ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТРЕЛОВОЙ ОДНОКОВШОВОЙ МАШИНЫ
ENERGY-EFFICIENT WORKING EQUIPMENT OF BOOM SINGLE-BUCKET MACHINE

Изобретение относится к стреловым одноковшовым строительным машинам, а именно к одноковшовым экскаваторам, фронтальным погрузчикам.
Известно энергосберегающее рабочее оборудование фронтального погрузчика [а.с. №804793, 15.02.1981, БИ №6], содержащее стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, дополнительный гидроцилиндр, пневмогидроаккумулятор.
Недостатком этого устройства является использование дорогостоящего агрегата - пневмогидроаккумулятора, параметры которого не приспособлены к условиям работы строительных машин.
Наиболее близким по технической сущности из известных технических решений к предлагаемому изобретению является энергосберегающее рабочее оборудование экскаватора [патент №2190062, 27.02.2002, БИ №27], содержащее стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, уравновешивающий гидроцилиндр, газовый баллон, пневмогидроаккумулятор, гидрораспределители, гидронасос.
Недостатками устройства является сложная конструкция устройства, обусловленная использованием пневмогидроаккумулятора и невозможность регулирования скорости подъема стрелы.
Задачей предлагаемого изобретения является создание энергосберегающего рабочего оборудования, позволяющего на двух скоростях подъема стрелы обеспечить энергосберегающий режим работы, при этом вторая повышенная скорость подъема стрелы позволяет обеспечить дополнительно увеличение производительности машины за счет уменьшения времени рабочего цикла.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем стрелу, ковш, основные гидроцилиндры стрелы, уравновешивающий пневмогидроцилиндр, газовый баллон, гидронасос, гидрораспределители, согласно изобретению поршневые полости основных гидроцилиндров стрелы выполнены с возможностью подключения к гидронасосу через основной гидрораспределитель или через дополнительный гидрораспределитель дифференциального исполнения, обеспечивающий возможность соединения одновременно штоковых и поршневых полостей основных гидроцилиндров с гидронасосом, при этом поршневая полость уравновешивающего пневмогидроцилиндра подключена к газовому баллону, заряженному азотом до давлением более 10 МПа, а соотношение квадратов диаметров поршня и штока основных гидроцилиндров стрелы выполнено в пределах
.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано энергосберегающее рабочее оборудование фронтального погрузчика; на фиг.2 - энергосберегающее рабочее оборудование экскаватора - обратная лопата; на фиг.3 - гидросистема управления стрелой, обеспечивающая две скорости подъема стрелы.
Энергосберегающее рабочее оборудование содержит (фиг.1, фиг.2) стрелу 1, ковш 2, основные гидроцилиндры 3, уравновешивающий пневмогидроцилиндр 4, газовый баллон 5, на фиг.3 дополнительно показаны основной гидрораспределитель 6, дополнительный гидрораспределитель 7, гидронасос 8.
Сущность энергосберегающего рабочего оборудования состоит в том, что при помощи уравновешивающего пневмогидроцилиндра, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, заряженным азотом до давления более 10 МПа, обеспечивается уравновешивание сил тяжести стрелы, ковша и других элементов рабочего оборудования, закрепленных на стреле, кроме того, благодаря выполнению размеров основных гидроцилиндров стрелы с соотношением квадратов диаметра поршня и штока в пределах  обеспечивается возможность получения второй повышенной скорости подъема стрелы, которая необходима для повышения производительности машины. При традиционной схеме подключения гидронасоса 8 к поршневым полостям основных гидроцилиндров 3 через гидрораспределитель 6 скорость поршня основных гидроцилиндров определяется по формуле
где Q - расход насоса; D - диаметр поршня основного гидроцилиндра стрелы.
Первая скорость по формуле (1) используется при черпании материала погрузчиком и тяжелых режимах копания грунта экскаватором.
Если гидронасос 8 соединить с основными гидроцилиндрами 3 при помощи дифференциального гидрораспределителя 7, обеспечивающего соединение с гидронасосом одновременно поршневых и штоковых полостей основных гидроцилиндров стрелы, то обеспечивается повышенная скорость движения поршня, определяемая по формуле
где d - диаметр штока основного гидроцилиндра стрелы.
Если соотношение квадратов диаметров поршня и штока основных гидроцилиндров стрелы  задать в пределах 1,3≤λ≤2,0, то скорость штоков основных гидроцилиндров стрелы будет иметь величину, определяемую по формуле
Сравнение формулы (3) с формулой (1) показывает, что скорость поршня зависит от величины λ - соотношение квадратов диаметров поршня и штока основных гидроцилиндров стрелы,
Рассмотренный способ повышения скорости подъема рабочего оборудования не связан с изменением параметров гидронасоса и двигателя.
Энергосберегающее рабочее оборудование работает следующим образом. Для подъема стрелы из положения черпания у погрузчика или положения копания у экскаватора золотник 6 включается вниз, рабочие полости основных гидроцилиндров соединяются с гидронасосом и происходит подъем стрелы на 1-й скорости, определяемой по формуле (1). При установке гидрораспределителя 6 в нейтральное положение подъем стрелы прекращается. При подъеме стрелы на высоту транспортного средства у погрузчика или на высоту разгрузки у экскаватора целесообразно использовать вторую повышенную скорость подъема для экономии времени рабочего цикла и повышения производительности.
Для этого гидрораспределитель 7 включается вниз. Рабочая жидкость от гидронасоса 8 подается одновременно в поршневые и штоковые полости основных гидроцилиндров 3 стрелы, при этом обеспечивается повышенная скорость поршня гидроцилиндра стрелы, определяемая по формуле (3). При подъеме стрелы во всех случаях работает уравновешивающий пневмогидроцилиндр, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, заряженным давлением более 10 МПа, благодаря чему уравновешивающий пневмогидроцилиндр уравновешивает силы тяжести всех элементов рабочего оборудования и этим обеспечивает энергосбережение рабочего процесса. Основные гидроцилиндры 3 выполняют только полезную работу - подъем полезного груза в ковше.
Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает энергосбережение, повышение производительности и увеличивает КПД рабочего оборудования.