АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАБОЧИЙ ОРГАН БУЛЬДОЗЕРА

Полезная модель относится к строительно-дорожному машиностроению, а именно к землеройным машинам типа бульдозеров.
Для разработки грунтов различных категорий целесообразно иметь бульдозерное оборудование с переменным углом резания. Рекомендовано заглубление отвала при угле 55-60°, а при последующей работе уменьшать этот угол до 20-25° в зависимости от категории разрабатываемого грунта (Паничкин А.В. Совершенствование конструкции подвески бульдозерного оборудования с переменным углом резания: автореф. дис. … канд. техн. наук). Под оптимальным углом понимается угол резания отвала, например 30-40°, при котором для данных условий сопротивление грунта резанию минимально (Никулин П.И. Влияние угла резания и высоты отвала на производительность бульдозера / П.И. Никулин, О.В. Чуйков, О.А. Онгери // Материалы 14-й Межрегиональной научно-практич. конференции Воронежского ГАСУ 19-20.05.2011). Уменьшение сопротивления резания грунта обеспечивает повышение производительности бульдозера за счет увеличения толщины стружки и повышения рабочих скоростей.
В качестве прототипа принят рабочий орган бульдозера, содержащий режущий нож, отвал коробчатой конструкции с лобовым листом в виде гибкой металлической пластины, упругую подушку, выполненную в виде емкости с гибкой оболочкой и заполненную рабочей жидкостью, гидроаккумулятор, соединенный гидролинией с полостью упругой подушки, сопряженной с гибкой металлической пластиной, толкающие брусья, шарнирно соединенные с коробкой жесткости и выполненные в виде гидроцилиндров одностороннего действия, которые соединены с коробкой жесткости гильзами, при этом поршневые полости гидроцилиндров посредством параллельно включенных регулируемого дросселя и обратного клапана сообщены с гидроаккумулятором и с подключенным к гидроаккумулятору входом предохранительного клапана, выход которого сообщен с баком и посредством подпиточного обратного клапана - с поршневыми полостями гидроцилиндров, при этом поршневые полости - гидродатчики гидроцилиндров одностороннего действия, соединены с входом реле давления и снабжены возвратными пружинами сжатия, а штоковые полости - гидролинией, соединяющей их с баком; между верхней частью отвала и коробками жесткости шарнирно установлены гидроцилиндры двустороннего действия изменения угла резания, поршневые полости которых гидролинией подсоединены к входу двухпозиционного распределителя с ручным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций с баком, а в другой, для увеличения угла резания в ручном режиме, - с гидроаккумулятором, штоковые полости этих гидроцилиндров снабжены возвратными пружинами и гидролинией подсоединены к входу двухпозиционного распределителя с электромагнитным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций также с баком, а в другой при переключении этого распределителя путем срабатывания реле давления - с гидроаккумулятором, при этом для уменьшения угла резания в ручном режиме распределитель с электромагнитным приводом выполнен с возможностью соединения посредством вспомогательного ручного управления штоковых полостей названных гидроцилиндров с гидроаккумулятором при сообщенных с баком их поршневых полостях (патент РФ №138464, МПК E02F 3/76; опубл. 20.03.2014, бюл. №8).
Выполнение бульдозерного отвала с лобовым листом в виде гибкой металлической пластины и упругой подушкой, выполненной в виде емкости с гибкой оболочкой, заполненной рабочей жидкостью, усложняет его конструкцию, исключает возможность использования серийного отвала и увеличивает стоимость модернизации. Левый и правый толкающие брусья бульдозера имеют закрытую коробчатую конструкцию с приваренными по концам вилками шарниров и шаровыми опорами. При установке в них гидроцилиндров одностороннего действия в брусьях необходимы люки для монтажа этих гидроцилиндров. Однако брусья воспринимают полную нагрузку при работе бульдозера и выполнение в них люков нежелательно по требованиям жесткости к их конструкции. Такая установка требует дополнительного упрочнения конструкции брусьев, что усложняет модернизацию и повышает ее стоимость. Выполнение таких люков в задней стенке нижней коробки жесткости отвала вполне может быть реализовано, так как она не находится под полной сосредоточенной нагрузкой при разработке грунта, что упрощает модернизацию бульдозера.
Недостатком прототипа также является ударная нагрузка на торцевые стенки штоковых полостей, встроенных в толкающие брусья гидроцилиндров, под действием сжатых пружин в их поршневых полостях при ходе «отдачи», передаваемая на бульдозер, особенно при начале движения задним ходом.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции рабочего органа бульдозера и снижение ударной нагрузки бульдозера за счет ее демпфирования.
Поставленная задача решается применением рабочего органа бульдозера, в нижнюю коробку жесткости которого до упора в лобовой лист жестко встроены (приварены) два или четыре (в зависимости от особенности конструкции) корпуса гидроцилиндров одностороннего действия, поршневые полости которых снабжены возвратными пружинами сжатия и соединены с входом реле давления и через обратный клапан - с гидроаккумулятором и подключенным к нему входом предохранительного клапана, выход которого сообщен с гидробаком и посредством подпиточного обратного клапана - с поршневыми полостями этих гидроцилиндров, а их штоковые полости соединены с гидробаком и имеют жидкостной демпфер, перекрывной клапан которого содержит отверстия с калиброванным диаметром - жиклеры и может прижиматься под действием давления рабочей жидкости к поршню с проходными отверстиями, выполненными соосно названным жиклерам, или отходить от него. В конструкции исключены лобовой лист в виде гибкой металлической пластины, заполненная жидкостью упругая подушка, регулируемый дроссель с гидролинией, а установка обратного клапана в линии заряда гидроаккумулятора изменена на проход жидкости только от поршневой полости гидроцилиндров одностороннего действия, которые встроены не в толкающие брусья, а в нижнюю коробку жесткости отвала и их штоки шарнирно подсоединены к толкающим брусьям.
Технический результат достигается за счет того, автоматизированный рабочий орган бульдозера, содержащий режущий нож, отвал коробчатой конструкции с лобовым листом, толкающие брусья, гидроцилиндры одностороннего действия, штоковые полости которых соединены с гидробаком, а поршневые полости снабжены возвратными пружинами сжатия и соединены с входом реле давления, гидроаккумулятором и подключенным к последнему входом предохранительного клапана, выход которого сообщен с гидробаком и посредством подпиточного обратного клапана - с поршневыми полостями гидроцилиндров одностороннего действия, гидроцилиндры изменения угла резания, поршневые полости которых присоединены к входу двухпозиционного распределителя с ручным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций с гидробаком, а в другой, для увеличения угла резания в ручном режиме, - с гидроаккумулятором, штоковые полости гидроцилиндров изменения угла резания снабжены возвратными пружинами и соединены с входом двухпозиционного распределителя с электромагнитным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций с гидробаком, а в другой, при переключении этого распределителя путем срабатывания реле давления, - с гидроаккумулятором, при этом для уменьшения угла резания в ручном режиме распределитель с электромагнитным управлением выполнен с возможностью соединения посредством вспомогательного ручного управления штоковых полостей последних гидроцилиндров с гидроаккумулятором при сообщенных с гидробаком их поршневых полостях, в отличие от прототипа корпусы гидроцилиндров одностороннего действия жестко встроены в нижнюю коробку жесткости отвала до упора в лобовой лист и их штоки шарнирно подсоединены к толкающим брусьям бульдозера, поршневые полости гидроцилиндров одностороннего действия соединены с гидроаккумулятором через обратный клапан, а их штоковые полости имеют жидкостной демпфер, в перекрывном клапане которого выполнены жиклеры и соосно им проходные отверстия.
Установка гидроцилиндров одностороннего действия в нижнюю коробку жесткости отвала, до упора в лобовой лист при шарнирном соединении их штоков с толкающими брусьями, позволяет использовать серийный рабочий орган (отвал) бульдозера при его модернизации, что упрощает конструкцию и снижает стоимость модернизации. Соединение поршневых полостей этих гидроцилиндров с гидроаккумулятором через обратный клапан в его линии заряда на проход рабочей жидкости только от поршневых полостей также упрощает конструкцию и снижает стоимость модернизации рабочего органа бульдозера.
Оснащение штоковых полостей гидроцилиндров одностороннего действия жидкостным демпфером, перекрывной клапан которого содержит жиклеры и может прижиматься под действием давления рабочей жидкости к поршню с проходными отверстиями, выполненными соосно жиклерам, или отходить от него, позволяет демпфировать ударную нагрузку на торцевые стенки штоковых полостей этих гидроцилиндров на ходе «отдачи» при начале движения машины задним ходом.
Заявляемая конструкция автоматизированного рабочего органа бульдозера поясняется чертежами, где:
- на Фиг. 1 схематично изображена схема автоматизированного рабочего органа бульдозера;
- на Фиг. 2 схематично изображена установка гидроцилиндра одностороннего действия в нижней коробке жесткости отвала бульдозера;
- на Фиг. 3 показано рабочее оборудование бульдозера в сборе - без гидроцилиндров подъема-опускания отвала, гидроцилиндров изменения угла резания, блока гидроаккумуляторов и схемы гидроавтоматики (гидроблока);
- на Фиг. 4 показан общий вид трактора с компоновкой элементов автоматизированного рабочего органа бульдозера;
- на Фиг. 5 - вид сверху трактора с компоновкой элементов автоматизированного рабочего органа бульдозера.
Автоматизированный рабочий орган бульдозера содержит режущий нож 1, отвал 2 коробчатой конструкции с лобовым листом 3 и толкающие брусья 4. В нижнюю коробку жесткости 5 отвала 2 до упора в лобовой лист 3 жестко встроены гидроцилиндры одностороннего действия 6, штоки 7 которых шарнирно подсоединены к толкающим брусьям 4.
Штоковые полости 8 гидроцилиндров одностороннего действия 6 соединены с гидробаком 9. Поршневые полости 10 гидроцилиндров 6 одностороннего действия снабжены возвратными пружинами сжатия 11, соединены с входом реле давления 12, а также через обратный клапан 13 - с гидроаккумулятором 14 и подключенным к нему входом предохранительного клапана 15, снабженного манометром 16. Выход предохранительного клапана 15 сообщен с гидробаком 9 и посредством подпиточного обратного клапана 17 - с поршневыми полостями 10 гидроцилиндров одностороннего действия 6.
Штоковые полости 8 гидроцилиндров одностороннего действия 6 имеют жидкостной демпфер 18, перекрывной клапан 19 которого содержит жиклеры 20 и может прижиматься под действием давления рабочей жидкости к поршню 21 с проходными отверстиями 22, выполненными соосно жиклерам 20, или отходить от него.
Поршневые полости 23 гидроцилиндров изменения угла резания 24 подсоединены к входу двухпозиционного распределителя 25 с ручным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций с гидробаком 9, а в другой - для увеличения угла резания в ручном режиме - с гидроаккумулятором 14.
Штоковые полости 26 гидроцилиндров 24 снабжены возвратными пружинами 27 и подсоединены к входу двухпозиционного распределителя 28 с электромагнитным управлением с возможностью сообщения в одной из его позиций также с гидробаком 9, а в другой при переключении этого распределителя путем срабатывания реле давления 12 - с гидроаккумулятором 14. При этом для уменьшения угла резания в ручном режиме распределитель 28 с электромагнитным управлением выполнен с возможностью соединения посредством вспомогательного ручного управления штоковых полостей 26 гидроцилиндров 24 с гидроаккумулятором 14 при сообщенных с гидробаком 9 их поршневых полостях 23.
Два гидроцилиндра одностороннего действия 6 штоками через шарниры 29 соединены с толкающими брусьями 4 и еще два - также шарнирами 30 с кронштейнами 31 толкающих брусьев 4. Таким образом, при работе бульдозера задействованы управляемые схемой гидроавтоматики (гидроблоком) 32 четыре гидроцилиндра 6 одностороннего действия и два гидроцилиндра 24 двустороннего действия изменения угла резания (последние на фиг. 3 не показаны).
Для подъема-опускания рабочего оборудования используются два гидроцилиндра 33 серийного оборудования бульдозера (на фиг. 3 не показаны).
Работа автоматизированного рабочего органа бульдозера осуществляется следующим образом. При разработке грунта вследствие его периодичности скола и неравномерности прочностных свойств нагрузка на нож 1 и отвал 2 имеет пикообразный характер. Если в какой-то момент времени происходит увеличение сопротивления копанию, а следовательно, и величины давления рабочей жидкости в поршневых полостях 10 гидроцилиндров 6 одностороннего действия, то часть рабочей жидкости поступает из этих полостей в гидроаккумулятор 14, заряжая его. При его полном заряде предохранительный клапан 15 перепускает часть расхода жидкости в гидробак 9.
При работе устройства в автоматическом режиме золотник распределителя 28 занимает показанное на фиг. 1 верхнее положение, золотник распределителя 25 первоначально также занимает показанное на схеме верхнее положение, при котором полости гидроцилиндров 24 объединяются между собой и соединяются с гидробаком 9 («нейтрально-плавающая» позиция).
Увеличение сопротивления копанию вызывает втягивание гидроцилиндров 6 одностороннего действия и сжатие их пружин 11, а также стремление к выдвижению штоков гидроцилиндров 24 (увеличению угла резания), которому не в полной мере препятствует сила сжатия их пружин 27, определяемая расчетом.
коп
коп
1
0
0
2
коп
В основу расчета требуемой жесткости пружин 27 положен характер зависимости изменения угла резания в пределах принятого диапазона от сопротивления копанию. Для определения требуемого усилия пружин необходимо получить зависимость усилия копания Р от угла резания α в принятом диапазоне (например, α=25°…55°) Р=ƒ(α) для заданной категории грунта. Затем построить опытную зависимость изменения угла резания α за счет вытягивания штоков гидроцилиндров от сопротивления копанию: α=ƒ(Р). После этого наложить полученные зависимости и подобрать такую характеристику пружин, в том числе регулируя их жесткость предварительным поджатием, чтобы приблизить опытную зависимость к расчетной, и в то же же время придать описываемому процессу простую зависимость для работы схемы гидроавтоматики.
При дальнейшем увеличении сопротивления копанию и давления в поршневых полостях 10 гидроцилиндров 6 одностороннего действия до заданной (при настройке) величины срабатывает реле давления 12, замыкая цепь питания электромагнита распределителя 28. В результате этого золотник распределителя 28 втягивается (опускается) и переводится из «нейтрально-плавающей» в рабочую позицию, соединяя штоковые полости 26 гидроцилиндров 24 изменения угла резания с гидроаккумулятором 14, поршневые полости этих гидроцилиндров соединены с гидробаком 9. Штоки гидроцилиндров 24 изменения угла резания втягиваются, уменьшая угол резания и сопротивление копанию, соответственно уменьшая давление в поршневых полостях 10 гидроцилиндров одностороннего действия 6 и на входе в реле давления 12 до момента размыкания его контактов.
При уменьшении давления в поршневых полостях 10 гидроцилиндров 6 реле давления 12 разрывает цепь питания электромагнита распределителя 28 и его золотник вновь занимает верхнее положение, переводя гидроцилиндры 24 изменения угла резания в «нейтрально-плавающую» позицию с текущим значением угла резания. Сила сопротивления резанию вновь стремится увечить этот угол, вытягивая штоки гидроцилиндров 24 и сжимая их пружины 27. И когда давление в поршневых полостях 10 гидроцилиндров 6 одностороннего действия достигнет заданного значения, опять сработает реле давления 12, уменьшая угол резания отвала бульдозера.
Для гашения ударной нагрузки на ходе «отдачи» служит жидкостной демпфер 18, перекрывной клапан 19 которого прижимается под действием давления рабочей жидкости к поршню 21, в результате чего рабочая жидкость из штоковой полости 8 гидроцилиндров 6 вытесняется в их поршневую полость 10 через жиклеры 20 и проходные отверстия 22 в поршне 21. В результате дросселирования рабочей жидкости через проходные отверстия 22 и жиклеры 20 ход «отдачи» поршня 21 замедляется, кинетическая энергия удара за счет жидкостного трения преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в пространстве.
Избыточное давление в гидросистеме управления поддерживается с помощью гидроаккумулятора 14, и если величина этого давления превышает установленную величину (контролируется манометром 16), открывается предохранительный клапан 15 и рабочая жидкость из гидроаккумулятора 14 поступает в гидробак 9. Последний служит для компенсации через подпиточный обратный клапан 17 утечек рабочей жидкости (на фиг. 1 не показано) из полостей 8, 10 и 23, 26 соответственно гидроцилиндров 6 и 24.
Таким образом, при работе заявляемого устройства сила сопротивления копанию всегда стремится увеличить угол резания, вытягивая штоки гидроцилиндров 24, жесткость их пружин 27 ограничивает этот процесс и придает ему заданную характеристику, а гидросхема, управляемая посредством реле давления 12, периодически уменьшает угол резания в заданном диапазоне давлений рабочей жидкости в поршневых полостях 10 гидроцилиндров 6 одностороннего действия, пропорционально силам сопротивлению копания.
Блок гидроаккумуляторов 14 должен быть способен выполнять внешнюю работу за счет запаса гидравлической энергии по перемещению штоков гидроцилиндров 24 изменения угла резания отвала 2 на заданный рабочий ход.
Встроенные в нижнюю коробку жесткости 5 отвала 2 гидроцилиндры 6 одностороннего действия, штоки которых шарнирно соединены с толкающими брусьями 4 бульдозера, преобразуют колебания своих корпусов в колебания давления рабочей жидкости, заполняющей их поршневые полости 10, которое затем полезно используется для заряда подключенных к этим полостям гидроаккумуляторов 14.
Конструкция предлагаемого автоматизированного рабочего органа бульдозера работает автономно за счет рекуперации механической энергии, подводимой к нему в виде переменной нагрузки при разработке грунта, не используя для изменения угла резания энергию насоса гидросистемы навесного оборудования трактора и не расходуя на привод энергию его двигателя.