RU2425928C1

RU2425928C1 - Energy-saving operating equipment of excavator with articulated digging arm

Info

Publication number: RU2425928C1
Application number: RU2009147637/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Никитич Тарасов (RU); Владимир Никитич Тарасов; Ирина Владимировна Бояркина (RU); Ирина Владимировна Бояркина
Original assignee: Владимир Никитич Тарасов
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-08-10
Also published as: RU2009147637A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: energy-saving operating equipment includes digging arm base, digging arm head, handle, bucket, the main hydraulic cylinders for lifting the digging arm, control hydraulic cylinder of the digging arm length, additional balancing pneumatic cylinder connected to portal and to the digging arm base. Piston cavity of balancing pneumatic hydraulic cylinder is connected to gas bottle charged with pressure of more than 10 MPa and having the volume equal at least to five operating volumes of balancing pneumatic hydraulic cylinder. At that, to piston cavity at least of one main hydraulic cylinder for lifting the digging arm there connected is hydropneumatic accumulator the gas cavity of which is charged with initial pressure of more than 10 MPa and divided at least into two gas chambers separated with a partition in which an adjustable orifice is installed.

EFFECT: higher operating efficiency of machine, lower energy losses and higher efficiency of operating equipment.

2 dwg

Description

Изобретение относится к одноковшовым универсальным экскаваторам, имеющим сочлененную стрелу.The invention relates to single-bucket universal excavators having an articulated boom.

Известно рабочее оборудование экскаватора с телескопической стрелой, например [АС №384988, 29.05.1973, БИ №25], содержащее колесный базовый трактор, стрелу, содержащую основание стрелы и оголовок стрелы, причем основание стрелы выполнено в виде трубы, в которой расположен оголовок стрелы и гидроцилиндр регулирования длины стрелы.Known working equipment of an excavator with a telescopic boom, for example [AS No. 384988, 05/29/1973, BI No. 25], containing a wheeled base tractor, an arrow containing the base of the boom and the head of the boom, the base of the boom made in the form of a pipe in which the head of the boom is located and a hydraulic cylinder for adjusting the length of the boom.

Недостатком этого устройства являются большие габариты стрелы, обусловленные последовательным расположением гидроцилиндра регулирования длины стрелы, оголовка стрелы и основания стрелы.The disadvantage of this device is the large dimensions of the boom, due to the sequential arrangement of the hydraulic cylinder for adjusting the length of the boom, the tip of the boom and the base of the boom.

Наиболее близким по технической сущности из известных технических решений к предлагаемому устройству является рабочее оборудование одноковшового экскаватора с сочлененной стрелой [А.В.Раннев. Одноковшовые строительные экскаваторы. Москва, «Высшая школа», 1991. - 304 с. С.35], содержащее гусеничную базовую машину, основание стрелы, оголовок стрелы, рукоять, ковш, основные гидроцилиндры подъема стрелы, гидроцилиндр регулирования длины стрелы.The closest in technical essence of the known technical solutions to the proposed device is the working equipment of a single-bucket excavator with an articulated boom [A.V. Rannev. Single bucket construction excavators. Moscow, "Higher School", 1991. - 304 p. P.35], comprising a tracked base vehicle, boom base, boom head, handle, bucket, main boom lifting hydraulic cylinders, boom length hydraulic cylinder.

Недостатком данного устройства является большая нагруженность гидроцилиндров подъема стрелы, обусловленная увеличенной консольностью рабочего оборудования, большим радиусом копания и большой глубиной копания.The disadvantage of this device is the large load of the boom lifting cylinders, due to the increased cantilever of the working equipment, a large digging radius and a large digging depth.

Другим недостатком устройства являются большие динамические нагрузки в гидроприводе стрелы в начале ее разгона при подъеме и в момент торможения при опускании, обусловленные высоким расчетным давлением в гидроприводе (32 МПА) и большой консольностью расположения сил тяжести элементов рабочего оборудования относительно шарнира крепления стрелы на портале.Another disadvantage of the device is the large dynamic loads in the boom hydraulic drive at the beginning of its acceleration during lifting and at the time of braking when lowering, due to the high design pressure in the hydraulic drive (32 MPA) and the large cantilever arrangement of the gravity of the working equipment elements relative to the boom mounting hinge on the portal.

Рабочее оборудование одноковшового экскаватора по АС №384988 и прототипу [А.В.Раннев. Одноковшовые строительные экскаваторы. Москва, «Высшая школа», 1991. - 304 с. С.20, с.35], является энергозатратным, так как при подъеме полезного груза в ковше бесполезно расходуется значительная энергия на преодоление сил тяжести стрелы, рукояти, ковша. На преодоление этих сил тяжести двигатель расходует топливо.The working equipment of a single-bucket excavator according to AS No. 384988 and the prototype [A.V. Rannev. Single bucket construction excavators. Moscow, "Higher School", 1991. - 304 p. P.20, p.35], is energy-consuming, since when lifting a payload in a bucket, considerable energy is useless to overcome the gravity of the boom, stick, bucket. To overcome these forces of gravity, the engine consumes fuel.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции рабочего оборудования экскаватора путем уравновешивания силы тяжести стрелы, рукояти и ковша и обеспечение гашения колебаний стрелы при динамических нагрузках.The objective of the invention is to improve the design of the working equipment of the excavator by balancing the gravity of the boom, stick and bucket and providing damping oscillations of the boom under dynamic loads.

Поставленная задача изобретения решена тем, что в известном устройстве, включающем сочлененную стрелу, содержащую основание стрелы, оголовок стрелы, рукоять, ковш, основные гидроцилиндры подъема стрелы, гидроцилиндр регулирования длины стрелы, дополнительно используется уравновешивающий пневмогидроцилиндр, соединенный шарнирно с порталом и основанием стрелы, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном, заряженным давлением более 10 МПа, объем которого равен, по меньшей мере, пяти рабочим объемам уравновешивающего пневмогидроцилиндра, при этом в поршневую полость, по меньшей мере, одного основного гидроцилиндра подъема стрелы подключен пневмогидроаккумулятор, газовая полость которого заряжена начальным давлением более 10 МПа и разделена, по меньшей мере, на две газовые камеры, разделенные перегородкой, в которой установлен регулируемый дроссель.The object of the invention is solved in that in the known device, including an articulated boom containing the base of the boom, head of the boom, handle, bucket, main hydraulic cylinders for raising the boom, hydraulic cylinder for adjusting the length of the boom, a balancing pneumohydraulic cylinder, pivotally connected to the portal and the base of the boom, is additionally used the cavity of which is connected to a gas cylinder charged with a pressure of more than 10 MPa, the volume of which is equal to at least five working volumes of a balancing pneumog drotsilindra, while in the piston chamber, at least one main cylinder boom connected hydropneumatic accumulator, gas cavity is charged with an initial pressure of more than 10 MPa and is divided into at least two gas chambers separated by a partition, wherein an adjustable throttle.

Предложенное изобретение позволило создать энергосберегающее рабочее оборудование и осуществить гашение колебаний стрелы в динамических режимах работы.The proposed invention made it possible to create energy-saving working equipment and to damp boom vibrations in dynamic operating modes.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид энергосберегающего рабочего оборудования экскаватора, на котором основные гидроцилиндры подъема стрелы закрывают уравновешивающий пневмогидроцилиндр, расположенный внутри. На фиг.2 показано энергосберегающее рабочее оборудование, на котором условно отсечены основные гидроцилиндры подъема стрелы и показан уравновешивающий пневмогидроцилиндр в нижнем положении копания и верхнем положении при выгрузке ковша.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general view of an energy-saving working equipment of an excavator, in which the main boom lifting hydraulic cylinders close the balancing pneumohydraulic cylinder located inside. Figure 2 shows energy-saving working equipment on which the main boom lifting cylinders are conventionally cut off and a balancing pneumohydrocylinder is shown in the lower digging position and the upper position when unloading the bucket.

Изобретение содержит нижнюю раму с гусеничным ходовым механизмом 1, поворотную платформу 2 с порталом 3, на котором шарнирно установлено основание стрелы 4, шарнирно соединенное с оголовком стрелы 5, рукоять 6, ковш 7, основные гидроцилиндры 8 подъема стрелы, уравновешивающий пневмогидроцилиндр 9, поршневая полость которого соединена с газовым баллоном 10 (см. фиг.2) магистралью 11. В поршневую полость основного гидроцилиндра 8 подъема стрелы подключен гидролинией 12 пневмогидроаккумулятор 13 (см. фиг.1), в котором поршень 14 разделяет гидравлическую и газовую полости.The invention comprises a lower frame with a caterpillar running gear 1, a rotary platform 2 with a portal 3, on which the base of the boom 4 is pivotally mounted pivotally connected to the head of the boom 5, the handle 6, the bucket 7, the main hydraulic cylinders 8 of the boom lift, balancing the pneumohydrocylinder 9, the piston cavity which is connected to the gas cylinder 10 (see figure 2) by a line 11. In the piston cavity of the main hydraulic cylinder 8 for lifting the boom, a hydraulic accumulator 13 is connected by a hydraulic line 12 (see figure 1), in which the piston 14 divides the hydraulic and gas cavities.

Газовая полость 15 пневмогидроаккумулятора разделена на две газовые полости перегородкой 16, в которой установлен регулируемый дроссель 17. Основание стрелы 4 и оголовок стрелы 5 связаны гидроцилиндром 18 регулирования длины стрелы.The gas cavity 15 of the pneumatic accumulator is divided into two gas cavities by a partition 16 in which an adjustable throttle 17 is installed. The base of the boom 4 and the head of the boom 5 are connected by a hydraulic cylinder 18 for controlling the length of the boom.

Работа энергосберегающего рабочего оборудования осуществляется следующим образом. Рабочие операции поворота ковша и рукояти совершаются обычным образом и описанию не подлежат.The work of energy-saving working equipment is as follows. The working operations of turning the bucket and handle are performed in the usual way and are not subject to description.

Для подъема рабочего оборудования с заполненным ковшом штоки основных гидроцилиндров 8 выдвигаются из гидроцилиндров и поворачивают основание стрелы 4 против часовой стрелки относительно портала 3. Одновременно (см. фиг.2) уравновешивающий пневмогидроцилиндр 9, поршневая полость которого соединена гидромагистралью 11 с газовым баллоном 10, осуществляет уравновешивание силы тяжести основания стрелы 4, оголовка стрелы 5, рукояти 6 и ковша 7. Вследствие этого при подъеме рабочего оборудования основные гидроцилиндры 8 при подъеме стрелы воспринимают только полезную нагрузку от веса полезного груза в ковше. В результате этого снижается нагрузка на двигатель, гидронасосы, гидроцилиндры и повышается долговечность рассмотренных элементов. Одновременно значительно снижается потребление топлива двигателем и повышается КПД рабочего оборудования.To lift the working equipment with the bucket filled, the rods of the main hydraulic cylinders 8 extend out of the hydraulic cylinders and rotate the base of the boom 4 counterclockwise relative to the portal 3. At the same time (see Fig. 2), the balancing pneumohydrocylinder 9, the piston cavity of which is connected by hydraulic line 11 to the gas cylinder 10, carries out balancing the gravity of the base of the boom 4, the tip of the boom 5, the handle 6 and the bucket 7. As a result, when lifting the working equipment, the main hydraulic cylinders 8 when lifting the boom they only payload by the weight of the payload in the bucket. As a result of this, the load on the engine, hydraulic pumps, hydraulic cylinders is reduced and the durability of the considered elements is increased. At the same time, engine fuel consumption is significantly reduced and the efficiency of the working equipment is increased.

При опускании рабочего оборудования происходит втягивание штоков в гидроцилиндры 8, происходит вращение рабочего оборудования по часовой стрелке относительно портала 3, при этом газ из поршневой полости уравновешивающего пневмогидроцилиндра 9 возвращается в газовый баллон 10 практически при отсутствии сопротивления. При этом объем газового баллона 10 равен по меньшей мере пятикратному рабочему объему уравновешивающего пневмогидроцилиндра, в результате чего при подъеме и опускании стрелы давление в газовом баллоне 10 остается примерно постоянным.When lowering the working equipment, the rods are retracted into the hydraulic cylinders 8, the working equipment rotates clockwise relative to the portal 3, while the gas from the piston cavity of the balancing pneumohydrocylinder 9 returns to the gas cylinder 10 with virtually no resistance. Moreover, the volume of the gas cylinder 10 is equal to at least five times the working volume of the balancing pneumohydrocylinder, as a result of which the pressure in the gas cylinder 10 remains approximately constant when the boom is raised and lowered.

В начале подъема рабочего оборудования с грузом в ковше и при торможении в процессе подъема возникают значительные силы инерции от масс груза, ковша, рукояти, оголовка стрелы и основания стрелы. Для демпфирования колебаний стрелы в поршневые полости основных гидроцилиндров 8 гидролинией 12 подключен пневмогидроаккумулятор 13 (см. фиг.1). Газовая полость 15 пневмогидроаккумулятора 13 разделена на две камеры перегородкой 16, которая снабжена регулируемым дросселем 17.At the beginning of the lifting of the working equipment with the load in the bucket and during braking during the lifting process, significant inertia forces arise from the masses of the load, bucket, stick, boom head and base of the boom. To damp vibrations of the boom into the piston cavities of the main hydraulic cylinders 8, a hydraulic accumulator 13 is connected by a hydraulic line 12 (see Fig. 1). The gas cavity 15 of the pneumatic accumulator 13 is divided into two chambers by a partition 16, which is equipped with an adjustable throttle 17.

При давлении в поршневых полостях основных гидроцилиндров 8 менее 10 МПа система демпфирования не работает, а поршень 14 пневмогидроаккумулятора 13 находится в нижнем предельном положении.When the pressure in the piston cavities of the main hydraulic cylinders 8 is less than 10 MPa, the damping system does not work, and the piston 14 of the pneumatic accumulator 13 is in the lower limit position.

Когда динамические нагрузки на рабочем оборудовании становятся значительными (более 10 МПа) поршень 14 начинает перемещаться вверх, сжимая газ в рабочей камере 15. В результате этого давление газа над поршнем 14 оказывается значительно большим, чем над разделительной перегородкой 16. Поэтому газ в пневмогидроаккумуляторе подвержен не только упругому сжатию, но и подвергается дросселированию с помощью дросселя 17. Благодаря появлению дополнительных демпфирующих сил снижается жесткость гидросистемы основных гидроцилиндров 8 и ограничивается уровень динамических давлений в гидроприводе и насосе.When the dynamic loads on the working equipment become significant (more than 10 MPa), the piston 14 begins to move upward, compressing the gas in the working chamber 15. As a result, the gas pressure above the piston 14 is much higher than above the dividing wall 16. Therefore, the gas in the pneumatic accumulator is not exposed only elastic compression, but is also throttled by the throttle 17. Due to the appearance of additional damping forces, the hydraulic system stiffness of the main hydraulic cylinders 8 is reduced and limited level of dynamic pressures in the hydraulic drive and pump.

Claims

Energy-saving working equipment for an excavator with an articulated boom, including boom base, boom head, handle, bucket, main boom lifting hydraulic cylinders, boom length hydraulic control cylinder, characterized in that an additional balancing pneumohydraulic cylinder is used, connected to the portal and boom base, the piston cavity of which is connected to a gas cylinder charged with a pressure of more than 10 MPa and having a volume equal to at least five working volumes of a balancing pneumohydrocylinder while a pneumatic accumulator is connected to the piston cavity of at least one main boom lifting hydraulic cylinder, the gas cavity of which is charged with an initial pressure of more than 10 MPa and is divided into at least two gas chambers separated by a partition in which an adjustable throttle is installed.