СПОСОБ УРАВНОВЕШИВАНИЯ СИЛ ТЯЖЕСТИ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ СТРЕЛОВЫХ МАШИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COUNTERBALANCING OF FORCES OF GRAVITY OF WORKING EQUIPMENT OF JIB MACHINES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способам и устройствам уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловых землеройных, погрузочно-транспортных машин циклического действия, а именно к одноковшовым фронтальным погрузчикам, экскаваторам.
Известен способ уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины, реализованный в устройстве [см., например, патент РФ №2258115 С2, E02F 9/22, опубл. 10.08.2005, Бюл. №22], содержащем рабочее оборудование, основные и уравновешивающий гидроцилиндры, газовый баллон, соединенный с газовой полостью пневмогидроаккумулятора. Недостатком этого способа и устройства является сложность конструкции, обусловленная использованием пневмогидроаккумулятора, который увеличивает объем гидросистемы стреловой машины и ее сложность.
7
Из известных способов и технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ и устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины [см., например, патент РФ №2236515 C1, E02F 9/22, опубликованный 20.09.2004, Бюл. №26], содержащее рабочее оборудование, основной и уравновешивающий цилиндры, газовый баллон, заряженный сжатым воздухом, соединенный с поршневой полостью уравновешивающего цилиндра, при этом уравновешивающий цилиндр расположен внутри газового баллона.
Недостатками известных способов и устройств является использование уравновешивающего цилиндра традиционной конструкции, рабочие полости которого соединены с гидробаком длинными магистралями, а также нерациональная конструкция уравновешивающего цилиндра с точки зрения использования металла и полезного использования объема, т.к. пустота в цилиндре заполнена дорогостоящей рабочей жидкостью.
Задача способа уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловых машин, включающего операцию приведения сил тяжести стрелы и элементов рабочего оборудования к штоку уравновешивающего цилиндра, выполнение операции уравновешивания приведенных сил на штоке силой давления сжатого газа в поршневой полости уравновешивающего цилиндра, операцию стабилизации давления сжатого газа, при этом в способе дополнительно осуществляют операцию герметизации поршневой полости сжатого газа уравновешивающего цилиндра от атмосферы соединением переменного объема штоковой полости, заполненного смазывающей жидкостью, с корпусом деформируемой пневмокамеры низкого давления, при этом операция стабилизации давления в газовой полости достигается увеличением объема газовой полости высокого давления за счет выполнения штока и поршня уравновешивающего цилиндра пустотелыми, при этом корпус уравновешивающего цилиндра и газовый баллон представляют собой устройство, выполненное в одном корпусе.
Задача устройства уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловых машин, включающего уравновешивающий цилиндр и газовый баллон, согласно изобретению содержит корпус уравновешивающего цилиндра со штоком и поршнем, которые расположены внутри корпуса газового баллона, заряженного сжатым воздухом; штоковую полость уравновешивающего цилиндра, заполненную смазочной жидкостью, которая соединена с корпусом, в котором установлена пневмокамера низкого давления, при этом поршень и шток уравновешивающего цилиндра выполнены пустотелыми.
Указанный технический результат в части способа уравновешивания заключается в осуществлении операции приведения сил тяжести к штоку уравновешивающего цилиндра, выполнении операции уравновешивания сил на штоке давлением сжатого воздуха в поршневой полости уравновешивающего цилиндра; использовании газовых полостей для стабилизации величины изменения давления газа при подъеме, опускании рабочего оборудования, при этом рациональное использование объема, занимаемого устройством, достигается соединением в одном устройстве функции уравновешивающего цилиндра и газового баллона.
Указанный технический результат в части устройства заключается в использовании уравновешивающего цилиндра, корпус которого располагается внутри газового баллона, в результате этого достигается эффективное использование объема и снижается объем используемой жидкости; соединение штоковой полости уравновешивающего цилиндра, заполненной смазывающей жидкостью с корпусом, в котором расположена деформируемая пневмокамера, заполненная сжатым воздухом под низким давлением, обеспечивает герметизацию объема газовой полости высокого давления от атмосферы.
Использование в изобретении в качестве рабочего тела сжатого газа вместо гидравлической рабочей жидкости позволяет повысить эффективность устройства за счет снижения внутренних потерь. При этом объем, занимаемый уравновешивающим цилиндром, может быть соизмерим с объемом гидроцилиндра традиционной конструкции.
Поставленная задача в части устройства уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования, включающего уравновешивающий цилиндр и газовый баллон, в котором согласно изобретению корпус уравновешивающего цилиндра со штоком и поршнем расположены внутри корпуса газового баллона; заряженного сжатым воздухом; штоковая полость уравновешивающего цилиндра, заполненная смазочной жидкостью, соединена с корпусом, в котором установлен пневмобаллон низкого давления, при этом поршень и шток уравновешивающего цилиндра выполнены пустотелыми.
Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид экскаватора с уравновешивающим устройством; на фиг.2 показан фронтальный погрузчик с устройством уравновешивания; на фиг.3 показано устройство уравновешивания в сложенном состоянии при опущенной стреле; на фиг.4 изображено устройство уравновешивания с выдвинутым штоком при поднятой стреле. Устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования содержит: 1 - корпус уравновешивающего цилиндра; 2 - шток; 3 - поршень уравновешивающего цилиндра; 4 - проушина штока; 5 - уплотнения поршня; 6 - корпус газового баллона; 7 - проушина газового баллона; 8 - букса корпуса уравновешивающего цилиндра с соединительной резьбой; 9 - букса корпуса уравновешивающего цилиндра с уплотнениями штока и резьбой для корпуса пневмокамеры; 10 - уплотнения штока; 11 - корпус пневмокамеры низкого давления; 12 - пневмокамера; 13 - канал; 14 - штоковая полость; 15 - полость между корпусами; 16 - опора корпуса уравновешивающего цилиндра; 17 - отверстия в опоре корпуса; 18 - поршневая газовая полость высокого давления, заполненная сжатым воздухом; 19 - внутренняя полость поршня и штока, заполненные сжатым воздухом; 20 - основные гидроцилиндры стрелы (фиг.1, 2).
с
р
к
г
На фиг.1, 2 дополнительно показаны: T - сила в уравновешивающем цилиндре; G, G, G, G - силы тяжести соответственно стрелы, рукояти, ковша, груза в ковше. Сущность работы способа уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловых машин заключается в реализации следующих операций. Приведение сил тяжести элементов рабочего оборудования к штоку уравновешивающего цилиндра осуществляются по уравнению
i
i
где Т - приведенная сила на штоке уравновешивающего цилиндра; G, h - соответственно силы тяжести и их плечи относительно шарнира поворота стрелы на портале; h - плечо уравновешивающего цилиндра.
Операция уравновешивания приведенной силы тяжести давлением сжатого воздуха в поршневой полости цилиндра определяется выражением
где p - давление сжатого воздуха; D - диаметр штока.
Подъем стрелы экскаватора, погрузчика сопровождается некоторым увеличением объема газовой полости, при опускании стрелы объем газовой полости уменьшается.
Для стабилизации давления сжатого воздуха в газовой полости его объем принимается по условию
Г
Ц
где V - объем полостей сжатого газа; V - рабочий объем уравновешивающего цилиндра.
Сущность работы способа уравновешивания заключается в последовательности выполнения операций. Операция приведения сил тяжести рабочего оборудования позволяет сосредоточить распределенные силы тяжести рабочего оборудования экскаватора, погрузчика на штоке уравновешивающего цилиндра. Операция уравновешивания заключается в уравновешивании приведенной силы на штоке давлением газа на площадь сечения штока, операция стабилизации давления при подъеме, опускании обеспечивается выбором соответствующего объема газовой полости устройства уравновешивания. Операции подъема и опускания стрелы связаны с изменением объема штоковой смазывающей и герметизирующей полости 14, что обеспечивается сжатием при подъеме и расширением при опускании стрелы объема пневмокамеры 12, заряженной воздухом под низким давлением.
Уравновешивающее устройство, установленное на фиг.1, фиг.2 между основными гидроцилиндрами стрелы обеспечивает снижение давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах стрелы при подъеме ковша с грузом.
Устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования экскаватора, погрузчика работает следующим образом. При подъеме стрелы экскаватора, погрузчика основными гидроцилиндрами 20 и уравновешивающим цилиндром 1, у которого на штоке 2 создается постоянная сила, определяемая по формуле (2). Сила Т на штоке является дополнительной подъемной силой, которая остается практически постоянной в течение всего цикла подъема рабочего оборудования и обеспечивает снижение усилия и давления в основных гидроцилиндрах 20 стрелы. В процессе подъема стрелы уменьшается объем штоковой полости 14, которая заполнена смазывающей жидкостью и выполняет функцию герметизации полостей высокого давления от атмосферы. Смазывающая жидкость при подъеме стрелы выдавливается в корпус 11, в котором имеется пневмокамера 12 торообразной формы, заполненная воздухом под низким давлением. За счет деформации воздуха в пневмокамере 12 смазывающая жидкость из штоковой полости 14 перетекает в корпус 11. При опускании стрелы рассмотренный процесс совершается в обратной последовательности. В нижнем положении стрелы опора 16 корпуса цилиндра 1 не взаимодействует с поршнем 3.
Газовая полость 15 между корпусами 1, 6 имеет постоянный объем, который сообщен отверстиями 17 с газовым объемом 18. Поэтому все внутренние газовые объемы устройства заполнены сжатым воздухом и сообщены между собой.
Поршень 3 уравновешивающего цилиндра и шток 2 выполнены пустотелыми, при этом давление в полостях 15, 18, 19 во всех операциях работы одинаковые и равны давлению p зарядки устройства сжатым воздухом.
При опускании стрелы поршень со штоком заходит внутрь корпуса уравновешивающего устройства, при этом все явления, рассмотренные в процессе подъема стрелы, протекают в обратном порядке.
Рассмотренные способ и устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования являются многоцикловыми, позволяющими повысить КПД рабочего оборудования.