RU2729623C1

RU2729623C1 - Energy-saving device

Info

Publication number: RU2729623C1
Application number: RU2019124159A
Authority: RU
Inventors: Вадим Дмитриевич Глебов
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-08-11

Abstract

FIELD: construction; machine building.

SUBSTANCE: invention relates to jib construction and road machines, such as single-bucket excavators and front loaders. Energy-saving device includes boom, boom drive hydraulic cylinders, balancing pneumatic cylinder communicated with gas cylinder, charging pneumatic cylinder, manometer, pneumatic distributor, air filters, safety and return pneumatic valves. At that, the charging pneumatic cylinder is made in the form of a casing located in a hollow rod of a balancing pneumatic cylinder, and installed inside the plunger, and its cavity is interconnected with the first outlet of the pneumatic distributor and through the first return pneumatic valve with the second tap. Third outlet of pneumatic distributor is communicated via second return pneumatic valve with gas cylinder, which is communicated via pneumatic lines with safety pneumatic valve, pressure gauge, with piston cavity of balancing pneumatic cylinder and with control chamber of pneumatic valve, communicated by fourth branch via air filter with environment.

EFFECT: technical result is higher reliability and reduced power consumption.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к стреловым строительным и дорожным машинам и может найти применение в одноковшовых экскаваторах и фронтальных погрузчиках. Целью изобретения является повышение надежности и снижение затрат энергии.The invention relates to boom construction and road machines and can be used in single-bucket excavators and front-end loaders. The aim of the invention is to improve reliability and reduce energy consumption.

Известны устройства, снижающие затраты энергии на подъем рабочего оборудования, например, (RU патент 2428546 E02F 9/2, RU патент 2425928, E02F 9/22), содержащие стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном.Known devices that reduce the energy consumption for lifting the working equipment, for example, (RU patent 2428546 E02F 9/2, RU patent 2425928, E02F 9/22) containing an arrow, boom drive hydraulic cylinders, a balancing pneumatic cylinder communicated with a gas cylinder.

Общим недостатком известных устройств является низкая надежность и ограниченные возможности в достижении поставленной цели- снижении затрат энергии. Очевидно, что для уравновешивания тяжелого рабочего оборудования экскаватора или погрузчика, в уравновешивающем пневмоцилиндре и в газовом баллоне необходимо иметь высокое давление, по крайней мере, более 10 мПа. При таком высоком давлении сложно, а практически и невозможною, обеспечить герметичность в уплотнениях подвижных поршня и штока уравновешивающего пневмоцилиндра. Неизбежные утечки воздуха при их перемещениях в процессе выполнения работы приведут к снижению давления. Уменьшающееся давление воздуха в уравновешивающем пневмоцилиндре и в газовом баллоне снижает, вплоть до полной потери, возможности уравновешивания рабочего оборудования. В таком случае увеличиваются затраты энергии на подъем рабочего оборудования с добавлением затрат энергии на перемещение поршня и штока бесполезного в этот период уравновешивающего пневмоцилиндра.A common disadvantage of the known devices is low reliability and limited ability to achieve the goal of reducing energy costs. Obviously, in order to balance the heavy working equipment of an excavator or a loader, a high pressure of at least more than 10 MPa is required in the balancing pneumatic cylinder and in the gas cylinder. At such a high pressure, it is difficult, and practically impossible, to ensure tightness in the seals of the movable piston and the balancing pneumatic cylinder rod. Unavoidable air leaks during their movement during work will lead to a decrease in pressure. The decreasing air pressure in the balancing pneumatic cylinder and in the gas cylinder reduces, up to a complete loss, the balancing possibilities of the working equipment. In this case, the energy consumption for lifting the working equipment increases with the addition of the energy consumption for the movement of the piston and rod of the balancing pneumatic cylinder that is useless during this period.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, и принятое за прототип, является энергосберегающее устройство, включающее стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном (RU патент 2558545, E02F 9/22).The closest in technical essence to the proposed invention, and taken as a prototype, is an energy-saving device that includes an arrow, hydraulic cylinders of the boom drive, a balancing pneumatic cylinder, communicated with a gas cylinder (RU patent 2558545, E02F 9/22).

В этом известном устройстве для уменьшения утечек воздуха через уплотнения поршня и штока уравновешивающего пневмоцилиндр, его штоковая полость заполнена рабочей жидкостью и сообщена с гидробаком. Это может уменьшить утечки воздуха, но не может их исключить, поэтому недостаток присущий первым известны устройствам, сохраняется и в последнем. Для обеспечения работоспособности известного устройства, следует постоянно компенсировать неизбежные утечки воздуха, путем подзарядки газового баллона до заданной величины давления. Необходимо иметь на машине довольно дорогой компрессор высокого давления с приводом и с системой автоматического включения и выключения, а кроме того, на его привод потребуются дополнительные затраты энергии. Невозможность подзарядки газового баллона снижает надежность известного устройства и увеличивает потребление энергии, затрачиваемой на подъем рабочего оборудования. Попутно можно отметить, что совмещение газового баллона с уравновешивающим пневмоцилиндром значительно увеличивает его диаметр, а это затрудняет компоновку привода стрелы в ограниченном подстреловом секторе.In this known device for reducing air leaks through the seals of the piston and the rod balancing the pneumatic cylinder, its rod cavity is filled with working fluid and communicated with the hydraulic tank. This can reduce air leaks, but cannot eliminate them, therefore, the disadvantage inherent in the former known devices remains in the latter. To ensure the operability of the known device, it is necessary to constantly compensate for the inevitable air leaks by recharging the gas cylinder to a predetermined pressure. It is necessary to have a rather expensive high-pressure compressor with a drive and an automatic on and off system on the machine, and in addition, additional energy costs are required to drive it. The impossibility of recharging the gas cylinder reduces the reliability of the known device and increases the consumption of energy spent on lifting the working equipment. Along the way, it can be noted that the combination of a gas cylinder with a balancing pneumatic cylinder significantly increases its diameter, and this complicates the layout of the boom drive in a limited underfiring sector.

Предлагается энергосберегающее устройство, устраняющее отмеченные недостатки и позволяющее повысить надежность и уменьшить затраты энергии.An energy-saving device is proposed that eliminates the noted disadvantages and allows to increase reliability and reduce energy costs.

Энергосберегающее устройство, включающее стрелу, гидроцилиндры привода стрелы, уравновешивающий пневмоцилиндр, сообщенный с газовым баллоном, снабжено зарядным пневмоцилиндром, манометром, пневмораспределителем, воздушными фильтрами, предохранительным и обратными пневмоклапанами, причем зарядный пневмоцилиндр выполнен в виде корпуса, расположенного в полом штоке уравновешивающего пневмоцилиндра и установленного внутри плунжера, а его полость сообщена с первым отводом пневмораспределителя и через первый обратный пневмоклапан со вторым отводом, при этом третий отвод сообщен через второй обратный пневмоклапан с газовым баллоном, который соединен пневмолиниями с предохранительным пневмоклапаном, с манометром, с поршневой полостью уравновешивающего пневмоцилиндра и с камерой управления пневмораспределителя, сообщенного четвертым отводом через воздушный фильтр, с окружающей средой.An energy-saving device that includes a boom, hydraulic cylinders of the boom drive, a balancing pneumatic cylinder connected with a gas cylinder, is equipped with a charging pneumatic cylinder, a pressure gauge, a pneumatic valve, air filters, safety and check pneumatic valves, and the charging pneumatic cylinder is made in the form of a pneumatic cylinder housing located in a hollow piston rod and inside the plunger, and its cavity is communicated with the first outlet of the pneumatic distributor and through the first pneumatic check valve with the second outlet, while the third outlet is communicated through the second pneumatic check valve with a gas cylinder, which is connected by pneumatic lines with a safety pneumatic valve, with a pressure gauge, with a piston cavity and balancing the control chamber of the pneumatic valve communicated by the fourth branch through the air filter with the environment.

В отличии от прототипа, в предлагаемом устройстве осуществляется компенсация утечек воздуха из газового баллона путем его подзарядки до заданной величины в течении всего времени выполнения работы машиной. При понижении давления, зарядный пневмоцилиндр, управляемый пневмораспределителем и пневмоклапанами, автоматически включается в режим нагнетания воздуха в газовый баллон и автоматически переводится в режим холостого хода, при достижении заданной величины давления. Зарядка газового баллона производится без дополнительных затрат энергии, поскольку используется потенциальная энергия силы тяжести рабочего оборудования. Это повышает надежность машины и снижает затраты энергии при выполнении рабочего процесса. На фиг. 1 изображен одноковшовый экскаватор с энергосберегающим устройством; на фиг. 2 - энергосберегающее устройство и схема управления.In contrast to the prototype, the proposed device compensates for air leaks from a gas cylinder by recharging it to a predetermined value during the entire time the machine is working. When the pressure drops, the charging pneumatic cylinder, controlled by the pneumatic valve and pneumatic valves, automatically switches to the mode of air injection into the gas cylinder and automatically switches to idle mode when the preset pressure value is reached. The gas cylinder is charged without additional energy consumption, since the potential energy of gravity of the working equipment is used. This increases the reliability of the machine and reduces energy consumption during the work process. FIG. 1 shows a single-bucket excavator with an energy-saving device; in fig. 2 - energy-saving device and control circuit.

Энергосберегающее устройство содержит стрелу 1, гидроцилиндры 2 привода стрелы и уравновешивающий пневмоцилиндр 3, соединенные шарнирно со стрелой и с базовой машиной. Уравновешивающий пневмоцилиндр 3 включает корпус с уплотнением 4, шток 5 и поршень 6 с уплотнением 7. Шток 5 выполнен полым и образует корпус зарядного пневмоцмлиндра с уплотнением 8, в котором размещен плунжер 9. Штоковая полость уравновешивающего пневмоцилиндра 3 сообщена через воздушный фильтр 10 с окружающей средой, а поршневая полость соединена с газовым баллоном 11, который сообщен с манометром 12 и предохранительным пневмоклапанном 13. Полость 14 зарядного пневмоцилиндра сообщена пневмолиниями с первым и через обратный пневмоклапран 15 со вторым отводами пневмораспределителя 16. Третий отвод пневмораспределителя сообщен через воздушный фильтр 17 с окружающей средой, а четвертый отвод соединен пневмолинией через обратный пневмоклапан 18 с газовым баллоном 11. Золотник пневмораспределителя 16 с одной стороны подпружинен и снабжен винтом 19 для регулирования упругости пружины, а пневматическая камера управления сообщена пневмолинией с газовым баллоном 11.The energy-saving device contains a boom 1, hydraulic cylinders 2 of the boom drive and a balancing pneumatic cylinder 3, pivotally connected to the boom and to the base machine. The balancing pneumatic cylinder 3 includes a housing with a seal 4, a rod 5 and a piston 6 with a seal 7. The rod 5 is hollow and forms a body of a charging pneumatic cylinder with a seal 8, in which a plunger is located 9. The rod cavity of the balancing pneumatic cylinder 3 is connected through the air filter 10 with the environment , and the piston cavity is connected to the gas cylinder 11, which is in communication with the pressure gauge 12 and the safety pneumatic valve 13. The cavity 14 of the charging pneumatic cylinder is connected by pneumatic lines with the first and through the pneumatic check valve 15 with the second outlets of the pneumatic distributor 16. The third outlet of the pneumatic distributor is communicated with the environment through the air filter 17 with the surrounding , and the fourth outlet is connected by a pneumatic line through a pneumatic check valve 18 to a gas cylinder 11. The valve spool of the pneumatic distributor 16 is spring-loaded on one side and equipped with a screw 19 to adjust the elasticity of the spring, and the pneumatic control chamber is connected by a pneumatic line to the gas cylinder 11.

Энергосберегающее устройство действует следующим образом.The energy saving device operates as follows.

Изображение энергосберегающего устройства на фиг. 2 соответствует периоду, когда давление в газовом баллоне, вследствие утечек через уплотнения 4 и 8, снизилось и стало меньше заданной величины. Золотник пневмораспределителя 16 удерживается пружиной в позиции, в которой зарядный пневмоцилиндр 3 включен в рабочий режим и полость 14 сообщена через обратный пневмоклапан 15 с окружающей средой и через обратный пневмоклапан 18 с газовым баллоном 11. При включении гидроцилиндров 2 на подъем стрелы, она поднимается под совместным действием усилий этих гидроцилиндров, приводимых гидронасосом, и усилия уравновешивающего пневмоцилиндра 3, под действием давления воздуха от газового баллона 11. В процессе выдвижения штока 5 увеличивается объем полости 14 зарядного пневмоцилиндра и она заполняется воздухом через обратный пневмоклапан 15, пневмораспределитель 16 и воздушный фильтр 17 из окружающей среды. С началом опускания стрелы 1 и штока 5, под действием силы тяжести рабочего оборудования, объем полости 14 уменьшается и, воздух, ее заполняющий, сжимается и через обратный клапан 18 вытесняется в газовый баллон 11, подзаряжая его. Такие циклы повторяются, до момента достижения заданной величины давления зарядки газового баллона.The energy saving device shown in FIG. 2 corresponds to the period when the pressure in the gas cylinder, due to leaks through the seals 4 and 8, decreased and became less than the specified value. The spool of the pneumatic valve 16 is held by a spring in the position in which the charging pneumatic cylinder 3 is switched on in the operating mode and the cavity 14 is communicated through the pneumatic check valve 15 with the environment and through the pneumatic check valve 18 with the gas cylinder 11. When the hydraulic cylinders 2 are turned on to lift the boom, it rises under the joint the action of the efforts of these hydraulic cylinders, driven by the hydraulic pump, and the efforts of the balancing pneumatic cylinder 3, under the action of air pressure from the gas cylinder 11. In the process of extending the rod 5, the volume of the cavity 14 of the charging pneumatic cylinder increases and it is filled with air through the pneumatic check valve 15, the pneumatic valve 16 and the air filter 17 from environment. With the beginning of the lowering of the boom 1 and the rod 5, under the action of the gravity of the working equipment, the volume of the cavity 14 decreases and the air filling it is compressed and through the check valve 18 is displaced into the gas cylinder 11, recharging it. Such cycles are repeated until the preset value of the gas cylinder charging pressure is reached.

С достижением заданной величины давления зарядки газового баллона и в соединенной с ним камере управления пневмораспределителя 16, его золотник, преодолевая усилие пружины, перемещается вверх и занимает позицию, в которой полость 14 сообщается через пневмораспределитель 16 только с окружающей средой. Зарядный пневмоцилиндр находится в режиме холостого хода. Изменяя регулировочным винтом 19 упругость пружины, можно задавать необходимую величину давления зарядки газового баллона и контролировать ее по манометру 12. Это обеспечивает адаптацию предложенного устройства при использовании разнообразных по массе сменных элементов рабочего оборудования, применяемых для расширения функциональных возможностей машины.When a predetermined value of the charging pressure of the gas cylinder and in the control chamber of the pneumatic valve 16 is reached, its spool, overcoming the force of the spring, moves upward and takes a position in which the cavity 14 communicates through the pneumatic valve 16 only with the environment. The charging air cylinder is in idle mode. By changing the spring elasticity with the adjusting screw 19, it is possible to set the required value of the gas cylinder charging pressure and control it by the pressure gauge 12. This ensures the adaptation of the proposed device when using a variety of replaceable elements of the working equipment used to expand the functionality of the machine.

Таким образом, предложенное энергосберегающее устройство обеспечивает, в сравнении с прототипом, повышение надежности и снижение затрат энергии за счет автоматической подзарядки газового баллона без дополнительной траты энергии и поддержание заданной величины давления при любой продолжительности работы машины. Пневмоцилиндр зарядки автоматически включается в рабочий режим закачки воздуха в газовый баллон в период падения в нем давления ниже установленной величины и также автоматически переключается в режим холостого хода при достижении заданной величины давления зарядки. Это сохраняет постоянное уравновешивание силы тяжести рабочего оборудования и снижает затраты энергии на его подъем.Thus, the proposed energy-saving device provides, in comparison with the prototype, an increase in reliability and a decrease in energy consumption due to automatic recharging of a gas cylinder without additional waste of energy and maintaining a given pressure value for any duration of machine operation. The pneumatic charging cylinder automatically switches to the operating mode for pumping air into the gas cylinder during the period when the pressure in it falls below the set value and also automatically switches to idle when the set value of the charging pressure is reached. This maintains a constant gravity balance of the implement and reduces the energy required to lift it.

Можно также отметить, что раздельное, в отличие от прототипа, исполнение газового баллона и уравновешивающего пневмоцилиндра, существенно уменьшает размеры последнего и облегчает компоновку привода стрелы в довольно ограниченном под стреловым секторе машины. Газовый баллон можно разместить в любом удобном месте машины.It can also be noted that the separate, unlike the prototype, the execution of the gas cylinder and the balancing pneumatic cylinder, significantly reduces the size of the latter and facilitates the layout of the boom drive in a rather limited under the boom sector of the machine. The gas cylinder can be placed in any convenient place on the machine.

Claims

An energy-saving device that includes a boom, boom drive cylinders, a balancing pneumatic cylinder connected to a gas cylinder, characterized in that it is equipped with a charging pneumatic cylinder, a pressure gauge, a pneumatic valve, air filters, safety and reverse pneumatic valves, and the charging pneumatic cylinder is made in the form of a body the rod of the balancing pneumatic cylinder, and installed inside the plunger, and its cavity is communicated with the first outlet of the pneumatic distributor and through the first pneumatic check valve with the second outlet, while the third outlet of the pneumatic distributor is communicated through the second pneumatic check valve with a gas cylinder, which is communicated by pneumatic valves with a safety valve the piston cavity of the balancing pneumatic cylinder and with the control chamber of the pneumatic valve communicated with the environment by the fourth branch through the air filter.