РЫХЛИТЕЛЬ С ЖИДКОСТНЫМ АККУМУЛЯТОРОМ ЭНЕРГИИ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
RIPPER WITH BIDIRECTIONAL LIQUID ENERGY ACCUMULATOR

Изобретение относится к строительному и горному делу и может быть использовано при разработке прочных и мерзлых грунтов.
Известен рыхлитель для разработки прочных и мерзлых грунтов, включающий базовую машину, навесную раму с механизмом управления и рыхлительную стойку, которая шарнирно смонтирована на навесной раме и связана с последней через регулируемую пружинную систему, содержащую набор концентрично расположенных пружин (см. а.с. №594260, МПК Е02F 5/30, опуб.25.02.78).
В этом рыхлителе предусмотрено регулирование общей высоты пружин системы, но при этом ступенчато нарастает жесткость, причем закон, по которому происходит нарастание жесткости, остается одним и тем же (расстояние между свободными концами пружин относительно друг друга не регулируется).
Однако сила резания на рабочем органе зависит от физико-механических свойств разрабатываемого грунта, конструкции рабочего оборудования, режимов движения базовой машины и др., т.е. частота и амплитуда изменения силы резания может принимать различные значения в широком диапазоне своих изменений. Поэтому для получения в рыхлительном оборудовании требуемой частоты и амплитуды колебаний рабочего органа, соответствующих изменению внешних воздействий, необходимо изменять характеристику жесткости и предварительного поджатая упругого элемента в широких пределах.
Наиболее близким к заявляемому является рыхлитель для разработки мерзлых и прочных грунтов, содержащий базовую машину, параллелограммную подвеску с рамой, на которой шарнирно смонтирован рыхлительный зуб, и упругую систему, содержащую закрепленный на раме главный цилиндр с поршнем на штоке, силовой шток, пропущенный сквозь торцовую стенку цилиндра и соединенный через шарнирную тягу с рыхлительным зубом, (см. патент №1176944, МПК Е02F 5/30, опуб. 07.09.85).
В этом рыхлителе, с целью улучшения его обслуживания, основной цилиндр упругой системы (аккумулятора энергии) имеет расположенную за его поршнем вспомогательную полость, которая сообщена с рабочей полостью при помощи выполненного в корпусе канала с управляемым клапаном, а корпус дополнительного цилиндра связан со штоками его управляющих гидроцилиндров, установлен концентрично корпусу основного цилиндра и с возможностью перемещения внутри выполненной в штоке и поршне последнего полости, при этом силовой шток пропущен в полость дополнительного цилиндра, которая при помощи выполненных в корпусе последнего отверстий сообщена с рабочей полостью основного цилиндра.
Данная упругая система с регулируемыми параметрами является накопителем энергии одностороннего действия. При движении стойки в противоположном направлении, усилие воспринимается упругим элементом, имеющим постоянную жесткость. Поэтому, в случае движения рыхлительной стойки от аккумулятора энергии, возможен даже отрыв стойки от упругой системы, что приводит к нарушению гармонических или почти гармонических колебаний рабочего органа и нарушает устойчивый режим движения базовой машины, что способствует повышению вибрации базовой машины, утомляемости работы оператора и т.д. Данный момент характерен потерей части кинетической энергии, запасенной стойкой, которая рассеивается внутри системы «рыхлительная стойка - элементы навески - базовая машина». Энергия, поступающая на разрушение грунта, уменьшится (см., например, книгу Харкевича А.А. Автоколебания.- М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1953.- 170 с, книгу Теодорчика К.Ф. Автоколебательные системы.- М.: Гостехиздат, 1952. - 272 с, книгу Лойцянского Л.Г. Курс теоретической механики. Т 2. Динамика / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лурье. - М.: Наука, 1983. - 640 с).
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности рыхления грунта за счет снижения динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину и оператора, и передачи их в зону разрушения грунта в широком диапазоне изменения внешних нагрузок, обеспечение возможности дистанционного управления параметрами аккумулятора энергии.
Результат достигается тем, что рыхлитель с жидкостным аккумулятором энергии двухстороннего действия, содержащий базовую машину, параллелограммную подвеску с рамой, на которой шарнирно смонтирован рыхлительный зуб, и упругую систему, содержащую закрепленный на раме главный цилиндр с поршнем на штоке, силовой шток, пропущенный сквозь торцовую стенку цилиндра и соединенный через шарнирную тягу с рыхлительным зубом, отличается тем, что главный цилиндр упругой системы снабжен перегородкой, разделяющей его на два независимых цилиндра, каждый из которых снабжен основной и дополнительной полостями, причем в дополнительных полостях цилиндров установлены поршни, соединенные с полыми штоками, взаимодействующими через уплотнительные кольца, расположенные на свободных торцах полых штоков, с силовыми штоками, пропущенными через основные полости, и закрепленными на внутренних стенках подвижного цилиндра, охватывающего главный цилиндр, и соединенного через шарнир с рыхлительной стойкой, при этом дополнительные полости каждого из цилиндров, расположенных в главном цилиндре, снабжены отверстиями со стороны штоковой и свободной части поршня, соединенными с помощью трубопровода с реверсивным гидронасосом и гидрозамками двухстороннего действия, упругая система также снабжена дополнительным реверсивным гидронасосом, выходное отверстие которого соединено через гидрозамки двухстороннего действия с отверстиями, выполненными в стенках основных полостей цилиндров, расположенных в главном, а входное отверстие гидронасоса соединено трубопроводом с емкостью для жидкости.
Сущность изобретения заключается в том, что рыхлитель, включающий базовую машину, навесную раму с механизмом управления и рыхлительную стойку, смонтированную на навесной раме, снабжен жидкостным аккумулятором энергии, содержащим главный цилиндр, смонтированный на навесной раме и разделенный перегородкой на два независимых цилиндра, снабженных основной и дополнительной полостями, причем в дополнительных полостях цилиндров установлены поршни, соединенные с полыми штоками, взаимодействующими через уплотнительные кольца, расположенные на свободных торцах полых штоков, с силовыми штоками, пропущенными через основные полости, и закрепленными на внутренних стенках подвижного цилиндра, охватывающего главный цилиндр, и соединенного через шарнир с рыхлительной стойкой.
Для изменения упругих свойств аккумулятора энергии при перемещении подвижного цилиндра в прямом и обратном направлениях, дополнительные полости каждого из цилиндров, расположенных в главном цилиндре, снабжены отверстиями со стороны штоковой части поршня и свободной, взаимодействующими с реверсивным гидронасосом, через гидрозамки двхстороннего действия и трубопроводы.
Для создания избыточного давления в основных полостях цилиндров, расположенных в главном цилиндре, и компенсирования утечек жидкости из системы, аккумулятор энергии снабжен дополнительным реверсивным гидронасосом, выходное отверстие которого соединено через гидрозамки двухстороннего действия с отверстиями, выполненными в стенках основных полостей цилиндров, расположенных в главном, а входное отверстие гидронасоса соединено трубопроводом с емкостью для жидкости.
Снабжение рыхлителя жидкостным аккумулятором энергии, выполненным из главного цилиндра, смонтированного на навесной раме и разделенного перегородкой на два независимых цилиндра, содержащих основную и дополнительную полости, с установленными внутри дополнительных полостей поршнями, соединенными с полыми штоками, взаимодействующими через уплотнительные кольца, расположенные на свободных торцах штоков, с силовыми штоками, пропущенными через основные полости, и закрепленными на внутренних стенках подвижного цилиндра, охватывающего главный цилиндр, и соединенного через шарнир с рыхлительной стойкой, позволяет рыхлительной стойке совершать резонансные антифазные гармонические или почти гармонические колебания, что приводит к снижению вибраций, передаваемых на базовую машину, и способствует максимальной передаче энергии на разрушения грунта.
Снабжение дополнительных полостей каждого из цилиндров отверстиями, расположенными со стороны штоковой части поршня и свободной, взаимодействующими с реверсивным гидронасосом, через гидрозамки двухстороннего действия и трубопроводы, позволяет изменять упругие свойства аккумулятора энергии при движении подвижного цилиндра, как в прямом, так и обратном направлениях.
Снабжение аккумулятора энергии дополнительным реверсивным гидронасосом, выходное отверстие которого соединено через гидрозамки двухстороннего действия с отверстиями, выполненными в стенках основных полостей цилиндров, а входное - трубопроводом с емкостью для жидкости, позволяет создавать избыточное давление в основных полостях цилиндров, расположенных в главном цилиндре, и компенсировать технологические утечки жидкости из системы.
На фиг.1 изображен рыхлитель с жидкостным аккумулятором энергии, общий вид. На фиг.2 - разрез по сечению А-А на фиг.1. На фиг.3 - жидкостный аккумулятор энергии, взаимодействующий с рыхлительной стойкой через шарнирную тягу. На фиг.4 - жидкостный аккумулятор энергии, увеличенный масштаб.
Рыхлитель включает базовую машину 1, навесную раму 2 с гидроцилиндром управления и рыхлительную стойку 3, смонтированную при помощи осей 4 на раме 2. Стойка 3 связана с рамой 2 через жидкостный аккумулятор энергии, заключенный в корпус 5. Аккумулятор энергии содержит главный цилиндр 6, смонтированный в корпусе 5 и разделенный перегородкой 7 на два независимых цилиндра, снабженных основной «А» и дополнительной «Б» полостями. В дополнительных полостях «Б» цилиндров установлены поршни 8, соединенные с полыми штоками 9. Полые штоки 9 взаимодействуют с силовыми штоками 10, пропущенными через основные полости «А», и закрепленными на внутренних стенках подвижного цилиндра 11, охватывающего главный цилиндр 6. Подвижный цилиндр 11 соединен через шарнирную тягу 12 с рыхлительной стойкой 3.
Управление упругими свойствами аккумулятора энергии производится реверсивным гидронасосом 13 и гидрозамками двухстороннего действия 14, соединенными трубопроводом с отверстиями «I», расположенными в стенках дополнительных полостей «Б».
Создание избыточного давления в основных полостях «А» производится дополнительным реверсивным гидронасосом 15, соединенным трубопроводом с гидрозамками двухстороннего действия 16, отверстиями «II», выполненными в стенках основных полостей «А», и емкостью для жидкости 17.
Рыхлитель работает следующим образом.
Реакция, возникающая при разработке грунта, поворачивает штанги рыхлительной стойки 3 вокруг осей 4. При этом стойка 3, взаимодействуя с шарнирной тягой 12, подвижным цилиндром 11, силовыми штоками 10, изменяет усилие сжатия жидкости, находящейся в полых штоках 9 и основных полостях «А», соединенных с полостями в штоках 9 отверстиями. Обладая упругими свойствами, жидкость, например, керосин или жидкость на силиконовой основе (см. книгу Башта Т.М. Объемные гидравлические приводы / Т.М. Баштa - М.: Машиностроение, 1969. - 628 с, стр.57), находящаяся в основных полостях «А», определяет колебательный характер движения рыхлительной стойки 3.
Управление упругими свойствами аккумулятора энергии (в зависимости от свойств разрабатываемого грунта) производится созданием избыточного давления в основных полостях «А» за счет перемещения полых штоков 9, соединенных с поршнями 8. Перемещение поршней 8 осуществляется подачей или забором жидкости из вспомогательных полостей «Б» гидронасосом реверсивного действия 13, соединенным трубопроводом с гидрозамками двухстороннего действия 14 и отверстиями «I», расположенными в стенках дополнительных полостей «Б».
Создание избыточного давления жидкости в основных полостях «А» цилиндров, расположенных в главном цилиндре 6, и компенсирование технологических утечек жидкости из системы производится дополнительным реверсивным гидронасосом 15, гидрозамками двухстороннего действия 16, соединенными трубопроводом с выходными отверстиями «II», выполненными в стенках основных полостей «А».
Забор жидкости и ее возвращение в рабочие полости производится с помощью реверсивного гидронасоса 15 и емкости 16, соединенными трубопроводом с отверстиями «А».
Применение предлагаемого рыхлителя, содержащего жидкостный аккумулятор энергии двухстороннего действия, с одновременным регулированием упругих свойств и величины предварительного поджатая жидкости, в зависимости от свойств разрабатываемого грунта, позволяет повысить эффективность его работы и удобство пользования за счет максимальной передачи энергии на разрушение грунта и минимальной на базовую машину.