УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ДЛЯ СТРЕЛОВОЙ СИСТЕМЫ
ATTACHMENT DEVICE FOR BOOM SYSTEM

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству в соответствии с п. 1 прилагаемой формулы изобретения для стреловой системы, используемой, в частности, в лесохозяйственной машине. Стреловая система этого типа содержит по меньшей мере две соединенные друг с другом стреловые части и по меньшей мере одно соединенное со стреловыми частями средство передачи мощности для перемещения стреловых частей относительно друг друга и окружающего пространства.
[0002] В лесохозяйственных машинах стреловая система используется для управления различными инструментами, такими как режущая головка харвестера или грейфер для захвата бревен форвардера. Таким образом, стреловая система содержит две или более соединенные друг с другом стреловые части, перемещением которых управляют приводы, соединенные с проушинами или соответствующими крепежными средствами, прикрепленными для этого к стреловым частям. Эти крепежные средства выполнены с возможностью передачи необходимого управляющего воздействия или опорной реакции на стреловую часть. В случае лесохозяйственной машины эти приводы, образующие средства передачи мощности, как правило, приводятся в действие рабочей средой под давлением и создают прямолинейное толкающее или тянущее усилие. Предпочтительно, привод содержит один или более гидроцилиндров или таких устройств, как тяговый или толкающий стержни.
[0003] Стреловые части обычно изготавливают из конструкций коробчатого типа, собранных путем сварки стальных пластин, или трубы, к которой необходимые крепежные элементы прикрепляются, как правило, путем сварки. Однако каждое сварное соединение в стреловой части или соединенное с этой частью снижает ее предел усталости и, следовательно, сокращает срок службы и снижает надежность стреловой системы. Эту проблему пытались решить путем выбора для изготовления стреловой части материалов с повышенной прочностью. В этом случае стреловая часть лучше выдерживает приложенные к ней нагрузки. Однако обратная сторона этих решений состоит в том, что они увеличивают массу стреловой системы, что, в свою очередь, ухудшает ее рабочие характеристики.
[0004] Кроме того, изготовление сварных конструкций является трудоемким и требует много времени из-за трудностей, связанных со способом изготовления. Например, на проушины, необходимые для прикрепления привода, при сварке направлены деформирующие силы, и, вследствие этого, после сварки требуется механическая обработка проушин для получения точных размеров. В некоторых случаях эту проблему решили путем изготовления проушин из литых деталей, прикрепленных к стреловой части с помощью болтового соединения. Однако недостатки таких решений включают, например, ослабление болтов и необходимость технического обслуживания конструкции в процессе использования.
Сущность изобретения
[0005] Таким образом, целью настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего совершенно новаторское решение перечисленных проблем, связанных с недостатками уровня техники.
[0006] Это цель достигнута благодаря устройству для стреловой системы, в соответствии с настоящим изобретением обладающему отличительными признаками, раскрытыми в прилагаемой формуле изобретения. Более конкретно, устройство в соответствии с настоящим изобретением, в основном, отличается тем, что стреловая часть содержит полый удлиненный элемент, содержащий по меньшей мере одно пересекаемое осями поворота средство соединения для соединения стреловой части со смежной конструкцией, и по меньшей мере одну группу соединительных средств для соединения управляющего стреловой системой привода с этим элементом. Таким образом, по меньшей мере одна стреловая часть выполнена в виде однородной полой детали, изготовленной из текучего материала.
[0007] Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения.
[0008] В контексте настоящего изобретения термин «стреловая система» относится к устройству, составленному из стреловых частей и образующему, например, подающее устройство лесопогрузочной машины, кран, манипулятор или какое-либо другое подъемное устройство этого типа.
[0009] Под термином «текучий материал» в настоящем контексте понимается как расплавленные, так и порошковые материалы.
[0010] Настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества. За счет простых решений настоящее изобретение позволяет получить конструкцию стреловой системы, значительно более прочную и простую, чем известные. Устройство в соответствии с изобретением обладает высокой точностью размеров, что ускоряет сборку стреловой системы, делая ее изготовление более экономичным и обеспечивая значительные преимущества в отношении изготовления.
[0011] Настоящее изобретение обеспечивает оптимальное размещение материала в тех частях устройства, где требуется наибольшая прочность. При изготовлении стреловой системы из стальной пластины или трубы невозможно изменить толщину стенки стреловой части только в отдельных местах конструкции. В уровне техники толщина стенки определяется наименее прочной частью, т.е. обычно сварным соединением пластинчатой или трубной конструкции. В месте сварного соединения материал является наименее прочным из-за притока тепла при сварке. Следовательно, стенка в остальной части конструкции имеет излишнюю толщину. В трубной конструкции размеры поперечного сечения также должны соответствовать наиболее нагружаемой точке и направлению, вследствие чего в других местах величина поперечного сечения слишком велика. При использовании конструкции, изготовленной из текучего материала, форма поперечного сечения стреловой части может быть оптимизирована, например, в соответствии с нагрузкой, массой конструкции и использованием площади.
[0012] Таким образом, в целом конструкция стреловой системы может быть облегчена. Таким образом могут быть улучшены рабочие характеристики стреловой системы и стабильность и энергетическая эффективность машины, на которую она установлена, поскольку центр тяжести расположен ниже и общая масса меньше.
[0013] Средняя часть элемента в соответствии с настоящим изобретением может быть также выполнена более тонкой, чем остальные его части. Стреловая часть этого типа меньше всего мешает обзору водителя лесохозяйственной машины.
[0014] Другие преимущества настоящего изобретения будут подробно описаны ниже на примерах конкретных вариантов осуществления изобретения.
Краткое описание графических материалов
[0015] Ниже некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения будут раскрыты более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где
на фиг. 1 представлено заявленное устройство для стреловой системы крана с выдвижной стрелой,
на фиг. 2 представлен вид сзади в аксонометрии устройства, отсоединенного от стреловой системы по фиг. 1,
на фиг. 3 представлен вид спереди в аксонометрии устройства, отсоединенного от стреловой системы по фиг. 1,
на фиг. 4 представлен вид спереди устройства, отсоединенного от стреловой системы по фиг. 1,
на фиг. 5 представлен вертикальный разрез указанного устройства по линии А-А по фиг. 4,
на фиг. 6 представлен другой вертикальный разрез устройства под углом 90 градусов от разреза по фиг. 5,
на фиг. 7 представлен горизонтальный разрез по линии В-В по фиг. 6,
на фиг. 8 представлен горизонтальный разрез по линии С-С по фиг. 6,
на фиг. 9 представлен горизонтальный разрез по линии D-D по фиг. 6,
на фиг. 10 представлен горизонтальный разрез по линии Е-Е по фиг. 6,
на фиг. 11 представлена эпюра напряжений с этапа разработки, т.е. вид, полученный с помощью метода конечных элементов (МКЭ).
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления
[0016] На чертежах устройство для стреловой системы показано не в масштабе, чертежи являются схематическими и иллюстрируют общую конструкцию и действие в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления. Конструктивные элементы обозначены на прилагаемых чертежах ссылочными позициями, которые соответствуют ссылочным позициям, обозначающим эти конструктивные элементы в настоящем описании.
[0017] На фиг. 1 представлен в качестве примера кран с выдвижной стрелой, в котором используется заявленное устройство. Стреловая система 1 такого типа, образованная краном, содержит по меньшей мере две стреловые части, выполненные с возможностью поворота относительно друг друга, из которых первая стреловая часть 2, т.е. главная стрела, обычно соединяется с лесохозяйственной машиной посредством поворотного узла 3, например, поворотного устройства или кранового стола. В этом случае, заявленное устройство образует главную стрелу. Вторая стреловая часть 4 на чертеже, т.е. складывающаяся стрела с телескопическим удлинителем, обычно предназначена для непосредственного или опосредованного удержания известного инструмента, такого как режущая головка харвестера или грейфер для захвата бревен форвардера. Эти обычные инструменты не будут здесь раскрываться более подробно.
[0018] Стреловые части 2 и 4 стреловой системы 1 содержат удлиненный элемент с соединительными средствами 5 и 6, как показано, например, на фиг. 2, для шарнирного соединения известным способом стреловых частей со смежными конструкциями. Как можно видеть на фиг. 1, средства 7, 8 и 9 передачи мощности соединяются со стреловыми частями, перемещая стреловые части относительно друг друга и окружающего пространства для поворота стреловой системы и ее удлинения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В этом контексте средства передачи мощности, содержащие соединенный со стреловыми частями гидравлический привод, представлены в качестве примера. Однако должно быть ясно, что перемещение стреловой части может осуществляться также и другими средствами. Эти средства включают различные рычажные механизмы, толкающие и тяговые стержни и перекладины, или даже тросы.
[0019] В соответствии с настоящим изобретением по фиг. 2-10 главная стрела 2, образующая устройство, содержит полый удлиненный элемент 11, см. фиг. 5. Первый конец 12 этого элемента содержит первое соединительное средство 5, а второй конец 13 элемента в соответствии с изобретением содержит второе соединительное средство 6, с помощью которого устройство может быть присоединено как часть стреловой системы 1. Элемент дополнительно содержит специальное соединительное средство 14, с помощью которого к нему могут быть присоединены один или более приводов 7, 8 или 9, управляющих стреловой системой. Устройство изготовлено из железа, стали или какого-либо другого текучего материала, обладающего достаточной прочностью. Таким образом, для минимизации его массы элемент изготавливается в виде полой однородной детали с огибающей поверхностью 16, окружающей полость 15 элемента 11. Таким образом обеспечивается стреловая часть с точными размерами, на противоположных концах которой находятся необходимые средства соединения, требующие только механической обработки, и по меньшей мере одно соединительное средство между ними для исполнительного устройства. После изготовления стреловую часть начисто шлифуют и поверхностно обрабатывают, а необходимые зоны отделывают путем механической обработки.
[0020] Таким образом, стреловая часть может быть изготовлена путем лазерного спекания с помощью так называемой стереоскопической печати. Стреловая часть, смоделированная с помощью подходящего программного обеспечения, может быть изготовлена с точными размерами, так что она имеет требуемые профили поперечного сечения и толщину стенки.
[0021] При изготовлении стреловой части путем литья, для получения как можно более легкой отливки эту отливку изготавливают полой с помощью песчаного стержня, размещенного в форме во время литья. Это не показано на чертежах. При литье стержень опирается на противоположные стенки формы стреловой части, предпочтительно - по меньшей мере в двух противоположных местах. Такая опора предотвращает прогибание стержня и его перемещение при литье, что в противном случае произошло бы при поднятии из расплавленного металла. Для этого в устройстве выполнены специальные литьевые отверстия 17, 18, 19 и 20 для осуществления поддержки. В варианте осуществления, представленном на чертежах, две пары этих литьевых отверстий выполнены в стреловой части таким образом, что они расположены на противоположных сторонах плоскости 21 разреза, разделяющей стреловую часть пополам. Таким образом, эта плоскость разреза элемента по фиг. 5 определяется параллельными осями поворота, пересекающими соединительные средства на противоположных концах элемента, и получена в ходе той же операции литья. В соответствии с вариантами осуществления с единственной осью поворота, плоскость разреза определяется этой по меньшей мере одной осью поворота совместно с пересекающей ее центральной осью элемента.
[0022] Должно быть ясно, что устройство может быть отлито и таким образом, чтобы стержень поддерживался с помощью одного литьевого отверстия на противоположных сторонах плоскости разреза элемента, но более надежным является использование одного отверстия на первой стороне плоскости разреза и двух на другой ее стороне.
[0023] Эти литьевые отверстия 17-20 являются компромиссом между обеспечением прочности и достаточной поддержки для стержней. Они выполнены таким образом, что являются насколько это возможно функциональными, так что на них и на главную стрелу 2 не действуют опасные напряжения при приложении нагрузки к стреловой системе 1 при использовании. Так, литьевое отверстие предпочтительно имеет, по существу, форму овала. Оно также предпочтительно содержит специальное краевое усиление для повышения прочности оболочки устройства и снижения напряжений, направленных на устройство. Краевое усиление этого типа показано, например, на фиг. 7 и 10.
[0024] Описанная плоскость разреза определяет также переднюю сторону 22 и заднюю сторону 23 на противоположных сторонах элемента, и в этом случае соединительные средства 14, выполненные в элементе, находятся на передней стороне устройства.
[0025] Изготовление стреловой части из текучего материала позволяет увеличить момент инерции элемента 11, предпочтительно, путем придания поперечному сечению элемента такой формы, что в направлении, перпендикулярном продольной оси элемента и совпадающим с плоскостью 21 разреза, это поперечное сечение в основном превышает плоскость разреза в перпендикулярном направлении. Кроме того, в стреловой части этого типа можно оптимизировать размещение материала в устройстве в соответствии с нагрузкой, массой конструкции и использованием площади, так чтобы обеспечить наилучшие прочностные характеристики в любой момент времени. Для такой оптимизации могут использоваться известные программные средства системы автоматизации проектирования, такие как метод конечных элементов (МКЭ), создающий кривые напряжений, как показано на фиг. 11. Так, на фиг. 7-10 представлено изменение толщины и формы стенки стреловой части элемента в разных точках элемента. Толщина стенки, изготовленной путем литья, может меняться, например, от 10 до 100 мм, а предпочтительно - от 18 до 25 мм. Поперечное сечение элемента также может быть изготовлено так, чтобы сужаться к средней точке элемента, или, наоборот, поперечное сечение элемента может расширяться в направлении оси поворота и от средней точки элемента к его концам.
[0026] В соответствии с другим вариантом осуществления стреловой части, вместо двух противоположных средств соединения элемент содержит средство соединения на одном конце, а на другом конце, обязательно имеются обработанные поверхности, которыми стреловая часть может быть установлена непосредственно на поворотное устройство. Таким образом, стреловая часть может поворачиваться на месте использования вокруг своей, по существу, вертикальной продольной оси. В соответствии с этим вариантом осуществления, стреловая часть предпочтительно является частью погрузчика бревен и, как правило, образует первую стреловую часть, т.е. колонну или стойку погрузчика, как можно видеть из поворотного устройства стреловой системы форварда. С помощью поворотного устройства стреловая часть этого типа может поворачиваться с помощью, например, зубчатой передачи. Необходимые зубчатые передачи предпочтительно могут быть изготовлены и обработаны непосредственно как часть стреловой части, предпочтительно изготовленной путем литья.
[0027] Как и в соответствии с первым вариантом осуществления, такие устройства для стреловой системы также содержит по меньшей мере две соединенные друг с другом стреловые части и по меньшей мере одно соединенное со стреловыми частями средство передачи мощности для их перемещения относительно друг друга и окружающего пространства. Стреловая часть на стороне основания стреловой системы содержит полый удлиненный элемент, изготовленный из текучего материала, содержащий пересеченные осью поворота средства соединения для соединения стреловой части со смежной конструкцией. На противоположном конце элемента имеются специальные обработанные поверхности, которыми стреловая часть может быть установлена, например, на поворотное устройство. Стреловая часть содержит также по меньшей мере одну группу соединительных средств, изготовленных в ходе того же процесса изготовления, для соединения управляющего стреловой системой привода с элементом.
[0028] Как и в соответствии с раскрытым выше первым вариантом осуществления, эта стреловая часть также содержит плоскость разреза, определенную осью поворота и пересекающей ее центральной осью элемента, так что по меньшей мере одна пара литых отверстий образована в элементе на противоположных сторонах плоскости разреза при литье. Литые отверстия соответствуют вышеописанным по действию и конструкции.
[0029] Должно быть ясно, что приведенное описание и прилагаемые чертежи приведены только в качестве примера. Таким образом, настоящее изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными выше или описанными в формуле изобретения вариантами осуществления, и специалисту в данной области техники ясно, что могут осуществляться различные изменения и модификации без отклонения от сущности изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения.