CZ368091A3 - Apparatus for recuperation of potential energy of a working device of a building or earth-moving machine - Google Patents

Description

Zařízení pro rekuperaci polohové energie prac stavebního, nebo zemního stroje

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro rekuperaci pracovního zařízení stavebního, nebo zemního hydraulického lopatového rýpadla, za účelem sníženi spotřeby energie, zejména spotřeby motorové nafty.

Dosavadní stav techniky

U známých zařízení pro rekuperaci polohové energie pracovního zařízení se tato energie akumuluje ve formě hydrostatické, přes systém výkonových hydraulických rozvaděčů, do hydropneumatického akumulátoru při spouštění výložníku a při jeho zvedání se opět využívá.

Nevýhodou těchto zařízení je složitost a nízká spolehlivost, projevující se i v nízké rentabilitě zařízení a v nízké spolehlivosti celého stroje.

U dalšího známého zařízení pro rekuperaci polohové energie je pracovní zařízení opatřeno přídavným přímočarým jednočinným hydromotorem, napojeným mechanicky mezi rám stroje a pracovní zařízení, který je propojen s hydropneumatickým akumulátorem přes rozvaděč na nádrž, nebo na hydrogenerétor.

Nevýhodou tohoto zařízení je, že dochází ke snížení akční síly v

pracovního zařízení při pohybu směrem dolů, což neumožňuje jeho použití u rýpadel.

Další nevýhodou jsou velké pořizovací náklady, nebot zařízení musí mít vedle přímočarého hydromotoru ještě dva třípolohové dvoucestné rozvaděče, což dále snižuje spolehlivost stroje.

U dalšího známého zařízení pro rekuperaci polohové energie je pracovní zařízení opatřeno přímočarým akumulačním motorem, jehož pístový prostor je naplněn tlakovým plynem a propojen se zásobníkem tlakového plynu.

Nevýhodou tohoto zařízení je, že tlakový plyn nelze dokonale utěsnit a po poměrně krátké době dojde k úniku plynu a ztrátě funkce zařízení.

U dalšího známého zařízení pro rekuperaci polohové energie je pracovní zařízení opatřeno dvoučinným přímočarým akumulačním hydromotorem, jehož pístový prostor je napojen na hydropneumatický akumulátor, případně přes propojovací, případně přes rozváděči a nebo případně přes propojovací a rozváděči zařízení. Nevýhodou tohoto zařízení je, že po delší přestávce v provozu, nebo i při uvádění do provozu je obtížné zaplnění pístového prostoru dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru kapalinou. Další nevýhodou je, že vlivem nedokonalé těsnosti hydraulických prvků dochází k poklesu tlaku v hydropneumatickém akumulátoru tak, že spouštění výložníku je po krátké době provozu v režimu nejnižšího, to jest plnícího tlaku hydropneumatického akumulátoru, což je i s hlediska jeho životnosti nepříznivé a dále se při provozu postupně zmenšuje zdvih výložníku ve kterém je využíváno akumulované energie z hydropneumatického akumulátoru, což snižuje účinek akumulace energie a postupně znemožňuje funkci.

Další nevýhodu je, že známá zapojení propojovacího zařízení neumožňují citlivé připojování a odpojování hydropneumatického akumulátoru při nízkých výrobních nákladech, což buď zhoršuje ovládání stroje a nebo snižuje rentabilitu zařízení.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zařízení pro rekuperaci polohové energie pracovního zařízení stavebního, nebo zemního stroje, kde je pracovní zařízení opatřeno nejméně jedním přímočarým hydromotorem pro zvedání a spouštění pracov-i ního zařízení, napojeným na hydraulickou soustavu stroje a kde mezi rám stroje a pracovní zařízení je vestavěn nejméně jeden dvoučinný přímočarý akumulační hydromotor, jehož pístnicový prostor je propojen s pístnicovým prostorem přímočarého hydromotoru a pístový prostor je napojen na hyětropneumatický akumulátor, případně je mezi. pístový prostor dvoučinného přímočarého hydromotoru a hydropneumatický akumulátor hydraulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení, případně je mezi pístový prostor dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru a hydropneumatický akumulátor hydraulicky zapojeno rozváděči hydraulické zařízení, jehož druhý kanál je napojen na nádrž kapaliny, případně je mezi pístový prostor dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru a hydropneumatický akumulátor za sebou hy-3draulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení a rozváděči hydraulické zařízení.

Podstatou vynálezu je, ze zpětná větev od pístnicového prostoru přímočarého hydromotoru je propojena s pístovým prostorem dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru přes jednosměrný ventil a dále je zpětná větev propojena s nádrží kapaliny přes tlakový ventil.

Pístový prostor přímočarého hydromotoru je s výhodou propojen s pístovým prostorem dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru přes jednosměrný ventil.

Propojovací hydraulické zařízení je s výhodou tvořeno sed lovým ventilem a řídícím hydraulickým rozvaděčem, ovládaným buď hydraulickým signálem, nebo elektrickým signálem od tlakového relé, přičemž řídící hydraulický rozvaděč, nebo tlakové relé je hydraulicky napojeno na výstupní tlakovou větev ovladače spouštění výložníku.

Výhodou zařízení pro rekuperací polohové energie pracovní ho zařízení stavebního, nebo zamního stroje, podle vynálezu je že k uvedení do provozu i po přestávce v provozu, postačuje zvednutí výložníku do vysýpácí výšky a že je při spouštění a z vedání pracovního zařízení dosažena vyšší úspora energie tím že nejvyšši pracovní tlak hydropneumytického akumulátoru je dosažen při různých zdvizích výložníku.

Další výhodou je, že lze použít laciné propojovací hydraulické zařízení, jehož zapojení zajištuje citlivé ovládání stroje v provozu.

Přehled obrázků na výkresech

Na výkresech je v příkladném provedení vynález schematicky znázorněn. Na obr. 1 je alternativa se dvěma přímočarými hydromotory pro zvedání a spouštění pracovního zařízení, na obr. 2,3 jsou alternativy s jedním přímočarým hydromotorem pro zvedání a spouštění pracovního zařízení, přičemž na obr. 2 je varianta s propojovacím hydraulickým zařízením, kde slabou plnou čarou je znázorněno elektrické propojení a na obr. 3 je varianta s propojovacím a rozváděči hydraulickým zařízením.

-4- Příklady provedení vynálezu

Výložník pracovního zařízení 2, na příklad hydraulického lopatového rýpadla je opatřen nejméně jedním přímočarým hydromotorem 5 napojeným na hydraulickou soustavu stroje. Zařízení pro rekuperaci polohové energie pracovního zařízení 2 je tvořeno dvoučinným přímočarým akumulačním hydromotorem 2> který je mechanicky kloubově vestavěn mezi rám J. a výložník pracovního zařízení _2. Pístový prostor 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3 je naplněn tlakovou kapalinou a dále je napojen na hydropneumatický akumulátor 4 opatřený pojistným ventilem 7 a jednosměrným ventilem 11 napojeným na zpětnou větev 12 od pístnicového prostoru 51 a 31. Zpětná větev 12 je dále propojena přes tlakový ventil 10 k nádrži 9 kapaliny. Pístnicový prostor 31 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 2 3^e naplněn kapalinou a je napojen na pístnicový prostor 51 přímočarého hydromotoru 2 pracovního zařízení 2. Provedení dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 2 je s výhodou shodné s přímočarým hydromotorem j?· Pístový prostor 52 přímočarého hydromotoru £ je propojen přes jednosměrný ventil14 a přes škrtící ventil 15 k pístovému prostoru 32 dvoučinného akumulačního hydromotoru 2·

Variantně je mezi pístový prostor 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3 a hydropnaumatický akumulátor 4 hydraulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení 6, nebo rozváděči hydraulické zařízení 8, jehož druhý kanál je napojen na nádrž S kapaliny, případně je za sebou hydraulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení 6 a rozváděči hydraulické zařízení

Propojovací hydraulické zařízení 6 tvoří s výhodou sedlový ventil 61 s řídícím hydraulickým rozvaděčem 62 ovládaný hydraulickým signálem, nebo elektrickým signálem z tlakového relé 63.Řídící hydraulický rozvaděč 62, nebo tlakové relé 63 je hydraulicky napojeno na výstupní tlakovou větev 13 ovladače spouštění pracovního zařízení 2.

Rozváděči hydraulické zařízení 8 tvoří na příklad rozvaděč ovládaný hydraulickým, nebo elektrickým signálem vzniklým při zvýšení tlaku v propojených pístnicových prostorech 31, 21 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 2

-5a přímočarého hydromotoru j> pracovního zařízení _2.

Výkon hnacího motoru a hydrogenerátoru stroje je snížen buď použitím menší pohonné jednotky a nebo změnou seřízení, na příklad snížením provozních otáček motoru.

Při klidu je statická únosnost pracovního zařízení _2, ve smyslu spouštění, určena statickým tlakem, nastaveným na po jistném ventilu hydraulické soustavy stroje, působícím v pístových prostorech 52 přímočarých hydromotoru 5 pracovního září zení 2 a dále okamžitému tlaku v hydropneumatickém akumulátoru 4 působícímu v pístovém prostoru 32 dvoučinného přímočarého hydromotoru 3.

Variantně se při klidu pracovního zařízení 2 přestaví pro poj ovací hydraulické zařízení 6 do uzavřené polohy. Statická únosnost pracovního zařízení 2 ve smyslu spouštění je pak urče na maximálním statickým tlakem nastaveným na pojistném ventilu hydraulické soustavy stroje, působícím v pístových prostorech 52 přímočarých hydromotorů 5 pracovního zařízení 2 a dále pojistným tlakem nastaveným na pojistném ventilu J7, působícím v pístovém prostoru 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3. Tlak pojistného ventilu 7 je výhodné nastavit shodně se statickým tlakem pojistného ventilu hydraulické sous tavy stroje. Tím je v této variantě dosaženo vyšší statické únosnosti pracovního zařízení 2 ve směru spouštění.

Při spouštění pracovního zařízení 2 se přivádí tlaková kapalina z hydraulické soustavy stroje do pístnicového prostoru 51 přímočarého hydromotoru 5» a pístnicového prostoru 31 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3. Tlaková kapalina z pístového prostoru 52 je vytlačována přes hydraulic kou soustavu stroje do nádrže 9 kapaliny a náplň kapaliny pístového prostorní 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3 je vytlačována do hydropneumatickéhb akumulátoru χ, buď přímo, nebo alternativně přes nucené otavřený sedlový ventil 61 propojovacího zařízení 6. Tlakem v hydropneumatickém akumulátoru 4, na straně kapaliny i plynu, který působí i v pís tovém prostoru 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 2 je píst dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru 3 nadlehčován, čímž je brzděno spouštění pracovního zařízení 2, bez maření energie, nebot energie se akumuluje v hydropneumatickém akumulátoru 4.

-bVariantně se při spouštění pracovního zařízení 2 projeví , odpory pracovního orgánu tak, že se zvýší tlak v propojeném pístnicovém prostoru 31 a 51 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotorů 3 a přímočarého hydromotorů 5 pracovního zařízení 2 nad nulovou hodnotu a tím dojde k přestavení rozvádecího hydraulického zařízení 8, které propojí pístový prostor 32 dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotorů 3 s nádrží 9 kapaliny a odpojí jej od hydropneumatického akumulátoru 4. Tím dojde k zvýšení akční síly při spouštění pracovního zařízení 2. Při zvedání pracovního zařízení 2 se přivádí tlaková kapalina do pístového prostoru 52 přímočarého hydromotoru 5, čímž se pracovní zařízení 2 zvedá a je současně nadlehčováno tlakem plynu a kapaliny z hydropneumatického akumulátoru 4 působícím na píst dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotorů 2 buď přímo, nebo alternativně přes samočinně otevřený sedlový ventil 61 propojovacího hydraulického zařízení 6, čímž se využívá dříve akumulovaná energie z hydropneumatického akumulátoru 4. V okamžiku kdy tlak v hydropneumatickém akumulátoru 4 poklesne pod tlak v pístovém prostoru 52 přímočarého hydromotorů % pracovního zařízení 2, přitéká kapalina . do hydropneumatického akumulátoru 4 přes jednosměrný ventil 14 a přes škrtící ventil 25, čímž se uhrazují ztráty kapaliny netěsností přístrojů β přebytek kapaliny oproti ztrátám, dosažený vhodným seřízením škrtícího ventilu 15, zajištuje dosažení plného pracovního tlaku hydropneumatického akumulátoru 4 i při zmenšení zdvihu pracovního zařízení 2.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro rekuperaci polohové energie pracovního zařízení podle vynálezu lze s výhodami využít u stavebních a zemních strojů, přičemž provedení dle obr.1 je výhodné u strojů s požadavkem na velkou akční sílu pracovního zařízení ve směru zvedání, jako jsou na příklad nakladače, zdvihadla, univerzální hydraulická rýpadla pro nakládací a hloubkové zařízení a pro všeobecné použití. Provedení dle obr. 2 je výhodné u strojů, které mají menší nároky na akční zvedací sílu pracovního zařízení a mají samostatný pohon hlavních pracovních orgánů, jako jsou na příklad hydraulická lopatová rý-ýlpadla s hloubkovou lopatou. Provedení dle obr. 3 je výhodné při použití jako u obr. 2, kde se vsak současně využívá síla při spouštění pracovního zařízení jako akční síla přímo na pracovní rn o rgánu stroje.

Claims (4)

1. Zařízení pro rekuperaci polohové energie pracovního zařízení stavebního, nebo zemního stroje, kde je pracovní zařízení opatřeno nejméně jedním přímočarým hydromotorem pro zvedání a spouštění pracovního zařízení, napojeným na hydraulickou soustavu stroje a kde mezi rám stroje a pracovní zařízení je vestavěn nejméně jeden dvoučinný přímočarý akumulační hydromotor, jehož pístnicový prostor je propojen s pístnicovým prostorem přímočarého hydromotoru a pístový prostor je napojen na hydropneumatický akumulátor, případně je mezi pístový prostor dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru a hydropneumatický akumulátor hydraulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení, případně je mezi pístový prostor dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru a hydropneumatický akumulátor hydraulicky zapojeno rozváděči hydraulické zařízení, jehož druhý kanál je napojen na nádrž kapaliny, případně je mezi pístový prostor dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru a hydropneumatický akumulátor za sebou hydraulicky zapojeno propojovací hydraulické zařízení a rozváděči hydraulické zařízení, vyznačující se tím, že odpadní větev (12) od pístnicového prostoru (51) přímočarého hydromotoru (5) a od pístnicového prostoru (31) dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru (3) je propojena s pístovým prostorem (32) dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru (3) přes jednosměrný ventil (11) a dále je odpadní větev (12) propojena s nádrží (9) kapaliny přes tlakový ventil (10).

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že pístový prostor (52) přímočarého hydromotoru (5) je propojen s pístovým prostorem (32) dvoučinného přímočarého akumulačního hydromotoru (3) přes jednosměrný ventil (14).

3. Zařízení podle bodu 1 nebo 2, kde propojovací hydraulické zařízení je tvořeno sedlovým ventilem s řídícím hydraulickým rozvaděčem ovládaným buď hydraulickým signálem, nebo elektrickým signálem od tlakového relé, vyznačuj í- 9, cí se tím, že řídící hydraulický rozvaděč (62), nebo tlakové relé (63) je hydraulicky napojeno na výstupní tlakovou větev (13) ovladače spouštění pracovního zařízení ( 2 ) .

4. Zařízení podle bodu 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se t í m , že výkon hnacího motoru a hydrogenarátorů stroje je snížen.