RU2236515C1 - Boom machine working equipment gravity force balancing device - Google Patents

Boom machine working equipment gravity force balancing device Download PDF

Info

Publication number
RU2236515C1
RU2236515C1 RU2003108570/03A RU2003108570A RU2236515C1 RU 2236515 C1 RU2236515 C1 RU 2236515C1 RU 2003108570/03 A RU2003108570/03 A RU 2003108570/03A RU 2003108570 A RU2003108570 A RU 2003108570A RU 2236515 C1 RU2236515 C1 RU 2236515C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
balancing
working equipment
cylinder
gravity
boom
Prior art date
Application number
RU2003108570/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Тарасов (RU)
В.Н. Тарасов
ркин Г.Н. Бо (RU)
Г.Н. Бояркин
М.В. Коваленко (RU)
М.В. Коваленко
Original Assignee
Омский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омский государственный технический университет filed Critical Омский государственный технический университет
Priority to RU2003108570/03A priority Critical patent/RU2236515C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2236515C1 publication Critical patent/RU2236515C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: boom, earth-moving, mine and other cyclic-action lifting and transportation machines.
SUBSTANCE: proposed gravity force balancing device of working equipment has at least one main and one balancing cylinders and at least one gas bottle and one working liquid distributor. Piston space of balancing cylinder is connected with gas bottle. At least one balancing cylinder is located inside gas bottle coaxially with the latter.
EFFECT: improved efficiency and reliability of machine.
2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к стреловым землеройным, горным и другим подъемно-транспортным машинам циклического действия.The invention relates to boom digging, mining and other hoisting-and-transport machines of cyclic action.

Известно устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования 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 основной и уравновешивающий гидроцилиндры, пневмогидроаккумулятор, основной и дополнительный распределители.A device for balancing the gravity of the working equipment of a boom machine [1], comprising converting the potential energy of the gravity of the working equipment to the potential energy of compressed gas in a pneumatic accumulator when lowering the boom and the use of this energy when lifting the boom, containing the main and balancing hydraulic cylinders, pneumatic accumulator, main and additional distributors.

Однако известное устройство обладает следующими недостатками: оно имеет сложную конструкцию и невысокую эффективность вследствие использования пневмогидроаккумулятора, дополнительного распределителя и гидромагистрали, которые снижают эффективность работы уравновешивающего устройства.However, the known device has the following disadvantages: it has a complex structure and low efficiency due to the use of a pneumatic accumulator, an additional distributor and a hydraulic line, which reduce the efficiency of the balancing device.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины [2], содержащее рабочее оборудование, основной и уравновешивающий цилиндры, основной и дополнительный распределители, пневмогидроаккумулятор с газовыми баллонами, устройство компенсации утечек рабочей жидкости, гидромагистрали.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed object is a device for balancing the gravity of the working equipment of the boom machine [2], containing working equipment, the main and balancing cylinders, the main and additional valves, a pneumohydroaccumulator with gas cylinders, a device for compensating leaks of working fluid, hydraulic lines.

Недостатками устройства является использование в качестве уравновешивающего тела рабочей жидкости, обладающей значительной вязкостью, и сложная конструкция устройства, содержащая пневмогидроаккумулятор, устройство компенсации и протяженные гидромагистрали.The disadvantages of the device are the use of a working fluid with a significant viscosity as a balancing body, and the complex design of the device, containing a pneumohydroaccumulator, a compensation device, and extended hydraulic lines.

По физической сущности реализуемых процессов устройство [2], как и устройство [1], являются устройствами рекуперации энергии, в которых при опускании рабочего оборудования производят преобразование потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатия газа в пневмогидроаккумуляторе. Энергию сжатого газа при подъеме используют для преодоления сил тяжести рабочего оборудования. Однако указанные преобразования не являются идеальными, а связаны с необходимостью транспортирования в каждом рабочем цикле подъема-опускания рабочего оборудования соответствующего объема рабочей жидкости из уравновешивающего цилиндра в пневмогидроаккумулятор и обратно, которые сопровождаются потерями энергии на трение рабочей жидкости в трубопроводах и дополнительном распределителе.According to the physical nature of the processes being implemented, the device [2], as well as the device [1], are energy recovery devices in which, when lowering the working equipment, the potential energy of the gravity of the working equipment is converted into potential gas compression energy in a pneumatic accumulator. The energy of compressed gas during lifting is used to overcome the gravity of the working equipment. However, these transformations are not ideal, but are associated with the need to transport in each working cycle of raising and lowering the working equipment of the appropriate volume of working fluid from the balancing cylinder to the pneumatic accumulator and vice versa, which are accompanied by energy losses due to the friction of the working fluid in the pipelines and an additional distributor.

Задачей изобретения является создание устройства для уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования, которое позволяет значительно повысить эффективность работы машины за счет исключения потерь энергии на преодоление сил тяжести рабочего оборудования при совершении технологического процесса, повысить надежность системы и общий КПД.The objective of the invention is to provide a device for balancing the gravity of the working equipment, which can significantly increase the efficiency of the machine by eliminating energy losses to overcome the gravity of the working equipment during the process, to increase the reliability of the system and overall efficiency.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем рабочее оборудование и, по крайней мере, один основной и один уравновешивающий цилиндры и, по крайней мере, один распределитель рабочей жидкости и газовый баллон, согласно изобретению поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном, при этом по крайней мере один уравновешивающий цилиндр может быть расположен внутри газового баллона и соосно ему.The problem is solved due to the fact that in the known device, including working equipment and at least one main and one balancing cylinder and at least one distributor of working fluid and a gas cylinder, according to the invention, the piston cavity of the balancing cylinder is connected to a gas at the same time, at least one balancing cylinder can be located inside the gas cylinder and aligned with it.

Соединение поршневой полости уравновешивающего цилиндра с газовым баллоном позволяет использовать в качестве уравновешивающего тела газ и решить задачу уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования, при этом исключаются операции преобразования потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в энергию сжатия газа и обратное преобразование и исключаются потери энергии, связанные с транспортированием рабочей жидкости в магистралях между уравновешивающим гидроцилиндром и пневмогидроаккумулятором при каждом подъеме и опускании рабочего оборудования. В предлагаемом устройстве согласно изобретению поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном.The connection of the piston cavity of the balancing cylinder with a gas cylinder makes it possible to use gas as a balancing body and solve the problem of balancing the gravity of the working equipment, while the operations of converting the potential energy of the gravity of the working equipment to gas compression energy and the inverse transformation are eliminated and energy losses associated with transportation are eliminated working fluid in the lines between the balancing hydraulic cylinder and the pneumatic accumulator at each lift and uskanii working equipment. In the proposed device according to the invention, the piston cavity of the balancing cylinder is connected to a gas cylinder.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид экскаватора с уравновешивающим устройством, состоящим из двух цилиндров (уравновешивающего и основного); на фиг.2 показан общий вид экскаватора с устройством уравновешивания, содержащий три цилиндра (уравновешивающий и основные); на фиг.3 - гидравлическая схема устройства уравновешивания сил тяжести с автономным газовым баллоном; на фиг.4 - гидравлическая схема устройства уравновешивания сил тяжести с автономным газовым баллоном и дополнительным распределителем в штоковых гидромагистралях; на фиг.5 - схема устройства уравновешивания сил тяжести с газовым баллоном, в который встроен уравновешивающий цилиндр; на фиг.6 - устройство уравновешивания сил тяжести с уравновешивающим цилиндром, расположенным внутри газового баллона, и с дополнительным распределителем ускоренного опускания.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General view of the excavator with a balancing device consisting of two cylinders (balancing and main); figure 2 shows a General view of the excavator with a balancing device containing three cylinders (balancing and main); figure 3 is a hydraulic diagram of a device for balancing gravity with an autonomous gas cylinder; figure 4 is a hydraulic diagram of a device for balancing gravity with an autonomous gas cylinder and an additional distributor in the stock hydraulic lines; 5 is a diagram of a device for balancing gravity with a gas cylinder, in which a balancing cylinder is integrated; 6 is a device for balancing gravity with a balancing cylinder located inside the gas cylinder, and with an additional distributor of accelerated lowering.

Устройство для уравновешивания сил тяжести содержит рабочее оборудование 1, уравновешивающий цилиндр 2, основные гидроцилиндры 3, распределитель рабочей жидкости 4, гидролинию 5; к поршневой полости уравновешивающего цилиндра (фиг.3) подключен газовый баллон 6; гидронасос 7, связанный с распределителем рабочей жидкости 4. В гидролинию 5 (фиг.4) может быть подключен второй распределитель рабочей жидкости 8, позволяющий выбирать режимы работы (скоростной, силовой); уравновешивающий цилиндр 2 может быть расположен внутри газового баллона 6 (фиг.3) соосно ему; распределитель рабочей жидкости 9 плавающего режима подключен в гидромагистрали основного гидроцилиндра 3.The device for balancing gravity contains working equipment 1, balancing cylinder 2, the main hydraulic cylinders 3, the distributor of the working fluid 4, the hydraulic line 5; a gas cylinder 6 is connected to the piston cavity of the balancing cylinder (figure 3); a hydraulic pump 7 connected to the distributor of the working fluid 4. A second distributor of the working fluid 8 can be connected to the hydraulic line 5 (FIG. 4), allowing to select the operating modes (speed, power); balancing cylinder 2 may be located inside the gas cylinder 6 (figure 3) coaxially to it; the distributor of the working fluid 9 floating mode is connected to the hydraulic line of the main hydraulic cylinder 3.

Сущность устройства уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования состоит в приведении сил тяжести рабочего оборудования к штоку уравновешивающего цилиндра по уравнениюThe essence of the device for balancing the gravity of the working equipment is to bring the gravity of the working equipment to the rod of the balancing cylinder according to the equation

Figure 00000002
Figure 00000002

где Т - приведенная сила тяжести на штоке уравновешивающего цилиндра;where T is the reduced gravity on the rod of the balancing cylinder;

Gi, hi - соответственно силы тяжести элементов рабочего оборудования и их плечи;G i , h i - respectively, the gravity of the elements of the working equipment and their shoulders;

h - плечо уравновешивающего цилиндра.h is the shoulder of the balancing cylinder.

Приведенную силу Т на штоке уравновешивают силой давления газа на поршнеThe reduced force T on the rod is balanced by the gas pressure on the piston

T=A1p,T = A 1 p,

где A1 - площадь поршня уравновешивающего цилиндра;where A 1 is the piston area of the balancing cylinder;

р - давление в газовом баллоне.p is the pressure in the gas cylinder.

Наилучший эффект работы устройства достигается при постоянном давлении газа в баллоне.The best effect of the device is achieved with a constant gas pressure in the cylinder.

Для обеспечения постоянного давления газа в баллоне соблюдают условиеTo ensure a constant gas pressure in the cylinder, the condition

VГ≥ (10... 12)V2,V Г ≥ (10 ... 12) V 2 ,

где VГ - объем газового баллона;where V G is the volume of the gas cylinder;

V2 - рабочий объем уравновешивающего цилиндра.V 2 - the working volume of the balancing cylinder.

Таким образом, благодаря уравновешиванию сил тяжести при подъема рабочего оборудования с грузом в ковше в основных гидроцилиндрах возникают нагрузки только от силы тяжести груза в ковше и от сил инерции при разгоне и торможении рабочего оборудования, а также от сил трения в шарнирах.Thus, due to the balancing of gravity when lifting the working equipment with the load in the bucket in the main hydraulic cylinders, loads arise only from the gravity of the load in the bucket and from the inertia forces during acceleration and braking of the working equipment, as well as from the friction forces in the hinges.

Предложенное устройство уравновешивания действительно обеспечивает уравновешивание сил тяжести рабочего оборудования, исключает необходимость преобразования потенциальной энергии сил тяжести рабочего оборудования в потенциальную энергию сжатия газа в пневмогидроаккумуляторе и исключает потери энергии на трение в гидромагистралях.The proposed balancing device really provides balancing of the gravity of the working equipment, eliminates the need to convert the potential energy of the gravity of the working equipment to the potential energy of gas compression in the pneumatic accumulator and eliminates the energy loss due to friction in hydraulic lines.

Устройство работает следующим образом. Для подъема стрелы 1 золотник распределителя рабочей жидкости 4 включают в нижнюю позицию, рабочую жидкость от насоса 7 подают в поршневые полости основных гидроцилиндров 3, осуществляя подъем стрелы. Одновременно в поршневой полости уравновешивающего цилиндра 2 действует постоянное давление газа, уравновешивающее силы тяжести рабочего оборудования.The device operates as follows. To raise the boom 1, the spool of the distributor of the working fluid 4 is turned into the lower position, the working fluid from the pump 7 is fed into the piston cavities of the main hydraulic cylinders 3, lifting the boom. At the same time, a constant gas pressure acts in the piston cavity of the balancing cylinder 2, balancing the gravity of the working equipment.

Прекращение подъема стрелы осуществляют установкой распределителя рабочей жидкости 4 в нейтральное положение, изображенное на фиг.3.Stop lifting the boom by installing the distributor of the working fluid 4 in the neutral position, shown in figure 3.

Для опускания стрелы 1 золотник распределителя 4 перемещают в верхнюю позицию, рабочую жидкость от насоса 7 подают в штоковые полости цилиндров 3 и 2, при этом из поршневых полостей цилиндров рабочая жидкость сливается в бак.To lower the boom 1, the spool of the distributor 4 is moved to the upper position, the working fluid from the pump 7 is fed into the rod cavities of the cylinders 3 and 2, while the working fluid is drained from the piston cavities of the cylinders into the tank.

Устройство на фиг.4 обеспечивает две скорости принудительного опускания рабочего оборудования. Когда золотник распределителя 8 находится в положении, изображенном на фиг.4, при опускании стрелы 1 рабочую жидкость от насоса 7 подают в штоковые полости цилиндров 3 и 2, обеспечивают первую расчетную скорость опускания стрелы 1 (большее заглубляющее усилие на зубе ковша). Если золотник распределителя 8 устанавливают в верхнюю позицию, то рабочую жидкость от насоса 7 при опускании стрелы подают только в штоковые полости гидроцилиндров 3 и обеспечивают вторую повышенную скорость опускания стрелы.The device in figure 4 provides two speeds for lowering the working equipment. When the spool valve 8 is in the position shown in figure 4, when lowering the boom 1, the working fluid from the pump 7 is fed into the rod cavities of the cylinders 3 and 2, provide the first estimated speed of lowering the boom 1 (greater burial force on the tooth of the bucket). If the valve spool 8 is installed in the upper position, then the working fluid from the pump 7 when lowering the boom is served only in the rod cavity of the hydraulic cylinders 3 and provide a second increased speed of lowering the boom.

Устройство на фиг.5 характеризуется совмещенным исполнением уравновешивающего цилиндра 2 и газового баллона 6 в одном корпусе. Принцип работы устройства отличается от ранее рассмотренных фиг.3, 4 тем, что штоковая полость уравновешивающего цилиндра 2 соединена со сливной гидролинией. Наличие рабочей жидкости в штоковой полости цилиндра 2 является положительным фактором, обеспечивающим смазку трущихся частей и герметизацию газовой поршневой полости уравновешивающего цилиндра 2.The device in FIG. 5 is characterized by a combined execution of a balancing cylinder 2 and a gas cylinder 6 in one housing. The principle of operation of the device differs from the previously considered figures 3, 4 in that the rod cavity of the balancing cylinder 2 is connected to a drain hydraulic line. The presence of the working fluid in the rod cavity of the cylinder 2 is a positive factor providing lubrication of the rubbing parts and sealing of the gas piston cavity of the balancing cylinder 2.

На фиг.6 устройство обеспечивает три режима работы: обычный режим работы - подъем, с уравновешиванием сил тяжести; опускание с уравновешиванием сил тяжести и плавающий режим ускоренного опускания рабочего оборудования. На фиг.6 показано положение золотника распределителя 9, обеспечивающее режим уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования. Включение золотника распределителя 9 в правую позицию осуществляют только при опускании рабочего оборудования, когда поршневые полости цилиндров 3 и штоковые полости цилиндров 2, 3 соединяют между собой и со сливной гидролинией, при этом осуществляют ускоренное опускание в плавающем режиме работы рабочего оборудования.In Fig.6, the device provides three modes of operation: normal mode of operation - lifting, with balancing of gravity; lowering with balancing of gravity and a floating mode of accelerated lowering of the working equipment. Figure 6 shows the position of the valve spool 9, providing a mode of balancing the gravity of the working equipment. The valve spool 9 is turned on to the right position only when lowering the working equipment, when the piston cavities of the cylinders 3 and the rod cavities of the cylinders 2, 3 are connected to each other and to the drain hydraulic line, while the accelerated lowering in the floating operating mode of the working equipment is performed.

Предложенное устройство можно использовать на стреловых машинах с циклическим характером рабочего процесса при разработке грунта, выемке полезных ископаемых и т.д., когда чередуются процессы подъема и опускания рабочего оборудования. Устройство позволяет сберечь топливо и энергию, расходуемые на подъем рабочего оборудования, повысить общий КПД машины.The proposed device can be used on jib machines with a cyclic nature of the working process when developing the soil, mining, etc., when the processes of raising and lowering the working equipment are alternated. The device allows you to save fuel and energy spent on lifting the working equipment, to increase the overall efficiency of the machine.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство №543715, М.кл.2 Е 02 F 9/22, БИ №3, 1977.1. Copyright certificate No. 543715, M.cl. 2 E 02 F 9/22, BI No. 3, 1977.

2. Патент на изобретение №2190062, кл.7 Е 02 F 9/22, БИ №27, 2002.2. Patent for invention No. 2190062, class. 7 E 02 F 9/22, BI No. 27, 2002.

Claims (2)

1. Устройство уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования стреловой машины, содержащее рабочее оборудование, по крайней мере один основной, один уравновешивающий цилиндры и по крайней мере один газовый баллон и один распределитель рабочей жидкости, отличающееся тем, что поршневая полость уравновешивающего цилиндра соединена с газовым баллоном.1. The device for balancing the gravity of the working equipment of the boom machine, containing working equipment, at least one main, one balancing cylinder and at least one gas cylinder and one distributor of working fluid, characterized in that the piston cavity of the balancing cylinder is connected to the gas cylinder. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один уравновешивающий цилиндр расположен внутри газового баллона соосно с ним.2. The device according to p. 1, characterized in that at least one balancing cylinder is located inside the gas cylinder coaxially with it.
RU2003108570/03A 2003-03-27 2003-03-27 Boom machine working equipment gravity force balancing device RU2236515C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108570/03A RU2236515C1 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Boom machine working equipment gravity force balancing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003108570/03A RU2236515C1 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Boom machine working equipment gravity force balancing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2236515C1 true RU2236515C1 (en) 2004-09-20

Family

ID=33433686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003108570/03A RU2236515C1 (en) 2003-03-27 2003-03-27 Boom machine working equipment gravity force balancing device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2236515C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2535846C1 (en) * 2013-08-19 2014-12-20 Владимир Никитич Тарасов Method to balance powers of gravity of working equipment of boom machines

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
RU2535846C1 (en) * 2013-08-19 2014-12-20 Владимир Никитич Тарасов Method to balance powers of gravity of working equipment of boom machines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ge et al. A novel hydraulic excavator boom driving system with high efficiency and potential energy regeneration capability
CN110499794B (en) Heavy-load movable arm potential energy recycling system of large hydraulic excavator and control method thereof
NO329688B1 (en) Lift system device
SK368091A3 (en) Device for potential energy recuperation of working device of building or earth machine
KR20100106215A (en) Drive for a hydraulic excavator
US11059547B2 (en) System arranged on a marine vessel or platform, such as for providing heave compensation and hoisting
CN205823787U (en) Twin-stage compound hydralic oil cylinder
CA2945219A1 (en) Device for recovering hydraulic energy in an implement and a corresponding implement
CN104727372B (en) Engineering machinery swing arm energy-saving drive system
CN103526787A (en) Movable arm balance excavator
CN103806482A (en) Auxiliary power energy-saving device of excavator
CN204590152U (en) A kind of engineering machinery swing arm energy-saving driving system
CN102943496B (en) Potential energy recycling system of movable arm of excavator
RU2236515C1 (en) Boom machine working equipment gravity force balancing device
CN108799258B (en) Movable arm energy recovery system
CN202577438U (en) Hydraulic excavator gyroscopic moment limiting device
CN106223380A (en) A kind of hydraulic hybrid excavator system
CN206034519U (en) Excavator economizer
WO2023207294A1 (en) Hydraulic control system and operation machine
RU2299296C1 (en) Balancing system of boom machine working equipment (versions)
CN105221151B (en) A kind of shaft construction Ioad-sensing control hydraulic rock grab and its working method
CN103643919A (en) Continuous exploratory well oil testing and flowing device
CN209081305U (en) Crane arm is used in a kind of repacking of excavator
RU2405893C1 (en) Energy-efficient working equipment of boom single-bucket machine
CN103671317B (en) Foundation pile construction hoist and hydraulic system thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100328