Энергосберегающий гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора
ENERGY-SAVING HYDRAULIC DRIVE OF THE BOOM LIFTING MECHANISM OF THE FOREST MANIPULATOR

Изобретение относится к грузоподъемным устройствам, в частности к гидроприводам стреловых лесных манипуляторов навесного типа.
Известен навесной универсальный манипулятор ЛВ-184 (Бартенев И.М., Емтыль З.К., Татаренко А.П., Драпалюк М.В., Попиков П.И., Бухтояров Л.Д. Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование: монография. М., 2011. 408 с.), в котором механизм подъема стрелы выполнен в виде гидроцилиндра, шарнирно соединенного со стрелой и основанием манипулятора.
Недостатком известного манипулятора являются повышенные энергозатраты, требующиеся для подъема его стрелы, обусловленные необходимостью создания больших усилий со стороны гидроцилиндра для обеспечения поворотов стрелы при подъеме или опускании груза.
Известен гидропривод грузоподъемного механизма (Пат. на полезную модель № 89091 РФ; МПК B66C 13/42; опубл. 27.11.2009), включающий насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, объемы полостей которого соединены со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра через обратные клапаны и относятся между собой как объемы штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра за счет различных диаметров концевых частей плунжера.
Недостатком данного гидропривода грузоподъемного механизма является то, что при опускании стрелы с грузом энергия торможения превращается в тепловую и безвозвратно теряется.
Известен гидропривод грузоподъемного механизма стрелы манипулятора (Пат. № 2652596 РФ; МПК B66C 13/42; опубл. 27.04.2018), содержащий гидробак, насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, дополнительный гидроцилиндр, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру привода грузоподъемной стрелы, с грузоподъемной стрелой и основанием манипулятора, гидроаккумулятор. Гидроаккумулятор имеет гидравлическую связь с поршневой и штоковой полостями дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и напорную гидролинию, при этом поршневая и штоковая полости дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и сливную гидролинию сообщаются с гидробаком. Принят за прототип.
Недостатком данного гидропривода грузоподъемного механизма стрелы манипулятора является то, что гидроаккумулятор имеет гидравлическую связь со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и напорную гидролинию, поэтому при подъеме груза усилие гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы частично затрачивается на перемещение вверх гильзы дополнительного гидроцилиндра, при котором происходит вытеснение рабочей жидкости под высоким давлением из его штоковой полости в гидроаккумулятор, что повышает энергозатраты при подъеме груза.
Изобретение решает задачу снижения энергозатрат при подъеме груза и рекуперации энергии при опускании грузоподъемной стрелы с грузом в режиме торможения за счет того, гидроаккумулятор не имеет гидравлической связи со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра, и усилие гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы при подъеме груза не затрачивается на перемещение вверх гильзы дополнительного гидроцилиндра и вытеснение рабочей жидкости под высоким давлением из его штоковой полости в гидроаккумулятор.
Это достигается тем, что в энергосберегающем гидроприводе механизма подъема стрелы лесного манипулятора, содержащем гидробак, насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, дополнительный гидроцилиндр, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру привода грузоподъемной стрелы, с грузоподъемной стрелой и основанием манипулятора, гидроаккумулятор, согласно изобретению, гидроаккумулятор не имеет гидравлической связи со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра, при этом штоковая полость дополнительного гидроцилиндра при подъеме грузоподъемной стрелы сообщена через сливной обратный клапан с поршневой полостью этого же гидроцилиндра, а при разрежении в этой поршневой полости имеет соединение через гидролинию и всасывающий обратный клапан с гидробаком.
На фиг. 1 представлена гидрокинематическая схема энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы лесного манипулятора.
Энергосберегающий гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора содержит гидробак 1, насос 2, гидрораспределитель 3, гидроцилиндр 4 привода грузоподъемной стрелы 5 с гидролиниями 6 и 7, дополнительный гидроцилиндр 8, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру 4 привода грузоподъемной стрелы 5, с грузоподъемной стрелой 5 и основанием 9 манипулятора. Поршневая полость дополнительного гидроцилиндра 8 при опускании грузоподъемной стрелы 5 сообщена через гидролинию 10 и напорный обратный клапан 11 с гидроаккумулятором 12, а при подъеме грузоподъемной стрелы 5 – через сливной обратный клапан 13 со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра 8, при этом штоковая полость дополнительного гидроцилиндра 8 при разрежении в поршневой полости дополнительного гидроцилиндра 8 имеет соединение через гидролинию 14 и всасывающий обратный клапан 15 с гидробаком 1.
Разгрузочно-автоматический узел 16 энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы лесного манипулятора включает в себя нормально открытый обратный 17, разгрузочный 18 и предохранительный 19 клапаны. Для слива рабочей жидкости установлены фильтр 20 и обратный клапан 21. К гидролиниям 6 и 7 гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5 через обратные клапаны 23 и 24 подключен дополнительный демпфер 22. В корпусе дополнительного демпфера 22 размещен ступенчатый плунжер 25 с дросселирующими каналами диаметром 3-4 мм в его концевых частях.
Энергосберегающий гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора работает следующим образом.
При подъеме грузоподъемной стрелы 5 с грузом G рабочая жидкость, нагнетаемая из гидробака 1 насосом 2, направляется по гидролинии 6 в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5, при этом его гильза перемещается вверх. Одновременно гильза дополнительного гидроцилиндра 8 так же перемещается вверх, в результате чего рабочая жидкость из его штоковой полости при низком давлении вытесняется через сливной обратный клапан 13 в поршневую полость дополнительного гидроцилиндра 8, а в случае разрежения в этой поршневой полости, так как ее объем больше объема штоковой полости, рабочая жидкость дополнительно поступает через гидролинию 14 и всасывающий обратный клапан 15 из гидробака 1. При опускании грузоподъемной стрелы 5 с грузом для его укладки в заданное положение гильза гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5 перемещается вниз. Одновременно гильза дополнительного гидроцилиндра 8 также перемещается вниз, в результате чего происходит повышение давления рабочей жидкости в поршневой полости, и, когда оно превышает величину предварительной зарядки гидроаккумулятора 12, рабочая жидкость поступает через гидролинию 10 и напорный обратный клапан 11 в гидроаккумулятор 12, накапливая энергию торможения.
В процессе работы гидропривод механизма подъема стрелы 5 при полностью заряженном гидроаккумуляторе 12 с помощью разгрузочного клапана 18 отключается от насоса 2, который в этом случае работает в холостом режиме, что снижает мощность на его привод. При последующих подъемах грузоподъемной стрелы 5 накопленная энергия из гидроаккумулятора 12 поступает в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5, снижая энергозатраты на подъем груза. При недостаточной заряженности гидроаккумулятора 12 и снижении в нем давления ниже допустимого бесперебойную работу гидропривода обеспечивает насос 2 через нормально открытый обратный клапан 17.
При остановках механизма подъема стрелы 5 с грузом в промежуточных положениях гидролинии 6 и 7 отключаются от гидросистемы с помощью гидрораспределителя 3 и становятся запертыми. Однако, грузоподъемная стрела 5 с грузом G под действием инерционных сил продолжает свое движение в заданном направлении, а затем под действием упругих свойств элементов гидропривода (гидроаккумулятора 12 и рукавов высокого давления) возвращается в обратном направлении, то есть возникают колебательные процессы, вызывающие всплески давления рабочей жидкости в гидролиниях 6 и 7. При всплеске давления в гидролинии 6 часть рабочей жидкости, равная объему деформации упругих элементов гидропривода, поступает в дополнительный демпфер 22 через обратный клапан 23, перемещая ступенчатый плунжер 25 влево, при этом рабочая жидкость вытесняется в гидролинию 7 через дросселирующий канал диаметром 3-4 мм в ступенчатом плунжере 25. При всплеске давления в гидролинии 7 часть рабочей жидкости поступает в дополнительный демпфер 22 через обратный клапан 24, перемещая ступенчатый плунжер 25 вправо, при этом рабочая жидкость поступает в гидролинию 6 через дросселирующий канал в ступенчатом плунжере 25, и всплески давления в переходном режиме гасятся. В результате гашения колебаний рабочей жидкости снижается динамическая нагрузка на металлоконструкцию механизма подъема стрелы 5.
Такое исполнение энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы позволяет снизить энергозатраты, повысить производительность и надежность лесного манипулятора.