Рыхлитель
RIPPER

Изобретение относится к землеройным машинам и в частности к рыхлителям для рыхления грунтов высокой прочности.
Известен рыхлитель (SU а.с. 1219750, E02F 5/30), включающий базовую машину, соединенную с ней шарнирно, посредством тяг и гидроцилиндра стойку, в которой установлен рыхлительный зуб. Недостатки известного рыхлителя заключаются в низкой надежности и в низкой производительности. Низкая надежность обусловлена сложностью кинематической структуры рабочего оборудования, включающей большое количество шарнирно соединенных механических и гидравлических элементов, включая восемь гидроцилиндров. Рыхлительный зуб в известном рыхлителе имеет вертикальную фронтальную поверхность, контактирующую с грунтом. В процессе рыхления грунта при перемещении рыхлителя вперед вертикальная фронтальная поверхность зуба создает в грунте напряжение сжатия и тем самым увеличивает его прочность. Поэтому происходит скол грунта меньшего объема, уменьшается скорость движения и снижается производительность. Кроме того, момент включения гидроклапана и начало подъема рыхлительного зуба определяется величиной давления рабочей жидкости в гидроцилиндре верхней тяги и эта величина не регулируется, хотя грунтовые условия и тяговые возможности базовой машины меняются. Поэтому неизбежны частые бесполезные подъемы зуба и бесполезные траты энергии или наоборот запоздалые подъемы, вызывающие увеличение сопротивления, увеличение буксования движителей и соответственно увеличение затрат энергии и все это в конечном итоге снижает производительность.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является, принятый заявителем за прототип, рыхлитель (SU 1252436, E02F 5/32), содержащий базовую машину, соединенную с ней посредством тяг и гидроцилиндра заглубления стойку, в которой установлен рыхлительный зуб.
Второе известное устройство имеет более простую кинематическую структуру и более высокую надежность, в сравнении с первым известным техническим решением. Однако другие недостатки, отмеченные в первом известном устройстве, имеются и во втором. Рыхлительный зуб также содержит вертикальную фронтальную поверхность, которая при движении вперед создает в грунте напряжение сжатия, упрочняет грунт и затрудняет его скол. Это увеличивает затраты энергии на рыхление и снижает производительность. Момент включения гидроцилиндра поворота зуба задается величиной упругости упругого элемента, и эта величина не регулируется и не зависит от изменяющихся свойств грунта и тягово-сцепных свойств базовой машины. Поэтому неизбежны необоснованные повороты зуба и уменьшение глубины рыхления или запоздалые повороты, приводящие к повышению сопротивления и повышению буксования движителей, а в результате снижается скорость и производительность. К недостаткам следует отнести и отсутствие возможности регулировать величину угла резания для адаптации с разнообразными по свойствам грунтовыми условиями, что ограничивает эксплуатационные возможности известного рыхлителя.
Целью предлагаемого изобретения является устранение или уменьшение недостатков известных технических решений. Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении сопротивления движению рыхлительного зуба, путем изменения формы его фронтальной поверхности, контактирующей с грунтом, а также активацией зуба для облегчения скола.
Технический результат – повышение производительности, снижение затрат энергии и расширение эксплуатационных возможностей рыхлителя.
Решение поставленной технической задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что рыхлитель, включающий базовую машину, соединенную с ней посредством тяг и гидроцилиндра заглубления стойку, в которой установлен рыхлительный зуб, снабжен дополнительным гидроцилиндром заглубления, четырехпозиционным гидрораспределителем, гидроаккумулятором, регулируемым редукционным гидроклапаном, электроуправляемым гидрораспределителем, датчиком скорости и путевыми включателями, при этом рыхлительный зуб установлен в стойке шарнирно и его нижняя фронтальная часть, контактирующая с грунтом, выполнена с передним уклоном, а верхний конец соединен шарнирно со штоком дополнительного гидроцилиндра заглубления, сообщенного гидролиниями с электроуправляемым гидрораспределителем, катушки управления которого соединены через контакты датчика скорости с путевыми включателями, установленными на стойке, причем дополнительный гидроцилиндр заглубления также сообщен гидролиниями с четырехпозиционным гидрораспределителем, выполненным с возможностью сообщения поршневой полости с гидроаккумулятором, соединенным через регулируемый редукционный гидроклапан с гидронасосом, а через вентиль – с гидробаком.
Путевые включатели углового перемещения рыхлительного зуба относительно стойки, установлены на стойке с возможностью изменения положения их и фиксации.
Предлагаемый рыхлитель отличается от прототипа совокупностью отличительных признаков, приведенных в отличительной части формулы изобретения. Так фронтальная поверхность рыхлительного зуба, контактирующая с грунтом, выполнена с передним уклоном, это обеспечивает создание вертикального усилия на грунт и облегчает его скол. Скол грунта, имеющего высокую прочность, дополнительно облегчается за счет активации зуба, путем включения возвратно-поворотных его движений. Автоматическое управление включением активации обеспечивает оптимальную скорость базовой машины с минимальным буксованием движителей, что в конечном итоге увеличивает производительность и снижает затраты энергии.
На фиг.1 изображен рыхлитель и электрогидравлическая схема управления.
Рыхлитель содержит базовую машину 1 и стойку 2, шарнирно соединенные верхней 3 и нижней 4 тягами, а также гидроцилиндром заглубления 5. На стойке 2 шарниром 6 закреплен зуб 7, соединенный шарнирно со штоком дополнительного гидроцилиндра заглубления 8. Гидроцилиндр 8 соединен гидролиниями с четырехпозиционным гидрораспределителем 9, сообщенным с гидронасосом, гидробаком и с гидроаккумулятором 10. Гидроаккумулятор 10 также сообщен с гидронасосом через регулируемый редукционный гидроклапан 11 через вентиль 12 с гидробаком.
Гидроцилиндр 8, кроме того, соединен гидролиниями с электроуправляемым гидрораспределителем 13, а катушки управления его соединены электролиниями через контакты 14 датчика скорости 15 с путевыми включателями 16 и 17 углового перемещения рыхлительного зуба относительно стойки. Путевые включатели установлены на стойке 2 с возможностью изменения их положения и фиксации. Датчик скорости 15 базовой машины имеет включатель 18 и выполнен с возможностью регулирования величины порога скорости, при котором происходит включение контактов 14.
Рыхлитель действует следующим образом.
Для расширения эксплуатационных возможностей в предлагаемом рыхлителе используется три режима работы. Первый режим предназначен для рыхления грунтов средней прочности, и он осуществляется традиционно, путем заглубления гидроцилиндром 5 рыхлительного зуба 7, при движении вперед базовой машины. Угол резания перед началом работы регулируется и фиксируется гидрораспределителем 9. Затем золотники гидрораспределителей 9 и 13 устанавливают в нейтральные позиции. Отличие от прототипа заключается в том, что благодаря наклонной фронтальной поверхности зуба, контактирующей с грунтом, возникает вертикальная составляющая сила Рв, оказывающая изгибающее воздействие на грунт. Это облегчает скол грунта и уменьшает сопротивление перемещению рыхлителя.
В случае рыхления более прочных грунтов, используется второй режим работы, для реализации которого золотник гидрораспределителя 9 поднимают в позицию, сообщающую поршневую полость гидроцилиндра 8 с гидроаккумулятором 10, а штоковую полость с гидробаком. Гидроаккумулятор 10, будучи заряжен на заданную редукционным гидроклапаном 11 величину давления и соединенный с гидроцилиндром 8, образует упругую связь между зубом и стойкой. При воздействии грунта на зуб, он поворачивается на шарнире 6 и перемещает поршень гидроцилиндра 8 влево, вытесняя рабочую жидкость в гидроаккумулятор 10. Вследствие периодических сколов грунта характер силовых воздействий на зуб носит пикообразный характер, а это в сочетании с упругой связью зуба вызывает его колебательные движения. Колебательные движения зуба облегчают процесс скола прочных грунтов. Величину упругости указанной связи можно регулировать изменением давления зарядки гидроаккумулятора с помощью редукционного гидроклапана 11, сообразуясь с конкретными грунтовыми условиями.
Для рыхления грунтов, имеющих высокую прочность, используется третий режим работы, для чего золотник гидрораспределителя 9 устанавливают в нейтральную позицию и включателем 18 включают датчик скорости 15. При увеличении воздействия грунта на зуб до величины, вызывающей повышенное буксование движителей и уменьшение скорости движения базовой машины, датчик скорости 15 замыкает свои контакты 14. Путевые включатели 16 и 17 подают питание на катушки управления гидрораспределителя 13 и обеспечивают периодические перемещения золотника и соответствующие перемещения штока гидроцилиндра 8 и зуба 7.
Зуб на шарнире 6 совершает возвратно-поворотные движения и воздействует на грунт с усилием, вертикальная составляющая которого обеспечивает скол прочного грунта. С прохождением участка высокопрочного грунта, его воздействие на зуб уменьшается, поэтому уменьшается буксование движителей, повышается скорость движения базовой машины и датчик скорости 15 размыкает контакты 14. Питание катушек управления гидрораспределителя 13 прекращается и его золотник вновь занимает нейтральную позицию. Возможность использования трех режимов работы расширяет эксплуатационные возможности рыхлителя при разработке разнообразных по свойствам грунтов.
Таким образом, предложенный рыхлитель, в сравнении с прототипом, обеспечивает повышение производительности за счет оптимизации формы рыхлительного зуба и его активации при разработке грунтов, имеющих высокую прочность. Уменьшаются затраты энергии за счет автоматизации управления приводом активатора по скорости базовой машины, а также расширяются эксплуатационные возможности.