РАБОЧЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК E02F9/22 

Настоящее изобретение относится к рабочему устройству с элементом, выполненным подвижным с помощью по меньшей мере одного рабочего привода, причем предусмотрен по меньшей мере один цилиндр для рекуперации энергии, служащий для рекуперации энергии движения подвижного элемента, который включает в себя наполненную газом камеру. Рабочее устройство согласно изобретению представляет собой, в частности, подвижное рабочее устройство, более конкретно, экскаватор или машину для погрузки, разгрузки и транспортировки материалов. Рабочий привод, в частности, включает в себя гидравлический рабочий цилиндр.

Газ в наполненной газом камере цилиндра для рекуперации энергии сжимается при опускании подвижного элемента в таких рабочих устройствах, и, таким образом, накапливает потенциальную энергию с тем, чтобы высвободить ее при поднимании подвижного элемента с целью содействия усилию рабочего привода, в частности гидравлического рабочего цилиндра.

Рабочее устройство известно из DE 10 2008034582 A1, в котором наполненная газом камера цилиндра для рекуперации энергии образована наполненной газом опорной стороной цилиндра для рекуперации энергии и полым поршневым штоком цилиндра для рекуперации энергии.

Задачей настоящего изобретения является создание рабочего устройства, снабженного цилиндром для рекуперации энергии с усовершенствованной уплотнительной системой наполненной газом камеры.

Согласно изобретению данная задача решена рабочим устройством по п. 1 формулы изобретения. При этом в настоящем изобретении представлено рабочее устройство, в частности подвижное рабочее устройство, более конкретно, экскаватор или машина для погрузки, разгрузки и транспортировки материалов, с элементом, выполненным подвижным посредством по меньшей мере одного рабочего привода, по меньшей мере с одним цилиндром для рекуперации энергии, служащим для рекуперации энергии движения подвижного элемента и имеющим наполненную газом камеру. Рабочий привод, в частности, включает в себя гидравлический рабочий цилиндр. Согласно изобретению при этом предусмотрено уплотнительное устройство для герметизации наполненной газом камеры, включающее в себя наполненное маслом кольцевое пространство. Масляная ванна, создаваемая наполненным маслом кольцевым пространством, обеспечивает дополнительный барьер на пути возможной газовой диффузии, что дает, по существу, улучшенный уплотнительный эффект.

Кроме того, уплотнительное устройство предпочтительно включает в себя газовое уплотнение. Особенно хорошее уплотнение наполненной газом камеры обеспечено сочетанием газового уплотнения и наполненного маслом кольцевого пространства. При этом газовое уплотнение предпочтительно расположено между наполненным маслом кольцевым пространством и наполненной газом камерой.

Дополнительно предпочтительно, чтобы уплотнительное устройство дополнительно включало в себя гидравлическое уплотнение. Это предотвращает вытекание гидравлического масла из наполненного маслом кольцевого пространства. При этом гидравлическое уплотнение предпочтительно расположено за наполненным маслом кольцевым пространством по отношению к наполненной газом камере. Таким образом, гидравлическое уплотнение, в частности, расположено между наполненным маслом кольцевым пространством и наружным пространством. При этом гидравлическое уплотнение может включать в себя одно или несколько уплотнительных устройств, в частности уплотнительных колец.

Дополнительно предпочтительно, чтобы между наполненным маслом кольцевым пространством и наполненной газом камерой имелся коммуникационный канал. Поскольку при работе цилиндра для рекуперации энергии нельзя исключать попадания газа в наполненное маслом кольцевое пространство, коммуникационный канал обеспечивает выравнивание давления согласно изобретению и позволяет газу вытекать из кольцевого пространства.

При этом в коммуникационном канале предпочтительно расположен контрольный клапан, выровненный с направлением выхода наполненного маслом кольцевого пространства в наполненную газом камеру. Таким образом, газ может вытекать из наполненного маслом кольцевого пространства в наполненную газом камеру, при этом предусмотрено, что газ выдавливается из наполненной газом камеры через коммуникационный канал в кольцевое пространство. Таким образом, предотвращено выдавливание масла из кольцевого пространства.

Дополнительно предпочтительно, чтобы с одной стороны наполненного маслом кольцевого пространства имелась вентиляционная точка. Газ может преимущественно вытекать из кольцевого пространства через эту вентиляционную точку.

При этом вентиляционная точка преимущественно расположена в наиболее высоком месте кольцевого пространства. Таким образом, вентиляционная точка расположена в месте, где собирается газ. При этом цилиндр для рекуперации энергии размещен на рабочем устройстве таким образом, что его продольная ось расположена наклонно или горизонтально на рабочем устройстве, предпочтительно так, что продольная ось расположена наклонно или горизонтально в каждом рабочем положении. Тогда вентиляционная точка предпочтительно проходит в радиальном направлении вверх от кольцевого пространства.

При этом вышеописанный коммуникационный канал предпочтительно соединяет вентиляционную точку кольцевого пространства с наполненной газом камерой.

Дополнительно предпочтительно, чтобы было предусмотрено наполненное маслом кольцевое пространство, служащее для смазки цилиндра для рекуперации энергии. В частности, для этой цели оно служит масляной емкостью для смазки уплотнений, маслосборных скребков и направляющих ремней.

Таким образом, цилиндр для рекуперации энергии согласно изобретению может работать без подключения к гидравлической системе.

Цилиндр для рекуперации энергии согласно настоящему изобретению может, в частности, представлять собой односторонний цилиндр, имеющий только одно пространство сжатия. Таким образом, это пространство сжатия наполнено газом. Смазка соответственно выполняется через наполненное маслом кольцевое пространство без необходимости соединения пространства второго цилиндра с гидравлической системой. Однако в случае необходимости опорная сторона цилиндра, наполненная газом, может быть соединена с гидравлической системой.

Дополнительно предпочтительно, чтобы цилиндр для рекуперации энергии был наполнен газом с опорной стороны, при этом уплотнительное устройство расположено между штоком цилиндра и рубашкой цилиндра.

Дополнительно предпочтительно, чтобы уплотнительное устройство при этом было размещено на рубашке цилиндра. Для этого уплотнительное устройство расположено, в частности, на конце рубашки цилиндра с ее внутренней стороны. При этом наполненное маслом кольцевое пространство, в частности, размещено на рубашке или в рубашке цилиндра. Кроме того, в рубашке цилиндра предпочтительно расположены кольцевые пространства для газового уплотнения и/или гидравлического уплотнения.

Настоящее изобретение, может, в частности, быть использовано в цилиндре для рекуперации энергии, чей поршневой шток выполнен полым.

Согласно изобретению на поршне поршневого штока предпочтительно расположены направляющие элементы для направления поршня в рубашке цилиндра, при этом они не являются уплотнительными. Таким образом, тонкое кольцевое пространство между наружным пространством поршневого штока и внутренним пространством рубашки цилиндра сообщается посредством текучей среды с опорной стороной, наполненной газом, что обеспечивает выравнивание давления.

При этом коммуникационный канал предпочтительно соединяет наполненное газом кольцевое пространство между наружным пространством поршневого штока и внутренним пространством рубашки цилиндра с наполненным маслом кольцевым пространством.

В дополнение к рабочему устройству согласно изобретению, настоящее изобретение дополнительно включает в себя цилиндр для рекуперации энергии для рабочего устройства, как описано выше. При этом цилиндр для рекуперации энергии согласно изобретению имеет, в частности, газонаполненную камеру, при этом имеется уплотнительное устройство для герметизации газонаполненной камеры, включающее в себя наполненное маслом кольцевое пространство.

Предпочтительно, что цилиндр для рекуперации энергии при этом выполнен так, как более подробно было описано выше.

Теперь будут коротко описаны особенно предпочтительные возможности использования настоящего изобретения.

Рабочее устройство согласно изобретению представляет собой, в частности, подвижное рабочее устройство, более конкретно экскаватор или машину для погрузки, разгрузки и транспортировки материалов.

Оно имеет элемент, выполненный подвижным посредством по меньшей мере одного рабочего привода, по меньшей мере с одним цилиндром рекуперации энергии, служащим для рекуперации энергии движения подвижного элемента. В качестве рабочего привода предпочтительно использован гидравлический рабочий цилиндр.

При этом сам цилиндр для рекуперации энергии с наполненной газом камерой служит накопителем энергии для рекуперации энергии движения подвижного элемента. Пространство, образованное опорной стороной цилиндра для рекуперации энергии, при этом предпочтительно наполнено газом под давлением, который сжимается при движении поршневого штока к основанию. Накопленная в ходе этого процесса энергия затем снова становится доступной при движении вверх поршневого штока и способствует усилию рабочего гидравлического цилиндра. Дополнительно предпочтительно, чтобы поршневой шток цилиндра для рекуперации энергии был полым и выходил на опорную сторону таким образом, чтобы внутренняя часть поршневого штока образовывала часть газонаполненной камеры.

Подвижный элемент рабочего устройства согласно изобретению предпочтительно шарнирно соединен с рабочим устройством, поворотным вокруг вертикальной оси вращения и способен поворачиваться в вертикальной поворотной плоскости с помощью рабочего привода или приводов. В этом отношении подвижный элемент представляет собой, в частности, рукоять экскаватора или стрелу машины для погрузки, разгрузки или транспортировки материалов. Дополнительно предпочтительно, чтобы мобильное рабочее устройство при этом имело нижнюю платформу с ходовым механизмом и верхнюю платформу, вращательно расположенную на ней вокруг вертикальной оси вращения, с которой шарнирно соединен подвижный элемент.

При этом на подвижном элементе может быть установлена часть рабочего оборудования, например, лопата или захват. При опускании подвижного элемента, потенциальная энергия подвижного элемента и части рабочего оборудования накапливается с помощью цилиндра для рекуперации энергии с целью по меньшей мере частичной компенсации веса оборудования при движении вверх подвижного элемента. Таким образом, нужно приложить меньше энергии через рабочие приводы для движения подвижного элемента вверх. Соответственно, энергетический баланс рабочего устройства улучшается, поскольку требуется меньше установленной мощности двигателя, а расход топлива снижается.

Согласно изобретению цилиндр для рекуперации энергии при этом преимущественно размещен, как и рабочий гидравлический цилиндр или цилиндры, между верхней платформой рабочего устройства и подвижным элементом. Таким образом, цилиндр для рекуперации энергии движется одновременно с рабочим гидравлическим цилиндром при движении подвижного элемента.

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на варианты осуществления и чертежи.

На представленных фигурах:

Фиг. 1- вариант осуществления рабочего устройства согласно изобретению с двумя рабочими гидравлическими цилиндрами и с одним цилиндром для рекуперации энергии.

Фиг. 2a - принципиальная схема первого варианта цилиндра для рекуперации энергии согласно изобретению.

Фиг. 2b - принципиальная схема второго варианта цилиндра для рекуперации энергии согласно изобретению.

Фиг. 3 - первый вариант осуществления уплотнительного устройства согласно настоящему изобретению..

Фиг. 4 - второй вариант осуществления уплотнительного устройства согласно настоящему изобретению.

Далее сначала будет описан в целом вариант осуществления рабочего устройства, имеющего цилиндр для рекуперации энергии, в котором может быть использовано настоящее изобретение, со ссылкой на фиг. 1 и 2.

При этом рабочее устройство включает в себя подвижный элемент 2, который шарнирно соединен через горизонтальную поворотную ось 5 со сварной конструкцией 4 рабочего устройства. При этом рабочее устройство представляет собой гидравлический экскаватор, в котором подвижный элемент 2 является рукоятью экскаватора, шарнирно соединенной с верхней платформой экскаватора. Причем сама верхняя платформа вращательно соединена относительно вертикальной оси вращения с нижней платформой, снабженной шасси.

Для перемещения подвижного элемента 2 имеются два рабочих гидравлических цилиндра 1, которые шарнирно соединены через соответствующие поворотные точки соединения с подвижным элементом 2, а также со сварной конструкцией 4 верхней платформы. Кроме того, имеется вариант осуществления гидравлического цилиндра 3 для рекуперации энергии согласно изобретению, который, как и рабочие гидравлические цилиндры 1, расположен между подвижным элементом 2 и верхней платформой рабочего устройства 4, и который служит для рекуперации энергии движения подвижного элемента. При этом цилиндр 3 для рекуперации энергии расположен между двумя рабочими гидравлическими цилиндрами 1.

При этом на подвижном элементе 2a расположена рабочая насадка, например, лопата экскаватора, в данном случае стрела экскаватора. При опускании подвижного элемента 2 потенциальная энергия подвижного элемента, а также рабочей насадки должна теперь быть рекуперирована и накоплена, с целью по меньшей мере частичной компенсации статических усилий, которые в противном случае должны быть приложены к рабочим гидравлическим цилиндрам из-за веса подвижного элемента и рабочей насадки при движении вверх подвижного элемента и, таким образом, потребуется приложить меньше энергии с помощью рабочего гидравлического цилиндра 1. С этой целью гидравлический цилиндр согласно изобретению предпочтительно имеет наполненную газом камеру. При опускании подвижного элемента, газ в наполненной газом камере цилиндра для рекуперации энергии сжимается, тогда как при подъеме подвижного элемента он расширяется и при этом способствует усилию рабочего гидравлического цилиндра 1. Для этой цели цилиндр для рекуперации энергии согласно изобретению наполнен газом с опорной стороны и, кроме того, имеет полый поршневой шток, выходящий на опорную сторону.

Обратимся теперь к фиг. 2a и 2b, на которых показаны схематические чертежи двух вариантов цилиндра 3 для рекуперации энергии. При этом оба варианта осуществления имеют цилиндр 10, в котором поршневой шток 11 аксиально смонтирован на оси с возможностью перемещения. При этом поршневой шток 11 имеет форму полого цилиндра, так что во внутренней части поршневого штока 11 образовано полое пространство 13, выходящее на опорную сторону 12 цилиндра. Опорная сторона 12 цилиндра 3 для рекуперации энергии и полое пространство 13 во внутренней части поршневого штока 11 при этом образуют подсоединенную камеру, наполненную газом под давлением. При движении поршневого штока 11 в цилиндре 10 размер опорной стороны 12 меняется так, что наполненный газом объем, по существу, соответствует полому пространству 13 во внутренней части полого поршневого штока при полностью втянутом поршневом штоке 11, и напротив, соответствует объему этого полого пространства 13 плюс объем цилиндра 10 с полностью вытянутым поршневым штоком.

Гидравлический цилиндр для рекуперации энергии при этом имеет опорную проушину 15 с нижней стороны и опорную проушину 16 со стороны поршневого штока, с помощью которых он шарнирно соединен с частью рабочего оборудования и с подвижным элементом. Цилиндр для рекуперации энергии при этом шарнирно закреплен между подвижным элементом и рабочим устройством, так что поршневой шток 11 движется вниз к опоре цилиндра рекуперации энергии под воздействием веса подвижного элемента и рабочей насадки, притом объем газа сжимается. При этом благодаря варианту осуществления согласно изобретению цилиндра для рекуперации энергии с полым поршневым штоком 11 достаточный объем газа также имеется и при втянутом цилиндре с тем, чтобы обеспечить плавное повышение давления при опускании рабочей насадки. И наоборот, при движении вверх подвижного элемента, часть веса воздействует на объем газа в цилиндре для рекуперации энергии, так что рабочим гидравлическим цилиндрам не нужно более прикладывать полную статическую нагрузку.

Цилиндр для рекуперации энергии согласно изобретению имеет наполнительный клапан 17 для наполнения камеры газом и клапан 18 сброса давления для огранчения давления газа. В первом варианте осуществления на фиг. 2a, наполнительный клапан 17 и клапан 18 сброса давления при этом расположены с опорной стороны. Во втором варианте осуществления, показанном на фиг. 2b, напротив, наполнительный клапан 17 и клапан 18 сброса давления расположены со стороны поршневого штока.

Цилиндры для рекуперации энергии, показанные на фиг. 2a и 23b, представляют собой односторонние цилиндры, в которых только наполненная газом камера 12 выступает в качестве камеры давления, а поршневой шток 11 прикреплен к концу рубашки 10 цилиндра через уплотнительное устройство 25. Однако опорная сторона может иметь соединитель, через который может соединяться с гидравлической системой рабочего устройства.

Как показано на фиг. 2b, объем газа в цилиндре для рекуперации энергии может варьироваться при подаче или отводе масла из цилиндра для рекуперации энергии. При этом во втором варианте осуществления на фиг. 2b имеется соединитель 20 для подачи масла, посредством которого опорное пространство цилиндра для рекуперации энергии может быть соединено с гидравлической системой рабочего устройства.

Обратимся теперь к фиг. 3 и 4, на которых показаны два варианта осуществления уплотнительного устройства согласно изобретению, которые могут быть использованы, например, в представленных выше цилиндрах для рекуперации энергии. Уплотнительное устройство при этом в каждом случае служит для герметизации газонаполненной камеры и имеет наполненное маслом кольцевое пространство 30. При этом между наполненным маслом кольцевым пространством 30 и наполненной газом камерой 12 имеется соответствующее газовое уплотнение 31. С другой стороны наполненного маслом кольцевого пространства 30, напротив, имеется гидравлический комплект 32 уплотнения, который может содержать одну или несколько областей уплотнения.

При этом наполненное маслом кольцевое пространство 30 в каждом случае имеет вентиляционную точку 36, через которую может вытекать газ, собирающийся в кольцевом пространстве 30. Вентиляционная точка 36 при этом соединена через коммуникационный канал 34 с наполненной газом камерой 12. При этом контрольный клапан 35 размещен в этом коммуникационном канале 34. Он предотвращает вытеснение газа из наполненной газом камеры 12 через соединительную линию 34 в кольцевое пространство 36, а также вытеснение гидравлической текучей среды из этого кольцевого пространства. И наоборот, газ может вытекать из кольцевого пространства 36 в наполненную газом камеру 12. Таким образом, соединительная линия обеспечивает выравнивание давления между кольцевым пространством и наполненной газом камерой.

При этом уплотнительное устройство 25 согласно изобретению размещено на конце рубашки 10 цилиндра в обоих вариантах осуществления. При этом наполненное газом кольцевое пространство, которое образует часть наполненной газом камеры 12 с помощью уплотнительного устройство 25, находится во внутренней части рубашки цилиндра между наружным пространством поршневого штока 11 и внутренним пространством рубашки цилиндра. Наполненное газом кольцевое пространство при этом предпочтительно сообщается с опорной стороной или с полой внутренней частью поршневого штока.

При этом коммуникационный канал 34 предпочтительно расположен так, что он соединяет наполненное маслом кольцевое пространство 30 с наполненным газом кольцевым пространством между наружным пространством поршневого штока и внутренним пространством рубашки цилиндра.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, наполненное маслом кольцевое пространство 30 находится с внутренней стороны рубашки 10 цилиндра. Там также находятся газовое уплотнение и гидравлический комплект уплотнения. При этом они образуют, в частности, пазы в рубашке 10 цилиндра. Причем область рубашки цилиндра, которая содержит уплотнительное устройство, может быть выполнена как одно целое с остальной частью рубашки цилиндра. В качестве альтернативного варианта, она также может быть выполнена в виде части, установленной поверх рубашки цилиндра.

При этом в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, коммуникационный канал с контрольным клапаном 35 образован клапанным блоком, который размещен снаружи на рубашке 10 цилиндра и соединен с одной стороны с вентиляционной точкой 36 и с другой стороны - с наполненной газом камерой 12. Это выполнено с помощью отверстий в рубашке цилиндра.

Напротив, в варианте осуществления, показанном на фиг. 4, имеется кольцевой элемент 33, расположенный на конце рубашки 10 цилиндра и образующий, с помощью своего внутреннего пространства, выступающую ступень во внутреннем пространстве рубашки цилиндра. В этом внутреннем пространстве расположены камеры для наполненного маслом кольцевого пространства 30, газовое уплотнение 31 и гидравлическое уплотнение 32. Кроме того, находящиеся здесь каналы для вентиляционной точки 36, коммуникационный канал 34 и контрольный клапан 35 размещены в кольцевом элементе 33. Вентиляционный канал при этом проходит параллельно оси цилиндра через ступень в кольцевом пространстве между наружным пространством поршневого штока и внутренним пространством рубашки 10 цилиндра.

При этом цилиндр для рекуперации энергии размещен в рабочем устройстве таким образом, что он расположен наклонно или горизонтально, а вентиляционная точка 36 размещена таким образом, что она находится в наивысшей точке кольцевого пространства 30. При этом вентиляционная точка проходит от кольцевого пространства в радиальном направлении. Таким образом, газ собирается в вентиляционной точке 36 и может вытекать наружу.

Таким образом, масляная ванна согласно изобретению между комплектом уплотнения и газовой камерой образует, в дополнение к установленным уплотнительным элементам, барьер на пути возможной диффузии газа.

Однако в ходе эксплуатации нельзя исключать проникновения газа в наполненное маслом кольцевое пространство. Поэтому между наполненным маслом кольцевым пространством и газовой камерой установлен клапанный блок. Он размещен в точке, в которой собирается газ. Клапанный блок с установленным контрольным клапаном служит для постоянного выравнивания давления в камерах (масло/газ). Контрольный клапан предотвращает выдавливание масла в газовое пространство и опустошение масляной камеры.

При этом цилиндр для рекуперации энергии согласно изобретению может работать без гидравлического масла, поскольку масляная емкость служит для смазки уплотнения, маслосборных скребков и направляющих ремней.

Изобретение относится к рабочему устройству, в частности экскаватору или машине для погрузки, разгрузки и транспортировки материалов, с элементом, выполненным подвижным с помощью по меньшей мере одного рабочего привода. Предусмотрен по меньшей мере один цилиндр для рекуперации энергии движения подвижного элемента, содержащий наполненную газом камеру. Предусмотрено уплотнительное устройство для герметизации наполненной газом камеры, включающее в себя наполненное маслом кольцевое пространство, имеющее с одной стороны вентиляционную точку. Вентиляционная точка предпочтительно расположена в наиболее высоком месте кольцевого пространства. Технический результат - усовершенствование уплотнительной системы заполненной газом камеры. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Рабочее устройство, в частности экскаватор или машина для погрузки, разгрузки и транспортировки материалов, с элементом, выполненным подвижным с помощью по меньшей мере одного рабочего привода, причем предусмотрен по меньшей мере один цилиндр для рекуперации энергии, служащий для рекуперации энергии движения подвижного элемента, при этом цилиндр для рекуперации энергии имеет наполненную газом камеру, отличающееся тем, что предусмотрено уплотнительное устройство для герметизации наполненной газом камеры, которое включает в себя наполненное маслом кольцевое пространство, причем наполненное маслом кольцевое пространство имеет с одной стороны вентиляционную точку, при этом вентиляционная точка предпочтительно расположена в наиболее высоком месте кольцевого пространства.

2. Рабочее устройство по п. 1, в котором уплотнительное устройство дополнительно включает в себя газовое уплотнение, предпочтительно расположенное между наполненным маслом кольцевым пространством и наполненной газом камерой.

3. Рабочее устройство по п. 1 или 2, в котором уплотнительное устройство дополнительно включает в себя гидравлическое уплотнение, предпочтительно расположенное за наполненным маслом кольцевым пространством относительно наполненной газом камеры.

4. Рабочее устройство по п. 1, в котором между наполненным маслом кольцевым пространством и наполненной газом камерой расположен коммуникационный канал.

5. Рабочее устройство по п. 4, в котором в коммуникационном канале расположен контрольный клапан, выровненный с направлением выхода наполненного маслом кольцевого пространства в наполненную газом камеру.

6. Рабочее устройство по п. 4, в котором коммуникационный канал соединяет вентиляционную точку с наполненной газом камерой.

7. Рабочее устройство по п. 1, в котором наполненное маслом кольцевое пространство служит для смазки цилиндра для рекуперации энергии и/или в котором цилиндр для рекуперации энергии представляет собой односторонний цилиндр только с одним пространством сжатия.

8. Рабочее устройство по п. 1, в котором цилиндр для рекуперации энергии наполнен газом с опорной стороны, а уплотнительное устройство расположено между поршневым штоком и рубашкой цилиндра, при этом уплотнительное устройство предпочтительно расположено на рубашке цилиндра и/или поршневой шток выполнен полым.

9. Цилиндр для рекуперации энергии для рабочего устройства по одному из предшествующих пунктов.