СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН КОВШОВОГО ТИПА
TEST BENCH FOR DIGGING-TRANSPORTING MACHINES OF BUCKET TYPE

Изобретение относится к горнорудному машиностроению и может быть использовано для стендовых испытаний одноковшовых экскаваторов и другой землеройной техники.
Известен стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа, включающий станину, связанную с ней силовыми гидроцилиндрами систему нагружения ковша, звенья которой расположены параллельно друг к другу по обе стороны от рабочего оборудования и связаны между собой и ковшом подвижным элементом, причем звенья системы нагружения выполнены в виде двух вертикальных плит, одна из которых установлена неподвижно, а другая с возможностью плоскопараллельного перемещения относительно первой и имеет упоры, оснащенные на концах шарнирами, размещенными на плите и на станине, причем упоры связаны с силовыми гидроцилиндрами крепления плиты к станине, а подвижный элемент выполнен в виде элемента трения (Патент РФ №2042770, МПК Е02F 3/28, G01М 15/00, опубликован 27.08.1995, «Стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа»). Давление в полостях гидроцилиндров регулируется от дополнительной гидравлической системы, управляемой при помощи ЭВМ. В результате чего подвижная плита посредством шарнирных упоров перемещается. При этом пропорционально изменению давления происходит регулирование силы прижатия подвижной плиты к неподвижной плите через элемент трения, чем и создается сопротивление по пути движения ковша, т.е. моделируются усилия сопротивления процесса экскавации.
К недостаткам аналога можно отнести - конструкция стенда больших габаритов, сложная, громоздкая и дорогостоящая.
Прототипом предлагаемого изобретения является стенд (Патент РФ №2042771, кл. МПК Е02F 3/28, G01М 15/00, опубликован 27.08.1995, «Стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа»), включающий станину с поворотным столом, на котором закреплен экскаватор, или его масштабная модель, систему нагружения ковша. Звенья системы нагружения выполнены в виде двух неподвижных вертикальных металлических плит. Связь между составляющими систему нагружения плитами и ковшом осуществлена посредством полой втулки с подпятниками на концах, снабженной разжимным устройством.
Разжимное устройство состоит из двух пересекающихся элементов, скрепленных в точке пересечения осью. Эти элементы образуют две пары рычагов с разновеликими плечами, причем между рычагами с большими плечами размещены нагружающий гидроцилиндр и возвратная пружина, концы рычагов с меньшими плечами упираются в подпятники. Нагружающий гидроцилиндр связан с дополнительной гидравлической системой, управляемой от ЭВМ, моделирующей нагрузки, возникающие во время экскавации.
Ковш экскаватора перемещается при помощи рабочего оборудования по любой траектории в рабочей области между вертикальными плитами по командам оператора или программе, заложенной в ЭВМ. По ходу движения ковша, информация о положении которого в рабочей области передается посредством датчиков (не показаны) на ЭВМ, в соответствии с программой испытания и фактическим местоположением ковша от ЭВМ поступают сигналы на гидравлическую систему, в результате чего изменяется давление в гидроцилиндре. При этом пропорционально изменению давления происходит регулирование силы прижатия подпятников к внутренним поверхностям плит, чем и создается сопротивление процесса экскавации.
Таким образом выполнение составляющих системы нагружения в виде двух неподвижных вертикальных плит, а подвижного элемента между ними в виде полой втулки с подпятниками, контактирующими с внутренними поверхностями плит при помощи разжимного механизма, позволяет упростить конструкцию и повысить достоверность испытаний установленного на поворотном столе экскаватора или его масштабной модели путем наибольшего приближения формируемых на стенде нагрузок к реальным эксплутационным условиям.
К недостаткам прототипа относится то, что конструкция стенда сложная, громоздкая, больших габаритов и дорогостоящая. Станина с поворотным столом, на котором закреплен полноразмерный экскаватор или его масштабная модель с рабочим оборудованием и с ковшом больших размеров. Звенья системы нагружения ковша выполнены в виде двух металлических неподвижных вертикальных плит очень больших габаритов и веса. Так если проводить испытания, например, экскаватора ЭО- 4225 А, у которого рабочая область, где ковш может перемещаться по любой траектории при выполнении операций по экскавации грунта, составляет по высоте 11,1 м, а по горизонтали 4,2 м, то обе неподвижные вертикальные металлические плиты должны быть внушительных размеров. А станина должна быть еще больших размеров, т.к. на ней должны быть закреплены обе вертикальные неподвижные металлические плиты и поворотный стол, на котором закреплен полноразмерный испытуемый экскаватор.
Подвижный элемент системы нагружения, закрепленный на ковше и скользящий между неподвижных плит по их поверхностям, имеет разжимное устройство с нагружающим гидроцилиндром, в который подается рабочая жидкость под давлением от дополнительной гидравлической системы, куда входят гидронасос с электродвигателем, гидропневмоаккумулятор, теплообменник, маслобак, фильтр и предохранительные клапаны. Все это дорогое гидрооборудование. Все перечисленное выше моделирует усилие сопротивления ковша в процессе экскавации, однако конструкция сложная и требует больших затрат на его создание.
Кроме того, при испытаниях положение ковша контролируется датчиками перемещения и информация с них подается на ЭВМ, откуда поступают сигналы на дополнительную гидравлическую систему. В результате чего изменяется давление в нагружающем гидроцилиндре, а следовательно, и сила сопротивления по пути движения ковша при трении подвижного элемента системы нагружения, скользящего между неподвижных плит. Однако при этих испытаниях усилия на поршнях гидроцилиндров ковша, рукояти и стрелы невозможно определить, т.к. в полостях этих гидроцилиндров не определяются величины формирующихся давлений и не передаются они на ЭВМ. Тем более нет никакой информации по этим давлениям в динамике. На наш взгляд, все это приводит к снижению достоверности испытаний.
Если же испытания проводить на масштабной модели, то, на наш взгляд, создать действующую модель, соответствующую по всем законам подобия полноразмерному экскаватору или другой землеройно-транспортной машине, очень сложно и дорого. При этом трудно обеспечить и доказать адекватность результатов испытаний.
Все это снижает достоверность испытаний.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции стенда, снижение затрат на его создание и повышение достоверности испытаний.
Для решения поставленной задачи стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа содержит полноразмерную землеройно-транспортную машину ковшового типа с ее гидроприводом, систему нагружения, датчики положения ковша и ЭВМ, причем каждая полость гидроцилиндров гидропривода рабочего оборудования снабжена системой нагружения, которая выполненна гидравлической и содержит регулируемый дроссель с пропорциональным электрическим управлением, обратный клапан и датчик давления, причем обратный клапан подключен параллельно регулируемому дросселю с пропорциональным электрическим управлением, при этом входная полость обратного клапана, расположенная со стороны седла, соединена с помощью одного трубопровода к одному выходу распределителя жидкости гидропривода землеройно-транспортной машины, а выходная полость обратного клапана соединена с помощью другого трубопровода к полости гидроцилиндра гидропривода землеройно-транспортной машины, к этой же полости подключен датчик давления, выход которого соединен со входом ЭВМ, а электрический вход узла управления регулируемого дросселя с пропорциональным электрическим управлением соединен с выходом ЭВМ.
Точно такая же гидравлическая система нагружения соединена и с другой полостью гидроцилиндра гидропривода землеройно-транспортной машины.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции стенда, снижение затрат на его создание и повышение достоверности испытаний путем получения реальной управляемой нагрузки во всем возможном диапазоне процесса экскавации и получения реальной величины давления во всех полостях гидроцилиндров испытуемой землеройно-транспортной машины.
Это объясняется следующим образом. Общеизвестно, что при подаче рабочей жидкости гидронасосом в гидроцилиндр (например, в поршневую полость гидроцилиндра ковша) давление в поршневой полости гидроцилиндра затрачивается на преодоление усилия на штоке гидроцилиндра и на усилие, расходуемое на преодоление противодавления в штоковой полости гидроцилиндра. В этом случае усилие на штоке гидроцилиндра и усилие на преодоление противодавления в штоковой полости это и есть нагрузка для гидроцилиндра. В нашем техническом решении эта нагрузка создается гидравлической системой нагружения, где с помощью регулируемого дросселя с пропорциональным электрическим управлением создается противодавление в штоковой полости гидроцилиндра гидропривода испытуемой машины. Поскольку электрический вход узла управления регулируемого дросселя соединен с выходом ЭВМ, а датчик давления подключен к штоковой полости гидроцилиндра гидропривода испытуемой машины и выход этого датчика соединен со входом ЭВМ, то с выхода ЭВМ поступает сигнал на механизм регулирования дросселя согласно заданию испытаний и дроссель регулирует противодавление в штоковой полости гидроцилиндра при сливе и тем самым регулирует нагрузку на гидроцилиндре по заданной программе. Поэтому нет необходимости нагружать сам шток гидроцилиндра через ковш и систему громоздких плит. Кроме того, датчик давления, подключенный к штоковой полости гидроцилиндра гидропривода испытуемой машины, контролирует и выдает величину давления на вход ЭВМ. Эта обратная связь позволяет выдавать с выхода ЭВМ управляющий сигнал, согласно заданию на испытания, на пропорциональное электрическое управление регулируемого дросселя. Таким образом в состав ЭВМ входит задатчик закона изменения нагрузки гидроцилиндра гидропривода испытуемой машины и контроллер, который выполняет этот закон, регулируя противодавление в полости гидроцилиндра с помощью регулируемого дросселя с пропорциональным электрическим управлением.
В то же время, поскольку такая же гидравлическая система нагружения подключена и к поршневой полости гидроцилиндра, то датчик давления, подключенный к этой полости, контролирует реальное давление в этой полости, когда туда нагнетает рабочую жидкость гидронасос испытуемой машины, и одновременно датчик давления передает величину этого давления на вход ЭВМ, чем и контролируется реальная величина развиваемого усилия на гидроцилиндре при всех возможных вариантах испытаний на стенде (чего нет в прототипе), т.к. развиваемое усилие на гидроцилиндре это произведение давления в полости гидроцилиндра на площадь его поршня.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена испытуемая землеройно-транспортная машина ковшового типа (для примера экскаватор).
На фиг.2 изображена схема стенда с гидравлической системой нагружения гидроцилиндров гидропривода испытуемой землеройно-транспортной машины ковшевого типа с одним его участком (например, с гидроприводом ковша).
Стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа содержит полноразмерную землеройно-транспортную машину ковшового типа на примере экскаватора 1 с его гидроприводом 2, систему нагружения 3 и 4 на каждую полость гидроцилиндра 5 гидропривода 2 и ЭВМ 6. Причем в стенде система нагружения 3 и 4 выполнена гидравлической, отдельно на каждую полость всех гидроцилиндров рабочего оборудования 7 (ковш, стрела, рукоять) и в то же время одинаковая для всех этих полостей. Для примера на фиг.2 показаны две одинаковые гидравлические системы нагружения 3 и 4 для гидроцилиндра 5 ковша 30 экскаватора 1.
Так гидравлическая система нагружения 3 гидроцилиндра 5 гидропривода 2 экскаватора 1 содержит регулируемый дроссель 8 с пропорциональным электрическим управлением 9, обратный клапан 10, датчик давления 11. Причем обратный клапан 10 подключен параллельно регулируемому дросселю 8 с пропорциональным электрическим управлением 9. При этом входная полость обратного клапана 10, расположенная со стороны седла, соединена с помощью одного трубопровода 12 к одному выходу 13 распределителя 14 жидкости гидропривода 2 экскаватора 1, а выходная полость обратного клапана 10 соединена с помощью другого трубопровода 15 с поршневой полостью 16 гидроцилиндра 5 гидропривода 2 экскаватора 1. К этой же поршневой полости 16 подключен датчик давления 11, выход которого соединен со входом 17 ЭВМ 6, а электрический вход узла управления 9 регулируемого дросселя 8 с пропорциональным электрическим управлением 9 соединен с выходом 18 ЭВМ 6.
Аналогично устроена и гидравлическая система нагружения 4 стенда. Она содержит регулируемый дроссель 19 с пропорциональным электрическим управление 20, обратный клапан 21 и датчик давления 22. Причем обратный клапан 21 подключен параллельно регулируемому дросселю 19 с пропорциональным электрическим управлением 20. При этом входная полость обратного клапана 21, расположенная со стороны седла клапана 21, соединена с помощью третьего трубопровода 23 ко второму выходу 24 распределителя жидкости 14 гидропривода 2 экскаватора 1, а выходная полость обратного клапана 21 соединена с помощью четвертого трубопровода 25 со штоковой полостью 26 гидроцилиндра 5 гидропривода 2 экскаватора 1. К этой же штоковой полости 26 подключен датчик давления 22, выход которого соединен со входом 27 ЭВМ 6, а электрический выход узла управления 20 регулируемого дросселя 19 с пропорциональным электрическим управлением 20 соединен с выходом 28 ЭВМ 6.
Стенд снабжен также датчиками положения (не показаны) рабочего оборудования 7 экскаватора 1, от которых передается информация на вход ЭВМ 6. Рабочая область, в которой ковш может перемещаться по любой траектории в процессе экскавации, обозначена позицией 29.
Гидропривод 2 экскаватора 1 (на примере гидропривода ковша 30) содержит гидронасос 31, распределитель 14 жидкости, гидроцилиндр 5, предохранительный клапан 32, масляный радиатор 33, фильтр 34 для очистки жидкости и маслобак 35.
Испытания на стенде проводятся следующим образом.
Каждый гидроцилиндр 5 гидропривода 2 испытуемого полноразмерного экскаватора 1 снабжается двумя одинаковыми гидравлическими системами нагружения 3 и 4. Последние подключаются к распределителю жидкости 14 и к гидроцилиндру 5 гидропривода 2, как описано выше и показано на фиг.2. Выходы датчиков давления 11 и 22 соединяются со входами 17 и 27 ЭВМ 6.
Электрические входы узлов управления 9 и 20 регулируемых дросселей 8 и 19 гидравлических систем нагружения 3 и 4 соединены с выходами 18 и 28 ЭВМ 6. Ковш 30 экскаватора 1 при помощи рабочего оборудования 7 перемещается по любой траектории в рабочей области 29 по командам оператора или автоматически по программе, заложенной в ЭВМ 6, выполняя закон изменения нагрузки. При включении левой позиции распределителя жидкости 14 рабочая жидкость в гидроприводе 2 поступает от гидронасоса 31 экскаватора 1 после распределителя жидкости 14 по трубопроводу 12 к обратному клапану 10 и после него по трубопроводу 15 в поршневую полость 16 гидроцилиндра 5. Поршень со штоком этого гидроцилиндра перемещается вверх и из штоковой полости 26 гидроцилиндра 5 рабочая жидкость проходит по трубопроводу 25 и далее через регулируемый дроссель 19 с пропорциональным электрическим управлением 20 (обратный клапан 21 потоком рабочей жидкости закрыт и не пропускает ее параллельно регулируемому дросселю 19), а затем по трубопроводу 23 через распределитель жидкости 14 на слив в маслобак 35 гидропривода 2 экскаватора 1. При этом по ходу движения ковша 30 от датчиков положения (не показаны) ковша и всего рабочего оборудования 7 поступает информация на вход ЭВМ 6. Поэтому в соответствии с программой испытаний, выполняя закон изменения нагрузки, с выхода 28 ЭВМ 6 поступают сигналы на вход узла электрического управления 20 регулируемого дросселя 19 и проходное сечение дросселя 19 регулируется, чем и изменяется противодавление в штоковой полости 26 гидроцилиндра 5 экскаватора 1 согласно закону изменения нагрузки. Величина этого противодавления измеряется датчиком давления 22 и передается на вход 27 ЭВМ 6. В последней величины задаваемого и фактического противодавления в штоковой полости 26 сравниваются и при их несоответствии с выхода 28 ЭВМ 6 вновь подается корректирующий сигнал на вход узла электрического управления 20 регулируемого дросселя 19, т.е. выполняется обратная связь, чего нет в прототипе. Одновременно с выхода датчика давления 11, который подлючен к поршневой полости 16 гидроцилиндра 5, поступает постоянно информация на вход 17 ЭВМ 6 о реальной величине давления в поршневой полости 16 гидроцилиндра 5, отрабатывая закон изменения нагрузки. Таким образом гидравлическая система нагружения 4 позволяет выполнять программу испытаний при перемещении поршня вверх гидроцилиндра 5.
Если же поршень со штоком гидроцилиндра 5 перемещается вниз, то изменение нагрузки будет выполнять гидравлическая система нагружения 3. А именно следующим образом. При включении правой позиции распределителя жидкости 14 рабочая жидкость в гидроприводе 2 поступает от гидронасоса 31 экскаватора 1 после распределителя жидкости 14 по трубопроводу 23 к обратному клапану 21 и после него по трубопроводу 25 в штоковую полость 26 гидроцилиндра 5. Поршень со штоком этого гидроцилиндра перемещается вниз и из поршневой полости 16 гидроцилиндра 5 рабочая жидкость проходит по трубопроводу 15 и далее через регулируемый дроссель 8 с пропорциональным электрическим управлением 9, а затем по трубопроводу 12 через распределитель жидкости 14 на слив в маслобак 35 гидропривода 2 экскаватора 1. При этом в соответствии с программой испытаний, выполняя закон изменения нагрузки, с выхода 18 ЭВМ 6 поступают сигналы на вход узла электрического управления 9 регулируемого дросселя 8 и проходное сечение дросселя 8 регулируется, чем и изменяется противодавление в поршневой полости 16 гидроцилиндра 5 экскаватора 1. Величина этого противодавления измеряется датчиком давления 11 и передается на вход 17 ЭВМ 6. В последней величины задаваемого и фактического противодавления в поршневой полости 16 сравниваются и при их несоответствии с выхода 18 ЭВМ 6 вновь подается корректирующий сигнал на вход узла электрического управления 9 регулируемого дросселя 8.
Одновременно с выхода датчика давления 22, который подключен к штоковой полости 26 гидроцилиндра 5, поступает постоянно информация на вход 27 ЭВМ 6 о реальной величине давления в штоковой полости 26 при перемещении в данном случае поршня вниз гидроцилиндра 5.
Предложенная в нашем техническом решении гидравлическая система нагружения 3 и 4, выполненная отдельно на каждую полость гидроцилиндра 5 гидропривода 2 испытуемого экскаватора 1 и в то же время одинаковая для всех этих полостей и включающая регулируемый дроссель 8 и 19 с пропорциональным электрическим управлением 9 и 20, обратный клапан 10 и 21, датчик давления 11 и 22, позволяет существенно упростить конструкцию стенда и снизить затраты на его создание по сравнению с прототипом.
Кроме того, гидравлическая связь гидравлической системы нагружения, предлагаемой нами, с гидроприводом 2 испытуемого экскаватора 1, а также связь со входами 17 и 27 ЭВМ 6 датчиков давления 11 и 22, подключенных к полостям 16 и 26 гидроцилиндра 5, а с выходами 18 и 28 ЭВМ связь электрических узлов управления 9 и 20 регулируемых дросселей 8 и 19, позволяют повысить достоверность испытаний.
Таким образом, как следует из вышеизложенного, реализация предлагаемого технического решения обеспечивает упрощение конструкции стенда, снижение затрат на его создание и повышение достоверности испытаний путем получения реальной управляемой нагрузки во всем возможном диапазоне процесса экскавации и получения реальной величины давления во всех полостях гидроцилиндров испытуемой землеройно-транспортной машины.
Источники информации
1. Стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа. Патент РФ №2042770, кл. Е02F 3/28, G01M 15/00, опубликован 27.08.1995.
2. Стенд для испытаний землеройно-транспортных машин ковшового типа. Патент РФ №2042771, кл. Е02F 3/28, G01M 15/00, опубликован 27.08.1995.