УСТРОЙСТВО ВЫДВИЖЕНИЯ СЕКЦИЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ СТРЕЛ

Полезная модель относится к грузоподъемной технике, в частности, к судовым кранам с гидроцилиндровым механизмом изменения длины телескопической стрелы, имеющей три подвижных телескопических секции, не считая корневой. Заявляемое техническое решение может быть использовано в механизмах с возвратно-поступательными длинноходовыми перемещениями в дорожных, строительных и сельскохозяйственных машинах.
Известны устройства с возвратно-поступательным движением, использующие в качестве силового привода различные конструкции гидроцилиндров одностороннего или двухстороннего действия, с подвижным штоком и гильзой цилиндра в качестве исполнительного звена, с регулируемой скоростью движения или управляемой величиной перемещения (см., например, Т.М. Башта, «Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем», М., «Машиностроение», 1974).
Для реализации больших величин хода (от трех метров и более) в условиях ограниченного пространства, недостаточного для размещения нескольких одинарных гидроцилиндров, используют телескопические цилиндры, состоящие из совмещенных двух или более (возможно до шести)
цилиндров. Величина хода выходного звена телескопического цилиндра, содержащего несколько концентрически расположенных рабочих камер, составит сумму ходов всех штоков с поршнями. Такое суммирование возможно, если внутреннюю полость поршневого штока использовать в качестве цилиндра для поршня второй ступени; внутреннюю полость штока поршня второго цилиндра - для последующего (третьего) цилиндра и т.д. Для подачи рабочей жидкости в концентрические камеры цилиндра относительно часто используют осевые сверления в штоках или полые штоки.
К недостаткам телескопических гидроцилиндров, простых по конструктивному исполнению, следует отнести многочисленность и сложность узлов уплотнения штоков, совершающих возвратно-поступательные движения, причем работоспособность узлов уплотнения снижается по мере увеличения диаметров штоков, роста давления рабочей жидкости и зависит от климатических и иных условий эксплуатации.
Использование телескопических гидроцилиндров в грузоподъемных устройствах, например, с выдвижными стрелами ограничивается из-за относительно высоких массогабаритных показателей.
Известны конструкции грузоподъемных машин с телескопическими стрелами на жесткой опоре, использующих гидроцилиндры в механизмах изменения их длин, которые последовательно выдвигают составные секции стрелы, при этом сами гидроцилиндры размещаются как внутри секции, так и на наружных частях самой стрелы, при этом их кинематическая связь с составными частями стрелы обеспечивается проушинами как штоков, так и гильз цилиндров (см, например, А.А. Вайсон. Подъемно-транспортные машины, М., «Машиностроение», 1974). Однако, при закреплении гидроцилиндров на подвижных секциях стрелы возникают трудности с подводкой рабочей жидкости, когда, кроме гидроцилиндров, необходимо дополнительно разместить относительно длинный гибкий шланг и обеспечить герметизацию его штуцерных соединений. В этой связи
закрепление гидроцилиндров на неподвижных частях стрел, например на корневой секции, имеет преимущество и позволяет использовать жесткие трубопроводы для гидравлических соединений вместо длинных гибких шлангов. Однако, наиболее простое конструктивное решение достигается, если телескопическую стрелу с двумя выдвижными секциями выполнить на базе двух гидроцилиндров, когда каждая секция выдвигается своим гидроцилиндром, если отсутствуют требования по синхронности их перемещений.
Число гидроцилиндров (см. Патент RU 2128622 С1, МПК В66С 23/88), которые необходимо закреплять на выдвижных секциях, может быть сокращено, если в механизмах выдвижения использовать канатный мультипликатор в сочетании с гидроцилиндром на корневой секции. Подобный механизм был применен для выдвижения двух секций телескопической стрелы автомобильного крана КС-5473 (см. Л.В. Зайцев, М.Д. Полосин., Автомобильные краны. М. 1987). Концы каната мультипликатора в этом механизме закреплены на корневой и последней выдвижной секциях, при этом канат пропущен через восьмикратный полиспаст с переменным межосевым расстоянием, задаваемым выходом штока гидроцилиндра, расположенного внутри корневой секции. Канатный мультипликатор в этой конструкции телескопической стрелы упростил узел подводки рабочей жидкости к гидроцилиндру, однако, необходимость размещения восьмикратного полиспаста внутри стрелы, необходимость периодического подтягивания концов каната по мере вытягивания его при эксплуатации, труднодоступность для осмотра и обслуживания шкивных блоков с перемещаемой осью вращения привели к росту массогабаритных показателей стрелы и ограничению количества ее выдвижных секций до двух.
Указанный недостаток устранен в конструкции, в которой канатный мультипликатор заменен гидроцилиндром, телескопическая стрела выполнена с тремя подвижными, синхронно перемещающимися секциями
(см. Патент RU 2434089, C1, В66С 23/00). В рассматриваемой конструкции телескопической стрелы упрощен узел подводки рабочей жидкости к гидроцилиндру.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому по совокупности признаков является устройство изменения длины телескопической стрелы крана КС-7471 (см. стр. 91-92, Смирнов О.А., Улитенко И.П. Гидравлические стреловые краны на специальных шасси. - М., «Высшая школа», 1987), принятое за прототип.
Телескопическая стрела этого крана имеет три подвижных и корневую (относительно неподвижную) секции и приводной механизм с двумя гидроцилиндрами, размещенными внутри стрелы, при этом гидроцилиндры соединены с выдвижными секциями проушинами своих штоков и обеспечивают выдвижение секций при перемещении штоков под действием потока рабочей жидкости, поступающей в гидроцилиндры по гибким шлангам.
К недостаткам устройства, принятого за прототип, следует отнести многоэтапный процесс изменения длины телескопической стрелы, когда необходимо предварительно выдвинуть две последние секции, механически соединенные между собой съемным пальцем, затем палец освобождается, а предпоследняя секция втягивается обратно в исходное положение. Снятый палец затем используется для соединения последней (вытянутой) секции с предпоследней (втянутой), превращая тем самым две выдвижные секции стрелы в одну удлиненную, при этом кинематика механизма изменения длины сводится к выдвижению двух секций стрелы двумя гидроцилиндрами. Однако, динамические нагрузки в узлах шарнирного закрепления гидроцилиндров внутри выдвижных секций, толчки, удары, возникающие при движении секций, особенно удлиненной, по направляющим под воздействием перемещающихся штоков остаются заметными.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является устранение всех выше перечисленных в аналогах недостатков и обеспечение выполнения всех требований, которые предъявляются к устройству выдвижения секций телескопических стрел, а именно:
- синхронность и плавность движения секций стрелы с заданной скоростью;
- снижение динамической нагруженности в узлах шарнирного крепления проушин штоков и гильз гидроцилиндров внутри выдвижных секций после длительного пребывания под внешним гидростатическим воздействием;
- надежная работоспособность и долговечность гидромеханизма в сочетании с простотой технического обслуживания.
Технический результат заявляемого устройства заключается в конструктивном исполнении устройства изменения длины телескопической стрелы с заданным числом выдвижных секций с определенными массогабаритными показателями каждой из них, а также в реализации гидравлической схемы последовательного соединения рабочих полостей гидроцилиндров, обеспечивающей компактность, надежность и долговечность устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство выдвижения секций телескопических стрел содержит корневую секцию, три выдвижных телескопических секции и гидроцилиндры, соединенные с ними своими гильзами и проушинами штоков, снабженных осевыми сверлениями, обеспечивающие выдвижение секций под действием потока рабочей жидкости, поступающей в поршневые полости гидроцилиндров, а при втягивании секций в штоковые полости гидроцилиндров. Новизна заключается в том, что для выдвижения телескопических секций использованы гидроцилиндры, гильзы которых закреплены на корневой секции, а также гидроцилиндры, помещенные внутри средней секции,
гильзы последних стянуты друг с другом хомутами, один из которых снабжен осью, соединяющей его с боковинами средней секции, а другой имеет разнесенные относительно друг друга ролики, опирающие его на нижнюю ездовую полку, выполненную на концевой секции, при этом проушины разнонаправленных штоков этих гидроцилиндров шарнирно соединены осями со второй и концевой секциями, одновременно штоковые и поршневые полости всех гидроцилиндров соединены гидравлически в отдельные магистрали с помощью трубопроводов и осевых сверлений отверстий в подвижных штоках, а поршневые полости на выходе из гидроцилиндров снабжены встроенными ограничителями расхода с дросселями, при этом подвод рабочей жидкости выполнен через штуцер одного из гидроцилиндров на корневой секции присоединенным к нему питающим трубопроводом гидросистемы крана, а магистраль, связывающая штоковые полости, соединена непосредственно со сливом гидросистемы.
Конструктивное размещение однотипных гидроцилиндров на телескопической стреле с тремя выдвижными секциями, объединение при этом двух гидроцилиндров в один узел с использованием хомутов, шарнирно раскрепленных внутри одной выдвижной секции, последовательное гидравлическое соединение рабочих полостей всех гидроцилиндров магистралями с помощью трубопроводов и штоков, в которых выполнены осевые сверления, а также использование встроенных ограничителей расходов с дросселями позволяют решить поставленные выше задачи.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где представлены: на фиг. 1 - устройство телескопической стрелы, состоящей из корневой и трех подвижных секций; на фиг. 2 - устройство гидроцилиндра с осевым подведением рабочей жидкости, оборудованного ограничителем расхода с дросселем; на фиг. 3 - конструкция хомута с осью шарнирного закрепления; на фиг. 4 - конструкция хомута с разнесенными направляющими роликами.
На фиг. 1 заявляемое устройство выдвижения секций телескопических стрел включает в себя, кроме корневой 1 (относительно неподвижной), три выдвижных телескопических секции 2, 3 и 4, а также гидроцилиндры 5, 6 и 7, соединенные с ними своими гильзами 8 (фиг. 2) и проушинами 14 (фиг. 2) штоков 9 (фиг. 2), обеспечивающих выдвижение телескопических секций при своих перемещениях под действием потока жидкости, поступающей в рабочие полости гидроцилиндров 5, 6 и 7, при этом для выдвижении секций использованы гидроцилиндры 5 (гидроцилиндр 5 и второй идентичный ему гидроцилиндр, расположенный на корневой секции, на противоположной стороне ее, параллельно гидроцилиндру 5), гильзы которых закреплены на корневой секции 1, а также гидроцилиндры 6 и 7, помещенные внутри средней секции 3, а гильзы этих гидроцилиндров стянуты друг с другом хомутами 10 и 11, при этом хомут 10 снабжен осью 12 (фиг. 3), соединяющей его с боковинами средней секции 3, а хомут 11 имеет разнесенные относительно друг друга ролики 13 (фиг. 4), опирающие его на нижнюю ездовую полку 25 концевой секции 4, при этом проушины 14 разнонаправленных штоков гидроцилиндров 6 и 7 шарнирно соединены осями 15 и 16 со второй и концевой 4 секциями. Одновременно штоковые 17 (фиг. 2), а также поршневые полости 18 (фиг. 2) всех гидроцилиндров соединены гидравлически с помощью трубопроводов 19 (фиг. 1) и осевых сверлений их подвижных штоков 9 в отдельные магистрали, а поршневые полости 18 на выходе из гидроцилиндров 5 и 6 снабжены встроенными ограничителями расходов 20 (фиг. 2) с дросселями 22 (фиг. 2), при этом подвод потока рабочей жидкости осуществлен через штуцер 21 (фиг. 2) одного из гидроцилиндров 5 на корневой секции 1 и присоединенный к нему питающий трубопровод гидросистемы крана, а магистраль, соединяющая штоковые полости 17, связана непосредственно со сливом этой гидросистемы.
Заявляемое устройство до начала работы находится в исходном (походном) положении, при котором выдвижные секции 2, 3 и 4 втянуты
внутрь корневой секции 1, а кинематически связанные с ними штоки 9 расположены внутри своих гидроцилиндров 5, 6 и 7, при этом рабочая жидкость, заполняющая в этом положении штоковые полости, удерживается в них гидрозамками крана (на работу заявляемого устройства гидрозамки влияние не оказывают и для упрощении на рисунках не показаны).
Для начала процесса выдвижения секций 2, 3 и 4 к питающему штуцеру 21 одного из гидроцилиндров 5 на корневой секции 1 подается поток рабочей жидкости, который поступает в поршневые полости гидроцилиндров 5. Одновременно рабочая жидкость из магистрали штоковых полостей через открытый гидрозамок начнет поступать в сливную гидромагистраль крана.
Поток рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров 5 по осевым сверлениям в их штоках поступит в поршневую полость 18 гидроцилиндра 6, отжав при этом клапан ограничителя расхода 20, перекрывающего этот осевой канал, и одновременно через соединительный штуцер 23 (фиг. 2) по присоединенному к нему трубопроводу 19 в поршневую полость последнего гидроцилиндра 7. По мере нарастания давления в поршневых полостях всех гидроцилиндров их штоки начнут выдвижения секций, при этом штоки гидроцилиндров 5, опираясь на ось 15, закрепленную на корневой секции 1, начнет выдвигать секцию 2, а разнонаправленного движения штоки гидроцилиндров 6 и 7, опираясь на оси 12 и 16, соединенные с секциями 3 и 4, начнут соответственно выдвигать их в рабочее положение.
Скорость выдвижения секций задается усилием пружин, поджимающих клапана к седлам ограничителей расхода 20. Удержание рабочей жидкости в полостях гидроцилиндров и удержание их штоков в фиксированных положениях обеспечивается гидрозамками, установленными в питающей гидросистеме. Втягивание секций 2, 3 и 4 производится в том же алгоритме, но при этом поток рабочей жидкости от питающей гидросистемы подается к штоковому штуцеру 24 (фиг. 2) второго
гидроцилиндра 5, расположенного на корневой секции 1, а штуцер 21 запитки поршневых полостей соединен трубопроводом непосредственно со сливом (на рисунках не показан). Однако, во избежание ударов штоков гидроцилиндров и секций об упоры в процессе втягивания, а также возможных повреждений гидромагистралей и падения давления в поршневых полостях скорость втягивания секций и штоков замедляется за счет дросселей 22 ограничителя расхода.
Заявляемое устройство выдвижения секций телескопических стрел, включающее в себя, кроме корневой (относительно неподвижной), три выдвижных телескопических секции и гидроцилиндры, соединенные с ними своими гильзами и проушинами штоков, обеспечивающие их выдвижение при своих относительных перемещениях под действием потока рабочей жидкости, поступающей в поршневые полости, а при втягивании секций в штоковые полости гидроцилиндров по осевым сверлениям их штоков, позволяет обеспечить простоту конструктивного исполнения, когда каждая секция телескопической стрелы перемещается посредством шарнирно связанного с нею гидроцилиндра, внешние гидравлические соединения которого выполнены в виде трубопроводов и осевых сверлений штока, при этом для выдвижения телескопических секций использованы гидроцилиндры, гильзы которых закреплены на корневой секции, а также гидроцилиндры, помещенные внутри средней секции, гильзы которых стянуты друг с другом хомутами, один из которых снабжен осью, соединяющей его с боковинами средней секции, а другой имеет разнесенные относительно друг друга ролики, опирающие его на нижнюю ездовую полку концевой секции, при этом проушины разнонаправленных штоков этих гидроцилиндров шарнирно соединены осями со второй и концевой секциями.
Принятое размещении однотипных гидроцилиндров обеспечивает оптимальную компактность телескопических стрел с увеличенным числом выдвижных секций по сравнению с широко распространенной классической
конструкцией этих стрел с двумя выдвижными секциями. Увеличение полезной длины телескопических стрел за счет числа секций широко используется в современном краностроении. Заявляемое устройство, например, позволяет увеличить число секций путем добавления еще одной к концевой секции, снабдив шток гидроцилиндра для ее выдвижения осевым сверлением по образцу предыдущего, либо добавить секцию между корневой и первой выдвижной секциями, расположив ее приводной гидроцилиндр снаружи и/или внутри, если допускает компоновка стрелы.
Использование осей для шарнирного соединения проушин гидроцилиндров с выдвижными секциями, упор гидроцилиндров на ездовые полки выдвижных секций с использованием роликов делают процесс перемещения секций устойчивым, без возможных колебаний и дополнительных динамических воздействий, при этом указанные устройства размещены с учетом их доступности для проведения осмотров, технического обслуживания и других регламентных работ.
Заявляемое устройство содержит гидроцилиндры со штоковыми, а также поршневыми полостями, соединенными гидравлически в отдельные магистрали с помощью трубопроводов и осевых сверлений отверстий в их подвижных штоках, а поршневые полости на выходе из гидроцилиндров снабжены встроенными ограничителями расхода с дросселями, при этом подвод рабочей жидкости осуществлен через штуцер одного из гидроцилиндров на корневой секции присоединенным к нему питающим трубопроводом гидросистемы крана, а магистраль, соединяющая штоковые полости, соединена непосредственно со сливом этой гидросистемы.
Схема гидравлических соединений, в которой поршневые и штоковые полости соединены отдельными магистралями, позволяет обеспечить одновременное и синхронное перемещение всех секций, причем заданная скорость их выдвижения определяется настройкой ограничителей расходов,
установленных на штоках внутри гидроцилиндров, при этом ограничители расходов не подвергаются внешнему гидростатическому воздействию.
Конструкция заявляемого устройства выдвижения секций телескопической стрелы с тремя подвижными секциями может быть реализована на базе унифицированных и стандартизированных узлов и деталей судовых кранов, работоспособность которых подтверждена длительной эксплуатацией в морских условиях на судах с неограниченным районом плавания.