением (пропорциональным силе натяжения троса) и текущим давлением на выходе первого гидромотора 4, измеряемым датчиком давления 9, сигнал которого поступает в систему управления 3. Сформированный таким образом сигнал с выхода системы управления 3 поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1, образуя систему поддержания заданного давления в рабочей полости первого гидромотора 4. При вертикальной качке корабля при увеличении силы натяжения троса повышается давление в рабочей полости гидромотора 4, измеряемое датчиком давления 9. Система управления 3 формирует управляющий сигнал, уменьшающий подачу рабочей жидкости от регулируемого насоса 1, тем самым уменьшая давление в рабочей полости первого гидромотора 4. Первый гидромотор 4 вращает лебедку 5 грузового якоря в сторону, обеспечивающую поддержание заданной силы натяжения троса. Обратный процесс происходит при снижении силы натяжения троса относительно заданной в системе управления 3. В этом случае система управления 3 формирует управляющий сигнал, обеспечивающий вращение первою гидромотора 4 в сторону увеличения силы натяжения троса. Быстродействие предлагаемой электрогидравлической системы обеспечивает парирование с требуемой точностью низкочастотных колебаний корабля при волнении.
Компенсация качки водолазного колокола при колебаниях корабля при волнении построена по принципу следящего привода, в котором привод, управляющий положением вращающегося барабана лебедки 7 водолазного колокола, синхронно отрабатывает изменение положения вращающегося барабана лебедки 5 грузового якоря, управление которой при колебаниях корабля описано выше. В этом случае первый датчик 13 углового положения (например, вращающийся трансформатор) вращающегося барабана лебедки 5 грузового якоря выдает в систему управления 3 сигнал, пропорциональный угловому положению вращающегося барабана лебедки 5 грузового якоря относительно ее корпуса. Второй датчик 14 углового положения вращающегося барабана лебедки 7 водолазного колокола выдает в систему управления 3 сигнал, пропорциональный угловому перемещению вращающегося барабана лебедки 7 водолазного колокола относительно ее корпуса. Система управления 3 формирует (например, с помощью сумматора, построенного на основе стандартного операционною усилителя) на управляющем входе регулируемого насоса 2 сигнал, пропорциональный разности сигналов первого датчика углового положения 13 и второго датчика углового положения 14. Гидромотор 6 вращает барабан лебедки 7 водолазного колокола в сторону уменьшения разности сигналов первого датчика углового положения 13 и второго датчика углового положения 14, обеспечивая синхронность вращения лебедки 5 грузового якоря и лебедки 7 водолазного колокола при качке корабля. Таким образом, обеспечивается компенсация влияния качки корабля на положение водолазного колокола относительно грунта. Точность компенсации качки водолазною колокола зависит только от параметров следящего привода и практически соответствует точности компенсации изменения силы натяжения троса грузового якоря.
Таким образом, вновь введенные элементы следящей системы в совокупности с вновь введенными соединениями обеспечивают выполнение функциональных задач, поставленных перед электрогидравлической системой спуско-подъемного устройства водолазного колокола, причем состав предлагаемой системы упрощен за счет исключения компенсатора изменения силы натяжения троса грузового якоря и компенсатора качки водолазного колокола в совокупности с связанными с ними гидроцилиндрами и датчиками положения штоков этих гидроцилиндров, что повышает общую надежность системы.
Предлагаемое техническое решение проверено электронным моделированием в ФГУП ВНИИ "Сигнал", а также макетированием компенсации изменения силы натяжения троса грузового якоря и перемещения водолазного колокола при качке корабля за счет работы приводов вращения лебедок. Результаты проверки показали, что предлагаемое техническое решение позволило обеспечить требуемую точность поддержания заданных технических характеристик системы, обеспечить упрощение ее конструкции, а также повысить надежность системы в целом.
Предлагаемое техническое решение рекомендовано к введению в конструкторскую документацию электрогидравлической системы спуско-подъемного устройства водолазного колокола, разрабатываемую для перспективного спасательного судна.