RU2190062C1 - Device for balancing of working equipment of boom machine - Google Patents
Device for balancing of working equipment of boom machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190062C1 RU2190062C1 RU2001114219/03A RU2001114219A RU2190062C1 RU 2190062 C1 RU2190062 C1 RU 2190062C1 RU 2001114219/03 A RU2001114219/03 A RU 2001114219/03A RU 2001114219 A RU2001114219 A RU 2001114219A RU 2190062 C1 RU2190062 C1 RU 2190062C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- balancing
- boom
- hydraulic
- pressure
- valve
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к стреловым землеройным, погрузочно-разгрузочным, горным и др. машинам циклического действия. The invention relates to boom digging, loading, unloading, mining and other machines of cyclic action.
Известно устройство рекуперации энергии стреловой машины [1], включающее преобразование потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатого газа в пневмогидроаккумуляторе при опускании стрелы и использование этой энергии при подъеме стрелы, содержащее гидроцилиндры подъема стрелы, дополнительный гидроцилиндр, пневмогидроаккумулятор, дополнительный распределитель. A device is known for energy recovery of a boom machine [1], which includes converting the potential energy of gravity of the working equipment to the potential energy of compressed gas in a pneumatic accumulator when lowering the boom and using this energy when lifting the boom, containing hydraulic cylinders for raising the boom, an additional hydraulic cylinder, a pneumatic accumulator, and an additional distributor.
Однако известное устройство обладает следующими недостатками: оно не позволяет получить эффективное уравновешивание сил тяжести рабочего оборудования на всем диапазоне угла поворота стрелы, отсутствует возможность подзарядки пневмогидроаккумулятора при работе, сигналом открытия гидроклапана служит давление в гидромагистрали насоса, что приводит к постоянному включению системы при работающем двигателе. However, the known device has the following disadvantages: it does not allow an effective balancing of the gravity of the working equipment over the entire range of the angle of rotation of the boom, there is no possibility of recharging the pneumatic accumulator during operation, the pressure signal in the hydraulic line of the pump serves as a signal for opening the hydraulic valve, which leads to the constant turning on of the system with the engine running.
Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство рекуперации энергии, представленное в работе [2], содержащее рабочее оборудование, основные гидроцилиндры, один из которых используется как дополнительный гидроцилиндр, пневмогидроаккумулятор, обратный клапан, гидромагистрали. Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed object is the energy recovery device, presented in [2], containing working equipment, main hydraulic cylinders, one of which is used as an additional hydraulic cylinder, pneumatic accumulator, check valve, hydraulic lines.
Недостатком устройства является то, что в качестве дополнительного гидроцилиндра используется один из основных путем соединения его с пневмогидроаккумулятором. Это приводит к невозможности согласовать характеристики пневмогидроаккумулятора (снижение давления при разрядке) с характером изменения плеча основных гидроцилиндров, практически постоянного при повороте стрелы. Вследствие этого в основном и дополнительном гидроцилиндрах могут возникать разные усилия и давления, создающие дополнительные скручивающие моменты. Эффект рекуперации энергии, полученный в начале подъема рабочего оборудования, когда пневмогидроаккумулятор полностью заряжен, сопровождается потерями в конце подъема, когда пневмогидроаккумулятор разряжен, а компенсирующее давление в основном гидроцилиндре возрастает до значений, превышающих давление при обычной работе (без устройства рекуперации), это снижает общую эффективность работы машины. The disadvantage of this device is that as an additional hydraulic cylinder, one of the main ones is used by connecting it to a pneumatic accumulator. This makes it impossible to reconcile the characteristics of the pneumatic accumulator (pressure reduction during discharge) with the nature of the change in the shoulder of the main hydraulic cylinders, which is almost constant when the arrow is rotated. As a result of this, different forces and pressures can arise in the main and additional hydraulic cylinders, creating additional torsional moments. The energy recovery effect obtained at the beginning of the lift of the working equipment when the pneumatic accumulator is fully charged is accompanied by losses at the end of the lift when the pneumatic accumulator is discharged and the compensating pressure in the main hydraulic cylinder rises to values exceeding the pressure during normal operation (without a recovery device), this reduces the overall machine performance.
Задачей изобретения является создание устройства для уравновешивания рабочего оборудования, которое позволяет значительно повысить эффективность работы машины за счет снижения потерь энергии на подъем рабочего оборудования, повысить надежность системы и увеличить общий КПД. The objective of the invention is to provide a device for balancing the working equipment, which can significantly increase the efficiency of the machine by reducing energy loss for lifting the working equipment, to increase the reliability of the system and increase the overall efficiency.
Указанный технический результат достигается тем, что на всем диапазоне угла поворота стрелы положение уравновешивающего гидроцилиндра выбрано так, что уменьшение давления в пневмогидроаккумуляторе при подъеме стрелы компенсируют увеличением плеча уравновешивающего гидроцилиндра, при этом степень уменьшения давления в пневмогидроаккумуляторе при подъеме стрелы регулируют подключением газовых баллонов к газовой полости пневмогидроаккумулятора. В предлагаемом устройстве дополнительный гидрораспределитель выполнен двухпозиционным, одна из позиций которого соединяет пневмогидроаккумулятор и поршневую полость уравновешивающего гидроцилиндра, другая - рабочие полости уравновешивающего гидроцилиндра со сливом, газовая полость пневмогидроаккумулятора соединена с газовыми баллонами, устройство компенсации утечек рабочей жидкости выполнено в виде гидроклапана минимального давления. The specified technical result is achieved by the fact that on the entire range of the angle of rotation of the boom, the position of the balancing hydraulic cylinder is chosen so that the pressure decrease in the pneumatic accumulator when lifting the boom is compensated by increasing the shoulder of the balancing hydraulic cylinder, while the degree of pressure reduction in the pneumatic accumulator when lifting the boom is controlled by connecting gas cylinders to pneumatic accumulator. In the proposed device, the additional control valve is made on-off, one of the positions of which connects the pneumatic accumulator and the piston cavity of the balancing hydraulic cylinder, the other - the working cavities of the balancing hydraulic cylinder with a drain, the gas cavity of the pneumatic accumulator is connected to gas cylinders, the device for compensating for leakages of the working fluid is made in the form of a hydraulic valve of a minimum hydraulic pressure.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид стреловой машины с устройством уравновешивания рабочего оборудования, в котором уравновешивающий гидроцилиндр расположен между основными гидроцилиндрами стрелы. На фиг.2 показан общий вид машины с устройством уравновешивания рабочего оборудования, в котором уравновешивающий гидроцилиндр расположен на консольной части стрелы по другую сторону от основных гидроцилиндров. На фиг. 3 представлен график зависимости сил тяжести рабочего оборудования, приведенных к штоку уравновешивающего гидроцилиндра, выраженных в единицах давления (МПа) на поршне от угла φ поворота стрелы. На фиг.4 показана зависимость минимального давления разрядки пневмогидроаккумулятора Pmin от объема подключенной газовой полости V. На фиг.5 показана схема гидропривода уравновешенного рабочего оборудования стреловой машины.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a boom machine with a balancing device for working equipment, in which a balancing hydraulic cylinder is located between the main boom hydraulic cylinders. Figure 2 shows a General view of the machine with a device for balancing the working equipment, in which the balancing hydraulic cylinder is located on the console part of the boom on the other side of the main hydraulic cylinders. In FIG. 3 shows a graph of the dependence of the gravity of the working equipment, reduced to the rod of the balancing hydraulic cylinder, expressed in units of pressure (MPa) on the piston from the angle φ of rotation of the boom. Figure 4 shows the dependence of the minimum discharge pressure of the pneumatic accumulator P min on the volume of the connected gas cavity V. Figure 5 shows a diagram of the hydraulic drive of the balanced working equipment of the boom machine.
Устройство уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины содержит ходовое оборудование 1 с опорно-поворотной платформой 2, к которой шарнирно присоединена стрела 3. Основные 4 и уравновешивающий 5 гидроцилиндры шарнирно соединены со стрелой 3 и опорно-поворотной платформой 2. Основные гидроцилиндры 4 гидролинией 6 соединены через основной гидрораспределитель 7 с гидронасосом 8. Гидролинии 9, 10 через обратный клапан 11 и гидроклапан минимального давления 12 соединяют гидролинию 6 и пневмогидроаккумулятор 13, газовая полость которого соединена с газовыми баллонами 14. Уравновешивающий гидроцилиндр 5 соединяется с пневмогидроаккумулятором 13 дополнительным гидрораспределителем 15. Сливная гидромагистраль 16 через предохранительный клапан 17 соединяет пневмогидроаккумулятор 13 с баком. The device for balancing the working equipment of the boom machine contains running
На фиг.1, 2 дополнительно показаны точка О - шарнир крепления стрелы на портале поворотной платформы, точка А - шарнир вершины стрелы, угол φ - координата положения стрелы при работе, h1, h2, h3 - плечи уравновешивающего гидроцилиндра в нижнем, среднем и верхнем положениях.Figure 1, 2 additionally shows the point O - the hinge of the boom on the portal of the turntable, point A - the hinge of the top of the boom, angle φ - the coordinate of the position of the boom during operation, h 1 , h 2 , h 3 - the shoulders of the balancing hydraulic cylinder in the bottom, middle and upper positions.
На фиг.1 и фиг.2 показаны общие виды эквивалентных схем уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины, поэтому все последующие описания в равной мере относятся к обеим схемам без каких-либо ограничений. Figure 1 and figure 2 shows a General view of equivalent circuits balancing the working equipment of the boom machine, so all of the following descriptions apply equally to both circuits without any restrictions.
Физическая сущность процессов, реализованных в устройстве уравновешивания, состоит в следующем. The physical nature of the processes implemented in the balancing device is as follows.
Приведение сил тяжести рабочего оборудования осуществляют к уравновешивающему гидроцилиндру. Приведенная сила Т на штоке уравновешивающего гидроцилиндра изменяется при подъеме стрелы согласно формуле
где - сумма моментов сил тяжести Gi всех элементов рабочего оборудования относительно оси О вращения стрелы 3;
h - плечо уравновешивающего гидроцилиндра.Bringing the gravity of the working equipment is carried out to a balancing hydraulic cylinder. The reduced force T on the rod of the balancing hydraulic cylinder changes when the boom is raised according to the formula
Where - the sum of the moments of gravity G i of all elements of the working equipment relative to the axis O of rotation of the
h is the shoulder of the balancing hydraulic cylinder.
Уравновешивание приведенной силы Т силой гидростатического давления осуществляют рабочей жидкостью, подведенной к уравновешивающему гидроцилиндру от пневмогидроаккумулятора
T=P•S, (2)
где Р - давление рабочей жидкости в пневмогидроаккумуляторе;
S - площадь поршня уравновешивающего гидроцилиндра.The balancing of the reduced force T by the hydrostatic pressure force is carried out by the working fluid supplied to the balancing hydraulic cylinder from the pneumatic accumulator
T = P • S, (2)
where P is the pressure of the working fluid in the pneumatic accumulator;
S is the piston area of the balancing hydraulic cylinder.
Начальное положение уравновешивающего гидроцилиндра выбирают так, чтобы уменьшение давления в пневмогидроаккумуляторе при подъеме стрелы компенсировать увеличением плеча уравновешивающего гидроцилиндра. The initial position of the balancing hydraulic cylinder is chosen so that to compensate for the decrease in pressure in the pneumatic accumulator when lifting the boom by increasing the shoulder of the balancing hydraulic cylinder.
При этом степень уменьшения давления в пневмогидроаккумуляторе при подъеме стрелы регулируют подключением газовых баллонов к газовой полости пневмогидроаккумулятора согласно формуле
где Рн - начальное давление зарядки пневмогидроаккумулятора;
Vн - начальный объем газовой полости пневмогидроаккумулятора;
V - объем подсоединяемых газовых баллонов;
VГЦ - объем уравновешивающего гидроцилиндра;
n - показатель политропы, n = 1,29-1,30 для Р=20 МПа.In this case, the degree of pressure reduction in the pneumatic accumulator when lifting the boom is controlled by connecting gas cylinders to the gas cavity of the pneumatic accumulator according to the formula
where R n - the initial pressure of the charge of the pneumatic accumulator;
V n - the initial volume of the gas cavity of the pneumatic accumulator;
V is the volume of connected gas cylinders;
V HZ - the volume of the balancing hydraulic cylinder;
n is the polytropic index, n = 1.29-1.30 for P = 20 MPa.
На фиг. 3 показаны кривые давлений, подтверждающие эффективность устройства уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины на примере экскаваторов 4-й, 5-й размерных групп. Верхняя линия P1 соответствует максимально выдвинутому рабочему оборудованию при копании на максимальном радиусе. Нижняя линия Р2 соответствует движению стрелы при полностью подвернутом ковше на минимальном радиусе копания. Линия Р на фиг.3 соответствует характеру изменения давления в пневмогидроаккумуляторе при изменении угла φ поворота стрелы. Кривая Р давления в пневмогидроаккумуляторе находится между кривыми P1 и P2, что подтверждает эффективность уравновешивания рабочего оборудования на всем диапазоне угла поворота стрелы.In FIG. 3 shows the pressure curves confirming the effectiveness of the balancing device of the working equipment of the boom machine on the example of excavators of the 4th, 5th size groups. The top line P 1 corresponds to the maximum extended working equipment when digging at the maximum radius. The bottom line P 2 corresponds to the movement of the boom with a fully tucked bucket at a minimum digging radius. Line P in figure 3 corresponds to the nature of the change in pressure in the pneumatic accumulator when changing the angle φ of rotation of the boom. The pressure curve P in the pneumatic accumulator is between the curves P 1 and P 2 , which confirms the effectiveness of balancing the working equipment over the entire range of the angle of rotation of the boom.
На фиг.4 по формуле (3) построена зависимость минимального давления разрядки пневмогидроаккумулятора Рmin от объема V подключенных газовых баллонов. Из графика видно, что при увеличении объема подключаемых газовых баллонов давление разрядки Pmin приближается к давлению Рmаx в начале подъема стрелы. Таким образом, подключение газовых баллонов к пневмогидроаккумулятору является эффективным средством уменьшения давления разрядки пневмогидроаккумулятора.In Fig. 4, according to the formula (3), the dependence of the minimum discharge pressure of the pneumatic accumulator P min on the volume V of the connected gas cylinders is constructed. The graph shows that with an increase in the volume of connected gas cylinders, the discharge pressure P min approaches the pressure P max at the beginning of the boom lift. Thus, the connection of gas cylinders to the pneumatic accumulator is an effective means of reducing the discharge pressure of the pneumatic accumulator.
Работа устройства уравновешивания рабочего оборудования стреловой машины происходит следующим образом. Рабочие операции - опускание стрелы в забой, поворот рукояти, заполнение ковша грузом, разгрузка ковша - совершаются обычным образом и описанию не подлежат. The operation of the device balancing the working equipment of the boom machine is as follows. Work operations - lowering the boom into the face, turning the handle, filling the bucket with cargo, unloading the bucket - are performed in the usual way and cannot be described.
Для подъема рабочего оборудования с заполненным ковшом включают основной гидрораспределитель 7 вниз. Рабочая жидкость от насоса 8 через гидрораспределитель 7 по гидролинии 6 подается в поршневые полости основных гидроцилиндров 4 - начинается процесс поворота стрелы 3. To lift the working equipment with a full bucket include the
Одновременно при включении основного гидрораспределителя 7 происходит включение дополнительного гидрораспределителя 15, который переключается в правую рабочую позицию и соединяет поршневую полость уравновешивающего гидроцилиндра 5 с пневмогидроаккумулятором 13. В результате поворот стрелы 3 и подъем рабочего оборудования осуществляют совместным действием основных 4 и уравновешивающего 5 гидроцилиндров. Уравновешивающий гидроцилиндр 5 преодолевает силы тяжести рабочего оборудования, а основные цилиндры 4 осуществляют подъем полезного груза в ковше. После окончания поворота стрелы 3 основной гидрораспределитель 7 приводят в запертое положение, одновременно дополнительный гидрораспределитель 15 также приводят в запертое положение, которое показано на фиг.5. Стрела 3 удерживается в поднятом положении основными гидроцилиндрами 4. At the same time, when the
Для опускания стрелы 3 в забой в положение копания одновременно включают основной гидрораспределитель 7 вверх и дополнительный гидрораспределитель 15 в рабочее положение. Рабочая жидкость от насоса 8 через основной гидрораспределитель 7 подается в штоковые полости основных гидроцилиндров 4, а из поршневых - сливается в гидробак, начинается опускание стрелы 3. Рабочая жидкость из поршневой полости уравновешивающего гидроцилиндра 5 поступает в пневмогидроаккумулятор 13, осуществляя его зарядку. Процесс опускания стрелы 3 прекращается одновременным переключением основного 7 и дополнительного 15 гидрораспределителей в запертое положение. Таким образом, при опускании стрелы 3 происходит преобразование потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатого газа в пневмогидроаккумуляторе 13. To lower the
Устройство зарядки пневмогидроаккумулятора 13 рабочей жидкостью, содержащее клапан минимального давления 12, обратный клапан 11 и гидромагистрали 9, 10, работает следующим образом. Устройство вступает в работу первый раз после сборки элементов уравновешивающего устройства при изготовлении машины. При этом пневмогидроаккумулятор 13 не имеет рабочей жидкости (пневмогидроаккумулятор 13 и газовые баллоны 14 заполнены газом под начальным давлением). Зарядку пневмогидроаккумулятора 13 рабочей жидкостью производят путем включения основного гидрораспределителя 7 на подъем (вниз). При первом подъеме стрелы клапан минимального давления 12 находится в открытом положении, и рабочая жидкость из напорной гидролинии 10 через обратный клапан 11 и клапан минимального давления 12 поступает в рабочую полость пневмогидроаккумулятора 13, заряжая его рабочей жидкостью до давления настройки клапана 12. Клапан 12 перекрывает гидромагистраль 10 после окончания процесса зарядки, что свидетельствует о приведении уравновешивающего механизма в рабочее состояние. A device for charging a
Предлагаемое устройство целесообразно использовать на стреловых машинах с циклическим характером рабочего процесса, когда чередуются процессы подъема и опускания рабочего оборудования. Устройство позволяет сберечь топливо, расходуемое на подъем рабочего оборудования, повысить общий КПД и эффективность эксплуатации машины. The proposed device is advisable to use on boom machines with a cyclical nature of the working process, when the processes of raising and lowering the working equipment alternate. The device allows you to save fuel spent on lifting the working equipment, to increase the overall efficiency and operational efficiency of the machine.
Литература
1. Авторское свидетельство 1830404, кл. Е 02 F 9/22, БИ 28, 1993.Literature
1. Copyright certificate 1830404, cl. E 02
2. Авторское свидетельство 804793, кл. Е 02 F 9/22, БИ 6, 1981. 2. Copyright certificate 804793, cl. E 02
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001114219/03A RU2190062C1 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Device for balancing of working equipment of boom machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001114219/03A RU2190062C1 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Device for balancing of working equipment of boom machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2190062C1 true RU2190062C1 (en) | 2002-09-27 |
Family
ID=20250035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001114219/03A RU2190062C1 (en) | 2001-05-23 | 2001-05-23 | Device for balancing of working equipment of boom machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2190062C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531117C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-20 | Владимир Никитич Тарасов | Method of counterbalancing of forces of gravity of working equipment of jib machines and device for its implementation |
-
2001
- 2001-05-23 RU RU2001114219/03A patent/RU2190062C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2531117C1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-20 | Владимир Никитич Тарасов | Method of counterbalancing of forces of gravity of working equipment of jib machines and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6918247B1 (en) | Assisted hydraulic system for moving a structural member | |
KR100665358B1 (en) | Mobile handling device | |
US9670944B2 (en) | Method for controlling a hydraulic cylinder in a work machine and control system for a work machine | |
JP3231771B2 (en) | Energy recovery device | |
KR20010071622A (en) | Mobile working machine | |
US6260355B1 (en) | Hydraulic control system for a mobile work machine, especially a wheel loader | |
CN112689695B (en) | System and method for regeneration of energy released from a work implement | |
CN107923152B (en) | Hydraulic system and method for moving an implement of a work machine | |
CN112431241A (en) | Electric digging machine | |
RU2190062C1 (en) | Device for balancing of working equipment of boom machine | |
US20210317635A1 (en) | Apparatus for operating a machine work tool | |
WO1998033989A1 (en) | Device for hydraulically operated working machine | |
RU2258115C2 (en) | Device for balancing boom machine implement gravity (variants) | |
RU2299296C1 (en) | Balancing system of boom machine working equipment (versions) | |
CN113330166A (en) | Excavator | |
RU2019649C1 (en) | Hydraulic drive of shovel excavator | |
RU2806779C2 (en) | Hydraulic drive of boom working equipment of earthmoving machine | |
JPH01199002A (en) | Position energy recovering activating device for hydraulic excavator | |
JP2936976B2 (en) | Variable dynamic damper for work vehicles | |
RU2425928C1 (en) | Energy-saving operating equipment of excavator with articulated digging arm | |
RU2748019C1 (en) | Excavator boom hydraulic drive | |
JP5978176B2 (en) | Work machine | |
RU2236515C1 (en) | Boom machine working equipment gravity force balancing device | |
SU1180463A1 (en) | Hydraulic drive of loading machine boom | |
JPH0235202A (en) | Position energy recovering and reproducing device for hydraulic drilling machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050524 |