Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с прицепом-роспуском Российский патент 2023 года по МПК A01G23/00 B60P3/41 

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

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

Недостатком данного устройства является то, что не обеспечивается его надежная работа при снижении или отсутствии давления в пневмогидравлическом аккумуляторе.

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

Недостатком этого устройства является сложность его конструкции.

Известен рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с полуприцепом (Патент № 2726987 РФ; МПК A01G 23/00, B60P 3/41; опубл. 17.07.2020), содержащий гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм седельно-сцепного устройства, насосный узел, включающий гидронасос, обратный клапан, фильтр и гидробак, гидрораспределители, всасывающий, сливной и напорный трубопроводы. Принят за прототип.

Недостатками данного рекуперативного гидропривода являются сложность конструкции и ограниченные функциональные возможности.

Изобретение решает задачу упрощения конструкции и расширения функциональных возможностей рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с прицепом-роспуском.

Это достигается тем, что в рекуперативном гидроприводе лесовозного тягача с прицепом-роспуском, содержащем гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм коникового устройства, насосный узел, включающий гидронасос, обратный клапан, фильтр и гидробак, гидрораспределители, всасывающий, сливной и напорный трубопроводы, согласно изобретению, рекуперативный механизм коникового устройства снабжен двумя гидроцилиндрами двухстороннего действия с поперечными штоками и поршнями, двумя гидроцилиндрами одностороннего действия с выполненными заодно поршнями и продольными штоками, пневмогидравлическим аккумулятором, гибкими, всасывающим и напорным трубопроводами, регулируемым предохранительным, регулируемым редукционным и обратными клапанами, при этом полости гидроцилиндров двухстороннего действия, посредством сквозных каналов, выполненных в поперечных штоках, и гибких трубопроводов, сообщаются как с гидробаком с помощью обратных клапанов и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором посредством обратных клапанов и напорного трубопровода, а полости гидроцилиндров одностороннего действия, посредством сквозных каналов в выполненных заодно поршнях и продольных штоках и гибкого трубопровода, сообщаются как с гидробаком с помощью обратного клапана и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором, посредством обратного клапана и напорного трубопровода, кроме того, пневмогидравлический аккумулятор с помощью напорного трубопровода соединен как с регулируемым предохранительным клапаном, так и с регулируемым редукционным клапаном.

На фиг. 1 представлена схема размещения основных элементов рекуперативного гидропривода на лесовозном тягаче с прицепом-роспуском; на фиг. 2, 3, 4 и 5 - разрезы А-А, Б-Б, В-В, Г-Г рекуперативного механизма коникового устройства лесовозного автопоезда, соответственно; на фиг. 6 -схема рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с прицепом-роспуском.

Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 (фиг. 1-6) содержит гидроцилиндры 3 и 4 аутригеров, гидроцилиндр 5 стрелы, гидроцилиндр 6 рукояти, гидроцилиндры 7 опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм 8 коникового устройства, насосный узел 9, гидрораспределители 10-14, всасывающий 15, сливной 16 и напорный 17 трубопроводы. Рекуперативный механизм 8 коникового устройства включает в себя два гидроцилиндра двухстороннего действия 18 с поперечными штоками 19 и поршнями 20, два гидроцилиндра одностороннего действия 21 с выполненными заодно поршнями 22 и продольными штоками 23, пневмогидравлический аккумулятор 24, гибкие 25-27, всасывающий 28 и напорный 29 трубопроводы, регулируемый предохранительный 30, регулируемый редукционный 31 и обратные 32-37 клапаны, при этом в гидроцилиндрах двухстороннего действия 18 поршни 20 соединены с поперечными штоками 19 с помощью стопорных колец (на фиг. не показаны), а гидроцилиндры двухстороннего действия 18 и гидроцилиндры одностороннего действия 21 установлены внутри предварительно нагруженных пружин (на фиг. не показаны). Насосный узел 9 включает в себя гидронасос 41, обратный клапан 42, фильтр 43 и гидробак 44. Полости А и Б гидроцилиндров двухстороннего действия 18 (фиг. 4), посредством сквозных каналов 38 и 39, выполненных в поперечных штоках 19, и гибких трубопроводов 25 и 26, сообщаются как с гидробаком 44 с помощью обратных клапанов 32 и 33 и всасывающего трубопровода 28, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 24 посредством обратных клапанов 34 и 35 и напорного трубопровода 29, а полости В гидроцилиндров одностороннего действия 21 (фиг. 5), посредством сквозных каналов 40 в выполненных заодно поршнях 22 и продольных штоках 23 и гибкого трубопровода 27, сообщаются как с гидробаком 44 с помощью обратного клапана 36 и всасывающего трубопровода 28, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 24, посредством обратного клапана 37 и напорного трубопровода 29. Кроме того, пневмогидравлический аккумулятор 24 с помощью напорного трубопровода 29 соединен как с регулируемым предохранительным клапаном 30, обеспечивающим сброс излишков рабочей жидкости в гидробак 44, так и с регулируемым редукционным клапаном 31 для подключения пневмогидравлического аккумулятора 24 к напорному трубопроводу 17.

Работа рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с прицепом-роспуском заключается в следующем.

Перед погрузкой лесоматериалов манипулятором на лесовозный автопоезд аутригеры выдвигаются в рабочее положение и устанавливаются таким образом, чтобы лесовозный тягач 1 был приподнят над грунтом и в работе опирался на аутригеры, а не на колеса. С целью управления работой аутригеров поршневые и штоковые полости их гидроцилиндров 3 и 4 соединены посредством гидрораспределителей 10 и 11 с всасывающим 15 и напорным 17 трубопроводами, причем поршневые полости - с напорным 17, а штоковые полости - с всасывающим 15.

После захвата манипулятором пачки лесоматериалов из штабеля шток гидроцилиндра 5 стрелы, управляемого гидрораспределителем 12, выдвигается и поднимает стрелу с грузом на необходимую высоту, а затем стрела с помощью опорно-поворотного устройства поворачивается для погрузки лесоматериалов на лесовозный тягач 1 с прицепом-роспуском 2. При этом рабочая жидкость из напорного трубопровода 17 поступает в поршневую полость гидроцилиндра 5 стрелы. После переключения гидрораспределителя 12 в «плавающее» положение поршневая и штоковая полости гидроцилиндра 5 стрелы становятся сообщающимися, и стрела с пачкой лесоматериалов опускается под собственным весом на лесовозный тягач 1 с прицепом-роспуском 2. После разгрузки очередной пачки лесоматериалов на лесовозный тягач 1 с прицепом-роспуском 2 гидрораспределитель 12 переводится оператором в положение «подъем», и рабочий цикл стрелы манипулятора повторяется. Работа гидроцилиндра 6 рукояти, управляемого гидрораспределителем 13, аналогична работе гидроцилиндра 5 стрелы манипулятора. Отличие в работе гидроцилиндров 7 опорно-поворотного устройства, управляемых гидрораспределителем 14, заключается лишь в одновременном срабатывании не одного, а четырех попарно связанных с помощью зубчатых реек поршней гидроцилиндров 7 опорно-поворотного устройства, при этом благодаря зубчатому соединению зубчатых реек и вала-шестерни, установленного между гидроцилиндрами 7 опорно-поворотного устройства, осуществляются повороты колонны манипулятора вокруг вертикальной оси в обе стороны.

Работа рекуперативного механизма 8 коникового устройства основана на использовании кинетической энергии, неизбежно возникающей от силы инерции массы прицепа-роспуска 2 с лесоматериалами при многочисленных переходных процессах, таких, как: разгон, торможение тормозами и двигателем на прямом участке лесовозной дороги или в поворотах налево и направо, движение по неровностям поверхности лесовозной дороги и накатом под уклон, переключение передач и др. Рекуперативный механизм 8 коникового устройства позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для дальнейшего ее полезного использования в технологическом оборудовании лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 (манипуляторе, аутригерах).

В неподвижном положении лесовозного автопоезда, за счет предварительно нагруженных пружин, выполненные заодно поршни 22 с продольными штоками 23 и поршни 20 с поперечными штоками 19 располагаются, соответственно, в центральных частях гидроцилиндров одностороннего действия 21 и гидроцилиндров двухстороннего действия 18 (фиг. 4 и 5).

Работа рекуперативного механизма 8 коникового устройства при торможении лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 в повороте налево заключается в следующем. Под воздействием на лесовозный тягач 1 силы инерции со стороны массы движущегося прицепа-роспуска 2 с лесоматериалами происходит смещение гидроцилиндров двухстороннего действия 18 относительно поршней 20, соединенных с помощью стопорных колец с поперечными штоками 19, и, как следствие, повышение давления рабочей жидкости в полостях Б гидроцилиндров двухстороннего действия 18 (фиг. 4). Под повышенным давлением рабочая жидкость посредством сквозных каналов 39, выполненных в поперечных штоках 19, гибкого трубопровода 26, обратного клапана 34 и напорного трубопровода 29 поступает или в пневмогидравлический аккумулятор 24, подзаряжая его, или через регулируемый редукционный клапан 31 в напорный трубопровод 17 (фиг. 6). В случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 24 и отсутствия временной потребности у потребителя гидравлической энергии излишки рабочей жидкости сбрасываются через регулируемый предохранительный клапан 30 в гидробак 44. Одновременно с этим объем полостей А гидроцилиндров двухстороннего действия 18 увеличивается, что ведет к образованию в них разряжения рабочей жидкости, благодаря которому ее компенсирующий объем поступает в полости А гидроцилиндров двухстороннего действия 18 из гидробака 44 посредством всасывающего трубопровода 28, обратного клапана 32, гибкого трубопровода 25 и сквозных каналов 38, выполненных в поперечных штоках 19. Таким образом, обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости рекуперативным механизмом 8 коникового устройства при торможении лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 в повороте налево. Кроме того, за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 24 и рабочей жидкости осуществляется эффективное снижение пиковых значений нагрузок как на лесовозный тягач 1, так и на прицеп-роспуск 2. Возвращение рекуперативного механизма 8 коникового устройства лесовозного автопоезда в исходное положение после окончания торможения в повороте налево и движения лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 с установившейся постоянной скоростью происходит за счет снижения усилия, воздействующего на пружины гидроцилиндров двухстороннего действия 18, вследствие чего они разжимаются.

Работа рекуперативного механизма 8 коникового устройства при торможении лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 в повороте направо аналогична его работе при повороте налево. Отличие заключается лишь в том, что повышение давления рабочей жидкости происходит в полостях А, а разряжение - в полостях Б гидроцилиндров двухстороннего действия 18. Под повышенным давлением в полостях А гидроцилиндров двухстороннего действия 18 рабочая жидкость посредством сквозных каналов 38, выполненных в поперечных штоках 19, гибкого трубопровода 25, обратного клапана 35 и напорного трубопровода 29 поступает или в пневмогидравлический аккумулятор 24, подзаряжая его, или через регулируемый редукционный клапан 31 в напорный трубопровод 17 (фиг. 6). В результате разряжения в полостях Б гидроцилиндров двухстороннего действия 18 компенсирующий объем рабочей жидкости поступает в эти полости из гидробака 44 посредством всасывающего трубопровода 28, обратного клапана 33, гибкого трубопровода 26 и сквозных каналов 39, выполненных в поперечных штоках 19.

При трогании с места или движении с ускорением лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 в прямом направлении лесовозной дороги на рекуперативный механизм 8 коникового устройства начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы прицепа-роспуска 2 с лесоматериалами, в результате чего гидроцилиндры одностороннего действия 21 перемещаются в обратном направлении относительно движения лесовозного тягача 1 (вправо на фиг. 5) и движущихся с меньшим ускорением, выполненных заодно поршней 22 и продольных штоков 23 гидроцилиндров одностороннего действия 21. Вследствие этого объемы полостей В гидроцилиндров одностороннего действия 21 увеличиваются, что ведет к образованию в них разряжения рабочей жидкости, благодаря которому ее компенсирующий объем поступает в полости В гидроцилиндров одностороннего действия 21 из гидробака 44 посредством всасывающего трубопровода 28, обратного клапана 36, гибкого трубопровода 27 и сквозных каналов 40 в выполненных заодно поршнях 22 и продольных штоках 23 гидроцилиндров одностороннего действия 21. После окончания разгона и движения лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 с установившейся постоянной скоростью усилие, воздействующее на пружины гидроцилиндров одностроннего действия 21, снижается, вследствие чего они, разжимаясь, возвращают рекуперативный механизм 8 коникового устройства в исходное положение.

Работа рекуперативного механизма 8 коникового устройства лесовозного автопоезда при его торможении на прямом участке лесовозной дороги заключается в следующем. Под воздействием на лесовозный тягач 1 силы инерции со стороны массы движущегося прицепа-роспуска 2 с лесоматериалами выполненные заодно поршни 22 и продольные штоки 23 вдвигаются в гидроцилиндры одностороннего действия 21, в результате чего в полостях В гидроцилиндров одностороннего действия 21 давление рабочей жидкости повышается (фиг. 5). Под повышенным давлением рабочая жидкость посредством сквозных каналов 40 в выполненных заодно поршнях 22 и продольных штоках 23, гибкого трубопровода 27, обратного клапана 37 и напорного трубопровода 29 поступает или в пневмогидравлический аккумулятор 24, подзаряжая его, или через регулируемый редукционный клапан 31 в напорный трубопровод 17 (фиг. 6). В случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 24 и отсутствия временной потребности у потребителя гидравлической энергии излишки рабочей жидкости сбрасываются через регулируемый предохранительный клапан 30 в гидробак 44. Таким образом, обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости рекуперативным механизмом 8 коникового устройства при торможении лесовозного автопоезда на прямом участке лесовозной дороги. Кроме того, за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 24 и рабочей жидкости осуществляется эффективное снижение пиковых значений нагрузок как на лесовозный тягач 1, так и на прицеп-роспуск 2. Возвращение рекуперативного механизма 8 коникового устройства лесовозного автопоезда в исходное положение после окончания торможения и движения лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 с установившейся постоянной скоростью происходит аналогично рассмотренному выше случаю для окончания их разгона и движения с установившейся постоянной скоростью.

Далее, при движении лесовозного тягача 1 с прицепом-роспуском 2 с ускорениями и замедлениями как по прямой дороге, так и в поворотах рабочие циклы рекуперативного механизма 8 коникового устройства лесовозного автопоезда, соответственно, чередуются аналогично описанной выше последовательности.

Такое исполнение заявляемого рекуперативного гидропривода лесовозного тягача с прицепом-роспуском позволяет снизить расход топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости и ее полезному использованию в технологическом оборудовании (манипуляторе, аутригерах), а также повысить надежность лесовозного автопоезда благодаря демпфирующим свойствам рекуперативного механизма коникового устройства, существенно снижающим максимальные значения знакопеременных нагрузок на конструкции лесовозного тягача и прицепа-роспуска.

Изобретение относится к лесному и сельскохозяйственному машиностроению. Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с прицепом-роспуском содержит гидроцилиндр (5) стрелы, гидроцилиндр (6) рукояти, гидроцилиндры (7) опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм (8) коникового устройства, насосный узел (9), гидрораспределители (10-14), всасывающий (15), сливной (16) и напорный (17) трубопроводы. Насосный узел (9) включает в себя гидронасос (41), обратный клапан (42), фильтр (43) и гидробак (44). Рекуперативный механизм (8) коникового устройства снабжен двумя гидроцилиндрами двухстороннего действия (18) с поперечными штоками (19) и поршнями (20), двумя гидроцилиндрами одностороннего действия (21) с выполненными заодно поршнями (22) и продольными штоками (23), пневмогидравлическим аккумулятором (24), гибкими (25-27), всасывающим (28) и напорным (29) трубопроводами, регулируемым предохранительным (30), регулируемым редукционным (31) и обратными клапанами (32-37). Полости (А и Б) гидроцилиндров двухстороннего действия (18) посредством сквозных каналов (38 и 39), выполненных в поперечных штоках (19), и гибких трубопроводов (25 и 26) сообщаются как с гидробаком (44) с помощью обратных клапанов (32 и 33) и всасывающего трубопровода (28), так и с пневмогидравлическим аккумулятором (24) посредством обратных клапанов (34 и 35) и напорного трубопровода (29). Полости (В) гидроцилиндров одностороннего действия (21) посредством сквозных каналов (40) в выполненных заодно поршнях (22) и продольных штоках (23) и гибкого трубопровода (27) сообщаются как с гидробаком (44) с помощью обратного клапана (36) и всасывающего трубопровода (28), так и с пневмогидравлическим аккумулятором (24) посредством обратного клапана (37) и напорного трубопровода (29). Пневмогидравлический аккумулятор (24) с помощью напорного трубопровода (29) соединен как с регулируемым предохранительным клапаном (30), так и с регулируемым редукционным клапаном (31). Обеспечивается упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей. 6 ил.

Рекуперативный гидропривод лесовозного тягача с прицепом-роспуском, содержащий гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм коникового устройства, насосный узел, включающий гидронасос, обратный клапан, фильтр и гидробак, гидрораспределители, всасывающий, сливной и напорный трубопроводы, отличающийся тем, что рекуперативный механизм коникового устройства снабжен двумя гидроцилиндрами двухстороннего действия с поперечными штоками и поршнями, двумя гидроцилиндрами одностороннего действия с выполненными заодно поршнями и продольными штоками, пневмогидравлическим аккумулятором, гибкими, всасывающим и напорным трубопроводами, регулируемым предохранительным, регулируемым редукционным и обратными клапанами, при этом полости гидроцилиндров двухстороннего действия посредством сквозных каналов, выполненных в поперечных штоках, и гибких трубопроводов сообщаются как с гидробаком с помощью обратных клапанов и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором посредством обратных клапанов и напорного трубопровода, а полости гидроцилиндров одностороннего действия посредством сквозных каналов в выполненных заодно поршнях и продольных штоках и гибкого трубопровода, сообщаются как с гидробаком с помощью обратного клапана и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором, посредством обратного клапана и напорного трубопровода, кроме того, пневмогидравлический аккумулятор с помощью напорного трубопровода соединен как с регулируемым предохранительным клапаном, так и с регулируемым редукционным клапаном.