ОДНОКОВШОВЫЙ ЭКСКАВАТОР
SINGLE-BUCKET EXCAVATOR

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам, предназначенным для разработки прочного грунта выше уровня стоянки, и в частности к карьерным экскаваторам.
Задачей изобретения является повышение производительности и упрощение управления рабочим процессом.
Известен одноковшовый экскаватор, включающий механизм передвижения и Поворота, поворотную платформу с кабиной и рабочим оборудованием, содержащим шарнирно установленную стрелу и ковш, с приводами поворота (А.С. RU 1204680, E02F 3/38). Недостаток известного экскаватора заключается в низкой производительности и сложности управления рабочим процессом. Это объясняется тем, что за каждый цикл рабочего процесса необходимо производить поворот платформы с кабиной и рабочим оборудованием для разгрузки грунта из ковша. Угол поворота платформы 90 градусов и более, а время поворота составляет 60-70% от времени рабочего цикла. Периодические многочисленные повороты платформы с кабиной кроме затрат времени обуславливают усталость машиниста, что также уменьшает производительность.
Известен одноковшовый экскаватор, включающий механизмы передвижения и поворота, поворотную платформу с шарнирно прикрепленным рабочим оборудованием в виде стрелы, рукояти и ковша с гидроприводами, кабину машиниста (А.С. RU 1209780, E02F 9/16).
У известного экскаватора при повороте платформы кабина поворачивается в противоположную сторону, что уменьшает абсолютный поворот кабины и воздействие ускорения на машиниста при разгоне и торможении платформы, во всяком случае, в сравнении с первым известным экскаватором. Тем не менее, поворот кабины с машинистом происходит, что ухудшает условия труда, ведет к усталости машиниста и к уменьшению производительности которая еще более существенно снижается вследствие затрат времени на поворот платформы.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является одноковшовый экскаватор, включающий механизмы передвижения и поворота, поворотную платформу с шарнирно прикрепленным рабочим оборудованием в виде стрелы с гидромеханизмом поворота в вертикальной плоскости, телескопической рукояти и ковша с гидроприводами (А.С. RU 1714048 Е02F 3/34).
В известном устройстве обеспечивается сокращение времени рабочего цикла за счет исключения поворота платформы, что позволяет увеличить производительность и облегчить управление рабочим процессом за счет уменьшения управляющих воздействий машиниста на органы управления экскаватора. Однако при облегчении процесса управления с одной стороны происходит его усложнение с другой стороны, поскольку машинисту необходимо смотреть вперед при наборе грунта в ковш, а затем повернуться назад, смотреть и уловить необходимый момент остановки поворота стрелы для разгрузки ковша в лоток. Многократное повторение таких движений утомляет машиниста и накладывает ограничения на скорость поворота стрелы, что снижает возможности повышения производительности. Кроме того возможны удары стрелы о лоток или неполный ее поворот и просыпание грунта при разгрузке ковша. Наконец и сам лоток, используемый в качестве грунтоприемного и грунтопогрузочного устройства предопределяет использование излишнего количества самосвалов для транспортирования грунта. Каждый самосвал должен находиться под лотком пока машинист набирает необходимое количество грунта для его заполнения, что увеличивает их потребное количество и стоимость выполнения земляных работ.
Задачей изобретения является повышение производительности и упрощение управления рабочим процессом. Поставленная задача решается тем, что одноковшовый экскаватор, включающий механизмы передвижения и поворота, поворотную платформу, с шарнирно прикрепленным рабочим оборудованием в виде стрелы с гидромеханизмом поворота в вертикальной плоскости, телескопической рукояти и ковша с гидроприводами, снабжен бункером с датчиком объема грунта, соединенным с указателями объема грунта и через реле времени с электроуправляемым гидрораспределителем включения гидроцилиндров разгрузки, которые шарнирно соединены корпусами с боковыми стенками и штоками через тяги с подвижным днищем, снабженным катками на горизонтальных направляющих в передней части и на вертикальных направляющих в задней его части, а также буфером выполненным в виде шарнирно присоединенных рычага и гидроцилиндра сообщенного с реле давления и через регулируемый дроссель и обратный клапан с гидроаккумулятором, причем гидрораспределитель управления гидромеханизмом поворота стрелы выполнен электроуправляемым и снабжен диодом и электромагнитным реле соединенным с реле давления, при этом выходные гидролинии снабжены управляемыми дросселями, линии управления которых соединены с щелевым магнитным датчиком углового перемещения стрелы.
На фиг. 1 изображена схема одноковшового экскаватора и схема управления разгрузкой бункера; на фиг. 2 - схема системы управления поворотом стрелы.
Одноковшовый экскаватор включает механизм передвижения 1 поворотную платформу 2 с рабочим оборудованием в виде стрелы в с телескопической рукоятью и ковша 4 с гидроприводами. Стрела 3 прикреплена к поворотной платформе шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндров или высокомоментных гидродвигателей (на фиг. не показаны). За стрелой в задней части поворотной платформы 2 установлен на стойках 5 бункер 6, выполненный с подвижным днищем 7 снабженным передними 8 и задними 9 катками на горизонтальных и вертикальных направляющих соответственно. Перемещается подвижное днище посредством гидроцилиндров 10, шарнирно прикрепленных корпусами к боковым стенкам снаружи бункера и штоками с подвижным днищем 7 через тяги внутри бункера. Гидроцилиндры 10 сообщены гидролиниями с электроуправляемым гидрораспределителем 11. Включение и выключение гидрораспределителя 11 осуществляется реле времени 12 и датчиком 13 объема грунта, установленном в бункере на его боковой стенке. Датчик объема грунта 13 выполнен в виде упругой эластичной трубки, внутри которой имеется токопроводящая шинка 14 и контакты 15, последовательно прижимаемые к шинке грунтом по мере заполнения бункера. Верхний контакт 15, соответствующий полному заполнению бункера, соединен с реле времени 12 управляющему гидрораспределителем 11. Остальные контакты 15 датчика 13 объема грунта соединены со светодиодными лампами указателей объема грунта 16, один из которых больший установлен снаружи экскаватора, на хорошо видном водителю самосвала месте, а второй меньший размером в кабине машиниста. Светодиодные светильники в указателях 16 объема грунта расположены вертикально и разного цвета, так первый верхний - красный, второй ниже - желтый и остальные зеленые. Это дает машинисту и водителю самосвала полную информацию о степени заполнения бункера грунтом. Схема автоматической разгрузки может быть отключена выключателем 17 для ручного управления. С передней стороны бункера 6 установлен буфер, выполненный из шарнирно прикрепленных к стойке рычага 18 и гидроцилиндра 19. Поршневая полость гидроцилиндра 19 сообщена с реле давления 20, а через обратный клапан 21 и регулируемый дроссель 22 с гидроаккумулятором 23, который через вентиль 24 сообщен с гидробаком и через обратный клапан 25 и редукционный клапан 26 с напорной гидролинией. Щелевой магнитный датчик углового перемещения 27 установлен у основания стрелы 3, причем ферромагнитная шторка-замыкатель 28 выполнена в виде сектора и прикреплена к стреле 3 с возможностью регулирования углового положения посредством миниатюрного электропривода из кабины машиниста.
Управление гидромеханизмом поворота стрелы 3 осуществляется электроуправляемым гидрораспределителем 29, а линии управления его соединены с включателем 30 и с контактами электромагнитного реле 31 (фиг. 2). Кроме того указанные линии управления соединены через диод 32 с катушкой 33 реле 31 и с реле давления 20. В выходных гидролиниях гидрораспределителя управления гидромеханизмом поворота стрелы включены управляемые дроссели 34, а линии управления их соединены с щелевым магнитным датчиком перемещения 27.
Одноковшовый экскаватор работает следующим образом.
Для набора грунта в ковш машинист поднимает рычаг включателя 30 (фиг. 2), замыкая верхний его контакт и через замкнутые верхние контакты реле 31 включает гидрораспределитель 29 на подъем стрелы 3 при котором происходит срезание грунта и наполнение ковша. Шторка-замыкатель 28 в этот период не входит в рабочий зазор щелевого магнитного датчика перемещения 27, поэтому управляемые дроссели 34 находятся в положении изображенном на фиг. 2 и устанавливают рабочую скорость подъема стрелы, обеспечивающую эффективную управляемость набором грунта в ковш. При дальнейшем подъеме стрелы ковш выходит из зоны набора грунта и шторка-замыкатель 28 входит в рабочий зазор датчика 27 (показано прерывистой линией), поэтому управляемые дроссели включаются в положение максимальной пропускной способности и обеспечивают дальнейший подъем стрелы с увеличенной скоростью. При подходе стрелы 3 к буферу она резко воздействует на рычаг 18, вдвигая шток гидроцилиндра 19. Поршень гидроцилиндра вытесняет рабочую жидкость через регулируемый дроссель 22 в гидроаккумулятор 23, затормаживая и останавливая движение стрелы, что обеспечивает разгрузку ковша. Степень замедления регулируется дросселем 22 и величиной давления в гидроаккумуляторе 23 с помощью вентиля 24, обратного клапана 25 и редукционного гидроклапана 26. Возвращаясь к моменту воздействия стрелы на буфер видно, что с повышеньем давления в поршневой полости гидроцилиндра 19 оно повышается и в соединенном с ней реле давления 20, что вызывает замыкание его контактов и включение цепи питания катушки 33 электромагнитного реле 31. В результате верхние контакты реле размыкаются, а нижние замыкаются, сохраняя питание катушки 33 после размыкания контактов реле давления 20 с началом обратного движения стрелы 3. Обратное движение стрелы начинается при замыкании нижних контактов реле 31 и подаче питания через диод 32 на гидрораспределитель 29. Движение стрелы происходит с прежней увеличенной скоростью до подхода ковша к зоне забоя, когда шторка-замыкатель 28 выйдет из рабочего зазора датчика 27 и включит тем самым дроссели 34 в гидролиниях управления гидромеханизмом подъема стрелы, уменьшая ее скорость. Опускание стрелы в зоне забоя продолжается уже с меньшей скоростью до тех пор пока машинист удерживает рукоятку включателя 30 в положении с которого он начинал рабочий цикл т.е. в верхнем положении. При перемещении рукоятки включателя 30 в нейтраль размыкается верхний контакт, выключается электромагнитное реле 31, размыкая цепь питания гидрораспределителя 29 и его золотник занимает нейтральную позицию. Стрела устанавливается в исходную позицию для набора грунта в ковш и повторения рабочего цикла.
Таким образом видно, что происходит существенное упрощение управлением рабочего процесса предлагаемого экскаватора. В сущности машинист выполняет одно управляющее воздействие, поднимая рукоятку включателя 30 и это автоматически обеспечивает заполнение ковша грунтом на рабочей скорости, затем ее ускоренный подъем, остановку, разгрузку ковша, ускоренное возвращение стрелы к зоне забоя и замедление ее в зоне забоя. Поэтому машинисту нет необходимости поворачиваться назад каждый рабочий цикл для остановки стрелы и разгрузки ковша и он может сосредоточиться на элементе задания толщины срезаемой ковшом стружки грунта. Система управления позволяет в случае необходимости производить и ручное управление опусканием стрелы путем перемещения рукоятки включателя 30 вниз, когда замыкается нижний контакт и подается питание на гидрораспределитель 29, а диод 32 предотвращает включение электромагнитного реле 31. Момент включения ускоренного подъема стрелы можно регулировать дистанционно из кабины машиниста путем углового поворота шторки-замыкателя 28 относительно стрелы с помощью миниатюрного электропривода.
О степени заполнения бункера грунтом машинист и водитель самосвала получают информацию по указателям объема грунта. Грунт, заполняя ковш, оказывает давление на датчик 13 и последовательно по мере заполнения его замыкает контакты 15 с шинкой 14, которые включают соответствующие светодиодные лампы на указателях объема грунта для водителя самосвала и машиниста экскаватора. Сообразуясь с указателем объема грунта в бункере, водитель самосвала перемещается под разгрузочный лоток бункера. Разгрузка грунта происходит, когда он воздействуя на датчик 13 замыкает верхний контакт 15, включающий реле времени 12. Реле времени включает гидрораспределитель 11, соединяющий напорную гидролинию с поршневыми полостями гидроцилиндров 10. Гидроцилиндры 10 поднимают задний конец днища 7 с катками 9 по вертикальным направляющим, а передний конец перемещается на катках 8 по горизонтальным направляющим, как это изображено на фиг. 1 пунктирной линией. Через образовавшийся разгрузочный проем происходит разгрузка грунта в транспортное средство. Выждав заданное время, достаточное для полной разгрузки бункера, реле времени переключает гидрораспределитель 11 на возвращение днища 7 в исходное положение, а золотника гидрораспределителя 11 в нейтральную позицию.
Таким образом, применение предлагаемого экскаватора обеспечивает повышение производительности за счет сокращения времени рабочего цикла благодаря увеличению скорости поворота стрелы и надежной полной разгрузкой ковша. Одновременно значительно упрощается управление рабочим процессом, что снижает утомляемость машиниста и также способствует повышению производительности. Кроме того снабжение экскаватора бункером с системой информации о степени его наполнения грунтом и автоматической разгрузкой снижает время загрузки самосвала и уменьшает их потребное количество, что позволяет снизить стоимость выполнения земляных работ.