Система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины (варианты)

Группа изобретений относится к стреловым землеройным, горным, строительным и погрузочным подъемно-транспортным машинам циклического действия. Техническая задача - повышение производительности машин за счет увеличения скорости подъема и опускания рабочего оборудования. Система уравновешивания содержит рабочее оборудование, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном, распределители. В первом варианте выполнения штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра соединена гидролинией со сливом в гидробак, распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения в одной позиции золотника рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой с гидронасосом. По второму варианту в систему установлен распределитель с возможностью соединения рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом. По третьему варианту выполнения штоковая полость уравновешивающего цилиндра соединена с распределителем, установленным с возможностью соединения в одной позиции золотника штоковой полости уравновешивающего цилиндра со сливом в гидробак, а в другой с гидронасосом, при этом в гидролинии гидроцилиндров стрелы установлен распределитель с возможностью соединения в одной позиции золотника полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Группа изобретений относится к стреловым землеройным, горным, строительным и погрузочным подъемно-транспортным машинам циклического действия.

Известна система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины [Патент РФ №2190062, 23.05.2001], содержащая рабочее оборудование, два гидроцилиндра стрелы, один уравновешивающий цилиндр, поршневая полость которого соединена с гидравлической полостью пневмогидроаккумулятора, распределители рабочей жидкости, гидронасос, устройства управления распределителями, предохранительный клапан.

Недостатками этого устройства являются сложная конструкция системы и большая стоимость пневмогидроаккумулятора, содержащего газовую и гидравлическую полости, разделенные поршнем.

Наиболее близкой по технической сущности из известных технических решений к предлагаемому изобретению является система уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины [Патент РФ №2236515, 27.03.2003], содержащая рабочее оборудование, два гидроцилиндра стрелы и уравновешивающий цилиндр, содержащий гидравлическую штоковую полость и поршневую газовую полость, соединенную с газовым баллоном; распределители рабочей жидкости, гидронасос, предохранительный клапан.

Недостатками устройства являются малая скорость подъема рабочего оборудования, небольшая производительность, кроме того, расположение газовой полости уравновешивающего цилиндра под гидравлической полостью приводит к ухудшению условий герметизации, так как жидкость как более тяжелое рабочее тело по сравнению с газом стремится под действием силы тяжести проникнуть в газовую полость через зазоры герметизирующего поршня в уравновешивающем цилиндре.

Задачей настоящей группы изобретений является создание системы уравновешивания рабочего оборудования, которая позволяет увеличить скорость подъема и опускания рабочего оборудования без изменения параметров гидронасоса и двигателя системы и за счет этого повысить производительность машины, а также повысить надежность системы за счет расположения газовой полости уравновешивающего цилиндра над гидравлической полостью.

Поставленная задача по первому варианту выполнения решена за счет того, что в известной системе, включающей рабочее оборудование стреловой машины, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, содержащий гидравлическую штоковую полость и поршневую газовую полость, соединенную с газовым баллоном; распределитель рабочей жидкости, согласно изобретению штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра связана гидролинией со сливом в гидробак; распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения в одной позиции золотника рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом; при этом соотношение размеров гидроцилиндров стрелы принимается таким, при котором отношение квадратов диаметров поршня и штока составляет D²:d²≥2; газовая полость уравновешивающего цилиндра установлена над гидравлической полостью.

Поставленная задача по второму варианту выполнения решена за счет того, что система уравновешивания, содержащая гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном, распределители рабочей жидкости, предохранительный клапан, согласно изобретению распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.

Поставленная задача по третьему варианту выполнения решена за счет того, что в системе, включающей рабочее оборудование, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном; распределители рабочей жидкости, предохранительный клапан, согласно изобретению штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра соединена с распределителем, установленным с возможностью соединения в одной позиции золотника штоковой полости уравновешивающего цилиндра со сливом в гидробак, а в другой с гидронасосом; при этом в гидролини гидроцилиндров стрелы установлен распределитель с возможностью соединения в одной позиции золотника полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.

Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид рабочего оборудования колесного экскаватора с уравновешивающим устройством, состоящим из двух гидроцилиндров стрелы и одного уравновешивающего цилиндра; на фиг.2 - общий вид рабочего оборудования гусеничного экскаватора с уравновешивающим устройством, содержащим два гидроцилиндра стрелы и один уравновешивающий цилиндр; на фиг.3 - общий вид рабочего оборудования колесного погрузчика с двумя гидроцилиндрами стрелы и одним уравновешивающим цилиндром; на фиг.4 приведена гидравлическая схема системы уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины по первому варианту выполнения; на фиг.5 показана гидравлическая схема системы уравновешивания рабочего оборудования по второму варианту выполнения; на фиг.6 - гидравлическая схема системы уравновешивания по третьему варианту выполнения.

По первому варианту выполнения (фиг.4) система уравновешивания содержит рабочее оборудование 1, с которым соединены гидроцилиндры стрелы 2 и уравновешивающий цилиндр 3 (фиг.1, 2, 3), включающий гидравлическую штоковую полость 4 и поршневую газовую полость 5, соединенную с газовым баллоном 6, заряженным инертным газом под номинальным давлением. Штоковая гидравлическая полость 4 уравновешивающего цилиндра 3 соединена гидролинией 7 с гидробаком 8.

Рабочие полости гидроцилиндров стрелы 2 подключены гидролиниями 9 к распределителю 10, обеспечивающему подъем, опускание стрелы. Распределитель 10 связан с гидронасосом 11, предохранительным клапаном 12.

В первом варианте выполнения системы уравновешивания распределитель 10 установлен с возможностью соединения в одной позиции золотника рабочих полостей гидроцилиндров стрелы 2 между собой с гидронасосом 11.

По второму варианту выполнения в системе уравновешивания установлен распределитель 13 рабочей жидкости, подключенный гидролиниями 14 к рабочим полостям гидроцилиндров стрелы 2.

По третьему варианту выполнения (фиг.6) в системе уравновешивания установлен распределитель 15, подключенный гидролинией 16 к штоковой гидравлической полости 4 уравновешивающего цилиндра 3.

Сущность работы системы уравновешивания по трем вариантам выполнения состоит в том, что применение системы уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования при помощи уравновешивающего цилиндра, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, позволяет значительно снизить нагрузку гидросистемы рабочего оборудования и потребляемую мощность двигателя и поэтому дает возможность повысить скорость подъема стрелы с грузом в ковше за счет соединения полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.

При традиционной схеме подъема стрелы двумя гидроцилиндрами с обычной скоростью гидронасос 11 соединяют с поршневыми полостями гидроцилиндров стрелы 2, скорость перемещения поршня в этом случае равна

где Q - расход насоса; D - диаметр гидроцилиндра стрелы.

В предлагаемой группе изобретений для увеличения скорости подъема рабочего оборудования рабочую жидкость от гидронасоса одновременно подают в поршневые и штоковые полости гидроцилиндров стрелы. Скорость движения поршней гидроцилиндров стрелы в этом случае равна

Если принять соотношение размеров гидроцилиндров стрелы D²:d²=2, то из (2) скорость поршней равна

Таким образом, сопоставляя формулы (1), (3), видим, что скорость движения поршней гидроциливдров стрелы в предлагаемой группе изобретений увеличилась в два раза и это увеличение не является пределом.

Система уравновешивания, по первому варианту выполнения (фиг.4), работает следующим образом. Для подъема рабочего оборудования золотник распределителя 10 включают вниз, рабочие полости гидроцилиндров стрелы 2 соединяются между собой и с гидронасосом 11. При этом в соответствии с формулой (3) скорость подъема рабочего оборудования увеличивается в 2 раза по сравнению с обычным гидроприводом.

При подъеме стрелы из штоковой гидравлической полости 4 уравновешивающего цилиндра 3 рабочая жидкость по гидролинии 7 сливается в гидробак 8. Для прекращения подъема рабочего оборудования устанавливают распределитель 10 в нейтральное положение, показанное на фиг.4.

Для опускания рабочего оборудования включают вверх золотник распределителя 10. При этом рабочая жидкость от гидронасоса 11 подается в штоковые полости гидроцилиндров стрелы 2, а из поршневых полостей свободно сливается через распределитель 10 в гидробак 8.

При опускании стрелы одновременно поршень уравновешивающего цилиндра 3 возвращается в исходное положение под действием сил тяжести рабочего оборудования, при этом газ из поршневой полости 5 уравновешивающего цилиндра 3 вытесняется в газовый баллон 6.

Расположение газовой полости 5 уравновешивающего цилиндра 3 над гидравлической полостью 4 способствует улучшению герметизации системы.

По второму варианту выполнения (фиг.5) система уравновешивания работает следующим образом.

Для подъема рабочего оборудования 1 с обычной скоростью золотник распределителя 10 рабочей жидкости включают вниз, рабочую жидкость от гидронасоса 11 подают в поршневые полости гидроцилиндров стрелы 2. Одновременно уравновешивающий цилиндр 3, поршневая полость 5 которого соединена с газовым баллоном 6, осуществляет подъем рабочего оборудования 1 совместно с гидроцилиндрами стрелы 2. При подъеме стрелы рабочая жидкость из штоковой полости 4 уравновешивающего цилиндра 3 по гидролинии 7 свободно сливается в гидробак 8.

Для опускания рабочего оборудования золотник распределителя 10 включают вверх, при этом жидкость от гидронасоса 11 подается в штоковые полости гидроцилиндров стрелы 2, а из поршневых полостей сливается в гидробак 8.

Рассмотренный режим подъема рабочего оборудования отличается от обычного режима, выполняемого без уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования тем, что он является энергосберегающим, в котором при подъеме рабочего оборудования энергия двигателя не затрачивается, так как подъем сил тяжести рабочего оборудования происходит за счет энергии уравновешивающего цилиндра, соединенного с газовым баллоном.

Вместе с этим применение системы уравновешивания приводит к значительному снижению нагрузки на гидроцилиндры стрелы при подъеме стрелы, что приводит к повышению надежности и долговечности основных элементов гидросистемы: двигателя и гидронасоса.

По второму варианту исполнения предлагаемая система уравновешивания обладает также другим достоинством: позволяет повысить скорость подъема рабочего оборудования без изменения параметров гидронасоса и двигателя. Задача получения повышенной скорости подъема рабочего оборудования во втором варианте исполнения решена при помощи распределителя 13. При включении вниз золотника распределителя 13 рабочая жидкость от гидронасоса 11 подается одновременно в поршневые и штоковые полости гидроцилиндров стрелы 2. При этом в соответствии с формулой (3) скорость подъема рабочего оборудования увеличивается в два раза по сравнению с обычным гидроприводом.

По третьему варианту выполнения (фиг.6) система уравновешивания работает следующим образом. Для подъема стрелы золотник распределителя 10 включают вниз, рабочие полости гидроцилиндров стрелы 2 соединяются между собой с гидронасосом 11. При этом в соответствии с формулой (3) скорость подъема рабочего оборудования увеличивается в два раза по сравнению с обычным гидроприводом. В отличие от первых вариантов выполнения третий вариант обладает новым качеством: позволяет получить насосный режим увеличенной скорости опускания рабочего оборудования.

Для ускоренного опускания рабочего оборудования одновременно включают вверх золотники распределителей 10 и 15. Рабочие полости гидроцилиндров стрелы 2 в этом случае соединяются распределителем 10 между собой и с гидробаком 8. Одновременно рабочая жидкость от гидронасоса 11 через распределитель 15 подается по гидролинии 16 в штоковую полость 4 уравновешивающего цилиндра 3. Благодаря тому, что рабочая жидкость подается от гидронасоса в одну штоковую полость, скорость опускания увеличивается.

Рассмотренный третий вариант выполнения системы уравновешивания позволяет повысить скорость подъема и опускания рабочего оборудования и увеличить производительность машины.

1. Система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины, содержащая рабочее оборудование, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном, распределитель рабочей жидкости, предохранительный клапан, отличающаяся тем, что штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра соединена гидролинией со сливом в гидробак, распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения в одной позиции золотника рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.

2. Система уравновешивания по п.1, отличающаяся тем, что соотношение размеров гидроцилиндров стрелы принимают таким, при котором отношение квадратов диаметров поршня и штока составляет D²:d² ≥2.

3. Система уравновешивания по п.1, отличающаяся тем, что газовая полость уравновешивающего цилиндра расположена над гидравлической штоковой полостью.

4. Система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины, содержащая рабочее оборудование, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном, распределители рабочей жидкости, предохранительный клапан, отличающаяся тем, что распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения рабочих полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.

5. Система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины, содержащая рабочее оборудование, гидроцилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, включающий гидравлическую штоковую полость и газовую поршневую полость, соединенную с газовым баллоном, распределители рабочей жидкости, предохранительный клапан, отличающаяся тем, что штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра соединена с распределителем, установленным с возможностью соединения в одной позиции золотника штоковой полости уравновешивающего цилиндра со сливом в гидробак, а в другой - с гидронасосом, при этом в гидролинии гидроцилиндров стрелы установлен распределитель с возможностью соединения в одной позиции золотника полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.