КРАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2012 года по МПК B60H1/03 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе обогрева кабины оператора в передвижных гидравлических строительных машинах, например кранах, в которых контур охлаждения обеспечивает обогрев кабины оператора. В частности, изобретение относится к гидравлическому контуру, который быстро обогревает кабину оператора во время холостого хода, когда основные узлы крана не используются.

Уровень техники

Тяжелые строительные машины, например передвижной гидравлический кран, предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе, представляют собой надстройку, включающую двигатель и кабину, которые установлены на общей платформе, или подвижную часть с двигателем и надстройкой, содержащей кабину. В последнем случае надстройка обычно может поворачиваться на подвижной части. В любой конфигурации надстройка содержит гидравлический кран. Кроме того, в зависимости от конструкции подвижная часть или надстройка может содержать пару гусениц или мосты и пневматические колеса.

Кабина представляет собой замкнутое пространство, в котором оператор может осуществлять управление краном. Кабина оператора обогревается при помощи обогревателя, установленного в контуре охлаждения двигателя.

Система привода крана является гидравлической. В гидравлической системе двигатель приводит в действие гидравлический насос, который, в свою очередь, приводит в действие исполнительное устройство (например, двигатель или цилиндр), связанное с различными механическими подсистемами. Исполнительные устройства преобразуют силы гидравлического давления в механические силы, сообщая при этом движение механическим подсистемам крана.

Гидравлическая система может относиться к одному из двух типов - с разомкнутым контуром или с замкнутым контуром. В большинстве гидравлических кранов используют, в основном, гидравлическую систему с разомкнутым контуром. В системе с разомкнутым контуром гидравлическая жидкость подается (под высоким давлением, которое создает насос) в исполнительное устройство. После использования гидравлической жидкости в исполнительном устройстве она стекает в бак перед тем, как она будет повторно использоваться насосом. Контур считается "разомкнутым", поскольку бак служит промежуточным звеном на пути возврата жидкости перед ее повторным использованием насосом. Система с разомкнутым контуром, содержащая один насос, поддерживает давление, достаточное для привода полностью нагруженных механических подсистем. Эффективным типом системы с разомкнутым контуром является система с разомкнутым контуром и измерением нагрузки.

В традиционно применяемых тяжелых строительных машинах, предназначенных для использования на открытом воздухе, производят запуск двигателя, после чего он в течение продолжительного периода времени работает в режиме холостого хода. При этом охлаждающая жидкость двигателя имеет температуру, более низкую, чем это требуется для обогрева кабины оператора. Поэтому при эксплуатации в условиях холодного климата для обогрева кабины обычно используют вспомогательные нагреватели, работающие на пропане или дизельном топливе. В некоторых традиционно применяемых тяжелых строительных машинах обогревают кабину, используя теплоту, которая выделяется в процессе работы строительной машины. Однако пропановые или дизельные нагреватели создают угрозу для безопасной эксплуатации, а гидравлические нагреватели являются громоздкими, неэффективными и дорогостоящими. Кроме того, обогревательные системы, которые получают теплоту от гидравлической системы, являются весьма сложными.

Примеры прототипов, которые осуществляют обогрев кабины, непосредственно используя гидравлический контур, приведены в патентах США 5318100, 5085269, 4352456, 4432493, 4192456. Другой пример прототипа, описанный в патенте США 5024377, использует теплоту от автоматической трансмиссии. Еще один пример прототипа, описанный в патенте США 5085269, использует передачу теплоты при помощи специального теплового насоса.

Однако ни один из указанных примеров прототипов не обогревает кабину во время работы двигателя строительной машины в режиме холостого хода, когда основные узлы крана не используются, без применения автономных пропановых или дизельных нагревателей.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает вспомогательный гидравлический контур, предназначенный для быстрого увеличения температуры охлаждающей жидкости двигателя до рабочей величины после запуска двигателя при его работе в режиме холостого хода, когда основные узлы крана не используются. Тепло поступает в кабину оператора от нагревателя, расположенного в контуре охлаждения двигателя, при этом нагревается гидравлическая жидкость в гидравлическом баке.

Один из аспектов настоящего изобретения состоит в быстром увеличении и поддержании на рабочем уровне температуры охлаждающей жидкости двигателя для того, чтобы уменьшить время обогрева кабины оператора до комфортной температуры в период работы двигателя в режиме холостого хода, когда основные узлы крана не используются.

Другим аспектом настоящего изобретения является достижение рабочей температуры охлаждающей жидкости двигателя путем создания гидравлической нагрузки на двигатель. При создании гидравлической нагрузки к двигателю прикладывается соответствующая механическая нагрузка, которая заставляет двигатель вырабатывать теплоту, достаточную для повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя до рабочей температуры, и обеспечивать теплоту для обогрева кабины посредством обогревателя.

Еще один аспект изобретения заключается в создании гидравлической нагрузки при помощи регулирования подачи гидравлической жидкости в контур обогрева. Вследствие этого дополнительным достоинством настоящего изобретения является поддержание температуры гидравлической жидкости, подходящей для работы гидравлической системы.

Следующим аспектом изобретения является редукционный перепускной клапан и управляемый предохранительный клапан, которые обеспечивают устойчивые повторяемые поток и давление в контуре. Традиционно применяемые гидравлические контуры содержат фиксированные или регулируемые дроссели, чувствительные к изменению вязкости и температуры. Редукционный перепускной клапан и управляемый предохранительный клапан обеспечивают точную гидравлическую нагрузку на двигатель строительной машины.

Еще один аспект изобретения - соленоидный клапан пропорционального управления, который обеспечивает плавное увеличение подаваемого потока гидравлической жидкости. При этом возникает гидравлическая нагрузка, которая создает механическую нагрузку на двигатель таким образом, чтобы двигатель не останавливался во время запуска при низких температурах.

Другой аспект изобретения представляет собой блок управления, который обесточивает управляющий соленоид, когда температура охлаждающей жидкости двигателя достигает рабочей температуры, или когда температура гидравлического бака достигает максимального предела. Температуру охлаждающей жидкости двигателя можно повысить, когда гидравлические узлы не задействованы, исключая при этом перегрев гидравлической жидкости, содержащейся в резервуаре.

Далее приведено подробное описание этих и других аспектов изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На чертежах представлены:

Фиг.1 - схема коллекторов и связанных с ними клапанов для вспомогательного гидравлического контура согласно настоящему изобретению.

Фиг.2 - схема вспомогательного гидравлического контура согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Примерный вариант осуществления вспомогательного гидравлического контура 40 согласно настоящему изобретению состоит из двух коллекторов, жестко соединенных вместе. Схема, на которой представлены два коллектора и связанные с ними элементы, показана на фиг.1. Схема вспомогательного гидравлического контура показана на фиг.2.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения, как показано на фиг.2, дизельный двигатель 30 приводит в действие поршневой насос 41 с измерением нагрузки, чтобы создать гидравлическое давление, равное 4000 фунтам на квадратный дюйм, которое необходимо для работы исполнительных механизмов основных узлов 50 крана. Во время работы двигателя в режиме холостого хода могут иметь место продолжительные периоды времени, когда основные узлы крана не используются по назначению. После запуска двигателя во время его работы в режиме холостого хода, когда основные узлы крана не используются, температура охлаждающей жидкости двигателя может быть ниже рабочей температуры, равной 82,2°С (180°F).

В настоящем изобретении реализован вспомогательный гидравлический контур, который создает поток, равный, например, 8 галлонам в минуту под давлением 2600 фунтов на квадратный дюйм, что вызывает нагрузку величиной 12 лошадиных сил на двигатель 30, связанную с приведением в действие поршневого насоса 41. Вспомогательный гидравлический контур содержит бак 42 для гидравлической жидкости, в который поступает гидравлическая жидкость, нагретая в контуре. Когда гидравлическая жидкость требуется для основных узлов крана, можно использовать нагретую гидравлическую жидкость из бака 42 с небольшим подогревом или без подогрева.

Первый или впускной коллектор 10 содержит редукционный перепускной клапан 11, который ограничивает входное и выходное давление заданной величиной 3500 фунтов на квадратный дюйм, что является предпочтительным максимальным давлением в контуре, и защищает весь коллектор от превышения допустимого давления. Впускной коллектор 10 предпочтительно изготавливают из ковкого чугуна, поскольку входной канал 2 подключается параллельно основным узлам крана, которые работают под давлением 4000 фунтов на квадратный дюйм. Второй коллектор 20 содержит двухпозиционный двухходовой соленоидный клапан 21 с пропорциональным управлением, который обеспечивает включение и выключение контура, а также плавное увеличение выходного потока в течение десяти секунд. Кроме того, второй коллектор 20 содержит управляемый предохранительный клапан 22, который обеспечивает плавный и устойчивый переход из открытой позиции в закрытую позицию, чтобы создавать и поддерживать необходимое давление в контуре, равное 2600 фунтам на квадратный дюйм, а также нагревать гидравлическую жидкость, и двухстабильный контрольный клапан 23 для измерения нагрузки, который выдает сигнал давления измеренной нагрузки на блок управления насосом как для вспомогательного гидравлического контура, так и для контуров основных узлов крана. Этот коллектор можно изготовить из более дешевого алюминия, поскольку он рассчитан только на давление в контуре, равное 2600 фунтам на квадратный дюйм.

Поток гидравлической жидкости во вспомогательном гидравлическом контуре создается поршневым насосом 41 с функцией измерения нагрузки, при этом гидравлическая жидкость отбирается из гидравлического бака 42. Поршневой насос 41 с измерением нагрузки приводится в действие дизельным двигателем 30, при этом к двигателю 30 прикладывается механическая нагрузка. Нагрузка, прикладываемая к двигателю 30, приводит к выделению тепла, которое нагревает охлаждающую жидкость двигателя. Нагретая охлаждающая жидкость двигателя циркулирует в контуре 32 охлаждения блока (цилиндров) двигателя. Контур 32 охлаждения предпочтительно содержит нагреватель 33 радиаторного типа, предназначенный для обогрева кабины. Температурное реле 31 охлаждающей жидкости двигателя, установленное в контуре 32 охлаждения блока (цилиндров) двигателя, определяет температуру охлаждающей жидкости двигателя. Электронный блок 35 управления управляет вспомогательным гидравлическим контуром в соответствии с сигналом температурного реле 31 двигателя и режимом работы основных узлов крана.

Вспомогательный гидравлический контур начинает функционировать после того, как двигатель достигнет стабильной частоты вращения в режиме холостого хода. Температурное реле 31 измеряет температуру охлаждающей жидкости двигателя и определяет, поддерживается ли, например, температура охлаждающей жидкости двигателя равной 180°F. При помощи температурного реле 31 на катушку пропорционального управления соленоидного клапана 21 подается сигнал на включение, что переводит управляющий соленоидный клапан 21 в положение ВКЛ. Когда температура охлаждающей жидкости двигателя становится ниже 180°F, соответствующий сигнал поступает на вход электронного блока 35 управления электрической системы крана, который преобразует полученный сигнал в выходной сигнал с пропорциональным плавным увеличением в течение десяти секунд, который приводит в действие поршневой насос 41 с функцией измерения нагрузки и открывает управляющий соленоидный клапан 21. Это в свою очередь обеспечивает медленную подачу потока жидкости к предохранительному клапану 22. Такое пропорциональное увеличение позволяет обеспечить соответствующую подачу топлива в двигатель и исключить его остановку во время запуска при низких температурах вследствие резкого увеличения гидравлической нагрузки со стороны насоса 41.

Основной впускной канал 2 подсоединен к отводу от выходного канала поршневого насоса 41 с функцией измерения нагрузки, который обеспечивает питание основных узлов 50 крана. Когда управляющий соленоидный клапан 21 получает от электронного блока управления сигнал к открытию, поршневой насос 41 получает по каналу 4 сигнал на нагнетание (увеличение потока) и через параллельный отвод подает гидравлическую жидкость на вход первого входного коллектора 10 и далее через проходной канал к одной стороне двухстабильного контрольного клапана 23. Гидравлический сигнал, подаваемый на выход 4, вырабатывается, когда управляющий соленоид 21 пропускает поток контура к предохранительному клапану 22, который обеспечивает давление, необходимое для нагрузки двигателя 30. Двухстабильный контрольный клапан 23 подключается параллельно к этому находящемуся под давлением каналу и далее подает указанное давление на контроллер 43 поршневого насоса. Двухстабильный контрольный клапан 23 подает сигнал давления измеренной нагрузки через выход 4 на поршневой насос 41, с одной стороны - от узлов 50 крана, поступающего по каналу 6, с другой стороны - от контура 40 обогрева, при этом на насос 41 подается больший из этих двух сигналов.

Рабочее давление в контуре, равное 2600 фунтам на квадратный дюйм, создается и поддерживается потоком жидкости, который проходит через управляемый предохранительный клапан 22, расположенный после управляющего соленоидного клапана 21. Предохранительный клапан 22 находится в нормально закрытом положении до тех пор, пока пропорциональный регулятор потока не создаст перед ним давление, достаточное для открывания предохранительного клапана 22 в соответствии с его уставкой. После открывания предохранительный клапан 22 поддерживает давление на заданном уровне.

Электронный блок 35 управления крана по умолчанию обесточивает управляющий соленоидный клапан 21, когда температура охлаждающей жидкости двигателя достигает 180°F, когда температура в гидравлическом баке достигает максимально допустимого значения или когда жидкость подается поршневым насосом 41 с измерением нагрузки к основному узлу крана. Такие альтернативные условия исключают влияние на узлы крана и предохраняют бак 42 от перегрева.

Поток в контуре, например, равный 8 галлонам в минуту, устанавливается в зависимости от суммарного падения давления на редукционном перепускном клапане 11 и управляющем соленоидном клапане 21 и от уставки предохранительного клапана 22. Так, например, чем ниже уставка предохранительного клапана 22, тем больше поток в контуре, и, чем выше уставка предохранительного клапана 22, тем поток меньше.

В случае слишком высокой уставки предохранительного клапана 22 или перекрывания потока после него, редукционный перепускной клапан 11 переходит в режим перепуска и направляет поступающий поток в гидравлический бак 42 по каналу 3, защищая расположенные за ним элементы путем ограничения максимального давления величиной 3500 фунтов на квадратный дюйм.

В описанном в качестве примера варианте исполнения все три указанных элемента располагают таким образом, чтобы обеспечить соответствующий входной поток величиной 8 галлонов в минуту при давлении 2600 фунтов на квадратный дюйм для получения требуемой нагрузки в 12 лошадиных сил, которая должным образом нагружает двигатель. Тепло от гидравлической нагрузки в результате этой работы поглощается непосредственно в гидравлическом баке 42, приводя к нагреву гидравлической жидкости, поступающей по каналу 5.

В настоящем изобретении реализован вспомогательный гидравлический контур, управляемый с целью поддержания рабочей температуры охлаждающей жидкости двигателя во время работы двигателя в режиме холостого хода. Дополнительное достоинство изобретения заключается в том, что гидравлическая жидкость в гидравлическом баке нагревается для использования в основных узлах крана.

Создание гидравлической нагрузки при помощи вспомогательного гидравлического контура приводит к возникновению механической нагрузки на двигатель, которая заставляет двигатель вырабатывать теплоту, достаточную для повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя до рабочей температуры с целью обогрева кабины.

Настоящее изобретение обеспечивает точную гидравлическую нагрузку в отличие от традиционно применяемых гидравлических контуров, где используют фиксированные или регулируемые дроссели, чувствительные к изменению вязкости и температуры.

Настоящее изобретение обеспечивает создание механической нагрузки на двигатель таким образом, чтобы не вызывать остановки двигателя во время запуска при низких температурах.

Согласно настоящему изобретению рабочая температура охлаждающей жидкости двигателя обеспечивается в то время, как гидравлические узлы не используются, при этом перегрев гидравлической жидкости, находящейся в баке, исключается.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано и проиллюстрировано со ссылкой на примерный вариант осуществления, следует однозначно понимать, что это сделано только в качестве иллюстрации и примера и не ограничивает изобретение в какой-либо степени, а суть и объем настоящего изобретения ограничены только прилагаемой формулой изобретения.

Изобретения относятся к системе обогрева кабины крана. В первом варианте кран содержит приводной двигатель, насос и гидравлическую систему для питания основных узлов крана. Гидравлическая система включает в себя вспомогательную гидравлическую подсистему. Вспомогательная гидравлическая подсистема содержит редукционный перепускной, соленоидный управляющий и управляемый предохранительный клапана, температурное реле и контроллер. Входное давление определяется уставкой редукционного перепускного клапана, меньшей, чем максимальное давление, создаваемое насосом. Управляющий клапан подключает и отключает вспомогательную гидравлическую подсистему. Предохранительный клапан создает и поддерживает давление, необходимое для нагрузки на приводной двигатель. Контроллер реагирует на сигнал температурного реле. Вышеперечисленные клапана обеспечивают расход и давление для создания механической нагрузки на двигатель, повышающей температуру охлаждающей жидкости двигателя до заранее установленной рабочей температуры. Во втором варианте кран содержит главную гидравлическую систему, приводной двигатель с контуром охлаждения и систему обогрева кабины оператора, содержащую вспомогательную гидравлическую систему. Вспомогательная гидравлическая система включает редукционный перепускной и управляемый предохранительный клапана. Редукционный перепускной клапан ограничивает давление во вспомогательной гидравлической системе до величины, меньшей, чем давление в главной гидравлической системе, и обеспечивает функции снижения давления после указанного редукционного перепускного клапана. Предохранительный клапан создает и поддерживает давление во вспомогательной гидравлической системе. Давление во вспомогательной гидравлической системе обеспечивает механическую нагрузку на двигатель крана, достаточную для повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя в контуре охлаждения до заранее установленной рабочей температуры. Тепло из контура охлаждения используется для обогрева кабины оператора. Достигается снижение времени достижения комфортной температуры в кабине оператора во время работы двигателя в режиме холостого хода, когда основные узлы крана не используются. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кран, содержащий приводной двигатель, насос, приводимый в действие приводным двигателем, и гидравлическую систему для питания основных узлов крана, причем приводной двигатель охлаждается контуром охлаждения, обеспечивающим теплоту для обогрева кабины оператора, а гидравлическая система включает в себя вспомогательную гидравлическую подсистему, которая создает механическую нагрузку на приводной двигатель и содержит по меньшей мере один редукционный перепускной клапан, выполненный с возможностью ограничивать входное давление вспомогательной гидравлической подсистемы для защиты указанной подсистемы от чрезмерного давления, при этом входное давление определяется уставкой редукционного перепускного клапана, меньшей, чем максимальное давление, создаваемое насосом, температурное реле для определения температуры охлаждающей жидкости двигателя, циркулирующей в контуре охлаждения двигателя, соленоидный управляющий клапан, выполненный с возможностью подключать и отключать вспомогательную гидравлическую подсистему, управляемый предохранительный клапан, выполненный с возможностью создавать и поддерживать давление, необходимое для нагрузки на приводной двигатель, и контроллер, выполненный с возможностью реагировать на сигнал температурного реле, указывающий, что температура охлаждающей жидкости двигателя ниже заранее установленной рабочей температуры, для обеспечения открытия соленоидного управляющего клапана и прохождения потока гидравлической жидкости от насоса через соленоидный управляющий клапан к управляемому предохранительному клапану, открываемому после достижения установленного давления, так что редукционный перепускной клапан, соленоидный управляющий клапан и управляемый предохранительный клапан обеспечивают расход и давление для создания механической нагрузки на двигатель, повышающей температуру охлаждающей жидкости двигателя до заранее установленной рабочей температуры.

2. Кран по п.1, отличающийся тем, что соленоидный управляющий клапан представляет собой пропорциональный соленоидный управляющий клапан, а контроллер выполнен с возможностью использовать сигнал температурного реле, измеряющего температуру охлаждающей жидкости двигателя, для управления управляющим соленоидным клапаном, с целью постепенного увеличения потока гидравлической жидкости, подаваемого на управляемый предохранительный клапан.

3. Кран по п.1, отличающийся тем, что гидравлическая система включает в себя гидравлический бак, содержащий гидравлическую жидкость для насоса.

4. Кран по п.3, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью подавать сигнал на соленоидный управляющий клапан для отключения вспомогательной гидравлической подсистемы, когда температура охлаждающей жидкости двигателя достигает предварительно заданной рабочей температуры, или когда температура в гидравлическом баке достигает максимально допустимого значения, или во время работы основного узла крана.

5. Кран по п.3, отличающийся тем, что редукционный перепускной клапан выполнен с возможностью работы в перепускном режиме, с целью регулирования и ограничения входного потока, направляя выходной поток в гидравлический бак, чтобы защитить от чрезмерного давления элементы, расположенные после указанного клапана.

6. Кран по п.3, отличающийся тем, что гидравлическая жидкость в гидравлическом баке нагревается в результате стравливания давления управляемым предохранительным клапаном.

7. Кран по п.1, отличающийся тем, что охлаждающая жидкость двигателя представляет собой воду, а предварительно заданная рабочая температура охлаждающей жидкости двигателя составляет 82,2°С.

8. Кран по п.1, отличающийся тем, что включает в себя первый коллектор и второй коллектор, при этом соленоидный управляющий клапан расположен после редукционного перепускного клапана и присоединен ко второму коллектору.

9. Кран по п.1, отличающийся тем, что указанный насос представляет собой поршневой насос с функцией измерения нагрузки, и предусмотрен двухстабильный контрольный клапан, выполненный с возможностью измерять давление нагрузки и подавать на поршневой насос сигнал направления измеренной нагрузки, с одной стороны - от узлов крана, с другой стороны - от вспомогательной гидравлической подсистемы, при этом на насос подается больший из этих двух сигналов.

10. Кран по п.1, отличающийся тем, что вспомогательная гидравлическая подсистема настроена таким образом, чтобы создавать механическую нагрузку на приводной двигатель, которая повышает температуру охлаждающей жидкости двигателя до рабочей температуры, равной 82,2°С.

11. Кран, содержащий главную гидравлическую систему, приводной двигатель с контуром охлаждения и систему обогрева кабины оператора, содержащую вспомогательную гидравлическую систему, включающую в себя редукционный перепускной клапан для ограничения давления во вспомогательной гидравлической системе до величины, меньшей, чем давление в главной гидравлической системе, и для обеспечения функции снижения давления после указанного редукционного перепускного клапана, и управляемый предохранительный клапан, установленный после редукционного перепускного клапана, выполненный с возможностью создавать и поддерживать давление во вспомогательной гидравлической системе, которое обеспечивает механическую нагрузку на двигатель крана, достаточную для повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя в контуре охлаждения до заранее установленной рабочей температуры, причем тепло из контура охлаждения используется для обогрева кабины оператора.

12. Кран по п.11, отличающийся тем, что главная гидравлическая система содержит гидравлический бак, при этом стравливание давления предохранительным клапаном приводит к нагреванию гидравлической жидкости, которая поступает в гидравлический бак.

13. Кран по п.11, отличающийся тем, что система обогрева кабины оператора создает механическую нагрузку, необходимую для повышения температуры охлаждающей жидкости двигателя до заранее установленной рабочей температуры, равной 82,2°С.

14. Кран по п.11, отличающийся тем, что вспомогательная гидравлическая система содержит пропорциональный соленоидный управляющий клапан, установленный после редукционного перепускного клапана, выполненный с возможностью подключать и отключать вспомогательную гидравлическую систему в соответствии с сигналом, поступающим от измерителя температуры охлаждающей жидкости двигателя, при этом управляемый предохранительный клапан расположен после соленоидного управляющего клапана.

15. Кран по п.11, отличающийся тем, что вспомогательная гидравлическая система содержит двухстабильный контрольный клапан, выполненный с возможностью выдавать сигнал измерения нагрузки на систему управления насосом, при этом указанный двухстабильный контрольный клапан выполнен с возможностью управлять сигналом давления измеренной нагрузки, подаваемым на систему управления насосом, для избирательного управления узлами крана или вспомогательной гидравлической системой.

16. Кран по п.11, отличающийся тем, что вспомогательная гидравлическая система содержит первый коллектор и второй коллектор, при этом редукционный перепускной клапан установлен на первом коллекторе, а управляемый предохранительный клапан установлен на втором коллекторе.