подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора

Формула изобретения

1. ПОДВЕСКА СТРЕЛЫ РАБОЧЕГО ОРГАНА РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра, отличающаяся тем, что подвеска снабжена дополнительной тягой, установленной параллельно одной из несущих тяг в общих для них узлах крепления, а гидроцилиндр упругодемпфирующего звена связан с дополнительной тягой.

2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом изменения длины дополнительной тяги, кинематически связанным с механизмом изменения длины несущей тяги.

3. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что несущая и дополнительная тяги соединены между собой посредством поперечных связей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к землеройному машиностроению, а именно к металлоконструкциям роторных экскаваторов.

Известна подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено [1]

Недостатком конструкции является неудовлетворительная ее надежность из-за повышенных динамических нагрузок в режиме резонансных колебаний.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход соединен с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра [2]

Однако из-за больших потерь на трение в подвижных сочленениях несущих тяг и в уплотнениях гидроцилиндра эффективность воздействия упругодемпфирующего звена на колебания металлоконструкций снижена, вследствие чего надежность подвески и экскаватора недостаточна.

Сущность изобретения заключается в том, что подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход соединен с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра, снабжена дополнительной тягой, установленной параллельно одной из несущих тяг в общих для них узлах крепления, а гидроцилиндр упругодемпфирующего звена связан с дополнительной тягой. Кроме того, подвеска снабжена механизмом изменения длины дополнительной тяги, кинематически связанным с механизмом изменения длины несущей тяги, а несущая и дополнительная тяги соединены между собой посредством поперечных связей.

Установка дополнительной тяги параллельно одной из несущих тяги в общих для них узлах крепления и наличие связи гидроцилиндра упругодемпфирующего звена с дополнительной тягой позволяет за счет разгрузки упругодемпфирующего звена от восприятия весовых нагрузок и уменьшения потерь на трение увеличить эффективность снижения динамических усилий и как следствие, повысить надежность подвески и экскаватора в целом.

На фиг. 1 представлен вариант исполнения устройства для случая, когда дополнительная тяга установлена параллельно несущей тяге, состоящей из двух ветвей нерегулируемой длины; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант устройства для случая, когда дополнительная тяга установлена параллельно несущей тяге, имеющей регулируемую длину; на фиг. 4 функциональная схема системы управления гидроцилиндром; на фиг. 5 график изменения усилия F в дополнительной тяге в функции времени t.

Подвеска стрелы 1 рабочего органа 2 роторного экскаватора содержит пилон 3, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой 4. Несущие тяги 5 и 6, соединяющие роторную стрелу 1 с противовесной консолью 7, опираются на верхнюю часть пилона 3. В первом варианте исполнения (фиг. 1 и 2) дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 нерегулируемой длины в общих для них узлах 10 и 11 крепления, а гидроцилиндр 12 связан с дополнительной тягой 8. Во втором варианте исполнения (фиг. 3) дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 регулируемой длины, выполненной, например, в виде полиспаста, подвижная ветвь которого связана с механизмом 13 изменения длины тяги, установленным на противесной консоли 7 при помощи узла 14 крепления. Дополнительная тяга 8 на фиг. 3 снабжена механизмом 15 изменения своей длины, кинематически связанным через трансмиссию 16 с механизмом 13 изменения длины несущей тяги 5. Дополнительная тяга 8 с гидроцилиндром 12 имеет в этом варианте общие с несущей тягой 5 узлы 17, 18 и 14 крепления к металлоконструкциям экскаватора.

Несущая 5 и дополнительная 8 тяги соединены между собой посредством поперечных связей 19 (фиг. 2). Гидроцилиндр 12 в сочетании с пневмогидравлическим аккумулятором 20 образует упругодемпфирующее звено. Маслостанция включает в себя гидронасос 21, предохранительный клапан 22, маслобак 23. Электрогидравлический усилитель 24 мощности подключен между маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра 12. Датчик 25 колебаний, установленный на роторной стреле 1, подсоединен к первому входу суммирующего усилителя 26, второй вход которого подсоединен к датчику 27 перемещения штока гидроцилиндра 12, а третий вход при помощи переключателя 28 подключен либо к задатчику 29 опорного сигнала, либо к выходу электровыпрямителя 30 со сглаживающим фильтром, вход которого соединен с датчиком 25 колебаний. Выход суммирующего усилителя 26 связан с обмоткой магнита электрогидравлического усилителя 24.

Перед началом работы экскаватора при помощи задатчика 29 опорного сигнала U_o устанавливается предварительное натяжение дополнительной подвески 8. Для этого через суммирующий усилитель 26 сигнал U_o подается на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24, в результате чего золотник последнего перемещается и через образовавшуюся щель жидкости от насоса 21 поступает в рабочую полость гидроцилиндра 12, приводя в движение его шток. Движение штока происходит до тех пор, пока сигнал отрицательной обратной связи от датчика 27 перемещения штока не сравняется по абсолютной величине с опорным сигналом U_o, после чего сигнал на выходе суммирующего усилителя 26 становится равным нулю, щель золотника закрывается и шток останавливается отработав (отследив) заданное перемещение. При этом в дополнительной тяге 8 устанавливается предварительное (статическое) натяжение F_cm, определяемое величиной опорного сигнала.

При работе экскаватора под действием переменного усилия на рабочем органе 2 происходят колебания металлоконструкций экскаватора. Возникающие при этом динамические нагрузки отрицательно сказываются на надежности машины. Колебания роторной стрелы 1 фиксируются датчиком 25, вырабатывающим непрерывный электрический сигнал, пропоpциональный колебательной скорости перемещения роторной стрелы 1. После прохождения через усилитель 26 этот сигнал поступает на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24 и отрабатывается гидроцилиндром 12, работающим в следящем режиме. В результате периодических перемещений его штока в дополнительной тяге 8 создается переменное усилие, пропорциональное скорости колебательного движения роторной стрелы 1, а следовательно, и скорости деформации несущей тяги 5. Поскольку дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 в общих для них узлах крепления, то указанное переменное усилие передается на несущую тягу 5, создавая эффект вязкого сопротивления ее деформации. Из теории колебаний известно, что указанный эффект приводит к рассеиванию энергии и снижению колебаний. В данном случае эффективность снижения колебаний ограничена лишь мощностью гидронасоса.

Для предотвращения провисания дополнительной тяги 8 в моменты уменьшения в ней упругой силы в процессе колебаний величина предварительного натяжения дополнительной тяги, равная статической составляющей F_cт усилия в ней, должна быть не меньше амплитудыF| динамической составляющей F усилия в дополнительной тяге 8, а именно

F_cт=(1,05.1,1)F| (фиг. 5)

В свою очередь, усилие F определяется суммой двух слагаемых, одно из которых вызвано упругой деформацией дополнительной тяги 8, возникающей за счет колебательного движения роторной стрелы 1, а другое связано с деформацией этой тяги, создаваемой за счет перемещения штока гидроцилиндра 12. Для уменьшения первого слагаемого указанной суммы, в целях повышения надежности дополнительной тяги 8, жесткость дополнительной тяги принята в 10.20 раз меньше по сравнению с жесткостью несущей тяги 5. При таком соотношении жесткостей величиной первого из рассматриваемых слагаемых с погрешностью до 5% можно пренебречь. Установка заданной жесткости дополнительной тяги 8 производится путем создания соответствующего давления зарядки пневмогидравлического аккумулятора 20.

Величина второго слагаемого усилия F определяется исходя из принципа компенсации: при установившихся резонансных колебаниях демпфирующее усилие, создаваемое в тягах 5 и 8 гасителем (гидроцилиндром 12), равно по величине усилию F_в, создаваемому в тех же тягах переменной составляющей внешней нагрузки, приложенной к рабочему органу 2. Тогда с учетом (1) с поправкой на указанную пятипроцентную погрешность начальное натяжение определяется из соотношения

F_cт=(1,1.1,15) F_в (2)

ЗначенияF_в| для различных условий работы роторного экскаватора известны. Например, для экскаваторов среднего классаF_в100.150 кН.

Увеличение F_cт по сравнению с величиной определяемой соотношением (2), приводит к возрастанию давления в гидроцилиндре 12 и соответственно либо к увеличению энергозатрат, либо при прочих равных условиях к уменьшению эффективности гашения колебаний и снижению надежности экскаватора.

Для поддержания оптимальной величины натяжения F_cт в процессе работы экскаватора в соответствии с условием (2) при измененииF_в| используется электровыпрямитель 30 со сглаживающим фильтром, подключаемый ко входу суммирующего усилителя 26 с помощью переключателя 28 (задатчик 29 в этом случае отключен). Например, при увеличении колебаний роторной стрелы 1 амплитуда переменного сигнала, поступающего с датчика 26 на электровыпрямитель 30 возрастает. Соответственно возрастает величина сигнала постоянного тока, поступающего с выхода электровыпрямителя 30 через суммирующий усилитель 26 на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24. Отслеживая указанный сигнал, шток гидроцилиндра 12 перемещается в новое положение, и в дополнительной тяге 8 устанавливается более высокое значение натяжения F_cт. Аналогичным образом при уменьшении колебаний величина F_cт снижается.

Для изменения высоты копания экскаватора в варианте исполнения устройства по фиг. 3 с помощью механизма 13 производится изменение длины несущей тяги 5, а при помощи механизма 15 соответствующее изменение длины дополнительной тяги 8. Синхронизация скоростей изменения длины тяг 5 и 8 осуществляется трансмиссией 16, обеспечивающей жесткую кинематическую связь между механизмами 13 и 15.

Поперечные связи 19 (на фиг. 2 изображены условно) предотвращают возникновение возможных поперечных колебаний дополнительной тяги 8 в вертикальной плоскости.

Установка дополнительной тяги параллельно одной из несущих тяги в общих для них узлах крепления имеет по сравнению с иным взаиморасположением указанных тяг (например, при расположении их под углом друг к другу) преимущество, заключающееся в том, что, во-первых, демпфирующее усилие, создаваемое гидроцилиндром 12, полностью проецируется на несущую тягу 5, т.е. полностью идет на создание вязкого сопротивления ее деформации, а следовательно, на гашение колебаний, во-вторых, в элементах металлоконструкций экскаватора не возникают боковые составляющие от динамических усилий в дополнительной тяге, как это имеет место, например, при наклонном расположении дополнительной тяги 8 по отношению к несущей тяге 5. Оба указанных фактора положительно сказываются на надежности подвески и экскаватора.

В известном устройстве среднее значение силы трения в гидроцилиндре

F_тp1=fF_cт1, (3) где F_cт1 усилие в несущей тяге от статических нагрузок;

f коэффициент сопротивления движению штока упругодемпфирующего звена, учитывающий трение в уплотнениях гидроцилиндра.

В предложенном устройстве среднее значение силы трения в гидроцилиндре

F_тp=fF_cт, (4) где F_cт определена соотношением (2).

Для роторных экскаваторов обычно F_в| (0,02.0,04)F_cт1 (5)

C учетом (2), (3), (4), (5) имеем F_тp1/E_тp2=22.36, т.е. при использовании изобретения сила трения в гидроцилиндре упругодемпфирующего звена уменьшается в 22.36 раз, что позволяет существенно повысить эффективность активного воздействия на колебания металлоконструкций, понизить уровень динамических нагрузок и соответственно повысить надежность роторного экскаватора.