БАРАБАН СО СТУПЕНЧАТОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ
DRUM WITH STEPWISE CONFIGURATION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной завки США №61/779221, поданной 13 Марта 2013 г., и предварительной завки США №61/791380, поданной 15 Марта 2013 г., полное содержание каждой из которых включено в данную заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное изобретение относится к области карьерных экскаваторов. Конкретно, представленное изобретение относится к системе переноса текучей среды для ковша экскаватора.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Промышленные проходческие комбайны, такие как электрические канатные или одноковшовые экскаваторы, скребковые экскаваторы и т.д., используют для выполнения роющих работ для извлечения материала из уступа карьера. На общепринятом канатном экскаваторе ковш прикреплен к рукояти, и ковш поддерживается тросом или канатом, который проходит через направляющий блок на стреле. Канат прикреплен к дужке, которая шарнирно соединена с ковшом. Во время фазы подъема канат наматывается лебедкой, поднимая ковш вверх по уступу и освобождая материал, который должен быть выкопан. Рукоять передвигается вдоль зубчатой рейки с шестерней относительно стрелы, что необходимо для поворачивания и позиционирования ковша. Трубопроводы гидросистемы используют для доставки мощности различным механическим составным элементам и звеньям на промышленной машине, включая ковш.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одной конструкцией, смоточная система содержит барабан, имеющий ось вращения, при этом барабан содержит множество уступов, отстоящих от оси вращения в радиальном направлении, при этом уступы образуют ступенчатую конфигурацию вдоль внутренней поверхности барабана. Смоточная система также содержит первый зажим, имеющий первую ширину, и второй зажим, имеющий вторую ширину, большую, чем первая ширина, при этом во время вращения барабана первый зажим и второй зажим входят в зацепление с множеством уступов.
В соответствии с еще одной конструкцией, смоточная система содержит барабан, имеющий ось вращения, при этом барабан содержит вал, первый элемент, расположенный на первом конце вала, и второй элемент, расположенный на втором конце вала, при этом первый и второй элементы образуют первую внутреннюю ширину. Дополнительно барабан содержит первый периферический уступ, образующий вторую внутреннюю ширину, меньшую, чем первая внутренняя ширина, и второй периферический уступ, образующий третью внутреннюю ширину, меньшую, чем первая внутренняя ширина и большую, чем вторая внутренняя ширина.
В соответствии с еще одной конструкцией, проходческий комбайн содержит рукоять, множество трубопроводов, соединенных с рукоятью, и смоточную систему. Смоточная система содержит барабан, имеющий ось вращения, и множество уступов, отделенных от оси вращения в радиальном направлении, при этом уступы образуют ступенчатую конфигурацию вдоль внутренней поверхности барабана. Смоточная система также содержит множество первых зажимов, имеющих первую ширину, и множество вторых зажимов, имеющих вторую ширину, большую, чем первая ширина, при этом первые и вторые зажимы соединены с трубопроводами и во время вращения барабана входят в зацепление с множеством уступов.
Другие аспекты изобретения станут очевидны при рассмотрении подробного описания и сопровождающих чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой перспективное изображение карьерного экскаватора.
Фиг.2 и 2A представляют собой перспективные изображения смоточной системы на карьерном экскаваторе фиг.1.
Фиг.3 представляет собой изображение смоточной системы фиг.2 и 2A в поперечном разрезе, сделанном по линии 3-3 на фиг.2A.
Фиг.4 представляет собой схематичную иллюстрацию барабана смоточной системы фиг.2 и 2A и независимого двигателя.
Перед подробным объяснением каких-либо вариантов осуществления изобретения следует понять, что применение изобретения не ограничено деталями конструкции и расположения составных элементов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на следующих чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и практического применения или выполнения различными способами. Также, следует понять, что фразеология и терминология, используемые в данном описании, предназначены для цели описания и не должны рассматриваться, как ограничивающие.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг.1 иллюстрирует карьерный экскаватор 10. Карьерный экскаватор 10 опирается на опорную поверхность или почву 14 и содержит основание 18, стрелу 22, рукоять 26, ковш 30, механизмы 34 наклона и гидравлическую систему 38. Основание 18 содержит барабан подъемной лебедки (не показано) для наматывания и разматывания троса или каната 42. Стрела 22 содержит первый конец 46, соединенный с основанием 18, второй конец 50, расположенный напротив первого конца 46, направляющий блок 54 на стреле, соединенный со вторым концом 50, опорный блок 58 и вал 62 рукояти ковша. Направляющий блок 54 на стреле направляет трос или канат 42 через второй конец 50. Опорный блок 58 соединен с возможностью поворота со стрелой 22 с помощью вала 62 рукояти ковша, который расположен между первым концом 46 и вторым концом 50 стрелы 22 и проходит через стрелу 22. Трос или канат 42 соединен с ковшом 30 с помощью дужки 66, и ковш 30 поднимается или опускается по мере того, как трос или канат 42, соответственно, заматывается или разматывается барабаном подъемной лебедки.
Со ссылкой на фиг.1-5 гидравлическая система 38 содержит источник 70 жидкости (схематично проиллюстрированный на фиг.1), расположенный на основании 18. Гидравлическая система 38 также содержит смоточную систему 72, соединенную с источником 70 жидкости. Смоточная система 72 содержит первый комплект жестких трубопроводов 74 (фиг.1), второй комплект жестких трубопроводов 76 (фиг.2), клапанный блок 78 (фиг.2), барабан 82, третий комплект гибких трубопроводов 86 и коллектор 87 (фиг.1). Первый комплект трубопроводов 74 продолжается от источника 70 гидравлической жидкости к комплекту входных портов 88 (фиг.2 и 2A) на барабане 82, а второй комплект трубопроводов 76 продолжается от входных портов 88 к клапанному блоку 78. Третий комплект трубопроводов 86 продолжается от клапанного блока 78, вдоль рукояти 26 и к коллектору 87. Коллектор 87 жестко соединен с рукоятью 26 около механизмов 34 наклона. Как проиллюстрировано на фиг.2, клапанный блок 78 расположен внутри барабана 82 и представляет собой коллектор, который обеспечивает жидкостное сообщение между первым комплектом трубопроводов 74, вторым комплектом трубопроводов 76 и третьим комплектом трубопроводов 86.
Трубопроводы 74, 76, 86 обеспечивают пути для движения текучей среды (например, гидравлической жидкости) из одной области экскаватора 10 в другую. В частности, гидравлическая система 38 подает находящуюся под давлением гидравлическую жидкость в механизмы 34 наклона через смоточную систему 72 (т.е. через первый, второй и третий комплект трубопроводов 74, 76, 86 и барабан 82) и согласует различные состояния выдвижения рукояти 26 относительно опорного блока 62. Гибкие трубопроводы 86 перемещают гидравлическую жидкость вдоль рукояти 26, а независимая система 89 (фиг.4), соединенная с экскаватором 10, управляет вращением барабана 82 для того, чтобы принимать или разматывать третий комплект трубопроводов 86, когда рукоять 26 втягивается или выполняет напорное движение. Независимой системой 89, например, является двигатель постоянного напряжения/крутящего момента, управляемый шаговый двигатель или механическая система, которая связывает напорные и/или подъемные движения экскаватора 10 и управляет вращением барабана 82. Вращение барабана 82, в сочетании с вращением вала 66 рукояти ковша, поддерживает предварительно заданное натяжение на третьем комплекте гибких трубопроводов 86, которое регулирует прогиб линии трубопроводов 86. Таким образом, гидравлическая система 38 использует независимую систему 89 для разматывания и наматывания трубопроводов 86 и для поддержания предварительно заданного натяжения.
Как показано на фиг.1, 2 и 2A, барабан 82 выполнен с возможностью разматывания трубопроводов 86 по мере того, как рукоять 26 выдвигается, а ковш 30 отодвигается от стрелы 22. Барабан 82 выполнен с возможностью наматывания трубопроводов 86, когда рукоять 26 полностью втягивается, а трубопроводы 86 полностью оборачиваются приблизительно полтора раза по окружности барабана 82, соответственно предоставляя множество слоев трубопроводов 86, продолжающихся по окружности барабана 82.
Как показано на фиг.2, 2A и 3, барабан 82 содержит центральный вал 90, который образует ось 91 вращения, которая проходит через барабан 82. Центральный вал 90 представляет собой вращающееся/поворачивающееся соединение, расположенное в центре барабана 82, способное переносить текучую среду посредством вращательного движения, и содержит входные порты 88.
Как показано на фиг.2, 2A и 3, барабан 82 также содержит первый элемент 92, расположенный на первом конце вала 90, и второй элемент 93, расположенный на втором конце вала 90. Каждый из элементов 92, 93 содержит наружную поверхность 94 и внутреннюю поверхность 95, обращенную к внутренней поверхности 95 расположенного напротив элемента.
В проиллюстрированной конструкции и со ссылкой на фиг.3 барабан 82 имеет ступенчатую конфигурацию вдоль внутренних поверхностей 95 первого и второго элементов 92, 93, которая содержит первый внутренний уступ 96, образованный на первом элементе 92. Первый внутренний уступ 96 проходит по окружности вокруг оси 91 вращения. Барабан 82 также содержит пару вторых внутренних уступов 98, образованных на каждом из элементов 92, 93 барабана. Вторые внутренние уступы 98, образованные на первом и втором элементах 92, 93, расположены радиально наружу от первого внутреннего уступа 96. Вторые внутренние уступы 98 продолжаются по окружности вокруг оси 91 вращения, и каждый имеет один и тот же диаметр, так что внутренний уступ 98 на втором элементе 93 выровнен в осевом направлении с внутренним уступом 98 на первом элементе 92. Каждый из внутренних уступов 96, 98 образует, в общем, гладкую опорную поверхность. В некоторых конструкциях первый внутренний уступ 96 образован на обоих элементах 92, 93. В некоторых конструкциях второй внутренний уступ 98 образован только на одном из элементов 92, 93.
Как проиллюстрировано на Фиг.3, первый элемент 92 и второй элемент 93 образуют первую внутреннюю ширину A1, уступ 96 образует вторую внутреннюю ширину A2, меньшую, чем первая внутренняя ширина A1, и уступы 98 образуют третью внутреннюю ширину A3, меньшую, чем первая внутренняя ширина A1, и большую, чем вторая внутренняя ширина A2.
Как показано на фиг.3, вторые внутренние уступы 98 отделены друг от друга осевым расстоянием D1. В проиллюстрированной конструкции расстояние D1 равно ширине первого внутреннего уступа 96. В некоторых конструкциях первый внутренний уступ 96 заменен двумя, разнесенными первыми внутренними уступами 96 (образованными по одному на каждом элементе 92, 93), при этом первые внутренние уступы 96 имеют осевое расстояние между ними меньше, чем осевое расстояние между вторыми внутренними уступами 98. Продолжая со ссылкой на фиг.3, первый внутренний уступ 96 отстоит от двух вторых внутренних уступов 98 на радиальное расстояние D2.
Как показано на фиг.2, 2A и 3, смоточная система 73 содержит первые зажимы 102 и вторые зажимы 106. Первые зажимы 102 и вторые зажимы 106 принимают и поддерживают третий комплект трубопроводов 86. Каждый из первых и вторых зажимов 102, 106 содержит первый корпус 110 и второй корпус 114. Корпуса 110, 114 соединены друг с другом с возможностью снятия и являются отдельными деталями, хотя в других конструкциях первый и второй корпуса 110, 114 шарнирно соединены друг с другом. Как проиллюстрировано на фигурах 2 и 2A, для соединения вместе первых и вторых корпусов 110, 114 используют крепежные приспособления 116. В других конструкциях используют различные другие конфигурации, формы и размеры зажимов. В некоторых конструкциях зажимы 102, 106 образованы в виде единого целого с трубопроводами 86.
Со ссылкой на фиг.3 каждый из первых зажимов 102 имеет ширину W1, меньшую, чем осевое расстояние D1 первого внутреннего уступа 96. Каждый из вторых зажимов 106 имеет ширину W2, большую, чем ширина W1 первых зажимов 102, а также большую, чем осевое расстояние D1 первого внутреннего уступа 96. Когда трубопроводы 86 намотаны и поддерживаются барабаном 82, первые зажимы 102 поддерживаются первым внутренним уступом 96, а вторые зажимы 106 поддерживаются вторыми внутренними уступами 98. Каждый из первых зажимов 102 имеет высоту H1, а каждый из вторых зажимов 106 имеет высоту H2. Высота H1 первых зажимов 102 меньше, чем радиальное расстояние D2 между первым внутренним уступом 96 и вторыми внутренними уступами 98. Вследствие этого, когда трубопроводы намотаны на барабан 82, первые зажимы 102 отделены в радиальном направлении от вторых зажимов 106 зазором D3.
Каждый из первых и вторых зажимов 102, 106 содержит набор отверстий 118, имеющих размер и форму для приема трубопроводов 86 (например, трубопроводов гидросистемы). В проиллюстрированной конструкции имеется семь отверстий 118 для трубопроводов, хотя другие конструкции содержат меньшие или большие количества отверстий 118 для трубопроводов. Отверстия 118 образованы соединенными вместе первым корпусом 110 и вторым корпусом 114. Отверстия 118 для трубопроводов имеют диаметр, больший, чем диаметры трубопроводов 86, проходящих сквозь них, так что имеется некоторое ограниченное пространство для трубопроводов 86 для расширения и ужимания внутри зажимов 102, 106 (например, вследствие того, что в трубопроводах 86 изменяется давление текучей среды).
Как показано на фиг.2A и 3, первые и вторые зажимы 102, 106 также содержат отверстия 122, имеющие размер и форму для приема одного или более трубопроводов консистентной смазки или электрических кабелей 126. Отверстия 122 меньше в диаметре, чем отверстия 118.
Первые и вторые зажимы 102, 106 также содержат набор отверстий 130. Отверстия 130 имеют размер и форму для приема тросов 134 (фиг.2 и 2A). Отверстия 130 меньше в диаметре, чем отверстия 118. Отверстия 130 имеют диаметр, размер которого подобран достаточно маленьким, так что, когда первый и второй корпуса 110, 114 соединяют вместе, оба корпуса 110, 114 упираются в тросы 134. Тросы 134 по существу поглощают все или любое натяжение, которое возникает в процессе наматывания трубопроводов 86. Трубопроводы 86 не поглощают или поглощают небольшое натяжение, когда трубопроводы 86 заматывают вокруг барабана 82. Вследствие этого, когда трубопроводы 86 наматываются, трубопроводы 86 не растягиваются в осевом направлении, и один трубопровод 86 не получает нагрузку большую, чем другой трубопровод 86.
Как показано на фиг.2, 2A и 3, первые зажимы 102 расположены вдоль одной части трубопроводов 86, а вторые зажимы 106 расположены вдоль другой части трубопроводов 86. Соответственно, когда барабан 82 крутится вокруг оси 91 вращения, сперва принимаются первые зажимы 102, за которыми следуют вторые зажимы 106. Когда принимаются первые зажимы 102, первые зажимы 102 садятся на первом внутреннем уступе 96. Когда принимаются вторые зажимы 106, вторые зажимы 106 садятся на вторые внутренние уступы 98 с отделением промежутком от первых зажимов 102. В проиллюстрированной конструкции количество вторых зажимов 106 больше, чем количество первых зажимов 102. Как первые зажимы 102, так и вторые зажимы 106 равномерно разнесены вдоль трубопроводов 86. Расстояние между двумя первыми зажимами 102 эквивалентно расстоянию между двумя вторыми зажимами 106. Вторые зажимы 106 разнесены вдоль трубопроводов 86 и отстоят от коллектора 87 для того, чтобы повышать надежность и срок службы трубопроводов 86 и для того, чтобы допустить прогиб линии, как описано выше. В других конструкциях используют иные количества и расположение для зажимов 102, 106.
Со ссылкой на фиг.2A барабан 82 также содержит конструкцию 138 основания. Конструкция 138 основания содержит множество стоек 142 и предоставляет опорную конструкцию для барабана 82. Стойки 142 установлены на основании 18.
Смоточная система 72 способна наматывать трубопроводы 86 более чем за один полный оборот (например, за 1,5 оборота или 540 градусов) барабана 82. Первый полный оборот заматывает первые зажимы 102, а второй оборот (или часть оборота) заматывает вторые зажимы 106. Зажимы 102, 106 в комбинации с внутренними уступами 96, 98 поддерживают отделение трубопроводов 86 промежутком друг от друга и препятствуют трению, изнашиванию и/или другому контакту, который может повреждать трубопроводы 86. Трубопроводы 86 имеют возможность изгибаться в радиальном направлении, но затруднено их растягивание в осевом направлении вследствие снимания натяжения тросов 134 в зажимах 102, 106. Несмотря на то, что другие барабаны в процессе наматывания могут допускать только один полный оборот (например, для того, чтобы предотвращать контакт или трение трубопроводов друг с другом в течение второго оборота), барабан 82 предусматривает более чем один полный оборот, как описано выше. Вследствие этого барабан 82 является относительно небольшим по размеру по сравнению с другими барабанами, которые воспринимали бы такую же длину трубопроводов. В некоторых конструкциях, барабан 82, кроме того, содержит дополнительные внутренние уступы, и дополнительные зажимы, соответственно предусматривая дополнительное количество поворотов и еще меньший общий размер барабана. В общем, барабан 82 позволяет направление гидравлической жидкости от основания 18 к различным составным элементам экскаватора 10 и, в частности, к механизмам 34 наклона таким образом, чтобы гидравлическая жидкость могла доставляться в процессе как поступательного, так и вращательного движения зубчато-реечного соединения и рукояти 26 в машине 10, и таким образом, чтобы на экскаваторе 10 можно было использовать наклон ковша 30.
Несмотря на то, что барабан 82 описан в контексте карьерного экскаватора 10 и в контексте приведения в действие независимой системой 89, в других конструкциях барабан 82 используется на машинах, не являющихся проходческим комбайном 10, и приводится в действие другими конструкциями, не являющимися независимой системой 89.
В некоторых конструкциях барабан 82 используется для наматывания трубопроводов или тросов, включая, но без ограничения, шланги, провода или другие конструкции, которые получают пользу от использования зажимов 102, 106, описанных выше, и получают пользу от наматывания в виде разделенных слоев на ступенчатом барабане 82.
Несмотря на то, что изобретение было подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, в рамках объема правовых притязаний и сущности одного или более независимых аспектов описанного изобретения существуют варианты и модификации.