ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО
ROTARY DEVICE

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Изобретение относится к поворотному устройству для обеспечения вращательного движения гидравлическому инструменту, прикрепленному к указанному поворотному устройству.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Поворотные устройства широко используются при лесоразведении, лесозаготовке и тому подобном, где тягач, грузовик, трактор и тому подобное имеет устройство для управления экскаваторами, инструментами для лесоматериалов лесозаготовительными инструментами и тому подобным. Часто такие устройства имеют гидравлический привод и содержат стрелу крана, причем поворотное устройство расположено на свободном конце стрелы. Поворотное устройство обычно содержит двигатель, то есть гидравлический двигатель, для обеспечения вращательного движения.
Проблема, связанная с такими поворотными устройствами, заключается в том, что поворотные устройства подвергаются воздействию больших нагрузок как в радиальном направлении, так и в осевом. Обычно это решалось путем подбора нужных размеров поворотного устройства и, в частности, двигателя с компонентами, выполненными с возможностью выдерживать очень большие усилия. Проблема заключается в том, что двигатель и, в частности, пригонка между статором и ротором должны быть очень правильными и точными, что трудно достичь в сочетании с высокими требованиями касательно механической прочности.
В WO 2012/134370 описано поворотное устройство, в котором усилия распределены с возможностью приема в устройстве, выполненном с возможностью отделения взаимодействия между ротором и статором от распределения нагрузки за исключением крутящего момента, создаваемого двигателем. Данное устройство предпочтительно, но оно также относительно тяжелое и требует много места, особенно в радиальном направлении.
Следовательно, существует необходимость в поворотном устройстве, которое является более легким и более компактным, особенно в радиальном направлении, чем обычное устройство, но которое способно выдерживать большие усилия без ущерба для точности и долговечности устройства.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Задачей настоящего изобретения является предоставление поворотного устройства для обеспечения вращательного движения, которое является компактным и которое выполнено с возможностью обеспечения вращательного движения без чрезмерного напряжения между статором и ротором. Еще одной задачей является обеспечение расположения кабелей и шлангов в незапутанном виде.
Изобретение относится к поворотному устройству для обеспечения вращательного движения, причем поворотное устройство содержит: первую крепежную часть, выполненную с возможностью прикрепления к стреле крана и тому подобному, вторую крепежную часть, выполненную с возможностью прикрепления к навесному орудию, корпус, соединяющий первую крепежную часть со второй крепежной частью, причем этот корпус выполнен с возможностью выдерживать нагрузки гидравлического инструмента и содержит подшипник и тому подобное, позволяя первой части корпуса вращаться относительно второй части корпуса, и гидравлический двигатель вращения, выполненный с возможностью обеспечения вращательного движения между первой и второй крепежными частями вокруг оси вращения, причем двигатель содержит статор и ротор, причем ротор расположен внутри статора так, чтобы вращаться относительно статора вокруг той же оси вращения, как первая и вторая крепежные части. Кроме того, гидравлические соединения, обеспечивающие гидравлический инструмент гидравлической текучей средой, расположены напротив первой крепежной части и по существу параллельно оси вращения через ротор двигателя, причем ротор расположен по меньшей мере частично внутри указанного корпуса, причем двигатель является полым, позволяя гидравлическим шлангам проходить через внутреннюю часть как ротора, так и статора вдоль направления продольной оси.
При указанном расположении шланги и кабели могут быть расположены центрально таким образом, что они не будут ограничивать вращение поворотного устройства. Кроме того, это достигается с помощью небольшой конструкции, в которой точность расположения между ротором и статором не снижается из-за больших нагрузок, действующих на поворотное устройство. В другом альтернативном варианте шарнирное соединение не является частью поворотного устройства, а выполнено в виде отдельной части, соединенной с поворотным устройством. Кроме того, тот факт, что двигатель является полым, позволяя трубопроводам размещаться по меньшей мере частично внутри, гарантирует, что соединения будут защищены.
В соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения выполнено поворотное соединение, посредством которого обеспечивается подача гидравлической текучей среды в гидравлический инструмент, причем гидравлические соединения обеспечены в центральной части поворотного соединения. Поворотное соединение гарантирует, что гидравлические шланги для гидравлического инструмента не будут препятствовать вращению поворотного устройства.
В соответствии с другим конкретным вариантом осуществления изобретения двигатель является полым, позволяя гидравлическим шлангам проходить через внутреннюю часть как ротора, так и статора вдоль направления продольной оси, причем гидравлические соединения обеспечены на центральной части поворотного соединения.
В соответствии с еще одним конкретным вариантом осуществления изобретения центральная часть поворотного соединения выполнена с возможностью вращения с ротором, который расположен внутри статора, а поворотный корпус поворотного соединения выполнен с возможностью размещения центральной части поворотного соединения и соединен со статором с возможностью вращения.
В одном конкретном варианте осуществления гидравлические соединения для снабжения гидравлического двигателя гидравлической текучей средой расположены напротив первой крепежной части и по существу параллельно оси вращения посредством или через ротор двигателя.
В альтернативном варианте осуществления гидравлические соединения для снабжения гидравлического двигателя гидравлической текучей средой расположены отдельно от гидравлических соединений для снабжения гидравлического инструмента гидравлической текучей средой на расстоянии от и/или со смещением от оси вращения ротора. В этом варианте осуществления гидравлическая текучая среда предпочтительно подается непосредственно в двигатель без необходимости поворота подаваемой гидравлической текучей среды, т.е., указанные гидравлические соединения проведены непосредственно в двигатель, а не через поворотное соединение.
В одном конкретном варианте осуществления ротор и центральная часть поворотного соединения объединены, и гидравлические соединения для снабжения гидравлического инструмента гидравлической текучей средой выполнены с возможностью обеспечения на осевом конце интегрированного ротора и указанной центральной части поворотного соединения напротив первой крепежной части.
В другом конкретном варианте осуществления блок передачи крутящего момента выполнен с возможностью передачи вращательного движения, обеспечиваемого двигателем, от ротора к первой крепежной части.
Предпочтительно, угломер выполнен с возможностью контроля вращения первой крепежной части относительно второй крепежной части. Угломер может быть обеспечен между любыми двумя частями, которые вращаются друг относительно друга в результате вращения, обеспечиваемого двигателем.
В конкретном варианте осуществления блок передачи крутящего момента содержит соединительный элемент, выполненный с возможностью скольжения по сопряженной радиальной дорожке, проходящей в радиальном направлении, перпендикулярном продольной оси, так чтобы обеспечить соединение между двигателем и одной из крепежных частей, причем это соединение по существу не содержит никакого зазора между двигателем и указанной крепежной частью в направлении вращения вокруг продольной оси, но имеет свободу движения в радиальном направлении, перпендикулярном продольной оси, и в осевом направлении вдоль продольной оси.
В другом конкретном варианте осуществления блок передачи крутящего момента выполнен с возможностью передачи вращательного движения, обеспечиваемого двигателем между первой и второй крепежными частями, причем блок передачи крутящего момента передает указанное вращательное движение без передачи существенных осевых и радиальных нагрузок, и при этом блок передачи крутящего момента содержит соединительный элемент, выполненный с возможностью скольжения по сопряженной радиальной дорожке, проходящей в радиальном направлении, перпендикулярном продольной оси так, чтобы обеспечить соединение между двигателем и одной из крепежных частей, причем это соединение по существу не содержит никакого зазора между двигателем и указанной крепежной частью в направлении вращения вокруг продольной оси, но имеет свободу движения в радиальном направлении, перпендикулярном продольной оси, и в осевом направлении вдоль продольной оси. При таком расположении между ротором и статором по существу не передаются осевые или радиальные усилия.
В конкретном варианте осуществления первый набор участков зацепления и второй набор участков зацепления выполнены с возможностью свободы движения относительно указанной крепежной части ротора в осевом направлении вдоль продольной оси.
В еще одном конкретном варианте осуществления поворотное устройство дополнительно содержит электрическое соединение, расположенное напротив первой крепежной части и по существу параллельно оси вращения посредством или через ротор двигателя, причем электрическое шарнирное соединение выполнено с возможностью обеспечения электрическими сигналами и/или энергией гидравлического инструмента.
В еще одном конкретном варианте осуществления поворотное устройство дополнительно содержит электрическое соединение, расположенное напротив первого крепления, причем поворотное устройство дополнительно содержит муфту для соединения для мочевины, расположенного напротив первой крепежной части и по существу параллельно оси вращения посредством или через ротор двигателя, причем шарнирное соединение выполнено с возможностью подачи мочевины в гидравлический инструмент.
Другие варианты осуществления и преимущества изобретения будут очевидны из следующего подробного описания.
Краткое описание фигур
Ниже изобретение будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 представлен перспективный вид поворотного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 2 представлено изображение в разобранном виде крепежной части поворотного устройства, блока передачи крутящего момента и ротора поворотного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления;
На фиг. 3 представлен вид в разрезе поворотного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления;
На фиг. 4 представлен вид в разрезе поворотного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 5 представлен вид в разрезе поворотного устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 6 представлено изображение в разобранном виде конкретного варианта осуществления блока передачи крутящего момента между ротором и крепежной частью; а
На фиг. 7 представлено изображение в разобранном виде блока передачи крутящего момента на фиг. 6, если смотреть с противоположной стороны.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 показан первый вариант осуществления поворотного устройства 10 в соответствии с изобретением. Поворотное устройство 10 выполнено с возможностью обеспечения вращательного движения между стрелой крана и гидравлическим инструментом, таким как рука с механическим захватом, механическая лопата, уборочная машина и тому подобное. Поворотное устройство содержит первую крепежную часть 15, выполненную с возможностью прикрепления к стреле крана и тому подобному, и вторую крепежную часть 16, выполненную с возможностью прикрепления к гидравлическому инструменту. Корпус 20 выполнен и соединяет первую крепежную часть 15 со второй крепежной частью 16. Корпус 20 выполнен с возможностью выдерживать нагрузки гидравлического инструмента и содержит подшипник 18 и тому подобное, позволяя первой части корпуса вращаться относительно второй части корпуса. Шарнирное соединение 41 для поворота гидравлической текучей среды к гидравлическому инструменту выполнено с возможностью соединения с двигателем 11. Вторая крепежная часть 16 расположена между указанным двигателем 11 и поворотным соединением 41. Следовательно, поворотное соединение 41 выполнено с возможностью размещения в гидравлическом инструменте (не показан).
Двигатель 11 выполнен с возможностью обеспечения вращательного движения между первой и второй крепежными частями 15, 16 вокруг оси вращения А. Двигатель содержит статор 13 и ротор 12, причем ротор 12 расположен внутри статора так, чтобы вращаться относительно статора 13 вокруг той же оси вращения А, как и первая и вторая крепежные части. Гидравлические соединения 31, выполненные с возможностью соединения с гидравлическими шлангами 40 для снабжения гидравлического инструмента гидравлической текучей средой, расположены напротив первой крепежной части 15 и по существу параллельно оси вращения А. В соответствии с изобретением гидравлические шланги выполнены с возможностью прохождения или по меньшей мере частично проходят через ротор 12 двигателя 11. В первом варианте осуществления, показанном на фиг. 1-3, гидравлические шланги проходят через ротор 12 двигателя 11, причем ротор 12 является полым и расположен внутри указанного корпуса 20. Кроме того, в этом первом варианте осуществления корпус 20 состоит из статора 13 и подшипника 18, что приводит к очень небольшой конструкции. Кроме того, второй набор гидравлических соединений 32 выполнен с возможностью снабжения двигателя 11 гидравлической текучей средой из шлангов 44.
Важным аспектом изобретения является то, что ротор 12 не несет продольной или радиальной нагрузки. Это достигается тем, что корпус 20 выполнен с возможностью переноса осевых и радиальных нагрузок, действующих между первой и второй крепежными частями 15, 16. Кроме того, блок 14 передачи крутящего момента выполнен с возможностью передачи вращательного движения, обеспечиваемого двигателем 11, между первой и второй крепежными частями, причем блок 14 передачи крутящего момента передает указанное вращательное движение без передачи существенных продольных или радиальных нагрузок.
Как показано на изображении в разобранном виде на фиг. 2, блок 14 передачи крутящего момента содержит промежуточный элемент 17, расположенный между двигателем 11 и корпусом 20. В показанном варианте осуществления он расположен между ротором 12 и первой крепежной частью 15. Промежуточный элемент 17 по существу не содержит зазор между ротором 12 и первой крепежной частью 15 в направлении вращения вокруг продольной оси А. Наоборот, блок 14 передачи крутящего момента имеет свободу движения как в плоскости X, Y, перпендикулярной продольной оси A, так и в осевом направлении вдоль продольной оси A. Следовательно, между ротором 12 и статором 13 по существу не передаются осевые или радиальные усилия. Блок 14 передачи крутящего момента альтернативно может быть расположен между ротором 12 и второй крепежной частью 16, причем статор в таком варианте осуществления будет соединен с первой крепежной частью 15 вместо второй крепежной части 16. Кроме того, блок 14 передачи крутящего момента может быть выполнен с возможностью соединения вращения статора с одной из крепежных частей, причем ротор будет соединен с другой из двух крепежных частей. Такой вариант осуществления, однако, потребовал бы специального корпуса, не содержащего статор.
Специальный промежуточный элемент 17 блока 14 передачи крутящего момента показанного первого варианта осуществления содержит первый набор участков 21 зацепления в форме выступов в осевом направлении A с параллельными сторонами, которые должны быть размещены в частях 26 для зацепления в форме углублений в крепежной части 15 ротора. Второй набор участков 22 зацепления, также в форме выступов в осевом направлении А с параллельными сторонами, размещен в частях 25 для зацепления в форме углублений в роторе 12. Первый набор участков 21 зацепления выполнен с возможностью обеспечения свободы движения относительно указанного ротора в первом направлении Х, перпендикулярном продольной оси А, и второй набор участков 22 зацепления выполнен с возможностью обеспечения свободы движения относительно указанной крепежной части 15 ротора во втором направлении Y, перпендикулярном продольной оси A и указанному первому направлению X. Параллельные стороны соответствующих выступов частей 21, 22 зацепления выполнены с возможностью скольжения внутри параллельных сторон соответствующего зацепляющего углубления частей 25, 26 для зацепления. Оба набора участков 21, 22 зацепления обеспечивают определенную свободу движения в осевом направлении А. Как правило, ширина промежуточного элемента 17 меньше, чем доступное пространство, обеспечиваемое между ротором 12 и крепежной частью 15 ротора, так что осевой промежуток 34 доступен, чтобы обеспечить определенную свободу движения в осевом направлении A, как указано на фиг. 3. Наборы частей 21, 22 зацепления промежуточного элемента 17 могут проходить радиально или продольно, в зависимости от того, что больше подходит для любого конкретного варианта применения.
Кроме того, в более простом варианте осуществления, показанном на фиг. 6 и 7, блок передачи крутящего момента содержит соединительный элемент 37, обычно в форме установочного штифта, который расположен на сопряженной дорожке 38, которая проходит радиально и по которой соединительный элемент 37 может перемещаться в радиальном направлении. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6 и 7, соединительный элемент 37 закреплен в отверстии 39 в первой крепежной части 15, которая соединена с ротором 12, причем ротор содержит сопряженную дорожку 38, которая проходит радиально, причем указанная дорожка 38 имеет ширину, которая соответствует ширине соединительного элемента 37, так чтобы не допустить какого-либо зазора в направлении вращения, но чтобы обеспечить скользящее движение в радиальном направлении. В альтернативном варианте осуществления два соединительных элемента выполнены с возможностью скольжения по дорожке, проходящей из стороны в сторону, или по двум соответствующим сопряженным дорожкам, проходящим параллельно вдоль одной и той же линии на противоположных сторонах ротора 12. В качестве альтернативы соединительный элемент (элементы) 37 могут быть расположены на роторе, а дорожка (дорожки) 39 могут быть расположены в первой или второй крепежной части. Кроме того, вместо этого может быть организовано взаимодействие между статором и одной из первой и второй крепежных частей.
Как показано на фиг. 3, выполнено поворотное соединение 41, посредством которого гидравлическая текучая среда подается в гидравлический инструмент (не показан). Гидравлический инструмент выполнен с возможностью прикрепления ко второй крепежной части 16, которая в показанном варианте осуществления расположена между статором 12 и корпусом 43 поворотного соединения 41. Следовательно, поворотное соединение 41 выполнено с возможностью размещения по меньшей мере частично внутри гидравлического инструмента (не показан). Корпус 43 поворотного соединения 41 выполнен с возможностью вращения со статором 13 двигателя, тогда как центральная часть 42 поворотного соединения 41 выполнена с возможностью вращения с ротором 12.
В первом варианте осуществления двигатель 11 является полым, позволяя гидравлическим шлангам 40 проходить через внутреннюю часть как ротора 12, так и статора 13 вдоль направления продольной оси А. Гидравлические соединения обеспечены на центральной части 42 поворотного соединения 41. Как упомянуто выше, центральная часть 42 поворотного соединения 41 выполнена с возможностью вращения с ротором 12, который расположен внутри статора 13. Поворотный корпус 43 поворотного соединения 41 выполнен с возможностью размещения центральной части 42 поворотного соединения 41 и соединен со статором 13 с возможностью вращения.
Как показано на фиг. 3, гидравлические соединения 32 для соединения с гидравлическими шлангами 44 для снабжения гидравлического двигателя 11 гидравлической текучей средой могут быть расположены рядом с гидравлическими соединениями 31 для гидравлического инструмента, следовательно, напротив первой крепежной части 15 по существу параллельно оси вращения A посредством или через ротор 12 двигателя 11. Гидравлическая текучая среда для двигателя проходит от ротора 12 через поворотное соединение 41 и обратно к статору 13 двигателя 11.
Угломер 34 выполнен с возможностью контроля вращения первой крепежной части 15 относительно второй крепежной части 16, например, путем контроля вращения ротора 12 относительно статора 13 или корпуса 20. Угломер может быть расположен в любом месте между двумя частями поворотного устройства 10, которые вращаются друг относительно друга, когда двигатель 11 приводят в действие.
Во втором варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 4, гидравлические соединения 33 для снабжения гидравлического двигателя 11 гидравлической текучей средой расположены отдельно от гидравлических соединений 31 для снабжения гидравлического инструмента гидравлической текучей средой на расстоянии от и/или со смещением от оси вращения А ротора 12. В этом варианте осуществления гидравлическая текучая среда, подаваемая посредством гидравлических соединений 33 для приведения в действие гидравлического двигателя 11, не нуждается в повороте. Это связано с тем, что первая крепежная часть 15, от которой гидравлические шланги поступают в двигатель 11, вращается вместе с корпусом 20, так что гидравлические соединения 33 могут быть расположены непосредственно в корпусе, обычно в статоре 13 двигателя.
Это связано с тем, что в этом втором варианте осуществления статор 13 соединен с возможностью вращения с первой крепежной частью 15, которая выполнена с возможностью прикрепления к стреле крана и тому подобному, из которой обеспечены гидравлические шланги. Концевая часть 50 такой стрелы крана показана на фиг. 4. Таким образом, ротор 12 выполнен с возможностью вращения со второй крепежной частью 16 и с корпусом 43 поворотного соединения 41. Центральная часть 42 поворотного соединения 41 выполнена с возможностью вращения со статором 13. В показанном варианте осуществления предоставлена трубка 48 для соединения нижней части первой крепежной части 15 с центральной частью 42 поворотного соединения 41.
Что касается первого варианта осуществления, вторая крепежная часть 16 второго варианта осуществления расположена между двигателем 11 и поворотным соединением 41. Следовательно, шарнирное соединение 41 выполнено с возможностью размещения внутри гидравлического инструмента.
Также на фиг. 4 показано электрическое шарнирное соединение 47, которое выполнено с возможностью соединения с поворотным соединением 41 для обеспечения электроэнергией и сигналами инструмента или функций управления, выполненных в связи с ним. То есть большинство гидравлических инструментов имеют функции с электрическим управлением, которые должны иметь электронное управление и/или электропривод, и для подачи требуемого электричества к вращающимся частям без необходимости в мешающих кабелях, требуется поворотное направление электроэнергии и сигналов. Электрический кабель (кабели) предпочтительно расположены рядом с гидравлическими соединениями напротив первой крепежной части 15 и по существу параллельно оси вращения А. Следовательно, в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления изобретения электрический кабель (кабели) проходит/проходят через ротор 12 двигателя 11. Аналогично, трубопровод для подачи мочевины может быть расположен рядом с гидравлическими шлангами и электрическими кабелями. Мочевину используют в вариантах применениях для лесной промышленности, и поэтому возможность подачи мочевины предпочтительно должна быть доступна для всех поворотных устройств. Кроме того, шарнирное соединение для мочевины, следовательно, также выполнено с возможностью соединения с поворотным соединением 41.
В третьем варианте осуществления, показанном на фиг. 5, ротор 12 и центральная часть 42 поворотного соединения 41 объединены, причем гидравлические соединения 31 для снабжения гидравлического инструмента гидравлической текучей средой обеспечены на осевом конце интегрированного ротора 12 и указанной центральной части 42 поворотного соединения 41 напротив первой крепежной части 15 для соединения с гидравлическими шлангами 40, проходящими от стрелы крана. Гидравлические соединения 32 для соединения со шлангами 44 для подачи гидравлической текучей среды в двигатель 11 также обеспечены на осевом конце интегрированного ротора 12 и указанной центральной части 42, например, рядом с гидравлическими соединениями 31 для гидравлического инструмента. Соединения для мочевины и электроэнергии и сигналов предпочтительно также обеспечены рядом с указанными гидравлическими соединениями 31, 32. Электрическое шарнирное соединение 47 выполнено с возможностью соединения с поворотным соединением 41.
В этом варианте осуществления электрическое шарнирное соединение 47 выполнено с возможностью размещения по меньшей мере частично внутри гидравлического инструмента (не показан), тогда как поворотное соединение 41 является частью корпуса 20. В частности, вторая крепежная часть 16 для прикрепления гидравлического инструмента к поворотному устройству 10 обеспечена в качестве интегрированной части корпуса 43 поворотного соединения 41.
Как видно на фиг. 5, первая крепежная часть 15 прикреплена к внешней части 18а подшипника 18, который выполнен с возможностью вращения с ротором 12. Однако блок 14 передачи крутящего момента выполнен с возможностью передачи вращательного движения, обеспечиваемого двигателем 11 от ротора 12 к первой крепежной части 15, причем блок 14 передачи крутящего момента передает указанное вращательное движение без передачи существенных осевых и радиальных нагрузок. Следовательно, первая крепежная часть 15 не жестко соединена с ротором 12. Вместо этого первая крепежная часть 15 и ротор 12 соединены между собой с возможностью вращения посредством блока 14 передачи крутящего момента. Внутренняя часть 18b подшипника 18 соединена с возможностью вращения со статором 13 и корпусом 43 поворотного соединения 41.
Преимущество вариантов осуществления изобретения относительно поворотных устройств предшествующего уровня техники заключается в том, что гидравлические шланги не будут ограничивать вращение двигателя 11. Кроме того, это может быть достигнуто с помощью уменьшенной, не громоздкой конструкции, потому что соединения расположены центрально вдоль продольного направления A к или через ротор, который не несет нагрузок, что может быть достигнуто благодаря блоку 14 передачи крутящего момента.
Как видно на фиг. 5 поворотное устройство обеспечено тормозным устройством 46 для ограничения вращательного движения поворотного устройства 10 относительно стрелы крана и тому подобного, на которой оно расположено.
Вышеизложенное изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако изобретение не ограничено этими вариантами осуществления. Например, изобретение содержит любую возможную комбинацию показанных вариантов осуществления, и другой не показанный вариант осуществления с аналогичными функциональными возможностями. Изобретение ограничено только прилагаемой формулой изобретения.