Результат интеллектуальной деятельности: ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРЕЛОВОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к стреловым одноковшовым строительным машинам, а именно к одноковшовым экскаваторам, фронтальным погрузчикам циклического действия.

Известно энергосберегающее рабочее оборудование экскаватора [патент №2190062, 27.09.2002, БИ №27] [1], содержащее стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, уравновешивающий гидроцилиндр, газовый баллон, пневмогидроаккумулятор, гидрораспределители, гидронасос. Устройство предназначено для уравновешивания сил тяжести стрелы, ковша, гидроцилиндров с целью исключения потерь энергии.

Недостатком устройства является сложная конструкция, обусловленная использованием пневмогидроаккумулятора, применение которого приводит к увеличению объема рабочей жидкости гидросистемы, имеющей большую стоимость по сравнению со стоимостью воздуха при использовании его в качестве рабочего тела.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности из известных технических решений является энергосберегающая система рабочего оборудования стреловой машины [патент РФ №2299296, 20.05.2007, БИ №14] [2], содержащая стрелу, ковш, гидроцилиндры стрелы, уравновешивающий цилиндр, газовый баллон, распределитель. Система исключает потери энергии на подъем сил тяжести рабочего оборудования.

Недостатком известного устройства [2] является несовершенная конструкция энергосберегающего цилиндра и газового баллона; отсутствие рекомендаций по выбору конструктивных параметров системы.

Задачей предлагаемого изобретения является создание энергосберегающего устройства рабочего оборудования, позволяющего упростить конструкцию устройства, исключающего потери энергии при подъеме сил тяжести рабочего оборудования, позволяющего уменьшить расход энергии и топлива двигателем внутреннего сгорания.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, энергосберегающий цилиндр, газовый баллон, гидрораспределитель, штоковую полость энергосберегающего цилиндра, в котором согласно изобретению газовый баллон заполнен сжатым воздухом под давлением более 10 МПа, поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена непосредственно через отверстие в стенке цилиндра с полостью газового баллона; штоковая полость энергосберегающего цилиндра соединена через гидрораспределитель со сливной магистралью; при этом суммарный объем газовой полости энергосберегающего цилиндра и газового баллона составляет более двух объемов рабочего хода энергосберегающего цилиндра.

Технический результат достигнут благодаря использованию сжатого воздуха вместо дорогостоящей рабочей жидкости и упрощению конструкции устройства. Энергосбережение достигается за счет сохранения объема сжатого воздуха при повторяющихся периодических циклах подъема и опускания стрелы. Однократная закачка сжатого воздуха в газовый баллон обеспечивает длительную работу устройства, обеспечивается снижение нагруженности основных гидроцилиндров при подъеме стрелы и ковша с грузом.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано использование энергосберегающего устройства при копании грунта экскаватором «обратная лопата»; на фиг. 2 представлено использование энергосберегающего устройства на фронтальном погрузчике; на фиг. 3 показано подключение энергосберегающего устройства к гидросистеме стреловой машины; на фиг. 4 представлено энергосберегающее устройство в исходном положении при опущенной стреле; на фиг. 5 - энергосберегающее устройство при поднятой стреле.

Энергосберегающее устройство рабочего оборудования стреловой машины содержит: стрелу 1; ковш 2; основные гидроцилиндры стрелы 3; энергосберегающий цилиндр 4; газовый баллон 5; гидролинию 6; распределитель 7; гидрозолотник 8; гидронасос 9; корпус энергосберегающего цилиндра 10; шток с поршнем 11; проушину штока 12; проушину корпуса 13; гайку 14; контргайку 15; штуцер 16; отверстие в корпусе 17; сливное устройство 18; зарядное устройство 19; крепление 20 газового баллона на корпусе цилиндра.

На фиг. 4, 5 дополнительно показаны: Н - рабочий ход поршня энергосберегающего цилиндра; V_Г - объем газового баллона; V_P - рабочий объем энергосберегающего цилиндра; V₁ - объем полости штока и поршня; V₂ - остаточный объем энергосберегающего цилиндра; V₃ - объем гидравлической штоковой полости энергосберегающего цилиндра.

Сущность работы энергосберегающего устройства заключается в следующем. Для выполнения операции подъема стрелы экскаватором на фиг. 1 погрузчика на фиг. 2 включают золотник 8 распределителя 7 вниз, рабочая жидкость гидронасосом 9 подается в поршневые полости основных гидроцилиндров 3, осуществляя подъем стрелы. Одновременно без участия со стороны оператора вступает в работу энергосберегающее устройство.

Энергосберегающий цилиндр 4 создает дополнительную силу на штоке, которая снижает силу в основных гидроцилиндрах стрелы и вследствие этого снижает нагрузку на двигатель машины, обеспечивая экономию расходуемой энергии и топлива. Сопутствующим эффектом энергосберегающего устройства является увеличение моторесурса двигателя и насосов при одновременном увеличении производительности.

Для опускания стрелы золотник 8 распределителя включают вверх, рабочая жидкость от гидронасоса поступает в штоковые полости основных гидроцилиндров 3. При этом силы тяжести стрелы, ковша, гидроцилиндров обеспечивают перемещение поршня и штока энергосберегающего цилиндра вниз в исходное положение, не потребляя дополнительную энергию от двигателя.

На фиг. 4 исходный объем газовой полости при опущенной стреле равен сумме объемов

где V_Г - объем газового баллона; V₁ - объем полости штока и поршня; V₂ - остаточный объем уравновешивающего цилиндра.

При подъеме стрелы объем газовой полости энергосберегающего устройства увеличивается на величину хода поршня.

где D, H - соответственно, диаметр энергосберегающего цилиндра и его рабочий ход.

Эффективная работа энергосберегающего устройства обеспечивается тем, что при перемещении поршня из нижнего положения (фиг. 4) в верхнее положение (фиг. 5) давление в газовом баллоне практически остается постоянным.

Для обеспечения этого условия необходимо, чтобы общий объем газовых полостей составлял более двух объемов рабочего хода энергосберегающего цилиндра.

Для обеспечения эффективной работы энергосберегающего устройства обеспечивается одноразовая закачка устройства сжатым воздухом при давлении порядка 10 МПа.

При подъеме - опускании стрелы объем штоковой полости V₃ изменяется, обеспечивая смазку стенок цилиндра и поршня рабочей жидкостью.