стенд для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность

Формула изобретения

1. Стенд для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность, содержащий основной насос, рабочие каналы которого соединены с двумя гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, вспомогательный насос, один из рабочих каналов которого соединен с гидробаком, а второй рабочий канал - с каналом гидравлического устройства, каждый из двух других каналов которого соединен с соответствующей из упомянутых гидролиний, а также датчики, напорный клапан для ограничения максимального давления и контроллер, отличающийся тем, что основной насос выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, каждый из рабочих каналов основного насоса соединен с соответствующей из двух гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, при этом данное соединение выполнено напрямую, в указанных гидролиниях установлены датчики давления, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера, и, кроме того, стенд снабжен задатчиком закона изменения давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера, и дополнительными напорными клапанами.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен напорным клапаном, соединенным своим напорным каналом со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным, а сливным каналом - с гидробаком.

3. Стенд по п.2, отличающийся тем, что напорный клапан выполнен с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход данного клапана соединен с соответствующим выходом контроллера, а ко второму каналу вспомогательного насоса присоединен датчик давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера.

4. Стенд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен напорным клапаном, напорный канал которого посредством соответствующего обратного клапана соединен с каждой из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком.

5. Стенд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен двумя напорными клапанами, напорный канал каждого из которых соединен с соответствующей из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком.

6. Стенд по п.1, отличающийся тем, что каждый напорный клапан выполнен с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход клапана соединен с соответствующим выходом контроллера.

7. Стенд по п.1, отличающийся тем, что гидравлическое устройство выполнено в виде двух обратных клапанов, полости которых, расположенные со стороны седел, соединены между собой и со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным.

8. Стенд по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный насос выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, при этом гидравлическое устройство выполнено в виде гидрораспределителя с электроуправлением, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом контроллера.

9. Стенд по п.1, отличающийся тем, что на валу приводящего электродвигателя основного насоса установлен маховик.

10. Стенд по п.1, отличающийся тем, что привод основного и вспомогательного насосов выполнен от одного приводящего электродвигателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидравлических систем, а именно к гидравлическим испытательным стендам, и может найти применение при испытаниях на циклическую долговечность всевозможных гидравлических и пневматических емкостей, в частности баллонов высокого давления для сжатого природного газа.

Известен стенд для гидравлических испытаний таких емкостей, как пневмогидравлические аккумуляторы, содержащий основной насос, рабочие каналы которого соединены с двумя гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, вспомогательный насос, один из рабочих каналов которого соединен с гидробаком, а второй рабочий канал - с каналом гидравлического устройства, каждый из двух других каналов которого соединен с соответствующей из упомянутых гидролиний, и напорный клапан для ограничения максимального давления [1]. В качестве гидравлического устройства в данном стенде используется четырехлинейный трехпозиционный гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением, напорный канал которого соединен с общей напорной гидролинией основного и вспомогательного насосов, сливной канал - со всасывающей гидролинией основного насоса, а исполнительные каналы - с гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей. В состав стенда входит также клапан разности давлений, входной и выходной каналы которого соединены соответственно с напорным и всасывающим каналами основного насоса. Данный клапан настроен на незначительный перепад давления. Основной и вспомогательный насосы выполнены нерегулируемыми.

Известный стенд обеспечивает возможность одновременного испытания двух идентичных групп пневмогидравлических аккумуляторов, газовые полости которых соединены между собой. В силу последнего обстоятельства при перекачивании рабочей жидкости из жидкостных полостей аккумуляторов одной группы в жидкостные полости аккумуляторов другой группы и наоборот давление газа в газовых полостях аккумуляторов, а, следовательно, и в их жидкостных полостях остается практически постоянным, и основной насос работает при незначительном перепаде давления в его напорном и всасывающем каналах.

Недостатком рассматриваемого стенда являются повышенные потери энергии, обусловленные тем, что на завершающем этапе каждого рабочего цикла рабочая жидкость, подаваемая основным и вспомогательным насосами, сливается через предохранительный клапан в гидробак при рабочем давлении испытания аккумуляторов.

Другим, более существенным недостатком известного стенда являются его ограниченные функциональные возможности.

Дело в том, что полномасштабные испытания большинства емкостей, в том числе и пневмогидравлических аккумуляторов, предполагают имитацию их многократной зарядки и разрядки.

Так, например, согласно ГОСТ Р 51753-2001 "Баллоны высокого давления для сжатого природного газа, используемого в качестве моторного топлива на автомобильных транспортных средствах. Общие технические условия" предусмотрено проведение гидравлических испытаний указанных баллонов на циклическую долговечность. В процессе этих испытаний давление внутри подлежащего испытанию баллона должно изменяться в пределах от не более 0,1·Р до не менее 1,3·Р (где Р - рабочее давление баллона) с частотой не более десяти циклов в минуту. Баллон должен выдерживать без разрушения не менее 1000·Т циклов (где Т - расчетный срок службы баллона в годах). При проведении испытаний баллонов на циклическую долговечность при экстремальных температурах имеется режим, при котором баллон нагружают гидравлическим давлением от не более 0,1·Р до рабочего давления с частотой не более трех циклов в минуту.

В процессе испытаний целесообразно иметь возможность изменять давление в функции времени по различным законам. Так, например, для обеспечения наибольшей пропускной способности стенда для испытания баллонов высокого давления для сжатого природного газа на циклическую долговечность и, тем самым, повышения производительности испытаний, а также снижения вероятности необоснованной браковки баллонов по результатам этих испытаний указанные испытания необходимо проводить с максимально допустимой частотой при гармоническом (синусоидальном) законе изменения давления в пределах от максимально допустимого минимального значения до минимально допустимого максимального значения.

Рассматриваемый стенд не пригоден для проведения подобных испытаний даже при перенастройке входящего в его состав клапана разности давлений на перепад, равный разности максимального и минимального давлений, которые необходимо обеспечить в процессе испытаний. Во-первых, в его составе нет устройств, позволяющих обеспечивать тот или иной закон изменения давления в подлежащих испытанию емкостях. Во-вторых, после повышения давления до требуемого максимального значения в одной группе емкостей (в которые жидкость на текущем этапе работы стенда подавалась) и, соответственно, понижения давления до требуемого минимального значения в другой группе емкостей (из которых жидкость на текущем этапе работы стенда забиралась) и переключения гидрораспределителя перепад давления на гидромашине, используемой в качестве основного насоса, скачком изменяется на обратный по знаку (что отрицательно сказывается на долговечности гидромашины) и данная гидромашина начинает работать в режиме гидромотора, поэтому она должна быть мотор-насосом (использование гидромашины, которая может работать только в режиме насоса, недопустимо).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является принятый в качестве прототипа стенд для гидравлических испытаний емкостей (а именно пневмогидравлических аккумуляторов) на циклическую долговечность, содержащий основной насос, рабочие каналы которого соединены с двумя гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, вспомогательный насос, один из рабочих каналов которого соединен с гидробаком, а второй рабочий канал - с каналом гидравлического устройства, каждый из двух других каналов которого соединен с соответствующей из упомянутых гидролиний, а также датчики, напорный клапан для ограничения максимального давления и контроллер [2]. Гидравлическое устройство, входящее в состав данного стенда, выполнено в виде совокупности обратного клапана и четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя с электроуправлением, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом контроллера. При этом второй рабочий канал вспомогательного насоса посредством обратного клапана соединен с напорным каналом гидрораспределителя. Напорный канал основного насоса также соединен посредством соответствующего обратного клапана с напорным каналом указанного гидрораспределителя. Сливной канал гидрораспределителя соединен со всасывающей гидролинией основного насоса, а исполнительные каналы - с гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей.

Основной и вспомогательный насосы выполнены нерегулируемыми. Каждый из этих насосов снабжен приводящим электродвигателем и пускателем, при этом входы пускателей подключены к соответствующим выходам контроллера. Датчики выполнены в виде сигнализаторов осушения и заполнения подлежащих испытанию емкостей (пневмогидравлических аккумуляторов) и их выходы соединены с соответствующими входами контроллера.

Рассматриваемый стенд обеспечивает возможность одновременного испытания двух идентичных групп пневмогидравлических аккумуляторов, газовые полости которых соединены между собой. В силу последнего обстоятельства при перекачивании рабочей жидкости из жидкостных полостей аккумуляторов одной группы в жидкостные полости аккумуляторов другой группы и наоборот давление газа в газовых полостях аккумуляторов, а следовательно, и в их жидкостных полостях остается практически постоянным, и основной насос работает при незначительном перепаде давления в его напорном и всасывающем каналах.

Данный стенд обеспечивает снижение потребления энергии при проведении испытаний по сравнению с известным аналогом, благодаря обеспечению периодической работы вспомогательного насоса и исключению слива рабочей жидкости через предохранительный клапан при штатных режимах эксплуатации. Однако этот результат достигается за счет того, что приводящие электродвигатели основного и вспомогательного насосов, а соответственно и сами насосы, в процессе испытаний постоянно работают в режиме непрерывных пусков и остановов, что отрицательно сказывается на долговечности как электродвигателей, так и насосов (особенно, если учесть, что включение приводящего электродвигателя вспомогательного насоса происходит под нагрузкой) и является одним из недостатков известного стенда.

При проведении на данном стенде испытаний емкостей на циклическую долговечность после повышения давления до требуемого максимального значения в одной группе емкостей (в которые жидкость на текущем этапе работы стенда подавалась) и, соответственно, понижения давления до требуемого минимального значения в другой группе емкостей (из которых жидкость на текущем этапе работы стенда забиралась) и переключения гидрораспределителя перепад давления на гидромашине, используемой в качестве основного насоса, скачком изменяется на обратный по знаку, что отрицательно сказывается на долговечности гидромашины (которая при этом начинает работать в режиме гидромотора и поэтому должна быть мотор-насосом) и также является недостатком известного технического решения.

Конструкция известного стенда не исключает возможность понижения давления во всасывающей гидролинии основного насоса и в соединенных с ней в процессе испытаний жидкостных полостях подлежащих испытанию емкостей до уровня упругости насыщенного пара рабочей жидкости с последующим развитием кавитационных процессов, что снижает долговечность стенда и может стать причиной преждевременного выхода из строя испытуемых емкостей.

Рассматриваемый стенд не обеспечивает возможность изменения давления в подлежащих испытанию емкостях по тому или иному наперед заданному закону, что весьма существенно, например, при гидравлических испытаниях на циклическую долговечность газовых баллонов высокого давления.

Таким образом, известный стенд обладает ограниченными функциональными возможностями и недостаточной долговечностью.

Технической задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей стенда для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность путем обеспечения возможности изменения давления в подлежащих испытанию емкостях по требуемому закону, а также повышение долговечности стенда.

Другой технической задачей изобретения является снижение энергии, потребляемой при работе стенда.

Для решения поставленной задачи в известном стенде для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность, содержащем основной насос, рабочие каналы которого соединены с двумя гидролиниями для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, вспомогательный насос, один из рабочих каналов которого соединен с гидробаком, а второй рабочий канал - с каналом гидравлического устройства, каждый из двух других каналов которого соединен с соответствующей из упомянутых гидролиний, а также датчики, напорный клапан для ограничения максимального давления и контроллер, согласно изобретению основной насос выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, каждый из рабочих каналов основного насоса соединен с соответствующей из двух гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, при этом данное соединение выполнено напрямую, в указанных гидролиниях установлены датчики давления, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера, и, кроме того, стенд снабжен задатчиком закона изменения давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера, и дополнительными напорными клапанами.

В частных случаях исполнения стенд имеет следующие отличительные признаки.

Согласно изобретению стенд снабжен напорным клапаном, соединенным своим напорным каналом со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным, а сливным каналом - с гидробаком.

Согласно изобретению напорный клапан выполнен с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход данного клапана соединен с соответствующим выходом контроллера, а ко второму каналу вспомогательного насоса присоединен датчик давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера.

Согласно изобретению стенд снабжен напорным клапаном, напорный канал которого посредством соответствующего обратного клапана соединен с каждой из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком.

Согласно изобретению стенд снабжен двумя напорными клапанами, напорный канал каждого из которых соединен с соответствующей из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком.

Согласно изобретению каждый напорный клапан выполнен с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход клапана соединен с соответствующим выходом контроллера.

Согласно изобретению гидравлическое устройство выполнено в виде двух обратных клапанов, полости которых, расположенные со стороны седел, соединены между собой и со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным.

Согласно изобретению вспомогательный насос выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, при этом гидравлическое устройство выполнено в виде гидрораспределителя с электроуправлением, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом контроллера.

Согласно изобретению на валу приводящего электродвигателя основного насоса установлен маховик.

Согласно изобретению привод основного и вспомогательного насосов выполнен от одного приводящего электродвигателя.

Выполнение основного насоса в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, и соединение каждого из рабочих каналов основного насоса с соответствующей из двух гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей напрямую, а также установка в указанных гидролиниях датчиков давления, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера, и снабжение стенда задатчиком закона изменения давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера, и дополнительными напорными клапанами обеспечивает возможность изменения давления в подлежащих испытанию емкостях по требуемому закону (при соответствующем выборе параметров устройств, входящих в состав стенда), что расширяет функциональные возможности стенда (в частности, делает возможным проведение исследований влияния закона изменения давления на циклическую долговечность подлежащих испытанию емкостей при фиксированном диапазоне изменения давления).

При работе стенда на выходе контроллера, с которым соединен электрический вход узла управления основного насоса, выполненного в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, на основании текущих значений сигналов с задатчика закона изменения давления и датчиков давления формируется управляющий электрический сигнал, обеспечивающий изменение рабочего объема и соответственно подачи основного насоса из условия обеспечения требуемого закона изменения давления в подлежащих испытанию емкостях. Гарантированное обеспечение как верхней, так и нижней границ диапазона изменения давления осуществляется с помощью напорных клапанов.

Соединение напрямую каждого из рабочих каналов основного насоса с соответствующей из двух гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей исключает скачкообразное изменение перепада давления на основном насосе (характерное для аналога и прототипа) после повышения давления до требуемого максимального значения в одной группе емкостей (в которые жидкость на текущем этапе работы стенда подавалась) и, соответственно, понижения давления до требуемого минимального значения в другой группе емкостей (из которых жидкость на текущем этапе работы стенда забиралась), что благоприятно сказывается на долговечности стенда. Кроме того, благодаря указанному соединению снижаются гидравлические потери давления при работе стенда и, соответственно, энергия, потребляемая в процессе эксплуатации стенда.

В процессе работы стенда подача и давление основного насоса изменяются в соответствии с необходимостью обеспечения заданного закона изменения давления в подлежащих испытанию емкостях. При отсутствии необходимости в подаче данного насоса и, соответственно, ее обнулении потребляемая насосом мощность становится незначительной. В связи с этим отпадает необходимость в выключении и последующем включении приводящего электродвигателя основного насоса (что имело место при работе прототипа). Данное обстоятельство также обеспечивает повышение долговечности стенда.

Снабжение стенда напорным клапаном, соединенным своим напорным каналом со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным, а сливным каналом - с гидробаком, служит для поддержания во втором канале вспомогательного насоса давления, не меньшего требуемого при проведении испытаний минимального значения давления, и исключения тем самым возможности понижения давления в подлежащих испытанию емкостях (на этапе уменьшения в них давления) ниже требуемой при проведении испытаний минимальной величины.

Выполнение напорного клапана, соединенного своим напорным каналом со вторым каналом вспомогательного насоса, с пропорциональным электрическим управлением, соединение электрического входа данного клапана с соответствующим выходом контроллера и присоединение ко второму каналу вспомогательного насоса датчика давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера, служит для обеспечения автоматического изменения давления настройки данного клапана при смене диапазона или закона изменения давления, а также в определенных пределах позволяет повысить точность обеспечения заданного закона изменения давления в испытываемых емкостях при использовании в составе стенда нерегулируемого вспомогательного насоса: при отклонении от требуемого значения в меньшую сторону текущего давления в той из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, которая не является в данный момент времени определяющей для изменения рабочего объема (и, соответственно, подачи) основного насоса, при условии, что давление в этой гидролинии имеет в данный момент времени меньшую величину, чем во второй гидролинии, за счет автоматической перенастройки рассматриваемого клапана и подачи в данную гидролинию жидкости от вспомогательного насоса указанная погрешность может быть устранена.

Снабжение стенда напорным клапаном, напорный канал которого посредством соответствующего обратного клапана соединен с каждой из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком, необходимо для гарантированного исключения повышения давления в подлежащих испытанию емкостях сверх требуемого при проведении испытаний максимального значения давления, на которое и настраивается данный клапан. Использование для ограничения максимального давления в двух гидролиниях одного напорного клапана и двух обратных клапанов представляет собой наиболее дешевый вариант решения данной задачи.

Снабжение стенда двумя напорными клапанами, напорный канал каждого из которых соединен с соответствующей из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, а сливной канал - с гидробаком, представляет собой другой вариант решения той же задачи ограничения максимального давления в двух гидролиниях. Этот вариант является более дорогим по сравнению с предыдущим, но расширяет функциональные возможности стенда, поскольку позволяет независимо устанавливать значение максимального давления для каждой из гидролиний.

Выполнение каждого напорного клапана с пропорциональным электрическим управлением и соединение электрического входа клапана с соответствующим выходом контроллера служит для обеспечения автоматического изменения давления настройки данного клапана при смене диапазона или закона изменения давления. Кроме того, в случае применения двух напорных клапанов для ограничения величины максимального давления в гидролиниях, предназначенных для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, позволяет в определенных пределах повысить точность обеспечения заданного закона изменения давления в испытываемых емкостях при использовании в составе стенда нерегулируемого вспомогательного насоса: при отклонении от требуемого значения в большую сторону текущего давления в той из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, которая не является в данный момент времени определяющей для изменения рабочего объема (и, соответственно, подачи) основного насоса, за счет автоматической перенастройки рассматриваемого клапана и слива через него жидкости из указанной гидролинии в бак возникшая погрешность может быть устранена.

Выполнение гидравлического устройства в виде двух обратных клапанов, полости которых, расположенные со стороны седел, соединены между собой и со вторым каналом вспомогательного насоса, являющимся в данном случае напорным, служит для автоматического исключения понижения давления в любой из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей (с точностью до величины потерь давления в обратном клапане) ниже величины давления во втором канале вспомогательного насоса, определяемом давлением настройки напорного клапана, который подключен к этому каналу.

Выполнение вспомогательного насоса в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, и выполнение гидравлического устройства в виде гидрораспределителя с электроуправлением, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом контроллера, предназначено для повышения точности поддержания заданного закона изменения давления в той из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, которая не является в данный момент времени определяющей для изменения рабочего объема (и, соответственно, подачи) основного насоса.

С помощью гидрораспределителя второй канал вспомогательного насоса по сигналу с контроллера соединяется с той из гидролиний для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, которая не является в данный момент времени определяющей для изменения рабочего объема (и, соответственно, подачи) основного насоса, а рабочий объем вспомогательного насоса изменяется пропорционально рассогласованию между потребным и текущим значениями давления в указанной гидролинии. Если в этой гидролинии давление оказывается ниже того значения, которое необходимо в текущий момент времени, то вспомогательный насос подкачивает в нее жидкость из гидробака (при этом он работает в режиме насоса), если же давление в рассматриваемой гидролинии оказывается выше требуемого значения, то насос реверсируется и жидкость из гидролинии начинает сливаться через него в гидробак (при этом насос работает в режиме гидромотора).

Установка на валу приводящего электродвигателя основного насоса маховика предназначена для снижения энергии, потребляемой при работе стенда.

В те интервалы времени, в течение которых давление в гидролинии для подсоединения подлежащих испытанию емкостей, в которую поступает жидкость от основного насоса, меньше, чем давление в гидролинии, из которой жидкость поступает в основной насос, основной насос работает в режиме гидромотора. При этом он заставляет работать свой приводящий электродвигатель в режиме генератора, однако часть накопленной ранее в испытуемых емкостях (при повышении в них давления) потенциальной энергии не возвращается в энергосистему, а преобразуется в электродвигателе в тепловую энергию и рассеивается в окружающую среду. Использование маховика позволяет при работе основного насоса в режиме гидромотора аккумулировать энергию непосредственно на валу основного насоса и его приводящего электродвигателя и исключить дополнительные потери энергии в электродвигателе. При этом нагрузка на валу электродвигателя за цикл работы стенда выравнивается, вследствие чего становится возможным уменьшение установочной мощности электродвигателя.

Выполнение привода основного и вспомогательного насосов от одного приводящего электродвигателя также направлено на снижение энергии, потребляемой при работе стенда, так как позволяет более рационально использовать накопленную в испытуемых емкостях потенциальную энергию при работе основного насоса в режиме гидромотора (часть этой энергии непосредственно используется для привода вспомогательного насоса).

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена принципиальная схема стенда для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность, в которой вспомогательный насос выполнен нерегулируемым, а гидравлическое устройство выполнено в виде двух обратных клапанов.

На фиг.2 изображена принципиальная схема стенда для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность, в которой вспомогательный насос выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, а гидравлическое устройство выполнено в виде гидрораспределителя с электроуправлением.

Стенд для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность содержит основной насос 1, выполненный в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, один из рабочих каналов 2 которого соединен напрямую с гидролинией 3 для подсоединения подлежащих испытанию емкостей 4 (на схеме условно показана одна емкость 4), а другой канал 5 соединен напрямую с гидролинией 6 для подсоединения подлежащих испытанию емкостей 7 (на схеме условно показана одна емкость 7), вспомогательный насос 8, один рабочий канал 9 которого соединен с гидробаком 10, а второй рабочий канал 11 - с каналом 12 гидравлического устройства 13, два других канала 14, 15 которого соединены с гидролиниями соответственно 3, 6, а также датчики 16, 17 давления, установленные в гидролиниях соответственно 3, 6, контроллер 18 и задатчик 19 закона изменения давления, электрический выход которого соединен с входом 20 контроллера 18. Электрический вход узла управления основного насоса 1 соединен с выходом 21 контроллера 18, а выходы датчиков 16, 17 давления соединены со входами соответственно 22, 23 контроллера 18.

Емкости 4 и 7 идентичны друг другу.

Вспомогательный насос 8 в одном из вариантов исполнения стенда выполнен нерегулируемым, как показано на фиг.1. Стенд в данном варианте исполнения снабжен напорным клапаном 24, соединенным своим напорным каналом со вторым каналом 11 вспомогательного насоса 8, являющимся в данном случае напорным, а сливным каналом - с гидробаком 10. В преимущественном варианте исполнения напорный клапан 24 выполнен с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход клапана 24 соединен с выходом 25 контроллера 18, а ко второму каналу 11 вспомогательного насоса 8 присоединен датчик давления 26, выход которого соединен с входом 27 контроллера 18. При работе стенда по умолчанию давление настройки напорного клапана 24 равно минимальному значению давления, требуемому при проведении испытаний емкостей 4, 7.

Для ограничения величины максимального давления в гидролиниях 3, 6 стенд снабжен напорным клапаном 28, напорный канал которого посредством обратных клапанов 29, 30 соединен с гидролиниями соответственно 3, 6, а сливной канал - с гидробаком 10 (см. фиг.1).

В другом варианте исполнения стенд снабжен двумя напорными клапанами 31, 32, при этом напорный канал клапана 31 соединен с гидролиний 3, напорный канал клапана 32 соединен с гидролиний 6, а сливные каналы обоих клапанов соединены с гидробаком 10 (см. фиг.2). В преимущественном варианте исполнения напорные клапаны 31, 32 выполнены с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход клапана 31 соединен с выходом 33, а электрический вход клапана 32 - с выходом 34 контроллера 18. При работе стенда по умолчанию давление настройки напорных клапанов 28, 31, 32 равно максимальному значению давления, требуемому при проведении испытаний емкостей 4, 7.

В одном из вариантов исполнения, когда вспомогательный насос 8 выполнен нерегулируемым (см. фиг.1), гидравлическое устройство 13 выполнено в виде двух обратных клапанов 35, 36, полости которых, расположенные со стороны седел, соединены между собой и с каналом 12 (а в результате и со вторым каналом 11 вспомогательного насоса 8, являющимся в данном случае напорным), а пружинные полости соединены с каналами соответственно 14, 15 (то есть, в конечном итоге, с гидролиниями соответственно 3, 6).

В другом варианте исполнения стенда вспомогательный насос 8 выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с выходом 37 контроллера 18, при этом гидравлическое устройство 13 выполнено в виде двухпозиционного трехлинейного гидрораспределителя 38 с электроуправлением и пружинным возвратом золотника (возможны и другие варианты исполнения данного гидрораспределителя), электрический вход которого соединен с выходом 39 контроллера 18 (см. фиг.2). При нулевом управляющем сигнале на электрическом входе гидрораспределителя 38 золотник гидрораспределителя под действием пружины занимает положение, при котором канал 12 гидравлического устройства 13 соединен с каналом 15 этого устройства, а канал 14 заперт. При рабочем (ненулевом) управляющем сигнале на электрическом входе гидрораспределителя 38 его золотник занимает положение, при котором канал 12 гидравлического устройства 13 соединен с каналом 14 этого устройства, а канал 15 заперт.

В любом из вариантов исполнения стенда на валу приводящего электродвигателя 40 основного насоса 1 может быть установлен маховик 41 (см. фиг.2).

Согласно одному из вариантов исполнения стенда привод основного и вспомогательного насосов 1, 8 выполнен от одного приводящего электродвигателя 40 (см. фиг.2).

Для выпуска воздуха из подлежащих испытанию емкостей 4, 7 стенд снабжен воздухоспускными устройствами 42, 43, установленными в гидролиниях соответственно 3, 6 в непосредственной близости к местам присоединения к этим гидролиниям емкостей 4, 7.

Предлагаемый стенд для гидравлических испытаний емкостей на циклическую долговечность работает следующим образом.

После присоединения к гидролиниям 3, 6 подлежащих испытанию емкостей соответственно 4, 7 и выпуска воздуха из гидросистемы стенда через воздухоспускные устройства 42, 43 (требуемое для выпуска воздуха давление в гидросистеме стенда создается с помощью вспомогательного насоса 8) производится повышение давления в одной из емкостей 4, 7 до максимального значения давления, предусмотренного при проведении испытаний, а в другой из емкостей - до минимального значения давления, предусмотренного при проведении испытаний. Данный процесс осуществляется автоматически под управления контроллера 18 при работе стенда в режиме подготовки к испытаниям на циклическую долговечность.

Далее для определенности примем, что до максимального значения давление необходимо повысить в емкости 4, а до минимального значения - в емкости 7.

Если вспомогательный насос 8 выполнен в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, то на электрический вход узла управления данного насоса 8 подается управляющий сигнал, обеспечивающий перемещение регулирующего органа последнего в положение, при котором напорным является его второй рабочий канал 11 и обеспечивается максимально возможное значение подачи. В рассматриваемом случае управляющий сигнал на электрический вход гидрораспределителя 38 не подается. При любом исполнении вспомогательного насоса 8 на электрический вход узла управления основного насоса 1 подается управляющий сигнал, обеспечивающий перемещение регулирующего насоса 1 в положение, при котором напорным является его рабочий канал 2 и обеспечивается подача, несколько меньшая подачи вспомогательного насоса 8.

После включения приводящих электродвигателей основного и вспомогательного насосов 1, 8 рабочая жидкость из гидробака 10 подается вспомогательным насосом 8 в гидролинию 6 и присоединенную к ней емкость 7 и одновременно в значительной степени перекачивается основным насосом 1 из гидролинии 6 в гидролинию 3 и присоединенную к ней емкость 4. В результате давление в гидролиниях 3, 6 и емкостях 4, 7 увеличивается, но с разной скоростью: в гидролинии 3 и емкости 4 давление растет быстрее, поскольку в них рабочая жидкость поступает при существенно большем расходе. Контроль за текущими значениями давлений осуществляется с помощью датчиков давления 16, 17.

Максимальное значение давления в гидролинии 3 ограничивается в зависимости от исполнения стенда с помощью одного из напорных клапанов 28 или 31, настроенных на максимальное значение давления, требуемое при проведении испытаний емкостей 4, 7.

При использовании нерегулируемого вспомогательного насоса 8 максимальное значение давления в его втором рабочем канале 11, являющемся напорным, ограничивается с помощью напорного клапана 24, настроенных на минимальное значение давления, требуемое при проведении испытаний емкостей 4, 7. В связи с этим, в рассматриваемом случае в гидролинии 6 и емкости 7 давление не может превысить указанную величину. При использовании в качестве вспомогательного насоса 8 реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением после достижения в гидролинии 6 давления, равного минимальному значению, предусмотренному при проведении испытаний, рабочий объем и, соответственно, подача вспомогательного насоса под управлением контроллера 18 изменяются таким образом, чтобы давление в гидролинии 6 поддерживалось на указанном уровне.

После достижения в гидролинии 3 давления, равного максимальному значению, предусмотренному при проведении испытаний, рабочий объем и, соответственно, подача основного насоса 1 под управлением контроллера 18 изменяются таким образом, чтобы давление в гидролинии 3 поддерживалось на указанном уровне.

Когда давление в гидролинии 3 достигнет максимального значения, предусмотренного при проведении испытаний, а в гидролинии 6 - минимального значения, предусмотренного при проведении испытаний, стенд готов к началу испытаний на циклическую долговечность. Данные испытания осуществляются автоматически под управления контроллера 18 при работе стенда в режиме испытаний на циклическую долговечность.

При этом с выхода задатчика 19 закона изменения давления на вход 20 контроллера 18 постоянно поступает сигнал, определяющий требуемый характер изменения давления в подлежащих испытаниям емкостях 4, 7. В связи с тем, что емкости 4, 7 посредством гидролиний 3, 6 соединены с разными рабочими каналами 2, 5 основного насоса 1, то изменение давления в них происходит со сдвигом по фазе, а именно: когда в гидролинии 6 и емкости 7 давление увеличивается, то в гидролинии 3 и емкости 4 оно уменьшается и наоборот.

Фактический характер изменения давления в гидролинии 3 контролируется с помощью датчика 16 давления, сигнал с выхода которого поступает на вход 22 контроллера 18, а в гидролинии 6 - с помощью датчика 17 давления, сигнал с выхода которого поступает на вход 23 контроллера 18.

Возможно несколько вариантов управления основным насосом 1, то есть изменения его рабочего объема и соответственно подачи: из условия обеспечения заданного закона изменения давления только в гидролинии 3, из условия обеспечения заданного закона изменения давления только в гидролинии 6, из условия обеспечения заданного закона изменения давления в той из гидролиний 3, 6, в которой на текущем отрезке времени давление должно увеличиваться или поддерживаться максимальным, из условия обеспечения заданного закона изменения давления в той из гидролиний 3, 6, в которой на текущем отрезке времени давление должно уменьшаться или поддерживаться минимальным и т.д.

Примем для определенности, что при положительном сигнале, подаваемом на электрический вход узла управления основного насоса 1, его рабочий канал 2 является напорным, а рабочий канал 5 - всасывающим, и, соответственно, при отрицательном сигнале - наоборот.

Если определяющим при управлении основным насосом 1 является обеспечение заданного закона изменения в гидролинии 3, то на электрический вход узла управления основного насоса 1 с выхода 21 контроллера 18 подается управляющий электрический сигнал, величина которого равна сумме двух слагаемых, первое из которых пропорционально потребной в текущий момент времени скорости изменения давления в гидролинии 3, а второе пропорционально разности между текущими потребным и фактическим значениями давления в гидролинии 3.

Если же определяющим для управления основным насосом 1 является обеспечение заданного закона изменения в гидролинии 6, то на электрический вход узла управления основного насоса 1 с выхода 21 контроллера 18 подается управляющий электрический сигнал, величина которого равна сумме двух слагаемых, первое из которых пропорционально взятой со знаком минус потребной в текущий момент времени скорости изменения давления в гидролинии 6, а второе пропорционально взятой со знаком минус разности между текущими потребным и фактическим значениями давления в гидролинии 6.

В соответствии с вышесказанным при обеспечении заданного закона изменения в гидролинии 3 на этапе увеличения и поддержания постоянного давления в данной гидролинии подача в нее рабочей жидкости основным насосом 1 увеличивается (здесь и далее по сравнению с расходом рабочей жидкости, необходимым при отсутствии погрешностей в обеспечении заданного закона изменения давления), если фактическое текущее значение давления в гидролинии 3 меньше требуемого значения, и уменьшается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 3 больше требуемого значения, а на этапе уменьшения и поддержания постоянного давления в данной гидролинии текущий расход рабочей жидкости, выкачиваемой из нее основным насосом 1, уменьшается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 3 меньше требуемого значения, и увеличивается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 3 больше требуемого значения.

Аналогичным образом, при обеспечении заданного закона изменения в гидролинии 6 на этапе увеличения и поддержания постоянного давления в данной гидролинии подача в нее рабочей жидкости основным насосом 1 увеличивается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 6 меньше требуемого значения, и уменьшается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 6 больше требуемого значения, а на этапе уменьшения и поддержания постоянного давления в данной гидролинии текущий расход рабочей жидкости, выкачиваемой из нее основным насосом 1, уменьшается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 6 меньше требуемого значения, и увеличивается, если фактическое текущее значение давления в гидролинии 6 больше требуемого значения.

В результате, в той из гидролиний 3, 6, изменение давления в которой является определяющим для управления основным насосом 1 (далее для краткости эта линия условно называется определяющей), с высокой точностью обеспечивается воспроизведение заданного закона изменения давления, устанавливаемого задатчиком 19.

В идеальном случае (при абсолютной идентичности гидролиний 3, 6, емкостей 4,7, отсутствии утечек) скорости изменения давления в гидролиниях 3 и 6 должны отличаться только знаком и, соответственно, давления в них при любом заданном симметричном законе изменения давления должны изменяться одинаково (только со сдвигом по фазе).

Фактически же из-за утечек рабочей жидкости, различного содержания нерастворенного воздуха в емкостях 4, 7 и присоединенных к ним гидролиниях 3, 6, а также различия геометрических размеров емкостей 4, 7 в пределах допусков на изготовление и т.п. в той из гидролиний 3, 6, которая не является в данный момент времени определяющей для изменения рабочего объема (и, соответственно, подачи) основного насоса 1 (далее эта линия для краткости условно называется неопределяющей), изменение давления происходит с отклонениями от заданного закона.

При этом в наиболее простом варианте исполнения стенда, когда вспомогательный насос 8 выполнен нерегулируемым, а напорный клапан 24 выполнен с ручной регулировкой, указанные отклонения от заданного закона изменения давления корректируются в конце этапов повышения и понижения давления. Так, если при повышении давления в определяющей из гидролиний 3, 6 давление в неопределяющей из этих гидролиний понизится до уровня минимального значения раньше, чем давление в определяющей гидролинии достигнет максимального значения, то давление в неопределяющей гидролинии поддерживается на уровне минимального значения за счет поступления в нее через гидравлическое устройство 13 рабочей жидкости от вспомогательного насоса 8 при давлении настройки напорного клапана 24. Если же при повышении давления в определяющей из гидролиний 3, 6 давление в ней достигнет максимального значения раньше, чем давление в неопределяющей гидролинии понизится до уровня минимального значения, то далее управление основным насосом 1 производится из условия понижения давления в бывшей неопределяющей гидролинии по заданному закону вплоть до достижения требуемого минимального значения (то есть функции гидролиний временно меняются), при этом в бывшей определяющей гидролинии, в которую продолжает подаваться жидкость основным насосом 1, давление поддерживается на уровне требуемого максимального значения с помощью соответствующего из напорных клапанов 28, 31 или 32. Если при понижении давления в определяющей из гидролиний 3, 6 давление в неопределяющей из этих гидролиний повысится до уровня максимального значения раньше, чем давление в определяющей гидролинии достигнет минимального значения, то давление в неопределяющей гидролинии, в которую продолжает подаваться жидкость основным насосом 1, поддерживается на уровне требуемого максимального значения с помощью соответствующего из напорных клапанов 28, 31 или 32. Если же при понижении давления в определяющей из гидролиний 3, 6 давление в ней достигнет минимального значения раньше, чем давление в неопределяющей гидролинии повысится до уровня максимального значения, то далее управление основным насосом 1 производится из условия повышения давления в бывшей неопределяющей гидролинии по заданному закону вплоть до достижения требуемого максимального значения (то есть функции гидролиний временно меняются), при этом в бывшей определяющей гидролинии, из которой продолжает выкачиваться жидкость основным насосом 1, давление поддерживается на уровне минимального значения за счет поступления в нее через гидравлическое устройство 13 рабочей жидкости от вспомогательного насоса 8 при давлении настройки напорного клапана 24.

Если напорный клапан 24 выполнен с пропорциональным электрическим управлением, то в те моменты времени, когда фактическое значение давления в неопределяющей из гидролиний 3, 6, меньше, чем в определяющей, и меньше, чем текущее требуемое значение давления в неопределяющей гидролинии, с выхода 25 контроллера 18 на электрический вход клапана 24 поступает управляющий сигнал, обеспечивающий перенастройку клапана 24 на давление, равное или большее, чем текущее требуемое значение давления в неопределяющей гидролинии. Вследствие этого в неопределяющую гидролинию поступает рабочая жидкость от вспомогательного насоса 8 и возникшая погрешность в законе изменения давления устраняется.

Если напорные клапаны 31, 32 выполнены с пропорциональным электрическим управлением, то в те моменты времени, когда фактическое значение давления в неопределяющей из гидролиний 3, 6, больше, чем текущее требуемое значение давления в этой гидролинии, на электрический вход того из клапанов 32, 32, который подключен к неопределяющей гидролинии, с соответствующего из выходов 33, 34 контроллера 18 поступает управляющий сигнал, обеспечивающий перенастройку указанного напорного клапана на давление, равное или меньшее, чем текущее требуемое значение давления в неопределяющей гидролинии. Вследствие этого рабочая жидкость из неопределяющей гидролинии через подключенный к ней напорный клапан частично сливается в гидробак 10 и возникшая погрешность в законе изменения давления устраняется.

При выполнении вспомогательного насоса 8 в виде реверсивного мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением (см. рис.2) его второй рабочий канал 11 посредством гидравлического устройства 13, выполненного в указанном случае в виде гидрораспределителя 38 с электроуправлением, всегда соединяется с неопределяющей из гидролиний 3, 6, благодаря подаче соответствующего управляющего сигнала (рабочего или нулевого) на электрический вход гидрораспределителя 38 с выхода 39 контроллера 18.

Примем для определенности, что при положительном сигнале, подаваемом на электрический вход узла управления вспомогательного насоса 8, его рабочий канал 11 является напорным, а рабочий канал 9 - всасывающим, и, соответственно, при отрицательном сигнале - наоборот.

При этом на электрический вход узла управления вспомогательного насоса 8 с выхода 37 контроллера 18 подается управляющий электрический сигнал, величина которого пропорциональна разности между текущими потребным и фактическим значениями давления в неопределяющей из гидролиний 3, 6. Поэтому, когда фактическое давление в неопределяющей гидролинии меньше требуемого значения, вспомогательный насос подает в нее рабочую жидкость из гидробака 10, работая в режиме насоса, а когда фактическое давление в неопределяющей гидролинии больше требуемого значения, вспомогательный насос забирает из нее рабочую жидкость в гидробак 10, работая в режиме гидромотора. В результате, и в той из гидролиний 3, 6, изменение давления в которой не является определяющим для управления основным насосом 1, с высокой точностью обеспечивается воспроизведение заданного закона изменения давления, устанавливаемого задатчиком 19.

При отсутствии расхождения между текущими фактическим и требуемым значениями давления в неопределяющей гидролинии вспомогательный регулируемый насос-мотор 8 работает с нулевой подачей, что предопределяет низкую величину потребляемой им мощности.

Благодаря тому, что каждый из рабочих каналов 2, 5 основного насоса 1 постоянно соединен с соответствующей из испытываемых емкостей 4, 7, процесс испытаний не сопровождается резкими изменениями знака перепада давления на насосе 1 (что положительно сказывается на его долговечности), и потенциальная энергия, накопленная ранее в той из емкостей 4, 7, в которой на предыдущем этапе испытаний давление повышалось, используется на следующем этапе испытаний, когда давление в этой емкости понижается, для повышения давления в другой емкости. Установка на валу приводящего электродвигателя 40 основного насоса 1 маховика 41 позволяет при работе основного насоса 1 в режиме гидромотора аккумулировать избыточную энергию непосредственно на валу основного насоса и его приводящего электродвигателя, исключить дополнительные потери энергии в электродвигателе, и в итоге снизить энергию, потребляемую при работе стенда.

Выполнение привода основного 1 и вспомогательного 8 насосов от одного приводящего электродвигателя 40 также позволяет более рационально использовать накопленную в испытуемых емкостях 4, 7 потенциальную энергию при работе основного насоса 1 в режиме гидромотора, поскольку часть этой энергии непосредственно используется для привода вспомогательного насоса 8. Благодаря этому энергия, потребляемая при работе стенда, дополнительно снижается.

Таким образом, как следует из вышеизложенного, реализация предлагаемого технического решения обеспечивает возможность изменения давления в емкостях, подлежащих гидравлическому испытанию на циклическую долговечность, по требуемому закону, благодаря чему расширяются функциональные возможности стенда, а также повышает долговечность стенда и приводит к снижению затрат энергии при работе стенда.

Источники информации

1. Стенд для испытания пневмогидравлических аккумуляторов. Авторское свидетельство СССР №709847, МКИ F 15 В 19/00. Заявлено 17.04.1978. Опубликовано 15.01.1980.

2. Стенд для испытания пневмогидравлических аккумуляторов. Авторское свидетельство СССР №1550236, МКИ F 15 В 19/00. Заявлено 21.06.1988. Опубликовано 15.03.1990.