ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСКАВАТОРА С СОЧЛЕНЕННОЙ СТРЕЛОЙ
ENERGY-SAVING OPERATING EQUIPMENT OF EXCAVATOR WITH ARTICULATED DIGGING ARM

Изобретение относится к одноковшовым универсальным экскаваторам, имеющим сочлененную стрелу.
Известно рабочее оборудование экскаватора с телескопической стрелой, например [АС №384988, 29.05.1973, БИ №25], содержащее колесный базовый трактор, стрелу, содержащую основание стрелы и оголовок стрелы, причем основание стрелы выполнено в виде трубы, в которой расположен оголовок стрелы и гидроцилиндр регулирования длины стрелы.
Недостатком этого устройства являются большие габариты стрелы, обусловленные последовательным расположением гидроцилиндра регулирования длины стрелы, оголовка стрелы и основания стрелы.
Наиболее близким по технической сущности из известных технических решений к предлагаемому устройству является рабочее оборудование одноковшового экскаватора с сочлененной стрелой [А.В.Раннев. Одноковшовые строительные экскаваторы. Москва, «Высшая школа», 1991. - 304 с. С.35], содержащее гусеничную базовую машину, основание стрелы, оголовок стрелы, рукоять, ковш, основные гидроцилиндры подъема стрелы, гидроцилиндр регулирования длины стрелы.
Недостатком данного устройства является большая нагруженность гидроцилиндров подъема стрелы, обусловленная увеличенной консольностью рабочего оборудования, большим радиусом копания и большой глубиной копания.
Другим недостатком устройства являются большие динамические нагрузки в гидроприводе стрелы в начале ее разгона при подъеме и в момент торможения при опускании, обусловленные высоким расчетным давлением в гидроприводе (32 МПА) и большой консольностью расположения сил тяжести элементов рабочего оборудования относительно шарнира крепления стрелы на портале.
Рабочее оборудование одноковшового экскаватора по АС №384988 и прототипу [А.В.Раннев. Одноковшовые строительные экскаваторы. Москва, «Высшая школа», 1991. - 304 с. С.20, с.35], является энергозатратным, так как при подъеме полезного груза в ковше бесполезно расходуется значительная энергия на преодоление сил тяжести стрелы, рукояти, ковша. На преодоление этих сил тяжести двигатель расходует топливо.
Задачей изобретения является усовершенствование конструкции рабочего оборудования экскаватора путем уравновешивания силы тяжести стрелы, рукояти и ковша и обеспечение гашения колебаний стрелы при динамических нагрузках.
Поставленная задача изобретения решена тем, что в известном устройстве, включающем сочлененную стрелу, содержащую основание стрелы, оголовок стрелы, рукоять, ковш, основные гидроцилиндры подъема стрелы, гидроцилиндр регулирования длины стрелы, дополнительно используется уравновешивающий пневмогидроцилиндр, соединенный шарнирно с порталом и основанием стрелы, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, заряженным давлением более 10 МПа, объем которого равен, по меньшей мере, пяти рабочим объемам уравновешивающего пневмогидроцилиндра, при этом в поршневую полость, по меньшей мере, одного основного гидроцилиндра подъема стрелы подключен пневмогидроаккумулятор, газовая полость которого заряжена начальным давлением более 10 МПа и разделена, по меньшей мере, на две газовые камеры, разделенные перегородкой, в которой установлен регулируемый дроссель.
Предложенное изобретение позволило создать энергосберегающее рабочее оборудование и осуществить гашение колебаний стрелы в динамических режимах работы.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид энергосберегающего рабочего оборудования экскаватора, на котором основные гидроцилиндры подъема стрелы закрывают уравновешивающий пневмогидроцилиндр, расположенный внутри. На фиг.2 показано энергосберегающее рабочее оборудование, на котором условно отсечены основные гидроцилиндры подъема стрелы и показан уравновешивающий пневмогидроцилиндр в нижнем положении копания и верхнем положении при выгрузке ковша.
Изобретение содержит нижнюю раму с гусеничным ходовым механизмом 1, поворотную платформу 2 с порталом 3, на котором шарнирно установлено основание стрелы 4, шарнирно соединенное с оголовком стрелы 5, рукоять 6, ковш 7, основные гидроцилиндры 8 подъема стрелы, уравновешивающий пневмогидроцилиндр 9, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном 10 (см. фиг.2) магистралью 11. В поршневую полость основного гидроцилиндра 8 подъема стрелы подключен гидролинией 12 пневмогидроаккумулятор 13 (см. фиг.1), в котором поршень 14 разделяет гидравлическую и газовую полости.
Газовая полость 15 пневмогидроаккумулятора разделена на две газовые полости перегородкой 16, в которой установлен регулируемый дроссель 17. Основание стрелы 4 и оголовок стрелы 5 связаны гидроцилиндром 18 регулирования длины стрелы.
Работа энергосберегающего рабочего оборудования осуществляется следующим образом. Рабочие операции поворота ковша и рукояти совершаются обычным образом и описанию не подлежат.
Для подъема рабочего оборудования с заполненным ковшом штоки основных гидроцилиндров 8 выдвигаются из гидроцилиндров и поворачивают основание стрелы 4 против часовой стрелки относительно портала 3. Одновременно (см. фиг.2) уравновешивающий пневмогидроцилиндр 9, поршневая полость которого соединена гидромагистралью 11 с газовым баллоном 10, осуществляет уравновешивание силы тяжести основания стрелы 4, оголовка стрелы 5, рукояти 6 и ковша 7. Вследствие этого при подъеме рабочего оборудования основные гидроцилиндры 8 при подъеме стрелы воспринимают только полезную нагрузку от веса полезного груза в ковше. В результате этого снижается нагрузка на двигатель, гидронасосы, гидроцилиндры и повышается долговечность рассмотренных элементов. Одновременно значительно снижается потребление топлива двигателем и повышается КПД рабочего оборудования.
При опускании рабочего оборудования происходит втягивание штоков в гидроцилиндры 8, происходит вращение рабочего оборудования по часовой стрелке относительно портала 3, при этом газ из поршневой полости уравновешивающего пневмогидроцилиндра 9 возвращается в газовый баллон 10 практически при отсутствии сопротивления. При этом объем газового баллона 10 равен по меньшей мере пятикратному рабочему объему уравновешивающего пневмогидроцилиндра, в результате чего при подъеме и опускании стрелы давление в газовом баллоне 10 остается примерно постоянным.
В начале подъема рабочего оборудования с грузом в ковше и при торможении в процессе подъема возникают значительные силы инерции от масс груза, ковша, рукояти, оголовка стрелы и основания стрелы. Для демпфирования колебаний стрелы в поршневые полости основных гидроцилиндров 8 гидролинией 12 подключен пневмогидроаккумулятор 13 (см. фиг.1). Газовая полость 15 пневмогидроаккумулятора 13 разделена на две камеры перегородкой 16, которая снабжена регулируемым дросселем 17.
При давлении в поршневых полостях основных гидроцилиндров 8 менее 10 МПа система демпфирования не работает, а поршень 14 пневмогидроаккумулятора 13 находится в нижнем предельном положении.
Когда динамические нагрузки на рабочем оборудовании становятся значительными (более 10 МПа) поршень 14 начинает перемещаться вверх, сжимая газ в рабочей камере 15. В результате этого давление газа над поршнем 14 оказывается значительно большим, чем над разделительной перегородкой 16. Поэтому газ в пневмогидроаккумуляторе подвержен не только упругому сжатию, но и подвергается дросселированию с помощью дросселя 17. Благодаря появлению дополнительных демпфирующих сил снижается жесткость гидросистемы основных гидроцилиндров 8 и ограничивается уровень динамических давлений в гидроприводе и насосе.