Гидравлическая система с устройством защиты
Владельцы патента RU 2646990:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") (RU)
Система предназначена для использования в наземных транспортных средствах, оборудованных гидравлической навесной системой. Система включает в себя гидробак, фильтр, насос, перепускной клапан, соединенный с напорной линией и золотниковым распределителем. Нагнетательная линия соединена с силовым гидроцилиндром и сливной линией, обратные клапаны предназначены для согласования движения потока жидкости при нейтральном положении золотникового распределителя, регулируемые дроссели предназначены для поддержания давления на определенном уровне в сливной магистрали, подпитывающей вспомогательный гидроцилиндр, который воздействует посредством штока на рычаг муфты привода насоса, пружина, противодействующая движению рычага, причем фиксатор рычага служит для обеспечения работоспособности гидравлической системы при ее начальном пуске, когда вспомогательный гидроцилиндр находится в нерабочем состоянии. Брезентовый рукав, перекрывающий резьбовые соединения и удерживаемый хомутами от перемещения посредством затяжки и предназначен для сбора рабочей жидкости и предотвращения выброса рабочей жидкости в окружающую среду при аварии. Места соединения трех трубопроводов реализуются посредством резьбового соединения тройников. Технический результат - повышение экологической безопасности. 4 ил.
Гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости относится к гидромашиностроению и предназначена для использования в наземных транспортных средствах оборудованных гидравлической навесной системой
Известна система защиты гидропривода [1], включающая гидрогидробак, насос, соединенный напорной гидролинией с гидроприводом через распределитель, линию слива в гидрогидробак и запорное устройство, включающее корпус с входной, выходной и глухой полостями, входным, выходным и сливным штуцерами с каналами, установленное в напорной гидролинии и подключенное своей входной полостью к выходу насоса, а выходной - к распределителю, с размещенным во входной полости подпружиненным плунжером входной полости с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, с выполненным со стороны входной полости осевым каналом, сообщенным с выходной полостью, в котором сливной штуцер выполнен в виде шарикового редукционного клапана, запорное устройство дополнительно снабжено фиксатором, установленным на его корпусе и выполненным в виде резьбовой пробки с размещенным внутри подпружиненным стержнем с конусообразным концом, при этом на наружной поверхности плунжера входной полости выполнена кольцевая проточка для фиксатора на расстоянии от вертикальной оси фиксатора, равном полному ходу плунжера входной полости, а радиальные отверстия плунжера входной полости выполнены на расстоянии от вертикальной оси сливного штуцера равном также полному ходу плунжера входной полости, кроме этого в осевом канале, через который сообщаются входная и выходная полости, размещен с возможностью перемещения снабженный упорным диском и подпружиненный с двух сторон диска плунжер выходной полости с выполненными в нем глухим осевым каналом и радиальными отверстиями, расположенными на расстоянии от торца упора, равном ходу плунжера входной полости до полного перекрытия им канала выходного штуцера, причем одним концом плунжер выходной полости перемещается во входной полости, а другим концом - в глухой полости упора, помимо этого в упоре дополнительно выполнен канал, сообщающий выходную полость с глухой полостью, при этом глухая полость сообщается с каналом выходного штуцера и напорной гидролинией, снабженной запорным вентилем.
Недостаток заключается в том, что прецизионная пара должна иметь повышенную точность, что существенно влияет на технологию изготовления деталей, повышенные требования к рабочей жидкости, а так же стоимость самого устройства, а рабочая жидкость находящаяся под давлением продолжает стравливаться в окружающую среду до выравнивания давления в гидросистеме.
Из известных наиболее близким по технической сущности является гидросистема с устройством для предотвращения выброса рабочей жидкости [2], содержащая бак, запорное устройство, насос, силовой цилиндр, реле времени, золотниковый распределитель.
Недостатком данной системы является недостаточная надежность работы, обуславливается тем, что при утечки рабочей жидкости последняя попадает в окружающую среду нанося ей вред, при срабатывании защиты перекрывается напорная линия, а насос остается в рабочем состоянии продолжая работать в холостую, при этом затрачивается мощность на его привод, а рабочая жидкость находящаяся под давлением продолжает стравливаться в окружающую среду до выравнивания давления в гидросистеме, в результате чего снижается экологическая безопасность использования данной системы.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности гидравлической системы путем предотвращения утечки рабочей жидкости в окружающую среду до выравнивания давления в гидросистеме.
Это достигается тем, что гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости наземных транспортных средств, содержащая гидрогидробак специальной конструкции с рабочей жидкостью, насос, золотниковый распределитель, силовой цилиндр согласно предлагаемому изобретению дополнительно содержит пружину возвратную, вспомогательный гидроцилиндр, фиксатор подпружиненный, рычаг привода муфты насоса, обратные клапаны и дроссели регулируемые.
Введение новых элементов и связей между ними обеспечивает работу гидравлической системы в любом режиме нагружения силового цилиндра, в том числе и в нейтральном положении золотникового распределителя.
На фиг. 1 схематически изображены гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости и ее отдельные элементы.
На фиг. 2 и на фиг. 3 изображена часть гидравлической системы с рычагом муфты привода насоса.
На фиг. 4 изображен гидробак
Гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости Фиг. 1 и 2 содержит:
1 - гидробак;
2 - фильтр;
3 - насос;
4 - перепускной клапан;
5 - напорная линия;
6 - золотниковый распределитель;
7 - нагнетательная линия;
8 - силовой гидроцилиндр;
9 - сливная линия;
10, 11 - обратные клапаны;
12, 13, 14 - регулируемые дроссели;
15 - вспомогательный гидроцилиндр;
16 - шток;
17 - рычаг муфты привода насоса;
18 - возвратная пружина;
19 - подпружиненный фиксатор;
20 - брезентовый рукав;
21 - хомут;
22 - тройник;
На фиг. 3 изображены:
23 - муфта привода насоса;
24 - источник крутящего момента (например - двигатель внутреннего сгорания (ДВС));
На фиг. 4 представлены:
25 - клапан поплавкового типа;
26 - поплавок;
27 - пружина клапана поплавкового типа;
28 - регулировочная крышка;
29 - контргайка;
30 - крышка заливной горловины.
Сущность изобретения представлена на фиг 1, 2, 3 и 4.
Гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости (фиг. 1) включает в себя гидробак 1, фильтр 2, насос 3, клапан перепускной 4 соединенный с напорной линией 5 и золотниковым распределителем 6. Нагнетательная линия 7, соединена с силовым гидроцилиндром 8 и сливной линией 9, обратные клапаны 10, 11 предназначены для согласования движения потока жидкости при нейтральном положении золотникового распределителя 6, дроссели регулируемые 12, 13 и 14 предназначенные для поддержания давления на определенном уровне в сливной магистрали, подпитывающей вспомогательный гидроцилиндр 15, который воздействует посредством штока 16 на рычаг муфты привода насоса 17 муфты 23 привода насоса 3, возвратная пружина 18 противодействующая движению рычага 17, причем фиксатор 19 служит для обеспечения работоспособности гидравлической системы при ее начальном пуске, когда вспомогательный гидроцилиндр находится в нерабочем состоянии. Брезентовый рукав 20 перекрывающий резьбовые соединения и удерживаемый хомутами 21 от перемещения посредством затяжки и предназначенный для сбора рабочей жидкости и предотвращения выброса рабочей жидкости в окружающую среду при аварии. Места соединения трех трубопроводов реализуется посредством резьбового соединения тройников 22.
Для включения насоса 3 необходимо муфту 23 привода насоса 3, посредством рычага муфты привода насоса 17 ввести в зацепление с коленчатым валом ДВС 24 (фиг. 3). Для этого выполняются следующие действия:
1) преодолев усилие возвратной пружины 18, переместить рычаг муфты привода насоса 17 в положение "включено" (поз. 2) (фиг. 2), связанный шарнирно со штоком 16 вспомогательного гидроцилиндра 15, которое соответствует включенному состоянию привода насоса 3. При этом происходит перемещение штока вспомогательного цилиндра 16 и следовательно, увеличение объема рабочей камеры вспомогательного гидроцилиндра;
2) зафиксировать положение рычага муфты привода насоса 17 посредством подпружиненного фиксатора 19. Это действие выполняется вследствие того, что при неработающем насосе 3 в гидравлической системе давление будет равно атмосферному, тогда давление во вспомогательном гидроцилиндре 15 так же будет равно атмосферному, следовательно, не будет возникать усилие на штоке 16, противодействующее усилию возвратной пружины 18, стремящееся переместить рычаг муфты привода насоса 17 в положение "выключено" (поз. 1). Так же остается свободный ход рычага муфты привода насоса 17 в сторону поз. 2;
3) запустить ДВС 24, обеспечив при этом работу насоса 3.
После проведенных выше действий происходит включение гидравлической системы с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости
Работает гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости следующим образом.
Во время работы насоса 3 в гидросистеме создается рабочее давление и жидкость из гидробака 1 насосом 3, через фильтр 2 нагнетается по напорной линии 5 в золотниковый распределитель 6, а излишки рабочей жидкости через перепускной клапан 4 перетекают в гидробак 1. При положении золотникового распределителя 6, соответствующего рабочему состоянию (перемещение силового гидроцилиндра 8 вверх или вниз), рабочая жидкость поступает по нагнетательной линии 7 в одну из полостей силового гидроцилиндра 8, а так же через обратные клапаны 10, в сливную линию 9, где при помощи дросселей 11 и 12 образуются необходимые перепады давлений, тем самым рабочая жидкость под определенным давлением устремится в рабочую полость вспомогательного гидроцилиндра 15. Обратные клапаны обеспечивают, в зависимости от положения золотникового распределителя, нужное направление движения потока рабочей жидкости. При использовании регулируемых дросселей становится возможным поддержание рабочего давления в полости вспомогательного цилиндра как при рабочем, так и нейтральном положениях золотникового распределителя. Под воздействием давления жидкости, действующей на поршень штока 16 вспомогательного цилиндра 15 и преодолевая сопротивление предварительно сжатой возвратной пружины 18, рычаг муфты привода насоса 17 снимается с подпружиненного фиксатора 19 и удерживается только штоком 16 вспомогательного гидроцилиндра 15 за счет давления жидкости, тем самым обеспечивая непрерывный рабочий цикл гидравлической системы.
При использовании гидробака специальной конструкции, содержащего клапан поплавкового типа, поплавок, пружину клапана поплавкового типа, регулировочную крышку, контргайку и крышку заливной горловины, становится возможным прекратить подачу жидкости путем перекрытия всасывающего канала в случае излишнего падения ее уровня в баке.
В случае аварийной утечки жидкости в рабочем контуре гидравлической системы происходит нештатное падение давления в сливной линии 9, рабочая жидкость не будет создавать необходимое давление во вспомогательном гидроцилиндре 15, а сжатая возвратная пружина 18, распрямляясь, начнет перемещать шток 16 вспомогательного гидроцилиндра 15 в исходное положение возвращая рычаг 17 муфты 23 привода насоса 3 в положение "отключено" (поз. 1) и работа гидравлической системы прекратится.
Устройство подпружиненного фиксатора обеспечивает удержание рычага муфты за счет одинаковых усилий возвратной пружины рычага муфты привода насоса и возвратной пружины фиксатора.
Так как отключение системы происходит через некоторое время после аварии, то для предотвращения утечек жидкости в этот период используются брезентовые рукава 20, которые надеты поверх трубопровода и обеспечивают сбор рабочей жидкости в месте ее выброса. Так же брезентовые рукава 20 применяются для предотвращения утечек жидкости через места соединения трубопроводов (штатное падение давления) в гидросистеме.
При использовании брезентовых рукавов в их полости обеспечивается сбор рабочей жидкости до тех пор, пока насос не будет выключен и давление в гидросистеме не станет равным атмосферному.
Так же предусмотрена непрерывная работа системы при нейтральном положении золотникового распределителя 6. Для этого в сливную линию 9 дополнительно установлен обратный клапан 11 и дроссель регулируемый 14 для создания определенного перепада давлений на данном участке сливной линии. При работе системы в нейтральном положении, рабочая жидкость после распределителя направляется через регулируемый дроссель 14, обратный клапан 10 и регулируемый дроссель 13 по сливной линии в гидробак 1 и полость вспомогательного гидроцилиндра 15, таким образом, давление во вспомогательном гидроцилиндре 15 поддерживается, рычаг муфты привода насоса 17 муфты 23 привода насоса 3 находится во включенном состоянии и работа гидравлической системы не прекращается.
Гидробак 1 (фиг. 4) включает в себя клапан поплавкового типа 25 соединенный с поплавком 26, пружину клапана поплавкового типа 27, соединенную одним концом с поплавком 26, а другим с регулировочной крышкой 28. Регулировочная крышка 28 фиксируется контргайкой 29, что позволяет избежать самооткручивания. Так же имеется крышка заливной горловины 30.
При нормальном уровне жидкости в гидробаке 1 поплавок 26 под действием усилия пружины клапана поплавкового типа 27 находится в притопленном состоянии, при этом клапан поплавкового типа 25, связанный с поплавком 26, не перекрывает напорную линию 5 и рабочая жидкость беспрепятственно поступает в гидросистему.
В случае возникновения излишних утечек в гидросистеме через места соединения трубопроводов уровень рабочей жидкости в гидробаке 1 снижается, следовательно поплавок 26 и клапан поплавкового типа 25 будут перемещаться вниз, так же этому будет сопутствовать пружина клапана поплавкового типа 27. При достижения уровня жидкости, соответствующему излишним утечкам, клапан поплавкового типа 25 перекроет канал напорной линии 5 и подача рабочей жидкости в гидросистему прекратится.
Регулировочная крышка 28 предназначена для регулировки усилия пружины клапана поплавкового типа 27 при котором поплавок 26 находится в притопленном состоянии. Для устранения самооткручивания крышки 28 от внешних воздействий, используется контргайка 29. Крышка заливной горловины 30 предназначена для герметизации гидробака 1 после заливки рабочей жидкости.
Предлагаемая конструкция гидравлической системы с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости позволяет:
- предотвратить аварийную утечку рабочей жидкости;
- предотвратить стравливание рабочей жидкости находящейся в гидросистеме под давлением в окружающую среду;
- предотвратить бесполезную работу насоса за счет автоматического отключения привода насоса в случае аварии в контуре высокого давления;
- обеспечить работоспособность гидросистемы при нейтральном положении золотникового распределителя;
- прекратить подачу жидкости в случае излишнего падения уровня рабочей жидкости в гидробаке. Источники информации:
1. Патент RU 2549754 C1, F15B 20/00.
2. Патент SU 1800158 A1, F15B 20/00.
Гидравлическая система с устройством защиты от аварийного выброса рабочей жидкости, содержащая бак с рабочей жидкостью, насос, соединенный через напорную линию с золотниковым распределителем и силовым гидроцилиндром, отличающаяся тем, что дополнительно содержит возвратную пружину, вспомогательный гидроцилиндр, подпружиненный фиксатор, рычаг привода муфты насоса, клапан поплавкового типа, обратные клапаны, регулируемые дроссели, регулировочную крышку, брезентовые рукава.
