Реализация системы управления с использованием логических элементов в гидросистеме погрузчика

Рассмотрим пример разработки системы управления одноковшового погрузчика.

Известна гидросистема погрузчика [1], включающая насос, распределитель, исполнительные гидроцилиндры и гидробак.

Отличительной особенностью этой гидросистемы является подбор вместимости гидробака по теплоотдаче при высокой температуре окружающего воздуха. При этом его вместимость рекомендуется подбирать в зависимости от суммарной производительности насосов, установленных на машине, достигающих 2–3 – минутной их производительности. Это приводит к значительному увеличению вместимости гидробака, эксплуатационной массы, и сопротивления движения машины, а значит, и мощности двигателя, затрачиваемой на ее перемещение.

Известна гидросистема погрузчика [2], включающая насосную станцию, распределитель, исполнительные гидроцилиндры и гидробак вместимостью, равной 2–3 – минутной производительности насосной станции, что и приводит из-за увеличенной вместимости гидробака к излишнему увеличению эксплуатационной массы, и сопротивления перемещения машины, а значит, к увеличенным затратам топлива, что в свою очередь, приводит к уменьшению конкурентоспособности машины, т. к. стоимость топлива превышает 60 % себестоимости машиночаса ее работы. Кроме того, из-за высокой вместимости гидробака увеличиваются затраты на приобретение рабочей жидкости гидросистемы, которая сезонно меняется дважды в год.

Задача разработки: снижение энергозатрат при работе погрузчика за счет уменьшения объема гидравлической жидкости в гидросистеме и, как следствие, уменьшение сопротивления перемещению машины и снижение энергозатрат.

Эта задача решается за счет того, что в гидросистеме погрузчика, включающего насосную станцию, распределитель, исполнительные гидроцилиндры и гидробак, вместимость гидробака равна или несколько больше разницы объемов поршневой и штоковой полостей всех исполнительных гидроцилиндров погрузчика, а в сливную гидролинию гидросистемы погрузчика дополнительно установлен трехпозиционный распределитель с электромагнитным управлением и блоком гидроаккумуляторов, имеющий три выхода: один выход этого распределителя соединен через масляный радиатор с гидробаком; второй – с теплогенератором, а далее – с гидробаком; третий – через фильтр тонкой очистки жидкости с гидробаком. Трехпозиционный распределитель с электромагнитным управлением с электромагнитами У1 и У2 имеет возможность включения от сигналов с контроллера, на который поступают сигналы с датчиков А и В допустимо высокой и низкой температуры гидравлической жидкости, датчика C степени загрязнения гидравлической жидкости; все выходные сигналы контроллера У1, У2, У3 также имеют возможность поступления на индикаторные лампочки, расположения в кабине оператора.

где А – сигнал высокого уровня с датчика температуры релейного типа о показаниях низкой температуры рабочей жидкости;

В – сигнал высокого уровня с датчика температуры релейного типа о показаниях высокой температуры рабочей жидкости;

С – сигнал с датчика степени загрязненности рабочей жидкости;

У1, У2 – сигналы, подаваемые контроллером на электромагниты трехпозиционного распределителя;

У3 – сигнал на включение вентилятора обдува масляного радиатора.

Выбор уменьшенной вместимости гидробака позволяет уменьшить объем, а значит, и массу гидравлической жидкости. В результате это позволит уменьшить сопротивление перемещению машины, а значит, и загрузку двигателя, а также количество потребляемого топлива при выполнении транспортной операции. Так как уменьшение загрузки двигателя при той же подаче топлива и при неизменном положении педали акселератора приводит к увеличению частоты вращения коленчатого вала двигателя, а значит, и скорости перемещения машины, то снижается время цикла машины и повышается ее производительность. Установка в сливную магистраль блока гидроаккумуляторов позволяет решить задачу разницы объемов жидкости, сливаемой из поршневых или штоковых полостей гидроцилиндров и поступающей в противоположную полость гидроцилиндров.

Наличие трехпозиционного распределителя с электромагнитным управлением по сигналу с контроллера дает возможность по техническому состоянию гидросистемы без вмешательства оператора направлять жидкость по одному из трех направлений: на ее подогрев – при холодной гидравлической жидкости, на её охлаждение – при слишком высокой температуре или на её очистку – при загрязнении гидравлической жидкости. Наличие контроллера позволяет сделать правильный выбор по анализу технического состояния гидросистемы машины и без вмешательства оператора по выбору направления течения жидкости (на подогрев, охлаждение или очистку в соответствии с сигналами датчиков). Логика срабатывания электромагнитов У1, У2 и У3 приведена в таблице истинности. Полученное булево выражение из таблицы истинности позволяет работать гидросистеме машины в оптимальном температурном режиме с минимальными потерями энергии и обеспечивает дополнительную очистку гидравлической жидкости без вмешательства оператора в работу гидросистемы машины.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На рисунке 2.20 показана гидросистема погрузчика.

Рисунок 2.20 – Гидросхема погрузчика

Гидросистема погрузчика состоит из насосной станции 1, распределителя 2, исполнительных гидроцилиндров 3. В сливную гидролинию 4 устанавливают блок гидроаккумуляторов 5. В эту же гидролинию 4 параллельно блоку аккумуляторов 5 устанавливают трехпозиционный распределитель 6 с электромагнитным управлением. Электромагниты У1 и У2 трехпозиционного распределителя 6 получают электрическое питание от контроллера 7, который получает сигналы от датчиков А и В о высокой и низкой температуре гидравлической жидкости и датчика С об ее загрязненности. На выходе трехпозиционного распределителя 6 жидкость в зависимости от сигнала от контроллера 7 может поступать по одному из трех направлений: подогрев – на теплогенератор 8 при низкой температуре жидкости (особенно в начале смены), охлаждение – на масляный радиатор 9 при высокой температуре жидкости, очистку – на фильтр тонкой очистки 10 при загрязненности жидкости (обычно жидкость поступает на фильтр 11). Функционирование системы показано в таблице истинности (таблица 2.4) и ее упрощение – на картах Карно (таблицы 2.5 – 2.7).

Таблица 2.4 – Таблица истинности

Датчики	Электромагниты	Прочее
Низкой температуры А	Высокой температуры В	Загрязнен- ности жидкости С	Теплогенератор У1	Очистка У2	Охлаждения У3
						Неис-правен датчик

Таблица 2.5 – Карты Карно для булева выражения У1

	A×B
C

Таблица 2.6 – Карты Карно для булева выражения У2

	A×B
C

Таблица 2.7 – Карты Карно для булева выражения У3

	A×B
C

Работает гидросистема следующим образом. При включении двигателя машины начинает работать насосная станция 1 гидросистемы. При этом гидравлическая жидкость поступает через распределитель 2 на фильтр 11. Если жидкость подается на исполнительные гидроцилиндры 3, то на сливе она подается в сливную гидролинию 4, а далее – на трехпозиционный распределитель 6 с электромагнитным управлением. Так как в начале смены жидкость холодная, то во избежание лишних потерь мощности и возможности возникновения кавитации ее требуется подогреть до рабочей температуры, обычно равной 40–60 ⁰С. Жидкость направляется на подогрев путем перевода золотника электромагнитом У1 распределителя 6 в положение, соответствующее движению жидкости через тепловой генератор 8, где и нагревается до требуемой температуры. Если жидкость нагревается до температуры 60 ⁰С, электромагнит У1, в соответствии с сигналом от контроллера 7, обесточивается, и жидкость направляется в гидробак через радиатор 9 (теплообменник) гидравлической системы охлаждения. Если жидкость загрязнена, о чем свидетельствует датчик С, обесточиваются электромагниты У1 и У2, и жидкость направляется на дополнительную очистку. Температурные датчики А и В должны быть релейного типа и должны быть нормально замкнуты при температурах: А – до 60 ⁰С, В – при температуре 70 ⁰С, С – при загрязнении жидкости с использованием датчиков, например, светопары. Тогда начинается очистка жидкости при помощи фильтра тонкой очистки 10.

Таким образом, без вмешательства оператора в гидросистеме поддерживается оптимальный температурный рабочий режим, а также производится дополнительная очистка жидкости от загрязнителей фильтрами тонкой очистки 3–5 мкм только в момент, когда она загрязнена, а не все время, когда она циркулирует в гидросистеме. Фильтры тонкой очистки гидравлической жидкости потребляют достаточно много энергии, поэтому у нас их применяют редко.

В отечественной практике в гидросистеме машины задерживаются загрязнители более крупные, чем 25–40 мкм, а в зарубежных гидравлических машинах – начиная с 3 мкм. Грубая очистка гидравлической жидкости осуществляется фильтром 11.

Использование данной гидросистемы позволяет снизить себестоимость машиночаса работы машины, так как в нее входит основная составляющая (до 60%) – стоимость топлива, и одновременно повышается производительность, что приводит к снижению себестоимости единицы разрабатываемой продукции, а значит повышению конкурентоспособности машины.

Дата добавления: 2015-05-09