ГИДРОПРИВОД ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА Российский патент 1994 года по МПК E02F9/22 

Изобретение относится к строительным машинам, применяемым в строительстве, сельском хозяйстве, при добыче полезных ископаемых, характерным признаком которых является значительное изменение величины отбора мощности за время одного рабочего цикла.

Известен фронтальный погрузчик [1] , включающий шасси с двигателем, трансмиссию, гидросистему рабочего оборудования с гидроцилиндрами стрелы и ковша, пневмогидроаккумулятор.

Недостатком этого технического решения является то, что энергия, накопленная в пневмогидроаккумуляторе, передается через дополнительно установленный гидромотор, в котором происходит потеря энергии, соответствующая КПД этого гидромотора.

Известен гидропривод фронтального погрузчика [2], который состоит из гидроцилиндров рабочего оборудования, реверсивного насоса, гидроуправляемого шестилинейного двухпозиционного распределителя, пневмогидроаккумулятора.

Недостатком этого устройства является то, что энергия, накопленная в пневмогидроаккумуляторе, передается через обратимый насос, в котором происходит потеря энергии, соответствующая КПД этого износа. Также недостатком является невозможность уменьшить рабочий объем (максимальный) реверсивного насоса, так как (при заданном числе оборотов его вала) максимальная подача насоса, поступающая в два гидроцилиндра подъема стрелы, должна обеспечить требуемое время подъема стрелы.

Цель изобретения - снижение энергозатрат, использование регулируемого насоса с меньшим рабочим объемом и упрощение конструкции.

На фиг. 1 изображен фронтальный погрузчик; на фиг. 2 - показана принципиальная гидравлическая схема его рабочего оборудования; на фиг. 3 и 4 представлены соответственно схемы позиции и перемещений рукоятки блока управления.

Фронтальный погрузчик состоит из шасси 1, рабочего оборудования с ковшом 2, стрелой 3, гидроцилиндрами 6, 7 подъема стрелы и гидроцилиндром 8 поворота ковша.

Гидропривод погрузчика имеет бак 9, из которого по гидролинии 10 насос 11 подпитки реверсивного регулируемого насоса 12 всасывает масло для компенсации утечек. Реверсивный регулируемый насос 12 гидролиниями 13, 14 соединен с двухпозиционным шестилинейным распределителем 15, который гидролиниями 16, 17 соединен соответственно с рабочей и штоковой полостями гидроцилиндров 7, 6, а гидролиниями 18, 19 - соответственно с бесштоковой и штоковой полостями гидроцилиндра 8. Первая гидролиния 13 насоса 12 соединена соответственно с рабочей полостью гидроцилиндра 7 и бесштоковой полостью гидроцилиндра 8, а вторая гидролиния 14 насоса 12 соединена соответственно со штоковыми полостями гидроцилиндров 6, 8 независимо от позиции распределителя 15. Бесштоковая полость гидроцилиндра 6 стрелы соединена с входом гидрозамка 22, выход которого соединен с пневмогидроаккумулятором 20, а полость управления - с гидролинией 16, соединяющей шестилинейный гидрораспределитель 15 с рабочей полостью второго гидроцилиндра 7 стрелы и входом в редукционный клапан 26, выход которого через обратный клапан 28 соединен с гидролинией бесштоковой полости гидроцилиндра 6. Гидроцилиндр 7 выполнен плунжерным, объемы бесштоковой полости гидроцилиндра 6 и рабочей полости гидроцилиндра 7 выбраны одинаковыми.

Блок 30 управления имеет рукоятку 31 и первой и третьей гидролиниями 32 и 33 соединен с полостями управления распределителя 15, а второй и четвертой гидролиниями 34 и 35 - с соответствующими полостями сервоцилиндра 36 управления регулируемого реверсивного насоса 12.

Распределитель 15 имеет две позиции А и Б.

При транспортном движении погрузчика рукоятка 31 блока 30 управления находится в позиции 0 (фиг. 3), подача насоса 12 отсутствует, его силовые гидролинии 13, 14 заперты. Сервоцилиндр 36 насоса 12 находится в среднем положении, соответствующем нулевой подаче насоса 12 при отсутствии давления в гидролиниях 34, 35 блока 30 управления. Это соответствует нейтральной позиции 0 (фиг. 3) рукоятки 31 блока 30, в котором гидролинии 32, 33 соединены с баком. При отсутствии давления в гидролиниях 32, 33 двухпозиционный шестилинейный распределитель 15 пружиной 37 устанавливается в позиции А, соединяющей первую гидролинию 13 и вторую гидролинию 14 посредством гидролиний 16, 17 соответственно с рабочей и штоковой полостями гидроцилиндров 7, 6 подъема стрелы. В этой позиции распределителя 15 гидролинии 18, 19 рабочих полостей гидроцилиндра 8 поворота ковша заперты. Пневмогидроаккумулятор 20 и бесштоковая полость гидроцилиндра 6 разобщены гидрозамком 22.

Управление стрелой. Пневмогидроаккумулятор 20 соединен с бесштоковой полостью гидроцилиндра 6 посредством гидрозамка 22 и гидролинией 21, 23. Гидрозамок 22 установлен так, что свободное поступление рабочей жидкости возможно в направлении от бесштоковой полости гидроцилиндра 6 к пневмогидроаккумулятору 20. Поступление рабочей жидкости в обратном направлении возможно только при подаче давления в полость управления гидрозамка 22 по гидролинии 24. Маневровый объем пневмогидроаккумулятора равен объему бесштоковой полости гидроцилиндра 6.

Давление газа в пневмогидроаккумуляторе 20 и объем пневмогидроаккумулятора подобраны так, что при максимально выдвинутом штоке гидроцилиндра 6 давление рабочей жидкости в бесштоковой полости гидроцилиндра 6 приблизительно равно давлению рабочей жидкости в рабочей полости гидроцилиндра 7 в конце подъема рабочего оборудования с номинальным грузом в ковше 2, а при максимально втянутом штоке гидроцилиндра 6 давление рабочей жидкости должно быть приблизительно равно давлению настройки предохранительных клапанов гидросистемы, расположенных в клапанной коробке 39, соединенной с гидролиниями 13, 14 гидролиниями 40, 41 соответственно.

Полость управления гидрозамка 22 соединена гидролинией 24 с гидролинией 16. Давление открывания гидрозамка 22 превышает низкое давление в гидросистеме, определяемое настройкой клапана подпиточного давления насоса 12.

Известный блок 30 управления выполнен так, что при нейтральной позиции 0 (фиг. 3) рукоятки 31 гидролинии 32, 33, 34, 35 соединены с баком. При переводе рукоятки 31 в позицию В гидролиния 32 оказывается под давлением, а гидролинии 33, 34, 35 соединены с баком - это соответствует включению позиции А распределителя 15.

В случае перевода рукоятки 31 из позиции В к позиции Д под давлением оказываются гидролинии 32 и 34 при увеличении подачи насоса 12 в гидролинию 14 и далее через гидрораспределитель 15 и гидролинию 17 в штоковую полость гидроцилиндра 6. В позиции Д рукоятки 31 происходит втягивание штока гидроцилиндра 6 на максимальной подаче насоса 12. Рабочая жидкость из бесштоковой полости гидроцилиндра 6 через гидрозамок 22 поступает в пневмогидроаккумулятор 20, заряжая его таким образом, что штоки гидроцилиндров 6, 7 втягиваются (стрела 3 опускается) при одновременной зарядке пнвмогидроаккумулятора 20, под действием давления в штоковой полости гидроцилиндра 6 и веса погрузочного оборудования.

В случае перевода рукоятки 31 из позиции Д в позицию В скорость втягивания штоков гидроцилиндров 6, 7 уменьшается до нуля. При переводе рукоятки 31 из позиции В к позиции Е происходит выталкивание штока гидроцилиндра 7 с возрастающей скоростью, достигающей максимума в позиции Е. Одновременно давление, возникшее в рабочей полости гидроцилиндра 7, по гидролинии 24 поступает в полость управления гидрозамка 22, открывая его. Рабочая жидкость под давлением поступает из пневмогидроаккумулятора 20 в бесштоковую полость гидроцилиндра 6, выдвигая шток. Таким образом, происходит подъем стрелы. Переводом рукоятки 31 из позиции Д через позицию В в позицию Е и наоборот достигается реверсивное движение штоков гидроцилиндров 6, 7 с регулируемой скоростью посредством реверсивного регулируемого насоса 12, так как при подаче давления в гидролинию 34 и соответственно в полость М севроцилиндра 36 насос нагнетает рабочую жидкость в гидролинию 14 и далее через гидрораспределитель 15 и гидролинию 17 в штоковую полость гидроцилиндра 8 (позиция Д), а при подаче давления в гидролинию 35 (позиция Е) и соответственно в полость Н сервоцилиндра 36 насос нагнетает рабочую жидкость в гидролинию 13 и далее через распределитель 15 и гидролинию 16 в рабочую полость гидроцилиндра 7 подъема стрелы.

Таким образом, при переводе рукоятки 31 в позицию В гидролинии насоса 12 подключаются к штоковой полости гидроцилиндра 6 и рабочей полости гидроцилиндра 7, а подъем и опускание стрелы 3 осуществляется на режиме насоса с задаваемой оператором величиной и направлением скорости.

Поскольку к насосу 12 подключены одна рабочая полость гидроцилиндра 7 и одна штоковая полость гидроцилиндра 6, а шток гидроцилиндра 6 выдвигается посредством рабочей жидкости, запасенный в пневмогидроаккумуляторе 20, то при одинаковом времени подъема насос 12 может иметь номинальную подачу, в 2 раза меньшую, чем в случае подачи рабочей жидкости в два гидроцилиндра подъема стрелы. Следовательно, установленная мощность насоса 12 снижается в 2 раза, или, другими словами, в процессе подъема стрелы гидросистема рабочего оборудования фронтального погрузчика потребляет мощность в 2 раза меньшую.

Подготовить к работе пневмогидроаккумулятор 20 можно двумя способами. Способ 1. Рабочее оборудование находится в нижнем положении (штоки гидроцилиндров 6, 7 втянуты). Пневмогидроаккумулятор 20 заряжается до необходимого давления от внешнего источника (например, насоса) через обратный клапан 38.

Способ 2. Двигатель работает на номинальных оборотах. Рукоятка 31 блока 30 управления переводится сначала из положения О (фиг. 4) в положение В, а затем по направлению к позиции Е так, чтобы подача насоса 12 составляла 20-25% от номинальной подачи. Происходит подъем рабочего оборудования. По достижении максимальной высоты подъема необходимо удерживать рукоятку 31 в положении подъема некоторое время для того, чтобы рабочая жидкость из гидролинии 16 поступила через гидролинии 25, 27, 29, редукционный клапан 26 и обратный клапан 28 в гидролинию 23 и далее через гидрозамок 22, гидролинию 21 в пневмогидроаккумулятор 20 и зарядила его до необходимого давления. На этом подготовка пневмоаккумулятора к работе закончена.

Управление ковшом. При переводе рукоятки 31 из нейтральной позиции О в позицию Г гидролиния 33 оказывается под давлением, а гидролинии 32, 34, 35 соединены с баком - это соответствует включению позиции Б распределителя 15. При дальнейшем перемещении рукоятки 31 к позиции Ж под давлением оказываются гидролинии 33, 34 при увеличении подачи насоса 12 в гидролинию 14 и далее через гидрораспределитель 15 и гидролинию 19 в штоковую полость гидроцилиндра 8. В позиции Ж рукоятки 31 происходит втягивание штока гидроцилиндра 8 на максимальной подаче насоса 12. В случае перевода рукоятки 31 из позиции Ж в позицию Г скорость втягивания штока гидроцилиндра 8 уменьшается до нуля.

При переводе рукоятки 31 из позиции Г в позицию И происходит выталкивание штока гидроцилиндра 8 с возрастающей скоростью, достигающей максимума в позиции И. Таким образом обеспечивается реверсивное движение штока гидроцилиндра 8 поворота ковша с регулируемой скоростью посредством реверсивного регулируемого насоса 12, так как при подаче давления в гидролинию 34 и соответственно в полость М сервоцилиндра 36 насос 12 нагнетает рабочую жидкость в гидролинию 14 и далее через гидрораспределитель 15 и гидролинию 19 в штоковую полость гидроцилиндра 8 (позиция Ж), а при подаче давления в гидролинию 35 (позиция И) и соответственно в полость Н сервоцилиндра 36 насос нагнетает рабочую жидкость в гидролинию 13 и далее через гидрораспределитель 15 и гидролинию 18 в бесштоковую полость гидроцилиндра 8 поворота ковша.

Таким образом, при переводе рукоятки 31 в позицию Г гидролинии насоса 12 подключаются к рабочим полостям гидроцилиндра 8, а опрокидывание и запрокидывание ковша 2 осуществляется на режиме насоса с задаваемой оператором величиной и направлением скорости.

Рабочий цикл погрузчика. При работе фронтального погрузчика существуют два режима, где мощность двигателя используется полностью. Внедрение в штабель материала и экскавация материала. В этом режиме от погрузчика требуется наивысшая тяга и максимально возможная скорость для лучшего внедрения в материал. Для облегчения внедрения стрелу 3 погрузчика в процессе работы частично приподнимают. Поскольку рабочее оборудование в этом случае потребляет мощность в 2 раза меньшую, то мощность, которую может использовать ход, увеличивается на эту долю, следовательно, можно или поставить двигатель меньшей мощности, или возможно увеличить скорость внедрения:
N_x = P_т˙V_к, где N_x - мощность, потребляемая ходом;
Р_т - сила тяги на колесах;
V_к - скорость погрузчика.

Отъезд назад с грузом в ковше, подъем стрелы с одновременным поворотом машины (т. е. в работу включено и рулевое управление). Как и в предыдущем случае гидросистема рабочего оборудования потребляет мощность в 2 раза меньшую, поэтому мощность, которую может использовать ход, увеличивается на эту долю.

Таким образом, достигается уменьшение рабочего объема реверсивного насоса приблизительно в 2 раза, так как его подачей обеспечивается рабочая полость подъема только одного гидроцилиндра, а уменьшение энергозатрат обуславливается подачей энергии, запасенной в пневмогидроаккумуляторе непосредственно в рабочую полость гидроцилиндра стрелы без дополнительных гидромашин.

Использование: в строительных машинах, в гидроприводах фронтальных погрузчиков с отбором мощности за время одного рабочего цикла. Сущность изобретения: гидропривод фронтального погрузчика включает гидроцилиндры стрелы и ковша, соединенные с шестилинейным распределителем и с реверсивным гидронасосом. Первый гидроцилиндр стрелы поршневой полостью соединен с выходом одного из обратных клапанов, выполненного управляемым, выход которого связан с гидроаккумулятором, а полость управления - с гидролинией, соединяющей распределитель с рабочей полостью второго гидроцилиндра стрелы и входом редукционного клапана. Выход его соединен с гидролинией поршневой полости первого гидроцилиндра стрелы, штоковая полость которого соединена с отводом шестилинейного распределителя. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. ГИДРОПРИВОД ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА, включающий гидроцилиндры стрелы и ковша, гидролиниями соединенные с распределителем с гидроуправлением, соединенным с регулируемым реверсивным гидронасосом с сервоуправлением, гидроаккумулятор, соединенный с гидроцилиндром стрелы, обратные клапаны и гидроклапан, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, уменьшения рабочего объема реверсивного насоса и упрощения конструкции, поршневая полость первого гидроцилиндра стрелы соединена с входом одного из обратных клапанов, выполненного управляемым, выход которого связан с гидроаккумулятором, а полость управления - с гидролинией, соединяющей распределитель, выполненный шестилинейным, с рабочей полостью второго гидроцилиндра стрелы и входом гидроклапана, выполненного редукционным, выход которого через другой обратный клапан соединен с гидролинией поршневой полости первого гидроцилиндра стрелы, штоковая полость которого соединена с отводом распределителя. 2. Гидропривод по п.1, отличающийся тем, что второй гидроцилиндр стрелы выполнен плунжерным.