Рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля с прицепом Российский патент 2023 года по МПК F15B21/14 B60D1/62 B60K6/12 F03C1/08 

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

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 автомобиля с прицепом (Патент № 2714041 РФ; МПК B60T 1/10, F15B 21/14; опубл. 11.02.2020), содержащий гидроцилиндры аутригеров, гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм тягово-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 автомобиля с прицепом.

Это достигается тем, что в рекуперативном гидроприводе лесовозного автомобиля с прицепом, содержащем гидроцилиндры аутригеров, гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм тягово-сцепного устройства, насосный узел, включающий гидронасос, обратный клапан, фильтр и гидробак, гидрораспределители, всасывающий, сливной и напорный трубопроводы, согласно изобретению, рекуперативный механизм тягово-сцепного устройства снабжен двумя гидроцилиндрами, соединенными между собой герметичной перегородкой, при этом каждый гидроцилиндр имеет поршневую и штоковую полости, регулируемыми предохранительным и редукционным клапанами, обратными клапанами, управляемыми пилотными электромагнитами двумя трехпозиционными четырехлинейными и двухлинейным нормально закрытым гидрораспределителями, всасывающим, сливным, всасывающе-сливными, напорными и гибкими трубопроводами, пневмогидравлическим аккумулятором, соединенным с помощью напорного трубопровода с входом первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя и гибкого трубопровода со штоковой полостью первого гидроцилиндра, причем выход первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, посредством всасывающе-сливного трубопровода, сообщает поршневую полость первого гидроцилиндра с гидробаком насосного узла, а поршневая полость второго гидроцилиндра соединена с помощью напорных трубопроводов с пневмогидравлическим аккумулятором через соединенные последовательно входы второго трехпозиционного четырехлинейного и двухлинейного нормально закрытого гидрораспределителей, при этом напорный трубопровод, установленный между их входами, посредством обратного клапана и всасывающего трубопровода, сообщается с гидробаком насосного узла, который с помощью всасывающе-сливного трубопровода сообщается с выходом второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, причем параллельно двухлинейному нормально закрытому гидрораспределителю установлен обратный клапан; пневмогидравлический аккумулятор, в свою очередь, с помощью напорного и сливного трубопроводов соединен как с гидробаком насосного узла, посредством регулируемого предохранительного клапана, так и с напорным трубопроводом посредством регулируемого редукционного клапана.

На фиг. 1 представлена схема размещения основных элементов рекуперативного гидропривода на лесовозном автомобиле с прицепом; на фиг. 2 – вид А лесовозного автопоезда с рекуперативным механизмом тягово-сцепного устройства; на фиг. 3 – схема рекуперативного гидропривода лесовозного автомобиля с прицепом.

Рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля 1 с прицепом 2 (фиг. 1-3) содержит гидроцилиндры 3 и 4 аутригеров, гидроцилиндр 5 стрелы, гидроцилиндр 6 рукояти, гидроцилиндры 7 опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм 8 тягово-сцепного устройства, насосный узел 9, гидрораспределители 10-14, всасывающий 15, сливной 16 и напорный 17 трубопроводы. Рекуперативный механизм 8 тягово-сцепного устройства включает в себя два гидроцилиндра 18 и 19, соединенные между собой герметичной перегородкой, при этом каждый из гидроцилиндров 18 и 19 имеет поршневую и штоковую полости, регулируемый предохранительный 20, регулируемый редукционный 21 и обратные 22 и 23 клапаны, управляемые пилотными электромагнитами два трехпозиционные четырехлинейные 24 и 25 и двухлинейный нормально закрытый 26 гидрораспределители, всасывающий 27, сливной 28, всасывающе-сливные 29 и 30, напорные 31-34 и гибкие 35-38 трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор 39. Насосный узел 9 включает в себя гидронасос 41, обратный клапан 42, фильтр 43 и гидробак 40. Пневмогидравлический аккумулятор 39 соединен с помощью напорного трубопровода 31 с входом первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25 и гибкого трубопровода 35 со штоковой полостью первого гидроцилиндра 18, а выход первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25, посредством всасывающе-сливного трубопровода 29, сообщает поршневую полость первого гидроцилиндра 18 с гидробаком 40 насосного узла 9. Поршневая полость второго гидроцилиндра 19 соединена с помощью напорных трубопроводов 31-34 с пневмогидравлическим аккумулятором 39 через соединенные последовательно входы второго трехпозиционного четырехлинейного 24 и двухлинейного нормально закрытого 26 гидрораспределителей, при этом напорный трубопровод 33, установленный между их входами, посредством обратного клапана 23 и всасывающего трубопровода 27, сообщается с гидробаком 40 насосного узла 9, который с помощью всасывающе-сливного трубопровода 30 сообщается с выходом второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24, причем параллельно двухлинейному нормально закрытому гидрораспределителю 26 установлен обратный клапан 22. Пневмогидравлический аккумулятор 39, в свою очередь, с помощью напорного 31 и сливного 28 трубопроводов соединен как с гидробаком 40 насосного узла 9, посредством регулируемого предохранительного клапана 20, так и с напорным трубопроводом 17 посредством регулируемого редукционного клапана 21.

Работа рекуперативного гидропривода лесовозного автомобиля с прицепом заключается в следующем.

Перед погрузкой сортиментов манипулятором на лесовозный автопоезд аутригеры выдвигаются в рабочее положение и устанавливаются таким образом, чтобы лесовозный автомобиль 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 сортиментов 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 сортиментов или в сторону лесовозного автомобиля 1, или в сторону прицепа 2. При этом рабочая жидкость из напорного трубопровода 17 поступает в поршневую полость гидроцилиндра 5 стрелы (фиг. 3). После переключения гидрораспределителя 12 в «плавающее» положение поршневая и штоковая полости гидроцилиндра 5 стрелы становятся сообщающимися, и стрела с пачкой сортиментов опускается под собственным весом на грузовую платформу лесовозного автомобиля 1 или прицепа 2. После разгрузки очередной пачки сортиментов в кузов лесовозного автомобиля 1 или прицепа 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 тягово-сцепного устройства основана на использовании кинетической энергии, возникающей в сцепке от сил инерции масс лесовозного автомобиля 1 и прицепа 2 при многочисленных переходных процессах движения лесовозного автопоезда, таких, как: разгон, торможение тормозами и двигателем, повороты, движение по неровностям поверхности лесовозной дороги и накатом под уклон, переключение передач и др. Рекуперативный механизм 8 тягово-сцепного устройства позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для ее дальнейшего полезного использования как для своей автономной работы, включая обеспечение режима самовытаскивания лесовозного автопоезда в условиях бездорожья, временных и недостаточно обустроенных грунтовых дорог, так и для применения в работе манипулятора или аутригеров.

В неподвижном (статическом) состоянии лесовозного автомобиля 1 с прицепом 2 трехпозиционные четырехлинейные гидрораспределители 24 и 25 рекуперативного механизма 8 тягово-сцепного устройства находятся в нейтральном (среднем, нормально закрытом) положении, а его двухлинейный нормально закрытый гидрораспределитель 26 – в выключенном положении, при этом штоковая полость первого гидроцилиндра 18 и поршневая полость второго гидроцилиндра 19, заполненные рабочей жидкостью, заблокированы и не находятся под давлением, а штоки первого 18 и второго 19 гидроцилиндров находятся, соответственно, полностью во втянутом и выдвинутом крайних положениях.

Перед началом движения лесовозного автопоезда водитель из кабины лесовозного автомобиля 1 с помощью пилотных электромагнитов управления двумя трехпозиционными четырехлинейными гидрораспределителями 24 и 25 дистанционно, вручную или с помощью бортовой ЭВМ переводит их из положения «нейтральное» в положение «включено», а двухлинейный нормально закрытый гидрораспределитель 26 – из положения «выключено» в положение «включено». В этом случае под воздействием давления рабочей жидкости в штоковой полости первого гидроцилиндра 18 и поршневой полости второго гидроцилиндра 19, создаваемого пневмогидравлическим аккумулятором 39, благодаря открытым напорным и сливным линиям гидрораспределителей 24-26 и посредством напорных 31-33, всасывающе-сливных 29 и 30 и гибких 35-38 трубопроводов, шток первого гидроцилиндра 18 оказывается полностью втянутым в поршневую полость первого гидроцилиндра 18 до упора его поршня в герметичную перегородку. Одновременно с этим шток второго гидроцилиндра 19 находится в крайнем выдвинутом положении под давлением рабочей жидкости в поршневой полости второго гидроцилиндра 19 (фиг. 3).

При трогании с места или движении с ускорением лесовозного автомобиля 1 с прицепом 2 на первый гидроцилиндр 18 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы прицепа 2. По этой причине начинают перемещаться шток с поршнем первого гидроцилиндра 18, повышая давление рабочей жидкости в штоковой полости первого гидроцилиндра 18, которая из этой полости поступает через гибкий трубопровод 35 и открытую линию входа первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25 в пневмогидравлический аккумулятор 39. При этом благодаря разряжению, образующемуся в поршневой полости первого гидроцилиндра 18, она заполняется рабочей жидкостью из гидробака 40 через гибкий трубопровод 36, открытую сливную линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25 и всасывающе-сливной трубопровод 29. В то же время первый гидроцилиндр 18 способствует снижению динамических нагрузок на элементы конструкции лесовозного автомобиля 1 и прицепа 2 при трогании с места или разгоне лесовозного автопоезда, повышая плавность его хода как за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 39 и рабочей жидкости, так и за счет сил трения (естественного дросселирования) при ее движении в гибком 36 и напорном 31 трубопроводах. Второй гидроцилиндр 19 в данном случае остается в неизменном положении, так как его поршневая полость находится под давлением рабочей жидкости благодаря открытым линиям второго трехпозиционного четырехлинейного 24 и двухлинейного нормально закрытого 26 гидрораспределителей, сообщающих эту полость с пневмогидравлическим аккумулятором 39, а штоковая полость второго гидроцилиндра 19 соединена с помощью всасывающе-сливного трубопровода 30 с гидробаком 40. При этом поршень и шток второго гидроцилиндра 19 полностью выдвинуты из его поршневой полости.

Возвращение первого 18 и второго 19 гидроцилиндров в исходное положение после окончания разгона и движения лесовозного автопоезда с установившейся постоянной скоростью происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 39, которая под давлением поступает через открытую входящую линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25 и гибкий трубопровод 35 в штоковую полость первого гидроцилиндра 18. При этом из поршневой полости первого гидроцилиндра 18 рабочая жидкость через гибкий трубопровод 36, открытую выходную линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 25 и всасывающе-сливной трубопровод 29 вытесняется в гидробак 40.

При движении лесовозного автопоезда с отрицательным ускорением (замедлением) или резком торможении работа рекуперативного механизма 8 тягово-сцепного устройства заключается в следующем. Трехпозиционные четырехлинейные гидрораспределители 24 и 25 дистанционно переводятся из положения «нейтральное» в положение «включено», а двухлинейный нормально закрытый гидрораспределитель 26 остается в исходном положении «выключено». При этом шток второго гидроцилиндра 19 перемещается под воздействием силы инерции от массы движущегося прицепа 2 в сторону тормозящего лесовозного автомобиля 1, а поршень второго гидроцилиндра 19 вдвигается в его поршневую полость, что приводит к повышению в ней давления рабочей жидкости и вытеснению рабочей жидкости посредством гибкого трубопровода 37, напорных трубопроводов 31-33 и обратного клапана 22 в пневмогидравлический аккумулятор 39. Этим обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости, которая или используется для автономной работы рекуперативного механизма 8 тягово-сцепного устройства в режиме самовытаскивания лесовозного автопоезда, или под возросшим давлением поступает через регулируемый редукционный клапан 21 для работы манипулятора или аутригеров. В случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 39 рабочая жидкость сбрасывается через регулируемый предохранительный клапан 20 в гидробак 40.

Возвращение рекуперативного механизма 8 тягово-сцепного устройства в исходное положение после окончания торможения лесовозного автомобиля 1 с прицепом 2 и их полной остановки или замедления происходит при последующем трогании и дальнейшем движении лесовозного автопоезда. При этом в поршневой полости второго гидроцилиндра 19 образуется разряжение рабочей жидкости, благодаря которому ее компенсирующий объем поступает в поршневую полость второго гидроцилиндра 19 из гидробака 40 посредством всасывающего трубопровода 27, обратного клапана 23, напорных трубопроводов 33 и 34, открытой линии входа второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 и гибкого трубопровода 37.

Далее, при движении лесовозного автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на лесовозный автомобиль 1 и прицеп 2, рассмотренные рабочие циклы рекуперативного механизма 8 тягово-сцепного устройства чередуются аналогичным образом в описанной выше последовательности.

Самовытаскивание лесовозного автомобиля 1 с прицепом 2, застрявших, например, при движении по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам, осуществляется за счет толкающего действия, создаваемого рекуперативным механизмом 8 тягово-сцепного устройства при принудительно заторможенном прицепе 2. С этой целью перед началом самовытаскивания поршни с соответствующими штоками первого 18 и второго 19 гидроцилиндров приводятся в полностью втянутое крайнее положение, до упора их поршней в герметичную перегородку. Это обеспечивается переключением трехпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей 24 и 25 в положение «включено», а двухлинейного нормально закрытого гидрораспределителя 26 – в положение «реверс», при которых с помощью напорных 31-33, всасывающе-сливных 29 и 30 и гибких 35-38 трубопроводов штоковые полости первого 18 и второго 19 гидроцилиндров заполняются рабочей жидкостью под давлением из пневмогидравлического аккумулятора 39, а из их поршневых полостей рабочая жидкость вытесняется в гидробак 40. После этого ручным способом или дистанционно тормоза прицепа 2 переключаются во включенное положение, и, если прицеп 2 оборудован устройством, стопорящим от поворота его поворотную ось, осуществляется и стопорение этой оси. Затем водитель переключает первый трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 25 в положение «реверс», в результате чего поршневые полости первого 18 и второго 19 гидроцилиндров заполняются рабочей жидкостью под давлением из пневмогидравлического аккумулятора 39, а рабочая жидкость из их штоковых полостей вытесняется в гидробак 40. Таким образом, поршни с соответствующими штоками первого 18 и второго 19 гидроцилиндров занимают положение, при котором они максимально выдвинуты относительно герметичной перегородки, вследствие чего толкающее усилие первого 18 и второго 19 гидроцилиндров будет воздействовать на застрявший лесовозный автомобиль 1 относительно заторможенного прицепа 2.

Такое исполнение заявляемого рекуперативного гидропривода позволяет повысить эффективность лесовозного автомобиля с прицепом за счет снижения расхода топлива, благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости, увеличить надежность лесовозного автопоезда, вследствие демпфирующих свойств рекуперативного механизма тягово-сцепного устройства, и, соответственно, снижения динамических нагрузок на лесовозный автомобиль и прицеп, дает возможность как в ручном, так и в автоматическом режимах обеспечить улучшение плавности хода при движении лесовозного автопоезда и, таким образом, более благоприятные условия труда водителя. Кроме этого, такой рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля с прицепом обеспечивает эффект самовытаскивания лесовозного автопоезда, что существенно повышает его проходимость при движении по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам.

Изобретение относится к гидроприводу. Рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля с прицепом, содержит гидроцилиндры: аутригеров, стрелы, рукояти, опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм тягово-сцепного устройства, насосный узел. Насосный узел включает гидронасос, обратный клапан, фильтр, гидробак, гидрораспределители. Рекуперативный механизм снабжен двумя гидроцилиндрами, предохранительным и редукционным клапанами, обратными клапанами, управляемыми пилотными электромагнитами двумя трехпозиционными четырехлинейными и двухлинейным нормально закрытым гидрораспределителями, всасывающим, сливным, всасывающе-сливными, напорными и гибкими трубопроводами, пневмогидравлическим аккумулятором. Расширяются функциональные возможности гидропривода. 3 ил.

Рекуперативный гидропривод лесовозного автомобиля с прицепом, содержащий гидроцилиндры аутригеров, гидроцилиндр стрелы, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндры опорно-поворотного устройства, рекуперативный механизм тягово-сцепного устройства, насосный узел, включающий гидронасос, обратный клапан, фильтр и гидробак, гидрораспределители, всасывающий, сливной и напорный трубопроводы, отличающийся тем, что рекуперативный механизм тягово-сцепного устройства снабжен двумя гидроцилиндрами, соединенными между собой герметичной перегородкой, при этом каждый гидроцилиндр имеет поршневую и штоковую полости, регулируемыми предохранительным и редукционным клапанами, обратными клапанами, управляемыми пилотными электромагнитами двумя трехпозиционными четырехлинейными и двухлинейным нормально закрытым гидрораспределителями, всасывающим, сливным, всасывающе-сливными, напорными и гибкими трубопроводами, пневмогидравлическим аккумулятором, соединенным с помощью напорного трубопровода с входом первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя и гибкого трубопровода со штоковой полостью первого гидроцилиндра, причем выход первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, посредством всасывающе-сливного трубопровода, сообщает поршневую полость первого гидроцилиндра с гидробаком насосного узла, а поршневая полость второго гидроцилиндра соединена с помощью напорных трубопроводов с пневмогидравлическим аккумулятором через соединенные последовательно входы второго трехпозиционного четырехлинейного и двухлинейного нормально закрытого гидрораспределителей, при этом напорный трубопровод, установленный между их входами, посредством обратного клапана и всасывающего трубопровода сообщается с гидробаком насосного узла, который с помощью всасывающе-сливного трубопровода сообщается с выходом второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, причем параллельно двухлинейному нормально закрытому гидрораспределителю установлен обратный клапан; пневмогидравлический аккумулятор, в свою очередь, с помощью напорного и сливного трубопроводов соединен как с гидробаком насосного узла, посредством регулируемого предохранительного клапана, так и с напорным трубопроводом, посредством регулируемого редукционного клапана.