DD259899A1

DD259899A1 - Energieoekonomiches hydraulisches antriebssystem fuer zyklisch arbeitende maschinen

Info

Publication number: DD259899A1
Application number: DD30146487A
Authority: DD
Inventors: Hermann Teichmann; Wolfgang Meissner; Volker Rieger; Otto Schmidt; Rudolf Mueller; Hans Reinbrecht; Uwe Gruber; Peter Prusseit; Arno-Bodo Langrock; Gerhard Wuerker
Original assignee: Schwermasch Nobas Veb
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1988-09-07

Abstract

Die Erfindung findet insbesondere Verwendung bei Universalbaggern, bei denen waehrend des Arbeitsprozesses grosse Massen ueber hydraulische Arbeitszylinder angehoben und abgesenkt und grosse Massentraegheitsmomente ueber einen Hydraulikmotor beschleunigt und abgebremst werden muessen. Beim Senken der Arbeitsausruestung wird die potentielle Energie ueber das abfliessende Druckmittel aus dem Auslegerzylinder in einen bekannten Druckspeicher geleitet und einem stellbaren Axkosystem mit Schwungmasse zugefuehrt. Der Druckstromerzeuger des Axkosystems liefert ueber Wegeventile Druckfluessigkeit an den Drehwerksmotor oder an den Auslegerzylinder und gewinnt die kinetische Energie der Schwungmasse zurueck. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung findet insbesondere Verwendung bei Universalbaggern, bei denen während des Arbeitsprozesses große Massen über hydraulische Arbeitszylinder angehoben und abgesenkt und große Massenträgheitsmomente über einen Hydraulikmotor beschleunigt und abgebremst werden müssen.

Potentielle Energie der Arbeitsausrüstung wird während des Absenkens und kinematische Energie des Oberwagens wird während des Abbremsens vernichtet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine Anordnung nach DD 149400 beschreibt ein hydrostatisches Antriebssystem. Die beim Absenken der Ausrüstung anfallende potentielle Energie und die beim Abbremsen des Oderwagens anfallende kinetische Energie werden als kinetische Energie mittels Schwungmassen gespeichert.

Die Lösung erfordert einen hohen Aufwand, ist sehr kompliziert und störanfällig.

Auch die nach DD 149257 beschriebene Lösung zur Energierückgewinnung ist kompliziert und störanfällig. Die beim Absenken der Arbeitsausrüstung und beim Abbremsen der Oberwagendrehbewegung anfallende Energie, in Form von Hydraulikströmen, wircTin Gummiblasen und Gasräumen usw. gespeichert und kann den Hydraulikkreislauf wieder zugeführt werden.

Weiterhin wurde vorgeschlagen zur Energierückgewinnung einen zusätzlichen Federzylinder zu installieren, der in Verbindung mit Druckspeichem arbeitet.

Der zusätzliche Federzylinder erfordert einen zusätzlichen Aufwand.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die im Aufbau einfach und zuverlässig ist und die mit geringem Aufwand gefertigt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein energieökonomisches Antriebssystem zu schaffen, das ein Verbundsystem zwischen Auslegerbewegung, Drehwerksbewegung, Energiespeicherung und Energiewiederverwertung darstellt.

Beim Senken der Arbeitsausrüstung wird die potentielle Energie über das abfließende Druckmittel aus dem Auslegerzylinder in einen bekannten Druckspeicher geleitet und einem stellbaren Axkosystem mit Schwungmasse zugeführt. Der Druckstromerzeuger des Axkosystems liefert über entsprechende Wegeventile Druckflüssigkeit an den Drehwerksmotor oder an den Auslegerzylinder und führt somit die gespeicherte Energie ab oder er arbeitet als Motor, der die Oberwagendrehbewegung abbremst, die Schwungmasse beschleunigt, damit die kinetische Energie der Oberwagendrehbewegung als kinetische Energie der Schwungmasse zurückgewinnt.

Ein Wegeventil steuert das Schluckvolumen des Axkosystems. Die Wegeventile werden gesteuert über Oderventile, Druckbegrenzungsventile und Drosselventile.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung wird der Gesamtschaltplan dargestellt.

Der Auslegerzylinder 2 ist zum Senken der Ausrüstung über die Leitung 3 mit dem konventionellen Kreislauf 1 verbunden. Zum Anheben der Arbeitsausrüstung ist der Auslegerzylinder 2 über Leitung 6, Rückschlagventil 5 und Leitung 4 mit dem konventionellen Kreislauf 1 verbunden. Die Leitung 6 steht weiterhin mit dem Wegeventil 8 und dem Druckbegrenzungsventil 9 in Verbindung.

Das Wegeventil 8 kann überdie Steuerleitung al; b1 in die verschiedenen Schaltstellungen gebracht werden. Inder Schaltstellung I wird die Leitung 6 mit der Leitung 10 verbunden und in der Schaltstellung Il die Leitung 6 mit der Leitung 11. Die Leitung 11 steht in Verbindung mit der Hydraulikpumpe 12, Druckbegrenzungsventilen 13; 14, Rückschlagventil 15, Leitung 16 und Druckspeicher 17, weiterhin über Rückschlagventil 18 und Leitung 19 mit dem stellbaren Axkosystem 20, das drehfest mit der Schwungmasse 21 und mit dem Lüfterlaufrad 22 verbunden ist.

Das Axkosystem 20 kann über Leitung 23, Wegeventil 24, Leitung 25, Drehwerksmotor 26, Leitung 27, Leitung 28, Rückschlagventil 29 und Leitung 19 zum geschlossenen Kreislauf verbunden werden. Leitung 23 steht weiterhin in Verbindung mit Druckbegrenzungsventil 35 und Undventil 31, das zum Nachsaugen von Druckflüssigkeit dient. Der Federraum des Druckbegrenzungsventils 35 ist mit der Rücklaufleitung 7 verbunden, die weiterhin über das Drosselventil 36 mit der Leitung 34 in Verbindung steht. An die Leitung 28 ist das Druckbegrenzungsventil 30 angeschlossen, dessen Federraum ebenfalls mit der Rücklaufleitung 7 verbunden ist, die wiederum über das Drosselventil 33 mit der Steuerleitung 37 in Verbindung steht. Der Druck in der Steuerleitung 37 schaltet das Wegeventil 47 in die Stellung Il und ebenfalls über das Oderventil 39 und die Steuerleitung 43 das Wegeventil 32 in die Stellung II, die Wegeventile 49, 50 schalten in die Stellung I und blockieren damit eine Bewegung des Steuerschiebers im Wegeventil 24.

Bei Druck in der Steuerleitung 37 oder in einer der Steuerleitungen al; b1; a2; b2 wird über die Oderventile 39; 40; 41; 42 und über die Steuerleitungen 43; 44; 45; 46 das Wegeventil 32 in die Stellung Il geschaltet, wodurch die Steuerleitung 38 mit der Rücklaufleitung 7 verbunden ist und das Axkosystem 20 auf maximales Schluckvolumen gestellt wird. Ohne Stelldruck bzw. bei Druck in der Steuerleitung 34 steht das Wegeventil'32 in Stellung I und der Steuerdruck p_s in Steuerleitung 53 stellt das Axkosystem 20 auf minimales Schluckvolumen ein.

Stehen die Wegeventile 8; 24 in den Schaltstellungen 0, dann fördert die Hydraulikpumpe 12 mit Speicherdruck ρ Druckflüssigkeit überdie Leitung 11, Rückschlagventil 18, Leitung 19 zum Axkosystem 20 und beschleunigt die Schwungmasse21, deren Winkelgeschwindigkeit Ws durch den maximalen Arbeitsdruck p₂ des Druckbegrenzungsventil 14, sowie durch den Widerstand des Lüfterlaufrades 22 begrenzt wird.

Wird durch Druck in Steuerleitung a 1 auf „Ausleger-heben" geschaltet, dann schaltet das Wegeventil 8 in die Stellung I und Wegeventil 32 in die Stellung II. Das Axkosystem 20 wird durch die Verbindung von Steuerleitung 38 mit der Rücklaufleitung 7 über Wegeventil 32 auf maximales Schluckvolumen gestellt und fördert Druckflüssigkeit über Leitung 23, Wegeventil 24, Leitung 10, Wegeventil 8, Leitung 6 zum Auslegerzylinder 2, der in Richtung „Ausleger-heben" ausgefahren wird. Dies stellt einen Zusatzstrom zum konventionellen Kreislauf 1 dar.

Die erforderliche Energie wird der kinetischen Energie der Schwungmasse 21 und der Hydräulikpumpe 12 entnommen. Weiterhin fließt von dem konventionellen Kreislauf 1 über Leitung 4, Rückschlagventil 5, Leitung 6, Druckflüssigkeit zum Auslegerzylinder 2.

Beim Schalten auf „Ausleger-senken" wird durch Druck in Steuerleitung b 1 das Wegeventil 8 in die Stellung Il geschaltet und das Axkosystem 20 wird auf maximales Schluckvolumen gestellt. Vom konventionellen Kreislauf 1 fließt Druckflüssigkeit über Leitung 3 zum Auslegerzylinder 2 in Richtung „Ausleger-senken". Die abfließende Druckflüssigkeit aus dem Auslegerzylinder 2 gelangt über Leitung 6, Wegeventil 8, Leitung 11, Rückschlagventil 15, Leitung 16 zum Druckflüssigkeitsspeicher 17 bzw. über Rückschlagventil 18, Leitung 19 zum Axkosystem 20.

Der Speicherdruck ρ steigt, der Druckflüssigkeitsspeicher 17 wird gefüllt, das Axkosystem 20 beschleunigt die Schwungmasse 21 und erhöht dessen kinetische Energie

Wird der zulässige Druck in de Leitung 11 überschritten, fließt Druckflüssigkeit über das Druckbegrenzungsventil 13 in die

. Rücklaufleitung 7. Wird beim Abbremsen des Auslegerzylinders 2 der zulässige Druck in Leitung 6 überschritten, so fließt Druckflüssigkeit über das Druckbegrenzungsventil 9 in die Leitung 11. Wird auf eine der Steuerleitungen a 2; b2 Druck gegeben, dann bedeutet dies „Oberwagen-drehen". Das Wegeventil 47 befindet sich in der Stellung I.

Der Steuerdruck ps in der Steuerleitung 53 gelangt über Wegeventil 47 und Leitung 48 zu den Wegeventilen 49; 50 und schaltet diese in die Stellung II. Der Druck in der Steuerleitung a₂ oder Steuerleitung 52 zum Wegeventil 24 und bewegt dies in die Stellung

I oder in die Stellung II. Gleichfalls über die Oderventile 42; 40; 39 und die Steuerleitungen 43; 44; 46 gelangt Steuerdruck zum Wegeventil 32 und schaltet dies in die Stellung II. Die Steuerleitung 38 wird mit der Rücklaufleitung 7 verbunden, das Axkosystem20 wird auf maximales Schluckvolumen gestellt und fördert Druckflüssigkeit über Leitung 23, Wegeventil 24, Leitung 25 oder Leitung 27 zum Drehwerksmotor 26 und beschleunigt das Drehwerksgetriebe 54. Die abfließende Druckflüssigkeit fließt über Leitung 25 oder Leitung 26, Wegeventil 24, Leitung 28, Undventil 31 und Rücklaufleitung 7 in den Druckflüssigkeitsbehälter 55. Das Axkosystem 20 fördert mehr Druckflüssigkeit als der Drehwerksmotor 26 verbraucht. Der Druck in Leitung 23 steigt bis zum maximalen Beschleunigungsdruck pa. Über das Druckbegrenzungsventil 35 und die Steuerleitung 34 wird das Wegeventil 32 in Stellung I geschaltet und damit das Axkosystem 20 in Richtung minimales Schluckvolumen gestellt. Bei sinkendem Beschleunigungsdruck pa schließt das Druckbegrenzungsventil 35, über Steuerleitung 34 und Drosselventil 36fließt Druckflüssigkeit in die Rücklaufleitung 7, das Wegeventil 32 bewegt sich in Richtung Stellung Il und das Axkosystem 20 wird in Richtung größeres Schluckvolumen gestellt. Der Förderstrom des Axkosystems 20 paßt sich dem Schluckstrom des Drehwerksmotors,26 crvlNach längerer Beschleunigung sinkt der Speicherdruck ρ in Leitung 11 bis auf den unteren Arbeitsdruck ρ 1 des Druckflüssigkeitsspeichers 17, der entleert ist. Das Druckbegrenzungsventil 14 schließt, der Oderwagen dreht sich mit annähernd gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit.

Beim Abschalten der Oberwagendrehbwegung werden die Steuerleitungen a 2 oder b 2 drucklos. Das Axkosystem 20 wird in Richtung minimales Schluckvolumen gestellt. Durch das auf den Drehwerksmotor 26 wirkende reduzierte Massenträgheitsmoment I_D des Oberwagens, versucht dieser sich mit gleicher Winkelgeschwindigkeit weiterzubewegen. Der Schluckstrom des Drehwerksmotors 26 wird größer als der Förderstrom des Axkosystems 20.

Über das Undventil 31 wird Druckflüssigkeit nachgesaugt. Der Druck in Leitung 28 steigt bis zum Bremsdruck Pb, über das Druckbegrenzungsventil 30, Steuerleitung 37, Oderventil 39, Steuerleitung 43 und Wegeventil 32 wird das Axkosystem 20 in Richtung auf maximales Schluckvolumen gestellt. Durch Druck in der Steuerleitung 37 wird das Wegeventil 47 in die Stellung Il geschaltet und die Leitung 48 über das Wegeventil 47 mit der Rücklaufleitung 7 verbunden. Die Wegeventile 49; 50 schalten in die Stellung I, wodurch der Steuerschieber im Wegeventil 24 gesperrt wird und nicht in die Stellung zurückschalten kann. Der Oberwagen wird abgebremst.

Die kinetische Energie der Oberwagendrehbewegung wird über das Drehwerksgetriebe 54, Drehwerksmotor 26, Leitung 25 oder Leitung 27, Leitung 28, Rückschlagventil 29, Leitung 19 und Axkosystem 20 auf die Schwungmasse 21 übertragen. Bei geringer Winkelgeschwindigkeit des Oberwagens wird der Förderstrom des Drehwerksmotors 26 kleiner als der Schluckstrom des Axkosystems 20. Das Druckbegrenzungsventil 30 schließt, Steuerleitung 37 wird drucklos, das Wegeventil 47 schaltet in Stellung!. Durch den Steuerdruck ps wird über Steuerleitung 53, Wegeventil 47 und Leitung 48 die Wegeventile 49; 50 in Stellung

II geschaltet und das Wegeventil 24 in Stellung 0. Die noch vorhandene geringe Oberwagendrehbewegung wird mit einer hier nicht beschriebenen Drehwerksbremse abgebremst.

Claims

1. Energieökonomisches hydraulisches Antriebssystem für zyklisch arbeitende Maschinen, insbesondere für Bagger, wo zur Hubbewegung der Arbeitsausrüstung Arbeitszylinder dienen und die Drehbewegung des Oberwagens durch einen Hydrauliknnotor erfolgt unter Verwendung eines aus Hydraulikpumpe, Druckbegrenzungsventil, Rückschlagventil und Druckspeicher bestehenden Speichersystems, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Zusatzstromes bzw. des Ablaufstromes aus dem Auslegerzylinder (2) ein Wegeventil (8) über eine Leitung (6), in die ein Rückschlagventil (5) eingebaut ist, mit der Kolbenbodenseite des Auslegerzylinders (2) verbunden ist und andererseits über eine Leitung (11), über ein Rückschlagventil (18) und über eine Leitung (19) mit dem Axkosystem (20), an das drehfest die Schwungmasse (21) und das Lüfterrad (22) angebaut sind, daß die Leitung (11) über ein Druckbegrenzungsventil (9) mit der Leitung (6) verbunden ist und weiterhin mit dem bekannten Speichersystem, daß das zur Steuerung des Schluckvolumens des Axkosystems (20)dienende Wegeventil (32) über eine Leitung (38) mit dem Axkosystem (20) und über eine Leitung (53) mit einem Wegeventil (47) verbunden ist, das über eine Leitung (48) die Wegeventile (49; 50) steuert, die wiederum über Steuerleitungen (51; 52) mit einem den Drehwerksmotor (26) steuernden Wegeventil (24) verbunden sind, das zu diesem Zweck über Leitung (25; 27) mit dem Drehwerksmotor (26) und über eine Leitung (10) mit dem Wegeventil (8) verbunden ist und andererseits über eine Leitung (28) und über ein Rückschlagventil (29) bzw. über eine Leitung (23) mit dem Axkosystem (20), und ein zum Nachsaugen von Druckflüssigkeit dienendes Undventi! (31) die Leitungen (23; 28) miteinander verbindet.

2. Energieökonomisches hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Wegeventils (32) eine von Oderventilen (39; 40; 41; 42) kommende Steuerleitung (43) und eine Steuerleitung (34) dienen, die über ein Druckbegrenzungsventil (35) mit der Leitung (23) verbunden ist und über ein Drosselventil (36) mit der Rücklaufleitung (7).

3. Energieökonomisches hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Wegeventils (47) ein von den Oderventilen (39; 40; 41; 42) kommende Steuerleitung (37) dient, die weiterhin über ein Druckbegrenzungsventil (30) mit der Leitung (28) und über ein Drosselventil (33) mit der Rücklaufleitung (7) verbunden ist.