СТРЕЛОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ
BOOM STRUCTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к стреловой конструкции рабочей машины, причем указанная рабочая машина содержит кабину и стреловую конструкцию.
Уровень техники
Различные стреловые конструкции применяются на рабочих машинах для различных целей, главным образом, для присоединения к рабочей машине разнообразных инструментов, в частности, если необходимо перемещать инструменты, которые должны обладать при этом достаточным вылетом в разных направлениях даже без передвижения рабочей машины. К числу таких инструментов относятся, например, разнообразные устройства для подъема, захваты, ковши, срезающие и (или) режущие устройства и молоты. В лесохозяйственных рабочих устройствах, например лесных комбайнах, форвардерах или их комбинациях, стреловые конструкции, как правило, используются вместе с харвестерными головками, применяемыми для обработки древесины, например для очистки деревьев от сучьев и резания древесины, а также с грейферами и захватами, применяемыми для погрузки заготовленного леса. Стреловые конструкции могут быть реализованы различными способами, например обычно в виде шарнирно-сочлененных стреловых конструкций, путем управления движениями с различными степенями свободы при помощи приводов, приводимых в действие рабочей средой под давлением, например гидравлических цилиндров. Часто стреловые конструкции указанного типа называют также манипуляторами, особенно в области робототехники.
Стреловые конструкции на рабочих машинах, как правило, помещают перед кабиной, иными словами, между кабиной и рабочей зоной или сбоку от кабины. Однако во многих случаях оба указанных решения значительно ограничивают обзор оператора машины, работающего в кабине над рабочей зоной. В связи с этим предпринимаются попытки разработки стреловых конструкций, как можно меньше ограничивающих поле обзора, и, кроме того, кабина может быть выполнена с возможностью вращения или иного перемещения относительно стреловой конструкции, что обеспечивает минимально возможное ограничение обзора. Расположение стреловой конструкции сбоку от кабины также ограничивает вылет стреловой конструкции, особенно по отношению к противоположной стороне кабины, и, кроме того, часто существенно ограничивает обзор со стороны стрелового устройства и ухудшает общую устойчивость рабочей машины, в частности, во время эксплуатации, особенно если стреловое устройство подвергается воздействию мощных сил, например, в связи с перемещением тяжелых объектов, а также иногда во время передвижения/переезда, и, таким образом, часто ограничивает рабочие операции, позволяя выполнять их только с одной стороны.
Известны также решения, согласно которым стреловую конструкцию помещают позади кабины так, чтобы вертикальная поворотная ось стрелового устройства располагалась позади кабины по отношению к рабочему направлению, в результате чего стреловая конструкция не препятствует обзору в рабочем направлении. Однако в этом случае часть вылета в фактическом рабочем направлении оказывается потерянной, при этом, как правило, при проектировании кабины, в частности, при определении ее высоты, необходимо обращать внимание на ограничения, задаваемые стреловой конструкцией, вытянутой над кабиной. Прямой задний обзор, естественно, ограничен, при этом образуется широкая слепая зона. Помимо этого, задний свес, обусловленный стреловой конструкцией, становится большим, особенно если стреловая конструкция выполнена с возможностью вращения на той же несущей конструкции, что и кабина.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается новая усовершенствованная стреловая конструкция для рабочей машины.
Решение отличается признаками, определенными в независимом пункте формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Идея настоящего изобретения состоит в том, что стреловая конструкция выполнена вилкообразной, содержащей две стреловые ветви и основную стреловую конструкцию. В этом случае можно задать такие размеры стреловой конструкции и кабины рабочей машины, чтобы по меньшей мере в некоторых рабочих и/или транспортных положениях стреловые ветви оказывались на противоположных сторонах кабины, в результате чего кабина остается между указанными стреловыми ветвями.
Одно из преимуществ настоящего решения состоит в том, что высоту кабины можно максимально увеличить, так как ее необязательно ограничивать, например, из-за того, что стреловая конструкция в транспортном положении должна быть расположена над кабиной. Другим преимуществом настоящего решения является возможность расположить кабину, в частности сиденье оператора рабочей машины, в поперечном направлении вблизи от вертикальной оси вращения кабины, что значительно повышает комфортность работы, особенно когда кабина поворачивается относительно указанной оси. Указанное решение обеспечивает также свободный обзор в симметричной и исключительно широкой зоне по сравнению с известными решениями. Кроме того, указанное решение повышает устойчивость и симметрию подъемной силы в рабочей машине, в особенности более равномерное нагружение шарнирного соединения, в частности, при перемещении тяжелых грузов. Наконец, указанное решение обеспечивает создание ограждающей конструкции для защиты кабины. Иными словами, настоящее решение позволяет во многих случаях избежать многих компромиссов, требуемых известными решениями, например, в отношении удобства для пользователя, устойчивости и радиуса действия рабочей машины.
Краткое описание чертежей
Некоторые варианты настоящего изобретения раскрыты далее более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан схематичный вид в аксонометрии рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 показан схематичный вид сбоку рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 показан схематичный вид сзади рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 показан схематичный вид в аксонометрии рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением в рабочем положении.
На фиг. 5 показан схематичный вид в аксонометрии рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 6 показан схематичный вид в аксонометрии рабочей машины в соответствии с настоящим изобретением в транспортном положении.
Для ясности некоторые варианты осуществления изобретения показаны на чертежах в упрощенном виде. Аналогичные элементы обозначены на фигурах аналогичными номерами позиций.
Осуществление изобретения
Настоящее решение для стреловой конструкции может быть успешно применено, например, на рабочих машинах с инструментами, радиус действия которых должен охватывать относительно большую зону, даже окружающую рабочую машину со всех сторон, без одновременного перемещения машины, что позволит обеспечить быструю и бесперебойную работу. Указанное решение особенно хорошо подходит для рабочих машин в тех случаях, когда условия ландшафта, например, ограничивают возможности расположения рабочей машины по отношению к рабочей зоне и/или выбор рабочих направлений. Примерами таких рабочих машин могут служить различные лесохозяйственные рабочие устройства, например лесные комбайны, форвардеры или их комбинации.
Настоящее решение для стреловой конструкции устройства позволяет реализовать рабочую машину, имеющую превосходный обзор из кабины как в каждом конкретном рабочем направлении, так и во всех остальных направлениях. Это особенно предпочтительно, если рабочая зона вокруг машины охватывает широкую зону вплоть до 360 градусов в направлении вращательного движения вокруг вертикальной оси кабины, а также если необходимо переместить машину, не прерывая работы.
Кроме того, настоящее решение для стреловой конструкции позволяет реализовать рабочую машину, оператор которой может свободно выбирать способ работы и рабочее направление, поскольку расположение кабины и стреловой конструкции не ограничивает вылет стрелы с различных сторон машины, устойчивость машины при работе с различных сторон или обзор в различных направлениях. Указанное решение позволяет также оптимизировать ход и вылет стрелового устройства во всех рабочих направлениях, а также транспортировочную высоту и задний свес машины, которые важны при транспортировке. Помимо этого, при реализации комбинации кабины и стреловой конструкции в соответствии с настоящим решением достигается значительное преимущество с точки зрения ощущений водителя и эргономичности рабочего места благодаря тому, что оси вращения сиденья водителя, стреловой конструкции и кабины предпочтительно могут быть выполнены коаксиальными. Таким образом, при повороте стреловой конструкции и кабины водитель практически не испытывает какого-либо поступательного перемещения, совершая лишь поворотное/вращательное движение. Между тем, при использовании решения, когда сиденье водителя сдвинуто относительно оси вращения, как, например, в традиционном экскаваторе с поворотной несущей частью, водитель при повороте стреловой конструкции машины непрерывно совершает вращательное и поступательное движение, что не всегда приятно, особенно если эту плоскость движения не удается сделать по существу горизонтальной, например, при работе на местности с большим уклоном.
В настоящем описании термин «рабочая зона» относится к зоне, в которой требуется осуществлять перемещение или эксплуатацию рабочей машины и/или прикрепленных к ней инструментов. Термин «рабочее направление» относится к направлению или сектору, в пределах которого, главным образом, выбрано или может быть выбрано направление рабочей операции относительно рабочего места рабочей машины, например кабины.
В настоящем описании термин «рабочее положение» относится к положению или месту, в котором возможна эксплуатация рабочей машины и/или инструментов или других прикрепленных к ней устройств. В настоящей заявке термин «транспортное положение» относится к положению, в котором рабочая машина подготовлена для транспортировки, перевозки или другого соответствующего перемещения. Транспортировка рабочих машин, особенно их дорожная перевозка, ограничена различными потребностями, требованиями и правилами, обусловленными, например, транспортными средствами, транспортными маршрутами и препятствиями, расположенными на них и затрудняющими проезд, такими как туннели под дорогой и воздушные линии электропередачи, проходящие над транспортными путями, растительность и другие препятствия, движением других транспортных средств, нормами и правилами местных властей и другими подобными обстоятельствами. Указанные факторы часто ограничивают, например, допустимую транспортировочную высоту, или ширину, и/или задний свес; кроме того, превышение этих предельных значений может потребовать дополнительных мер при транспортировке.
На фиг. 1 показан вид в аксонометрии рабочей машины 1, содержащей стреловую конструкцию 2 и кабину 3. Стреловая конструкция 2 может содержать первую стреловую ветвь 2а и вторую стреловую ветвь 2b, расположенные на рабочей машине 1, а также основную стреловую конструкцию 2с, проходящую из зоны 4 схождения ветвей 2а, 2b в рабочем направлении. Таким образом, стреловая конструкция 2 образует вилкообразную конструкцию, называемую в этом описании разветвленной стреловой конструкцией, или просто стреловой конструкцией. Основная стреловая конструкция 2с разветвленной стреловой конструкции может иметь, например, скользящую стреловую конструкцию, передвижную стреловую конструкцию или любую другую известную стреловую конструкцию. В зависимости от рабочей машины 1, варианта применения и ситуации, к основной стреловой конструкции 2с можно присоединить один или несколько инструментов 8, таких как устройство для подъема, захват, ковш, срезающее и/или режущее устройство и молот, любой другой подходящий инструмент или их комбинацию. В различных вариантах осуществления количество стреловых ветвей 2а, 2b может быть равно двум или может быть больше двух.
В настоящем решении стреловая конструкция, такая как стреловая конструкция 2 и/или основная стреловая конструкция 2с, может содержать одну или более стрел или других известных компонентов, которые могут быть соединены друг с другом известным образом. Аналогичным образом, другие описанные компоненты или части, такие как стрелы или стреловые ветви 2а, 2b, могут содержать один или более компонентов, которые могут быть соединены друг с другом известным образом.
Разветвленная стреловая конструкция предпочтительно может быть расположена относительно кабины 3 рабочей машины 1 так, что направление основной стреловой конструкции 2с, то есть рабочее направление, по существу параллельно осевой линии A кабины, если смотреть на кабину 3 и рабочую машину 1 сверху. Стреловые ветви 2а, 2b, зона 4 их схождения и/или основная стреловая конструкция 2с предпочтительно могут быть расположены, по меньшей мере в транспортном положении, вблизи кабины, особенно предпочтительно, могут быть расположены в транспортном положении по меньшей мере частично перед кабиной. На фиг. 6 показана рабочая машина 1 в транспортном положении.
Стреловые ветви 2а, 2b и/или зона 4 их схождения предпочтительно могут также проходить от основной стреловой конструкции 2с в направлении, противоположном рабочему, и вниз по направлению к раме 5, сбоку от кабины 3; кроме того, по меньшей мере в некоторых рабочих или транспортных положениях, они могут проходить по меньшей мере частично к задней стороне кабины, если смотреть со стороны рабочего направления. Иными словами, стреловые ветви 2а, 2b могут проходить, по меньшей мере в транспортном положении, от основной стреловой конструкции 2с к раме 5 рабочей машины вблизи кабины 3, в частности вблизи плоскостей, образованных боковыми стенками 7а, 7b кабины 3, по разные стороны осевой линии A кабины. В этом случае каждая стреловая ветвь 2а, 2b может содержать часть, по существу параллельную основному направлению основной стреловой конструкции 2с, то есть осевой линии A кабины 3, и часть, расположенную под углом к ней и ориентированную в направлении рамы 5. С точки зрения прочности стреловой конструкции 2 может оказаться предпочтительным, чтобы указанная часть стреловых ветвей 2а, 2b, параллельная основной стреловой конструкции 2с, и указанная часть, ориентированная по существу в направлении рамы 5, образовывали непрерывный, предпочтительно дугообразный боковой профиль, например, как показано на фиг. 2. В стреловых ветвях 2а, 2b, между указанной частью, по существу параллельной основному направлению основной стреловой конструкции 2с, и указанной частью, ориентированной по существу в направлении рамы 5, предпочтительно будет образован угол приблизительно от 70 до 110 градусов, наиболее предпочтительно приблизительно 90 градусов. Стреловые ветви 2а, 2b предпочтительно могут быть расположены симметрично относительно осевой линии A кабины. В различных вариантах осуществления зона 4 схождения стреловых ветвей 2а, 2b и основной стреловой конструкции 2с может быть по существу Y-образной или Т-образной, если смотреть на рабочую машину 1 сверху. Следует отметить, что в различных вариантах осуществления рабочей машины 1 термины «стреловые ветви 2а и 2b» и «основная стреловая конструкция 2с» относятся к функциональным частям стреловой конструкции 2, которые раскрыты в связи с указанными вариантами осуществления и могут состоять из одной или более конструктивных частей в каждом конкретном случае. Аналогичным образом, границы указанных конструктивных частей и функциональных частей необязательно совпадают, поэтому, например, обе стреловые ветви 2а и 2b, а также основная стреловая конструкция 2с, или их часть, могут состоять из одного или более непрерывных, предпочтительно жестких конструктивных частей. В некоторых вариантах осуществления стреловые ветви 2а и 2b, или по меньшей мере часть стреловых ветвей 2а и 2b, например, часть стреловых ветвей 2а и 2b, по существу параллельная основному направлению основной стреловой конструкции 2с, и по меньшей мере часть основной стреловой конструкции 2с могут образовывать по существу монолитную конструкцию, например такую, что указанные части по существу не имеют возможности перемещения друг относительно друга.
Раскрытая стреловая конструкция чрезвычайна эффективна, поскольку посредством указанной конструкции можно обеспечить очень хороший, если не совершенно свободный обзор из кабины, охватывающий практически всю рабочую зону, обширную рабочую зону, широкий диапазон хода стреловой конструкции 2 и хорошую устойчивость рабочей машины во время эксплуатации. Особенно предпочтительно использование в этом случае стреловой конструкции 2 в качестве части защитной конструкции кабины 3, предохраняющей кабину 3 в непредвиденных ситуациях.
В различных вариантах осуществления стреловые ветви 2а, 2b могут быть прикреплены позади кабины 3 на рабочей машине 1, в соединении с кабиной 3, то есть на противоположной стороне кабины 3, если смотреть со стороны рабочего направления стреловой конструкции 2 и/или сбоку от кабины 3, если смотреть со стороны рабочего направления стреловой конструкции 2. В некоторых вариантах осуществления стреловые ветви 2а, 2b могут также быть расположены перед кабиной 3 на рабочей машине 1, то есть со стороны рабочего направления, если смотреть со стороны кабины 3. В различных вариантах осуществления стреловые ветви 2а, 2b могут быть соединены с кабиной 3, например, в конструкциях модуля кабины рабочей машины 1 или в одной сборочной конструкции с кабиной 3, или в раме рабочей машины 1. Стреловые ветви 2а, 2b предпочтительно могут быть расположены по существу симметрично относительно вертикальной осевой линии B кабины 3, если смотреть с задней стороны кабины 3.
На фиг. 2 показан вид сбоку рабочей машины 1, а на фиг. 3 - вид сзади другой рабочей машины 1. В вариантах осуществления, представленных на этих чертежах, стреловая конструкция 2 и кабина 3 выполнены таким образом, что стреловая конструкция выполнена с возможностью поворота относительно оси C, перпендикулярной рабочему направлению. В этом случае стреловые ветви 2а, 2b могут быть повернуты по меньшей мере частично в зону боковых стенок 7а, 7b кабины 3 по меньшей мере в одном рабочем или транспортном положении рабочей машины 1. Иными словами, например, когда стреловая конструкция 2 вытянута в направлении рабочей зоны, кабина 3 может быть заключена по меньшей мере частично внутри неполной рамной конструкции, образованной стреловыми ветвями 2а и 2b. Такая конструкция обеспечивает значительный ход стреловой конструкции 2 и минимальную транспортировочную высоту. Стреловую конструкцию 2 можно поворачивать посредством по меньшей мере одного привода 6, например, относительно оси С. Привод 6 может представлять собой, например, цилиндр со сжатой средой, такой как гидравлический цилиндр. В других вариантах осуществления привод 6, например цилиндр, может быть расположен с другой стороны стреловой ветви 2а, 2b, отличной от показанной на фиг.2, в результате чего привод 6 может быть выполнен с возможностью вытягивания стреловой конструкции 2 вверх и выталкивания ее вниз. Представленная конструкция обеспечивает эффективный выбор размеров и/или размещение привода или приводов 6.
На фиг. 2 нижний шарнир стреловой конструкции 2, то есть ось C, перпендикулярная рабочему направлению, расположена в рабочей машине 1 позади вертикальной осевой линии B кабины 3, в показанном варианте осуществления - даже позади кабины 3, то есть на стороне, противоположной рабочему направлению. В различных вариантах осуществления указанная ось C может быть расположена в рабочей машине 1, например в кабине 3, модуле кабины или раме 5 в различных местах, в зависимости от общей конструкции рабочей машины 1 и стреловой конструкции 2, использования и других соответствующих факторов, например сбоку от кабины 3 или перед кабиной 3. Надлежащее расположение шарнира стреловой конструкции, то есть оси C, позволяет воздействовать, например, на боковой обзор, вылет стреловой конструкции 2 и транспортное положение.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, стреловая конструкция 2 содержит также по меньшей мере одно складное соединение D, позволяющее поворачивать первую часть стреловой конструкции 2, содержащую по меньшей мере основную стреловую конструкцию 2с, относительно второй части стреловой конструкции 2, содержащей по меньшей мере стреловые ветви 2а, 2b. В этом случае стреловая конструкция 2 предпочтительно оснащена по меньшей мере одним приводом 10 для управления складным соединением D, то есть для складывания первой части стреловой конструкции 2 с помощью складного соединения D относительно второй части стреловой конструкции 2.
На фиг. 4 показана рабочая машина 1 в рабочем положении. Как видно из указанной фигуры, стреловая конструкция 2 может быть выполнена с возможностью вращения, предпочтительно вокруг по существу вертикальной оси, в требуемом направлении относительно рамы 5 рабочей машины. В этом случае стреловая конструкция 2 в целом может быть шарнирно сочленена, прямо или косвенно, с рамой 5 машины посредством шарнирной конструкции по меньшей мере с одной степенью свободы, что обеспечивает вращение стреловой конструкции 2 как единого целого относительно рамы 5 рабочей машины, предпочтительно вокруг по существу вертикальной оси. Особенно предпочтительно, если кабина 3 рабочей машины 1 выполнена с возможностью вращения по меньшей мере частично вокруг своей вертикальной оси известным способом, реализованным посредством ряда известных решений. В этом случае разветвленная стреловая конструкция может быть соединена с кабиной 3 таким образом, что указанная разветвленная стреловая конструкция выполнена с возможностью синхронного вращения вместе с кабиной так, что осевая линия A кабины и основное направление основной стреловой конструкции 2с остаются по существу параллельными, как показано на фигуре. Иными словами, стреловая конструкция 2 выполнена с возможностью такого вращения, что обеспечен поворот основной стреловой конструкции 2с и кабины 3, или, точнее говоря, ее осевой линии A, в конкретном рабочем направлении. Такое решение обеспечивает превосходный обзор в рабочем направлении, охватывающий всю рабочую зону. Естественно, в различных вариантах осуществления стреловая конструкция 2 и кабина 3 могут быть выполнены также с возможностью раздельного вращения.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, рабочая машина 1 представляет собой комбинацию форвардера и лесного комбайна, то есть так называемую комбинированную машину. В этом случае рабочая машина 1 может содержать грузовое пространство 9 для погрузки заготовленного леса. При этом инструмент 8, расположенный в основной стреловой конструкции 2с, может также представлять собой захват для лесоматериалов, позволяющий поднимать лесоматериал в грузовое пространство 9. В частности, в случае комбинированной машины указанный инструмент может одновременно выполнять функции, направленные как на погрузку, так и другие операции по обработке древесины, например очистку деревьев от сучьев и резание древесины. В различных вариантах осуществления рабочая машина 1 может также представлять собой, например, форвардер.
На фиг. 6 показана рабочая машина 1 в транспортном положении. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, стреловая конструкция 2 и кабина 3 выполнены таким образом, что стреловая конструкция 2 не превышает транспортировочную высоту рабочей машины 1, поскольку стреловая конструкция 2 остается полностью на более низком уровне, чем самая высокая точка кабины 3. Это можно осуществить, проектируя конструкцию кабины 3 и стреловую конструкцию 2 таким образом, чтобы при складывании стреловой конструкции 2 в транспортное положение стреловые ветви 2а, 2b наклонялись к боковым сторонам кабины 3, а кабина 3 оставалась при этом в пространстве, образованном между ними. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6, стреловые ветви 2а, 2b проходят, таким образом, вдоль сторон кабины 3 также и в транспортном положении. В различных вариантах осуществления кабина 3 и стреловая конструкция 2 предпочтительно выполнены таким образом, что, по меньшей мере в транспортном положении, верхняя поверхность кабины расположена по меньшей мере частично выше, чем самая высокая точка нижней поверхности стреловой конструкции 2.
В различных вариантах осуществления стреловая конструкция 2 и кабина 3 могут также быть выполнены таким образом, что стреловая конструкция 2 и/или кабина 3, или ее оборудование, например сиденье оператора рабочей машины 1, выполнены с возможностью синхронного или раздельного вращения в требуемом направлении, как правило, в рабочем направлении. В этом случае рама кабина 3 может быть выполнена стационарной или неподвижно прикрепленной к раме рабочей машины 1, например, в результате чего только сиденье оператора, предпочтительно с дополнительными органами управления, и стреловая конструкция 2 имеют возможность вращения в рабочем направлении. В различных вариантах осуществления стреловая конструкция 2, кабина 3 и/или сиденье оператора, или некоторые из указанных элементов, могут быть выполнены с возможностью совместного или раздельного вращения, с одинаковыми или различными скоростями, или в одном и том же или различных направлениях. В этом случае, если необходимо, кабина или сиденье оператора может быть изолировано от движения стреловой конструкции, чтобы избежать воздействия излишних ускорений на водителя. Как правило, незначительные вращательные движения стреловой конструкции 2 необязательно требуют вращения кабины 3 и/или сиденья водителя для обеспечения хорошего обзора в рабочем направлении. Дополнительно или альтернативно, вращательное движение кабины 3 или сиденья водителя относительно вращательного движения стреловой конструкции 2 может быть демпфировано или задержано, когда необходимо повернуть кабину 3 или сиденье водителя в направлении вращения стреловой конструкции 2.
В некоторых случаях признаки, раскрытые в настоящей заявке, могут быть использованы сами по себе, независимо от других признаков. С другой стороны, раскрытые в настоящей заявке признаки можно при необходимости комбинировать для получения различных сочетаний.
Чертежи и относящееся к ним описание предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. Детали изобретения могут различаться в пределах объема изобретения, определяемого формулой изобретения.