СИСТЕМА УРАВНОВЕШИВАНИЯ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ГИДРОПРИВОДА ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА

Полезная модель относится к гидроприводам подъемно-транспортных машин, а именно к фронтальным погрузчикам, осуществляющим перемещение грузов и строительных материалов в ковше в условиях строительных площадок и бездорожья.
2
2
Известна система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины (патент РФ №2299296 C1, МПК E02F 9/22, опубликован 20.05.2007, бюллетень №14) включающая рабочее оборудование стреловой машины, цилиндры стрелы и уравновешивающий цилиндр, содержащий гидравлическую штоковую полость и поршневую газовую полость, соединенную с газовым баллоном; распределитель рабочей жидкости; штоковая гидравлическая полость уравновешивающего цилиндра связана гидролинией со сливом в гидробак; распределитель рабочей жидкости установлен с возможностью соединения в одной позиции золотника рабочих полостей цилиндров стрелы между собой и с гидронасосом; при этом соотношение размеров цилиндров стрелы принимается таким, при котором отношение квадратов диаметров поршня и штока составляет D/d≥2; газовая полость уравновешивающего цилиндра установлена над гидравлической полостью.
Известно устройство защиты гидропривода фронтального погрузчика, содержащего тягач, рабочее оборудование, цилиндры стрелы и, по крайней мере, один уравновешивающий цилиндр, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, к поршневым полостям цилиндров стрелы подключены аккумулятор, обратный клапан и регулируемый дроссель, а в гидролинию, соединяющую распределитель со штоковыми полостями гидроцилиндров стрелы, установлен клапан «ИЛИ» (Патент РФ №2342496 C1, МПК E02F 9/22, опубликован 27.12.2008, бюллетень №36).
Недостатками прототипов являются отсутствие возможности регулирования демпфирующей способности упругой рабочей среды системы уравновешивания рабочего оборудования и устройства защиты гидропривода фронтального погрузчика, а также отсутствие технических средств предохранения гидроцилиндра ковша и рукавов высокого давления его нагнетательной гидролинии в момент забора грунта в ковш от перегрузок.
Техническая задача - повышение эффективности применения уравновешивающего цилиндра за счет приобретения возможности регулирования демпфирующей способности (жесткости) его упругой рабочей среды, предохранение гидроцилиндра ковша и рукавов высокого давления его напорной гидролинии в момент забора грунта в ковш от перегрузок.
Система уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины с регулируемой характеристикой удачно компонуется с устройством защиты гидропривода погрузчика, содержащем пневмогидроаккумулятор.
Поставленная задача решается за счет того, что поршневая полость уравновешивающего цилиндра снабжена дополнительным свободным поршнем с уплотнением по зеркалу цилиндра, разделяющим газовую полость, соединенную через регулируемый газовый редуктор и обратный клапан с газовым баллоном (газовая полость уравновешивающего цилиндра установлена над гидравлической полостью) и межпоршневую гидравлическую полость, соединенную с гидравлической полостью пневмогидроаккумулятора, давление в котором регулируется клапаном-выключателем посредством изменения выходной характеристики пневмогидроаккумулятора, а между поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра ковша установлен блок переливных и подпиточных клапанов.
Схема предлагаемой системы уравновешивания рабочего оборудования и защиты гидропривода фронтального погрузчика приведена на фигуре.
1
2
Питание гидросистемы рабочего оборудования погрузчика осуществляется из изолированного гидробака 1, оснащенного заправочной горловиной 1а с фильтром Ф, сливным ниппелем 1б и регулятором давления в гидробаке 1в. Гидропривод рабочего оборудования погрузчика состоит из гидронасоса 2, подающего рабочую жидкость в распределитель 3, снабженный предохранительным клапаном 3а, первым золотником 3б, вторым золотником 3в, предохранительным клапаном 3г и обратными клапанами 3д; гидроцилиндров ковша 4 и стрелы 5, к гидролиниям поршневых полостей последних посредством регулируемых дросселя 6 с обратным клапаном 7 и клапана-выключателя 8 подсоединен пневмогидроаккумулятор 9, гидравлическая полость которого соединена с подобной межпоршневой полостью А уравновешивающего цилиндра 10, гидравлическая штоковая полость Б названного цилиндра соединена со сливной линией в гидробак, а его поршневая полость В - с газовым баллоном 11, давление инертного газа (например, технического азота) в котором устанавливается регулируемым газовым редуктором 12, оснащенным обратным клапаном 13. Для обеспечения плавающего положения стрелы на распределителе установлены два обратных управляемых клапана 14 и 15, управление которыми осуществляется распределителем 16 при включении его в нейтральную позицию. Эти же клапаны также служат для ограничения скорости опускания стрелы. В гидролинию, соединяющую распределитель 3в со штоковыми полостями гидроцилиндров 5 стрелы, установлен клапан «ИЛИ» 17. Гидросистема содержит блок 18 переливных и подпиточных клапанов, включенных между рабочими полостями гидроцилиндра ковша 4. Контроль давления жидкости и газа осуществляется манометрами 19. Слив рабочей жидкости в изолированный гидробак 1 осуществляется через магистральный фильтр Ф с перепускным клапаном 20.
Сущность системы уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования состоит в том, что применение уравновешивающего цилиндра, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, позволяет значительно снизить нагрузку гидросистемы рабочего оборудования и потребную мощность двигателя, расход топлива и т.д., дает возможность повысить скорость подъема стрелы с грузом в ковше за счет соединения полостей гидроцилиндров стрелы между собой и с гидронасосом.
Система уравновешивания рабочего оборудования и защиты гидропривода фронтального погрузчика работает следующим образом.
Гидронасос нагнетает рабочую жидкость из гидробака 1 в распределитель 3. Подача рабочей жидкости в поршневую полость цилиндра ковша 4 осуществляется включением золотника распределителя 3б вниз. Для предохранения цилиндра ковша 4 и рукавов высокого давления его нагнетательной гидролинии в момент забора грунта в ковш от перегрузок между поршневой и штоковой полостями подключен блок 18 переливных и подпиточных клапанов. При чрезмерных нагрузках в поршневой полости цилиндра ковша 4 рабочая жидкость из этой полости поступает в штоковую, а ее излишек (так как поршневая полость больше штоковой) - на слив. При чрезмерных нагрузках в штоковой полости этого цилиндра рабочая жидкость из нее поступает в поршневую, а недостающее ее количество дополнительно подсасывается в поршневую полость из сливной линии.
Для подъема рабочего оборудования после заполнения ковша погрузчика материалом золотник распределителя 3в включают вниз, рабочие полости гидроцилиндров стрелы 5 соединяются между собой и с гидронасосом 2, как следует из описания прототипа скорость подъема рабочего оборудования при таком соединении увеличивается в 2 раза по сравнению с обычным гидроприводом. При этом из штоковых полостей гидроцилиндров 5 стрелы рабочая жидкость через клапан «ИЛИ» 17 сливается в гидробак 1. При подъеме стрелы рабочая жидкость из штоковой полости Б уравновешивающего цилиндра 10 также сливается в гидробак. Освободившееся пространство полостей А и В этого цилиндра заполняется соответственно рабочей жидкостью из гидравлической полости пневмогидроаккумулятора 9 и сжатым газом из баллона 11. Расчетное давление жидкости и газа на поршни цилиндра 10 вызывают необходимое усилие на его корпусе для уравновешивания веса рабочего оборудования.
Начало подъема рабочего оборудования после заполнения ковша материалом из неподвижного состояния в режим подъема груза сопровождается появлением значительных сил инерции рабочего оборудования и увеличением давления в поршневых полостях гидроцилиндров стрелы 5, в результате чего небольшой объем рабочей жидкости сбрасывается через обратный клапан 7 в пневмогидроаккумулятор 9. После разгона рабочего оборудования и установления постоянной скорости подъема стрелы давление в рабочих полостях гидроцилиндров стрелы 5 снижается, и рабочая жидкость из пневмогидроаккумулятора 9 через регулируемый дроссель 6 возвращается в поршневые полости гидроцилиндров 5 стрелы. Одновременно при некотором уменьшении объема поршневых полостей гидроцилиндров 5 стрелы происходит соответствующее увеличение объема штоковых полостей этих цилиндров, что обеспечивается при помощи клапана «ИЛИ» 17, обеспечивающего подсос рабочей жидкости из гидробака в штоковые полости гидроцилиндров стрелы. При возврате рабочей жидкости из пневмогидроаккумулятора 9 в гидроцилиндры 5 стрелы объем их поршневых полостей увеличивается, а объем штоковых полостей уменьшается за счет их сообщения со сливом в гидробак через клапан «ИЛИ» 17.
Для прекращения подъема рабочего оборудования золотник распределителя 3в устанавливают в нейтральную позицию, показанную на фигуре.
2
Для опускания рабочего оборудования золотник распределителя 3в включают вверх, при этом рабочая жидкость от гидронасоса 2 подается через клапан «ИЛИ» 17 в штоковые полости гидроцилиндров стрелы 5, а из поршневых полостей этих гидроцилиндров через распределитель 3в и магистральный фильтр Ф сливается в гидробак 1. При опускании стрелы одновременно под действием сил тяжести рабочего оборудования и усилий на штоках гидроцилиндров 5 корпус уравновешивающего цилиндра 10 опускается вниз и связанный со штоком поршень возвращается в исходное положение (также занимает исходное положение в цилиндре и свободный поршень), при этом газ из поршневой полости В уравновешивающего цилиндра 10 вытесняется в газовый баллон 11 через обратный клапан 13, жидкость из межпоршневой полости А вытесняется в гидравлическую полость пневмогидроаккумулятора 9 или при достижении давления срабатывания клапана-выключателя 8 по сливной линии поступает в гидробак 1, а увеличивающаяся штоковая полость Б названного цилиндра самовсасыванием заполняется рабочей жидкостью из сливной гидролинии.
Расположение газовой полости В уравновешивающего цилиндра 10 над его гидравлической полостью А способствует улучшению герметизации системы. При этом сила тяжести рабочего оборудования стремится переместить корпус уравновешивающего цилиндра 10 вниз относительно неподвижного поршня, шток которого шарнирно соединен с рамой погрузчика, а давление газа в поршневой полости В цилиндра и давление в гидравлической полости А препятствуют этому. При этом требуется надежное уплотнение пары поршень-зеркало цилиндра рабочих полостей.
Работа устройства в транспортном режиме осуществляется следующим образом. При наезде колес на неровность опорной поверхности происходит поворот остова погрузчика относительно оси заднего моста и возникает сила инерции рабочего оборудования, в результате чего увеличивается давление в поршневых полостях гидроцилиндров 5 стрелы. Снижение динамических нагрузок, возникающих при перемещении погрузчика с груженым ковшом по неровной дороге и гашение возникающих при этом колебаний осуществляется установленными перед пневмогидроаккумулятором 9 регулируемым дросселем 6 с обратным клапаном 7, который свободно пропускает часть объема рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров 5 стрелы в пневмогидроаккумулятор 9. После переезда неровности рабочая жидкость из пневмогидроаккумулятора, дросселируя, возвращается через регулируемый дроссель 6 в поршневые полости гидроцилиндров 5 стрелы. При этом на первой фазе работы устройства рабочая жидкость через клапан «ИЛИ» 17 подсасывается в штоковые полости гидроцилиндров 5 стрелы из гидробака, а на второй фазе процесса рабочая жидкость вытесняется из штоковых полостей гидроцилиндров 5 стрелы в гидробак через клапан «ИЛИ» 17.
В транспортном режиме вес рабочего оборудования стреловой машины с заполненным ковшом уравновешивается двумя условными «пружинами» с регулируемой жесткостью под различное сменное рабочее оборудование с учетом силы толчков со стороны опорной поверхности дороги, то есть высоты неровностей профиля дороги: жидкостной и газовой. Хотя рабочая жидкость считается практически несжимаемой, однако за счет использования в линии питания полости А пневмогидроаккумулятора (содержащего газовую полость) и регулирования давления питания полости А посредством специального клапана-выключателя величину давления жидкости в этой полости можно устанавливать регулировкой выходной характеристики пневмогидроаккумулятора. Давление в газовой полости В уравновешивающего цилиндра 10 регулируется газовым редуктором.
i
Жесткость C упругой среды (газа) можно оценить выражением:
i
ро
ст i
C=Mg/f,
ро
ст i
где M - масса рабочего оборудования, опирающаяся на корпус уравновешивающего цилиндра (шток с присоединенным к нему поршнем шарнирно закреплен на раме погрузчика); g - ускорение силы тяжести; f - статический прогиб подвески стрелы за счет сжатия газа под действием веса рабочего оборудования погрузчика.
Дросселирование жидкости и газа при перемещении поршней уравновешивающего цилиндра под весом рабочего оборудования при работе обеих «пружин» вызывает появление свойства демпфирования, то есть гашения колебаний стрелы и частичное поглощение толчков со стороны неровностей дороги, что благоприятно сказывается на работе вышерассмотренного устройства защиты гидропривода погрузчика. Величина требуемого коэффициента гидравлического сопротивления уравновешивающего цилиндра при работе может быть определена при заданных условиях по известной методике.