Устройство вращения рабочего оборудования гидравлического экскаватора

Полезная модель относится к строительно-дорожному машиностроению, в частности к гидравлическим одноковшовым экскаваторам, и может быть использована при проектировании землеройных машин.
Из уровня техники известны следующие решения.
Известен механизм поворота ковша гидравлического экскаватора, заключающийся в шарнирном соединении непосредственно ковша и штока гидроцилиндра (Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности «Подъемно- транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин и др.; Под общ. ред. Д.П. Волкова. – Машиностроение, 1992 - 448 с. (с. 147, рис. 8.1 и 8.2)). Недостатком такой конструкции является малый угол поворота ковша и то, что оно не обеспечивает быструю смену ковша для работы выше или ниже уровня стоянки.
Известно рабочее оборудование гидравлического экскаватора, включающее рукоять, ковш, гидравлический цилиндр, коромысло, тягу и соединяющие их шарниры (Машины для земляных работ: Учебник для студентов вузов по специальности «Подъемно- транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин и др.; Под общ. ред. Д.П. Волкова. - Машиностроение, 1992 - 448 с. (с. 152, рис. 9.1 и с.157, рис. 9.7г)). Такая конструкция механизма поворота ковша является наиболее распространенной. Введение в конструкцию коромысла и тяги позволило увеличить угол поворота ковша экскаватора, кроме того, такое устройство не позволяет разрабатывать грунт выше уровня стоянки (оборудование - прямая лопата).
Известно рабочее оборудование одноковшовых гидравлических экскаваторов (Пат. 2310044 Российской Федерации, МПК Е02F 3/38. Рабочее оборудование одноковшовых гидравлических экскаваторов / Хребто И.Ф., Хребто Е.С., Богданов А.М., Хребто С.И.; Заявитель и патентообладатель Южно-российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). № 2005139253/03; заявл. 15.12.2005; опубл. 10.11.2007, Бюл. № 31. 10 с.), у которого телескопическая рукоять имеет механизм вращения (поворота) относительно своей продольной оси и обеспечивает разработку грунта как выше, так и ниже уровня стоянки. Такое устройство полностью разгружает механизм вращения от усилий копания. Однако оно отличается большой громоздкостью и сложностью.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для быстрой замены рабочего органа в описании к патенту на полезную модель № 114972, МПК E02F3/43 от 16.12.2011, опубл. 20.04.2012, содержащее сварную конструкцию, собранную на несущей плите, оснащенную отверстиями для крепления на рукояти цилиндрическими пальцами и имеющую привод, состоящий из червячного редуктора и гидромотора.
Известное устройство обеспечивает быструю смену рабочего органа и его поворот на 360°, однако оно применительно к рабочему оборудованию экскаватора (прямая или обратная лопата) существенно уменьшает радиус копания (на 10-12% для экскаватора IV размерной группы), что приводит к уменьшению реальной вместимости ковша. Устройство обладает невысокой надежностью вследствие нагрузки элементов механизма привода (вращателя) силовым потоком от большого усилия копания, что существенно увеличивает размеры всего устройства.
Техническая проблема, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в обеспечении копания грунта выше и ниже уровня стоянки без смены ковша при полной разгрузке механизма привода (вращения) от силового потока со стороны усилия копания.
Поставленная задача решается включением в выполнении механизма вращения ковша с поворотной плитой, соединенной с несущей плитой ковша фиксаторами с возможностью их отсоединения с небольшим зазором при снятии фиксаторов для поворота рабочего оборудования в нужное положение.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявленной полезной моделью, является возможность закрепления рабочего оборудования под любым углом относительно несущей конструкции с полной разгрузкой механизма вращения от разноименных нагрузок, принимаемых рабочим оборудованием при эксплуатации.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции устройства вращения ковша гидравлического экскаватора, включающего связанные между собой рукоять, гидроцилиндр привода ковша, коромысло, тяги и несущую плиту, шарнирно соединенную с тягами и рукоятью, при этом несущая плита снабжена механизмом вращения рабочего оборудования. Механизм вращения рабочего оборудования соединен с поворотной плитой, на которой установлено рабочее оборудование, причем несущая плита и поворотная плита соединены фиксаторами.
За счет соединения несущей плиты и поворотной плиты фиксаторами, которые снимаются при необходимости смены угла установки рабочего оборудования, после чего между несущей плитой и поворотной плитой образуется небольшой зазор, можно произвести поворот рабочего оборудования на необходимый угол без разбора конструкции и без трения между плитами, после чего зафиксировать его в нужном положении фиксаторами. При этом вся нагрузка, принимаемая оборудованием при работе (например, при копании), передается несущей плите и не затрагивает элементы механизма вращения, что позволяет уменьшить размеры механизма вращения и увеличить радиус копания ковша по сравнению с известными устройствами.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.
Фиг. 1 - вид устройства в исходном положении для копания ниже уровня стоянки.
Фиг. 2 - вид устройства в верхнем положении при копании выше уровня стоянки.
Фиг. 3, 4 - схема взаимодействия элементов устройства вращения рабочего оборудования.
Фиг. 5 - вид устройства со стороны рукояти.
Фиг. 6 - вид устройства в конечном положении при копании ниже уровня стоянки.
Фиг. 7 - вид устройства в начальном положении при копании выше уровня стоянки.
Механизм вращения ковша гидравлического экскаватора включает рукоять 1, гидроцилиндр привода ковша 2, коромысло 3, тяги 4 и несущую плиту 5.
Рукоять 1 шарнирно связана с гидроцилиндром 2 привода ковша со стороны поршневой полости. Коромысло 3 выполнено в виде жесткой пластины и шарнирно связано с одной стороны со штоком гидроцилиндра 2 и с другой стороны шарнирно соединено с рукоятью 1. Несущая плита 5 шарнирно соединена с рукоятью 1 посредством шарнирных элементов, ответные части которых жестко закреплены на рукояти и на несущей плите. Тяги 4 представляют собой жесткие пластины, соединенные между собой, либо одну пластину с поперечным сечением примерно 30×100 мм. Тяги 4 шарнирно соединены со штоком поршня гидроцилиндра 2 с одной стороны и с несущей плитой 6 - с другой стороны.
На несущей плите 5 установлен механизм вращения 6 рабочего оборудования 7 (ковш) с приводом, на поворотной части механизма вращения 6 рабочего оборудования установлена поворотная плита 8 со съемными фиксаторами 9. Фиксаторы 9 могут иметь различную конструкцию. В настоящем устройстве предпочтительно применять малогабаритные клиновые фиксаторы с гидроприводом. В данном случае фиксаторы 9 жестко устанавливаются на поворотной плите 8.
Ступица 10 поворотной плиты 8 установлена на валу 11 механизма вращения 6 рабочего оборудования 7 посредством упругих элементов 12, которые могут быть выполнены из тарельчатых пружин соответствующей жесткости. Рабочее оборудование - ковш 7 жестко соединен с поворотной плитой 8. Соединение ковша 7 и поворотной плиты 8 можно выполнить съемным (варианты различные, предпочтительны клиновые соединения), также ковш 7 и поворотную плиту 8 возможно изготовить за одно целое. Главное - они при работе должны представлять единую жесткую вращающуюся конструкцию.
Механизм вращения ковша гидравлического экскаватора работает следующим образом. Перед выполнением операций копания оператор должен жестко закрепить рабочее оборудование (ковш) 7 на поворотной плите 8 механизма вращения 6. Для выполнения операций копания оператор устанавливает рабочее оборудование (ковш) 7 в рабочее положение, соответствующее копанию выше или ниже уровня стоянки экскаватора. Для этого он сначала отключает фиксаторы 9, для чего разъединяет кинематически поворотную плиту 8 и несущую плиту 5, а затем механизмом вращения 6 поворачивает поворотную плиту 8 в рабочее положение (фиг. 1), например, для копания ниже уровня стоянки экскаватора. При этом упругие элементы 12 перемещают освобожденную от фиксаторов 9 ступицу 10 в осевом направлении, обеспечивая зазор «а» (фиг. 3, 4) между поворотной плитой 8 и несущей плитой 5. Механизм вращения (фиг. 5) устанавливает рабочее оборудование (ковш) 7 в положение для копания ниже уровня стоянки машины (фиг. 1), а оператор фиксирует рабочее положение ковша 7 включая фиксаторы 9, которые выбирают зазор «а» между поворотной плитой 8 и несущей плитой 5 и жестко их соединяют, деформируя при этом упругие элементы 12. Далее оператор выполняет разработку грунта ниже уровня стоянки обычным образом.
Для поворота ковша в положение, необходимое для копания грунта выше уровня стоянки (фиг. 7), оператор отключает фиксаторы 9 и поворачивает механизмом вращения 6 поворотную плиту 8 в новое рабочее положение (фиг. 2). При этом упругие элементы 12 перемещают ступицу 10, освобожденную от фиксаторов 9 поворотной плиты 8, в осевом направлении, обеспечивая зазор «а» (фиг. 3, 4) между поворотной плитой 8 и несущей плитой 5. Механизм вращения устанавливает рабочее оборудование (ковш) 7 в положение для копания выше уровня стоянки машины (фиг. 7), а оператор фиксирует новое рабочее положение ковша 7, включая фиксаторы 9, которые выбирают зазор «а» между поворотной плитой 8 несущей плитой 5 и жестко их соединяют, деформируя при этом упругие элементы 12.
Механизма вращения ковша гидравлического экскаватора позволяет закреплять на поворотной плите рабочее оборудование - ковш или инструмент, например гидромолот, монтажную лестницу, фрезу и прочий инструментарий, под любым углом. Он полностью разгружает механизм вращения 6 рабочего оборудования 7 (ковш) с приводом от несвойственных ему высоких разноименных нагрузок, действующих на ковш 7 и рукоять 1. Это обстоятельство позволяет существенно уменьшить размеры механизма вращения 6 и увеличить радиус копания ковша 7 экскаватора по сравнению с существующими моделями.
Механизма вращения ковша гидравлического экскаватора обеспечивает полную разгрузку механизма вращения от усилий со стороны ковша и существенное уменьшение радиуса копания по сравнению с прототипом при сохранении быстрой смены оборудования прямой на обратную лопату, в связи с чем увеличивается усилие копания и производительность экскаватора, особенно при выполнении зачистных работ.