Узел ограничения давления для использования в гидравлических или пневматических тормозных системах
Узел ограничения давления для использования в тормозной системе машины с гидравлическим или пневматическим приводом, куда с помощью насоса подают давление для отпускания тормоза, сбрасываемое в направлении резервуара, причем узел ограничения давления состоит по меньшей мере из одного переключающего клапана, открытого в обесточенном состоянии, и по меньшей мере одного устройства поддержания давления, расположенного между переключающим клапаном и резервуаром, регулируемого на определенное тормозное давление, для быстрого снижения давления в системе до заданного уровня давления и последующего поддержания его на этом уровне в течение заданного периода. Технический результат - создание узла ограничения давления для использования в тормозных системах, позволяющих быстро снизить давление в случае неисправности или в случае отказа системы питания до заданного уровня давления, то есть тормозного давления, а затем поддерживать его на этом уровне в течение заранее установленного периода, то есть времени торможения, чтобы предотвратить, например, катастрофическое полное торможение или даже аварию транспортера. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение относится к узлу ограничения давления для использования в гидравлических или пневматических тормозных системах шахтных конвейерных систем, как раскрыто в главной части независимого пункта 1 формулы изобретения.
В современных шахтных конвейерных системах, глубина которых иногда достигает более тысячи метров, правильная и надежная работа тормозов шахтных конвейерных систем играет решающую и центральную роль в любых условиях.
В связи с постоянно растущей сложностью электронных компонентов тормозных систем также возрастает вероятность возникновения неисправностей. Если такая неисправность затронет важный для безопасности компонент, в худшем случае могут пострадать люди. Если, например, блок управления гидравлической или пневматической тормозной системы при работе конвейера шахтной конвейерной системы неожиданно инициирует полное торможение, это может привести к значительному повреждению материала, а также к травмам людей и животных, или нанесению вреда окружающей среде.
Чтобы свести к минимуму риск возникновения опасных неисправностей электрических, электронных или программируемых электронных (E/E/PE) систем, существенных с точки зрения безопасности, их разработка должна осуществляться с учетом соответствующих стандартов.
Функциональная безопасность составляет такую часть безопасности системы, как тормозная система шахтного конвейера, которая зависит от правильного функционирования системы обеспечения безопасности и других мер по снижению рисков. Таким образом, основное внимание уделяется функциям, и, следовательно «функциональной безопасности». Необходимо продемонстрировать, что E/E/PE системы, в данном случае система управления тормозами, безопасно и надежно обеспечивают требуемую функциональность, несмотря на возрастающую сложность.
В связи возрастающими требованиями к функциональной безопасности машин и систем во всем мире, особенно к шахтным конвейерам, необходимо поддерживать технические решения, заполняющие пробелы в стандартных процедурах оценки, проводимых производителями отдельных компонентов для обеспечения существующей функциональной безопасности, и позволяющие надежно оценить вероятность отказа и тем самым избежать опасного торможения.
Хорошо известными типами клапанов в гидравлических или пневматических тормозных системах являются клапаны ограничения давления с механическим регулированием, клапаны ограничения давления с пропорциональным регулированием или клапаны ограничения давления с пропорциональным регулированием и регулированием двигателя.
У этих клапанов есть различные недостатки. Клапаны ограничения давления с механическим регулированием не обеспечивают надлежащую регулировку в процессе работы. Давление в клапанах ограничения давления с пропорциональным регулированием при отключении питания опускают до минимального или максимального уровня, что в обоих случаях может привести к катастрофическим последствиям для конвейерной системы или находящихся в ней людей. Клапаны ограничения давления с пропорциональным регулированием и регулированием двигателя не предусматривают надлежащие значения вероятности отказа (Среднее время до опасного отказа согласно ISO 13849).
Оценка стандартных компонентов, доступных на рынке, в частности клапанов ограничения давления с пропорциональным регулированием, то есть плавно регулируемых клапанов, ограничивающих выходное давление в зависимости от значения электрического тока, обычно основывается только на соответствующих конечных значениях, то есть минимальном или максимальном значениях, отражающих состояние после отключения источника питания, но не промежуточный диапазон регулирования, имеющий большее значение для управляемого замедления конвейерной системы, например, в случае отказа системы питания.
Другим недостатком известных систем с постоянно регулируемыми клапанами давления является необходимость использования нескольких клапанов с различными предварительно установленными значениями давления для каждого устанавливаемого уровня давления, которые всегда предварительно выбираются на требуемое значение посредством элемента управления.
Поэтому целью настоящего изобретения является создание узла ограничения давления для использования в тормозных системах, в частности, используемых в шахтных конвейерах, системах рассечения, аварийных или вспомогательных приводных систем, позволяющих быстро снизить давление в тормозной системе в случае неисправности или, в случае отказа системы питания, до заданного уровня давления, то есть тормозного давления, а затем поддерживать его на этом уровне в течение заранее установленного периода, то есть времени торможения, чтобы предотвратить, например, катастрофическое полное торможение или даже аварию транспортера.
Эта проблема решается отличительными признаками независимого пункта 1 формулы изобретения, в то время как функциональные варианты осуществления раскрываются отличительными признаками подпункта формулы изобретения. Предлагается узел ограничения давления для использования в тормозных системах машин, спроектированный таким образом, что он быстро снижает давление в системе до заданного уровня давления, т. е. тормозного давления, а затем поддерживает его на этом уровне в течение заданного периода, в частности время торможения, отличающийся тем, что уровень давления модуля ограничения давления регулируют пропорционально во время работы, а при отключении управляющего напряжения пропорционально заданное давление в системе поддерживают с помощью модуля ограничения давления в течение заданного времени торможения, даже в случае отключения или отказа питания клапана.
В предпочтительном варианте осуществления узел ограничения давления редусматривает систему управления для преднамеренной регулировки пропорционального регулирования давления / тормозного давления с помощью клапанов в соответствии с текущими условиями работы.
Снижение давления подфункции, а также поддержание давления подфункции узла ограничения давления предпочтительно представляют собой многоканальную конфигурацию для достижения высокого уровня безопасности. Узел ограничения давления согласно настоящему изобретению позволяет определять частоту отказов отдельных компонентов узла ограничения давления, а также частоту отказов системы согласно известному уровню техники.
Может применяться в гидравлических и пневматических системах. Может применяться в тормозных системах фрикционных конвейеров, а также в тормозных системах барабанных конвейеров. Сохранение давления в системе может осуществляться с помощью устройства накопления энергии (пневматического, механического или других способов накопления энергии).
Конкретно, в соответствии с изобретением предлагается узел ограничения давления для использования в гидравлических или пневматических тормозных системах машин, куда с помощью насосов подают давление для отпускания тормоза, сбрасываемое при торможении в направлении резервуара, причем узел ограничения давления состоит из по меньшей мере одного переключающего клапана, открытого в обесточенном состоянии, и по меньшей мере одного устройства поддержания давления, расположенного между переключающим клапаном и резервуаром, регулируемого на определенный уровень тормозного давления, для быстрого снижения давления в системе до заданного уровня давления последующего поддержания его на этом уровне в течение заданного периода.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одно устройство поддержания давления состоит из клапана с пропорциональным регулированием, давление в который подают с помощью насоса, закрытого в обесточенном состоянии, и клапана поддержания давления, уровень поддержания давления которого регулируют с помощью клапана с пропорциональным регулированием. Кроме того, устройство поддержания давления может быть снабжено аккумулятором давления, расположенным между клапаном поддержания давления и клапаном с пропорциональным егулированием, для компенсации утечек, а также датчиком давления для управления регулируемым клапаном.
Узел ограничения давления также может предусматривать множество устройств поддержания давления, предпочтительно четыре, которые также предпочтительно управляются множеством, предпочтительно двумя, переключающими клапанами, открытыми в обесточенном состоянии.
Дополнительные свойства и отличительные признаки изобретения могут быть взяты из следующего, не ограничивающего, раскрытия схемы частичного управления узлом ограничения давления тормоза согласно изобретению.
На фиг.1 показан предпочтительно гидравлический тормоз с тормозным диском 12 и четырьмя тормозными поршнями 11, которые, как показано, прижимаются к тормозному диску 12 в нормальном состоянии пружинами 11а. Для отпускания тормоза в цилиндрах 11b создают пневматическое или гидравлическое давление, таким образом тормозные поршни поднимаются. При отказе подачи давления система автоматически выполняет торможение.
Клапаны поз. от 50.1 до 53.1 и от 50.3 до 53.3 (канал 1), а также клапаны поз. от 50.2 до 53.2 и от 50.4 до 53.4 (канал 2) выполняют функцию снижения давления. Клапаны поз. 50.1–53.1 и 50.2–53.2 (канал 1), а также клапаны поз. 50.3–53.3 и 50.4– 53.4 (канал 2) выполняют функцию поддержания давления.
Пропорциональное регулирование давления осуществляют клапанами 53.1–53.4.
Это устанавливает определенное давление между клапанами 53.1–53.4 и 50.1–50.4, а также в гидроаккумуляторах 51.1–51.4 и в случае потери напряжения на регулирующем клапане 53.1–53.4 или других запорных клапанах (не показаны).
Аккумуляторы 51.1–51.4 используют для компенсации утечек и позволяют управлять перемещением клапанов поз. 50.1–50.4.
Установленное давление определяют и контролируют с помощью датчиков давления 52.1–52.4, предназначенными для управления регулирующими клапанами 53.1–53.4. Во время работы от насоса 1 в систему подают давление, сбрасываемое в направлении резервуара 2. Блок обратных клапанов 3 предотвращает снижение давления в направлении насоса. Переключающие клапаны 60.1 и 60.2 активируют контур понижения давления с последующим поддержанием давления.
Переключающие клапаны поз. 60.1 и 60.2 управляются во время нормальной работы и блокируют путь к модулям ограничения давления с 50 по 53. Насос 1 подает давление и вентилирует тормозные элементы 11, таким образом тормозной диск 12 может вращаться.
Давление в узле ограничения давления непрерывно и оперативно регулируют с помощью клапанов 50.X–53.X. Если требуется экстренное торможение или происходит отказ системы питания, переключающие клапаны 60.1–60.2 отключают от напряжения и, таким образом, открывают. В то же время клапаны 53.X отключают от напряжения и, таким образом, закрывают, таким образом, в узле ограничения давления сохраняется установленное давление.
1. Узел ограничения давления для использования в механической тормозной системе с гидравлическим или пневматическим приводом, куда от насоса (1) подают давление для отпускания тормоза, сбрасываемое в направлении резервуара (2), отличающийся тем, что узел ограничения давления состоит из: по меньшей мере одного переключающего клапана, открытого в обесточенном состоянии (60.1, 60.2), и по меньшей мере одного устройства поддержания давления, расположенного между переключающим клапаном (60.1, 60.2) и резервуаром (2), регулируемого на определенное тормозное давление, для быстрого снижения давления в системе до заданного уровня давления и последующего поддержания его на этом уровне в течение заданного периода.
2. Узел ограничения давления по п.1, причем по меньшей мере одно устройство поддержания давления состоит из клапана с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), давление в который подают с помощью насоса (1), а также клапана поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4), уровень поддержания давления которого регулируют с помощью клапана с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4).
3. Узел ограничения давления по п.2, причем устройство поддержания давления снабжено клапаном, расположенным между клапаном поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) и клапаном с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), а также датчиком давления (52.1, 52.2, 52.3, 52.4) для управления регулируемым клапаном (53.1, 53.2, 53.3, 53.4).
4. Узел ограничения давления по любому из предшествующих пунктов, причем узел ограничения давления предусматривает множество устройств поддержания давления.
5. Узел ограничения давления по любому из предшествующих пунктов, причем узел ограничения давления предусматривает множество переключающих клапанов, открытых в обесточенном состоянии (60.1, 60.2).
6. Способ ограничения давления в тормозной системе машин с гидравлическим или пневматическим приводом, куда с помощью насоса (1) подают давление для отпускания тормоза, сбрасываемое в резервуар (2) для торможения, таким образом в случае отказа подачи давления автоматически выполняет торможение, содержащий следующие этапы:
a. Обеспечение узла ограничения давления, состоящего по меньшей мере из одного переключающего клапана, открытого в обесточенном состоянии (60.1, 60.2), и по меньшей мере одного устройства поддержания давления, расположенного между переключающим клапаном (60.1, 60.2) и резервуаром (2), регулируемого на определенный уровень тормозного давления, клапаном с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), давление в который подают с помощью насоса (1), а также клапаном поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4), уровень поддержания давления которого регулируют с помощью клапана с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4);
b. Управление переключающими клапанами (60.1, 60.2) в нормальном режиме работы для перекрытия пути по крайней мере к одному устройству ограничения давления (от 50 до 53);
c. Повышение давления насосом (1) и вентиляция тормозных элементов (11) для отпускания тормоза (11, 12);
d. Непрерывный оперативный контроль давления по крайней мере в одном узле ограничения давления с помощью клапана с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4);
e. В случае аварийного торможения или отказа системы питания
отключение напряжения и последующее открытие переключающих клапанов (60.1, 60.2) с одновременным отключением от напряжения и последующим закрытием клапана с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4), таким образом заданное давление поддерживают в узле ограничения давления с помощью клапана поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4).
7. Способ ограничения давления в тормозной системе машин с гидравлическим или пневматическим приводом по п.6, причем между клапаном с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4) и клапаном поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4) предусмотрены аккумуляторы (51.1, 51.2, 51.3, 51.4) для компенсации утечек, позволяющие управлять движением клапана поддержания давления (50.1, 50.2, 50.3, 50.4).
8. Способ ограничения давления в тормозных системах машин с гидравлическим или пневматическим приводом по п.6 или 7, причем установленное давление в устройстве поддержания давления определяют и контролируют с помощью датчика давления (52.1, 52.2, 52.3, 52.4), при этом определяемое давление является основой для управления клапаном с пропорциональным регулированием (53.1, 53.2, 53.3, 53.4).
