Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к стреловым землеройным машинам, а именно к экскаваторам, погрузчикам.

Целью изобретения является снижение энергозатрат при подъеме рабочего оборудования в каждом технологическом цикле землеройной машины и увеличение производительности машины за счет использования освобождаемой мощности двигателя на процесс наполнения ковша грунтом.

Известно устройство, снижающее энергозатраты при подъеме рабочего оборудования (см. например, а.с. №1779717 кл. E02F 9/22, опубл. 07.12.92. Бюл. №45) [1], содержащее основные гидроцилиндры управления стрелой, распределители, насосы, гидробак, дополнительный гидроцилиндр управления стрелой, подключенный к пневмогидроаккумулятору посредством дополнительного распределителя и гидромагистралей.

Известное устройство обладает недостатками, из которых главным является сложность конструкции, обусловленная использованием дополнительных распределителей и дополнительных протяженных гидролиний. Сопутствующими недостатками известного устройства [1] являются использование сложной конструкции пневмогидроаккумулятора, являющегося дорогостоящим устройством, который увеличивает объем рабочей жидкости гидросистемы за счет объема рабочей жидкости в дополнительном уравновешивающем гидроцилиндре и пневмогидроаккумуляторе.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому устройству является энергосберегающее устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины (см. например, патент РФ №2258115, опубл. 10.08.2005, Бюл. №22) [2], содержащее рабочее оборудование, основные гидроцилиндры стрелы, распределители, уравновешивающий гидроцилиндр, газовый баллон, пневмогидроаккумулятор, дополнительный гидрораспределитель, гидромагистрали, соединяющие указанные элементы.

Недостатком известного устройства [2] является сложность конструкции, обусловленная использованием пневмогидроаккумулятора, дополнительных гидрораспределителей и протяженных силовых гидромагистралей, соединяющих названные агрегаты.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства, обеспечивающего снижение энергозатрат при подъеме рабочего оборудования в каждом технологическом цикле машины и увеличение производительности машины за счет использования освобождаемой мощности двигателя на процесс наполнения ковша.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, уравновешивающий цилиндр, газовый баллон, гидромагистрали, гидробак, насос, согласно изобретению уравновешивающий цилиндр и газовый баллон выполнены в одном агрегате, при этом уравновешивающий цилиндр расположен внутри газового баллона, заряженного сжатым воздухом под давлением более 10 МПа, штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра соединена гидролинией со сливной гидролинией гидрораспределителя, газовая полость устройства образована цилиндрическим кольцевым объемом V₁ газового баллона и объемом V₂ пустотелого штока и поршня; объем газовой полости составляет более двух объемов рабочего хода уравновешивающего цилиндра V₁+V₂>2V_p.

Технический результат изобретения достигается за счет упрощения конструкции и обеспечения энергосбережения, за счет уравновешивания сил тяжести элементов рабочего оборудования постоянным давлением сжатого воздуха в газовом баллоне.

Благодаря уравновешиванию сил тяжести рабочего оборудования сжатым воздухом обеспечивается снижение нагрузки на валу двигателя и уменьшение затраченной мощности двигателя в режимах копания грунта или черпания материала и в режиме подъема стрелы на разгрузку, а также в транспортно-грузовом режиме погрузчика.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан экскаватор с энергосберегающим устройством; на фиг. 2 - погрузчик с энергосберегающим устройством; на фиг. 3 показана конструкция энергосберегающего устройства в нижнем положении стрелы; на фиг. 4 - конструкция энергосберегающего устройства в верхнем положении стрелы; на фиг. 5 - схема подключения энергосберегающего устройства в гидросистему стреловой машины.

Энергосберегающее устройство содержит стрелу 1; ковш 2; основные гидроцилиндры 3 стрелы; энергосберегающее устройство 4; гидромагистраль 5 (фиг. 5); корпус газового баллона 6; корпус уравновешивающего цилиндра 7; шток с поршнем 8; верхнюю крышку 9; нижнюю крышку 10; проушину корпуса 11; штуцер 12; проушину штока 13; гайку 14; буксу 15; уплотнение 16; зарядное устройство 17; отверстия 18; гидрозолотник 19; гидронасос 20. Дополнительно на фиг. 3, фиг. 4 показаны: V₁ - объем кольцевой газовой полости; V₂ - объем пустотелого штока и поршня; V₃ - объем гидравлической штоковой полости уравновешивающего цилиндра; Н - ход поршня уравновешивающего цилиндра.

Сущность работы энергосберегающего устройства состоит в следующем. Операция подъема рабочего оборудования стреловой машины связана с необходимостью преодоления сил тяжести стрелы ковша, гидроцилиндров. Энергия, затраченная на подъем рабочего оборудования современных машин, является бесполезной, потерянной энергией, на которую затрачивается топливо двигателя и мощность силовой установки. Энергосберегающее устройство позволяет исключить потерю этой энергии и использовать ее для интенсификации процесса копания и повышения производительности машин.

Для подъема стрелы гидрозолотник 19 гидрораспределителя перемещается вниз (фиг. 5). Гидронасос 20 подает рабочую жидкость в поршневые полости гидроцилиндров 3, осуществляя подъем рабочего оборудования. В это время уравновешивающий цилиндр 4 воспринимает приведенную нагрузку от веса стрелы, ковша, снижает нагруженность основных гидроцилиндров и обеспечивает снижение потребляемой мощности двигателя. Для прекращения подъема стрелы гидрозолотник 19 устанавливают в запертое положение.

При опускании стрелы гидрозолотник 19 перемещают вверх, гидронасос 20 подает рабочую жидкость в штоковые полости основных гидроцилиндров, осуществляя опускание рабочего оборудования. Поскольку силы тяжести рабочего оборудования уравновешены энергосберегающим цилиндром 4, двигатель при опускании стрелы работает на холостом режиме.

Объем V газовой полости энергосберегающего устройства складывается из объема кольцевой полости V₁ и объема V₂ - пустотелого штока и поршня

V=V₁+V₂.

Рабочий объем энергосберегающего устройства V_р зависит от диаметра D уравновешивающего цилиндра и хода поршня Н

Эффективная работа энергосберегающего устройства обеспечивается тем, что объем газовой полости V при подъеме, опускании стрелы изменяется незначительно и обеспечивает постоянное давление p сжатого воздуха в газовом баллоне. Именно этот признак изобретения является главным, который позволил отказаться от пневмогидроаккумуляторов, у которых давление при подъеме-опускании изменяется значительно.

Для соблюдения этого условия объем газовой полости должен превышать рабочий объем V_p уравновешивающего цилиндра, более чем в два раза (V₁+V₂)>2V_p. Предложенное устройство обеспечивает повышение эффективности и производительности стреловой машины.