РАБОЧИЙ ОРГАН БУЛЬДОЗЕРА

Полезная модель относится к строительно-дорожному машиностроению, а именно к землеройным машинам типа бульдозеров.
Известен рабочий орган бульдозера, включающий режущий нож с коробкой жесткости, гибкий элемент, выполненный в виде упругой металлической пластины, жестко прикрепленной нижним концом к режущему ножу, шарнирно закрепленный коробчатый отвал, в котором установлена упругая подушка, на которую опирается металлическая пластина, гидроцилиндры и толкающие брусья (авт. св. SU №937625, кл. E02F 3/76, бюл. №23, 1982). Применение упругой подушки в отвале бульдозера, выполненной в виде емкости с гибкой оболочкой заполненной под давлением рабочей средой, обеспечивает получение необходимой для данных грунтовых условий кривизны гибкого элемента (металлической пластины), что препятствует потерям грунта в боковые валики. Адаптирующийся по всей высоте отвал снижает усилие копания грунта и повышает производительность бульдозера.
Недостаток такого рабочего органа заключается в том, что его конструкция не предусматривает изменение угла резания при разработке грунта на установленной глубине, что приводит к необходимости преодоления больших сопротивлений грунта резанию и трению ножа о грунт, а следовательно, к повышению энергозатрат и снижению производительности.
Известно рабочее оборудование бульдозера, включающее режущий нож с коробкой жесткости, гибкий элемент, выполненный в виде упругой металлической пластины, жестко прикрепленной нижним концом к режущему ножу, коробчатый отвал, в котором установлена упругая подушка, на которую опирается металлическая пластина и толкающие брусья, отличающееся тем, что коробчатый отвал жестко связан с коробкой жесткости, составной отвал шарнирно соединен с толкающими брусьями, при этом к верхней части отвала присоединены корпуса устройств управления положением отвала, выполненных в виде электромагнитного исполняющего устройства, состоящего из прямоходового электромагнита с втяжным якорем и смонтированного на торцевой поверхности корпуса электромагнита нормально замкнутого колодочного электромагнитного тормоза, а выдвижные элементы устройств управления положением соединены с толкающими брусьями посредством проушин (патент на изобретение RU №2374396, кл. E02F 3/76, опубл. 20.07.2009). Установка отвала в различные положения, соответствующие оптимальному для данных грунтовых условий углу резания, осуществляется его поворотом относительно толкающих брусьев посредством электромагнитных исполняющих устройств управления отвалом.
Недостатками данной конструкции являются ее сложность вследствие использования дополнительно к существующему гидроприводу рабочего оборудования бульдозера электромагнитных исполняющих устройств, и невысокая надежность исполнительных устройств, оснащенных нормально замкнутыми колодочными электромагнитными тормозами, срабатывание которых в процессе работы сопровождается ударными нагрузками.
Кроме того, согласно описанию работы оборудования, управление названными исполняющими устройствами осуществляется оператором в ручном режиме. Отсутствие механизма автоматического изменения угла резания при разработке грунта снижает производительность бульдозера.
Известен 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, отличающийся тем, что, толкающие брусья выполнены 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 (авт. св. SU №1265258, кл. E02F 3/76, 9/22, бюл. №39, 1986). Колебание давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах используется для создания колебаний упругой пластины, в результате чего уменьшаются силы трения грунта об эту пластину, снижаются затраты энергии и повышается производительность бульдозера.
Недостатком прототипа является отсутствие механизма автоматического изменения угла резания при разработке грунта на установленной глубине, что снижает производительность бульдозера.
Значительная инерционность оборудования и высокое гидросопротивление линии возврата рабочей жидкости из гидроаккумулятора через обратный клапан и дроссель в поршневые полости гидроцилиндров толкающих брусьев не способствует быстрому возврату гильз названных цилиндров в исходное положение, что снижает эффективность работы.
Неизбежные перетечки рабочей жидкости при работе названых гидроцилиндров между поршневыми и штоковыми полостями приведут к постепенному заполнению рабочей жидкостью и их штоковых полостей. В этом случае сжатие жидкости в этих полостях будет также препятствовать возврату гильз гидроцилиндров толкающих брусьев в исходное положение.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение производительности бульдозера.
Поставленная задача решается снижением сопротивлений резанию грунта путем ограничения в автоматическом или ручном режимах угла резания рабочего органа, пропорционального величине сопротивления резанию при разработке грунта на установленной глубине.
Технический результат достигается за счет того, что 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 увеличении 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.
Оснащение поршневых полостей гидроцилиндров толкающих брусьев возвратными пружинами, а штоковых - гидролинией, соединяющей с баком, увеличивает скорость возврата их гильз в исходное положение при снижении силы сопротивления резанию, увеличивая скорость реагирования устройства на изменение сопротивления копанию и повышая частоту колебаний упругой пластины в отвале бульдозера, что позволяет дополнительно снизить силы трения об эту пластину и затраты энергии, повышая производительность.
Применение гидроцилиндров изменения угла резания позволяет ограничить сопротивление резанию в процессе разработки грунта на установленной глубине и также повысить производительность машины.
На фиг. 1 изображен рабочий орган бульдозера, который содержит режущий нож 1, отвал 2, выполненный в виде коробчатой конструкции, упругую подушку 3, выполненную в виде емкости с гибкой оболочкой и заполненную рабочей жидкостью. Металлическая гибкая пластина 4 (лобовой лист отвала) сопряжена с поверхностью упругой подушки 3, толкающие брусья выполнены в виде гидроцилиндров 5 (показан один гидроцилиндр) одностороннего действия. Гильзы 6 гидроцилиндров 5 шарнирно связаны с коробкой 7 жесткости. Поршневые полости (гидродатчики) гидроцилиндров 5 соединены с регулируемым дросселем 8 и обратным клапаном 9, подключенным параллельно, которые в свою очередь соединены с гидроаккумулятором (пневмогидроаккумулятором) 10 и с входом предохранительного клапана 11. Выход последнего сообщен с баком 12, который посредством подпиточного обратного клапана 13 соединен с поршневыми полостями гидроцилиндров 5. Поршневые полости гидроцилиндров 5, соединены также с входом реле давления 14 (электрическая цепь питания не показана) и снабжены возвратными пружинами сжатия 15, а штоковые полости - гидролинией 16, соединяющей их с баком 12. Между верхней частью отвала 2 и коробками жесткости 7 шарнирно установлены два гидроцилиндра двустороннего действия 17 управления углом резания (показан один гидроцилиндр), поршневые полости которых соединены посредством двухпозиционного распределителя 18 с ручным управлением с баком 12. Штоковые полости этих гидроцилиндров снабжены возвратными пружинами 20 и соединены посредством распределителя 19 с электромагнитным и вспомогательным ручным управлением также с баком 12, но при переключении распределителя 19 путем срабатывания реле давления 14 соединяются с гидроаккумулятором 10. Для контроля давления в гидросистеме служит манометр 21.
Рабочий орган действует следующим образом.
Глубина разработки грунта бульдозером устанавливается посредством гидроцилиндров подъема-опускания рабочего органа (на фиг. 1 не показаны).
Начальный угол резания рабочего органа задается вручную.
Для увеличения угла резания путем выдвижения штоков гидроцилиндров 17 золотник распределителя 18 с ручным управлением опускается вниз, разъединяя их поршневые и штоковые полости и одновременно соединяя поршневые полости с гидролинией высокого давления гидроаккумулятора 10, при этом штоковые полости этих гидроцилиндров соединены с баком.
Для уменьшения угла резания путем втягивания штоков гидроцилиндров 17 отпускается рукоятка управления распределителем 18 и его золотник под действием своей пружины вновь занимает верхнее положение, соединяя поршневые полости гидроцилиндров 17 с баком. Золотник распределителя 19 при этом посредством вспомогательного ручного управления опускается вниз, соединяя штоковые полости названных гидроцилиндров с гидролинией высокого давления гидроаккумулятора 10.
При разработке грунта вследствие периодичности скола грунта и неравномерности его прочностных свойств нагрузка, действующая на нож и передаваемая через гидроцилиндры 5 на базовую машину, имеет пикообразный характер. Подобным же образом изменяется и давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 5, откуда оно передается по гидролинии в полость упругой подушки, которая воздействует на гибкую металлическую пластину 4, вынуждая ее совершать колебательные движения в соответствии с изменяющимся давлением рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 5.
Если в какой-то момент времени происходит увеличение сопротивления копанию, а следовательно, и величины давления рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 5, то часть рабочей жидкости поступает из этих полостей в полость упругой подушки 3. Последняя увеличивается в объеме и воздействует на гибкую пластину 4, сообщая ей некоторое перемещение вперед. Другая часть рабочей жидкости из названных полостей поступает через регулируемый дроссель 8 в гидроаккумулятор 10, заряжая его.
При уменьшении сопротивления копанию и давления в поршневых полостях гидроцилиндров 5, рабочая жидкость в эти полости поступает из полости упругой подушки 3 и через обратный клапан 9 и дроссель 8 из гидроаккумулятора 10, возвращая гильзы 6 в исходное, то есть выдвинутое положение. Увеличение скорости возврата гильз 6 гидроцилиндров 5 толкающих брусьев в исходное положение (то есть в целом скорости реагирования устройства на изменение сопротивления копанию) обеспечивают возвратные пружины сжатия 15, установленные в их поршневых полостях. С учетом возможных перетечек рабочей жидкости через неплотности кинематической пары «поршень - зеркало цилиндра» штоковые полости гидроцилиндров 5 снабжены гидролинией 16, соединяющей их с баком 12.
При работе устройства в автоматическом режиме золотник распределителя 18 занимает показанное на фиг.1 верхнее положение, золотник распределителя 19 первоначально также занимает показанное на чертеже верхнее положение, при котором полости гидроцилиндров 17 объединяются между собой и соединяются с баком («нейтрально-плавающая» позиция).
Увеличение сопротивления копанию вызывает втягивание гильз 6 гидроцилиндров 5 и сжатие пружин 15, а также стремление к выдвижению штоков гидроцилиндров 17 (увеличению угла резания), чему не до конца препятствует сила сжатия пружин 20, определяемая расчетом. В основу расчета требуемой жесткости пружин положен характер зависимости изменения угла резания в пределах заданного диапазона от сопротивления копанию.
При дальнейшем увеличении сопротивления копанию и давления в поршневых полостях (гидродатчиках) гидроцилиндров 5 до наперед заданной величины срабатывает реле давления 15, замыкая цепь питания электромагнита (соленоида) распределителя 19, в результате чего его золотник опускается (втягивается) и переводится из «нейтрально-плавающей» в рабочую позицию, соединяя штоковые полости гидроцилиндров 17 изменения угла резания с гидролинией высокого давления гидроаккумулятора 10, поршневые полости этих цилиндров соединены с баком. Штоки гидроцилиндров 17 втягиваются, уменьшая угол резания и, соответственно, сопротивление копанию на установленной глубине до момента размыкания контактов реле.
При уменьшение давления рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров 15 посредством реле 14 разрывается цепь питания электромагнита распределителя 19 и его золотник под действием пружины вновь занимает исходное верхнее положение (см. фиг. 1), переводя гидроцилиндры 17 в «нейтрально-плавающую» позицию с текущим значением угла резания. Сила сопротивления резанию вновь стремится увечить этот угол, вытягивая штоки гидроцилиндров 17 и сжимая их пружины 20. И когда давление в поршневых полостях (гидродатчиках) гидроцилиндров 5 достигнет заданного значения, опять сработает реле давления, уменьшая угол резания.
Таким образом, колебания давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5 используются для создания колебаний упругой пластины 4. В результате колебаний пластины 4 уменьшаются силы трения грунта об эту пластину. Избыточное давление в гидросистеме поддерживается с помощью гидроаккумулятора 10, и если величина этого давления превышает установленную величину (контролируется манометром 21), открывается гидроклапан 11, и рабочая жидкость из гидроаккумулятора поступает в бак 12. Последний предназначен для компенсации через подпиточный обратный клапан 13 утечек рабочей жидкости из гидравлических полостей рабочего органа и гидроцилиндров 5, а также для заполнения рабочей жидкостью полостей гидроцилиндров 17.
При работе устройства сила сопротивления копанию всегда стремится увеличить угол резания, вытягивая штоки цилиндров 17, жесткость пружин этих гидроцилиндров ограничивает этот процесс и придает ему заданную характеристику, а гидросхема, управляемая посредством реле давления, периодически уменьшает угол резания в заданном диапазоне давлений рабочей жидкости в гидродатчиках, пропорционально силам сопротивлению копания.
Использование возможности ограничения угла резания в процессе разработки грунта на установленной глубине в совокупности с применением колебаний упругой пластины в отвале бульдозера позволяет снизить силы трения об эту пластину и сопротивление резанию грунта, трению ножа о грунт и продвижению грунта по отвалу, что, в свою очередь, ведет к снижению затрат энергии и повышению производительности бульдозера.