Гидропривод грузоподъемного механизма лесного манипулятора
HYDRAULIC DRIVE OF THE LOAD-LIFTING MECHANISM OF THE FOREST MANIPULATOR

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к грузоподъемным устройствам, а именно, к гидроприводам стреловых лесных манипуляторов навесного типа.
Известен навесной универсальный манипулятор ЛВ-184 (Бартенев И.М., Емтыль З.К., Татаренко А.П., Драпалюк М.В., Попиков П.И., Бухтояров Л.Д. Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование: монография. М., 2011. 408 с.), в котором механизм подъема стрелы выполнен в виде гидроцилиндра, шарнирно соединенного со стрелой и основанием манипулятора.
Недостатком известного манипулятора является повышенная динамическая нагруженность, возникающая при подъеме или опускании груза, так как динамические нагрузки гасятся только в верхнем или нижнем положениях стрелы за счет демпферов, встроенных в крышку гидроцилиндра, а при остановках стрелы в промежуточных положениях динамические нагрузки не гасятся.
Известен гидропривод грузоподъемного механизма (Пат. на полезную модель №89091 РФ; МПК B66C 13/42; опубл. 27.11.2009), включающий насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы с подводящим и отводящим трубопроводами, дроссельные демпферы, дополнительный демпфер, в корпусе которого размещен плунжер, причем объемы полостей дополнительного демпфера соединены со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы через обратные клапаны. Плунжер дополнительного демпфера выполнен ступенчатым, а в его концевых частях выполнены дросселирующие каналы с калиброванными отверстиями. Принят за прототип.
Недостатком данного гидропривода является то, что плунжер дополнительного демпфера обладает большой массой, не обеспечивает быстродействия срабатывания и занимает после срабатывания произвольное положение. Кроме того, объемы полостей дополнительного демпфера и калиброванные отверстия в дросселирующих каналах плунжера, соединяющие их с полостями гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы, не регулируются, что недостаточно снижает динамическую нагруженность гидропривода при остановках грузоподъемной стрелы в промежуточных положениях.
Изобретение решает задачу снижения динамической нагруженности гидропривода грузоподъемного механизма лесного манипулятора при остановках грузоподъемной стрелы в промежуточных положениях.
Это достигается тем, что в гидроприводе грузоподъемного механизма лесного манипулятора, включающем насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы с подводящим и отводящим трубопроводами, дроссельные демпферы, дополнительный демпфер, в корпусе которого размещен плунжер, причем объемы полостей дополнительного демпфера соединены со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы через обратные клапаны, согласно изобретению, плунжер дополнительного демпфера выполнен пустотелым и подпружинен с двух концов пружинами сжатия, корпус дополнительного демпфера снабжен резьбовыми пробками и регулировочными шайбами для регулирования объема полостей дополнительного демпфера, которые сообщены с полостями гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы через регулируемые дроссели, встроенные в корпус дополнительного демпфера, причем резьбовые пробки снабжены каналами и выполнены заодно с обратными клапанами.
цс
ст
бр
На фиг. 1 представлена схема гидропривода грузоподъемного механизма лесного манипулятора с действующими на него силами (F – усилие на штоке гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы; G – сила тяжести грузоподъемной стрелы; G – сила тяжести груза, например, пачки бревен).
Гидропривод грузоподъемного механизма лесного манипулятора включает в себя маслобак 1, насос 2, гидрораспределитель 3, гидроцилиндр 4 привода грузоподъемной стрелы с подводящим 5 и отводящим 6 трубопроводами, соединенными между собой трубопроводом 7, в который подключены обратный клапан 8, а также нормально закрытый управляемый обратный клапан 12 с линией управления 13. В отводящий трубопровод 6 установлен управляемый клапан 9, параллельно которому подключен трубопровод 10 с обратным клапаном 11. Управляемый клапан 9 снабжен линией управления 14. В линиях управления 13 и 14 установлены дроссельные демпферы 15. К подводящему 5 и отводящему 6 трубопроводам подключен дополнительный демпфер 16 через обратные клапаны 17 и 18, в корпусе которого размещен пустотелый плунжер 19, подпружиненный с двух концов пружинами сжатия 20 и 21. Левая полость 22 дополнительного демпфера 16 соединяется с подводящим трубопроводом 5 через канал и регулируемый дроссель 23, а правая полость 24 дополнительного демпфера 16 соединена с отводящим трубопроводом 6 через канал и регулируемый дроссель 25, причем регулируемые дроссели 23 и 25 встроены в корпус дополнительного демпфера 16. Корпус дополнительного демпфера 16 снабжен резьбовыми пробками 26 и 27 и регулировочными шайбами 28 и 29 для регулирования объема левой 22 и правой 24 полостей дополнительного демпфера 16, причем резьбовые пробки 26 и 27 снабжены каналами и выполнены заодно с обратными клапанами 17 и 18.
Гидропривод грузоподъемного механизма лесного манипулятора работает следующим образом.
При подъеме легких грузов рабочая жидкость, нагнетаемая из маслобака 1 насосом 2, направляется гидрораспределителем 3 по подводящему трубопроводу 5 в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы, а так как управляемый клапан 9 нормально закрыт, рабочая жидкость из штоковой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы поступает по трубопроводу 7 с обратным 8 и нормально закрытым управляемым обратным 12 клапанами в его поршневую полость, обеспечивая ускоренное перемещение грузоподъемной стрелы. При этом нормально закрытый управляемый обратный клапан 12 открыт благодаря наличию давления в подводящем трубопроводе 5 и линии управления 13. Одновременно с этим рабочая жидкость через обратный клапан 17 и канал в резьбовой пробке 26 поступает в левую полость 22 дополнительного демпфера 16, перемещая пустотелый плунжер 19 в правое положение и сжимая пружину сжатия 21. При этом рабочая жидкость из правой полости 24 дополнительного демпфера 16 дросселируется через канал и регулируемый дроссель 25 в отводящий трубопровод 6 и штоковую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы. При дросселировании рабочей жидкости всплеск давления в начале подъема груза гасится, и снижается динамическая нагрузка. После срабатывания пустотелый плунжер 19 за счет разжатия пружины сжатия 21 занимает исходное положение. При остановке лесного манипулятора в промежуточном положении поршневая и штоковая полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы отключаются от гидросистемы с помощью гидрораспределителя 3, а подводящий 5 и отводящий 6 трубопроводы становятся запертыми. В это же время стреловая группа манипулятора за счет инерционных и упругих сил некоторый момент времени продолжает подниматься вверх, в результате чего давление в штоковой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы повышается, и происходит сжатие рабочей жидкости и упругих элементов рукавов высокого давления запертых подводящего 5 и отводящего 6 трубопроводов. При этом поршень вытесняет некоторый объем рабочей жидкости ΔW, образованный за счет инерционной нагрузки:
,
Р
ин
где – давление рабочей жидкости за счет инерционной нагрузки в момент остановки в процессе подъема грузоподъемной стрелы;
Р
р
– рабочее давление в гидросистеме грузоподъемного механизма до остановки грузоподъемной стрелы;
Е
пр
– приведенный модуль упругости рабочей жидкости и гибких элементов трубопроводов;
W
ш
– объем рабочей жидкости в штоковой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы и отводящем трубопроводе 6.
Этот объем рабочей жидкости поступает в правую полость 24 дополнительного демпфера 16 через обратный клапан 18 под правый торец пустотелого плунжера 19, перемещая его в левое положение и сжимая пружину сжатия 20. При этом обратный клапан 17 закрывается, и рабочая жидкость из запертой левой полости 22 дополнительного демпфера 16 проходит через канал и регулируемый дроссель 23 в подводящий трубопровод 5 и далее в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы. При дросселировании рабочей жидкости грузоподъемная стрела плавно тормозится. После срабатывания пустотелый плунжер 19 возвращается в исходное положение в результате разжатия пружины сжатия 20. Расход рабочей жидкости левой 22 и правой 24 полостей дополнительного демпфера 16 подбирается с помощью резьбовых пробок 26 и 27 и регулировочных шайб 28 и 29 таким образом, что он равен объему рабочей жидкости от деформации в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы.
При подаче рабочей жидкости от гидрораспределителя 3 в отводящий трубопровод 6 она проходит через обратный клапан 11 в штоковую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы, что приводит к реверсированию исполнительного органа – грузоподъемной стрелы лесного манипулятора. При этом, вследствие соединения подводящего трубопровода 5 через гидрораспределитель 3 с маслобаком 1, давление в нем падает, что приводит к закрытию управляемого 9 и нормально закрытого управляемого обратного 12 клапанов и возможности поднятия давления в штоковой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы до величины регулировки соответствующего предохранительного клапана (на фиг. не показан), вмонтированного в корпус гидрораспределителя 3. При этом гидроцилиндр 4 привода грузоподъемной стрелы работает на втягивание штока с полным давлением. Управляемый 9 и обратный 11 клапаны с трубопроводом 10 конструктивно могут быть выполнены в одном агрегате, например, в виде гидрозамка, который вмонтирован в отводящий трубопровод 6. Линии управления 13 и 14 могут быть частично совмещены и подключены к подводящему трубопроводу 5 в одном месте. Нормально закрытый управляемый обратный клапан 12 может быть выполнен, как это изображено на фиг. 1, в виде гидрозамка или в виде напорного золотника с обратным клапаном, или в виде гидравлически управляемого направляющего устройства - все эти варианты технически эквивалентны. Момент открытия управляемого клапана 9 и перехода с быстрого движения поршня гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы на медленное определяется характером изменения внешней нагрузки и регулировкой управляемого клапана 9. Как правило, давление срабатывания управляемого клапана 9 устанавливается несколько ниже давления регулировки предохранительного клапана в этой системе.
Давление срабатывания нормально закрытого управляемого обратного клапана 12 должно быть несколько выше давления свободного слива рабочей жидкости из поршневой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы через гидрораспределитель 3 в маслобак 1. Параметры дроссельных демпферов 15 подбирают таким образом, чтобы исключить резкие переходы работы гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы с одного режима на другой, то есть снизить динамические нагрузки в гидросистеме.
При остановке грузоподъемной стрелы в режиме опускания стреловая группа манипулятора за счет сил инерции продолжает опускаться, и давление в поршневой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы возрастает. Рабочая жидкость из поршневой полости гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы по подводящему трубопроводу 5 через обратный клапан 17 поступает в левую полость 22 дополнительного демпфера 16 и перемещает пустотелый плунжер 19 в правое положение, при этом рабочая жидкость из правой полости 24 дополнительного демпфера 16 через регулируемый дроссель 25 и отводящий трубопровод 6 поступает в штоковую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы. При дросселировании рабочей жидкости всплеск давления во время остановки грузоподъемной стрелы в режиме опускания гасится, и грузоподъемная стрела тормозится.
За счет незначительной массы и быстродействия пустотелого плунжера 19 объем рабочей жидкости от деформации упругих элементов гидропривода  успевает проходить через дополнительный демпфер 16 за время, равное половине периода колебания грузоподъемной стрелы, поэтому колебания грузоподъемной стрелы в продольно-вертикальной плоскости прекращаются.
Такое исполнение заявляемого изобретения позволяет снизить динамическую нагруженность гидропривода грузоподъемного механизма лесного манипулятора при остановках грузоподъемной стрелы в промежуточных положениях.