21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Рекуперативные системы привода рабочего оборудования дорожно-строительных машин

10.03.2017

Рекуперация (от англ. to recuperate - восстановить, возобновить) энергии движущихся частей привода и рабочего оборудования машин является эффективным средством ресурсосбережения. Наиболее активно используют рекуперативные (или рекуперационные) приводы в машинах циклического действия, например, в одноковшовых экскаваторах, кранах, погрузчиках, а также в других машинах с циклическим характером последовательно выполняемых операций, поскольку потери энергии в рабочем цикле достигают 50 % (для одноковшового гидравлического экскаватора).
Большинство мобильных машин и оборудования ведущих производителей оснащены гидроприводом, который имеет сравнительно низкий КПД. Для повышения его энергоэффективности применяют разнообразные методы и средства. В их числе установка аккумулирующих систем, замена дроссельного регулирования объемным управлением, использование многопоточных насосов с разгрузкой отдельных секций, применение электронных систем пропорционального управления, регулирование гидронасосов с использованием энергосберегающих механизмов, а также применение различных способов рекуперации энергии при подъеме-опускании рабочего оборудования и торможении движущихся масс.
Наиболее эффективным средством энергосбережения мобильных машин с гидроприводом рабочего оборудования являются рекуперативные системы с аккумулятором необходимой энергоемкости. Для гидравлических одноковшовых экскаваторов (самых распространенных дорожностроительных машин) такие системы следует разделить на четыре группы:
1) механические:
- с противовесами;
- с пружинными или торсионными аккумуляторами;
2) тепловые:
- с тепловыми аккумуляторами;
3) гидравлические:
- с гидроаккумуляторами;
- с дополнительными гидронасосом и гидромоторами;
4) комбинированные:
- с электрогидроагрегатами.
Самыми простыми являются механические аккумуляторы, снижающие затраты при работе рабочего оборудования. На рисунке 10.2 представлена принципиальная схема экскаватора (ЭО-4540), снабженного противовесом. Рабочее оборудование в виде телескопической стрелы 8 с ковшом 3 обратной лопаты уравновешено противовесом, которым служит его привод 6, подвешенный к раме 4 экскаватора с помощью подвески 5. В этом варианте противовес практически полностью уравновешивает рабочее оборудование, что значительно снижает затраты энергии на выполнение рабочего процесса.

Примером пружинного аккумулятора энергии может служить конструкция, представленная на рисунке 10.3. Тарельчатые пружины 2 уравновешивают рабочее оборудование экскаватора, снижая энергозатраты на копание ковшом 3 обратной лопаты.

Более эффективными, но и более сложными по конструкции являются гидравлические рекуперативные системы. Имеется два варианта реализации рекуперативных гидросистем;
1) установка на валу ДВС гидронасоса для подкрутки маховика через дополнительный гидромотор и накопления энергии попутных нагрузок в двух дополнительных насосах-моторах, которая затем используется в нагруженных циклах работы экскаватора;
2) гидросистемы с накапливанием энергии в гидроаккумуляторе при опускании стрелы экскаватора с последующим использованием запасенной энергии для ускорения подъема рабочего оборудования. В качестве примера использования гидроаккумулятора в сочетании с дополнительным гидроцилиндром можно привести схему, представленную на рисунке 10.4. Стрела 1 снабжена рабочим гидроцилиндром 4 и вспомогательным плунжерным гидроцилиндром 5 одностороннего действия. При подъеме рабочего оборудования рабочую жидкость подают в поршневую полость основного гидроцилиндра 4 и в поршневую полость вспомогательного гидроцилиндра 5 (по гидролинии 6 через обратный клапан 7 в гидроаккумулятор 9 и по достижении в клапане 8 заданного давления жидкости). Таким образом, подъем рабочего оборудования производят совместными усилиями двух гидроцилиндров. При этом избыток рабочей жидкости поступает в штоковую полость гидроцилиндра 4, масло через обратный клапан 10 из гидроцилиндра 5 попадает в аккумулятор 9. Обратный клапан 7 отсоединяет заряженный аккумулятор от поршневой полости гидроцилиндра 4, который в это время соединен со сливом.

Из всех разработок рекуперативных систем доведен до серийной продукции (иди опытных образцов) метод безнасосного опускания стрелоподъемного механизма. В частности, компании «Nobas-Nordhausen», «Саsе-Роlkain», ОАО «Ковровец» и др. используют этот рекуперативный метод опускания стрелы в одноковшовых экскаваторах. Имеется два варианта его реализации:
1) соединение поршневой полости гидроцилиндра стрелы со сливной гидролинией через регулируемый дроссель и подпитка штоковой полости цилиндра из сливной гидролинии. Этот вариант использован в приводах экскаваторов ЭО-3323А и ЭО-4125. Безнасосный режим опускания стрелы обеспечен применением дополнительного гидрораспределителя, управление которым осуществляют от отдельной линии управления;
2) объединение поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра стрелы через П-образный канал и соединение со сливной гидролинией через регулируемый дроссель. На рисунке 10.5 представлена рекуперативная система гидропривода экскаватора Э-4225А. В режиме безнасосного опускания стрелы экскаватора поршневая полость цилиндра 1 соединена с его штоковой полостью через П-образный канал и со сливной гидролинией 11 через дроссель 3. В канал встроен обратный клапан 4 с дросселем 3 со стороны штоковой полости гидроцилиндра 1. Золотник 5 удерживается в таком положении гидроупором 8, а поток рабочей жидкости освобождается для выполнения совмещаемых с опусканием стрелы операций. Клапан 4 и регулируемый дроссель 3 в сливном канале обеспечивают быстрое опускание стрелы.

При переводе золотника в нейтральное положение клапан и дроссель обеспечивают фиксированное положение рабочего оборудования экскаватора. Гидроупор 8 останавливает золотник в позиции II, что позволяет зафиксировать безнасосный режим и перейти к насосному режиму. Клапан 4, встроенный в П-образный канал, остается от крытым при малых потоках рабочей жидкости в режиме свободного перемещения стрелы, когда положение стрелы задано положением рукояти.
Для более эффективного сокращения рабочего цикла и экономии энергии при опускании рабочих органов компанией «Caterpillar» на экскаваторе модели 325CL установлены две рекуперативные системы - и для стрелы, и для рукояти.
В ряде гидравлических систем, помимо рекуперации энергии попутных нагрузок, делаются попытки использовать теряемую (переходящую в тепло) энергию переходных процессов. В качестве примера одного из вариантов рекуперативной системы на рисунке 10.6 приведена гидросхема блока рекуперации энергии попутных нагрузок, а также рекуперации потерь переходных процессов. Ее основой являются два пневмогидравлических аккумулятора: 1 - для накопления энергии гравитационных сил с изменяемой настройкой входного давления; 2 - для накопления энергии инерционных сил и возвращенной энергии переходных процессов с постоянным значением входного давления. Они соединены между собой перепускным обратным клапаном 3, который срабатывает при достижении в аккумуляторе 2 максимального давления рабочей жидкости, а также соединены со сливной гидролинией С через обратный клапан 4. Сливная линия С соединена с гидробаком одноходовым двухпозиционным гидрораспределителем 5 с дистанционным электромагнитным управлением через электромагнит Э1. С помощью обратного клапана 6 сливная линия С соединена со всасывающей линией В гидронасоса 7, в которой установлен обратный всасывающий клапан 8.

Энергия рабочей жидкости, накопленная в аккумуляторах 1 и 2, через золотник 9 при срабатывании электромагнита ЭЗ поступает в гидролинию рекуперации Р. которая связана со всасывающей линией В насоса 7.
Рассмотренный блок можно подсоединить к гидроприводу машины в точке А (окончание сливной линии) и в точке Б (всасывающей линии).
Следует отметить, что к настоящему времени эти конструкции не вышли за рамки экспериментальных разработок, поэтому пока не налажено серийное производство оборудования с гидроприводом, обеспечивающим рекуперацию энергии гравитационных и инерционных сил, а также переходных процессов.
В комбинированных электрогидравлических системах используют упомянутые ранее последовательные и параллельные гибриды, которые обеспечивают накопление энергии попутных нагрузок при помощи мощных аккумуляторных батарей.
В настоящее время наибольшие успехи по рекуперации энергии достигнуты для одноковшовых экскаваторов, т.е. машин циклического действия. Вместе с тем, имеются значительные резервы для расширения этого направления ресурсосбережения. По данным работ, при эксплуатации экскаватора с обратной лопатой полезное использование энергии составляет всего около 51 %, Включая подъем стрелы - около 15 %, поворот рукояти -более 17 % и поворот ковша - около 16 %. С другой стороны, наибольшие потери энергии в гидроприводе рабочих органов возникают в гидрораспределителях (при дроссельном регулировании скоростей рабочего хода) - 20 % и в первичных предохранительных клапанах - более 17 %, а также в сливных гидролиниях - около 8 %, в исполнительных механизмах и вторичных предохранительных клапанах - более 4 %. Поэтому создание гидропривода с эффективной системой рекуперации энергии является одним из главных резервов рационального использования энергоресурсов экскаваторов. Вполне очевидно, что это направление ресурсосбережения имеет весьма обнадеживающие перспективы не только для дорожно-строительных машин циклического действия, но и для машин непрерывного действия.