Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОЦИЛИНДР С ПОДВИЖНОЙ ЧАСТЬЮ ПОРШНЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидроприводу машин, работающих в полевых условиях, в частности к гидроцилиндрам.

Опыт эксплуатации машин в условиях низких отрицательных температур, а также анализ статистических данных показывает, что около 70% всех отказов приходится на узлы и детали гидропривода [Мерданов Ш.М. и др. Исследование и разработка системы тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин // «Строительные и дорожные машины», 2013, №1], что объясняется возрастанием вязкости рабочей жидкости за время стоянки машин. Работа гидропривода машин, работающих в полевых условиях, обеспечивается при разогреве рабочей жидкости, а следовательно, при снижении вязкости.

Разогрев рабочей жидкости осуществляется как от внешних источников тепла, так и прямым дросселированием [Каверзин С.В. Работоспособность гидравлического привода самоходных машин при низких температурах. Красноярск: Издательство Красноярского университета, 1986]. Дросселирование заключается в перекачивании рабочей жидкости из гидробака по напорному трубопроводу через насос, дроссель или другое гидравлическое сопротивление обратно в гидробак. При этом способе разогрева тепло от трения подвижных частей вышеуказанных элементов гидропривода передается рабочей жидкости - маслу. Однако при таком способе разогрева рабочей жидкости происходит повышенный износ подвижных частей насоса, дросселя, а также трубопроводов. В начале работы гидропривод работает под большими нагрузками. Кроме того, разогретая рабочая жидкость из гидробака при направлении ее к элементам гидропривода, не участвующим в дросселировании, быстро остывает, что снижает эффективность разогрева.

Для обеспечения безотказной работы машины также оснащаются системами тепловой подготовки гидропривода.

В работе [Карнаухов Н.Н. Приспособление строительных машин к условиям Российского Севера и Сибири. - М.: Недра, 1994, с.352] рассматривается система утилизации тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания машины. В гидробак этой системы встроен теплообменник. Горячие газы, проходя через него, нагревают его стенки, которые в свою очередь передают тепло рабочей жидкости, находящейся в гидробаке.

Недостатком такой системы является отсутствие прогрева гидродвигателя (гидроцилиндра).

Системы тепловой подготовки [Мерданов Ш.М. и др. Исследование и разработка системы тепловой подготовки гидропривода строительно-дорожных машин // «Строительные и дорожные машины», 2013, №1] разогревают рабочую жидкость или корпуса гидроаппаратуры. Функционирование указанных систем связано со значительным расходом энергии (как от внутренних, так и внешних источников тепла), количество которой для мобильных машин, работающих в полевых условиях, ограниченно. Особенно в условиях автономного функционирования машин в районах Крайнего Севера или приравненных к ним районах, вдали от баз механизации, где отсутствуют постоянные источники тепловой, электрической энергии и теплые помещения.

Известна система предпусковой тепловой подготовки ДВС и гидропривода машин [Патент РФ №2258153, МПК F02N 17/06, опубл. 2005], состоящая из контура тепловой подготовки двигателя и контура тепловой подготовки гидропривода. Контур тепловой подготовки гидропривода включает в себя гидробак с теплообменником для разогрева масла, тепловой аккумулятор, насос-гидрораспределитель, гидроцилиндр, причем штоковая и бесштоковая полости гидроцилиндра соединены дополнительной гидролинией с вентилем. Указанная особенность позволяет повысить скорость тепловой подготовки как двигателя машины, так и гидропривода после длительной стоянки в условиях низких температур окружающего воздуха. Технический результат реализуется путем прямого перетекания разогретой в гидробаке рабочей жидкости (от теплообменника и теплового аккумулятора) по дополнительной гидролинии, соединяющей штоковую и бесштоковую полости гидроцилиндра. Открытый вентиль дополнительной гидролинии позволяет разогретому маслу свободно перетекать по полостям гидроцилиндра, что сокращает время на разогрев элементов гидропривода.

Недостатком указанной конструкции является наличие дополнительной, вынесенной на поверхность гидроцилиндра гидролинии с вентилем. Указанная линия является как дополнительным гидравлическим сопротивлением, так и потребителем (рассеивателем) тепла разогретого масла.

Известен гидроцилиндр [Патент РФ №2351810, МПК F15B 21/04, опубл. 2009], содержащий корпус, штоковую и бесштоковую полости, которые образуются посредством соединенных поршня и штока. Поршень содержит проходной канал произвольного сечения. В шток гидроцилиндра встроен дистанционно управляемый клапан, воздействующий на втулку. Втулка также содержит проходной канал произвольного сечения. Причем канал поршня совмещается с каналом втулки при срабатывании клапана.

При разогреве гидропривода включается дистанционно управляемый клапан, перемещая втулку таким образом, чтобы ее проходной канал совпал с проходным каналом поршня. Разогретая рабочая жидкость из гидробака подается в одну из полостей гидроцилиндра, проходит через проходной канал в другую полость. При этом перемещение соединенного с поршнем штока становится невозможным. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.

После завершения цикла разогрева гидропривода дистанционно управляемый клапан перемещает втулку, закрывая проходной канал. При закрытом канале рабочая жидкость действует непосредственно на поршень, перемещая его в корпусе гидроцилиндра. Работа разогретого гидропривода начинается.

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность клапана, установленного в штоке гидроцилиндра, который в условиях повышенной вязкости рабочей жидкости и высоких давлениях не обеспечит работоспособность конструкции.

Задачей, на решение который направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности и сокращение затрат ресурсов на разогрев гидропривода машин, работающих в полевых условиях при низких отрицательных температурах, путем совершенствования конструкции гидроцилиндра.

Технический результат предлагаемой конструкции гидроцилиндра заключается в снижении потерь тепловой энергии разогретого от внутренних и внешних источников тепла рабочей жидкости гидропривода.

Указанный технический результат достигается тем, что гидроцилиндр имеет двойной поршень, состоящий из подвижной 6 и неподвижной 7 частей и шток 5 с любым общеизвестным электроприводным механизмом поворота, например со встроенным электромагнитным поворотным механизмом 4, управляемым дистанционно, выполнен с возможностью ручного управления (время прогрева зависит от температуры окружающей среды и от времени, прошедшего с последнего рабочего цикла гидроцилиндра) или автоматического (с использованием термопар, расположенных в корпусе гидроцилиндра) и проходными отверстиями в подвижной 6 и неподвижной 7 частях, которые в открытом положении (совпадение проходных отверстий подвижной 6 и неподвижной 7 частей) при разогреве гидропривода совмещают штоковую 2 и бесштоковую 3 полости, в каждой полости имеются отверстия для забора гидравлической жидкости из гидробака (на фиг. не обозначен).

Сокращение затрат ресурсов на разогрев реализуется перемещением разогретой рабочей жидкости из одной полости гидроцилиндра в другую и далее по элементам гидропривода без потерь в дополнительных соединениях или сопряжениях, и сохранение поверхностного внутреннего слоя гидроцилиндра от перемещения в нем поршня, в холодной гидравлической жидкости.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид гидроцилиндра в разрезе; на фиг.2 разрез А-А, фиг.1, при закрытом положении (проходные отверстия подвижной 6 и неподвижной 7 частей не совпадают, штоковая 2 и бесштоковая 3 полости разъединены); на фиг.3 разрез А-А, фиг.1 при открытом положении (проходные отверстия подвижной 6 и неподвижной 7 частейи совпадают, образуя каналы, соединяющие штоковую 2 и бесштоковую 3 полости).

Предлагаемый гидроцилиндр (фиг.1) содержит корпус 1, штоковую 2 и бесштоковую 3 полости, которые разделены двойным поршнем, соединенным со штоком 5. Двойной поршень состоит из подвижной 6 и неподвижной 7 частей, каждая из которых имеет проходные отверстия круглого сечения. В шток 5 гидроцилиндра встроен дистанционно управляемый электромагнитный поворотый механизм 4, воздействующий на подвижную 6 часть двойного поршня. Причем проходные отверстия в подвижной 6 части поршня совмещаются с аналогичными отверстиями в неподвижной 7 части двойного поршня при срабатывании электромагнитного поворотного механизма 4.

Гидроцилиндр работает следующим образом.

При разогреве гидропривода включается дистанционно управляемый электромагнитный поворотный механизм 4. При этом поворачивается (на фиг.2 направление движения показано стрелкой) подвижная 6 часть двойного поршня таким образом, чтобы ее проходные отверстия совпали с проходными отверстиями неподвижной 7 части двойного поршня. Разогретая рабочая жидкость из гидробака (на фиг.1 не показан) подается в одну из полостей гидроцилиндра, например, в штоковую 2. Взаимодействуя с холодной жидкостью, разогретая рабочая жидкость вытесняет ее из гидроцилиндра через отверстие для подачи гидравлической жидкости в бесштоковой полости 3, проходя через каналы, образованные совпадением проходных отверстий подвижной 6 и неподвижной 7 частей в двойном поршне. При этом перемещение соединенного с двойным поршнем штока 5 становится невозможным. Движение разогретой рабочей жидкости из одной полости в другую обеспечивает теплообмен с корпусом 1, штоком 5, двойным поршнем, электромагнитным поворотным механизмом 4 и далее, по выходу из гидроцилиндра, по элементам гидропривода. Тем самым обеспечивается продолжение процесса разогрева гидропривода.

После завершения цикла разогрева гидросистемы электромагнитный поворотный механизм 4 поворачивает подвижную 6 часть двойного поршня, тем самым закрывая проходные отверстия путем перекрытия проходных отверстий неподвижной 7 части подвижной 6 частью, и наоборот. При закрытом положении рабочая жидкость действует непосредственно на двойной поршень, перемещая его в корпусе 1 гидроцилиндра. Этим задается рабочий режим гидроцилиндра.

Применение указанной конструкции гидроцилиндра позволяет повысить надежность гидроцилиндра и ускорить процесс тепловой подготовки гидропривода (как при дросселировании, так и от внутренних и внешних источников энергии), поскольку большее число элементов участвует в теплообмене.

Теплообмен между рабочей жидкостью и элементами гидропривода позволяет обеспечить повышение ресурса машины, работающей при низких отрицательных температурах.