RU2019649C1

RU2019649C1 - Hydraulic drive of shovel excavator

Info

Publication number: RU2019649C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Лукашов; А.А. Акинфиев; В.В. Макаров; Н.П. Овчинников; А.В. Романов; Н.Н. Банько
Original assignee: Акционерное общество "Ковровский экскаваторный завод"
Priority date: 1991-10-22
Filing date: 1991-10-22
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: earth-moving machinery; drives of hydraulic shovel excavators. SUBSTANCE: hydraulic power accumulators are interconnected by hydraulic line with check valve, and one of them is connected with pump suction line. Each servo- control unit is provided with control valve. Two of them are connected with spaces of reversible pumps controllers and another two - with control spaces of hydraulic power control valves of actuators drive. Piston spaces of hydraulic cylinders of jib drive are connected by hydraulic control valve with control space, connected with piston space of one of jib hydraulic cylinders and through hydraulic control valve of jib drive - with one of reversible pumps. EFFECT: enhanced reliability of operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроительному гидроприводу и может быть использовано для привода одноковшовых гидравлических экскаваторов. The invention relates to a mechanical hydraulic actuator and can be used to drive single bucket hydraulic excavators.

В настоящее время для гидравлического привода одноковшовых экскаваторов применяются гидросистемы в основном с открытой циркуляцией потока. Закрытая циркуляция имеет ряд преимуществ в сравнении с открытой - обеспечивается повышение КПД за счет использования рекуперации энергии, эффективного использования объемного регулирования реверсивных насосов, насосно-аккумуляторного привода, упрощаются соединения насосов и гидродвигателей, улучшается фильтрация рабочей жидкости. Currently, hydraulic systems for open-shovel excavators are used mainly with open circulation systems. Closed circulation has several advantages compared to open circulation - it provides increased efficiency due to the use of energy recovery, efficient use of volume control of reversible pumps, a battery-pump drive, the connections of pumps and hydraulic motors are simplified, and the filtration of the working fluid is improved.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидропривод, содержащий реверсивные регулируемые насосы, гидроцилиндры и гидромоторы хода и поворота, гидрораспределители, гидроаккумуляторы, гидролинии, обратные и управляемые обратные клапаны [1]. К недостаткам указанного гидропривода следует отнести использование силового гидроаккумулятора только для привода поворота, использование для аккумулирования энергии механических аккумуляторов, отсутствие адресно-скоростной системы управления, отсутствие системы запуска машины в зимнее время. Привод поворота и привод подъема стрелы являются самыми нагруженными, попутные нагрузки при опускании стрелы позволяют аккумулировать энергию рабочего оборудования при опускании и рекуперировать ее в приводе, однако весьма важно организовать обмен запасенной энергией между контурами поворота и подъема. Использование механических аккумуляторов небезопасно для строительно-дорожной техники, поэтому в предлагаемом гидроприводе аккумулирование энергии осуществляется гидропневматическими аккумуляторами. The closest in technical essence to the proposed one is a hydraulic actuator containing reversible adjustable pumps, hydraulic cylinders and hydraulic motors of travel and rotation, directional valves, hydraulic accumulators, hydraulic lines, non-return and controllable non-return valves [1]. The disadvantages of this hydraulic drive include the use of a power accumulator only for turning drive, the use of mechanical accumulators for energy storage, the absence of an address-speed control system, and the lack of a machine start-up system in winter. The swing drive and the boom lift drive are the most loaded, associated loads when lowering the boom allow accumulating the energy of the working equipment when lowering and recovering it in the drive, however, it is very important to organize the exchange of stored energy between the turn and lift loops. The use of mechanical batteries is unsafe for road construction equipment, therefore, in the proposed hydraulic drive, energy storage is carried out by hydropneumatic batteries.

Применение реверсивных регулируемых насосов весьма выгодно энергетически, однако усложняет систему управления, например, в а.с. N 1004551 для управления таким насосом пришлось использовать блока клапанов ИЛИ, поэтому в предлагаемом гидроприводе задача управления решается с помощью адресно-скоростной системы. The use of reversible controlled pumps is very advantageous energetically, however, it complicates the control system, for example, in a.s. N 1004551 for controlling such a pump, it was necessary to use an OR valve block, therefore, in the proposed hydraulic actuator, the control problem is solved using an address-speed system.

Цель изобретения - увеличение общего КПД гидропривода экскаватора. The purpose of the invention is to increase the overall efficiency of the hydraulic drive of the excavator.

Достигается это тем, что с целью увеличения общего КПД привода для поворота платформы и подъема стрелы применены отдельные силовые гидроаккумуляторы, один из силовых гидроаккумуляторов связан гидролинией с всасывающей линией насоса управления, силовые гидроаккумуляторы связаны линией с обратным клапаном, в каждом из блоков сервоуправления два золотника связаны с полостями регуляторов насоса, а два других - с полостями управления силовых гидрораспределителей, линия управления гидрораспределителем, установленным между поршневыми полостями гидроцилиндров стрелы, связана с поршневой полостью одного из гидроцилиндров стрелы и с одной из линий насоса через гидрораспределитель. This is achieved by the fact that in order to increase the overall efficiency of the drive for turning the platform and lifting the boom, separate power accumulators are used, one of the power accumulators is connected by a hydraulic line to the suction line of the control pump, the power accumulators are connected by a line with a check valve, in each of the servo control units two spools are connected with cavities of pump regulators, and the other two with control cavities of power control valves, control line of a control valve installed between the piston floors styami boom hydraulic cylinder associated with the piston cavity of one of the boom cylinders and one of the lines through the pump control valve.

По сравнению с известным использование экскаватора с предлагаемым гидроприводом обеспечит эффективное использование экскаватора, а также улучшит управление и увеличит производительность машины. Compared with the known use of an excavator with the proposed hydraulic drive will ensure the efficient use of the excavator, as well as improve control and increase machine productivity.

На чертеже представлена схема гидропривода экскаватора. The drawing shows a diagram of the hydraulic excavator.

Гидропривод содержит гидробак, гидролинии, реверсивные регулируемые насосы, силовые и подпиточный гидроаккумуляторы, гидроцилиндры, гидромоторы хода и поворота, гидрораспределителя, обратные и управляемые обратные клапаны. The hydraulic actuator contains a hydraulic tank, hydraulic lines, reversible adjustable pumps, power and make-up hydraulic accumulators, hydraulic cylinders, hydraulic motors of stroke and rotation, hydraulic distributor, non-return and controlled non-return valves.

Изменение величины рабочих объемов регулируемых реверсивных насосов 1 и 2 может осуществляться одновременно с включением любого из гидроприводов. При этом, например, в блоке 3 сервоуправления (блоке СУ) включаются два золотника и рабочая жидкость (РЖ) попадает как в гидролинии 5 или 6 к полостям регулятора 7 управления насосом 1, так и в линию 8 гидрораспределителя (ГР) 9 гидроцилиндра (ГЦ) 10 ковша. Таким образом одной ручкой на блоке СУ осуществляется включение золотника гидрораспределителя и регулирование скорости движения гидропривода (адресно-скоростная система управления). Также включаются золотники в блоке 4 СУ. Сигналы в линиях 11 и 12 идут к регулятору 13 насоса 2, в линиях 14 и 18 - к полости ГР 15 гидроцилиндров 16 и 17 стрелы или полости ГР 19 гидроцилиндра 20 рукояти. ГР 21 и 22 предназначены для управления ходом, ГР 23 и 24 - для сброса излишков рабочей жидкости из полостей насосов 1 и 2. С помощью электроуправляемого ГР 25 осуществляется подвод питания к блокам СУ 3, 4, 26, открывание управляемых обратных клапанов (гидрозамков ГЗ) 27 и 28 у силового гидроаккумулятора ГАК 29 и ГАК 30 подпитки. ГР 31 управляет гидрозамком 32 силового ГАК 33, предназначенного для привода гидромотора 45 поворота платформы. The change in the magnitude of the working volumes of the adjustable reversible pumps 1 and 2 can be carried out simultaneously with the inclusion of any of the hydraulic drives. At the same time, for example, in the servo control unit 3 (SU unit), two spools are turned on and the working fluid (RH) enters both the hydraulic lines 5 or 6 to the cavities of the pump control regulator 7 and the line 8 of the hydraulic distributor (GR) 9 of the hydraulic cylinder (HZ) ) 10 bucket. Thus, with one handle on the SU unit, the control valve spool is turned on and the hydraulic drive speed is regulated (address-speed control system). Spools in block 4 of the control system are also included. The signals in lines 11 and 12 go to the regulator 13 of the pump 2, in lines 14 and 18 to the cavity of the GR 15 of the hydraulic cylinders 16 and 17 of the boom or the cavity of the GR 19 of the hydraulic cylinder 20 of the handle. GR 21 and 22 are designed to control the progress, GR 23 and 24 - to discharge excess working fluid from the cavities of pumps 1 and 2. Using an electrically controlled GR 25, power is supplied to the SU 3, 4, 26 units, opening controlled check valves (hydraulic locks GZ ) 27 and 28 at the power accumulator HAK 29 and HAK 30 recharge. GR 31 controls the hydraulic lock 32 power HAC 33, designed to drive the hydraulic motor 45 of the rotation of the platform.

Гидропривод работает следующим образом. После запуска двигателя для подготовки гидропривода к работе необходимо включить ГР 25, который передает РЖ к блокам СУ 3 и 4 и открывает ГЗ 27 и 28. Для опускания стрелы нажатием ручки из блоков СУ 4 включаются для сервозолотника и в линии, например 12 и 14, подается рабочая жидкость к регулятору 13, ГР 24 и к полости ГР 15. На экскаваторе применено верхнее расположение гидроцилиндров стрелы и поэтому опусканию соответствует подача рабочей жидкости в поршневую полость. От насоса 2 РЖ попадает в линию 34. При включении ГР 15 рабочая жидкость передается в поршневую полость ГЦ 17. Давление в поршневой полости вызывает включение золотника ГР 35, и поршневые полости гидроцилиндров 16 и 17 соединяются. Из штоковой полости ГЦ 16 рабочая жидкость через ГР 15 возвращается по линии 36 к насосу 2. Из штоковой полости гидроцилиндра 17 по линии 37 рабочая жидкость попадает в ГАК 29 и заряжает его. Таким образом, опускание происходит одновременно с зарядкой ГАК 29. В связи с разными объемами поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров 16 и 17 во время опускания в линии 36 будет дефицит рабочей жидкости. Для его восполнения от ГАК подпитки от ГАК подпитки 30 через обратный клапан 38 происходит подпитка линии 36. The hydraulic actuator operates as follows. After starting the engine, to prepare the hydraulic drive for operation, it is necessary to turn on the GR 25, which transfers the RJ to the SU 3 and 4 blocks and opens the GZ 27 and 28. To lower the boom by pressing the handle from the SU 4 blocks, they are turned on for the servo-driver and in the line, for example 12 and 14, the working fluid is supplied to the regulator 13, GR 24 and to the cavity of the GR 15. The upper arrangement of the boom hydraulic cylinders is applied to the excavator and therefore lowering corresponds to the flow of working fluid into the piston cavity. From the pump 2, the RG enters line 34. When the GR 15 is turned on, the working fluid is transferred to the piston cavity of the hydraulic cylinder 17. The pressure in the piston cavity causes the GR 35 spool to turn on, and the piston cavities of the hydraulic cylinders 16 and 17 are connected. From the stock cavity of the HZ 16, the working fluid returns through the line 15 to the pump 2 through the GR 15. From the stock cavity of the hydraulic cylinder 17, the working fluid enters the HAC 29 through line 37 and charges it. Thus, lowering occurs simultaneously with the charging of the hull 29. Due to the different volumes of the piston and rod cavities of the hydraulic cylinders 16 and 17 during lowering, there will be a shortage of working fluid in line 36. To replenish it from the HAC feed from the HAC feed 30 through the check valve 38 is recharged line 36.

Для подъема стрелы рабочая жидкость после включения двух золотников в блоке СУ 4 подается в линии 11 и 14. Регулятор 13 насоса 2 направляет РЖ в линию 36 и далее через ГР 15 в линию 41 в штоковую полость ГЦ 16. В это время поршневая полость оказывается связанной с всасывающей линией 34 насоса 2. Золотник ГР 35 занимает нижнюю позицию и разобщает поршневые полости ГЦ 16 и 17. Таким образом, поршневая полость ГЦ 16 через линию с обратным клапаном 40 соединяется с линией подпитки 42, через которую заполняет гидроаккумулятор 30, подпитывающий гидросистему. В это время ГАК 29 разряжается по линиям 37 в штоковую полость ГЦ 17. Подъем рабочего оборудования осуществляется ГЦ 16 при подаче в него рабочей жидкости насосом 2, а гидроцилиндр 17 поднимает рабочее оборудование при подаче в него РЖ от гидроаккумулятора 29. Для этого ГЗ 27 открыт с помощью ГР 25. Разность объемов поршневых и штоковых полостей вызывает избыток рабочей жидкости в линии 34. Этот избыток сливается через ГР 24 в линию 42 к подпиточному ГАК 30 или на слив через клапан 43. Таким же образом включаются, подпитываются и управляются гидроприводы хода, рукояти и ковша. To raise the boom, the working fluid after turning on two spools in the SU 4 unit is supplied in lines 11 and 14. The regulator 13 of the pump 2 directs the RJ to line 36 and then through GR 15 to line 41 to the rod cavity of HZ 16. At this time, the piston cavity is connected with the suction line 34 of the pump 2. The spool of the GR 35 occupies the lower position and separates the piston cavities of the hydraulic circuits 16 and 17. Thus, the piston cavity of the hydraulic circuits 16 is connected through a line with a check valve 40 to the make-up line 42, through which the accumulator 30 filling the hydraulic system fills. At this time, the HAC 29 is discharged along lines 37 to the rod chamber of the HZ 17. The working equipment is lifted by the HZ 16 when the working fluid is pumped into it by pump 2, and the hydraulic cylinder 17 raises the working equipment when the RJ is supplied to it from the hydraulic accumulator 29. For this, the GZ 27 is open using GR 25. The difference in the volume of the piston and rod cavities causes an excess of working fluid in line 34. This excess is discharged through GR 24 to line 42 to make-up HAC 30 or to drain through valve 43. In the same way, hydraulic actuators x are turned on, energized and controlled Yes, stick and bucket.

Силовой ГАК 33 для привода поворота платформы заряжается из линии 44 от насоса 1 или 2 через обратные клапаны 46 и 47. Эта зарядка может быть выполнена перед началом работы, в дальнейшем параллельно присоединение ГАК 33 к насосам обеспечивает его подзарядку. Для включения гидромотора 45 поворота используется педальный блок СУ 26. Перед включением с помощью ГР 31 открывается ГЗ 32 гидроаккумулятора 33. Давление в линии 48 или 49 смещает золотник ГР 50 и одновременно воздействует на регулятор 51 гидромотора поворота 45, устанавливая такой рабочий объем, какой необходим. Соответственно изменению рабочего объема происходит разгон поворотной платформы. При совмещениях подъема стрелы и поворота по линии 44 возможна передача энергии, накопленной в ГАК 33, в штоковую полость ГЦ стрелы 17. Торможение платформы производится либо изменением рабочего объема гидромотора 45, либо установкой ГР 50 в нейтраль. Во втором случае остаток энергии жидкости используется для подзарядки подпиточного ГАК 30. The power HAK 33 for the drive to turn the platform is charged from line 44 from the pump 1 or 2 through the check valves 46 and 47. This charging can be performed before starting work, later on the parallel connection of the HAK 33 to the pumps ensures its recharging. To turn on the turning motor 45, the pedal block SU 26 is used. Before turning on with the help of GR 31, the hydraulic accumulator 33 opens. 32. The pressure in line 48 or 49 displaces the spool of the GR 50 and simultaneously acts on the regulator 51 of the turning motor 45, setting the displacement as necessary . According to the change in working volume, the turntable is accelerated. When combining boom lift and rotation along line 44, it is possible to transfer the energy stored in the HAC 33 to the stock cavity of the boom of the boom 17. The platform is braked either by changing the working volume of the hydraulic motor 45, or by installing the GR 50 in neutral. In the second case, the remainder of the liquid energy is used to recharge the make-up HAC 30.

Наличие для привода подъема стрелы и для поворота отдельных гидроаккумуляторов энергии рабочей жидкости, возникающей при попутных нагрузках (при опускании стрелы, при торможении платформы), а также использование параллельного подключения ГАК 33 к обоим насосам 1 и 2 и, кроме того, линия 44 между двумя силовыми ГАК 33 и 29 позволяет эффективно использовать рекуперацию энергии и обмен энергией между приводами стрелы и поворота. Кроме того, введение ГАК 33 позволяет использовать его для зимнего запуска основного двигателя путем соединения ГАК 33 через линию 52 и кран 53 с всасывающей линией насоса 54 управления. Насос 54 в отличие от насосов 1 и 2 имеет меньший момент страгивания и в данном случае используется в моторном режиме для прокручивания коленчатого вала основного двигателя и запуска в зимнее время. The presence for the boom lift drive and for the rotation of individual hydraulic accumulators of the working fluid energy that occurs during associated loads (when lowering the boom, when the platform brakes), as well as the use of a parallel connection of the HAC 33 to both pumps 1 and 2 and, in addition, line 44 between the two power HAC 33 and 29 allows you to effectively use energy recovery and energy exchange between the boom and turn drives. In addition, the introduction of the HAC 33 allows you to use it for winter start-up of the main engine by connecting the HAC 33 through line 52 and the valve 53 with the suction line of the control pump 54. Pump 54, unlike pumps 1 and 2, has a lower breakaway torque and, in this case, is used in motor mode to scroll the crankshaft of the main engine and start it in winter.

Claims

HYDRAULIC DRIVE OF A SINGLE-SHAFT EXCAVATOR, including servo-control units, a pump connected by a suction line to a tank and hydraulic lines with a rechargeable hydraulic accumulator, power hydraulic accumulators connected through controlled non-return valves with a rotation hydraulic motor and hydraulic cylinders of the boom drive, reversible pumps with power regulators, reversible pumps with power regulators having control cavities, characterized in that the power accumulators are interconnected by a hydraulic line with an inverse to a lapan, and one of them is connected to the suction line of the pump, each servo control unit is made with slide valves, two of which are connected to the cavities of the regulators of the reversible pumps, and the other two to the control cavities of the power control valves of the actuators, and the piston cavities of the boom drive hydraulic cylinders connected by means of a control valve with a control cavity connected to the piston cavity of one of the boom hydraulic cylinders and through a control valve of the boom drive - with one of the reversing ny pumps.