Механизм поворота колонны стрелового манипулятора
MECHANISM OF BACKHOE COLUMN ROTATION

Изобретение относится к грузоподъемным устройствам, а именно к механизмам поворота с гидравлическим приводом.
Известен механизм поворота колонны стрелового манипулятора, содержащий поворотную колонну с закрепленной на ней шестерней, зубчатую рейку, размещенную внутри гидроцилиндров, в поршни которых встроены демпфирующие устройства, а в крышках гидроцилиндров выполнены каналы, сообщающиеся с распределителем гидросистемы базовой машины и с полостями дополнительного демпфера, в торцевых стенках изолированных полостей корпуса демпфера установлены пробки, выполненные в виде гильз, внутри которых размещены плунжеры, в каналах ступенчатого плунжера установлены сменные дроссели с калиброванными отверстиями, поршневые полости гидроцилиндров сообщены с гидробаком через дополнительно установленные обратные и предохранительные клапаны (см. а.с. СССР №1792910, В66С 13/42, опубл. 07.02.1983 г.).
Недостатками конструкции является то, что при остановках поворотной колонны в различных положениях происходит демпфирование колебаний путем перетекания жидкости из одной полости в другую через дроссельные отверстия, при этом гидравлическая энергия превращается в тепловую, что приводит к перегреванию рабочей жидкости и потере энергии.
Известен механизм поворота колонны стрелового манипулятора, содержащий поворотную колонну с закрепленной на ней шестерней, зубчатую рейку, размещенную внутри гидроцилиндров, в поршни которых встроены демпфирующие устройства, а в крышках гидроцилиндров выполнены каналы, сообщающиеся с распределителем гидросистемы базовой машины и с полостями дополнительного демпфера, а также дополнительные пневмоцилиндры, включающие в себя поршни, установленные на штоках, выполненных в виде рейки, находящейся в зацеплении с шестерней поворотной колонны (патент РФ №2479481, В66С 13/42, опубл. 20.04.2013 г., бюл №11).
Недостатком конструкции является то, что при крайних положениях поршней пневмоцилиндров они упираются в крышки, поэтому нет достаточного объема для сжатого воздуха. Кроме того, не предусмотрена подкачка начального давления воздуха в полости пневмоцилиндров от тормозной пневмосистемы базового автомобиля, что снижает эффективность демпфирования колебаний давления рабочей жидкости и рекуперации энергии торможения поворотной колонны.
Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является механизм поворота стрелового манипулятора, содержащий поворотную колонну с закрепленной на ней шестерней, зубчатую рейку, размещенную внутри гидроцилиндров, в поршни которых встроены демпфирующие устройства, а в крышках гидроцилиндров выполнены каналы, сообщающие с распределителем гидросистемы базовой машины и с полостями дополнительного демпфера, а также дополнительные пневмоцилиндры, включающие в себя поршни установленные на штоках, выполненных в виде рейки, находящейся в зацеплении с шестерней поворотной колонны, причем гильзы дополнительных пневмоцилиндров выполнены на 15-20 мм длиннее гильз гидроцилиндров, а полости пневмоцилиндров подключены к тормозной пневмосистеме базового автомобиля через обратные клапаны (патент РФ №142683, В66С 13/42 опубл. 27.06.2014).
Недостатком прототипа является то, что при крайних положениях поршней пневмоцилиндров давление сжатого воздуха ограничивается пределами, при котором воздух превращается в жидкость, поэтому энергия торможения колонны не полностью аккумулируется, кроме того, сжатый воздух создает дополнительные колебания в системе, усложняется конструкция уплотняющих устройств для устранения утечек воздуха из пневмосистемы, что снижает эффективность демпфирования колебаний давления рабочей жидкости и рекуперации энергии торможения поворотной колонны.
Задачей изобретения является повышение эффективности накапливания и рекуперации энергии и демпфирования колебаний давления рабочей жидкости в пускотормозных режимах механизма поворота колонны манипулятора.
Достигаемый технический результат: при разгоне и торможении поворотной колонны происходит накапливание энергии в гидроаккумуляторе, которая возвращается в гидросистему при последующих рабочих процессах манипулятора, улучшается демпфирование колебаний давления рабочей жидкости, что позволяет повысить производительность и надежность всего агрегата в тяжелых условиях лесных объектов.
Для этого в механизме поворота стрелового манипулятора, содержащем поворотную колонну с закрепленной на ней шестерней, зубчатую рейку, размещенную внутри гидроцилиндров, в поршни которых встроены демпфирующие устройства, а в крышках гидроцилиндров выполнены каналы, сообщающиеся с распределителем гидросистемы базовой машины, согласно изобретению поршневые полости гидроцилиндров при повышении в них давления рабочей жидкости выше предварительной зарядки гидроаккумулятора соединены с ним через обратные клапаны и напорную гидролинию, а при понижении в них давления рабочей жидкости ниже атмосферного соединены через обратные клапаны и сливную гидролинию с гидробаком.
На фиг. 1 схематически изображен механизм поворота колонны манипулятора. На колонне 1 стрелового манипулятора, установленной на раме 2 лесозаготовительной машины, закреплена шестерня 3, взаимодействующая с зубчатой рейкой 4. Рейка 4 помещена внутри гидроцилиндров 5 и 6. Поршневые полости гидроцилиндров 5 и 6 сообщены через обратные клапаны 7 и 8 и гидролинию 9 с гидроаккумулятором 10, а через обратные клапаны 11 и 12 и гидролинию 13 - с гидробаком 14. Поршневые полости гидроцилиндров 5 и 6 соединены гидролиниями 15 и 16 с распределителем 17.
Насосно-аккумуляторный узел 18 включает насос 19, гидробак 14, фильтр 20, обратный клапан 21, гидроаккумулятор 10 и разгрузочно-автоматический узел 22, включающий в себя обратный 23, разгрузочный 24 и предохранительный 25 клапаны.
Устройство работает следующим образом.
При повороте колонны 1 против часовой стрелки рабочая жидкость от распределителя 17 подается в поршневую полость гидроцилиндра 5, перемещая зубчатую рейку 4 вправо, и одновременно поступает через обратный клапан 7 и гидролинию 9 в гидроаккумулятор 10, при этом гасится всплеск давления рабочей жидкости в момент разгона поворотной колонны и накапливается энергия. При остановке механизма поворота колонны гидроцилиндры 5 и 6 отключаются от гидросистемы с помощью распределителя 17 и подсоединенные к ним гидролинии 15 и 16 становятся запертыми. Однако колонна 1 под действием инерционных сил продолжает поворачиваться в том же направлении (против часовой стрелки), в результате инерционных сил происходит повышение давления в поршневой полости гидроцилиндра 6 и жидкость нагнетается через обратный клапан 8 в гидроаккумулятор 10, аккумулируя энергию торможения колонны, уменьшая количество дросселируемой жидкости и потери энергии на ее нагревание. Одновременно за счет разрежения в поршневой полости гидроцилиндра 5 рабочая жидкость от гидробака 14 подается через обратный клапан 12 в поршневую полость гидроцилиндра 5.
При повороте колонны 1 по часовой стрелке рабочая жидкость от распределителя 17 подается в поршневую полость гидроцилиндра 6, перемещая рейку 4 влево, и одновременно поступает через обратный клапан 8 и гидролинию 9 в гидроаккумулятор 10, при этом гасится всплеск давления рабочей жидкости в момент разгона поворотной колонны и накапливается энергия. При остановке механизма поворота колонны гидроцилиндры 5 и 6 отключаются от гидросистемы с помощью распределителя 17 и подсоединенные к ним гидролинии 15 и 16 становятся запертыми. Однако колонна под действием инерционных сил продолжает поворачиваться в том же направлении (по часовой стрелке), в результате инерционных сил происходит повышение давления в поршневой полости гидроцилиндра 5 и жидкость нагнетается через обратный клапан 7 в гидроаккумулятор 10, аккумулируя энергию торможения колонны, уменьшая количество дросселируемой жидкости и потери энергии на ее нагревание. Одновременно за счет разрежения в поршневой полости гидроцилиндра 6 рабочая жидкость от гидробака 14 подается через обратный клапан 11 в поршневую полость гидроцилиндра 6.
Энергия торможения колонны из гидроаккумулятора возвращается в гидросистему при обратном повороте колонны манипулятора или на подъем стрелы с грузом (не показан), повышая тем самым производительность погрузочно-разгрузочных работ.
В процессе работы гидропривод механизма поворота колонны манипулятора защищен от превышения заданной величины давления рабочей жидкости при полностью заряженном гидроаккумуляторе 10 с помощью разгрузочного 24 и предохранительного 25 клапанов разгрузочно-автоматического узла 22. В периоды полной зарядки гидроаккумулятора 10 срабатывает разгрузочно-автоматический узел 22, предназначенный для автоматического перевода насоса в режим холостого хода, в этом случае рабочие процессы гидроманипулятора обеспечиваются за счет энергии от гидроаккумулятора 10. В случае недостаточной заряженности гидроаккумулятора 10 и снижения в нем давления ниже допустимого бесперебойную работу гидропривода обеспечивает насос 19 через нормально открытый обратный клапан 23. При забивании фильтра 20 механическими частицами рабочая жидкость сливается в гидробак 14 через обратный клапан 21.