ПРИВОД ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2014 года по МПК E02F9/00 F16H33/00 

Изобретение относится к приводу строительной машины, в частности экскаватора с рядом отдельных приводов, таких как, по меньшей мере, один вращательный привод, например привод поворотного механизма, и, по меньшей мере, один линейный привод, например подъемный привод, привод ковша и/или привод рукояти.

Из DE 10343016 известно срабатывание гидроцилиндра двойного действия посредством двух гидронасосов. При этом один из них соединен с обеими рабочими камерами гидроцилиндра двойного действия в замкнутом контуре. Второй гидронасос, напротив, соединен в открытом контуре только с рабочей камерой с поршневой стороны. Объемная подача обоих гидронасосов регулируется. Благодаря регулированию соответствующего соотношения объемных подач за счет различного объемного потока в рабочей камере с поршневой стороны учитывается рабочая камера со стороны поршневого штока.

Из DE 102007025742 А1 известен гидростатический привод с первым и вторым гидронасосами и с гидроцилиндром двойного действия, причем привод включает в себя клапан для отбора рабочей жидкости из резервуара в первом направлении подачи гидронасосов.

Гидростатические приводы используются, в том числе, для привода гидравлических экскаваторов. В качестве приводного агрегата используется, как правило, дизельный двигатель, который служит в качестве приводного элемента для гидравлических потребителей. Гидравлическими потребителями являются отдельные приводы, такие как ходовой привод, привод поворотного механизма и состоящие из гидроцилиндров двойного действия подъемный привод, привод ковша и привод рукояти. Так, посредством подъемного привода приводится в действие, например, все оборудование экскаватора. Потенциальная энергия оборудования изменяется при каждом движении подъема и опускания. Во время движения подъема в систему должна вводиться энергия, тогда как во время движения опускания эта энергия снова высвобождается. В известных системах высвобождающаяся энергия во время движения опускания просто уничтожается. Это происходит за счет соответствующего дросселирования обратного потока подъемных цилиндров в золотнике. Поскольку масса оборудования во много раз превышает загрузку ковша, здесь уничтожается значительная доля энергии.

Задача изобретения состоит в усовершенствовании известного самого по себе привода для экскаватора таким образом, чтобы можно было регенерировать как можно большую долю приводной энергии и предоставить ее в распоряжение для других движений привода.

Согласно изобретению, эта задача решается посредством совокупности признаков пункта 1 формулы изобретения.

В соответствии с признаками в родовом приводе для экскаватора с рядом отдельных приводов, таких как привод поворотного механизма, подъемный привод, привод ковша и привод рукояти, замкнутый контур для привода механизма поворота образован двумя реверсивными регулируемыми устройствами, соединенными, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии.

В принципе, уже известно, что поворотный механизм экскаватора работает в замкнутом контуре. Однако в известных гидравлических экскаваторах реверсивным регулируемым устройством является регулируемый гидронасос, тогда как соответствующий гидродвигатель выполнен жестким, так что стороны высокого и низкого давлений меняются местами с направлением поворота поворотной платформы.

В противоположность этому в заявленном изобретении, в котором гидроустройствами являются оба гидравлических реверсивных регулируемых устройства, оба элемента эксплуатируются как насос и двигатель. Поскольку реверсивные регулируемые устройства выполнены здесь в виде гидравлических компонентов, в отличие от названного уровня техники одна сторона замкнутого контура между обоими реверсивными регулируемыми устройствами и первым аккумулятором может находиться под высоким давлением, тогда как другая сторона замкнутого контура всегда находится под низким давлением.

При приведении в действие поворотного механизма в случае затормаживания поворотной платформы экскаватора тормозная энергия направляется регулируемым устройством на аккумулирование. При необходимости, эта энергия может также через второе реверсивное регулируемое устройство отдаваться другим устройствам, например насосам, соединенным со вторым регулируемым устройством.

В аккумуляторе тормозная энергия поворотной платформы накапливается, чтобы ее можно было снова использовать при следующем ускорении. Эта энергия подается тогда снова к служащему в качестве двигателя поворотного механизма регулируемому устройству. При необходимости, накопленная в аккумуляторе энергия может подаваться также к другому реверсивному регулируемому устройству, посредством которого поддерживается, например, рабочая гидравлика других присоединенных систем, например, подъемного механизма и т.д.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в примыкающих к основному пункту формулы зависимых пунктах.

Так, по меньшей мере, одно из реверсивных регулируемых устройств может быть соединено с приводным агрегатом экскаватора, например дизельным двигателем. Поскольку процессы зарядки и разрядки связаны с кпд, аккумулятор энергии может соответственно дозаряжаться посредством этого приводного агрегата.

Реверсивные регулируемые устройства представляют собой предпочтительно гидравлические регулируемые устройства, которые могут реверсировать направление протекания при том же направлении вращения, так что они могут работать как двигатель или насос. По меньшей мере, один аккумулятор является предпочтительно гидроаккумулятором.

Особенно предпочтительно может быть предусмотрен второй гидроаккумулятор для компенсации отобранной у другого гидроаккумулятора или возвращенной гидравлической жидкости. Этот второй гидроаккумулятор присоединен преимущественно на стороне низкого давления замкнутого гидравлического контура.

Особенно предпочтительно регулируемые устройства привода поворотного механизма могут быть энергетически связаны с регулируемыми устройствами привода подъемного механизма. Это позволяет переместить энергию от одного приводного контура на другой. Общее управление может осуществляться предпочтительно посредством электронного блока управления энергией.

Согласно одному альтернативному варианту, реверсивные регулируемые устройства могут состоять также из электрических регулируемых устройств, состоящих соответственно из электроблока с преобразователем напряжения. В этом случае аккумулятором является предпочтительно электрический аккумулятор, например, батарея или суперконденсатор (UltraCap).

Предпочтительно может быть предусмотрен дополнительный преобразователь напряжения, посредством которого питаются другие электроприводы, например, приводы охлаждающих вентиляторов, компрессоров системы кондиционирования, водяных насосов и т.п.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрен, по меньшей мере, один подъемный цилиндр, соединенный с двумя гидравлическими регулируемыми устройствами. Оба гидравлических регулируемых устройства могут быть соединены с одним из реверсивных регулируемых устройств привода поворотного механизма.

Предпочтительно одно из гидравлических регулируемых устройств также может быть соединено с гидроаккумулятором.

Другие подробности, признаки и преимущества изобретения более подробно поясняются на примере его осуществления, изображенном на чертеже, на котором представляют:

фиг.1 - схематично привод в первом варианте осуществления изобретения;

фиг.2 - схематично альтернативный привод;

фиг.3 - схематично другой альтернативный привод.

На фиг.1 изображена блок-схема предложенного привода, в котором ряд отдельных приводов приводится в действие гидравлически. Отдельные приводы представляют собой приводы рукояти, ковша, подъемного цилиндра и поворотного механизма. В пределах штрихпунктирной линии 12 отображены отдельные компоненты известного самого по себе гидропривода гидравлического экскаватора (не показан). Здесь, прежде всего, предусмотрен схематично изображенный приводной агрегат 14, которым обычно является дизельный двигатель. Он приводит в действие гидронасосы 16, 18, которые питают гидравлической жидкостью соответствующие гидроцилиндры 20, 22 двойного действия. Гидроцилиндр 20 представляет собой приводной цилиндр ковша (не показан). Гидроцилиндр 22 представляет собой приводной цилиндр рукояти (не показана). Помимо гидроцилиндров 20, 22 имеются также гидроцилиндры 24, 26 двойного действия, которые в качестве подъемных цилиндров осуществляют движение подъема и опускания всего оборудования экскаватора. Привод цилиндров 24, 26 и привод поворотного механизма (не показан) выполнены в подробно не поясняемом варианте осуществления изобретения по-новому. Приводные компоненты поворотного механизма состоят соответственно из гидравлических реверсивных регулируемых устройств Е₂, E₁, приводящих в действие поворотный механизм в замкнутом контуре. Согласно изобретению, эти гидравлические реверсивные регулируемые устройства E₂, E₁ могут реверсировать направление протекания при том же направлении вращения, так что они могут работать как насос и двигатель. На одной стороне замкнутого контура между регулируемыми устройствами Е₂, E₁ преобладает высокое давление. К соединительной магистрали на этой стороне высокого давления присоединен гидроаккумулятор Sp_R, служащий аккумулятором энергии. При необходимости, этот гидроаккумулятор Sp_R может заряжаться и разряжаться от регулируемого устройства Е₂ или E₁. При зарядке энергия накапливается в аккумуляторе, а при разрядке накопленная энергия снова отдается соответствующему устройству.

На стороне низкого давления замкнутого контура в магистрали между регулируемыми устройствами Е₂, E₁ предусмотрен дополнительный аккумулятор Sр_T, который можно рассматривать как резервуар. Он компенсирует гидравлический объем, который на стороне высокого давления отбирается аккумулятором Sp_R из гидравлического контура и возвращается в него. Это значит, что отбираемый на одной стороне гидравлического контура объем жидкости снова возвращается на другой стороне и наоборот.

Подъемные цилиндры 24, 26 соединены непосредственно с гидравлическими регулируемыми устройствами Е₃, Е₄. Во избежание того, чтобы удерживаемый подъемными цилиндрами 24, 26 груз медленно опускался из-за утечек в гидравлических регулируемых устройствах Е₃, E₄, установлены два грузоудерживающих клапана НV_K, HV_S. При обычном рабочем движении они соответственно открываются, так что поток жидкости не прерывается. Гидравлическое устройство Е₄ на противоположной стороне соединения с подъемными цилиндрами 24, 26 соединено с дополнительным аккумулятором Sр_H. Здесь речь идет также о гидроаккумуляторе. Использование аккумулятора Sр_H дает то преимущество, что можно уменьшить конструктивный размер гидравлического устройства Е4 и что можно, в целом, повысить кпд аккумулирования энергии.

Гидравлические регулируемые устройства Е₃, Е₄ соединены с гидравлическим реверсивным регулируемым устройством E₁ привода поворотного механизма, изображенным на фиг.1 образом.

Общее управление приводом происходит посредством электронного блока управления ECU, осуществляющего электронное управление энергией. Штриховыми линиями обозначены соответствующие сигнальные линии управления. В блок ECU поступают предварительные управляющие команды устройства предварительного управления 30, посредством которого экскаваторщик может вводить соответствующие рабочие команды для подъемного и поворотного механизмов.

Принцип действия различных приводов в рамках предложенной эксплуатации поясняется ниже. Посредством поворотного механизма поворотная платформа экскаватора движется относительно его шасси. При затормаживании поворотной платформы тормозная энергия течет от регулируемого устройства Е₂ к аккумулятору Sp_R, а, при необходимости, также к действующему в качестве гидродвигателя гидравлическому реверсивному регулируемому устройству E₁, посредством которого могут приводиться в действие, например, гидронасосы Е₃, Е₄.

В аккумуляторе Sp_R тормозная энергия поворотной платформы накапливается, чтобы ее можно было снова использовать при следующем ускорении. Эта энергия течет тогда снова к служащему на этот раз в качестве двигателя поворотного механизма гидравлическому реверсивному регулируемому устройству Е₂ или, при необходимости, также к гидравлическому реверсивному регулируемому устройству E₁, посредством которого можно поддерживать рабочую гидравлику.

Поскольку процессы зарядки и разрядки аккумуляторов связаны с кпд, при соответствующем падении давления в них необходимо дозаряжать соответствующий аккумулятор посредством приводного агрегата 14. Это происходит после соответствующего управления блоком ECU посредством регулируемого устройства E₁.

При опускании оборудования, т.е. при вдвигании, подъемные цилиндры 24, 26 могут вводить потенциальную энергию оборудования через регулируемые устройства Е₃, Е₄ в аккумулятор Sp_H и дополнительно через гидравлическое реверсивное регулируемое устройство E₁ - в аккумулятор Sp_R. Гидравлические устройства Е₃, Е₄, E₁ образуют соответственно гидротрансформатор, так что необходимые понижения давления между гидроцилиндрами 24, 26 и гидроаккумуляторами Sр_H, Sp_R происходят почти без потерь. Кроме того, это решение обеспечивает произвольную скорость опускания, на которую влияет только экскаваторщик. При необходимости, дополнительная энергия может вводиться приводным агрегатом 14 в аккумуляторы 8рн, Sp_R для поддержания уровня энергии и для лучшей нагрузки приводного двигателя.

При подъеме оборудования или выдвигании гидроцилиндров накопленная энергия снова возвращается из гидроаккумуляторов Sp_H, Sp_R через гидравлические устройства E₁, Е₃, Е₄ в гидроцилиндры 24, 26 двойного действия. Параллельно этому может суммироваться дополнительная энергия от приводного агрегата 14, так что это движение больше не ограничено по своей скорости установленной мощностью двигателя. За счет этого предложенное решение обеспечивает не только рекуперацию или экономию энергии, но и улучшение динамики экскаватора. По сравнению с обычными серийными машинами движение подъема ускоряется во много раз.

Электронный блок управления ECU состоит предпочтительно из нескольких модулей и регистрирует различные сигналы привода, обрабатывает их и соответствующим образом управляет, наконец, различными регулируемыми органами, например, насосами или золотниковыми клапанами.

На фиг.2 изображен другой вариант осуществления изобретения. Здесь в отличие от фиг.1 реализовано электрическое решение привода поворотного механизма. Принцип действия этого привода, в основном, соответствует принципу действия варианта на фиг.1, так что в отношении общего действия и остальной конструкции можно сослаться на предыдущее описание. Изображенные на фиг.1 гидравлические устройства E₁, Е₃ в данном случае являются электрическими устройствами, которые также в качестве реверсивных устройств действуют в данном случае как электродвигатель или генератор.

Реверсивные устройства E₂, E₁ снабжены преобразователями напряжения W₂, W₁. Гидроаккумулятор Sp_R на фиг.1 заменен здесь электрическим аккумулятором в виде батареи или суперконденсатора (UltraCap) в сочетании с преобразователем напряжения W_S. При использовании суперконденсаторов предусмотренный здесь преобразователь напряжения W_S не является обязательным.

Дополнительно в электрическом решении согласно фиг.2 через соответствующие преобразователи напряжения W_X могут быть подключены дополнительные потребители. Здесь речь может идти об электрифицированных дополнительных потребителях, например об электроприводах охлаждающего вентилятора, компрессора системы кондиционирования и водяных насосов. Подробно потребители не показаны. В варианте, представленном на фиг.2, также предусмотрены реверсивные регулируемые устройства Е₃, Е₄, соединенные с гидроцилиндрами 24, 26. Однако здесь реверсивное регулируемое устройство Е₄ соединено не с гидроаккумулятором Sр_H, а с поддоном гидравлической жидкости.

Принцип работы привода согласно фиг.2 аналогичен принципу работы в соответствии с чисто гидравлическим решением, представленным на фиг.1. Однако здесь отличие состоит в том, что энергия поворотного механизма и подъема накапливается только в электрическом аккумуляторе 32 (UltraCap или батарея). Следовательно, здесь гидроаккумуляторы Sр_H, Sp_R заменены этим одним электрическим аккумулятором 32.

Наконец, на фиг.3 изображен третий вариант выполнения привода. Здесь речь идет, в основном, о приводе, соответствующем варианту, представленному на фиг.2, т.е. об «электрическом решении». Вместо присоединения к поддону здесь к гидравлическому реверсивному регулируемому устройству Е₄ присоединен гидроаккумулятор Sр_H, как это аналогичным образом уже было описано в «гидравлическом решении» на фиг.1. Следовательно, здесь речь идет об «электрогидравлическом решении».

Использование гидроаккумулятора Sр_H дает два преимущества. Во-первых, повышается кпд аккумулирования энергии, а, во-вторых, уменьшается конструктивный размер гидравлического устройства Е₄.

Изобретение относится к приводу экскаватора с рядом отдельных приводов, таких как привод поворотного механизма, подъемный привод, привод ковша и привод рукояти, причем для привода поворотного механизма предусмотрены два реверсивных регулируемых устройства, связанных, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии. Задача изобретения состоит в усовершенствовании привода экскаватора таким образом, чтобы можно было регенерировать как можно большую долю приводной энергии и предоставить ее в распоряжение для других движений привода. Привод экскаватора состоит из ряда отдельных приводов, таких как привод поворотного механизма, привод подъемного механизма, привод ковша и привод рукояти. Причем для привода поворотного механизма предусмотрены два реверсивных регулируемых устройства, связанных, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии. Одно из реверсивных регулируемых устройств выполнено с возможностью соединения с приводным механизмом экскаватора. Причем реверсивные регулируемые устройства представляют собой гидравлические регулируемые устройства, а регулируемые устройства привода поворотного механизма энергетически связаны с регулируемыми устройствами привода подъемного механизма.10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Привод экскаватора, состоящий из ряда отдельных приводов, таких как привод поворотного механизма, привод подъемного механизма, привод ковша и привод рукояти, причем для привода поворотного механизма предусмотрены два реверсивных регулируемых устройства, связанных, по меньшей мере, с одним аккумулятором энергии, отличающийся тем, что одно из реверсивных регулируемых устройств выполнено с возможностью соединения с приводным механизмом экскаватора, причем реверсивные регулируемые устройства представляют собой гидравлические регулируемые устройства, а регулируемые устройства привода поворотного механизма энергетически связаны с регулируемыми устройствами привода подъемного механизма.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что реверсивные регулируемые устройства выполнены с возможностью реверсирования протекания при том же направлении вращения, так что они могут работать как двигатель или насос, при этом, по меньшей мере, один аккумулятор является гидроаккумулятором.

3. Привод по п.2, отличающийся тем, что предусмотрен второй гидроаккумулятор для компенсации отобранной у другого гидроаккумулятора или возвращенной гидравлической жидкости.

4. Привод по п.3, отличающийся тем, что гидравлические реверсивные регулируемые устройства образуют с первым и вторым гидроаккумуляторами замкнутый гидравлический контур, в котором оба гидравлических реверсивных регулируемых устройства на одной стороне, через которую присоединен также первый гидроаккумулятор, находятся всегда под высоким давлением, тогда как они на другой стороне, через которую присоединен второй гидроаккумулятор, находятся всегда под низким давлением.

5. Привод по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью управления посредством электронного блока управления энергией.

6. Привод по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, один гидроцилиндр, соединенный с двумя гидравлическими регулируемыми устройствами.

7. Привод по п.5, отличающийся тем, что предусмотрен, по меньшей мере, один гидроцилиндр, соединенный с двумя гидравлическими регулируемыми устройствами.

8. Привод по п.6, отличающийся тем, что одно из регулируемых устройств соединено преимущественно с гидроаккумулятором.

9. Привод по п.7, отличающийся тем, что одно из регулируемых устройств соединено преимущественно с гидроаккумулятором.

10. Привод по п.6, отличающийся тем, что два гидравлических регулируемых устройства, по меньшей мере, одного гидроцилиндра выполнены с возможностью соединения с одним из реверсивных регулируемых устройств.

11. Привод по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что два гидравлических регулируемых устройства, по меньшей мере, одного гидроцилиндра выполнены с возможностью соединения с одним из реверсивных регулируемых устройств.