RU2774481C1

RU2774481C1 - Energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forest manipulator

Info

Publication number: RU2774481C1
Application number: RU2021139125A
Authority: RU
Inventors: Михаил Валентинович Драпалюк; Петр Иванович Попиков; Денис Юрьевич Дручинин; Виктор Петрович Попиков; Андрей Валерьевич Конюхов
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-06-21

Abstract

FIELD: hoisting devices.

SUBSTANCE: invention relates to hoisting devices, in particular to the hydraulic boom forest manipulator mounted type. The hydraulic drive of the boom lifting mechanism contains a hydraulic tank (1), a pump (2), a hydraulic distributor (3), a hydraulic cylinder (4) of the lifting boom drive (5) with hydraulic lines (6) and (7), an additional hydraulic cylinder (8) articulated parallel to the hydraulic cylinder (4) lifting boom drive (5), with lifting boom (5) and manipulator base (9). The piston cavity of the additional hydraulic cylinder (8) when lowering the load-lifting boom (5) is connected through the hydraulic line (10) and the pressure check valve (11) with the hydraulic accumulator (12), and when lifting the load-lifting boom (5) - through the drain check valve (13) with rod end of the additional hydraulic cylinder (8). The rod end of the additional hydraulic cylinder (8) when the vacuum in the piston cavity of the additional hydraulic cylinder (8) is connected through the hydraulic line (14) and the suction check valve (15) with the hydraulic tank (1).

EFFECT: reduced energy consumption, increased productivity and reliability of the forestry manipulator.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к грузоподъемным устройствам, в частности к гидроприводам стреловых лесных манипуляторов навесного типа.The invention relates to load-lifting devices, in particular to hydraulic drives for boom mounted type forestry manipulators.

Известен навесной универсальный манипулятор ЛВ-184 (Бартенев И.М., Емтыль З.К., Татаренко А.П., Драпалюк М.В., Попиков П.И., Бухтояров Л.Д. Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование: монография. М., 2011. 408 с.), в котором механизм подъема стрелы выполнен в виде гидроцилиндра, шарнирно соединенного со стрелой и основанием манипулятора. Known mounted universal manipulator LV-184 (Bartenev I.M., Emtyl Z.K., Tatarenko A.P., Drapalyuk M.V., Popikov P.I., Bukhtoyarov L.D. Hydraulic manipulators and forest processing equipment: monograph . M., 2011. 408 p.), in which the boom lifting mechanism is made in the form of a hydraulic cylinder pivotally connected to the boom and the base of the manipulator.

Недостатком известного манипулятора являются повышенные энергозатраты, требующиеся для подъема его стрелы, обусловленные необходимостью создания больших усилий со стороны гидроцилиндра для обеспечения поворотов стрелы при подъеме или опускании груза.A disadvantage of the known manipulator is the increased energy consumption required to lift its boom, due to the need to create large efforts from the hydraulic cylinder to rotate the boom when lifting or lowering the load.

Известен гидропривод грузоподъемного механизма (Пат. на полезную модель № 89091 РФ; МПК B66C 13/42; опубл. 27.11.2009), включающий насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, объемы полостей которого соединены со штоковой и поршневой полостями гидроцилиндра через обратные клапаны и относятся между собой как объемы штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра за счет различных диаметров концевых частей плунжера.Known hydraulic hoisting mechanism (Utility Model Pat. No. 89091 RF; IPC B66C 13/42; publ. 11/27/2009), including a pump, a hydraulic distributor, a hydraulic cylinder for the lifting boom drive, an additional damper, the volumes of the cavities of which are connected to the rod and piston cavities of the hydraulic cylinder through check valves and are related to each other as the volumes of the rod and piston cavities of the hydraulic cylinder due to the different diameters of the end parts of the plunger.

Недостатком данного гидропривода грузоподъемного механизма является то, что при опускании стрелы с грузом энергия торможения превращается в тепловую и безвозвратно теряется. The disadvantage of this hydraulic hoisting mechanism is that when the boom is lowered with a load, the braking energy turns into heat and is irretrievably lost.

Известен гидропривод грузоподъемного механизма стрелы манипулятора (Пат. № 2652596 РФ; МПК B66C 13/42; опубл. 27.04.2018), содержащий гидробак, насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, дополнительный гидроцилиндр, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру привода грузоподъемной стрелы, с грузоподъемной стрелой и основанием манипулятора, гидроаккумулятор. Гидроаккумулятор имеет гидравлическую связь с поршневой и штоковой полостями дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и напорную гидролинию, при этом поршневая и штоковая полости дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и сливную гидролинию сообщаются с гидробаком. Принят за прототип. Known hydraulic hoisting mechanism of the manipulator boom (Pat. No. 2652596 RF; IPC B66C 13/42; publ. 04/27/2018), containing a hydraulic tank, a pump, a hydraulic valve, a hydraulic cylinder for the lifting boom drive, an additional damper, an additional hydraulic cylinder, articulated, parallel to the drive hydraulic cylinder hoisting boom, with hoisting boom and manipulator base, hydraulic accumulator. The hydraulic accumulator has a hydraulic connection with the piston and rod cavities of the additional hydraulic cylinder through the check valves and the pressure hydraulic line, while the piston and rod cavities of the additional hydraulic cylinder communicate with the hydraulic tank through the check valves and the drain line. Taken as a prototype.

Недостатком данного гидропривода грузоподъемного механизма стрелы манипулятора является то, что гидроаккумулятор имеет гидравлическую связь со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра через обратные клапаны и напорную гидролинию, поэтому при подъеме груза усилие гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы частично затрачивается на перемещение вверх гильзы дополнительного гидроцилиндра, при котором происходит вытеснение рабочей жидкости под высоким давлением из его штоковой полости в гидроаккумулятор, что повышает энергозатраты при подъеме груза.The disadvantage of this hydraulic drive of the hoisting mechanism of the manipulator boom is that the hydraulic accumulator has a hydraulic connection with the rod end of the additional hydraulic cylinder through the check valves and the pressure hydraulic line, therefore, when lifting the load, the force of the hydraulic cylinder of the hoisting boom drive is partially spent on moving up the sleeve of the additional hydraulic cylinder, during which the working cylinder is forced out. liquids under high pressure from its rod end to the hydraulic accumulator, which increases energy consumption when lifting the load.

Изобретение решает задачу снижения энергозатрат при подъеме груза и рекуперации энергии при опускании грузоподъемной стрелы с грузом в режиме торможения за счет того, гидроаккумулятор не имеет гидравлической связи со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра, и усилие гидроцилиндра привода грузоподъемной стрелы при подъеме груза не затрачивается на перемещение вверх гильзы дополнительного гидроцилиндра и вытеснение рабочей жидкости под высоким давлением из его штоковой полости в гидроаккумулятор. The invention solves the problem of reducing energy consumption when lifting a load and recovering energy when lowering a lifting boom with a load in the braking mode due to the fact that the hydraulic accumulator does not have a hydraulic connection with the rod end of the additional hydraulic cylinder, and the force of the hydraulic cylinder of the lifting boom drive when lifting the load is not spent on moving the sleeve up additional hydraulic cylinder and the displacement of the working fluid under high pressure from its rod end into the accumulator.

Это достигается тем, что в энергосберегающем гидроприводе механизма подъема стрелы лесного манипулятора, содержащем гидробак, насос, гидрораспределитель, гидроцилиндр привода грузоподъемной стрелы, дополнительный демпфер, дополнительный гидроцилиндр, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру привода грузоподъемной стрелы, с грузоподъемной стрелой и основанием манипулятора, гидроаккумулятор, согласно изобретению, гидроаккумулятор не имеет гидравлической связи со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра, при этом штоковая полость дополнительного гидроцилиндра при подъеме грузоподъемной стрелы сообщена через сливной обратный клапан с поршневой полостью этого же гидроцилиндра, а при разрежении в этой поршневой полости имеет соединение через гидролинию и всасывающий обратный клапан с гидробаком.This is achieved by the fact that in the energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forest manipulator, containing a hydraulic tank, a pump, a hydraulic distributor, a hydraulic cylinder of the lifting boom drive, an additional damper, an additional hydraulic cylinder, pivotally connected parallel to the hydraulic cylinder of the lifting boom drive, with a lifting boom and the base of the manipulator, a hydraulic accumulator, according to the invention, the hydraulic accumulator does not have a hydraulic connection with the rod cavity of the additional hydraulic cylinder, while the rod cavity of the additional hydraulic cylinder, when lifting the lifting boom, is connected through a drain check valve with the piston cavity of the same hydraulic cylinder, and when rarefied in this piston cavity, it has a connection through a hydraulic line and a suction return hydraulic valve.

На фиг. 1 представлена гидрокинематическая схема энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы лесного манипулятора.In FIG. 1 shows a hydrokinematic diagram of an energy-saving hydraulic drive for the boom lifting mechanism of a forestry manipulator.

Энергосберегающий гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора содержит гидробак 1, насос 2, гидрораспределитель 3, гидроцилиндр 4 привода грузоподъемной стрелы 5 с гидролиниями 6 и 7, дополнительный гидроцилиндр 8, шарнирно соединенный, параллельно гидроцилиндру 4 привода грузоподъемной стрелы 5, с грузоподъемной стрелой 5 и основанием 9 манипулятора. Поршневая полость дополнительного гидроцилиндра 8 при опускании грузоподъемной стрелы 5 сообщена через гидролинию 10 и напорный обратный клапан 11 с гидроаккумулятором 12, а при подъеме грузоподъемной стрелы 5 – через сливной обратный клапан 13 со штоковой полостью дополнительного гидроцилиндра 8, при этом штоковая полость дополнительного гидроцилиндра 8 при разрежении в поршневой полости дополнительного гидроцилиндра 8 имеет соединение через гидролинию 14 и всасывающий обратный клапан 15 с гидробаком 1. The energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forestry manipulator contains a hydraulic tank 1, a pump 2, a hydraulic distributor 3, a hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5 with hydraulic lines 6 and 7, an additional hydraulic cylinder 8, pivotally connected, parallel to the hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5, with a lifting boom 5 and a base 9 manipulators. The piston cavity of the additional hydraulic cylinder 8, when lowering the lifting boom 5, is connected through the hydraulic line 10 and the pressure check valve 11 with the hydraulic accumulator 12, and when lifting the lifting boom 5, through the drain check valve 13 with the rod cavity of the additional hydraulic cylinder 8, while the rod cavity of the additional hydraulic cylinder 8 at vacuum in the piston cavity of the additional hydraulic cylinder 8 has a connection through the hydraulic line 14 and the suction check valve 15 with the hydraulic tank 1.

Разгрузочно-автоматический узел 16 энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы лесного манипулятора включает в себя нормально открытый обратный 17, разгрузочный 18 и предохранительный 19 клапаны. Для слива рабочей жидкости установлены фильтр 20 и обратный клапан 21. К гидролиниям 6 и 7 гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5 через обратные клапаны 23 и 24 подключен дополнительный демпфер 22. В корпусе дополнительного демпфера 22 размещен ступенчатый плунжер 25 с дросселирующими каналами диаметром 3-4 мм в его концевых частях.The automatic unloading unit 16 of the energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forest manipulator includes a normally open check 17, unloading 18 and safety 19 valves. To drain the working fluid, a filter 20 and a check valve 21 are installed. An additional damper 22 is connected to the hydraulic lines 6 and 7 of the hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5 through the check valves 23 and 24. In the case of the additional damper 22 there is a stepped plunger 25 with throttling channels with a diameter of 3-4 mm at its ends.

Энергосберегающий гидропривод механизма подъема стрелы лесного манипулятора работает следующим образом.Energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forest manipulator works as follows.

При подъеме грузоподъемной стрелы 5 с грузом G рабочая жидкость, нагнетаемая из гидробака 1 насосом 2, направляется по гидролинии 6 в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5, при этом его гильза перемещается вверх. Одновременно гильза дополнительного гидроцилиндра 8 так же перемещается вверх, в результате чего рабочая жидкость из его штоковой полости при низком давлении вытесняется через сливной обратный клапан 13 в поршневую полость дополнительного гидроцилиндра 8, а в случае разрежения в этой поршневой полости, так как ее объем больше объема штоковой полости, рабочая жидкость дополнительно поступает через гидролинию 14 и всасывающий обратный клапан 15 из гидробака 1. При опускании грузоподъемной стрелы 5 с грузом для его укладки в заданное положение гильза гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5 перемещается вниз. Одновременно гильза дополнительного гидроцилиндра 8 также перемещается вниз, в результате чего происходит повышение давления рабочей жидкости в поршневой полости, и, когда оно превышает величину предварительной зарядки гидроаккумулятора 12, рабочая жидкость поступает через гидролинию 10 и напорный обратный клапан 11 в гидроаккумулятор 12, накапливая энергию торможения.When lifting the lifting boom 5 with a load G, the working fluid pumped from the hydraulic tank 1 by the pump 2 is directed through the hydraulic line 6 into the piston cavity of the hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5, while its sleeve moves up. At the same time, the sleeve of the additional hydraulic cylinder 8 also moves upward, as a result of which the working fluid from its rod end is displaced at low pressure through the drain check valve 13 into the piston cavity of the additional hydraulic cylinder 8, and in case of rarefaction in this piston cavity, since its volume is greater than the volume rod cavity, the working fluid additionally flows through the hydraulic line 14 and the suction check valve 15 from the hydraulic tank 1. When lowering the lifting boom 5 with the load to place it in a predetermined position, the sleeve of the hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5 moves down. At the same time, the sleeve of the additional hydraulic cylinder 8 also moves down, resulting in an increase in the pressure of the working fluid in the piston cavity, and when it exceeds the pre-charge value of the hydraulic accumulator 12, the working fluid flows through the hydraulic line 10 and the pressure check valve 11 into the hydraulic accumulator 12, accumulating braking energy .

В процессе работы гидропривод механизма подъема стрелы 5 при полностью заряженном гидроаккумуляторе 12 с помощью разгрузочного клапана 18 отключается от насоса 2, который в этом случае работает в холостом режиме, что снижает мощность на его привод. При последующих подъемах грузоподъемной стрелы 5 накопленная энергия из гидроаккумулятора 12 поступает в поршневую полость гидроцилиндра 4 привода грузоподъемной стрелы 5, снижая энергозатраты на подъем груза. При недостаточной заряженности гидроаккумулятора 12 и снижении в нем давления ниже допустимого бесперебойную работу гидропривода обеспечивает насос 2 через нормально открытый обратный клапан 17.During operation, the hydraulic drive of the boom lifting mechanism 5 with a fully charged hydraulic accumulator 12 is disconnected from the pump 2 using the unloading valve 18, which in this case operates in idle mode, which reduces the power to drive it. During subsequent lifts of the lifting boom 5, the accumulated energy from the hydraulic accumulator 12 enters the piston cavity of the hydraulic cylinder 4 of the drive of the lifting boom 5, reducing energy consumption for lifting the load. If the hydraulic accumulator 12 is not sufficiently charged and the pressure in it drops below the permissible level, the pump 2 provides uninterrupted operation of the hydraulic drive through the normally open check valve 17.

При остановках механизма подъема стрелы 5 с грузом в промежуточных положениях гидролинии 6 и 7 отключаются от гидросистемы с помощью гидрораспределителя 3 и становятся запертыми. Однако, грузоподъемная стрела 5 с грузом G под действием инерционных сил продолжает свое движение в заданном направлении, а затем под действием упругих свойств элементов гидропривода (гидроаккумулятора 12 и рукавов высокого давления) возвращается в обратном направлении, то есть возникают колебательные процессы, вызывающие всплески давления рабочей жидкости в гидролиниях 6 и 7. При всплеске давления в гидролинии 6 часть рабочей жидкости, равная объему деформации упругих элементов гидропривода, поступает в дополнительный демпфер 22 через обратный клапан 23, перемещая ступенчатый плунжер 25 влево, при этом рабочая жидкость вытесняется в гидролинию 7 через дросселирующий канал диаметром 3-4 мм в ступенчатом плунжере 25. При всплеске давления в гидролинии 7 часть рабочей жидкости поступает в дополнительный демпфер 22 через обратный клапан 24, перемещая ступенчатый плунжер 25 вправо, при этом рабочая жидкость поступает в гидролинию 6 через дросселирующий канал в ступенчатом плунжере 25, и всплески давления в переходном режиме гасятся. В результате гашения колебаний рабочей жидкости снижается динамическая нагрузка на металлоконструкцию механизма подъема стрелы 5.When the boom lifting mechanism 5 stops with a load in intermediate positions, the hydraulic lines 6 and 7 are disconnected from the hydraulic system using the hydraulic distributor 3 and become locked. However, the lifting boom 5 with load G under the action of inertial forces continues its movement in a given direction, and then under the action of the elastic properties of the elements of the hydraulic drive (hydraulic accumulator 12 and high-pressure hoses) returns in the opposite direction, that is, oscillatory processes occur that cause surges in the pressure of the working liquids in hydraulic lines 6 and 7. With a pressure surge in hydraulic line 6, a part of the working fluid, equal to the volume of deformation of the elastic elements of the hydraulic drive, enters the additional damper 22 through the check valve 23, moving the stepped plunger 25 to the left, while the working fluid is displaced into the hydraulic line 7 through the throttling a channel with a diameter of 3-4 mm in the stepped plunger 25. With a surge of pressure in the hydraulic line 7, part of the working fluid enters the additional damper 22 through the check valve 24, moving the stepped plunger 25 to the right, while the working fluid enters the hydraulic line 6 through the throttling channel in the stepped plunger 25 and sun pressure splashes in the transient regime are extinguished. As a result of damping the vibrations of the working fluid, the dynamic load on the metal structure of the boom lifting mechanism 5 is reduced.

Такое исполнение энергосберегающего гидропривода механизма подъема стрелы позволяет снизить энергозатраты, повысить производительность и надежность лесного манипулятора.This design of the energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism allows reducing energy costs, increasing the productivity and reliability of the forestry manipulator.

Claims

Energy-saving hydraulic drive of the boom lifting mechanism of the forestry manipulator, containing a hydraulic tank, a pump, a hydraulic distributor, a hydraulic cylinder of the lifting boom drive, an additional damper, an additional hydraulic cylinder pivotally connected parallel to the hydraulic cylinder of the lifting boom drive, with a lifting boom and a manipulator base, a hydraulic accumulator, characterized in that the hydraulic accumulator does not have hydraulic connection with the rod cavity of the additional hydraulic cylinder, while the rod cavity of the additional hydraulic cylinder, when lifting the lifting boom, is connected through the drain check valve with the piston cavity of the same hydraulic cylinder, and when rarefied in this piston cavity, it has a connection through the hydraulic line and the suction check valve with the hydraulic tank.