Koncepcja struktury układu odzysku energii dla koparek z aktywną przeciwwagą

W artykule przedstawiono koncepcję systemu rekuperacji energii dla koparek hydraulicznych średniej wielkości. Proponowane rozwiązanie składa się z zaprojektowanego systemu mechaniczno-hydraulicznego aktywnej przeciwwagi, który współpracuje z napędem mechanizmu wysięgnika maszyny. Główne siłowniki ruchomej przeciwwagi połączone są bezpośrednio układem hydraulicznym z siłownikami wysięgnika koparki. W celu umożliwienia przepływu energii pomiędzy tymi napędami mechanizm przeciwwagi jest jednokładny do mechanizmu do osprzętu roboczego rozpatrywanej maszyny. Przekształcenie jednokładności odnosi się zarówno do struktury kinematycznej jak i położeń środków ciężkości poszczególnych ogniw. Współpraca obu ustawionych odpowiednio mechanizmów systemu zapewnia statyczne odciążenie siłowników wysięgnika koparki. Możliwość oszczędności energii w układzie napędowym z ruchomą przeciwwagą była weryfikowana na zbudowanym w tym celu stanowisku badawczym. Porównanie energochłonności standardowego układu hydraulicznego maszyny z układem zmodyfikowanym przez elementy aktywnej przeciwwagi pozwoliło potwierdzić efektywność proponowanego systemu odzysku energii. Wskaźnik oszczędności energii dla tak zmodyfikowanej struktury napędu był obliczany dla zróżnicowanych prędkości ruchu siłownika wysięgnika koparki i obciążeń. Zaproponowano konstrukcję mechaniczną systemu ruchomej przeciwwagi i sposób jej montażu na koparce średniej wielkości.

---

In this paper, concept of energy saving by the use the special recuperation system for hydraulic excavator is studied. Suggested solution includes designed system of active counterweight which cooperates with working mechanism of machine. The hydraulic system of active counterweight is connected with the boom standard hydraulic system. The counterweight mechanism is homothetic to working mechanism of the excavator. The homothetic transformation applies to kinematical structure and positions of the centers of gravity. The homothetic transformation provides to static unloading of boom cylinder by the connected counterweight cylinder. The possibility of energy saving by using movable counterweight was estimated during tests on prepared research rig. The comparison of power consumption for standard and modification system during the same work cycle allowed confirms the correctness of the suggested concept for energy saving system. Energy saving ratios for modified hydraulic circuit were calculated for different velocity of boom cylinder and payloads. The structure of active counterweight mechanism for middle size excavator was suggested.