Привод механизма поворота ковша гидравлического экскаватора
DRIVE OF THE BUCKET ROTATION MECHANISM OF A HYDRAULIC EXCAVATOR

Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к приводам механизмов поворота ковша гидравлических экскаваторов.
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 неравномерное распределение усилия на кромке ковша при его работе.
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. 9.7 г)). Такая конструкция механизма поворота ковша является наиболее распространенной. Введение в конструкцию коромысла и тяги позволило увеличить угол поворота ковша экскаватора, но неравномерность распределения усилий при повороте ковша осталась, 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 E02F 3/38. Рабочее оборудование одноковшовых гидравлических экскаваторов / Хребто И.Ф., Хребто Е.С., Богданов A.M., 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. Устройство отличается большой сложностью и сохраняет неравномерность распределения усилий при повороте ковша. Оно не позволяет уменьшить диаметр гидроцилиндра привода ковша при сохранении кинематики механизма поворота ковша.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является механизм (Патент US, 3465903 A (WILSON), 9.09.1969) поворота ковша гидравлического экскаватора, включающего рукоять ковш, двуплечее коромысло с основным и дополнительным плечами, размещенными по обе стороны рукояти, тягу, гидроцилиндр привода, соединенный с основным плечом коромысла, и соединяющие их шарниры. Хотя устройство и имеет двуплечее коромысло, оно сохраняет неравномерность распределения усилий при повороте ковша и не позволяет уменьшить диаметр гидроцилиндра привода ковша. Кроме того, устройство не обеспечивает эффективную разработку грунта ниже уровня стоянки (оборудование обратной лопаты), поскольку в этом случае работает штоковая полость гидроцилиндра привода, что значительно уменьшает усилие копания.
Изобретение направлено на расширение области максимальных усилий на зубьях ковша по углу его поворота, обеспечение эффективной работы прямой и обратной лопатой при уменьшении диаметров применяемых гидроцилиндров. Это достигается тем, он снабжен двумя дополнительными гидроцилиндрами, соединенными посредством шарниров с дополнительным плечом коромысла, причем угол между плечами двуплечего коромысла по ходу штока гидроцилиндра привода составляет величину от 160° до 180°.
Сущность заявляемого устройства пояснена чертежами, где на фиг.1 представлен привод при верхнем положении ковша (разгрузка обратной лопаты); на фиг.2 зафиксирован момент постепенного увеличения усилия на зубьях ковша; фиг.3 иллюстрирует момент, когда привод развивает максимальное усилие на зубьях ковша за счет работы гидроцилиндра привода (угол между плечами коромысла 180°); на фиг.4 показан момент, когда привод развивает максимальное усилие на зубьях ковша за счет работы дополнительных гидроцилиндров; на фиг. 5 представлен завершающий момент поворота ковша; на фиг.6 показана начальная фаза разработки грунта выше уровня стоянки (прямая лопата); на фиг.7 показана возможная зона существования двуплечего коромысла; на фиг.8 показан привод с углами между плечами коромысла 160°.
Привод механизма поворота ковша гидравлического экскаватора включает рукоять 1, ковш 2, двуплечие коромысло с основным 3 и дополнительным 4 плечами, тягу 5, гидроцилиндр привода 6 и дополнительные гидроцилиндры 7.
Привод механизма поворота ковша гидравлического экскаватора работает следующим образом. Для разработки грунта обратной лопатой оператор подает гидравлическую жидкость в бесштоковую полость гидроцилиндра привода 5 и штоковые полости дополнительных гидроцилиндров 6, что приводит к повороту двуплечего коромысла с основным 3 и дополнительным 4 плечами через тягу 5 к перемещению ковша 2 (фиг.1, 2). Начинается разработка грунта и заполнение ковша 2 с постепенным увеличением усилия на его зубьях. Это усилие достигает максимального значения в то время, когда угол между гидроцилиндром привода 6 и основным плечом 3 двуплечего коромысла (фиг.3) становится близким 90°. Аналогичным образом приближение к 90° угла между дополнительными гидроцилиндрами 7 и дополнительными 4 плечами двуплечего коромысла 3 также увеличивает усилие на зубьях ковша 2 (фиг.4), хотя в это время момент, создаваемый гидроцилиндром привода 6 начинает уменьшаться. Такая последовательность прямых углов (при размещении опор гидроцилиндра привода 6 и дополнительных гидроцилиндров 7 на рукояти 1) возможна, если угол между основным 3 и дополнительными плечами 4 двуплечего коромысла по ходу штока гидроцилиндра привода 6 составляет величину от 160° до 180° Поскольку эти прямые углы создаются в приводе не одновременно, а последовательно, то зона наибольших усилий на зубьях ковша 2 (и крутящие моменты на основном 3 и дополнительных 4 плечах двуплечего коромысла) расширяется. В результате заполнение ковша 2 грунтом происходит при большей толщине стружки, что увеличивает производительность экскаватора.
Конструктивно угол между основным 3 и дополнительным 4 плечами двуплечего коромысла не может быть меньше 140°, т.к. в этом случае двуплечее коромысло становится одноплечим и ось дополнительных гидроцилиндров 7 проходит через шарнир опоры коромысла (фиг.7). Поэтому угол между основным 3 и дополнительным 4 плечами двуплечего коромысла должен быть в пределах от 160° до 180° (фиг.8).
После заполнения ковша 2 грунтом (фиг.5) и перемещения рукояти 1 к месту выгрузки оператор подает гидравлическую жидкость в штоковую полость гидроцилиндра привода 6 и бесштоковые полости дополнительных гидроцилиндров 7. Ковш 2 поворачивается о обратном направлении и происходит свободная его разгрузка от грунта.
Поскольку при копании грунта обратной лопатой в работе участвует не 1 (гидроцилиндр привода 6), а 3 гидроцилиндра (гидроцилиндр привода 6 и два дополнительных гидроцилиндра 7), то при сохранении прежнего усилия на зубьях ковша 2 возможно уменьшение диаметра трех последних гидроцилиндров на 20%.
Привод механизма поворота ковша гидравлического экскаватора обеспечивает эффективную разработку грунта также прямой лопатой. Для этого необходимо просто перевесить ковш обратной лопаты на рукояти 1 и тяге 5 (фиг.6). При такой перекомпоновке оператор подает гидравлическую жидкость в бесштоковые полости дополнительных гидроцилиндров 7 и штоковую полость гидроцилиндра привода 6. В этом случае усилие на зубьях ковша возрастает за счет увеличения суммарной рабочей площади дополнительных гидроцилиндров 7 и гидроцилиндра привода 6.
Привод механизма поворота ковша гидравлического экскаватора обеспечивает расширение зоны высоких усилий на зубьях ковша, позволяя при этом уменьшить диаметры исполнительных гидроцилиндров, и при переустановке ковша позволяет выполнять разработку грунта прямой лопатой с увеличенным на 30% усилием копания.