ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭКСКАВАТОРА
HYDRAULIC SYSTEM OF EXCAVATOR

Изобретение относится к гидравлическим системам строительных и дорожных машин, а именно к системам управления рабочим оборудованием гидравлических экскаваторов, и может найти применение в горном деле, строительстве и коммунальном хозяйстве при ударной отбойке прочных материалов и погружении в грунт стержневых элементов.
Известна гидравлическая импульсная система активного ковша экскаватора (Сафанков Е.И. Изыскание конструкции и следование режимов работы гидравлических импульсных систем активных ковшей экскаваторов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Караганда: КПИ, 1975, с. 7), исполнительный орган которой выполнен в виде ковша, в котором установлены три гидравлических ударных устройства непрерывного цикла, имеющие возможность раздельного включения под действием заданной силы статического поджатая инструмента, и привод, содержащий хотя бы один гидронасос, обеспечивающий питание гидравлических ударных устройств.
Недостатком этой системы является то, что при используемых в системе гидравлических ударных устройствах с непрерывным циклом, для обеспечения номинальной энергии удара каждое гидравлическое ударное устройство должно иметь индивидуальный гидронасос (или несколько гидронасосов, работающих параллельно на одну магистраль), то при изменении количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств будет изменяться расход жидкости, поступающей к каждому гидравлическому ударному устройству, и, как показывают расчеты (Городилов Л.В. Исследование характеристик рабочих циклов гидравлических ударных машин с идеальным распределителем// ФТПРПИ. - 2002. - №1. - с. 82-87), выходные характеристики гидравлических ударных устройств (предударная скорость и энергия ударов).
3
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту, является гидравлическая ударная система (см. патент РФ №2232229, МПК E02D 7/10, Е21С 37/00), содержащая, по крайней мере, один гидронасос с предохранительным клапаном, напорную магистраль и общую базу с установленными на ней гидравлическими ударными устройствами, имеющими возможность раздельного включения под действием заданного усилия статического поджатия инструмента, причем гидравлические ударные устройства в ней выполнены с задержкой обратного хода ударника на время, необходимое для достижения величиной Р давления в управляющей камере гидрораспределителя заданного значения Р, при этом на входе каждого гидравлического ударного устройства в цепи его питания установлен регулирующий гидроаппарат для ограничения перетекания жидкости из гидравлического ударного устройства в напорную магистраль и к другим гидравлическим ударным устройствам, а напорная магистраль соединена с упомянутыми регулирующими гидроаппаратами через делитель потока, расположенный в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств.
Недостатком указанного технического решения является то, что гидравлическая система не обеспечивает одновременного питания гидравлических ударных устройств и гидроцилиндров привода стрелы, рукояти и ковша базовой машины (одноковшового гидравлического экскаватора) от общего источника расхода жидкости (гидронасоса) и синхронизацию работы гидравлических ударных устройств и рабочего оборудования экскаватора. В результате снижается производительность экскаватора из-за активной перегрузки, снижения скорости и остановки ковша при несвоевременном включении гидравлической ударной системы.
Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является: повышение производительности экскаватора за счет обеспечения питания гидравлических ударных устройств и гидроцилиндров привода стрелы, рукояти и ковша экскаватора от общего источника расхода жидкости (гидронасоса) и синхронизации работы гидравлических ударных устройств и рабочего оборудования экскаватора.
Эта задача достигается тем, что гидравлическая система экскаватора, содержащая гидронасос с предохранительным клапаном, напорную и сливную магистрали, гидравлические ударные устройства с инструментом, имеющие возможность раздельного включения под действием заданной силы статического поджатия инструмента (зубьев ковша экскаватора) к препятствию (грунтовому массиву), блок управления системой гидравлических ударных устройств, состоящий из клапанов включения гидравлических ударных устройств, гидроцилиндры привода и гидрораспределители управления рукояти и ковша, гидробак, снабжена двумя элементами ИЛИ, один из которых соединен входами с гидроцилиндрами привода рукояти и ковша, и выходом - с напорной магистралью, а второй элемент ИЛИ снабжен линиями управления, соединен входом и выходами со сливной магистралью, и линиями управления - с гидроцилиндрами привода рукояти и ковша.
Совместное управление системой гидравлических ударных устройств и гидроцилиндрами привода рукояти и ковша экскаватора осуществляется соответственно гидрораспределителями управления рукоятью и ковшом экскаватора путем соединения гидроцилиндров привода рукояти и ковша экскаватора с блоком управления системой гидравлических ударных устройств блоком сопряжения. Блок сопряжения подсоединяется к гидроцилиндрам привода рукояти и ковша экскаватора и к сливной магистрали через рукава давления с быстроразъемными соединениями и при этом обеспечивает питание гидравлических ударных устройств и гидроцилиндров привода стрелы, рукояти и ковша экскаватора от общего источника расхода жидкости (гидронасоса) и синхронизацию работы гидравлических ударных устройств и рабочего оборудования экскаватора.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема предлагаемой гидравлической системы экскаватора.
Гидравлическая система экскаватора содержит гидронасос 1 с предохранительным клапаном 2, напорную 3 и сливную 4 магистрали, гидравлические ударные устройства 5 с инструментом 6, блок сопряжения 7 гидроцилиндров экскаватора с блоком управления 8 системой гидравлических ударных устройств 9. Блок сопряжения 7 состоит из элементов ИЛИ 10, 11, подсоединенных с помощью быстроразъемных соединений 12, 13, 14, 15, рукавов давления 16, 17, 18,19 к гидроцилиндрам привода рукояти и ковша 20, 21 и соединенных с гидрораспределителями управления 22, 23 рукояти и ковша, связанных напорной магистралью с гидронасосом, а сливной магистралью - с гидробаком 24.
Элемент ИЛИ 10 соединен одним входом с гидроцилиндром привода рукояти 20, вторым входом с гидроцилиндром привода ковша 21, и выходом - с напорной магистралью 3, а элемент ИЛИ 11 соединен входом и выходами со сливной магистралью 4, и линиями управления 25, 26 с гидроцилиндрами привода рукояти и ковша 20, 21. Блок управления гидравлических ударных устройств состоит из клапанов включения (27), соединенных параллельно с гидроцилиндрами привода рукояти и ковша экскаватора. Гидравлические ударные устройства 5 соединены с напорной магистралью 3 через элемент ИЛИ 10 и клапаны включения 27, а со сливной магистралью 4 - через элемент ИЛИ 11. Блок управления 8 состоит из клапанов включения гидравлических ударных устройств 27, соединенных параллельно с гидроцилиндрами привода рукояти и ковша экскаватора 20, 21.
Совместное управление системой гидравлических ударных устройств 9 и гидроцилиндрами привода рукояти 20 и ковша 21 экскаватора осуществляется соответственно гидрораспределителями управления рукоятью 22 и ковшом 23 экскаватора. Возможность раздельного включения гидравлических ударных устройств 5 под действием заданной силы статического поджатия зубьев ковша экскаватора к грунтовому массиву осуществляется клапанами включения 27.
Гидравлическая система экскаватора работает следующим образом. После включения гидронасоса 1 и перевода гидрораспределителя 22 управления рукоятью (при копании поворотом рукояти экскаватора) или перевода гидрораспределителя 23 управления ковшом (при копании поворотом ковша экскаватора) из нейтральной в рабочую позицию происходит подача жидкости по напорной магистрали 3 через гидрораспределитель 22 или 23 в гидроцилиндр привода рукояти 20 или гидроцилиндр привода ковша 21 экскаватора. В результате ковш экскаватора поворачивается гидроцилиндром привода рукояти 20 или гидроцилиндром привода ковша 21. При этом одновременно от гидрораспределителя 22 или 23 жидкость поступает в блок сопряжения 7 и через элемент ИЛИ 11 и напорную магистраль 3 ко всем клапанам включения 27 гидравлических ударных устройств 5. При этом давлением в напорной магистрали 3, поданному по одной из двух линий управления 25 или 26 к элементу ИЛИ 11, он переключается из нейтральной в рабочую позицию. Инструмент 6 (зуб ковша экскаватора) может быть либо поджат разрушаемым материалом с заданным усилием статического поджатия, либо не поджат, что определяет два положения (разблокировано и заблокировано) клапана включения 27, что, соответственно, определяет состояние (рабочее и нерабочее) гидравлического ударного устройства 5. Затем, при дальнейшем повороте ковша, и упоре его зубьев (инструмент 6) в непреодолимое препятствие и достижении достаточно больших сил на зубьях, клапаны включения 27 открываются и пропускают потоки жидкости к соответствующим гидравлическим ударным устройствам 5. Гидравлические ударные устройства 5 включаются и их инструмент 6 разрушает грунт, давление в рабочей полости гидроцилиндра привода рукояти 20 или гидроцилиндра привода ковша 21 уменьшается и ковш продолжает поворачиваться. При этом поворот ковша и работа гидравлические ударных устройств осуществляются совместно с минимально кратковременными замедлениями скорости поворота ковша, связанными с повышением давления в рабочей полости гидроцилиндра привода рукояти 20 или гидроцилиндра привода ковша 21, внутренними перетечками жидкости через зазоры между деталями в элементах гидросистемы экскаватора, и возможным открытием предохранительного клапана 2 при активной перегрузке на ковше. При этом раздельная работа гидравлических ударных устройств 5 осуществляется клапанами включения 27, каждый из которых включается под действием своей заданной силы статического поджатия зуба ковша экскаватора (инструмент 6) к грунтовому массиву. Обратный поток жидкости от включенных гидравлических ударных устройств 5 по сливной магистрали 4 поступает через рабочую позицию элемента ИЛИ 10, рабочую позицию гидрораспределителя 22 или 23 и далее в гидробак 24. При снижении сил на зубьях ковша (инструмент 6) клапаны включения 27 закрываются, а гидравлические ударные устройства 5 выключаются, при этом гидроцилиндр привода рукояти 20 или гидроцилиндр привода ковша 21 экскаватора продолжает поворачивать ковш до того момента, когда зубья ковша (инструмент 6) встретятся с новым непреодолимым препятствием и гидравлические ударные устройства снова включатся. При повторном включении гидравлических ударных устройств ковш также продолжает поворот. Таким образом, обеспечивается питание гидравлических ударных устройств и гидроцилиндров привода стрелы, рукояти и ковша экскаватора от общего источника расхода жидкости (гидронасоса) и синхронизация работы гидравлических ударных устройств и рабочего оборудования экскаватора, что приводит к повышению производительности экскаватора.
Преимущества предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом:
- обеспечение питания гидравлических ударных устройств и гидроцилиндров привода стрелы, рукояти и ковша экскаватора от общего источника расхода жидкости (гидронасоса) и синхронизации работы гидравлических ударных устройств и рабочего оборудования (например, обратной лопаты одноковшового гидравлического экскаватора или гидравлического экскаватора-погрузчика);
- гидравлическая ударная система (гидравлические ударные устройства) включаются автоматически, при достижении требуемой нагрузки рабочем оборудовании экскаватора, при этом производительность экскаватора не снижается, т.к. вероятность активной перегрузки при работе ковша существенно снижается, скорость ковша существенно не уменьшается и ковш не останавливается при автоматическом включении гидравлической ударной системы и ударном разрушении грунтового массива, разрабатываемого активным ковшом;
- производительность экскаватора позволяет достичь требуемого «объема земляных работ» в смену при работе экскаватора на прочных грунтах;
- для питания гидравлической ударной системы от насосной установки экскаватора через дополнительный резервный гидрораспределитель или гидрораспределитель в гидропередаче привода какого-либо рабочего органа экскаватора не потребуются дополнительные магистрали (рукава давления) от распределителя до гидравлических ударных устройств.