Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с полуприцепом Российский патент 2020 года по МПК A01G23/00 B60P3/41 

Изобретение относится к лесному и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к гидроприводам лесных манипуляторов и лесовозных тягачей с полуприцепами.

Известно энергоэкономичное гидравлическое устройство, содержащее гидроцилиндр, сливную и напорную гидромагистрали, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак (Патент №295212 Германия; F15B 1/02; опубл. 24.10.91).

Недостатком данной схемы является то, что она не обеспечивает надежную работу устройства при снижении или отсутствии давления в гидроаккумуляторе.

Известно устройство для восстановления энергии, содержащее гидроцилиндр, сливную и напорную гидромагистрали, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак (Международная заявка РСТ №9613669; F15B 11/064; опубл. 09.05.96).

Недостатком данного устройства является сложность его конструкции.

Известен рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля, содержащий рекуперативные механизмы стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора, рекуперативный механизм колес, оснащенный реверсивными обратимыми гидромоторами колес, рекуперативный механизм подвесок, гидравлический насосный агрегат. (Патент №2668093 РФ; A01G 23/00, B66F 9/22; опубл. 26.09.2018). Принят за прототип.

Недостатком данного рекуперативного гидропривода является низкая эффективность накопления и использования энергии вследствие ограниченного объема пневмогидравлического аккумулятора, а также отсутствие возможности использования энергии получаемой от механизма рекуперации при разгоне, торможении тормозами и двигателем, поворотах, движении по неровностям поверхности дороги и накатом под уклон, переключении передач лесовозного тягача с полуприцепом, что приводит к повышенному расходу топлива.

Изобретение решает задачу снижения расхода топлива лесовозного тягача с полуприцепом.

Это достигается тем, что в рекуперативном гидроприводе лесовозного тягача с полуприцепом, содержащем рекуперативные механизмы стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора, рекуперативный механизм колес, оснащенный реверсивными обратимыми гидромоторами колес, рекуперативный механизм подвесок, гидравлический насосный агрегат, согласно изобретению, дополнительно содержатся рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства, механизм преобразования энергии, пневматический аккумуляторный агрегат, причем поршневые полости гидроцилиндров стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора с помощью управляемых гидравлически гидрораспределителей и обратных гидравлических клапанов соединены с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии, причем стрелы и рукояти посредством нормально закрытых двухпозиционных четырехлинейных, а опорно-поворотного устройства с помощью нормально закрытых двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, при этом переключение управляемых гидравлически гидрораспределителей осуществляется с помощью, установленных в соединительных трубопроводах редукционных гидравлических регулируемых и параллельно им клапанов логических «ИЛИ», и соединения гидравлическими линиями управления выходных портов клапанов логических «ИЛИ» с золотниками управления гидравлически гидрораспределителей, при этом реверсивные обратные гидромоторы колес, работающие в режиме насоса соединены через гидрораспределитель, а штоковые и поршневые полости гидроцилиндров подвески через дроссели и обратные гидравлические клапаны с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии, кроме этого рекуперативный гидропривод дополнительно содержит рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства снабженный гидравлическими цилиндрами, поршневые полости которых соединены через трубопровод с пневмогидравлическим аккумулятором, а штоковые полости посредством трубопровода сообщаются как с гидробаком с помощью обратного гидравлического клапана и всасывающего трубопровода, так и с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии посредством обратного гидравлического клапана, кроме этого, механизм преобразования энергии содержит две или более пары соединенных штоками пневмо- и гидроцилиндров одностороннего действия, причем штоки гидроцилиндров подпружинены, а поршневые полости каждого из пневмоцилиндров с помощью обратных пневматических клапанов соединены как с выходным портом низкого давления, так и с пневмолинией подачи сжатого воздуха в пневматический аккумуляторный агрегат, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические регулируемые редукционные и нерегулируемые обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, при этом поршневые полости каждого из гидроцилиндров при работе механизма преобразования энергии автоматически попеременно соединяются с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением посредством нормально открытого и нормально закрытого двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, гидравлических регулируемого редукционного и нерегулируемого обратного клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя подачу в поршневые полости гидроцилиндров рабочей жидкости при рабочем ходе и сброс ее в гидробак гидравлического насосного агрегата при возвращении в исходное положение штоков гидроцилиндров под воздействием их возвратных пружин, причем пневматический аккумуляторный агрегат включает ресивер, подсоединенный к пневмолинии подачи сжатого воздуха посредством регулируемого редукционного пневматического и параллельно ему подсоединенному обратного пневматического клапана, а также пневматического двухпозиционного гидрораспределителя, подсоединенного входным портом к пневмолинии подачи сжатого воздуха, а выходным портом, с помощью последовательно подсоединенного регулируемого редукционного пневматического клапана и пневмолинии подачи сжатого воздуха к входному порту пневматического двигателя гидравлического насосного агрегата, соединенного валами с дополнительным гидравлическим насосом, причем параллельно пневматическому двухпозиционному распределителю подсоединен также регулируемый редукционный пневматический клапан, при этом выходной порт дополнительного гидравлического насоса гидравлического насосного агрегата соединен посредством нерегулируемого гидравлического редукционного и обратного гидравлического клапанов как с напорной гидравлической магистралью и пневмогидравлическим аккумулятором, так и с гидравлической линией управления гидравлическим двухпозиционным распределителем управления основного гидравлического насоса.

На фиг. 1 изображена схема размещения рекуперативных механизмов на лесовозном тягаче с полуприцепом, на фиг. 2 - схема рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с полуприцепом.

Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с полуприцепом (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из рекуперативных механизмов стрелы 1, рукояти 2, опорно-поворотного устройства 3 гидроманипулятора, рекуперативных механизмов колес 4, подвесок 5, седельно-сцепного устройства 6, механизма преобразования энергии 7, пневматического аккумуляторного агрегата 8, гидравлического насосного агрегата 9, всасывающего 10, сливных 11-14 и напорных 15, 16 гидравлических магистралей, гидролинии 17 подачи рабочей жидкости под давлением, пневмолинии 18, 19 подачи сжатого воздуха. Рекуперативные механизмы стрелы 1 и рукояти 2 гидроманипулятора аналогичны по конструкции и включают гидроцилиндр 20, четырехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 21, нормально закрытый двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 22, редукционные гидравлические регулируемые клапаны 23, 24, клапан логический «ИЛИ» 25, обратные гидравлические клапаны 26-28. Рекуперативный механизм опорно-поворотного устройства 3 гидроманипулятора содержит управляемые гидроцилиндры 29-32, поршни которых соединены попарно зубчатыми рейками 33, 34, и вал шестерню 35 поворота колонны гидроманипулятора, четырехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 36, нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 37, 38, редукционные гидравлические регулируемые клапаны 39-41 клапаны логические «ИЛИ» 42,43, обратные гидравлические клапаны 44-48. Рекуперативный механизм колес 4 лесовозного тягача с полуприцепом включает реверсивные обратимые гидромоторы 49, напорную 16 и сливную 11 гидравлические магистрали, а также аппараты управления в виде гидрораспределителей 50 и 51. Рекуперативный механизм подвесок 5 лесовозного тягача с полуприцепом представляет собой установленные в каждой подвеске гидроцилиндр 52, обратные гидравлические клапаны 53-56 и дроссели 57, 58, которые все вместе в подвеске выполняют также функции амортизатора. Рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства 6 лесовозного тягача с полуприцепом содержит гидравлические цилиндры 59, 60, пневмогидравлический аккумулятор 61, обратные гидравлические клапаны 62, 63. Механизм преобразования энергии 7 давления жидкости в энергию сжатого воздуха включает в себя две пары соединенных штоками пневмо- 64, 65 и гидроцилиндров 66, 67 одностороннего действия, причем штоки гадроцилиндров подпружинены возвратными пружинами 68. Поршневые полости пневмоцилиндров 64, 65 с помощью обратных пневматических клапанов 69, 70 соединены как с входными портами низкого давления 71, 72, так и с помощью обратных пневматических клапанов 73, 74 с пневмолинией 18 подачи сжатого воздуха. Механизм 7 также содержит управляемые гидравлически двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители 75-79, среди которых 75 и 77 - нормально закрытые, а 76 и 78 - нормально открытые, 79 - дополнительный нормально закрытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель, гидравлические редукционные регулируемые 80, 81 и обратные нерегулируемые 82, 83 клапаны, соединительные 84-91 и сливные 13, 14 трубопроводы. Поршневые полости каждого из гидроцилиндров 66, 67 соединены посредством соединительных трубопроводов 84-91, нормально открытых 76, 78 и нормально закрытых 75, 77 двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей и гидравлических нерегулируемых обратных клапанов 82, 83 с гидролинией 17 подачи рабочей жидкости под давлением. При этом поршневые полости каждого из гидроцилиндров 66, 67 при работе механизма автоматически попеременно соединяются с гидролинией 17 подачи рабочей жидкости под давлением посредством нормально открытых 76, 78 и нормально закрытых 75, 77 двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, гидравлических регулируемых редукционных 80, 81 и нерегулируемых обратных 82, 83 клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 79 подачу рабочей жидкости в поршневые полости гидроцилиндров 66, 67 при рабочем их ходе и сброс жидкости в гидробак 114 при возвращении в исходное положение штоков гидроцилиндров под воздействием их возвратных пружин 68. Пневматический аккумуляторный агрегат 8 состоит из ресивера 92, который подсоединены к пневмолинии 18 подачи сжатого воздуха посредством параллельно соединенных регулируемого редукционного пневматического 93 и обратного пневматического клапана 94 и пневматического двухпозиционного распределителя 95, подсоединенного входным портом к пневмолинии 18 подачи сжатого воздуха между выходами обратных пневматических клапанов 73, 74 и входами регулируемого редукционного пневматического клапана 93 и обратного пневматического клапана 94. Параллельно пневматическому двухпозиционному распределителю 95 подсоединен регулируемый редукционный пневматический клапан 96, выход которого соединен с помощью пневматической линии управления 97 с портами управления и выходом пневматического двухпозиционного распределителя 95. Для зашиты пневматического аккумуляторного агрегата 8 от перегрузок предусмотрен пневматический предохранительный клапан 98, установленный в пневмолинии 18 подачи сжатого воздуха перед выходами регулируемого редукционного пневматического клапана 93 и входами обратного пневматического клапана 94. Для обеспечения устойчивой работы пневматического двигателя 101 после пневматического двухпозиционного распределителя 95 в пневмолинии 19 подачи сжатого воздуха установлен регулируемый редукционный пневматический клапан 99. Гидравлический насосный агрегат 9 включает в себя дополнительный гидронасос 100, вал которого соединен с валом пневматического двигателя 101, соединенный с двигателем 102 лесовозного тягача с полуприцепом гидронасос 103, гидравлический двухпозиционный распределитель 104 с гидравлической линией управления 105, пневмогидравлический аккумулятор 106, нерегулируемый гидравлический редукционный 107 и предохранительные гидравлические 108 и 109 клапаны, обратные гидравлические клапаны 110, 111, фильтры 112 и 113, гидробак 114.

Работа рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с полуприцепом заключается в следующем. Рекуперативный механизм стрелы 1 гидроманипулятора функционирует за счет потенциальной энергии положения стрелы с рукоятью и грузом, и работает следующим образом. После захвата манипулятором пачки сортиментов из штабеля шток гидроцилиндра 20, гидрораспределителем 21, выдвигается и поднимает стрелу с грузом на необходимую высоту, а затем стрела с помощью опорно-поворотного устройства 3 поворачивается для погрузки сортиментов в полуприцеп лесовозного тягача. При этом рабочая жидкость из напорной 15 гидравлической магистрали поступает в поршневую полость гидроцилиндра 20. После переключения гидрораспределителя 21 в «плавающее» положение штоковая и поршневая полости гидроцилиндра 20 становятся сообщающимися, и стрела с пачкой сортиментов опускается под собственным весом на грузовую платформу полуприцепа лесовозного тягача. В этом случае часть рабочей жидкости под давлением из поршневой полости гидроцилиндра 20 вытесняется через золотниковое устройство секции гидрораспределителя 21 и поступает через соединительный трубопровод в клапан «ИЛИ» 25 с выходным портом, которого соединена гидравлическая линия управления, выполняющая роль управляющего элемента в нормально закрытом гидрораспределителе 22. За счет создаваемой разности давления рабочей жидкости редукционным гидравлическим регулируемым клапаном 23 на выходе и входе клапана «ИЛИ» 25 происходит его срабатывание, в результате которого рабочая жидкость поступает через гидравлическую линию управления на золотник нормально закрытого гидрораспределителя 22 переключая его из исходной первой позиции (положение на фиг. 2) во вторую позицию, открывая доступ рабочей жидкости под давлением, вытесняемой из поршневой полости гидроцилиндра 20 через обратный гидравлический клапан 26 в гидролинию 17 подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии 7. Одновременно с этим, за счет разряжения, штоковая полость гидроцилиндра 20 заполняется рабочей жидкостью из гидробака 114 через всасывающую 10 гидравлическую магистраль и обратный гидравлический клапан 27. Защита рекуперативного механизма стрелы 1 гидроманипулятора от превышения заданной величины давления рабочей жидкости в напорной 15 гидравлической магистрали осуществляется с помощью редукционного гидравлического регулируемого клапана 24, обратного гидравлического клапана 28 и сливной 12 гидравлической магистрали.

Вследствие идентичности устройства и принципа работы рекуперативный механизм рукояти 2 гидроманипулятора аналогичен работе рекуперативного механизма стрелы 1.

Рекуперация энергии в опорно-поворотном устройстве осуществляется за счет демпфирования динамических нагрузок, действующих на колонну, стрелу и рукоять, как при холостом движении, так и с пачкой сортиментов в моменты начала и конца поворотов гидроманипулятора. Работа рекуперативного механизма опорно-поворотного устройства 3 при повороте колонны гидроманипулятора с пачкой сортиментов по часовой стрелке заключается в следующем. Рабочая жидкость подается под давлением от напорной 15 гидравлической магистрали через золотниковое устройство гидрораспределителя 36, обратный гидравлический клапан 44 в поршневые полости гидроцилиндров 29, 32, попарно связанных с гидроцилиндрами 30, 31 посредством зубчатых реек 33, 34, соединенных с валом-шестерней 35. Поршни гидроцилиндров 29, 32 под воздействием давления рабочей жидкости приводят в поступательное движение зубчатые рейки 33, 34, соединенные с валом-шестерней 35, поворачивающим колонну гидроманипулятора. При остановке механизма поворота колонны гидроманипулятора гидрораспределитель 36 переключается в «закрытое» положение и подсоединенные к нему сливная 12 и напорная 15 гидравлические магистрали становятся запертыми. Однако колонна под действием инерционных сил продолжает поворачиваться на некоторый угол в том же направлении, в результате чего давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 30, 31 повышается, и она вытесняется через соединительный трубопровод в клапан «ИЛИ» 42, с выходным портом которого соединена гидравлическая линия управления, выполняющая роль управляющего элемента в нормально закрытом двухпозиционном двухлинейном гидрораспределителе 37. За счет создаваемой разности давления рабочей жидкости редукционным клапаном 39 на выходе и входе клапана «ИЛИ» 42 происходит его срабатывание, в результате которого рабочая жидкость поступает через гидравлическую линию управления на золотник нормально закрытого гидрораспределителя 37, переключая его из исходной первой позиции (положение на фиг. 2) во вторую позицию, открывая доступ рабочей жидкости под давлением, вытесняемой из поршневых полостей гидроцилиндров 30, 31 через обратный гидравлический клапан 46 в гидролинию 17 подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии 7. Работа рекуперативного механизма опорно-поворотного устройства 3 при повороте колонны гидроманипулятора с пачкой сортиментов против часовой стрелки аналогична выше рассмотренному случаю.

Принцип действия рекуперативного механизма колеса 4 основан на аккумулировании энергии при цикличном движении лесовозного тягача с полуприцепом в режиме разгон-торможение, когда его кинетическая энергия движения полезно используется при торможении. Механизм работает следующим образом. При трогании с места и разгоне лесовозного тягача с полуприцепом гидравлическую энергию реверсивные гидромоторы 49 колес могут получать как от гидронасоса 103, так и от гидронасоса 100. При торможении или движении лесовозного тягача с полуприцепом накатом под уклон гидрораспределителя 50 автоматически отсоединяет реверсивные гидромоторы 49 от сливной 11 гидравлической магистрали и соответственно от гидробака 114, а гидрораспределитель 51 автоматически полностью или частично переключает напорную 15 гидравлическую магистраль на гидролинию 17 для подачи рабочей жидкости под давлением от реверсивных гидромоторов 49 колес, работающих в режиме насоса, в механизм преобразования энергии 7.

Работа рекуперативного механизма подвески 5 основана на использовании колебаний рамы лесовозного тягача с полуприцепом и заключается в следующем. При движении по лесовозной дороге лесовозный тягач с полуприцепом под действием своей массы и массы груза испытывает вертикальные перемещения от наезда колес на неровности поверхности дороги, а также от продольных и поперечных наклонов рам лесовозного тягача и его прицепа под действием сил инерции при разгоне, торможении и поворотах. Вследствие этого штоки и поршни гидроцилиндров 52 периодически совершают вертикальные возвратно поступательные движения. Так, движение поршня вверх (вниз на фиг. 2) сопровождается вытеснением части рабочей жидкости из поршневой полости гидроцилиндра 52 через дроссель 58 и обратный гидравлический клапан 56 в гидролинию 17 подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии 7. Одновременно с этим, за счет разряжения штоковая полость гидроцилиндра 52 заполняется рабочей жидкостью из гидробака 114 через всасывающую 10 гидравлическую магистраль и обратный гидравлический клапан 53. Аналогична, работа механизма 5 при движении поршня гидроцилиндра 52 вниз (вверх на фиг. 2). Далее рабочий цикл механизма рекуперации подвески 5 повторяется. Кроме рекуперации энергии, подвеска лесовозного тягача с полуприцепом одновременно выполняет функции амортизатора который заключается в дросселировании рабочей жидкости через дроссель 58 при движении колеса и соответственно поршня гидроцилиндра 49 вверх (вниз на фиг. 2) и через дроссель 57 - при движении колеса и поршня вниз (вверх на фиг. 2).

Работа рекуперативного механизма седельно-сцепного устройства 6 лесовозного тягача с полуприцепом основана на использовании кинетической энергии, неизбежно возникающей от силы инерции массы полуприцепа при многочисленных переходных процессах, таких как: разгоне, торможении тормозами и двигателем, поворотах, движении по неровностям поверхности дороги и накатом под уклон, переключении передач и др. Механизм позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для дальнейшего полезного ее использования. При торможении лесовозного тягача с полуприцепом на седельно-сцепное устройство начинает действовать сила инерции со стороны рамы полуприцепа лесовозного тягача. По этой причине кинематически связанные между собой гидравлические цилиндры 59, 60 начинают перемещаться в сторону тормозящего лесовозного тягача. В результате этого в гидравлическом цилиндре 59 происходит сжатие рабочей жидкости в штоковой полости которая посредством обратного гидравлического клапана 62 поступает в гидролинию 17 подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии 7. Одновременно с этим в гидравлическом цилиндре 60 происходит сжатие рабочей жидкости в поршневой полости, которая поступает в пневмогидравлический аккумулятор 61, выполняющий также функцию демпферного механизма. Возвращение гидравлического цилиндра 60 в исходное положение после окончания торможения происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 61. Возвращение в исходное состояние гидравлического цилиндра 59 происходит за счет кинематической связи с гидравлическим цилиндром 60, при этом из-за образующегося разряжения в штоковой полости гидравлического цилиндра 60 в нее из гидробака 114 посредством обратного гидравлического клапана 63 и всасывающей 10 гидравлической магистрали поступает рабочая жидкость. При трогании лесовозного тягача с полуприцепом рассмотренные ранее рабочие циклы рекуперативного механизма седельно-сцепного устройства 6 осуществляются аналогично, но в этом случае рекуперация энергии рабочей жидкости происходит в гидравлическом цилиндре 60. Далее, при движении лесовозного тягача с полуприцепом с ускорением, замедлением, при повторном трогании и торможении рабочие циклы рекуперативного механизма седельно-сцепного устройства 6 чередуются аналогично описанной выше последовательности.

Работа механизма преобразования энергии 7 давления рабочей жидкости в энергию сжатого воздуха заключается в следующем. В исходном положении механизм 7, при отсутствии давления рабочей жидкости в гидролинии 17 подачи рабочей жидкости под давлением, поршни обоих гидроцилиндров 66, 67 полностью вдвинуты в цилиндры под воздействием усилий возвратных пружин 68. При подаче рабочей жидкости под давлением в гидролинию 17 она беспрепятственно поступает через нормально открытый гидрораспредеитель 76, гидравлический нерегулируемый обратный клапан 82 и соединительный трубопровод 87 в поршневую полость гидроцилиндра 66. При этом гидравлический регулируемый редукционный клапан 80 закрывает доступ жидкости в соединительные трубопроводы 85 и 89, посредством которых осуществляется гидравлическое управление гидрораспределителями 75-78, предотвращая их срабатывание. Далее, под воздействием рабочей жидкости, шток гидроцилиндра 66 выдвигается полностью из цилиндра до упоров (на фиг. 2 не показано) и сжимает возвратную пружину 67. Одновременно с этим шток гидроцилиндра 66 вдвигает соединенный с ним шток с поршнем в цилиндр пневмоцилиндра 64, сжимая находящийся в нем воздух, который через обратный пневматический клапан 73 под давлением поступает в пневмолинию 18 пневматического аккумуляторного агрегата 8. При этом, вследствие возросшего давления рабочей жидкости в поршневой полости гидроцилиндра 66 и соответственно в соединительном трубопроводе 87 от поступающей под давлением жидкости через гидролинию 17 подачи рабочей жидкости под давлением, гидравлический регулируемый редукционный клапан 80 срабатывает, открывая доступ рабочей жидкости в соединительные трубопроводы 85 и 89, вследствие чего управляемые гидравлически гидрораспределители 75-78 переключаются из исходной правой (положение на фиг. 2) во вторую позицию. В результате этого нормально открытый гидрораспределитель 76 после переключения в закрытую позицию перекрывает доступ к рабочей жидкости с гидролинии 17 подачи рабочей жидкости под давлением по соединительному трубопроводу 87 в поршневую полость гидроцилиндра 66, а с помощью нормально закрытого гидрораспределителя 75, переключенного в открытую позицию, рабочая жидкость посредством соединительного 84 и сливного 13 трубопроводов вытесняется под воздействием возвратной пружины 68 гидроцилиндра 66 в гидробак 114. При этом связанный со штоком гидроцилиндра 66 шток пневмоцилиндра 64 выдвигается из цилиндра, в результате чего в нем создается разряжение воздуха, что ведет к закрытию обратного пневматического клапана 73, открытию обратного пневматического клапана 69 и поступлению очередной порции воздуха низкого давления через входной порт низкого давления 71 в поршневую полость пневмоцилиндра 64. После окончания совместной работы гидроцилиндра 66 и пневмоцилиндра 64 включение в работу гидроцилиндра 67 и пневмоцилиндра 65 осуществляется также автоматически аналогичным образом с помощью переключенных во вторую позицию нормально закрытого 77 и нормально открытого 78 гидрораспределителей. После полного заполнения поршневой полости гидроцилиндра 67 рабочей жидкостью давление в нем и соединительных трубопроводах 86, 88, 91 возрастает, вследствие чего срабатывает гидравлический регулируемый редукционный клапан 81, который переключает дополнительный нормально закрытый гидрораспределитель 79 в открытую позицию. В результате этого рабочая жидкость, посредством соединительных 85, 89 и сливного 14 трубопроводов, вытесняется в гидробак 114 из управляющих гидроэлементов (пилотов) гидрораспределителей 75-78, которые таким образом переключаются в исходную первую позицию (изображено на фиг. 2). В свою очередь, вернувшийся в исходное положение нормально открытый гидрораспределитель 78 возвращает в исходное (закрытое) положение гидравлический регулируемый редукционный клапан 81 вследствие уменьшения давления в соединительном трубопроводе 91 из-за сброса рабочей жидкости в гидробак 114. Таким образом, механизм преобразования энергии 7 давления рабочей жидкости в энергию сжатого воздуха вернулось в исходное состояние, после чего в автоматическом режиме начинается очередной цикл его рабочего процесса, аналогично описанному выше.

Работа пневматического аккумуляторного агрегата 8 и гидравлического насосного агрегата 9 заключается в следующем. Регулируемые редукционные пневматические клапаны 93, 96 настроены на одинаковую величину срабатывания и выполняют при зарядке ресивера 92 следующие функции. Регулируемый редукционный пневматический клапан 93 обеспечивает зарядку ресивера 92 до установленного в нем максимального значения давления. Регулируемый редукционный пневматический клапан 96 в период зарядки ресивера 92 осуществляет блокирование поступления сжатого воздуха в пневматический двигатель 101 через пневматический двухпозиционный распределитель 95, регулируемый редукционный пневматический клапан 99 и напорную пневмолинию 19. В процессе работы рекуперативных механизмов 1-6 и механизма преобразования энергии 7 осуществляется подача сжатого воздуха из пневмолинии 18 в ресивер 92. Для устойчивой работы пневматического двигателя 101 в случае неполной зарядке ресивера 92 пневматический аккумуляторный агрегат 8 автоматически обеспечивает включение пневматического двигателя 101 в работу лишь после полной зарядки ресивера 92. Это достигается следующим образом. При достижении установленного максимального давления в пневмолинии 18 подачи сжатого воздуха срабатывает регулируемый редукционный пневматический клапан 96, с выходным портом которого соединена пневматическая линия управления 97, выполняющая роль управляющего элемента в пневматическом двухпозиционном распределителе 95. Сжатый воздух воздействует на золотник пневматического двухпозиционного распределителя 95 и открывает его, чем обеспечивается подача сжатого воздуха к регулируемому редукционному пневматическому клапану 99. При этом величина давления сжатого воздуха на выходе регулируемого редукционного пневматического клапана 99 предусмотрительно установлена такой, чтобы она обеспечивала устойчивую работу пневматического двигателя 101. После включения в работу пневматического двухпозиционного распределителя 95 и снижения давления сжатого воздуха в пневмолинии 18 регулируемый редукционный пневматический клапан 96 закрывается. Несмотря на это пневматический двухпозиционный распределитель 95 остается во включенном состоянии, так как пневматическая линия управления 97 соединена также с выходом пневматического двухпозиционного распределителя 95, находящемся теперь уже под давлением. Соединенные валами с пневматическим двигателем 101 дополнительный гидравлический насос 100 совместно с гидравлическим редукционным клапаном 107 предусмотрительно создают давление рабочей жидкости более высокое по величине, чем номинальное давление, создаваемое гидравлическим насосом 103. Вследствие этого, благодаря давлению рабочей жидкости в гидравлической линии управления 105, гидравлический двухпозиционный распределитель 104 переключается в положение, обеспечивающее полную разгрузку гидравлического насоса 103 путем сброса подаваемой им рабочей жидкости в гидробак 114. Так как давление рабочей жидкости на выходе гидравлического редукционного клапана 107 выше давления, создаваемого гидравлическим насосом 103, то обратный гидравлический клапан 111 становится открытым и рабочая жидкость от дополнительного гидравлического насоса 100 поступает непосредственно в напорную 15 гидравлическую магистраль. Работа рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с полуприцепом осуществляется в этот период лишь за счет рекуперации энергии, запасенной в пневматическом аккумуляторном агрегате 8, независимо от гидравлического насосного агрегата 9. При этом в процессе поступления сжатого воздуха из ресивера 92 в пневмолинию 18 также продолжает поступать сжатый воздух от механизма преобразования энергии 7 рабочей жидкости. При снижении давления в ресивере 92 до минимального установленного регулируемым редукционным пневматическим клапаном 93 величины и отсутствия или недостаточного количества сжатого воздуха, поступающего в пневмолинию 18 подачи сжатого воздуха от механизма преобразования энергии 7, золотник пневматического двухпозиционного распределителя 95 под воздействием его возвратной пружины автоматически возвращается в исходное состояние. При этом пневматический двухпозиционный распределитель 95 отсоединяет от пневмолинии 18 напорную пневмолинию 19 и пневматический двигатель 101, что приводит к прекращению работы последнего, а также дополнительного гидравлического насоса 100. Так как теперь давление рабочей жидкости отсутствует в гидравлической линии управления 105, то под действием возвратной пружины золотник гидравлического двухпозиционного распределителя 104 автоматически возвращается в исходное положение и включает в работу гидравлический насос 103. В результате этого, пневматический аккумуляторный агрегат 8 и гидравлический насосный агрегат 9 вернулись в исходное состояние и далее цикл зарядки ресивера 92 повторяется в аналогичном порядке.

Таким образом, повышение эффективности лесовозного тягача с полуприцепом достигается за счет следующих преимуществ, обеспечиваемых предлагаемой конструкцией рекуперативного гидропривода. Он позволяет снизить нагрузку при работе основного гидравлического насоса, и тем самым снизить нагружение двигателя лесовозного тягача с полуприцепом и соответственно снизить расход топлива и токсичность выхлопных газов. Это достигается за счет преобразования энергии рабочей жидкости, поступающей под давлением от рекуперативных механизмов стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства, подвески, гидромоторов колес, седельно-сцепного устройства в энергию сжатого воздуха в механизме преобразования энергии, дальнейшего аккумулирования энергии сжатого воздуха в пневматическом аккумуляторном агрегате и преобразовании этой энергии в энергию давления рабочей жидкости в гидравлическом насосном агрегатах с последующим ее полезным использованием, как при движении лесовозного тягача с полуприцепом, так и при погрузке и разгрузке сортиментов гидроманипулятором. Также по сравнению с механическим приводом гидравлический привод обеспечивает упрощение конструкции и снижение металлоемкости трансмиссии лесовозного тягача с полуприцепом из-за исключения в ней дорогостоящих и недостаточно надежных традиционных узлов таких, как: сцепление, коробка передач, раздаточная коробка, карданные валы и главная передача. Кроме этого, рекуперативный гидропривод, благодаря эффективному демпфированию и амортизации, позволяет повысить надежность лесовозного тягача с полуприцепом за счет снижения динамических нагрузок на детали и узлы его трансмиссии, ходовой части и гидроманипулятора в условиях недостаточно обустроенных лесовозных дорог.

Изобретение относится к лесному и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к гидроприводам лесных манипуляторов и лесовозных тягачей с полуприцепами. Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с полуприцепом содержит рекуперативные механизмы стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора, рекуперативный механизм колес, оснащенный реверсивными обратимыми гидромоторами колес, рекуперативный механизм подвесок и гидравлический насосный агрегат. Дополнительно содержит рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства, механизм преобразования энергии и пневматический аккумуляторный агрегат. Техническим результатом является снижение расхода топлива лесовозного тягача с полуприцепом. 2 ил.

Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с полуприцепом, содержащий рекуперативные механизмы стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора, рекуперативный механизм колес, оснащенный реверсивными обратимыми гидромоторами колес, рекуперативный механизм подвесок, гидравлический насосный агрегат, отличающийся тем, что дополнительно содержит рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства, механизм преобразования энергии, пневматический аккумуляторный агрегат, причем поршневые полости гидроцилиндров стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства гидроманипулятора с помощью управляемых гидравлически гидрораспределителей и обратных гидравлических клапанов соединены с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии, причем стрелы и рукояти - посредством нормально закрытых двухпозиционных четырехлинейных, а опорно-поворотного устройства - с помощью нормально закрытых двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, при этом переключение управляемых гидравлически гидрораспределителей осуществляется с помощью установленных в соединительных трубопроводах редукционных гидравлических регулируемых и параллельно им клапанов логических «ИЛИ» и соединения гидравлическими линиями управления выходных портов клапанов логических «ИЛИ» с золотниками управления гидравлических гидрораспределителей, при этом реверсивные обратные гидромоторы колес, работающие в режиме насоса, соединены через гидрораспределитель, а штоковые и поршневые полости гидроцилиндров подвески через дроссели и обратные гидравлические клапаны с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии, рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства снабжен гидравлическими цилиндрами, поршневые полости которых соединены через трубопровод с пневмогидравлическим аккумулятором, а штоковые полости посредством трубопровода сообщаются как с гидробаком с помощью обратного гидравлического клапана и всасывающего трубопровода, так и с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением в механизм преобразования энергии посредством обратного гидравлического клапана, кроме этого механизм преобразования энергии содержит две или более пары соединенных штоками пневмо- и гидроцилиндров одностороннего действия, причем штоки гидроцилиндров подпружинены, а поршневые полости каждого из пневмоцилиндров с помощью обратных пневматических клапанов соединены как с выходным портом низкого давления, так и с пневмолинией подачи сжатого воздуха в пневматический аккумуляторный агрегат, управляемые гидравлически два нормально открытые и три нормально закрытые двухпозиционные двухлинейные гидрораспределители, гидравлические регулируемые редукционные и нерегулируемые обратные клапаны, соединительные и сливные трубопроводы, при этом поршневые полости каждого из гидроцилиндров при работе механизма преобразования энергии автоматически попеременно соединяются с гидролинией подачи рабочей жидкости под давлением посредством нормально открытого и нормально закрытого двухпозиционных двухлинейных гидрораспределителей, гидравлических регулируемого редукционного и нерегулируемого обратного клапанов, обеспечивающих с помощью дополнительного нормально закрытого двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя подачу в поршневые полости гидроцилиндров рабочей жидкости при рабочем ходе и сброс ее в гидробак гидравлического насосного агрегата при возвращении в исходное положение штоков гидроцилиндров под воздействием их возвратных пружин, причем пневматический аккумуляторный агрегат включает ресивер, подсоединенный к пневмолинии подачи сжатого воздуха посредством регулируемого редукционного пневматического и параллельно ему подсоединенному обратного пневматического клапана, а также пневматического двухпозиционного гидрораспределителя, подсоединенного входным портом к пневмолинии подачи сжатого воздуха, а выходным портом, с помощью последовательно подсоединенного регулируемого редукционного пневматического клапана и пневмолинии подачи сжатого воздуха, к входному порту пневматического двигателя гидравлического насосного агрегата, соединенного валами с дополнительным гидравлическим насосом, причем параллельно пневматическому двухпозиционному распределителю подсоединен также регулируемый редукционный пневматический клапан, при этом выходной порт дополнительного гидравлического насоса гидравлического насосного агрегата соединен посредством нерегулируемого гидравлического редукционного и обратного гидравлического клапанов как с напорной гидравлической магистралью и пневмогидравлическим аккумулятором, так и с гидравлической линией управления гидравлическим двухпозиционным распределителем управления основного гидравлического насоса.