ПОДЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПОДЪЕМА СТРЕЛЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ, И СТРОИТЕЛЬНАЯ МАШИНА С ТАКИМ ПОДЪЕМНЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2015 года по МПК F15B21/14 F15B1/02 E02F9/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для подъема стрелы эксплуатируемой машины, к способу подъема стрелы эксплуатируемой машины посредством использования подъемного устройства и к эксплуатируемой машине, содержащей такое подъемное устройство.

Предшествующий уровень техники

На эксплуатируемых машинах, например на экскаваторе, разгрузочном устройстве, подъемном кране и т.д., используют подъем и опускание стрелы для осуществления рабочего цикла, однако в существующих подъемных устройствах вес стрелы всегда настолько велик, что при подъеме стрелы необходимо, чтобы силовое устройство эксплуатируемой машины создавало очень большое усилие, что связано с большим потреблением энергии, и при этом скорость подъема стрелы является относительно небольшой; а при опускании стрелы гравитационная потенциальная энергия стрелы зачастую не используется. Хотя были разработаны некоторые устройства, приспособленные к повторному использованию гравитационной потенциальной энергии при опускании стрелы, эти устройства сложны по конструкции, неудобны в работе, и на них невозможно эффективно повторно использовать сохраненную энергию для быстрого подъема стрелы.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предназначено для решения указанной выше проблемы, характерной для аналогов и прототипа, т.е. оно направлено на создание устройства для подъема стрелы, простого по конструкции, легко вводимого в действие, энергосберегающего, при использовании которого можно эффективно сохранять и использовать гравитационную потенциальную энергию, полученную во время опускания стрелы, чтобы быстро поднимать стрелу.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано устройство для подъема стрелы эксплуатируемой машины, содержащее: устройство для сохранения энергии, используемое для сохранения гравитационной потенциальной энергии во время опускания стрелы и подъема стрелы посредством использования сохраненной энергии во время подъема стрелы; где устройство для сохранения энергии содержит: цилиндр для сохранения энергии и аккумулятор; где цилиндр для сохранения энергии содержит верхнюю камеру цилиндра для сохранения энергии и нижнюю камеру цилиндра для сохранения энергии, которые отделены поршнем цилиндра для сохранения энергии, содержащим шток поршня цилиндра для сохранения энергии, оперативно соединенный со стрелой; где верхний объем аккумулятора заполнен сжатым газом, а нижний объем аккумулятора заполнен гидравлической жидкостью под давлением и сообщен, с использованием текучей среды, с нижней камерой цилиндра для сохранения энергии; регулировочный цилиндр для регулирования подъема стрелы, где регулировочный цилиндр содержит верхнюю камеру регулировочного цилиндра и нижнюю камеру регулировочного цилиндра, которые отделены поршнем регулировочного цилиндра, который содержит шток поршня регулировочного цилиндра, оперативно соединенный со стрелой; гидравлический насос для выборочной подачи гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру регулировочного цилиндра или нижнюю камеру регулировочного цилиндра через распределитель; где при подаче гидравлическим насосом гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру регулировочного цилиндра через распределитель шток поршня регулировочного цилиндра сообщает стреле движение вниз, а вес стрелы давит на шток поршня цилиндра для сохранения энергии цилиндра для сохранения энергии таким образом, что гидравлическая жидкость выдавливается из нижней камеры цилиндра для сохранения энергии в нижний объем аккумулятора, в результате чего газ в верхнем объеме аккумулятора сжимается таким образом, что регенерируется гравитационная потенциальная энергия стрелы; при подаче гидравлическим насосом гидравлической жидкости под давлением в нижнюю камеру регулировочного цилиндра через распределитель шток поршня регулировочного цилиндра сообщает стреле движение вверх таким образом, что поднимается шток поршня цилиндра для сохранения энергии, в результате чего сжатый газ из верхнего объема аккумулятора выдавливает гидравлическую жидкость из нижнего объема аккумулятора в нижнюю камеру цилиндра для сохранения энергии, и, таким образом, регенерированная энергия высвобождается в виде давления на шток поршня цилиндра для сохранения энергии, в результате чего шток перемещается вверх и поднимает стрелу.

Настоящим изобретением соответственно, дополнительно создана эксплуатируемая машина, содержащая стрелу и упомянутое выше устройство для подъема стрелы.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ подъема стрелы эксплуатируемой машины посредством использования упомянутого выше устройства для подъема стрелы, включающий: заполнение верхнего объема аккумулятора сжатым газом и заполнение нижнего объема аккумулятора и нижней камеры цилиндра для сохранения энергии, сообщенной, с использованием текучей среды, с нижним объемом аккумулятора, гидравлической жидкостью под давлением; понуждение гидравлического насоса к подаче гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру регулировочного цилиндра через распределитель таким образом, чтобы шток поршня регулировочного цилиндра сообщал стреле движение вниз, в результате чего вес стрелы давит на шток поршня цилиндра для сохранения энергии таким образом, что гидравлическая жидкость из нижней камеры цилиндра для сохранения энергии выдавливается в нижний объем аккумулятора, в результате чего газ в верхнем объеме аккумулятора сжимается таким образом, что регенерируется гравитационная потенциальная энергия стрелы; понуждение гидравлического насоса к подаче гидравлической жидкости под давлением в нижнюю камеру регулировочного цилиндра через распределитель таким образом, чтобы шток поршня регулировочного цилиндра сообщал стреле движение вверх таким образом, чтобы осуществлялся подъем штока поршня цилиндра для сохранения энергии, в результате чего сжатый газ в верхнем объеме аккумулятора выдавливает гидравлическую жидкость из нижнего объема аккумулятора в нижнюю камеру цилиндра для сохранения энергии, и, таким образом, регенерированная энергия высвобождается посредством давления на шток поршня цилиндра для сохранения энергии и перемещения штока поршня вверх для подъема стрелы.

Согласно настоящему изобретению по существу уравновешивается собственный вес стрелы посредством использования энергии, сохраненной с помощью устройства для сохранения энергии, состоящего из аккумулятора и цилиндра для сохранения энергии, где аккумулятор и цилиндр для сохранения энергии по существу представляют собой полностью замкнутое устройство, служащее только для сохранения энергии и высвобождения ее без использования каких-либо регулирующих клапанов, которое может сохранять рабочее состояние, если не происходит утечка. Таким образом, в сравнении с аналогами и прототипом, гидравлическое силовое устройство эксплуатируемой машины больше не действует как единственное средство для подъема, а с помощью устройства управляют подъемом стрелы посредством регулировочного цилиндра и обеспечивают часть осевой силы. В результате этого устройство для подъема стрелы согласно настоящему изобретению обладает простой конструкцией, пригодно для сборки и обращения, надежно и долговечно, а также при использовании устройства можно экономить энергию и повысить работоспособность стрелы.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен схематический вид устройства для подъема стрелы эксплуатируемой машины согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Перечень номеров позиций, представленных на чертеже

1 - Стрела

2 - Шток поршня цилиндра для сохранения энергии

3 - Груз

4 - Цилиндр для сохранения энергии

4a - Верхняя камера цилиндра для сохранения энергии

4b - Нижняя камера цилиндра для сохранения энергии

5 - Гидродинамическая насосная станция с гидравлическим резервуаром

6 - Трубопровод

7 - Аккумулятор

8 - Двигатель

9 - Гидравлический насос

10 - Распределитель

11 - Контроллер

12 - Регулировочный цилиндр

12a - Верхняя камера регулировочного цилиндра

12b - Нижняя камера регулировочного цилиндра

13 - Поршень цилиндра для сохранения энергии

14 - Клапан

15 - Однопутевой клапан

16 - Манометр для измерения давления гидравлической жидкости

17 - Трубопровод

18 - Клапан

19 - Гидравлическая жидкость

20 - Газ

21 - Устройство для подачи газа (нагнетающий клапан)

22 - Поршень регулировочного цилиндра

23 - Шток поршня регулировочного цилиндра

24 - Клапан

25 - Возвратный трубопровод для гидравлической жидкости

26 - Датчик

27 - Трубопровод для гидравлической жидкости

28 - Трубопровод для гидравлической жидкости

29 - Радиатор

Подробное описание варианта осуществления изобретения

На фиг.1 показан вариант осуществления устройства для подъема стрелы согласно настоящему изобретению, в котором в качестве примера взята стрела 1 экскаватора, в котором используют ковш, собранный на конце стрелы 1, для копания и транспортирования груза 3 таким образом, чтобы осуществлять соответствующие операции. Устройство для подъема стрелы содержит три цилиндра, собранных под стрелой 1, где один цилиндр, установленный под стрелой 1, является регулировочным цилиндром 12, а два других цилиндра, установленных с любой стороны стрелы 1, расположенных с любой стороны регулировочного цилиндра 12, являются двумя цилиндрами 4 для сохранения энергии. Каждый цилиндр содержит корпус цилиндра, поршень и шток поршня, и разделен на две камеры: верхнюю камеру и нижнюю камеру, посредством соответствующих поршней 22 и 13, и эти камеры заполнены гидравлической жидкостью для оказания давления на поршень и шток поршня, для их перемещения. Три цилиндра расположены параллельно. Нижние концы цилиндров прикреплены к шасси экскаватора, а верхние концы соединены со стрелой 1 соответствующими штоками поршней.

Нижняя камера 4b цилиндра 4 для сохранения энергии может быть соединена с аккумулятором 7 трубопроводами 17 и 6. Аккумулятор 7 и цилиндр 4 для сохранения энергии вместе представляют собой устройство для сохранения энергии. Один или большее количество аккумуляторов 7 могут быть собраны таким образом, чтобы они были сообщены с цилиндром 4 для сохранения энергии. В этом варианте осуществления верхний объем аккумулятора 7 заполнен сжатым газом 20, тогда как нижний объем аккумулятора 7 заполнен гидравлической жидкостью 19 под давлением. Устройство 21 для подачи газа (нагнетающий клапан в данном варианте осуществления) и гидродинамическая насосная станция 5 с гидравлическим резервуаром могут быть соединены с трубопроводом 6, которым соединен аккумулятор 7 с нижней камерой цилиндра 4 для сохранения энергии, где устройство для подачи газа 21 и гидродинамическую насосную станцию 5 используют для подачи сжатого газа и гидравлической жидкости под давлением в аккумулятор 7 и нижнюю камеру 4b цилиндра для сохранения энергии, соответственно. Кроме того, так как гидравлическая жидкость может нагреваться во время работы, радиатор 29 может быть также соединен с трубопроводом 6 для рассеяния тепла гидравлической жидкости, для обеспечения условия, при котором гидравлическая жидкость имела бы нормальную температуру. Регулировочный цилиндр 12 может быть соединен с гидравлическим устройством, приводимым в действие с помощью двигателя 8 экскаватора, трубопроводом 27 для гидравлической жидкости, где гидравлическим устройством является гидравлический насос 9, в данном варианте осуществления. Гидравлический насос 9 может быть оснащен распределителем 10, и гидравлический насос 9 сообщен, с использованием текучей среды, с верхней камерой 12a и нижней камерой 12b регулировочного цилиндра 12, соответственно, через распределитель 10 и трубопровод 27 для гидравлической жидкости. С помощью распределителя 10 можно выборочно обеспечивать условия, при которых гидравлический насос 9 подает гидравлическую жидкость под давлением в верхнюю камеру 12a или в нижнюю камеру 12b регулировочного цилиндра 12 в ответ на сигналы от водителя экскаватора или на ручное управление водителя.

В данном варианте осуществления может быть также обеспечен контроллер 11, как это показано на фиг.1, где контроллер 11 соединен с распределителем 10 гидравлического насоса 9, верхней камерой 12a регулировочного цилиндра 12, верхней камерой 4a цилиндра 4 для сохранения энергии и гидравлическим резервуаром гидродинамической насосной станции 5 трубопроводами 27, 27 и 28 для гидравлической жидкости и трубопроводом 25 для возврата гидравлической жидкости, соответственно, таким образом, чтобы можно было выборочно осуществлять или прерывать сообщение, с использованием текучей среды, между распределителем 10 гидравлического насоса 9, верхней камерой 12a регулировочного цилиндра 12, верхней камерой 4a цилиндра 4 для сохранения энергии и гидродинамической насосной станцией 5. Обычно контроллер 11 открывает проход от распределителя 10 к верхней камере 12a регулировочного цилиндра 12 таким образом, чтобы обеспечивалась возможность подачи гидравлическим насосом 9 гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру 12a регулировочного цилиндра 12 через распределитель 10 и контроллер 11 при подаче гидравлическим насосом 9 гидравлической жидкости в верхнюю камеру 12a регулировочного цилиндра 12 через распределитель 10. Другие операции управления контроллера 11 описаны ниже.

Далее описан способ подъема и опускания стрелы 1 посредством использования устройства для подъема стрелы согласно упомянутым выше вариантам осуществления настоящего изобретения.

В устройстве для подъема стрелы сначала создают предварительное давление до подъема и опускания стрелы 1. Клапан 14, как это показано на фиг.1, установленный в трубопроводе 6, сначала открывают; нагнетающий клапан 21, собранный на трубопроводе 6, используют для заполнения газом, например азотом, аккумулятора 7 по трубопроводу 6, в то время как клапан 24 гидродинамической насосной станции 5 закрыт для предотвращения выхода газа через трубопровод 6 и гидродинамическую насосную станцию 5. Когда давление газа достигает определенного уровня, подачу газа прекращают, и нагнетающий клапан 21 закрывают. Затем открывают клапан 24 и вводят в действие гидродинамическую насосную станцию 5 для заполнения гидравлической жидкостью аккумулятора 7 и нижней камеры цилиндра 4 для сохранения энергии, соединенного с ним, через однопутевой клапан 15, и соответственно, газ, находящийся в трубопроводах 6, 17 и нижней камере цилиндра 4 для сохранения энергии, вытесняют через клапан 24 гидравлической жидкостью. Когда показание манометра 16, собранного на трубопроводе 6, для измерения давления гидравлической жидкости достигает определенного требующегося значения, гидродинамическая насосная станция 5 выключается, и заполнение гидравлической жидкостью прекращается. В это время верхний объем аккумулятора 7 заполнен сжатым газом 20, а нижний объем аккумулятора 7 и нижняя камера 4b цилиндра для сохранения энергии, сообщенная, с использованием текучей среды, с нижним объемом аккумулятора 7, заполнены гидравлической жидкостью 19 под давлением (при этом удельный вес газа 20 сравнительно ниже удельного веса гидравлической жидкости 19 и, таким образом, газ 20 всегда сохраняется в верхнем объеме аккумулятора 7, а гидравлическая жидкость 19 всегда сохраняется в нижнем объеме); кроме того, определенное давление существует в аккумуляторе 7 и в нижней камере 4b цилиндра для сохранения энергии, где это давление может быть установлено таким образом, чтобы сила, создаваемая гидравлической жидкостью в аккумуляторе 7, прикладываемая к штоку 2 поршня цилиндра 4 для сохранения энергии по существу уравновешивалась силой, прикладываемой к штоку 2 поршня под действием веса стрелы 1.

После заполнения системы газом и гидравлической жидкостью для создания предварительного давления, как это описано выше, устройство для сохранения энергии, представляемое аккумулятором 7 и цилиндром 4 для сохранения энергии, становится замкнутым устройством, которое может действовать все время без дополнительного заполнения газом и гидравлической жидкостью, если не происходит утечка. Даже если происходит утечка, то можно ее компенсировать посредством подачи сжатого газа и гидравлической жидкости под давлением в аккумулятор 7 и нижнюю камеру 4b цилиндра 4 для сохранения энергии с помощью устройства 21 для подачи газа и гидродинамической насосной станции 5, до тех пор, пока сила, прикладываемая к штоку 2 поршня цилиндра 4 для сохранения энергии посредством гидравлической жидкости из аккумулятора 7, по существу не будет уравновешена силой, прикладываемой к штоку 2 поршня под действием веса стрелы 1.

После завершения упомянутого выше создания предварительного давления, устройство для подъема стрелы может быть использовано для подъема и опускания стрелы 1. Сначала запускают двигатель 8, вводя в действие гидравлическое устройство (гидравлический насос 9). Когда требуется опустить стрелу 1, водитель эксплуатируемой машины нажимает на рычаг управления для направления сигнала в распределитель 10 гидравлического насоса 9, после чего распределитель 10 подает гидравлическую жидкость в верхнюю камеру регулировочного цилиндра 12 таким образом, чтобы шток 23 поршня регулировочного цилиндра 12 опускался и чтобы, таким образом, опускалась стрела 1. В это время вес стрелы 1 (и груз 3) полностью воздействуют на цилиндр 4 для сохранения энергии. Таким образом, потенциальная энергия, имеющаяся во время опускания стрелы благодаря собственному весу стрелы, используется для приведения в действие цилиндра 4 для сохранения энергии таким образом, чтобы гидравлическая жидкость под штоком поршня цилиндра 4 для сохранения энергии сжималась и чтобы начиналось повышение давления и, таким образом, начиналось вытеснение гидравлической жидкости из-под штока поршня цилиндра 4 для сохранения энергии от входа для жидкости в нижней части аккумулятора 7 в аккумулятор 7 по трубопроводу 6. По мере вытеснения гидравлической жидкости от входа для жидкости в нижней части аккумулятора 7 в аккумулятор 7 внутреннее пространство аккумулятора 7, занимаемое газом, уменьшается, и, таким образом, газ 20 в верхнем объеме аккумулятора 7 сжимается, в результате чего достигается цель, заключающаяся в сохранении энергии. Когда требуется поднять стрелу 1, водитель эксплуатируемой машины нажимает на рычаг управления и посылает сигнал к распределителю 10 гидравлического устройства, в результате чего распределитель 10 подает гидравлическую жидкость в нижнюю камеру регулировочного цилиндра 12 таким образом, чтобы шток 23 поршня регулировочного цилиндра 12 поднимался и чтобы, таким образом, поднималась стрела 1. При этом баланс давлений между гидравлической жидкостью в нижней камере цилиндра 4 для сохранения энергии и в аккумуляторе 7 нарушается. В это время внутреннее давление в нижней камере цилиндра 4 для сохранения энергии начинает падать, а давление гидравлической жидкости внутри аккумулятора 7 становится больше давления в нижней камере цилиндра 4 для сохранения энергии. Затем гидравлическая жидкость 19 под высоким давлением в аккумуляторе 7 поступает в нижнюю камеру цилиндра 4 для сохранения энергии по трубопроводу 6 таким образом, что на шток 2 поршня цилиндра 4 для сохранения энергии оказывается давление, и он перемещается вверх и, таким образом, стрела 1 поднимается вверх быстро и легко.

В аналогах и прототипе возвратно-поступательное перемещение в вертикальном направлении стрелы 1 осуществляют с помощью гидравлических устройств 9 и 10 двигателя 8, тогда как согласно настоящему изобретению используют аккумулятор 7 и цилиндр 4 для сохранения энергии для уравновешивания веса стрелы 1 и груза 3. При этом гидравлический насос 9 и распределитель 10 двигателя 8 больше не действуют как единственное средство для подъема стрелы 1, а с их помощью только управляют возвратно-поступательным перемещением стрелы 1 в вертикальном направлении и обеспечивают частично ведущую силу. Одной из отличительных особенностей настоящего изобретения является то, что регулировочный цилиндр 12 используют для управления подъемом и опусканием стрелы; а другой отличительной особенностью является то, что цилиндр 4 для сохранения энергии и аккумулятор 7 стрелы 1 используют для сохранения энергии, где аккумулятор 7 и цилиндр 4 для сохранения энергии по существу не содержат регулирующих клапанов, и они предназначены только для сохранения энергии и высвобождения энергии таким образом, чтобы сохранялось существенное равновесие между весом стрелы 1 и давлением в аккумуляторе 7. Таким образом, можно уменьшить гидравлическую мощность, требующуюся для подъема стрелы 1, обеспечиваемую посредством гидравлического насоса 9, направляемую к регулировочному цилиндру 12, и, таким образом, можно снизить потребление двигателем 8 топлива и увеличить скорость подъема стрелы 1, в сравнении с аналогами и прототипом. Это означает, что, согласно настоящему изобретению, благодаря использованию цилиндра 4 для сохранения энергии, с помощью аккумулятора 7 сохраняют гравитационную потенциальную энергию, имеющую место в результате действия собственного веса стрелы 1 во время ее опускания, и высвобождают сохраненную энергию во время подъема стрелы 1 таким образом, чтобы способствовать подъему стрелы 1 и увеличению скорости ее подъема. Таким образом, можно эффективно регенерировать и использовать гравитационную потенциальную энергию во время опускания стрелы 1 и повышать эффективность работы машины.

Кроме того, устройство для сохранения энергии, представляемое цилиндром 4 для сохранения энергии и аккумулятором 7, не соединено с главным гидравлическим устройством 9, а является отдельным устройством, предназначенным для уравновешивания собственного веса стрелы 1. Таким образом, излишне беспокоиться о том, что потреблялось бы слишком много энергии для преодоления действия собственного веса стрелы 1 во время ее подъема и опускания, благодаря чему стрела 1 может быть изготовлена более тяжелой для увеличения ее прочности.

Устройство для подъема стрелы согласно настоящему изобретению имеет простую конструкцию, легко в сборке, надежно и долговечно в использовании, легко и просто в обращении, таким образом, при его использовании может быть обеспечен заметный эффект энергосбережения.

Далее приведено описание, касающееся особенностей действия контроллера 11. Во время подъема стрелы 1, управляемого с помощью регулировочного цилиндра 12, посредством контроллера 11 открывается проход от верхней камеры 4a цилиндра 4 для сохранения энергии к гидравлическому резервуару гидродинамической насосной станции 5 для обеспечения возможности возврата гидравлической жидкости из верхней камеры 4a цилиндра 4 для сохранения энергии в гидравлический резервуар по трубопроводу 25 для возврата гидравлической жидкости с помощью контроллера 11; при понуждении стрелы 1 к опусканию под воздействием регулировочного цилиндра 12 поршень 13 в цилиндре 4 для сохранения энергии начинает опускаться; при этом верхняя камера 4a цилиндра 4 для сохранения энергии опустошается, что вызывает всасывание гидравлической жидкости из гидравлического резервуара гидродинамической насосной станции 5 в верхнюю камеру 4a через контроллер 11; если требуется большая сила при перемещении стрелы 1 вниз с помощью регулировочного цилиндра 12 (т.е. если приводящая в движение сила под действием давления в верхней камере регулировочного цилиндра 12 является недостаточной), то давление в верхней камере регулировочного цилиндра увеличивают, и в это время может быть послан сигнал в контроллер 11, чтобы контроллер 11 закрыл проход от верхней камеры цилиндра 4 для сохранения энергии к гидравлическому резервуару гидродинамической насосной станции 5 и одновременно открыл проход от распределителя 10 в верхнюю камеру цилиндра 4 для сохранения энергии, и, таким образом, гидравлическая жидкость под давлением, подаваемая гидравлическим насосом 9, может также подаваться в верхнюю камеру цилиндра 4 для сохранения энергии через распределитель 10 и контроллер 11. Т.е. в это время посредством контроллера 11 обеспечивается сообщение верхней камеры цилиндра 4 для сохранения энергии с верхней камерой регулировочного цилиндра 12 в параллельном режиме. Таким образом, область действия увеличивается с области верхней камеры регулировочного цилиндра 12 до области верхних камер множества цилиндров, в результате чего увеличивается осевая сила посредством верхней камеры цилиндра, и дополнительно толкает поршни цилиндров вниз, и таким образом действующая сила, прилагаемая для опускания стрелы 1, увеличивается. При этом, например, когда датчик 26, расположенный в трубопроводе 27 или в верхней камере регулировочного цилиндра, определяет, что давление в верхней камере 12a регулировочного цилиндра 12 превышает предварительно определенную величину, то датчик указывает, что требуется большая осевая сила, направленная вниз, а затем датчик 26 посылает сигнал для оповещения контроллера 11, чтобы посредством контроллера 11 было установлено сообщение между верхней камерой регулировочного цилиндра 12 и верхней камерой цилиндра 4 для сохранения энергии для способствования опусканию стрелы 1.

Здесь следует отметить, что существуют варианты осуществления без использования контроллера 11. Например, гидравлическую жидкость непосредственно подают в верхнюю камеру регулировочного цилиндра 12 посредством распределителя 10, и в этом случае верхняя камера цилиндра 4 для сохранения энергии и гидравлический резервуар гидродинамической насосной станции 5 непосредственно сообщаются друг с другом без участия контроллера 11; в другом варианте осуществления с помощью распределителя 10 гидравлическую жидкость подают непосредственно в верхнюю камеру регулировочного цилиндра 12 и в верхнюю камеру цилиндра 4 для сохранения энергии в параллельном режиме; возможна также подача гидравлической жидкости с помощью распределителя 10 непосредственно в верхнюю камеру цилиндра 4 для сохранения энергии, и при этом верхняя камера регулировочного цилиндра 12 и гидравлический резервуар непосредственно сообщены друг с другом без участия контроллера 11. При использовании всех этих режимов действий может быть достигнут эффект управления подъемом стрелы 1, за исключением того, что скорость и осевая сила для подъема и опускания стрелы 1 не так хороши, как в случае использования контроллера 11.

Подъем и опускание стрелы 1 осуществляют поочередно и во взаимно-противоположных направлениях до тех пор, пока не прекращают работу эксплуатируемой машины. При останове машины клапан 14 в трубопроводе 6 может быть закрыт для исключения возможности толкания стрелы гидравлической жидкостью под давлением из аккумулятора 7 и, таким образом, понуждения ее к подъему автоматически без ручного управления. Кроме того, отдельный клапан 18 может быть обеспечен для аккумулятора 7, для повышения безопасности, а также для удобства при замене аккумулятора.

Во время осуществления рабочего процесса, при котором стрелу 1 поднимают и опускают, давление в замкнутой системе, представляемой аккумулятором 7 и цилиндром 4 для сохранения энергии, обычно колеблется из-за подъема стрелы 1. Однако, так как сила, получающаяся как составляющая от веса стрелы 1, которая действует на шток поршня цилиндра для сохранения энергии, обычно колеблется соответственно из-за подъема стрелы, сила, прикладываемая к штоку поршня цилиндра для сохранения энергии посредством действия гидравлической жидкости из аккумулятора 7, всегда сохраняет в существенной степени равновесие с силой, прикладываемой к штоку поршня цилиндра для сохранения энергии посредством действия веса стрелы 1, таким образом, что экономятся сила и энергия, обеспечиваемые посредством гидравлической системы двигателя. Однако величину давления в замкнутой системе, представляемой аккумулятором 7 и цилиндром 4 для сохранения энергии, можно также регулировать в зависимости от требований (посредством подачи и выпуска газа и/или гидравлической жидкости путем использования, например, устройства 21 для подачи газа и/или гидродинамической насосной станции 5).

Выше описаны некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, однако количество цилиндров для сохранения энергии, количество регулировочных цилиндров, и относительное расположение их сочетаний не ограничено теми данными, которые описаны в упомянутых выше вариантах осуществления. Любое пригодное количество (например: один, два или большее количество) цилиндров для сохранения энергии и любое пригодное количество (например: один, два или большее количество) регулировочных цилиндров может быть обеспечено с любой стороны или посередине, или с двух сторон стрелы 1, и цилиндр для сохранения энергии, и регулировочный цилиндр можно также использовать, изменяя их положения.

При применении настоящего изобретения по существу уравновешивают собственный вес стрелы посредством использования энергии, сохраняемой с помощью устройства для сохранения энергии, состоящего из аккумулятора и цилиндра для сохранения энергии, в котором аккумулятор и цилиндр для сохранения энергии по существу представляют полностью замкнутую систему, которая служит только для сохранения энергии и высвобождения ее без использования каких-либо регулирующих клапанов и может действовать все время, если не происходит утечка. Таким образом, в сравнении с аналогами и прототипом, гидравлическое силовое устройство (приводимое в действие посредством двигателя) эксплуатируемой машины больше не действует как единый механизм при подъеме, а действует с помощью системы управления подъемом стрелы, используя регулировочный цилиндр, и обеспечивают часть осевой силы. В результате этого устройство для подъема стрелы согласно настоящему изобретению имеет простую конструкцию, пригодно для сборки и обращения, надежно и долговечно, а также с помощью устройства можно экономить энергию и повысить работоспособность стрелы.

Устройство для подъема стрелы согласно настоящему изобретению применимо в любых эксплуатируемых машинах, содержащих стрелу, например в экскаваторе, разгрузочном устройстве, подъемном кране и т.д.

Очевидно, что специалистом в данной области техники могут быть произведены различные изменения и модификации в упомянутых выше раскрытых вариантах осуществления без отступления от объема или сущности настоящего изобретения. В соответствии с реализацией настоящего изобретения, раскрытого в данном описании, другие варианты осуществления настоящего изобретения могут быть очевидными для специалиста в данной области техники. Описание и раскрытые в нем примеры следует толковать только как иллюстративные; реальный объем настоящего изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения.

Устройство предназначено для подъема стрелы эксплуатируемой машины. Устройство содержит цилиндр (4) и аккумулятор (7), причем цилиндр (4) содержит верхнюю камеру (4a) и нижнюю камеру (4b), а также шток (2) поршня цилиндра, соединенный со стрелой (1), причем верхняя часть аккумулятора (7) заполнена газом, а нижняя часть аккумулятора (7) заполнена гидравлической жидкостью (19) и сообщена с нижней камерой (4b) цилиндра; регулировочный цилиндр (12), содержащий верхнюю камеру (12a) и нижнюю камеру (12b), а также шток (23) поршня, соединенный со стрелой (1); гидравлический насос (9), с помощью которого, при подаче гидравлической жидкости в верхнюю камеру (12a) регулировочного цилиндра, стрела (1) опускается таким образом, что вес стрелы давит на шток (2) поршня цилиндра для выдавливания гидравлической жидкости из нижней камеры (4b) цилиндра в нижнюю часть аккумулятора, для сжимания газа, находящегося в верхней части аккумулятора для регенерирования потенциальной энергии, а при подаче гидравлическим насосом гидравлической жидкости в нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра стрела (1) поднимается, и при этом поднимается шток (2) поршня цилиндра таким образом, что сжатый газ из верхней части аккумулятора выдавливает гидравлическую жидкость (19) из нижней части аккумулятора в нижнюю камеру (4b) цилиндра, для высвобождения регенерированной потенциальной энергии, таким образом, выталкивая шток (2) поршня цилиндра для подъема стрелы. С помощью устройства обеспечиваются эффективная регенерация и повторное использование потенциальной энергии опускания стрелы, благодаря чему экономится энергия и повышается работоспособность стрелы. В настоящем изобретении также раскрыты эксплуатируемая машина с упомянутым выше подъемным устройством и способ подъема стрелы посредством использования упомянутого выше подъемного устройства. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для подъема стрелы (1) эксплуатируемой машины, содержащее:
- устройство для сохранения энергии, используемое для сохранения гравитационной потенциальной энергии во время опускания стрелы (1) и подъема стрелы посредством использования сохраненной энергии во время подъема стрелы (1), причем устройство для сохранения энергии содержит: цилиндр (4) для сохранения энергии и аккумулятор (7), при этом цилиндр (4) для сохранения энергии содержит верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии и нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии, которые отделены поршнем (13) цилиндра для сохранения энергии, содержащим шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии, оперативно соединенный со стрелой (1), причем верхний объем аккумулятора (7) заполнен сжатым газом (20), а нижний объем аккумулятора (7) заполнен гидравлической жидкостью (19) под давлением и сообщен, с использованием текучей среды, с нижней камерой (4b) цилиндра для сохранения энергии через первый трубопровод (6, 17);
- регулировочный цилиндр (12) для регулирования подъема стрелы, содержащий верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра и нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра, которые отделены поршнем регулировочного цилиндра (22), который содержит шток (23) поршня регулировочного цилиндра, оперативно соединенный со стрелой (1);
- гидравлический насос (9) для выборочной подачи гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра или нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра через распределитель (10) и второй трубопровод (27) независимо от первого трубопровода (6,17), причем при подаче гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) шток (23) поршня регулировочного цилиндра сообщает стреле (1) движение вниз, а вес стрелы (1) давит на шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии цилиндра (4) таким образом, что гидравлическая жидкость выдавливается из нижней камеры (4b) цилиндра для сохранения энергии в нижний объем аккумулятора (7), в результате чего газ в верхнем объеме аккумулятора (7) сжимается таким образом, что регенерируется гравитационная потенциальная энергия стрелы (1), при этом при подаче гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости под давлением в нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра через распределитель (10) шток (23) поршня регулировочного цилиндра сообщает стреле (1) движение вверх таким образом, что поднимает шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии, в результате чего сжатый газ из верхнего объема аккумулятора (7) выдавливает гидравлическую жидкость из нижнего объема аккумулятора (7) в нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии, и, таким образом, регенерированная энергия высвобождается в виде давления на шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии, в результате чего шток перемещается вверх и поднимает стрелу (1).

2. Подъемное устройство по п. 1, в котором давление газа и гидравлической жидкости, которыми заполнен аккумулятор (7), установлено таким образом, что сила, прикладываемая к штоку (2) поршня цилиндра для сохранения энергии посредством гидравлической жидкости от аккумулятора (7), по существу уравновешивает силу, прикладываемую к штоку (2) поршня цилиндра для сохранения энергии под действием веса стрелы (1).

3. Подъемное устройство по п. 1, в котором давление газа и гидравлической жидкости, которыми заполнен аккумулятор (7), можно регулировать в зависимости от требований.

4. Подъемное устройство по любому одному из пп. 1-3, дополнительно содержащее: контроллер (11) и датчик (26), причем контроллер (11) соединен с распределителем (10), соединенным с гидравлическим насосом (9), верхней камерой (4а) цилиндра для сохранения энергии, верхней камерой (12а) регулировочного цилиндра и гидравлическим резервуаром, соответственно, и выполнен таким образом, чтобы проход от гидравлического насоса (9) в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) был открыт при подаче гидравлической жидкости гидравлическим насосом (9) в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) с возможностью подачи гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) и контроллер (11); чтобы был открыт проход от верхней камеры (4а) цилиндра для сохранения энергии в гидравлический резервуар при подъеме стрелы (1) таким образом, чтобы была обеспечена возможность возврата гидравлической жидкости из верхней камеры (4а) цилиндра для сохранения энергии в гидравлический резервуар через контроллер (11); чтобы был открыт проход из гидравлического резервуара в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии при опускании стрелы (1) для обеспечения возможности всасывания гидравлической жидкости из гидравлического резервуара в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через контроллер (11); и чтобы при определении датчиком (26) условия, при котором давление гидравлической жидкости, подаваемой в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра посредством гидравлического насоса (9) через распределитель (10) и контроллер (11), превышает предварительно определенную величину, в ответ на сигнал от датчика (26), проход от гидравлического насоса (9) в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через распределитель (10) открывался, а проход от верхней камеры (4а) цилиндра для сохранения энергии к гидравлическому резервуару закрывался таким образом, чтобы гидравлический насос (9) мог подавать гидравлическую жидкость под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра и верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через распределитель (10) и контроллер (11) одновременно.

5. Подъемное устройство по любому одному из пп. 1-3, в котором распределителем (10) управляет водитель эксплуатируемой машины посредством манипулирования рукояткой управления с возможностью выборочной подачи гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра и/или в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии, или подачи гидравлической жидкости под давлением в нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра.

6. Подъемное устройство по любому одному из пп. 1-3, дополнительно содержащее устройство (21) для подачи газа и гидродинамическую насосную станцию (5), которые соединены между аккумулятором (7) и нижней камерой (4b) цилиндра для сохранения энергии, причем устройство (21) для подачи газа используют для подачи сжатого газа в аккумулятор (7) и нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии, а гидродинамическую насосную станцию (5) используют для подачи гидравлической жидкости под давлением в аккумулятор (7) и в нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии.

7. Подъемное устройство по любому одному из пп. 1-3, дополнительно содержащее радиатор (29), соединенный с трубопроводом для гидравлической жидкости между аккумулятором (7) и нижней камерой (4b) цилиндра для сохранения энергии таким образом, чтобы обеспечивалось рассеяние тепла гидравлической жидкости.

8. Подъемное устройство по любому одному из пп. 1-3, в котором используют, по меньшей мере, один регулировочный цилиндр (12), по меньшей мере, один цилиндр (4) для сохранения энергии, при этом расположение регулировочного цилиндра (12) и цилиндра (4) для сохранения энергии может быть взаимно изменено.

9. Подъемное устройство по п. 8, в котором один регулировочный цилиндр (12) и два цилиндра (4) для сохранения энергии, расположенные с любой стороны регулировочного цилиндра, установлены параллельно под стрелой (1).

10. Эксплуатируемая машина, содержащая стрелу (1) и подъемное устройство по любому одному из пп. 1-9.

11. Способ подъема стрелы эксплуатируемой машины посредством использования устройства для подъема стрелы (1) эксплуатируемой машины по п. 1, в котором:
a) заполняют верхний объем аккумулятора (7) сжатым газом (20) и заполняют нижний объем аккумулятора (7) и нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии, сообщенной, с использованием текучей среды, с нижним объемом аккумулятора (7), гидравлической жидкостью (19) под давлением;
b) приводят гидравлический насос (9) в режим подачи гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) для опускания стрелы (1) с помощью штока (23) поршня регулировочного цилиндра, при этом вес стрелы (1) давит на шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии цилиндра (4), в результате чего гидравлическая жидкость выдавливается из нижней камеры (4b) цилиндра для сохранения энергии в нижний объем аккумулятора (7) и газ в верхнем объеме аккумулятора (7) сжимается таким образом, что регенерируется гравитационная потенциальная энергия стрелы (1);
c) приводят гидравлический насос (9) в режим подачи гидравлической жидкости под давлением в нижнюю камеру (12b) регулировочного цилиндра через распределитель (10) таким образом, чтобы шток (23) поршня регулировочного цилиндра поднимал стрелу (1) и при этом поднимался шток (2) поршня цилиндра для сохранения энергии, и сжатый газ из верхнего объема аккумулятора (7) выдавливал гидравлическую жидкость из нижнего объема аккумулятора (7) в нижнюю камеру (4b) цилиндра для сохранения энергии, с возможностью высвобождения регенерированной энергии для выталкивания штока (2) поршня цилиндра для сохранения энергии для подъема стрелы (1).

12. Способ по п. 11, согласно которому, на этапе а) давление газа и гидравлической жидкости, заполняющих аккумулятор (7), устанавливают таким образом, чтобы сила, прикладываемая к штоку (2) поршня цилиндра для сохранения энергии посредством гидравлической жидкости из аккумулятора (7), по существу уравновешивалась силой, прикладываемой к штоку (2) поршня цилиндра для сохранения энергии под действием веса стрелы (1).

13. Способ по п. 11 или 12, согласно которому подъемное устройство дополнительно содержит контроллер (11) и датчик (26), причем контроллер (11) соединяют с распределителем (10), которым снабжен гидравлический насос (9), с верхней камерой (4а) цилиндра для сохранения энергии, с верхней камерой (12а) регулировочного цилиндра и с гидравлическим резервуаром, соответственно, при этом дополнительно открывают посредством контроллера (11) проход от гидравлического насоса (9) в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) для подачи гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) для подачи гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости под давлением в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра через распределитель (10) и контроллер (11); возвращают, при подъеме стрелы (1), гидравлическую жидкость из верхней камеры (4а) цилиндра для сохранения энергии в гидравлический резервуар через контроллер (11); при опускании стрелы (1) обеспечивают всасывание гидравлической жидкости из гидравлического резервуара в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через контроллер (11); и при определении посредством датчика (26) того факта, что давление гидравлической жидкости, подаваемой в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра гидравлическим насосом (9) через распределитель (10) и контроллер (11), превышает предварительно определенную величину, подают с датчика (26) сигнал в контроллер (11) для того, чтобы последний открыл проход от гидравлического насоса (9) в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через распределитель (10) и закрыл проход от верхней камеры (4а) цилиндра для сохранения энергии в гидравлический резервуар для обеспечения возможности подачи гидравлическим насосом (9) гидравлической жидкости под давлением одновременно в верхнюю камеру (12а) регулировочного цилиндра и в верхнюю камеру (4а) цилиндра для сохранения энергии через распределитель (10) и контроллер (11).