РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ГИДРОПРИВОД ЛЕСНОГО МАНИПУЛЯТОРА
RECUPERATIVE HYDRAULIC GEAR OF WOOD MANIPULATOR

Изобретение относится к лесному и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к гидроприводам лесных манипуляторов.
Известно энергоэкономичное гидравлическое устройство, содержащие гидроцилиндр, сливную и напорную гидромагистрали, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак (патент Германии DE №295212, F15В 1/02, 24.10.91).
Данная схема не обеспечивает надежной работы устройства при снижении или отсутствии давления в гидроаккумуляторе.
Известно устройство для восстановления энергии, содержащее гидроцилиндр, сливную и напорную гидромагистрали, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак (международная заявка РСТ №9613669, F15В 11/064, 09.05.96).
Недостатком данного устройства является его достаточно сложная конструкция.
Из прототипа (патент №2338352, А01В 63/10, 20.11.2008, бюл. №32) известен рекуперативный гидропривод лесохозяйственного агрегата, содержащий гидроцилиндры, сливную и напорную гидромагистрали, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак.
Однако указанный рекуперативный гидропривод лесохозяйственного агрегата обладает повышенной металлоемкостью и недостаточной надежностью конструкции.
Изобретение решает задачу снижения расхода топлива, повышения надежности, а также снижение металлоемкости лесного манипулятора.
Это достигается тем, что рекуперативный гидропривод лесного манипулятора, включающий гидрораспределитель, насос, гидробак, разгрузочный автоматический клапан, гидравлический аккумулятор, подпружиненный мультипликатор давления, сливную и напорную гидромагистрали, согласно изобретению, дополнительно содержит гидроцилиндр грейфера, опорно-поворотное устройство манипулятора, гидроцилиндр рукояти, гидроцилиндр стрелы, нерегулируемый гидромотор, гидроцилиндры удлинителя, причем гидроцилиндр захвата связан через золотниковое устройство секции гидрораспределителя с напорной, сообщенной с гидроаккумулятором, и сливной гидромагистралями, заштоковые полости гидроцилиндров двухстороннего действия опорно-поворотного устройства через дроссель и золотниковое устройство секции гидрораспределителя сообщены с напорной и сливной гидромагистралями, при этом полость подпружиненного мультипликатора давления со стороны большего диаметра поршня сообщена через золотниковое устройство секции гидрораспределителя с заштоковой полостью гидроцилиндра рукояти, а полость подпружиненного мультипликатора давления со стороны меньшего диаметра сообщена через один обратный клапан с напорной и через другой - со сливной гидромагистралями, а гидроцилиндр рукояти через золотниковое устройство сообщен с напорной и сливной гидромагистралями, при этом гидроцилиндр удлинителя через золотниковое устройство секции гидрораспределителя сообщен со сливной и напорной гидромагистралями, а нерегулируемый гидромотор через другую секцию гидрораспределителя сообщен со сливной и напорной гидромагистралями, при этом полость подпружиненного мультипликатора давления со стороны большего диаметра поршня сообщена через золотниковое устройство секции гидрораспределителя с заштоковой полостью гидроцилиндра стрелы, а полость подпружиненного мультипликатора давления со стороны меньшего диаметра сообщена через один обратный клапан с напорной и через другой - со сливной гидромагистралями, а гидроцилиндр стрелы через золотниковое устройство сообщен с напорной и сливной гидромагистралями, при этом гидравлический аккумулятор выполнен в герметичной полости, например, стрелы манипулятора, заправленной под давлением рабочей жидкостью, и в которую помещены упругие элементы в виде заполненных под давлением газов отдельных камер сферической формы, выполненных из эластичного материала.
Выход из строя нескольких камер, заполненных газом, существенно не отразится на работе гидравлического аккумулятора и гидравлическая система манипулятора не потеряет свою работоспособность.
На фиг.1, 2, 3 изображена схема рекуперативного гидропривода лесного гидроманипулятора.
Рекуперативный гидропривод лесного гидроманипулятора состоит из рекуперативных систем 1, 2, секций гидрораспределителя 3, 4, 5, 6, 7, 8, гидроцилиндра грейфера 9, гидроцилиндра удлинителя 10, нерегулируемого гидромотора 11 и насосно-аккумуляторного узла 12. Рекуперативная система 1 стрелы лесного гидроманипулятора включает гидроцилиндр 13, подпружиненный гидравлический мультипликатор 14, обратные клапаны 15, 16. Рекуперативная система 2 рукояти манипулятора включает гидроцилиндр 17, гидравлический мультипликатор 18 и обратные клапаны 15, 16. Опорно-поворотное устройство 19 включает цилиндры двухстороннего действия с регулируемым торможением в конце хода со стороны поршня 20 и 21, реечно-шестеренчатый механизм 22 и дроссели 23, 24. Насосно-аккумуляторный узел 12 включает насос 25, гидробак 26, фильтр 27, предохранительный клапан 28, гидравлический аккумулятор 29, манометр 30 и разгрузочный автоматический клапан 31, который в свою очередь включает двухпозиционный распределитель 32 и предохранительный клапан 33. Все системы гидропривода соединены между собой напорной 34 и сливной 35 гидромагистралями. Гидравлический манипулятор состоит из поворотной платформы 36, стрелы 37 и рукояти 38. Стрела 37 манипулятора снабжена съемными крышками 39 и ниппелями 40, к которым присоединены упругие элементы 41, помещенные в полость стрелы 37 манипулятора. Упругие элементы 41 выполнены в виде заполненных под давлением газов отдельных камер сферической формы. Рабочая жидкость подается в гидравлический аккумулятор, выполненный в герметичной полости, например стрелы 37 манипулятора через гибкий трубопровод 42. Манипулятор представляет собой подъемный механизм, обеспечивающий перемещение лесоматериалов по кратчайшей траектории в пределах зоны действия.
Работа рекуперативного гидропривода лесного манипулятора основана на насосном эффекте и заключается в следующем. При совершении лесным гидроманипулятором технологических операций по погрузке и разгрузке лесоматериалов с лесовозного транспорта стрела гидроманипулятора 37 опускается с некоторым ускорением вниз. В этот момент рабочая жидкость из заштоковой полости гидроцилиндра 13 стрелы манипулятора вытесняется через золотниковое устройство секции гидрораспределителя 3 в полость большего диаметра мультипликатора давления 14. При этом поршень и шток мультипликатора перемещаются вниз и вытесняют сжатую рабочую жидкость через обратный клапан 16 и напорную гидромагистраль 34 в гидравлический аккумулятор 29, выполненный в герметичной полости, например, стрелы лесного манипулятора через гибкий трубопровод 42. Необходимое давление в упругих элементах 41 обеспечивается от внешнего источника давления сжатого газа. Заданное давление в аккумуляторе должно быть необходимым и достаточным для обеспечения нормального функционирования рекуперативного гидропривода лесного манипулятора. Вытесненная рабочая жидкость из штоковой полости мультипликатора давления 14 поступает в гидравлический аккумулятор - полость стрелы манипулятора 37, сжимает находящиеся в ней упругие элементы 41 и давление в гидравлическом аккумуляторе 29 повышается. Накапливаемая, таким образом, гидравлическая энергия в гидравлическом аккумуляторе 29, помещенном в полость стрелы 37 манипулятора, в дальнейшем используется всеми потребителями для выполнения заданных операций в ходе технологического процесса по погрузке и разгрузке лесоматериалов. При движении поршня гидроцилиндра 13 вверх поршень и шток мультипликатора давления 14, под воздействием ранее сжатой пружины, перемещаются вверх. Образующееся при этом разряжение в полости меньшего диаметра мультипликатора 14 устраняется с помощью обратного клапана 15. На конце удлинителя на подвеске крепиться нерегулируемый гидромотор 11, назначением которого является поворот грейфера вокруг вертикальной оси. Его работоспособность обеспечивается путем подачи рабочей жидкости через золотниковое устройство секции гидрораспределителя 4. Угол поворота грейфера неограничен. Крутящий момент нерегулируемого гидромотора 11 имеет одинаковую величину во всех положениях. Подача рабочей жидкости в гидроцилиндр грейфера 9 осуществляется сквозь нерегулируемый гидромотор 11 через его вращающийся вал. При подаче рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра 9 челюсти грейфера разводятся. Работоспособность гидроцилиндра удлинителя 10 рукояти манипулятора 38 обеспечивается за счет подачи рабочей жидкости по напорной гидромагистрали 34 через золотниковое устройство секции гидрораспределителя 5 в штоковую или заштоковую полости гидроцилиндра 10 в зависимости от необходимости выполняемой технологической операции. Принцип действия рекуперативной системы 2 аналогичен действию ранее описанной рекуперативной системы 1 и сводится к следующему. При разгрузке или погрузке лесоматериалов рукоять 38 гидроманипулятора возвращается под действием сил инерции с некоторым ускорением вниз. Рабочая жидкость из заштоковой полости гидроцилиндра 17 рукояти манипулятора вытесняется через золотниковое устройство секции гидрораспределителя 6 в полость большего диаметра мультипликатора давления 18. При этом поршень и шток мультипликатора перемещаются вниз и вытесняют сжатую рабочую жидкость через обратный клапан 16 и напорную гидромагистраль 34 в гидравлический аккумулятор 29, выполненный в герметичной полости, например, стрелы 37 лесного манипулятора через гибкий трубопровод 42. Необходимое давление в упругих элементах 41 обеспечивается от внешнего источника давления сжатого газа. Заданное давление в аккумуляторе должно быть необходимым и достаточным для обеспечения нормального функционирования рекуперативного гидропривода лесного манипулятора. Вытесненная рабочая жидкость из штоковой полости мультипликатора давления 18 поступает в гидравлический аккумулятор - полость стрелы манипулятора 37, сжимает находящиеся в ней упругие элементы 41, и давление в гидравлическом аккумуляторе 29 повышается. Накапливаемая, таким образом, гидравлическая энергия в гидравлическом аккумуляторе 29, помещенном в полость стрелы 37 манипулятора, в дальнейшем используется всеми потребителями для выполнения заданных операций в ходе технологического процесса по погрузке и разгрузке лесоматериалов. При движении поршня гидроцилиндра 17 вверх поршень и шток мультипликатора давления 18, под воздействием ранее сжатой пружины, перемещаются вверх. Образующееся при этом разряжение в полости меньшего диаметра мультипликатора 18 устраняется с помощью обратного клапана 15. Поворот манипулятора осуществляется за счет опорно-поворотного устройства 19 следующим образом. Рабочая жидкость одновременно подается в заштоковые полости гидроцилиндров 20, 21 с противоположных сторон, при этом поршни гидроцилиндров 20 и 21 приводят в поступательное движение рейку 22, которая поворачивает поворотную платформу, входящую с ней в зацепление. В конце хода поршней гидроцилиндров 20, 21 в работу включаются дроссели 23, 24, которые выполняют роль демпферов и происходит снижение скорости поворота поворотной платформы манипулятора. В периоды полной зарядки гидравлического аккумулятора 29 срабатывает разгрузочный автоматический клапан 31, предназначенный для автоматического перевода насоса 25 в режим холостого хода, когда отсутствует потребление энергии гидросистемой и подзарядки гидравлического аккумулятора 29 при понижении давления в нем до определенной величины. В процессе работы лесного манипулятора защита рекуперативного гидропривода от превышения заданной величины давления, при полностью заряженном гидравлическом аккумуляторе 29, осуществляется с помощью предохранительного клапана 33.
Таким образом, рекуперативный гидропривод обеспечивает снижение расхода топлива лесного манипулятора за счет аккумулирования гидравлической энергии при опускании стрелы и рукояти манипулятора в рабочее положение под действием сил инерции и собственной массы. Кроме этого вследствие размещения гидравлического аккумулятора в полости стрелы манипулятора снижается металлоемкость конструкции, а наличие не одного, а нескольких упругих элементов в виде отдельных камер предварительно заполненных газом повышает надежность лесного гидроманипулятора.