Гидравлический распределитель для морской воды



Гидравлический распределитель для морской воды
Гидравлический распределитель для морской воды

 


Владельцы патента RU 2555635:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Распределитель предназначен для распределения или питания для сервомеханизмов, у которых в качестве рабочей жидкости используется морская вода. Распределитель имеет клапанную четырехлинейную трехпозиционную симметричную гидравлическую схему с линиями нагнетания, слива и двумя выходными линиями к раздельным полостям гидродвигателя. Он содержит три каскада усиления и гидрозамок. Все запорно-регулирующие элементы выполнены в виде шариков. Технический результат - значительное улучшение конструкции гидрораспределителя для работы с электролитически агрессивной и маловязкой морской водой в качестве рабочей жидкости гидрораспределителя в приводах подводного робота. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электрогидравлическим устройствам для распределения или питания, приспособленным для управления сервомеханизмами с электрически управляемыми пилотными клапанами, с морской водой в качестве рабочей жидкости.

Уровень техники

Известен клапанный трехлинейный трехпозиционный (3/3) гидравлический распределитель с защитой линии отвода от перегрузок, ее запирание и демпфирование (патент RU 2375611, МПК F15B 13/044, опубл. 10.12.2009), предназначенный для подвода и отвода жидкости в полость гидродвигателя с защитой ее от перегрузок, запирания полости и удержания груза на весу, вытеснения жидкости из полости гидродвигателя с демпфированием для обеспечения равномерного движения с любой заданной скоростью. Распределитель содержит прямоугольный металлический корпус стыкового монтажа с отводной, подводной и сливной линиями, предохранительный клапан с пилотом, управляемый клапан с пилотом и два обратных клапана, каждый из которых включает втулку-седло, шарик и пружину. При этом в торец корпуса, по длинной его оси, встроен предохранительный клапан с двумя управляющими клапанами и пилотом. Перпендикулярно длинной оси корпуса встроен управляемый клапан с пилотом. При этом подклапанная полость предохранительного клапана соединена каналом с боковой поверхностью затвора управляемого клапана и линией отвода, линия подвода подключена к подклапанной полости управляемого клапана, линия слива соединена с боковой поверхностью предохранительного клапана, а в отводящих каналах линий отвода и подвода установлены обратные клапаны, герметично перекрывающие последние от перетечек жидкости из одной линии в другую.

Однако этот гидрораспределитель относится к гидроприводу карьерного бурового станка. Другие области применения изобретения: гидропривод управления ковшом экскаватора, гидроподъемники, гидравлические прессы и листогибы. И он никак не приспособлен для работы с агрессивной и низковязкой морской водой в качестве рабочей жидкости. Кроме того, этот 3/3 гидрораспределитель имеет сложную гидравлическую схему.

Наиболее близким аналогом по конструкции можно признать четырехлинейный трехпозиционный (4/3) электрогидравлический седельный (клапанный) распределитель с управлением от пилота или с помощью каналов управления - разработки и производства немецкой компании Бош Рексрот (Bosch Rexroth Книга: Гидропривод. Основы и компоненты. Учебный курс по гидравлике, том 1, издательство: Бош Рексрот АГ, 2003 г., стр. 195-197). Этот гидрораспределитель содержит запорно-регулирующие элементы (ЗРЭ) клапанного типа с электрогидравлическим управлением - электромеханический преобразователь (первый каскад) и пилотный второй каскад с двумя конусными ЗРЭ, а в основном третьем каскаде запирание одной из полостей происходит за счет наличия перепада давлений нагнетания, подводимого под торцы четырех конусных ЗРЭ с пружинами.

Распределитель 4/3 означает, что к нему подходят 4 линии (нагнетание от насоса слив и две рабочие линии к гидродвигателю), а находиться распределитель может в 3-х состояниях (подача в одну линию гидродвигателя и слив из другой, подача и слив в обратном направлении и среднее нейтральное положение).

В клапанных (седельных) гидрораспределителях в корпусе имеются ЗРЭ, выполненные в виде шариков или конусов. Эти элементы автоматически прижимаются к седлам пружинами и отжимаются от седел плунжерами. Каналы для рабочей жидкости расположены перед и после запорного элемента. Поток всегда движется от запорного элемента к седлу. Это единственный путь управления потоком (прерывания или пропускания). В противоположном направлении присутствует эффект обратного клапана.

Места контакта между запорным элементом и седлом герметичны, что идеально для гидравлических зажимных и фиксирующих механизмов. Кстати, применение клапанного (а не золотникового) распределителя еще лучше тогда, когда рабочая жидкость в гидравлике - морская вода, вязкость которой намного меньше, чем у масла, из-за чего ее утечки могут быть значительно больше в случае золотникового распределителя.

Однако прототипный гидрораспределитель также не предназначен и не приспособлен для работы с электролитически агрессивной и низковязкой морской водой в качестве рабочей жидкости, а также не содержит управляемый гидрозамок для запирания полостей гидродвигателя и удержания груза в подвешенном состоянии.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого изобретения - значительное улучшение конструкции гидрораспределителя для работы с электролитически агрессивной и маловязкой морской водой в качестве рабочей жидкости гидрораспределителя в приводах подводного робота.

Конструкция предлагаемого гидрораспределителя компактнее, чем у прототипа, за счет того, что в предлагаемом распределителе в третьем каскаде только один блок с парой шариков, а в прототипе - два блока с двумя парами шариков и с пружинами. Также в конструкции прототипа нет гидрозамка, используемого в предлагаемом гидрораспределителе для герметичного запирания полостей исполнительных двигателей после прекращения подачи рабочей жидкости и удержания их в статическом положении. Совмещать гидрораспределитель с гидрозамком также необходимо для обеспечения безопасности, а именно: если оборвалась гидравлическая линия, то полости гидродвигателя при наличии гидрозамка окажутся запертыми, и при этом давление в полостях будет продолжать держать вес груза. При применении предлагаемого гидрораспределителя в подводном манипуляторе это необходимо для удержания груза в схвате манипулятора в случае его аварии.

Также в прототипе в таблице его технических данных указано, что рабочей жидкостью является минеральное масло, а предлагаемый гидрораспределитель должен работать на морской воде, поэтому в нем были применены материалы, пригодные для работы с морской водой, а именно: полимерный материал - полиарилэфиркетон VICTREX PEEK WG102 (разработки и производства компании VICTREX plc) - этот материал инертен к морской воде и может быть использован при высоких скоростях и больших уровнях P·V (например, при скорости V=1 м/с и давлении Р=8 МПа мощность Ρ·V будет около 8 МПа·м/с). Главным преимуществом выбора VICTREX РЕЕК для работы с морской водой является следующая высокоэффективная совокупность свойств этого материала: хорошие антифрикционные свойства; высокая механическая прочность; способность работать в паре трения с титаном в условиях недостаточной или даже отсутствующей смазки.

Детали предлагаемого гидрораспределителя с гидрозамком выполнены преимущественно из титанового деформируемого сплава ВТ6. Во всех сопрягаемых взаимоподвижных деталях в гидрораспределителе, представляющих собой пару трения, таких, например, как плунжер-гильза, одна из сопрягаемых деталей сделана из титана (титанового деформируемого сплава ВТ6), а другая - с применением антифрикционного полимерного материала - полиарилэфиркетона VICTREX PEEK WG102 (в паре плунжер-гильза: гильза - титановая, а плунжер - со вставками опорных колец из VICTREX РЕЕК).

В конструкции присутствуют плунжеры, которые состоят из двух опорных колец по бокам из VICTREX РЕЕК и между ними по центру плунжера стоит комбинированное уплотнительное кольцо, составленное из двух колец: внутреннего - резинового кольца и внешнего - из коксонаполненого фторопласта.

Кроме того, так как распределитель используют в морской воде, а его магнитопровод с якорем сделаны из магнитной углеродистой стали, то они должны быть дополнительно залиты герметизирующим защитным компаундом. Ведь в морской воде титан со сталью образуют сильную электролитическую пару, и сталь будет ускоренно корродировать в морской воде из-за титана, находящегося в непосредственной близости от стали. Чтобы избежать это, необходимо применение герметизирующих сталь и стойких к морской воде с большим давлением (примерно до 60 МПа) компаундов. Одним из таких компаундов является гелькоут (гелеобразное отверждаемое покрытие), который является изолятором углеродистой стали электромагнитного каскада гидрораспределителя от агрессивного корродирующего влияния титана в соленой морской воде (примечание: конкретно был использован гелькоут белый серии 10000 - двухкомпонентный эпоксидный компаунд эпитал по ТУ 5772-111-18826195-00).

Шарики ЗРЭ также являются практически коррозионно-стойкими керамическими и сделаны из нитрида кремния Si3N4, твердого тугоплавкого материала, который имеет кристаллическую решетку, аналогичную решетке алмаза.

Таким образом, предлагаемый гидравлический распределитель имеет клапанную четырехлинейную трехпозиционную симметричную гидравлическую схему с линиями нагнетания, слива и двумя выходными линиями к раздельным полостям гидродвигателя и содержит три каскада усиления, при этом первый каскад - электрогидравлический с двумя дискретными электромагнитами с толкателями двух клапанных запорно-регулирующих элементов (ЗРЭ) с четырьмя рабочими кромками второго пилотного каскада, управляющего третьим каскадом также с клапанными ЗРЭ. Причем третий каскад также содержит два ЗРЭ с четырьмя рабочими кромками, при этом линии управления второго пилотного каскада подведены к торцам двух плунжеров толкателей третьего каскада, в центры второго и третьего каскадов между их ЗРЭ подведены линии нагнетания насоса, а линии слива подведены к полостям толкателей ЗРЭ второго и третьего каскадов. Далее управляющие линии третьего каскада подведены к полостям с толкателями центрального плунжера для двух ЗРЭ с двумя рабочими кромками гидрозамка и с двумя боковыми полостями с пружинами поджатая ЗРЭ к рабочим кромкам. Указанные боковые полости гидрозамка содержат выходные линии с возможностью соединения с рабочими полостями гидродвигателя. Кроме того, с учетом морской воды в качестве рабочей жидкости гидрораспределителя, во всех сопрягаемых взаимоподвижных деталях в гидрораспределителе с гидрозамком, представляющих собой пару трения, таких как плунжер-гильза, одна из сопрягаемых деталей сделана из титана или титанового деформируемого сплава ВТ6, а другая - с применением антифрикционного полимерного материала. Магнитопроводы с якорями дискретных электромагнитов из магнитной углеродистой стали дополнительно герметично залиты защитным компаундом, а ЗРЭ выполнены керамическими. Также рабочий ход каждого из двух шариков ЗРЭ третьего каскада между рабочими кромками составляет ориентировочно около 2% от диаметра этих шариков, чтобы не возникало ситуаций коммутации центральной линии нагнетания с линий слива через шариковый клапан третьего каскада в его нейтральном положении.

Перечень фигур

Фиг. 1 - принципиальная схема устройства предлагаемого гидрораспределителя;

Фиг. 2 - условное графическое обозначение предлагаемого гидрораспределителя.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 сверху вниз представлены все каскады усиления предлагаемого гидрораспределителя с гидрозамком для морской воды (симметричная схема).

Обозначения на фиг. 1: Ρ - линия высокого давления нагнетания, Τ - линия низкого давления слива, PA и PB (или A и B) - выходные рабочие линии из полостей гидрозамка к полостям гидродвигателя.

Позиции на фиг. 1: 1 - шарик ЗРЭ второго пилотного каскада, 2 - дискретный электромагнит первого каскада, 3 - толкатель первого каскада, 4 - плунжер с толкателем третьего каскада, 5 - шарик ЗРЭ третьего каскада, 6 - пружина гидрозамка, 7 - шарик гидрозамка, 8 - единый центральный плунжер с двумя толкателя двух шариков гидрозамка.

Первый каскад (сверху) - электромагнитный, представляет собой два толкателя, поджатых якорями своих дискретных электромагнитов.

Второй - пилотный каскад, который состоит из двух шариков ЗРЭ с четырьмя рабочими кромками с двух сторон от ЗРЭ типа сфера на кромку. ЗРЭ пилотного каскада выполнены таким образом, что с одной стороны (с центра между ними) они поджаты высоким давлением нагнетания, а с противоположных боковых сторон шарики поджаты толкателями первого каскада.

Третий - основной каскад также состоит из двух шариков ЗРЭ с четырьмя рабочими кромками с двух сторон от ЗРЭ типа сфера на кромку, с одной стороны (с центра между ними) поджатых высоким давлением нагнетания, а с противоположных боковых сторон шарики поджаты толкателями плунжеров, под торцы плунжеров подведены давления управления с выходов второго пилотного каскада.

Гидрозамок конструктивно выполнен из двух шариков ЗРЭ, поджатых с противоположных боковых сторон пружинами, а между шариками установлен общий центральный плунжер с двумя толкателями шариков. Управляющие линии третьего каскада соединены с полостями гидрозамка между шариками и центральным плунжером.

Три позиции гидрораспределителя связаны с состояниями дискретных электромагнитов: оба выключены либо включен один из них (одновременное включение обоих электромагнитов является нерабочим состоянием, но, конечно, не ведет к аварии).

На фиг. 1 гидрораспределитель с гидрозамком представлен в нейтральном положении при обоих выключенных электромагнитах. В этом положении полости гидродвигателя запираются гидрозамком, в том числе с удержанием груза в подвешенном состоянии.

Позицию соединения (P-B и A-T) производят путем включения электромагнита правого пилота при выключенном левом электромагните. При этом его толкатель перемещается влево, создавая усилие, которое прижимает правый шарик ЗРЭ пилотного каскада к его левой кромке, и при этом правый канал управления пилотного каскада коммутируется со сливом, правый шарик третьего каскада под перепадом давления также прижимается к своей правой кромке, и высокое давление через соответствующую полость гидрозамка поступает в линию В. В это же время при выключенном левом электромагните под торец левого плунжера третьего каскада поступает высокое давление нагнетания. Усилие, создаваемое этим давлением, прижимает левый ЗРЭ третьего каскада к его правой кромке и соответственно линия слива коммутируется через левую полость с толкателем третьего каскада и далее через левую полость - с толкателем гидрозамка с линией А.

Аналогично устанавливается противоположная позиция соединения P-A и B-T за счет включения левого электромагнита пилота при правом выключенном электромагните.

В предлагаемом гидрораспределителе, помимо одинакового с прототипом электромагнитного управления, нет дополнительных гидравлических каналов управления как в прототипе (каналы x, y), с помощью которых можно управлять пилотным каскадом. Каналы управления обычно используются, если есть какие-то ограничения по общей затрачиваемой мощности, то есть когда потери энергии играют значительную роль в гидросистеме, используют, например, два насоса. Один создает высокое давление - исполнительное (например, 15 МПа), а второй - давление управления (например, 4 МПа), как раз для запитывания пилотного каскада по гидроканалам x, y.

В гидроприводах подводного манипулятора на морской воде такие ограничения по техническому заданию отсутствовали, поэтому пилотный и основной каскады запитываются единым насосом с высоким давлением 15 МПа.

Конкретные геометрические величины следующие: диаметр шариков пилотного второго каскада 3 мм, их рабочий ход порядка 1 мм; диаметры шариков третьего каскада и гидрозамка по 14 мм. Ход шариков третьего каскада порядка 0,3 мм (около 2% от диаметра шарика 14 мм для установления перепада давлений порядка 1 МПа на клапане третьего каскада для нормальной работы, чтобы не возникало ситуаций коммутации через клапан третьего каскада линии давления нагнетания с линией слива).

На фиг. 2 представлено условное графическое обозначение предлагаемого гидрораспределителя со всеми каскадами, типами клапанов, типом электромагнитного управления и показом гидрозамка с пружинами.

1. Гидравлический распределитель, имеющий клапанную четырехлинейную трехпозиционную симметричную гидравлическую схему с линиями нагнетания, слива и двумя выходными линиями к раздельным полостям гидродвигателя и содержащий три каскада усиления, при этом первый каскад - электрогидравлический с двумя дискретными электромагнитами с толкателями двух клапанных запорно-регулирующих элементов (ЗРЭ) с четырьмя рабочими кромками второго пилотного каскада, управляющего третьим каскадом также с клапанными ЗРЭ, отличающийся тем, что третий каскад также содержит два ЗРЭ с четырьмя рабочими кромками, причем линии управления второго пилотного каскада подведены к торцам двух плунжеров толкателей третьего каскада, в центры второго и третьего каскадов между их ЗРЭ подведены линии нагнетания насоса, а линии слива подведены к полостям толкателей ЗРЭ второго и третьего каскадов; далее управляющие линии третьего каскада подведены к полостям с толкателями центрального плунжера для двух ЗРЭ с двумя рабочими кромками гидрозамка и с двумя боковыми полостями с пружинами поджатия ЗРЭ к рабочим кромкам, указанные боковые полости гидрозамка содержат выходные линии с возможностью соединения с рабочими полостями гидродвигателя; кроме того, с учетом морской воды в качестве рабочей жидкости гидрораспределителя, во всех сопрягаемых взаимоподвижных деталях в гидрораспределителе с гидрозамком, представляющих собой пару трения, таких как плунжер-гильза, одна из сопрягаемых деталей сделана из титана или титанового деформируемого сплава ВТ6, а другая - с применением антифрикционного полимерного материала; магнитопроводы с якорями дискретных электромагнитов из магнитной углеродистой стали дополнительно герметично залиты защитным компаундом, а ЗРЭ выполнены керамическими.

2. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве антифрикционного полимерного материала выбран полиарилэфиркетон - VICTREX PEEK WG102, в качестве защитного компаунда выбран гелькоут, а шарики ЗРЭ сделаны из твердого тугоплавкого материала нитрида кремния Si3N4.

3. Распределитель по п. 1, отличающийся тем, что рабочий ход каждого из двух шариков ЗРЭ третьего каскада между рабочими кромками составляет ориентировочно около 2% от диаметра этих шариков, конкретно порядка 0,3 мм хода при диаметре 14 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для управления фрикционами в системах автоматического управления гидромеханическими передачами мобильных машин.

Изобретение относится к области пневматических приборов и предназначено для изменения направления и (или) пуска (останова) потоков сжатого воздуха в пневмолиниях пневматических приводов в зависимости от механического, пневматического или электрического управляющего воздействия.

Изобретение относится к гидроприводу карьерного бурового станка, осуществляющего управление подачей бурового става в процессе бурения взрывных скважин, а также управление вспомогательными гидравлическими механизмами станка, с расходом жидкости Q=400 л/мин.

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики и может быть использовано в системе управления объектов с дистанционным управлением исполнительным механизмом.

Изобретение относится к области направляющих гидравлических аппаратов с электрогидравлическим управлением с условным проходом Ду=10 (12) мм с присоединительными размерами по ISO 4401, в частности к двухкаскадным гидрораспределителям с регулированием времени переключения золотника второго каскада.

Изобретение относится к пневматическим распределителям и может быть использовано в приводах дверных механизмов транспортных средств, рассчитанных для работы на сжатом воздухеИзвестен распределитель с плоским золотником, содержащий корпус и крышки с золотником, расположенным между ними (см.
Наверх