ГИДРАВЛИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ СТРЕЛА СУДОВОГО КРАНА Российский патент 2022 года по МПК B66C23/70 

Заявляемое устройство относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в кранах с гидравлически управляемой многоступенчатой телескопической стрелой, надежная и безопасная работа которой, учитывая условия работы в открытом море, имеет особое значение.

Мировым лидером в производстве кранов-манипуляторов с гидравлически управляемой многоступенчатой телескопической стрелой является австрийский концерн PALFINGER, выпускающий полную линейку кранов-манипуляторов, в том числе палубного исполнения, адаптированных к любому состоянию моря (см. кран-манипулятор Palfinger РKххМ, https://sbs -spb.ru/catalog oborudovania/podjemnoe oborudovanie/krany palfmcer/pk xx m/).

Прототипом заявляемого устройства выбрана гидравлически управляемая многоступенчатая телескопическая стрела погрузочного крана (см. описание изобретения к патенту «Стрела погрузочного крана» RU 2 610 898, опубликовано 17.02.2017 Бюл. №5, патентообладатель ПАЛФИНГЕР AT (AT)), которая включает в себя корневую секцию, выполненную в виде балки коробчатого сечения, несколько выдвижных секций, телескопически установленных друг в друге внутри корневой секции и снабженных каждая гидроцилиндром, и гидравлический контур для рабочей жидкости, включающий в себя трубопровод выдвижения и трубопровод втягивания для выдвижения и втягивания гидроцилиндров при подаче давления, бак для рабочей жидкости и двухпозиционные нормально закрытые распределительные клапаны золотникового типа, которые установлены в местах соединений штоков гидроцилиндров с соответствующими выдвижными секциями с обеспечением последовательного переключения этих клапанов в открытое положение при механическом воздействии рычага каждой выдвижной секции на устройство переключения соответствующего клапана.

Гидроцилиндры выдвижных секций, за исключением секции, самой удаленной от корневой секции, снабжены встроенным в гидроцилиндр телескопическим трубопроводом, имеющим две вставленные друг в друга трубы, которые выполнены с возможностью телескопического движения друг относительно друга, при этом одна из двух труб выполнена стационарно в корпусе гидроцилиндра, а вторая труба выполнена стационарно в штоке гидроцилиндра.

Одна из двух труб телескопического трубопровода имеет в концевой области выемку в боковой поверхности трубы, благодаря чему в гидроцилиндре полностью выдвинутой стрелы, при этом также полностью выдвинуты эти две трубы, рабочая жидкость может попадать из поршневой полости гидроцилиндра в его полый шток и далее в поршневую полость гидроцилиндра секции, следующей по удаленности от корневой секции.

Таким образом, при подаче давления в трубопровод выдвижения обеспечивается последовательное выдвижение секций из корневой секции и друг из друга.

Трубопровод втягивания позволяет подавать рабочую жидкость со стороны втягивания, на самый удаленный от корневой секции еще не полностью втянутый гидроцилиндр, пока он не будет полностью втянут.

В этом состоянии распределительный клапан приводится в действие, то есть открывается к ближайшему расположенному за ним, находящемуся ближе к корневой секции гидроцилиндру. Рабочая жидкость течет через распределительный клапан в штоковую полость гидроцилиндра и заставляет его втягиваться.

Таким образом, получается следящее управление, благодаря чему гидроцилиндры втягиваются один за другим с обеспечением последовательного переключения распределительных клапанов в открытое положение при механическом воздействии рычагов соответствующих выдвижных секций непосредственно на золотник распределительных клапанов, либо на выключатель электроуправляемого золотника этих клапанов.

Характерной особенностью многоступенчатой телескопической стрелы известных кранов-манипуляторов, и прототипа в том числе, является повышенная податливость телескопической стрелы в положении, когда все выдвижные секции выдвинуты. Нагруженная стрела заметно изгибается, и распределительные клапаны смещаются относительно нажимных рычагов выдвижных секций, причем агрессивная среда открытого моря только усугубляет проблему.

Механическое взаимодействие различных по массе объектов - распределительного клапана и металлоконструкции выдвижной секции, требует соответствующей точности их взаимного расположения, а еще лучше защиты этого клапана не только от непосредственного механического контакта с металлоконструкцией выдвижной секции, но и от воздействия внешней среды.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в том, чтобы исключить непосредственный механический контакт различных по массе объектов - клапана и выдвижной секции, что позволит более эффективно защитить элементы гидропривода выдвижных секций от воздействия морской среды.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого устройства, заключается в повышении надежности и долговечности гидроприводной телескопической стрелы судового крана.

Для достижения этого технического результата в известной гидравлически управляемой телескопической стреле судового крана, включающей в себя корневую секцию, выполненную в виде балки коробчатого сечения, выдвижные секции, телескопически установленные друг в друге внутри корневой секции и снабженные каждая гидроцилиндром для последовательного выдвижения и втягивания выдвижных секций, и гидравлический контур для рабочей жидкости, включающий в себя бак для рабочей жидкости, трубопровод выдвижения и трубопровод втягивания, причем гидроцилиндры выдвижных секций, за исключением секции, самой удаленной от корневой секции, выполнены с полым штоком и снабжены встроенным в эти гидроцилиндры телескопическим трубопроводом, имеющим две вставленные друг в друга трубы, которые выполнены с возможностью телескопического движения друг относительно друга, при этом одна из двух труб выполнена стационарно в корпусе гидроцилиндра, вторая труба выполнена стационарно в штоке гидроцилиндра, и одна из них имеет в концевой области выемку в боковой поверхности, благодаря чему в гидроцилиндре с полностью выдвинутым штоком рабочая жидкость может попадать из поршневой полости этого гидроцилиндра в полость телескопического трубопровода и далее по трубопроводу выдвижения в поршневую полость гидроцилиндра, следующего по удаленности от корневой секции, согласно заявляемому изобретению, в состав упомянутого гидравлического контура для рабочей жидкости введены блоки регулирования потока рабочей жидкости, каждый из этих блоков, соединенный гидравлически с соответствующим снабженным встроенным телескопическим трубопроводом гидроцилиндром, имеет напорный канал, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения потока рабочей жидкости под давлением в поршневую полость гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, имеет канал свободного слива, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения по встроенному в этот гидроцилиндр телескопическому трубопроводу потока рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей последовательно втягиваемых гидроцилиндров, и имеет канал регулируемого слива, в котором выполнен предохранительный напорный клапан, пропускающий через себя поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, при достижении на входе в этот клапан давления, заданного настройкой этого клапана, причем настройка предохранительных напорных клапанов во всех блоках регулирования потока рабочей жидкости выполнена так, чтобы последовательность заданных значений давления, начиная с ближайшего к корневой секции блока, имела вид убывающего числового ряда.

Заявляемая гидравлически управляемая телескопическая стрела судового крана имеет в сравнении с прототипом существенные отличия и обладает новыми техническими свойствами, отсутствующими в известном прототипе.

Существенным в заявляемом устройстве является то, что в его составе отсутствуют двухпозиционные нормально закрытые распределительные клапаны золотникового типа, и вместе с ними ушла проблема защиты элементов гидропривода от непосредственного механического воздействия на них инерционных металлоконструкций выдвижных секций.

Заявляемое техническое решение, сохраняя преимущества прототипа, всей совокупностью своих существенных признаков повышает надежность телескопической стрелы судового крана и упрощает его эксплуатацию и техническое обслуживание.

Анализ существующей научно-технической и патентной информации показал неизвестность предлагаемой совокупности существенных отличительных признаков. Неизвестными оказались и отдельные существенные признаки. Таким образом, заявляемое техническое решение можно считать отвечающим критерию патентоспособности «новизна».

В заявляемом техническом решении имеет место нетрадиционное решение задачи последовательного втягивания выдвижных секций, начиная с самой удаленной от корневой секции, не прибегая при этом к непосредственному механическому контакту между выдвижными секциями и элементами гидропривода этих секций.

Задача решена посредством определенной настройки предохранительных напорных клапанов, пропускающих через себя поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей соответствующих гидроцилиндров при достижении давлением на входе в эти клапаны значений, заданных настройкой этих клапанов, которая в каждом блоке регулирования потока рабочей жидкости выполнена так, чтобы последовательность заданных значений давления, начиная с ближайшего к корневой секции блока, имела вид убывающего числового ряда.

Для специалиста такое решение логически не следует из известного технического уровня гидроприводных телескопических стрел судовых кранов. Таким образом, заявляемое устройство отвечает критерию «изобретательский уровень».

Устройство и работа заявляемой гидравлически управляемой телескопической стрелы судового крана объяснены ниже со ссылкой на приложенные рисунки:

на фиг. 1 показана конструктивная схема гидравлически управляемой телескопической стрелы с четырьмя выдвижными секциями в выдвинутом положении, приводные гидроцилиндры второй и третьей секции не показаны;

на фиг. 2 показана конструктивная схема гидравлически управляемой телескопической стрелы с ближайшей к корневой секции первой выдвижной секцией в положении, когда она полностью выдвинута из корневой секции, при этом остальные выдвижные секции втянуты друг в друга;

на фиг. 3 показана гидравлическая схема гидравлически управляемой телескопической стрелы, на которой гидроцилиндр первой выдвижной секции показан в положении с выдвинутым штоком;

на фиг. 4 показаны конструктивная схема гидроцилиндра со встроенным в гидроцилиндр телескопическим трубопроводом и гидравлическая схема соединенного с гидроцилиндром блока регулирования потока рабочей жидкости.

Заявляемая гидравлически управляемая телескопическая стрела судового крана содержит корневую секцию (1), выполненную в виде балки коробчатого сечения, выдвижные секции (2.1), (2.2), (2.3) и самую удаленную от корневой секции (1) выдвижную секцию (2.4), которые телескопически установлены друг в друге внутри корневой секции (1), гидроцилиндры (3) для последовательного выдвижения и втягивания выдвижных секций (2.1), (2.2), (2.3), гидроцилиндр (4) для выдвижения и втягивания выдвижной секции (2.4) и гидравлический контур для рабочей жидкости, включающий в себя бак для рабочей жидкости (не показан), трубопровод выдвижения (5), трубопровод втягивания (6) и блоки (7) регулирования потока рабочей жидкости, соединенные каждый с соответствующим гидроцилиндром (3).

Гидроцилиндры (3), выполненные с полым штоком (8), снабжены встроенным в гидроцилиндр телескопическим трубопроводом (9), имеющим вставленные друг в друга наружную трубу (10) и внутреннюю трубу (11), которые выполнены с возможностью телескопического движения друг относительно друга.

При этом наружная труба (10) выполнена стационарно в штоке (8) гидроцилиндра, а внутренняя труба (11) выполнена стационарно в корпусе (12) гидроцилиндра и имеет в концевой области выемку (13) в боковой поверхности трубы, посредством которой в гидроцилиндрах (3) при полностью выдвинутых трубах (10) и (11) рабочая жидкость может попадать из поршневой полости (14) гидроцилиндра в полость наружной трубы (10).

Для входа-выхода в телескопический трубопровод (9) в корпусе (12) гидроцилиндра выполнен вход (15), а в полом штоке (8) гидроцилиндра выполнен вход (16).

Для входа-выхода в поршневую полость (14) гидроцилиндра в корпусе (12) гидроцилиндра выполнены два входа (17).

Для входа-выхода в штоковую полость (18) гидроцилиндра в полом штоке (8) гидроцилиндра выполнены два входа (19), а в корпусе (12) гидроцилиндра выполнен вход (20).

Каждый блок (7) имеет напорный канал (21), в котором выполнен обратный клапан (22) с обеспечением движения потока рабочей жидкости под давлением в поршневую полость (14) гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, канал (23) свободного слива, в котором выполнен обратный клапан (24) с обеспечением движения по встроенному в этот гидроцилиндр телескопическому трубопроводу (9) потока рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей (14) последовательно втягиваемых гидроцилиндров (3) и (4), и канал (25) регулируемого слива, в котором выполнен предохранительный напорный клапан (26), пропускающий через себя поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости (14) гидроцилиндра, с которым этот блок (7) соединен, при достижении давления на входе в этот предохранительный напорный клапан (26), заданного настройкой этого клапана. Также в блоке (7) выполнен единый для каналов (21), (23) и (25) вход (27).

Заводская настройка предохранительных напорных клапанов (26) в блоках (7) должна быть выполнена с обеспечением последовательного срабатывания клапанов в соседних блоках (7) при разных давлениях.

Последовательность значений этих давлений, начиная с блока (7) в гидроцилиндре секции (2.1) и кончая блоком (7) в гидроцилиндре секции (2.3) образует убывающий числовой ряд, например, (1,5 - 1,0 - 0,5) МПа;

В каждой паре гидроцилиндров (3), расположенных по удаленности от корневой секции (1) рядом друг с другом, вход 27 в блоке (7) одного из этой пары гидроцилиндров соединен с входом (16) в полом штоке (8) второго из этой пары гидроцилиндров посредством трубопровода выдвижения (5), а вход (20) в корпусе (12) одного из этой пары гидроцилиндров соединен с входом (19) в полом штоке второго гидроцилиндра посредством трубопровода втягивания (6).

Для последовательного выдвижения секций (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) давление подается по трубопроводу выдвижения (5) на вход (27) блока регулирования потока (7), гидравлически соединенного с гидроцилиндром (3) выдвижной секции (2.1), при этом штоковая полость (18) этого гидроцилиндра (3) соединена трубопроводом втягивания (6) с баком для рабочей жидкости.

От входа (27) поток рабочей жидкости по напорному каналу (21) через обратный клапан (22) поступает на вход (17) в поршневую полость (14) гидроцилиндра (3), который соединен своим корпусом (12) с корневой секцией (1), а штоком (8) соединен с выдвижной секцией (2.1).

Выдвижная секция (2.1) с полностью втянутыми в нее выдвижными секциями (2.2), (2.3) и (2.4) выдвигается из корневой секции (1) стрелы.

В гидроцилиндре (3) выдвижной секции (2.1) при полностью выдвинутом штоке (8) штоковая полость (14) этого гидроцилиндра сообщается с полостью телескопического трубопровода (9) посредством выемки (13) во внутренней трубе (11) этого трубопровода, в результате поток рабочей жидкости по трубопроводу (5), соединяющему вход (16) в гидроцилиндре (3) секции (2.1) с входом (27) в блоке (7) гидроцилиндра (3) секции (2.2), поступает в поршневую полость (14) гидроцилиндра (3) этой секции (2.2).

При выдвижении штока (8) гидроцилиндра (3) секции (2.2) рабочая жидкость из штоковой полости (18) этого гидроцилиндра сливается в бак по трубопроводу (6), соединяющему гидроцилиндры (3) секций (2.2) и (2.1).

Аналогично происходит последовательное выдвижение штоков в остальных гидроцилиндрах, включая гидроцилиндр (4) конечной выдвижной секции (2.4).

Для последовательного возвращения выдвинутых секций (2.1), (2.2), (2.3), (2.4) в обратном порядке в исходное положение, начиная с секции (2.4) и заканчивая секцией (2.1), давление подается по трубопроводу втягивания (6) на вход (20) в гидроцилиндре (3) секции (2.1), а вход (27) в блоке (7) этого гидроцилиндра соединяется посредством трубопровода выдвижения (5) с баком для рабочей жидкости.

При этом возможен свободный слив по трубопроводам выдвижения (5) и телескопическим трубопроводам (9) только из поршневой полости гидроцилиндра (4), приводящего в движение самую удаленную от корневой секции (1) выдвижную секцию (2.4), а слив из поршневых полостей остальных цилиндров закрыт обратными клапанами (22).

Поэтому шток гидроцилиндра (4) первым начинает движение на втягивание, и когда в конце хода он остановится, давление в поршневых полостях (14) гидроцилиндров (3) и на входе во все предохранительные напорные клапаны (26) начнет повышаться.

Поскольку настройка клапанов (26) в блоках (7) выполняется таким образом, чтобы значения давлений на входе в эти клапаны (26), при которых они пропускают рабочую жидкость на слив, равномерно убывали, начиная от блока (7) в гидроцилиндре секции (2.1) и заканчивая блоком (7) в гидроцилиндре секции (2.3), то первым откроется клапан (26) блока (7) в гидроцилиндре (3) секции (2.3).

Поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости (14) этого гидроцилиндра в канал (25) регулируемого слива, проходит через открывшийся клапан (26) по трубопроводу выдвижения (5), по телескопическому трубопроводу (9) в гидроцилиндре (3) секции (2.2), через обратный клапан (24) по каналу (23) свободного слива в следующий трубопровод выдвижения (5) и дальше, проходя аналогичным образом сквозь гидроцилиндр (3) секции (2.1), в бак для рабочей жидкости.

Поочередное срабатывание гидроцилиндров (3) в обратном порядке на втягивание штоков завершается срабатыванием гидроцилиндра (3) секции (2.1).

Таким образом, поочередное срабатывание в прямом и обратном порядке гидроцилиндров привода выдвижных секций телескопической стрелы обеспечивается без механического взаимодействия аппаратуры управления привода и подвижных металлоконструкций стрелы, что позволяет надежно защитить аппаратуру управления от морской стихии.

Изобретение относится к области подъемно-транспортного машиностроения и может быть использовано в кранах с гидравлически управляемой многоступенчатой телескопической стрелой. Телескопическая стрела включает корневую секцию, выполненную в виде балки коробчатого сечения, выдвижные секции, телескопически установленные друг в друге внутри корневой секции и снабженные каждая гидроцилиндром для последовательного выдвижения и втягивания выдвижных секций, и гидравлический контур для рабочей жидкости, включающий в себя бак для рабочей жидкости, трубопровод выдвижения и трубопровод втягивания. Гидроцилиндры выдвижных секций, за исключением секции, самой удаленной от корневой секции, выполнены с полым штоком и снабжены встроенным в эти гидроцилиндры телескопическим трубопроводом, имеющим две вставленные друг в друга трубы, которые выполнены с возможностью телескопического движения друг относительно друга. Одна из двух труб выполнена стационарно в корпусе гидроцилиндра, вторая труба выполнена стационарно в штоке гидроцилиндра, и одна из них имеет в концевой области выемку в боковой поверхности. В состав гидравлического контура для рабочей жидкости введены блоки регулирования потока рабочей жидкости, каждый из этих блоков, соединенный гидравлически с соответствующим снабженным встроенным телескопическим трубопроводом гидроцилиндром, имеет напорный канал, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения потока рабочей жидкости под давлением в поршневую полость гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, имеет канал свободного слива, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения по встроенному в этот гидроцилиндр телескопическому трубопроводу потока рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей последовательно втягиваемых гидроцилиндров, и имеет канал регулируемого слива, в котором выполнен предохранительный напорный клапан, пропускающий через себя поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, при достижении на входе в этот клапан давления, заданного настройкой этого клапана, причем настройка предохранительных напорных клапанов во всех блоках регулирования потока рабочей жидкости выполнена так, чтобы последовательность заданных значений давления, начиная с ближайшего к корневой секции блока, имела вид убывающего числового ряда. Достигается повышение надежности и долговечности гидроприводной телескопической стрелы судового крана. 4 ил.

Гидравлически управляемая телескопическая стрела судового крана, включающая в себя корневую секцию, выполненную в виде балки коробчатого сечения, выдвижные секции, телескопически установленные друг в друге внутри корневой секции и снабженные, каждая, гидроцилиндром для последовательного выдвижения и втягивания выдвижных секций, и гидравлический контур для рабочей жидкости, включающий в себя бак для рабочей жидкости, трубопровод выдвижения и трубопровод втягивания, причем гидроцилиндры выдвижных секций, за исключением секции, самой удаленной от корневой секции, выполнены с полым штоком и снабжены встроенным в эти гидроцилиндры телескопическим трубопроводом, имеющим две вставленные друг в друга трубы, которые выполнены с возможностью телескопического движения друг относительно друга, при этом одна из двух труб выполнена стационарно в корпусе гидроцилиндра, вторая труба выполнена стационарно в штоке гидроцилиндра и одна из них имеет в концевой области выемку в боковой поверхности, благодаря чему в гидроцилиндре с полностью выдвинутым штоком рабочая жидкость может попадать из поршневой полости этого гидроцилиндра в полость телескопического трубопровода и далее по трубопроводу выдвижения в поршневую полость гидроцилиндра, следующего по удаленности от корневой секции, отличающаяся тем, что в состав упомянутого гидравлического контура для рабочей жидкости введены блоки регулирования потока рабочей жидкости, каждый из этих блоков, соединенный гидравлически с соответствующим снабженным встроенным телескопическим трубопроводом гидроцилиндром, имеет напорный канал, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения потока рабочей жидкости под давлением в поршневую полость гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, имеет канал свободного слива, в котором выполнен обратный клапан с обеспечением движения по встроенному в этот гидроцилиндр телескопическому трубопроводу потока рабочей жидкости, вытесняемой из поршневых полостей последовательно втягиваемых гидроцилиндров, и имеет канал регулируемого слива, в котором выполнен предохранительный напорный клапан, пропускающий через себя поток рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости гидроцилиндра, с которым этот блок соединен, при достижении на входе в этот клапан давления, заданного настройкой этого клапана, причем настройка предохранительных напорных клапанов во всех блоках регулирования потока рабочей жидкости выполнена так, чтобы последовательность заданных значений давления, начиная с ближайшего к корневой секции блока, имела вид убывающего числового ряда.