ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО
ROTARY DEVICE

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Изобретение относится к поворотному устройству для обеспечения вращательного движения навесному орудию, 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 они подвергаются воздействию больших усилий 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 к механической прочности.
В US 7 311 489 это решается путем расположения двигателя со смещением относительно оси вращения поворотного устройства. При таком расположении двигатель может быть изолирован от распределения нагрузки. Однако недостатком является то, что поворотное устройство будет объемным и громоздким, в дополнение к этому решение будет относительно сложным. В другом варианте осуществления, раскрытом в US 7 311 489, двигатель расположен концентрически с вращением ротора. Однако в этом варианте осуществления не решена проблема с большими нагрузками, действующими между ротором и статором.
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 требует относительно много места, особенно в радиальном направлении.
Следовательно, существует необходимость в поворотном устройстве, которое в радиальном направлении является более компактным, чем обычное устройство, но которое способно выдерживать большие усилия без ущерба для точности, долговечности и износа двигателя.
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 продление срока службы двигателя и поворотного устройства, в частности, путем минимизации износа между ротором и статором.
Изобретение относится к поворотному устройству для обеспечения вращательного движения, причем поворотное устройство содержит двигатель со статором и ротором, расположенным внутри статора с возможностью вращения относительно указанного статора вокруг продольной оси, причем поворотное устройство содержит крепежную часть ротора, соединенную с ротором, и крепежную часть статора, соединенную со статором, причем одна из крепежной части ротора и крепежной части статора выполнена с возможностью прикрепления к стреле крана, а другая выполнена с возможностью прикрепления к навесному орудию. Подшипник выполнен с возможностью соединения крепежной части ротора с крепежной частью статора посредством статора и передачи нагрузок, действующих между крепежной частью ротора и крепежной частью статора посредством статора.
С помощью устройства согласно изобретению крутящий момент можно передавать посредством статора, не влияя на взаимодействие между статором и ротором. Это достигается тем, что ротор был изолирован от распределения нагрузки в осевом направлении и по меньшей мере радиально в плоскости, перпендикулярной продольной оси. Следовательно, через ротор распределяются только вращательные усилия. Компактность поворотного устройства достигается тем, что нагрузки, воздействующие на поворотное устройство, распределяются через статор, уже не влияя на ротор.
В конкретном варианте осуществления изобретения блок передачи крутящего момента выполнен и не содержит по существу никакого зазора между ротором и крепежной частью ротора в направлении вращения вокруг продольной оси, но при этом блок передачи крутящего момента имеет свободу движения в осевом направлении вдоль продольной оси и по меньшей мере радиально в плоскости, перпендикулярной продольной оси, так что между ротором и статором по существу не передаются осевые или радиальные усилия. Передача крутящего момента обеспечивает отделение ротора от распределения нагрузки в осевом направлении и плоскости, перпендикулярной продольной оси. Следовательно, через блок передачи крутящего момента передаются только усилия, связанные с крутящим моментом.
В другом конкретном варианте осуществления изобретения блок передачи крутящего момента расположен и проходит в осевом направлении относительно ротора вдоль продольной оси. Такое расположение позволяет уменьшить конструкцию относительно радиального направления.
В конкретном варианте осуществления изобретения 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 ротором и крепежной частью ротора, причем это соединение по существу обеспечивает отсутствие зазора между ротором и указанной крепежной частью ротора 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 содержит промежуточный элемент, соединяющий ротор с крепежной частью ротора, причем промежуточный элемент содержит первый набор участков зацепления, соединенных с ротором и позволяющих промежуточному элементу скользить относительно указанного ротора в первом направлении, перпендикулярном продольной оси, и второй набор участков зацепления, соединенных с крепежной частью ротора и позволяющих промежуточному элементу скользить относительно указанной крепежной части ротора во втором направлении, перпендикулярном указанному первому направлению и продольной оси.
Первый и второй набор участков зацепления могут проходить в осевом направлении вдоль продольной оси или радиально, перпендикулярно относительно продольной оси. Они также могут быть выполнены в форме углублений в промежуточном элементе, причем ротор и/или крепежная часть ротора содержат (содержит) выступы для того, чтобы плотно входить в указанные углубления.
В конкретном варианте осуществления изобретения угломер выполнен с возможностью контроля вращения ротора относительно статора.
В другом конкретном варианте осуществления изобретения ротор является полым, позволяя гидравлическим шлангам проходить через внутреннюю часть ротора, и при этом поворотная соединительная часть выполнена с возможностью подачи гидравлической текучей среды из указанных шлангов в двигатель независимо от положения вращения двигателя.
Другие варианты осуществления и преимущества изобретения будут очевидны из следующего подробного описания.
Краткое описание чертежей
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 представлен вид в разрезе поворотного устройства фиг. 1;
На фиг. 3 представлен перспективный вид поворотного устройства фиг. 1 со снятой крепежной частью ротора;
На фиг. 4 представлен перспективный вид поворотного устройства фиг. 1 со снятыми крепежной частью ротора и подшипником;
На фиг. 5 представлено изображение в разобранном виде крепежной части ротора, блока передачи крутящего момента и ротора поворотного устройства фиг. 1;
На фиг. 6 представлен перспективный вид поворотного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 7 представлено изображение в разобранном виде крепежной части ротора, блока передачи крутящего момента и ротора поворотного устройства фиг. 6;
На фиг. 8 представлен вид в разрезе поворотного устройства фиг. 6; а
На фиг. 9 представлено изображение в разобранном виде конкретного варианта осуществления блока передачи крутящего момента между ротором и крепежной частью; а
На фиг. 10 представлено изображение в разобранном виде блока передачи крутящего момента на фиг. 9, если смотреть с противоположной стороны.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1 показано поворотное устройство 10 в соответствии с конкретным первым вариантом осуществления изобретения в перспективном виде. Поворотное устройство 10 содержит крепежную часть 15 ротора и крепежную часть 16 статора, выполненные с возможностью вращения друг относительно друга посредством подшипника 18. Подшипник может быть шариковым подшипником, подшипником скольжения и тому подобным. Двигатель 11 выполнен с возможностью обеспечения вращения. Двигатель содержит статор 13, внешняя часть которого показана на фиг. 1, и ротор выполнен с возможностью вращения внутри статора. Одна из крепежной части 15 ротора и крепежной части 16 статора выполнена с возможностью прикрепления к стреле крана и тому подобному, а другая выполнена с возможностью прикрепления к навесному орудию. В показанном варианте осуществления крепежная часть 15 ротора выполнена с возможностью размещения на стреле крана, обычно на гидравлическом поворотном рычаге и тому подобном. Крепежная часть 16 статора в показанном варианте осуществления, следовательно, выполнена с возможностью прикрепления к навесному орудию, обычно гидравлически управляемому навесному орудию, такому как рука с механизированным захватом, ковш, лесозаготовительный инструмент и тому подобное.
На фиг. 1 две пары гидравлических соединений 30, 31 с гидравлическим двигателем 11 видны на крепежной части 16 статора; первая пара 30 на периферийной стороне крепежной части статора и вторая пара 31 на осевой стороне крепежной части статора. Только одна пара предназначена для использования одновременно, в зависимости от соответствующих соединений на навесном орудии, присоединенных к нему. Различные навесные орудия могут быть выполнены с возможностью установки либо первой пары 30 на периферийной стороне, либо второй пары 31 на осевой стороне крепежной части статора.
Крепежная часть 16 статора содержит крепежные средства 33 для орудия, в данном случае в форме резьбовых отверстий, для прикрепления навесного орудия. Кроме того, угломер 32 выполнен с возможностью контроля углового положения ротора 12 относительно статора 13 и, следовательно, крепежной части 15 ротора относительно крепежной части 16 статора. Таким образом, можно непрерывно контролировать точное положение навесного орудия, прикрепленного к поворотному устройству 10 относительно стрелы крана, к которой прикреплено поворотное устройство.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе поворотного устройства 10 фиг. 1 для обеспечения вращательного движения, причем поворотное устройство содержит двигатель 11 со статором 13 и ротором 12, расположенным внутри с возможностью вращения вокруг продольной оси А относительно указанного статора 13. Ротор 12 расположен с плотной посадкой внутри статора. В показанном варианте осуществления двигатель 11 представляет собой гидравлический двигатель, в котором ротор приводится во вращение посредством гидравлической текучей среды, действующей на лопасти 27, которые установлены на пружинах на цилиндрической окружности ротора 12. Лопасти прикреплены к ротору в углублениях 27а, показанных на фиг. 5. Гидравлические двигатели хорошо известны специалисту в данной области техники и не описаны подробно в данном описании.
Как видно на фиг. 2, крепежная часть 15 ротора соединена с ротором 12 посредством блока 14 передачи крутящего момента и со статором посредством подшипника 18, так что крепежная часть 15 ротора выполнена с возможностью вращения относительно статора 13. Крепежная часть 16 статора показанного варианта осуществления прочно соединена со статором 13. Она может даже являться единой частью статора. Подшипник 18 состоит из двух частей, одной части 18а статора, которая жестко соединена с крепежной частью 16 статора посредством статора 13, например, с помощью крепежных винтов 19, и одной части 18b ротора, которая жестко соединена с крепежной частью 15 ротора, например, с помощью крепежных винтов 20.
При такой компоновке, нагрузки, воздействующие на поворотное устройство 10 между крепежной частью 15 ротора и крепежной частью 16 статора, распределяются для передачи через статор 13 и через подшипник 18. Это предпочтительно, так как подразумевает, что указанные нагрузки не будет передаваться при взаимодействии между статором 13 и ротором 12, благодаря чему между статором 13 и ротором 12 может быть осуществлена прочная посадка без зазора без необходимости расположения ротора 12 таким образом, чтобы он выдерживал нагрузки, воздействующие на поворотное устройство.
Крутящий момент двигателя передается посредством блока 14 передачи крутящего момента, который по существу не содержит зазор в направлении вращения вокруг продольной оси A, но имеет свободу движения по меньшей мере радиально в плоскости XY, перпендикулярной продольной оси А, и в осевом направлении вдоль продольной оси А, так что между ротором 12 и статором 13 по существу не передаются осевые или радиальные усилия.
Как показано на фиг. 2 блок 14 передачи крутящего момента в первом конкретном варианте осуществления расположен и проходит в осевом направлении относительно ротора 12 вдоль продольной оси А. В частности, блок 14 передачи крутящего момента расположен над ротором 12, в осевом направлении между ротором 12 и крепежной частью 15 ротора. Блок 14 передачи крутящего момента содержит промежуточный элемент 17, соединяющий ротор 12 с крепежной частью 15 ротора посредством первого набора участков 21 зацепления в форме выступов, соединенных с крепежной частью 15 ротора, и второго набора участков 22 зацепления, также в форме выступов, соединенных с ротором 12. Первый набор участков 21 зацепления выполнен с возможностью обеспечения свободы движения относительно указанного ротора в первом направлении X, перпендикулярном продольной оси A, 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 А и указанному первому направлению Х.
Свобода перемещения промежуточного элемента 17 показана на фиг. 2, где первый осевой промежуток 34 виден между промежуточным элементом 17 и крепежной частью 15 ротора, и второй осевой промежуток 35 виден между промежуточным элементом 17 и ротором. Кроме того, промежуток 36 позволяет промежуточному элементу 17 скользить в направлении Y, т.е., во втором направлении Y, перпендикулярном продольной оси A, и в первом направлении X, которое проходит перпендикулярно плоскости сечения, показанной на фиг. 2. Аналогичный промежуток существует для первого набора участков 21 зацепления, позволяя промежуточному элементу 17 скользить в направлении X, т.е., в первом направлении X, перпендикулярном продольной оси A.
На фиг. 3 показано поворотное устройство со снятой крепежной частью ротора, открывая свободные концы крепежных винтов 20 ротора, которые выполнены с возможностью ввинчивания в резьбовые отверстия крепежной части ротора, чтобы удерживать ее прикрепленной к части ротора 18b подшипника 18.
Как видно на фиг. 3, первый набор участков 21 зацепления промежуточного элемента 17 блока 14 передачи крутящего момента проходит радиально относительно продольной оси А. Первый набор участков 21 зацепления выполнен с возможностью зацепляющего контакта с крепежной частью ротора. Кроме того, как видно на фиг. 4, второй набор участков 22 зацепления промежуточного элемента 17 проходит в осевом направлении вдоль продольной оси А. Второй набор участков 22 зацепления выполнен с возможностью зацепляющего контакта с ротором 12.
На фиг. 5 показано, что первый набор участков 21 зацепления позволяет скользить промежуточному элементу 17 блока 14 передачи крутящего момента вдоль первого направления X относительно крепежной части 15 ротора. В частности, крепежная часть 15 ротора содержит соединительную часть 29 ротора с частями 26 для зацепления крутящего момента в форме радиальных углублений, выполненных с возможностью плотного размещения первого набора участков 21 зацепления. На фиг. 4 и 5 показано, что второй набор участков 22 зацепления позволяет промежуточному элементу 17 блока 14 передачи крутящего момента скользить вдоль второго направления Y относительно ротора 12. Ротор 12 содержит части 25 для зацепления крутящего момента в форме продольных углублений, выполненных с возможностью плотного размещения второго набора участков 22 зацепления. Одно или оба из взаимодействия первого набора участков 21 зацепления и взаимодействия второго набора участков 22 зацепления могут обеспечивать свободу движения вдоль продольной оси А.
В показанном варианте осуществления выступы первого набора участков 21 зацепления промежуточного элемента 17 имеют параллельные внешние стороны, проходящие в первом направлении X, причем углубления частей 26 для зацепления имеют сопряженные параллельные внутренние боковые стенки, также проходящие в первом направлении X для плотного размещения указанных выступов. При такой конструкции параллельные внешние стороны первого набора участков 21 зацепления могут скользить в первом направлении X между сопряженными параллельными внутренними боковыми стенками частей 26 для зацепления, тем самым позволяя промежуточному элементу 17 скользить в первом направлении X относительно крепежной части 15 ротора. Аналогичным образом, выступы второго набора участков 22 зацепления имеют параллельные стороны, проходящие во втором направлении Y, причем углубления частей 25 для зацепления в роторе 12 имеют сопряженные боковые стенки, также проходящие во втором направлении Y для плотного размещения указанных выступов. Таким образом, это взаимодействие позволяет промежуточному элементу 17 скользить во втором направлении Y относительно ротора 12.
Как первый, так и второй набор участков 21, 22 зацепления могут проходить в осевом направлении вдоль продольной оси А, или оба могут проходить в радиальном направлении, перпендикулярном продольной оси А.
На фиг. 6-8 показан второй вариант осуществления поворотного устройства 110. В этом варианте осуществления соединение гидравлики и электрики для приведения в действие двигателя 111 и орудия выполнено с возможностью соединения от крепежной части 115 ротора через двигатель. Поэтому, как лучше всего показано на фиг. 8, ротор 112 является полым, позволяя проходить через него трубопроводам 140, включая гидравлические шланги, электрические кабели и трубопроводы для мочевины. Поворотная соединительная часть 141 выполнена с возможностью соединения с гидравлическими шлангами и распределения гидравлической текучей среды в двигатель 111 и к присоединенному орудию. Поворотная соединительная часть 141 содержит внутреннюю часть 142, которая с возможностью вращения соединена с ротором 12, и внешнюю часть 143, которая с возможностью вращения соединена со статором 113 и крепежной частью 116 статора.
Как видно на фиг. 8, крепежная часть 115 ротора соединена посредством подшипника 118 со статором 113, который, в свою очередь, соединен с поворотной соединительной частью 141. Поворотная соединительная часть 141 либо встроена, либо соединена с соединительной частью 116 статора для соединения с навесным орудием.
Преимущество этого второго варианта осуществления относительно первого варианта осуществления, показанного на фиг. 1-5, состоит в том, что гидравлические шланги не будут ограничивать вращение двигателя 111. Это связано с поворотной соединительной частью 141, которая позволяет двигателю 111 вращаться при необходимости.
На фиг. 7 второй вариант осуществления поворотного устройства 110 показан в разобранном виде, показывающем блок 114 передачи крутящего момента, который содержит промежуточный элемент 117, соединяющий ротор 112 с крепежной частью 115 ротора. Промежуточный элемент 117 содержит первый набор участков 121 зацепления в форме выступов, проходящих в осевом направлении А с параллельными сторонами, которые должны быть размещены в частях 126 для зацепления в форме углублений в крепежной части 115 ротора. Второй набор участков 122 зацепления также в форме выступов, проходящих в осевом направлении А с параллельными сторонами, размещают в частях 126 для зацепления в форме углублений в роторе 112. Первый набор участков 121 зацепления выполнен с возможностью обеспечения свободы движения относительно указанного ротора в первом направлении X, перпендикулярном продольной оси А, и второй набор участков 122 зацепления выполнен с возможностью обеспечения свободы движения относительно указанной крепежной части 115 ротора во втором направлении Y, перпендикулярном продольной оси A и указанному первому направлению X. Параллельные стороны соответствующих выступов частей зацепления выполнены с возможностью скольжения внутри параллельных сторон соответствующего зацепляющего углубления частей для зацепления. Оба набора участков 121, 122 зацепления обеспечивают определенную свободу движения в осевом направлении А. Как правило, ширина промежуточного элемента 117 меньше, чем доступное пространство, обеспечиваемое между ротором 112 и крепежной частью 115 ротора, так что осевой промежуток 134 доступен для обеспечения определенной свободы движения в осевом направлении А.
Кроме того, в более простом варианте осуществления, показанном на фиг. 9 и 10, блок передачи крутящего момента содержит соединительный элемент 37, обычно в форме установочного штифта, который выполнен с возможностью скольжения по сопряженной дорожке 38, которая проходит радиально. В варианте осуществления, показанном на фиг. 9 и 10, соединительный элемент 37 расположен в отверстии 39 в крепежной части 15 ротора, причем противоположный ротор 12 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 позволяя небольшое перемещение в радиальном направлении. В альтернативном варианте осуществления два соединительных элемента могут быть выполнены с возможностью скольжения по дорожке, проходящей из стороны в сторону, или двум соответствующим сопряженным дорожкам, проходящим параллельно вдоль одной и той же линии на противоположных сторонах ротора 12. В качестве дополнительной альтернативы соединительный элемент (элементы) 37 могут быть расположены на роторе, и дорожка (дорожки) 39 могут быть расположены в крепежной части ротора. Кроме того, взаимодействие может вместо этого быть организовано между статором и второй крепежной частью статора, и в этом случае ротор может быть жестко соединен с крепежной частью ротора.
Вышеизложенное изобретение было описано со ссылкой на два конкретных варианта 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.