УСТРОЙСТВО УРАВНОВЕШИВАНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРЕЛОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E02F9/22 

Изобретение относится к стреловым землеройным, горным и другим подъемно-транспортным машинам циклического действия.

Известно устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины [1], включающее преобразование потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатого газа в пневмогидроаккумуляторе при опускании стрелы и использование этой энергии при подъеме стрелы, содержащее основной и уравновешивающий гидроцилиндры, пневмогидроаккумулятор, основной и дополнительный распределители.

Однако известное устройство обладает следующими недостатками: оно имеет сложную конструкцию и невысокую эффективность вследствие использования пневмогидроаккумулятора, дополнительного распределителя и гидромагистрали, которые снижают эффективность работы уравновешивающего устройства.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины [2], содержащее рабочее оборудование, основной и уравновешивающий цилиндры, основной и дополнительный распределители, пневмогидроаккумулятор с газовыми баллонами, устройство компенсации утечек рабочей жидкости, гидромагистрали.

Недостатками устройства является использование в качестве уравновешивающего тела рабочей жидкости, обладающей значительной вязкостью, и сложная конструкция устройства, содержащая пневмогидроаккумулятор, устройство компенсации и протяженные гидромагистрали.

По физической сущности реализуемых процессов устройство [2], как и устройство [1], являются устройствами рекуперации энергии, в которых при опускании рабочего оборудования производят преобразование потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатия газа в пневмогидроаккумуляторе. Энергию сжатого газа при подъеме используют для преодоления сил тяжести рабочего оборудования. Однако указанные преобразования не являются идеальными, а связаны с необходимостью транспортирования в каждом рабочем цикле подъема-опускания рабочего оборудования соответствующего объема рабочей жидкости из уравновешивающего цилиндра в пневмогидроаккумулятор и обратно, которые сопровождаются потерями энергии на трение рабочей жидкости в трубопроводах и дополнительном распределителе.

Задачей изобретения является создание устройства для уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования, которое позволяет значительно повысить эффективность работы машины за счет исключения потерь энергии на преодоление сил тяжести рабочего оборудования при совершении технологического процесса, повысить надежность системы и общий КПД.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем рабочее оборудование и, по крайней мере, один основной и один уравновешивающий цилиндры и, по крайней мере, один распределитель рабочей жидкости и газовый баллон, согласно изобретению поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном, при этом по крайней мере один уравновешивающий цилиндр может быть расположен внутри газового баллона и соосно ему.

Соединение поршневой полости уравновешивающего цилиндра с газовым баллоном позволяет использовать в качестве уравновешивающего тела газ и решить задачу уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования, при этом исключаются операции преобразования потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в энергию сжатия газа и обратное преобразование и исключаются потери энергии, связанные с транспортированием рабочей жидкости в магистралях между уравновешивающим гидроцилиндром и пневмогидроаккумулятором при каждом подъеме и опускании рабочего оборудования. В предлагаемом устройстве согласно изобретению поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид экскаватора с уравновешивающим устройством, состоящим из двух цилиндров (уравновешивающего и основного); на фиг.2 показан общий вид экскаватора с устройством уравновешивания, содержащий три цилиндра (уравновешивающий и основные); на фиг.3 - гидравлическая схема устройства уравновешивания сил тяжести с автономным газовым баллоном; на фиг.4 - гидравлическая схема устройства уравновешивания сил тяжести с автономным газовым баллоном и дополнительным распределителем в штоковых гидромагистралях; на фиг.5 - схема устройства уравновешивания сил тяжести с газовым баллоном, в который встроен уравновешивающий цилиндр; на фиг.6 - устройство уравновешивания сил тяжести с уравновешивающим цилиндром, расположенным внутри газового баллона, и с дополнительным распределителем ускоренного опускания.

Устройство для уравновешивания сил тяжести содержит рабочее оборудование 1, уравновешивающий цилиндр 2, основные гидроцилиндры 3, распределитель рабочей жидкости 4, гидролинию 5; к поршневой полости уравновешивающего цилиндра (фиг.3) подключен газовый баллон 6; гидронасос 7, связанный с распределителем рабочей жидкости 4. В гидролинию 5 (фиг.4) может быть подключен второй распределитель рабочей жидкости 8, позволяющий выбирать режимы работы (скоростной, силовой); уравновешивающий цилиндр 2 может быть расположен внутри газового баллона 6 (фиг.3) соосно ему; распределитель рабочей жидкости 9 плавающего режима подключен в гидромагистрали основного гидроцилиндра 3.

Сущность устройства уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования состоит в приведении сил тяжести рабочего оборудования к штоку уравновешивающего цилиндра по уравнению

где Т - приведенная сила тяжести на штоке уравновешивающего цилиндра;

G_i, h_i - соответственно силы тяжести элементов рабочего оборудования и их плечи;

h - плечо уравновешивающего цилиндра.

Приведенную силу Т на штоке уравновешивают силой давления газа на поршне

T=A₁p,

где A₁ - площадь поршня уравновешивающего цилиндра;

р - давление в газовом баллоне.

Наилучший эффект работы устройства достигается при постоянном давлении газа в баллоне.

Для обеспечения постоянного давления газа в баллоне соблюдают условие

V_Г≥_{(10... 12)V2,}

где V_Г - объем газового баллона;

V₂ - рабочий объем уравновешивающего цилиндра.

Таким образом, благодаря уравновешиванию сил тяжести при подъема рабочего оборудования с грузом в ковше в основных гидроцилиндрах возникают нагрузки только от силы тяжести груза в ковше и от сил инерции при разгоне и торможении рабочего оборудования, а также от сил трения в шарнирах.

Предложенное устройство уравновешивания действительно обеспечивает уравновешивание сил тяжести рабочего оборудования, исключает необходимость преобразования потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатия газа в пневмогидроаккумуляторе и исключает потери энергии на трение в гидромагистралях.

Устройство работает следующим образом. Для подъема стрелы 1 золотник распределителя рабочей жидкости 4 включают в нижнюю позицию, рабочую жидкость от насоса 7 подают в поршневые полости основных гидроцилиндров 3, осуществляя подъем стрелы. Одновременно в поршневой полости уравновешивающего цилиндра 2 действует постоянное давление газа, уравновешивающее силы тяжести рабочего оборудования.

Прекращение подъема стрелы осуществляют установкой распределителя рабочей жидкости 4 в нейтральное положение, изображенное на фиг.3.

Для опускания стрелы 1 золотник распределителя 4 перемещают в верхнюю позицию, рабочую жидкость от насоса 7 подают в штоковые полости цилиндров 3 и 2, при этом из поршневых полостей цилиндров рабочая жидкость сливается в бак.

Устройство на фиг.4 обеспечивает две скорости принудительного опускания рабочего оборудования. Когда золотник распределителя 8 находится в положении, изображенном на фиг.4, при опускании стрелы 1 рабочую жидкость от насоса 7 подают в штоковые полости цилиндров 3 и 2, обеспечивают первую расчетную скорость опускания стрелы 1 (большее заглубляющее усилие на зубе ковша). Если золотник распределителя 8 устанавливают в верхнюю позицию, то рабочую жидкость от насоса 7 при опускании стрелы подают только в штоковые полости гидроцилиндров 3 и обеспечивают вторую повышенную скорость опускания стрелы.

Устройство на фиг.5 характеризуется совмещенным исполнением уравновешивающего цилиндра 2 и газового баллона 6 в одном корпусе. Принцип работы устройства отличается от ранее рассмотренных фиг.3, 4 тем, что штоковая полость уравновешивающего цилиндра 2 соединена со сливной гидролинией. Наличие рабочей жидкости в штоковой полости цилиндра 2 является положительным фактором, обеспечивающим смазку трущихся частей и герметизацию газовой поршневой полости уравновешивающего цилиндра 2.

На фиг.6 устройство обеспечивает три режима работы: обычный режим работы - подъем, с уравновешиванием сил тяжести; опускание с уравновешиванием сил тяжести и плавающий режим ускоренного опускания рабочего оборудования. На фиг.6 показано положение золотника распределителя 9, обеспечивающее режим уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования. Включение золотника распределителя 9 в правую позицию осуществляют только при опускании рабочего оборудования, когда поршневые полости цилиндров 3 и штоковые полости цилиндров 2, 3 соединяют между собой и со сливной гидролинией, при этом осуществляют ускоренное опускание в плавающем режиме работы рабочего оборудования.

Предложенное устройство можно использовать на стреловых машинах с циклическим характером рабочего процесса при разработке грунта, выемке полезных ископаемых и т.д., когда чередуются процессы подъема и опускания рабочего оборудования. Устройство позволяет сберечь топливо и энергию, расходуемые на подъем рабочего оборудования, повысить общий КПД машины.

Источники информации

1. Авторское свидетельство №543715, М.кл.² Е 02 F 9/22, БИ №3, 1977.

2. Патент на изобретение №2190062, кл.⁷ Е 02 F 9/22, БИ №27, 2002.

Изобретение относится к стреловым, землеройным, горным и другим подъемно-транспортным машинам циклического действия. Устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины содержит рабочее оборудование, по крайней мере, один основной, один уравновешивающий цилиндры и, по крайней мере, один газовый баллон и один распределитель рабочей жидкости. Поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном. По крайней мере, один уравновешивающий цилиндр расположен внутри газового баллона соосно ему. Повышается эффективность работы машины и ее надежность. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины, содержащее рабочее оборудование, по крайней мере один основной, один уравновешивающий цилиндры и по крайней мере один газовый баллон и один распределитель рабочей жидкости, отличающееся тем, что поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один уравновешивающий цилиндр расположен внутри газового баллона соосно с ним.