БЫСТРОСОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к быстросоединительным устройствам (БСУ), и предназначено для установки навесного рабочего оборудования к рукояти многофункциональной машины; например, таких как ковши, гидромолоты, грейферные захваты, рыхлители, буровое оборудование и др.
Известны быстросъемные устройства для крепления навесного сменного рабочего оборудования, приведенные в следующих патентах (см. патенты US №4810162, US №4355945, US №4295287, US №2001/0051093, US №5692852, US №5350250, US №7882898, US №2002/0157287, US №5332353, US №6428265, US №6438875, US №6332747, US №6422805, US №7654019, US №5382110, US №59115837, US №5951192, US №5431528, US №7493712, US №7464967, US №7198451, US №7086804, US №6813851, US №67225946, US №6481124, US №6513268, US №6625909, US №6249995, US №6158950, US №6132130, US №5634736, US №5581917, US №4663866, US №4639183, US №4373852, US №3874533, US №4187050, US №4213731, US №5024010, US №4944628). Общим признаком для данных устройств является то, что быстросоединительное устройство представляет собой промежуточный элемент между многофункциональной машиной и сменным рабочим оборудованием. Разнообразие быстросоединительных устройств не позволяет определить общий конструкционный признак.
Известное БСУ [Смоляницкий Э.А. Адаптерные системы для быстро смены рабочего оборудования мобильных машин / Э.А. Смоляницкий, Е. Вагнер // «СДМ» №12/2009 - С.12-16], представляющее собой конструкцию для одновременного автоматического присоединения рабочего оборудования и гидролинии к одному исполнительному механизму, установленному на сменном рабочем оборудовании. На монтажной панели имеется первая пара проушин, которая в основном ориентирует рабочее оборудование относительно своей базы, вторая пара элементов сменного рабочего оборудования выполнена подвижно. Полые пальцы крепления рабочего оборудования перед монтажом с помощью штока одноходового гидроцилиндра втягиваются вместе с элементами присоединения гидролинии, освобождая пространство для размещения проушин рабочего оборудования. Положение элементов быстросъемного соответствует завершению операции соединения, когда возвратные пружиной пальцы введены в проушины рабочего оборудования, а клапаном открыт доступ рабочей жидкости в трубопровод рабочего оборудования.
БСУ уменьшает затраты времени и усилия при смене оборудования на технике. Тем не менее, БСУ сконструировано для работы с тем оборудованием, которое имеет установочные монтажные пальцы, расположенные друг от друга на определенном расстоянии. Общими недостатками вышеописанных устройств являются то, что в практике, все оборудование не имеет стандартного расположения монтажных пальцев, и таком случае оператор не может использовать БСУ. Также недостатком является конструктивное несовершенство механизма фиксации запорного устройства, требующего дополнительные механические элементы; ссказывается влияние различий в промышленных допусках производителей, изменения размеров из-за износа, что приводит к плохому сцеплению оборудования с БСУ. А ненадежное соединение - это причина преждевременного износа, а также увеличения риска непреднамеренного освобождения оборудования, что создает очень опасную ситуацию для работы оператора. Для такого оборудования как гидромолот, ослабление в соединении может повлиять на корректность управления оборудованием.
Наиболее близким, принятым за прототип, является БСУ [патент US №5382110], состоящее из устройства зацепления, которое включает вырезы(крюк) для установки одного из монтажных пальцев и механизм, способный принять и фиксировать второй монтажный палец. Недостатком данного БСУ является:
- использование открытой червячной передачи ведет к усложнению изготовления конструкции БСУ и увеличению общей металлоемкости;
- известный объект не может быть использован в качестве унифицированного БСУ для различного класса машин, ввиду невозможности обеспечения надежного крепления, так как фиксация через гидравлический привод возможна только в нагруженном состоянии гидроцилиндра.
Целью изобретения является повышение надежности крепления за счет использования электропривода (электроцилиндра) в качестве привода механизма фиксации.
Поставленная цель достигается за счет того, что зацепление БСУ происходит благодаря использованию переднего крюка (выреза) и замка, способного принимать и устанавливать монтажный палец. Замок проворачивается благодаря зубчатой рейке, установленной на электроцилиндре, выполняющего поступательные движения, обеспечивая блокировку установки, и предотвращает непроизвольное освобождение оборудования. Электроцилиндры с винтовым приводом используют в своей конструкции роликовый упорный подшипник, поддерживающий гайку роликового ходового винта. Использование роликов в качестве тел качения позволяет системе опускать и поднимать тяжелые грузы с высокой эффективностью и надежностью. Настоящее изобретение обеспечивает плотное зацепление пальцев, независимо от влияния износа и различий в размерных допусках, и уменьшает риск непреднамеренного освобождения оборудования. Применение электроцилиндра обеспечивает высокую надежность фиксации навесного оборудования. Имея эти преимущества, данное изобретение также обеспечивает возможность быстрой и легкой смены оборудования.
Заявляемая полезная модель поясняется графическими материалами:
На фиг.1 представлена установка БСУ, на конец рукояти машины. На фиг.2, фиг.3, фиг.4 соответственно представлены виды; сбоку, сзади (БСУ с закрытым положением замка), снизу. Процесс присоединения рукояти к оборудованию представлен на фиг.5. На фиг.6 изображен БСУ в разрезе. Увеличенный фрагмент разреза (вид сбоку) в закрытой позиции с одним установочным пальцем показан на фиг.7. Замок БСУ изображен фиг.8. Фиг.9 изображает фрагмент вида замка, установленного в соединительных стенках БСУ. На фиг.10 показана виртуальная модель предлагаемой конструкции, которая наглядно демонстрирует устройство, соединительные элементы и исполнительный механизм замка.
На рисунках приняты следующие обозначения:
1. БСУ
2. Стрела
3. Ковш (оборудование)
4. Основная плита (установочная)
5, 6. Установочная боковина
7, 8. Соединительная боковина
7а, 7б, 8а, 8б. Сегменты боковины
9. Замок
10. Верхняя грань (поверхность) установочной плиты
11. Пространство для установки стрелы
12, 14. Отверстие (заднее)
13, 15. Отверстие (переднее)
16, 17 Установочный палец
18. Фланец (а, б)
19. Заднее ребро жесткости (V-образное)
20. Переднее ребро жесткости (V-образное)
21. Блок крепления
22. Провода (на электроцилиндр)
23. Рукоять
24. Проушина, отверстие в рукояти
25, 26 Звено (кронштейн 1)
27. Проушина, отверстие в рукояти
28. Нижняя поверхность установочной плиты
29. Ребро жесткости (соединительные стенки)
30, 31. Внутренняя поверхность стенки
32. Установочные стенки оборудования (уши ковша)
33, 35. Отверстие (проем)
34, 36. Вырез (переднее отверстие)
37, 38. Установочный палец
39. Насадка
40, 41. Внешняя поверхность боковины
42. Вогнутая поверхность (выреза)
43, 44. Вырез
45, 46. Плоскость установки, крепление
47, 48. Внешняя грань крюка, захвата
49, 50. Плоская поверхность выреза
51. Насадка задняя (левая, правая)
52, 53. Паз
54. Ребро жесткости (соединительные стенки)
55. Привод замка (электроцилиндр с гребенкой)
56, 57. Фиксирующий боковой диск
58. Ребро жесткости (замок)
59, 60. Вырез для пальца
61, 62. Отверстие, вырез
63. Зубчатое зацепление (замок)
64. Зуб
65. Внешняя поверхность ребра жесткости замка
66. Рейка с зубчатым зацеплением
67. Опора для рейки
68. Крепление опоры рейки
69. Электроцилиндр
70. Ребро жесткости
71. Грань крепления насадки
Заявляемое техническое решение является БСУ 1 для присоединения оборудования к стреле 2 машины. Также настоящее решение может быть применено для использования с различными видами машин и оборудованием, в данном описании будет рассматриваться пример использования настоящего БСУ для присоединения ковша 3 к стреле 2 экскаватора. Работа стрелы экскаватора и БСУ предполагает их расположение в трехмерном пространстве. Тем не менее, для объяснения работы БСУ 1 ограничимся двухмерной системой координат, (пример фиг.2)
В предпочтительном (идеальном) варианте, БСУ включает базовую, основную плиту 4, две установочные боковины сверху 5, 6 и пару соединительных боковин снизу 7, 8 и замок 9. Установочные боковины 5, 6 обеспечивают присоединение устройства 1 к стреле 2 экскаватора (фиг.1, 2 и 5). Соединительные боковины 7, 8 обеспечивают установку и освобождение ковша 3, а также определяют пространство работы замка 9 (фиг.5 и 6).
Установочные боковины 5, 6 выступают вверх от верхней поверхности 10 базовой плиты 4 (фиг.1, 2, 3, 5, 6). Боковины 5, 6 желательно должны быть приварены к базовой плите 4, хотя конструкция может быть образована другими средствами, такими как литье или ковка. Установочные боковины 5, 6 располагаются на определенном расстоянии друг от друга, как правило параллельно друг другу (выдерживается концентричность отверстий относительно друг друга), данный зазор 11 служит местом размещения конца стрелы 2. Отверстия 12-15, расположенные в боковинах 5, 6, упрощают установку устройства 1 к рукояти 23. Каждая боковина 5, 6 включает задние отверстия 12, 14 и передние отверстия 13, 15. Задние отверстия 12, 14 совмещаются с установочным пальцем 16, передние отверстия совмещаются к принимаемому установочному пальцу 17. Фланцы 18а, 18б устанавливаются в пределах каждого отверстия 12-15 для предотвращения преждевременного освобождения пальцев. Кроме того, ребра жесткости 54, 29 между боковинами 7, 8 обеспечивают дополнительную прочность конструкции. Также ребра жесткости 19, 20 перевернутой V-образной формы привариваются к внутренней поверхности боковин 5, 6.
Стрела 2 экскаватора обычно состоит из серии подвижных сочлененных элементов, контролируемых гидравлическими цилиндрами (фиг.1 и 5). Свободный конец рукояти 23 соединяется между фланцами 18б боковин через поперечное отверстие 24 в соответствии с передними отверстиями 13, 15. Монтажный палец 17 устанавливается через отверстия 13, 15, 24 к шарнирно соединенному БСУ 1 и к рукояти 23. Палец 17 закрепляется в отверстиях при помощи поперечного блокирующего штифта (на фиг 1, 5 не показано) или через другие обычные средства.
Свободный конец звена 25 обычно устанавливается рядом со свободным концом рукояти 23 и поддерживает БСУ 1. Конец гидравлического цилиндра (на фиг 1, 5 не показано) соединяется со звеном 25, что позволяет контролировать движение БСУ 1 вокруг пальца 17. Одно звено шарнирно присоединяется к рукояти 23, а другое звено 26 (на фиг 1, 5 не показано) присоединяется к БСУ 1. Установочный палец 16 соединяет отверстия 12, 14 и 27. Как и палец 17, установочный палец 16 фиксируется в отверстиях поперечным блокирующим штифтом (на фиг 1, 5 не показано) или другими обычными способами.
Соединительные боковины 7, 8 - элементы базовой плиты, которые устанавливаются на нижней поверхности 28 базовой плиты 4 (фиг.1-6). Соединительные боковины 7, 8 могут быть приварены к базовой плите 4, но могут быть образованы как литьем так и ковкой и др. В предпочтительной конструкции, боковины 7, 8 каждая должна быть образована из двух сегментов 7а, 7б, 8а, 8б, где 7б, 8б более толстые (широкие), чем задние сегменты 7а, 8а для увеличения модуля упругости передней нижней части боковины 7, 8. Увеличение прочности уменьшает риск изгиба секции 29 стенок 7, 8 под нагрузкой. Задние сегменты 7а, 8а представляют собой параллельные стенки с утолщенными концами. В наилучшем варианте конструкции, расположение соединительных боковин 7, 8 должно быть получено через расстояние между установочными боковинами оборудования (уши ковша) 32 (фиг.5).
Соединительные боковины 7, 8, расположены напротив друг друга, таким образом, чтобы были определены задние отверстия 33, 35 и передние отверстия 34, 36 (фиг.1-2. 5-6 и 7). Отверстия 33, 35 образуют часть пространства, где располагается замок 9 и являются одним из инструментов монтажа пальца 37. Передние вырезы также согласованы друг с другом и являются креплением для пальца 38.
Передние отверстия 34, 36 каждое из них имеет одинаковую U-образную форму, которая всегда остается открытой с одной стороны (передняя часть) (фиг.2, 5, 6, 7, 9). Насадки 39, 51 прикреплены к внутренней и внешней стороне вырезов 30, 31, 40, 41 боковин 7, 8. Защитные насадки (чехлы) 39 имеют обычно C-образную конфигурацию, которая включает внутреннюю вогнутую поверхность края 42. Поверхности насадок 39 приведены в соответствие с вогнутым краем вырезов 43, 44, на передней части боковин. Насадки 39 установленные на боковинах 7, 8 определяют места крепления 45, 46 пальца 38. Наличие насадок 39 значительно увеличивает площадь поверхности, по которой распределяется нагрузка, передаваемая на палец 38. Полученное давление меньше нагружает боковины 7, 8, тем самым уменьшается контактный износ стенок 7, 8 и пальца 38.
Задние отверстия 33, 34 определяются изогнутыми гранями 47, 48 и малые грани 49, 50, которые находятся в нижней части задних вырезов боковин 7, 8. Линейная часть 49, 50 имеют ширину значительно меньшую, чем изогнутые грани 47, 48 (фиг.2, 5, 6, 7). Данная конструкция отверстий 33, 35 остается открытой с нижней стороны, что открывает доступ к пальцу 37. Задние насадки 49, 51 крепятся к внешней стороне 40, 41 боковин 7, 8 по периметру отверстия 33, 35. Каждая из насадок 51, имеющая нижний паз 52, 53, приспособлена для приема и дальнейшего взаимодействия с пальцем 37. Пазы 52, 53 и передние крюки U-образной являются основными крепежными элементами. Пазы 52, 53 должны быть приведены в соответствие относительно друг друга (отцентрованы) и должны иметь одинаковую ширину. Ширина пазов 52, 53 значительно больше, чем диаметр установочных пальцев 37, 38, что позволяет устанавливать инструмент с различными размерами крепления. Остальная часть отверстия 33, 35 не совпадает с вырезами 52, 53 покрывается насадками 49, 51.
Замок 9 установлен между боковинами 7, 8 и располагается в пазах (вырезах) 45, 46, 52, 53 и блокирует/выпускает ковш 3 от БСУ 1 (фиг.2-9). В частности, замок 9 является компонентом камеры и приводного (электропривод) агрегата 55. Замок включает в себя боковые диски 56, 57, соединенные между собой ребрами жесткости 58, хотя в данном случае могут быть использованы и другие конструкции. Каждый боковой диск 56, 57 представляет собой круглый плоский элемент, в котором имеются вырезы определенной формы 33, 35. Боковые диски 56, 57 запирают/освобождают палец при повороте замка 9.
Боковые диски 56, 57 дополнительно включают вырезы 59, 60 для определения посадочного места для пальца. Отверстия 61, 62 как правило, имеют такую же ширину, как линейные участки 49, 51 отверстий 33, 35. Вырезы 59, 60 формируются не по центру нижней части боковых дисков 56, 57 и являются неконцентричным элементами относительно окружности боковых дисков. В нижней части диска 56, 57 в открытом положении замка колесные диски 56, 57 включаются пальцем в момент касания. И данная конструкция обеспечивает прохождение пальца по полученным отверстиям до контакта с замком, и дальнейшим полным закрытием пальца 57 и фиксацией инструмента относительно БСУ 1.
Данная конструкция замка не только обеспечивает достаточную прочность при минимальном весе, но и обеспечивает достаточно плотную установку пальца 37. В центральной части замка 65 имеется зубчатое зацепление 63 имеющий ряд зубьев 64.
Привод замка 55 (электропривод) взаимодействует с замком между открытым и заблокированным положением. Приводной агрегат 55 включает в себя линейное зубчатое зацепление (гребенка) 66, связанное с зацеплением на замке. Гребенка 66 установлена с возможностью поступательного движения в блоке 67, который 68 крепится с нижней стороны опорной плиты 4.
Линейное зубчатое зацепление в данном варианте конструкции, соединено с электроцилиндром 69 (фиг.2, 3, 4, 5, 6). Электроцилиндр 69 крепится к нижней стороне опорной плиты 4 на блок крепления 21. Электропровода 22 (только один из которых показан), передают электричество из аккумулятора (фиг.6). Управление находится в пределах досягаемости оператора.
Кроме того, замок можно периодически поворачивать (подтягивать) и постоянно поддерживать, что гарантирует жесткий контроль над инструментом, для предотвращения освобождения оборудования из зазоров, образующихся вследствие вибрации или износа. Кроме того, в данной конструкции могут быть использованы другие типы привода.
Чтобы установить ковш 3 на устройстве 1 элемент 55 вращает замок 9 до его закрытой/открытой позиции (фиг.2, 5, 6). На данный момент, вырезы 59, 60 приведены в соответствие с пазами 52, 53, то есть происходит частичное совпадение плоскостей данных вырезов. Затем БСУ 1 опускается вниз до пальца 38, так что палец 38, устанавливается на вырезах 45, 46. После БСУ 1 поворачивается вниз до контакта с пальцем 37, размещается на отверстиях 52, 53. На данный момент 37 палец лежит в передней части вырезов 59, 60 отверстий. Затем оператор приводит в действие электроцилиндр 69, передвигающий планку с зацеплением, чтобы провернуть замок. Боковые диски 56, 57 поворачиваются и фиксируют палец (фиг.7). Указанная конструкция облегчает прохождение пальцев. При вращении замка 9, происходит плотная фиксация пальца 37, который попадает в пазы 52, 53 и перемещается вдоль отверстия, образованного вырезами 59 и 60. В этом закрытом положении, открытая сторона замка смещается в закрытое положение для пальца 37. Как видно на фиг.7, палец 37 не может быть освобожден.
Как показано пунктирными линиями на фиг.7, пальцы крепления инструмента с различным расстоянием между собой также будут зафиксированы БСУ 1. При подключении к инструменту с более широким расположением пальцев, замку нужно лишь провернуться дальше.
Выпуск ковша 3 будет достигнут за счет совершения установленных шагов в обратном порядке. Предполагается, что выпуск и установка инструмента для БСУ 1 могут быть легко и быстро осуществлены, без выхода оператора из кабины машины.
Таким образом БСУ обеспечивает:
1. Быстрое зацепление рабочего оборудования экскаватора.
2. Открытый вырез замка (в открытом положении), позволяет свободный проход пальцев при установке.
3. Быстрое зацепление обеспечивает возможность периодически затягивать соединительные элементы
4. БСУ может фиксировать пальцы с учетом множества вариантов их расположения.
5. Использование электроцилиндра в конструкции БСУ позволяет: осуществлять более быструю работу и более длинное перемещение при высоких нагрузках; требует меньших затрат энергии; происходит передача высокой мощности без нагрева; обеспечивает точную работу даже в неблагоприятных условиях, таких как загрязнения и недостаточное смазывание; прочная конструкция для восприятия ударных и вибрационных нагрузок.