АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА Российский патент 1997 года по МПК E21C29/00 E21C35/24 

Изобретение относится к горному машиностроению и может быть использовано для управления очистными комбайнами.

Система объемного гидропривода вращательного движения насос гидромотор получила наибольшее распространение в механизмах подачи отечественных и зарубежных комбайнов.

Такие системы достаточно хорошо изучены и описаны [1] Они содержат гидроблок управления насосом, собственно насос, гидромотор, систему подпитки и систему управления. Механизмы подачи имеют различное исполнение гидроблока, который предусматривает ручное, дистанционное или автоматическое управление.

Регулирование скорости подачи комбайна осуществляется управлением производительностью насоса, который по этой причине выполняется регулируемым, реверсивным. Производительность работы комбайна зависит от скорости его подачи и частоты вращения исполнительного органа, которые постоянно должны корректироваться в зависимости от ряда факторов: изменения крепости разрушаемого массива, при встрече с породными включениями и т.д. Чаще всего эти функции выполняет человек-оператор, причем восприятие технологического процесса носит чисто субъективный характер.

Недостатками всех приведенных в [1] схем механизмов подачи является то, что они приводят к значительному увеличению установленной суммарной мощности гидромоторов и снижают значения КПД привода за счет того, что довольно большая часть мощности гидромотора на рабочих режимах используется на регулирование скорости подачи, а также не обеспечивают саморегулирование скорости подачи машины в зависимости от нагрузки на исполнительном органе.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение надежности работы погрузочной машины, упрощение ее конструкции и саморегулирование скорости ее подачи на забой в зависимости от нагрузки на исполнительном органе.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является гидравлическая схема механизма подачи комбайна [2, с. 265-267]
Сравнение предлагаемого решения с другими разработками показывает, что аналогичные конструкции механизмов подачи известны, однако оно обладает следующими существенными отличительными признаками:
1. В напорную магистраль параллельно гидромотору и параллельно друг другу включены два предохранительных клапана и один редукционный, причем один из предохранительных и редукционный включены последовательно. Установленный отдельно предохранительный клапан настроен на давление, превышающее на некоторую величину номинальное рабочее давление, а второй, соединенный с редукционным, на пониженное давление. Это позволяет легко контролировать рабочий процесс, поскольку величина давления жидкости в напорной магистрали прямо пропорциональна нагрузке на исполнительном органе комбайна, а также образовать два самостоятельных контура управления управляющим золотником в зависимости от падения или роста давления в напорной магистрали гидромотора. Редукционный клапан отключает от сети предохранительный клапан с меньшим давлением срабатывания после его роста выше номинального значения.

2. Выходы предохранительных клапанов соединены с управляющими линиями золотника управления, что обеспечивает переключение его в соответствующие позиции в зависимости от давления в напорной магистрали гидромотора (нагрузки на исполнительном органе) и регулирование производительности насоса. Таким образом, образуется отрицательная обратная связь по давлению жидкости, приводящая к уменьшению подачи насоса, а следовательно, к уменьшению скорости подачи комбайна на забой при росте давления (увеличению нагрузки на исполнительном органе) и соответственно к увеличению подачи при снижении давления.

3. В магистрали, соединяющей выходы предохранительных клапанов, установлен обратный клапан, который осуществляет пропуск рабочей жидкости от предохранительного клапана с меньшим давлением срабатывания в линию управления отсекающим золотником.

На чертеже приведена принципиальная гидравлическая схема адаптивной системы механизма подачи комбайна.

Адаптивная схема гидропривода подачи комбайна включает реверсивный регулируемый насос 1 и высокомоментный гидромотор 2. Функции отстойника и охладителя жидкости выполняет ванна 3, из которой она поступает к насосу через клапаны 4 или 5 и сливается в ванну через предохранительный клапан 6. Подпиточный насос 7 через фильтр 8 подает жидкость одновременно через дроссель 9, под малую цапфу-цилиндр насоса 1 и во всасывающую полость насоса через один из клапанов подпитки 10 и 11 в зависимости от направления работы насоса. Давление потоков жидкости определяется настройкой подпорных клапанов 12 и 13.

Управление выходной скоростью гидропривода и, следовательно, подачей комбайна на забой производится регулированием насоса 1 с помощью отсекающего золотника 14, золотника управления 15, гидрозамка 16 и дросселя 17. Давление настройки левого и правого упругих элементов управляющего золотника 15 соответственно составляет P₂ и P₁.

В напорной магистрали параллельно гидромотору 2 установлены предохранительные клапаны 18, 19, выходные линии которых связаны между собой. Причем предохранительный клапан 18 настроен на величину давления P₁ aP_н, клапан 19 на давление P₂=CP_н, где a<1, c>1 - коэффициенты пропорциональности, определяемые характеристиками разрабатываемого массива (твердость, прочность, трещиноватость и т.д.), P_н номинальное рабочее давление. Давления настройки клапанов 12, 13 превышают давления настройки клапанов 18, 19 и определяются требованиями безопасности и защиты от чрезмерно высокого давления всей гидросистемы в целом. Для защиты подпиточного насоса 7 от перегрузок при засорении фильтра 8 в его напорной магистрали установлен предохранительный клапан 20, а во всасывающей магистрали фильтр 21. Рабочая жидкость от насоса 1 подводится и отводится от гидромотора 2 через золотники 22 и 23. Перед предохранительным клапаном 18 в напорной магистрали гидромотора 2 установлен нормально замкнутый редукционный клапан 24, упругий элемент которого отрегулирован на величину давления размыкания, лежащую в интервале (P_н, P₂), а после него (в магистрали, соединяющей выход предохранительного клапана 18 с выходом предохранительного клапана 19) обратный клапан 25.

Рассмотрим режим работы насоса, когда рабочая жидкость подается к гидромотору 2 через верхний патрубок насоса 1. В начале работы золотник 15 находится в нейтральном положении, а золотники 14, 22 и 23 в положении 1. При отсутствии нагрузки на исполнительном органе комбайна осуществляется его подача на забой с какой-то начальной скоростью, обусловленной характеристиками насоса 1 и гидромотора 2. Величина давления жидкости в напорной магистрали гидромотора 2 при этом P<P_н. Поток жидкости кроме гидромотора 2 проходит к предохранительному клапану 19, который остается в разомкнутом положении (т. к. давление его настройки P₂) и через реционный клапан 24 к предохранительному клапану 18, который срабатывает (т.к. давление его настройки P₁) и дает гидравлический сигнал на перемещение управляющего золотника 15 и I позицию.

Кроме того, жидкость под давлением после срабатывания предохранительного клапана 18 через клапан 25 подается на вход отсекающего золотника 14 и дает гидравлический сигнал на его переключение в позицию II. Поток жидкости от подпиточного насоса 7 через золотники 14 и 15 поступит в правую полость гидрозамка 16, а из нее под правую цапфу насоса 1. Левая полость гидрозамка 16 через дроссель 17 соединится с левой цапфой насоса 1, жидкость из которой вытесняется на слив через золотник 15. При этом статор насоса 1 сместится в сторону увеличения подачи и, следовательно, произойдет увеличение скорости подачи комбайна.

При соприкосновении рабочего органа с массивом разрушаемой породы давление в напорной магистрали гидромотора 2 возрастет, клапан 18 закроется, а золотники 14 и 15 под действием своих упругих элементов вернутся в I и нейтральную позиции соответственно.

По мере заглубления рабочего органа в массив возрастает сопротивление и, следовательно, величина давления в магистрали гидромотора 2. Если это давление находится в интервале (P_н; P₂), то скорость вращения вала гидромотора 2 и скорость подачи комбайна на забой будут равны начальным. Если же давление в магистрали превысит давление настройки предохранительного клапана 19 (P₂), то произойдет следующее: разомкнется клапан 24, сработает предохранительный клапан 19, под действием гидравлического сигнала отсекающий золотник 14 переместится в положение II и рабочая жидкость от подпиточного насоса 7 поступит к золотнику управления 15, который также под действием полученного гидравлического сигнала переместится в положение II, обеспечивая тем самым перемещение штока гидрозамка 16 влево и соединение левой цапфы насоса 1 через гидрозамок 16 и золотник 15 со сливом.

Рабочая жидкость, вытесняемая из правой полости гидрозамка, поступает под правую цапфу насоса 1, в результате чего статор насоса сместится в сторону уменьшения подачи и, следовательно, произойдет снижение скорости вращения вала гидромотора 2 и подачи комбайна на забой. Величина давления в магистрали гидромотора 2 при этом снова придет в норму, клапан 19 закроется, отсекающий золотник 14 под действием пружины вернется в положение I, а золотник 15 в нейтральное положение.

При уменьшении величины давления в магистрали гидродвигателя 2 до значения, меньшего P₁, срабатывает предохранительный клапан 18, гидравлический сигнал поступит к золотникам 14 и 15, переводя первый в положение II, а второй в положение I. Рабочая жидкость будет подаваться через редукционный клапан 24, предохранительный клапан 18, золотники 14 и 15 в правую полость гидрозамка 16, откуда поступит под правую цапфу насоса 1. Левая полость гидрозамка 16 через дроссель 17 соединяется с левой цапфой насоса 1, жидкость из которой вытесняется на слив через золотник 15.

При этом статор насоса 1 сместится в сторону увеличения подачи и, следовательно, произойдет увеличение скорости подачи комбайна. Величина давления рабочей жидкости в магистрали гидродвигателя 2 снова придет в норму, клапан 19 закроется, отсекающий золотник 14 под действием пружины вернется в положение I, а золотник 15 в нейтральное положение.

Если по какой-то причине падения в напорной магистрали гидромотора 2 не произойдет, то сработает предохранительный клапан 6 и жидкость насоса 1 пойдет на слив.

Настройка первоначальной скорости подачи комбайна на забой в зависимости от горно-геологических факторов и отвод его назад осуществляются регулированием дросселей 9, 17 соответственно.

Если необходимо отвести комбайн от забоя, то после сигнала от оператора золотники 22 и 23 переместится в положения II, а также изменится направление вращения приводного двигателя насоса 1, т.е. осуществится реверсирование его работы. При этом произойдет смена напорной и сливной магистралей гидромотора 2 и работа системы будет происходить аналогично вышеописанному.

Применение предлагаемой схемы позволит упростить конструкцию всей машины, выполнить компоновку комбайна исходя только из удобства расположения и функционального назначения исполнительных органов, снизить установленную мощность гидромотора, повысить надежность машины в целом и отдельных ее элементов, а также повысить быстродействие всей системы. Кроме того, за счет рационального режима работы и частичного исключения из процесса управления оператора, что позволит более объективно оценивать протекание рабочего процесса и формировать оптимальные режимы работы комбайна, увеличится производительность труда и улучшится качество добываемой горной массы.

Таким образом, предлагаемая конструкция схемы гидропривода механизма подачи относится к разряду адаптивных схем, т.к. имеет место обратная связь по давлению жидкости и саморегулирование режима работы машины без дополнительно устанавливаемой системы управления.

Использование: для управления очистными комбайнами. Сущность изобретения: адаптивная гидросхема механизма подачи очистного комбайна содержит реверсивный регулируемый насос, гидромотор, систему подпитки, регулируемые дроссели для настройки скорости подачи комбайна на забой и отвода его назад, отсекающий и регулирующий золотники, гидрозамок, а также обратные и предохранительные клапаны. В напорную магистраль гидромотора параллельно включены предохранительные клапаны, один из которых настроен на давление, превышающее номинальное рабочее, другой - на пониженное давление, причем перед вторым установлен редукционный клапан, а их выходы соединены между собой через клапан и с линиями управления управляющего и отсекающего золотников. 1 ил.

Адаптивная система гидропривода механизма подачи очистного комбайна, содержащая реверсивный регулируемый насос, гидромотор, подпиточный насос с фильтрами, расположенными в его всасывающей и напорной магистралях, предохранительные и обратные клапаны, регулируемые дроссели, двусторонний гидрозамок, отсекающий и управляющий золотники, расположенные параллельно, отличающаяся тем, что в напорную магистраль гидромотора параллельно ему и параллельно друг другу включены два предохранительных клапана, один из которых настроен на давление, превышающее номинальное рабочее, другой на пониженное давление, причем перед вторым установлен редукционный клапан, их выходы соединены между собой через обратный клапан, а также с линиями управления управляющего и отсекающего золотников.