ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ENERGY-SAVING DEVICE

Изобретение относится к стреловым строительным и дорожным машинам и может найти применение в одноковшовых экскаваторах и фронтальных погрузчиках. Целью изобретения является повышение надежности и снижение затрат энергии.
Известны устройства, снижающие затраты энергии на подъем рабочего оборудования, например, (RU патент 2428546 E02F 9/2, RU патент 2425928, E02F 9/22), содержащие стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном.
Общим недостатком известных устройств является низкая надежность и ограниченные возможности в достижении поставленной цели- снижении затрат энергии. Очевидно, что для уравновешивания тяжелого рабочего оборудования экскаватора или погрузчика, в уравновешивающем пневмоцилиндре и в газовом баллоне необходимо иметь высокое давление, по крайней мере, более 10 мПа. При таком высоком давлении сложно, а практически и невозможною, обеспечить герметичность в уплотнениях подвижных поршня и штока уравновешивающего пневмоцилиндра. Неизбежные утечки воздуха при их перемещениях в процессе выполнения работы приведут к снижению давления. Уменьшающееся давление воздуха в уравновешивающем пневмоцилиндре и в газовом баллоне снижает, вплоть до полной потери, возможности уравновешивания рабочего оборудования. В таком случае увеличиваются затраты энергии на подъем рабочего оборудования с добавлением затрат энергии на перемещение поршня и штока бесполезного в этот период уравновешивающего пневмоцилиндра.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, и принятое за прототип, является энергосберегающее устройство, включающее стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном (RU патент 2558545, E02F 9/22).
В этом известном устройстве для уменьшения утечек воздуха через уплотнения поршня и штока уравновешивающего пневмоцилиндр, его штоковая полость заполнена рабочей жидкостью и сообщена с гидробаком. Это может уменьшить утечки воздуха, но не может их исключить, поэтому недостаток присущий первым известны устройствам, сохраняется и в последнем. Для обеспечения работоспособности известного устройства, следует постоянно компенсировать неизбежные утечки воздуха, путем подзарядки газового баллона до заданной величины давления. Необходимо иметь на машине довольно дорогой компрессор высокого давления с приводом и с системой автоматического включения и выключения, а кроме того, на его привод потребуются дополнительные затраты энергии. Невозможность подзарядки газового баллона снижает надежность известного устройства и увеличивает потребление энергии, затрачиваемой на подъем рабочего оборудования. Попутно можно отметить, что совмещение газового баллона с уравновешивающим пневмоцилиндром значительно увеличивает его диаметр, а это затрудняет компоновку привода стрелы в ограниченном подстреловом секторе.
Предлагается энергосберегающее устройство, устраняющее отмеченные недостатки и позволяющее повысить надежность и уменьшить затраты энергии.
Энергосберегающее устройство, включающее стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном, снабжено зарядным пневмоцилиндром, манометром, пневмораспределителем, воздушными фильтрами, предохранительным и обратными пневмоклапанами, причем зарядный пневмоцилиндр выполнен в виде корпуса, расположенного в полом штоке уравновешивающего пневмоцилиндра и установленного внутри плунжера, а его полость сообщена с первым отводом пневмораспределителя и через первый обратный пневмоклапан со вторым отводом, при этом третий отвод сообщен через второй обратный пневмоклапан с газовым баллоном, который соединен пневмолиниями с предохранительным пневмоклапаном, с манометром, с поршневой полостью уравновешивающего пневмоцилиндра и с камерой управления пневмораспределителя, сообщенного четвертым отводом через воздушный фильтр, с окружающей средой.
В отличии от прототипа, в предлагаемом устройстве осуществляется компенсация утечек воздуха из газового баллона путем его подзарядки до заданной величины в течении всего времени выполнения работы машиной. При понижении давления, зарядный пневмоцилиндр, управляемый пневмораспределителем и пневмоклапанами, автоматически включается в режим нагнетания воздуха в газовый баллон и автоматически переводится в режим холостого хода, при достижении заданной величины давления. Зарядка газового баллона производится без дополнительных затрат энергии, поскольку используется потенциальная энергия силы тяжести рабочего оборудования. Это повышает надежность машины и снижает затраты энергии при выполнении рабочего процесса. На фиг. 1 изображен одноковшовый экскаватор с энергосберегающим устройством; на фиг. 2 - энергосберегающее устройство и схема управления.
Энергосберегающее устройство содержит стрелу 1, гидроцилиндры 2 привода стрелы и уравновешивающий пневмоцилиндр 3, соединенные шарнирно со стрелой и с базовой машиной. Уравновешивающий пневмоцилиндр 3 включает корпус с уплотнением 4, шток 5 и поршень 6 с уплотнением 7. Шток 5 выполнен полым и образует корпус зарядного пневмоцмлиндра с уплотнением 8, в котором размещен плунжер 9. Штоковая полость уравновешивающего пневмоцилиндра 3 сообщена через воздушный фильтр 10 с окружающей средой, а поршневая полость соединена с газовым баллоном 11, который сообщен с манометром 12 и предохранительным пневмоклапанном 13. Полость 14 зарядного пневмоцилиндра сообщена пневмолиниями с первым и через обратный пневмоклапран 15 со вторым отводами пневмораспределителя 16. Третий отвод пневмораспределителя сообщен через воздушный фильтр 17 с окружающей средой, а четвертый отвод соединен пневмолинией через обратный пневмоклапан 18 с газовым баллоном 11. Золотник пневмораспределителя 16 с одной стороны подпружинен и снабжен винтом 19 для регулирования упругости пружины, а пневматическая камера управления сообщена пневмолинией с газовым баллоном 11.
Энергосберегающее устройство действует следующим образом.
Изображение энергосберегающего устройства на фиг. 2 соответствует периоду, когда давление в газовом баллоне, вследствие утечек через уплотнения 4 и 8, снизилось и стало меньше заданной величины. Золотник пневмораспределителя 16 удерживается пружиной в позиции, в которой зарядный пневмоцилиндр 3 включен в рабочий режим и полость 14 сообщена через обратный пневмоклапан 15 с окружающей средой и через обратный пневмоклапан 18 с газовым баллоном 11. При включении гидроцилиндров 2 на подъем стрелы, она поднимается под совместным действием усилий этих гидроцилиндров, приводимых гидронасосом, и усилия уравновешивающего пневмоцилиндра 3, под действием давления воздуха от газового баллона 11. В процессе выдвижения штока 5 увеличивается объем полости 14 зарядного пневмоцилиндра и она заполняется воздухом через обратный пневмоклапан 15, пневмораспределитель 16 и воздушный фильтр 17 из окружающей среды. С началом опускания стрелы 1 и штока 5, под действием силы тяжести рабочего оборудования, объем полости 14 уменьшается и, воздух, ее заполняющий, сжимается и через обратный клапан 18 вытесняется в газовый баллон 11, подзаряжая его. Такие циклы повторяются, до момента достижения заданной величины давления зарядки газового баллона.
С достижением заданной величины давления зарядки газового баллона и в соединенной с ним камере управления пневмораспределителя 16, его золотник, преодолевая усилие пружины, перемещается вверх и занимает позицию, в которой полость 14 сообщается через пневмораспределитель 16 только с окружающей средой. Зарядный пневмоцилиндр находится в режиме холостого хода. Изменяя регулировочным винтом 19 упругость пружины, можно задавать необходимую величину давления зарядки газового баллона и контролировать ее по манометру 12. Это обеспечивает адаптацию предложенного устройства при использовании разнообразных по массе сменных элементов рабочего оборудования, применяемых для расширения функциональных возможностей машины.
Таким образом, предложенное энергосберегающее устройство обеспечивает, в сравнении с прототипом, повышение надежности и снижение затрат энергии за счет автоматической подзарядки газового баллона без дополнительной траты энергии и поддержание заданной величины давления при любой продолжительности работы машины. Пневмоцилиндр зарядки автоматически включается в рабочий режим закачки воздуха в газовый баллон в период падения в нем давления ниже установленной величины и также автоматически переключается в режим холостого хода при достижении заданной величины давления зарядки. Это сохраняет постоянное уравновешивание силы тяжести рабочего оборудования и снижает затраты энергии на его подъем.
Можно также отметить, что раздельное, в отличие от прототипа, исполнение газового баллона и уравновешивающего пневмоцилиндра, существенно уменьшает размеры последнего и облегчает компоновку привода стрелы в довольно ограниченном под стреловым секторе машины. Газовый баллон можно разместить в любом удобном месте машины.