RU2320823C2 - Working equipment of single-bucket hydraulic excavator - Google Patents

Abstract

FIELD: earth-moving machinery.

SUBSTANCE: invention relates to single-bucket hydraulic excavators. Working equipment of single-bucket hydraulic excavator includes boom with dipper stick and bucket, boom turning hydraulic cylinders and additional hydraulic cylinder one end of which is hinge coupled with platform and the other, with one of arms of bellcrank connected by rocking point to platform, and other arm being hinge-connected with boom turning hydraulic cylinders.

EFFECT: increased capacity owing to change of angle between boom and boom turning hydraulic cylinder.

3 dwg

Description

Изобретение относится к землеройным машинам, а конкретнее к одноковшовым гидравлическим экскаваторам.The invention relates to earthmoving machines, and more particularly to single bucket hydraulic excavators.

Известно рабочее оборудование гидравлического экскаватора, содержащее стрелу, рукоять с ковшом и силовые гидроцилиндры управления ковшом и стрелой, причем стрела прикреплена к одному концу дополнительного звена, которое другим концом прикреплено к платформе экскаватора. Звено поворачивается вокруг оси при помощи гидроцилиндра и позволяет увеличить радиус черпания, так как имеет одну степень свободы, а точка подвески стрелы перемещается по окружности (Смоляницкий Э.А. Рабочее оборудование полноповоротных гидравлических экскаваторов: обзор информ. /Э.А. Смоляницкий. - М., 1981. - 38 с. - (Экскаваторы и стреловые краны/ ЦНИИТЭстроймаш; вып.1)).It is known the working equipment of a hydraulic excavator, containing an arrow, a handle with a bucket and power hydraulic cylinders for controlling the bucket and arrow, and the arrow is attached to one end of an additional link, which the other end is attached to the platform of the excavator. The link rotates around the axis with the help of a hydraulic cylinder and allows you to increase the radius of digging, as it has one degree of freedom, and the suspension point of the boom moves around the circumference (E. Smolyanitsky. Working equipment of full-circle hydraulic excavators: review inform./E. A. Smolyanitsky. - M., 1981. - 38 pp. - (Excavators and jib cranes / TSNIITEstroymash; issue 1)).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рабочее оборудование экскаватора (А.с. СССР 185281, кл. Е02 3/38. Рабочее оборудование гидравлического экскаватора /М.Л.Куперман, А.А.Буланов, С.М.Беркман (СССР) - №1022639/29-14; заявл. 22.07.65; опубл. 27.09.66, Бюл. №16 - 2 с.), содержащее стрелу, рукоять, ковш, выполненное с перекидными рычагами на пяте стрелы и рукояти, обеспечивающими с помощью гидроцилиндров перемещение пяты стрелы и штока гидроцилиндра рукояти по дуге окружности из одного положения в другое.The closest technical solution, selected as a prototype, is the working equipment of the excavator (A.S. USSR 185281, class E02 3/38. Working equipment of a hydraulic excavator / M.L. Kuperman, A.A. Bulanov, S.M. Berkman (USSR) - No. 1022639 / 29-14; claimed 22.07.65; publ. 09/27/66, Bull. No. 16 - 2 pp.), Containing an arrow, a handle, a bucket, made with rocker arms on the heel of the arrow and handle providing with the help of hydraulic cylinders the movement of the heel of the boom and the rod of the hydraulic cylinder of the handle along an arc of a circle from one position to another.

Недостатком оборудования с точки зрения геометрии является то, что пята стрелы имеет только по одному фиксированному положению для прямой и обратной лопаты. При переводе экскаватора с прямой лопаты на обратную и наоборот точка крепления гидроцилиндра стрелы к платформе перемещается только в горизонтальной плоскости, что не способствует увеличению радиуса копания (выгрузки). Устройство упрощает переход с одного вида рабочего оборудования на другое и не рассматривает вопрос увеличения производительности. При трансформации механизма перемещается пята стрелы, тем самым изменяется положение центра тяжести рабочего оборудования, а следовательно, и устойчивость экскаватора, для корректировки которой необходимо изменять удерживающий момент противовеса. Так, например, при переводе рабочего оборудования в режим обратной лопаты увеличивается расстояние от точки крепления стрелы до оси вращения платформы, что снижает устойчивость, при этом резко уменьшается угол между стрелой и гидроцилиндром ее поворота. Уменьшение угла приводит к снижению подъемной составляющей силы гидроцилиндра и увеличению реактивных давлений, заставляющих снижать усилие на зубе ковша в момент разработки грунта.The disadvantage of the equipment from the point of view of geometry is that the heel of the boom has only one fixed position for the forward and backward shovels. When translating an excavator from a direct shovel to the reverse and vice versa, the point of attachment of the boom hydraulic cylinder to the platform moves only in the horizontal plane, which does not increase the radius of digging (unloading). The device simplifies the transition from one type of working equipment to another and does not consider the issue of increasing productivity. During the transformation of the mechanism, the heel of the arrow moves, thereby changing the position of the center of gravity of the working equipment, and therefore the stability of the excavator, for the correction of which it is necessary to change the holding moment of the counterweight. So, for example, when the working equipment is switched to the backhoe mode, the distance from the boom attachment point to the axis of rotation of the platform increases, which reduces stability, while the angle between the boom and its rotation cylinder sharply decreases. A decrease in the angle leads to a decrease in the lifting component of the hydraulic cylinder force and an increase in reactive pressures, forcing to reduce the force on the bucket tooth at the time of excavation.

Изобретение решает задачу повышения производительности за счет изменения угла между стрелой и гидроцилиндром ее поворота.The invention solves the problem of increasing productivity by changing the angle between the boom and the hydraulic cylinder of its rotation.

Указанная цель достигается тем, что рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора, включающее стрелу с рукоятью и ковшом, гидроцилиндры поворота стрелы, снабжено согласно изобретению дополнительным гидроцилиндром, один конец которого шарнирно связан с платформой, а другой с одним из плеч двуплечного рычага, который точкой качания присоединен к платформе, а другое плечо шарнирно соединено с гидроцилиндрами поворота стрелы.This goal is achieved by the fact that the working equipment of a single-bucket hydraulic excavator, including an arrow with a handle and a bucket, hydraulic cylinders for turning the boom, is equipped according to the invention with an additional hydraulic cylinder, one end of which is pivotally connected to the platform, and the other with one of the shoulders of the two-arm lever, which is connected by a swing point to the platform, and the other shoulder is pivotally connected to the boom swing hydraulic cylinders.

Механизм позволяет перемещать точки крепления цилиндров поворота стрелы и тем самым изменять момент сил гидроцилиндров вращающих стрелу, т.е. увеличить подъемную составляющую гидроцилиндров.The mechanism allows you to move the attachment points of the boom rotation cylinders and thereby change the moment of forces of the hydraulic cylinders rotating the boom, i.e. increase the lifting component of the hydraulic cylinders.

Существенным отличием от прототипа является то, что установленный на платформе экскаватора дополнительный механизм дает возможность изменять расстояние между осью вращения стрелы и проушинами крепления цилиндров стрелы к механизму. Это позволяет увеличить составляющую подъема сил гидроцилиндров стрелы в требуемых зонах работы.A significant difference from the prototype is that the additional mechanism mounted on the excavator platform makes it possible to change the distance between the axis of rotation of the boom and the eyes of the attachment of the boom cylinders to the mechanism. This allows you to increase the lifting component of the forces of the boom hydraulic cylinders in the required areas of work.

На фигуре 1 изображен механизм поворота стрелы. На фигуре 2 приведена схема изменения углов между стрелой и гидроцилиндром ее поворота. На фигуре 3 показан двуплечный рычаг.The figure 1 shows the rotation mechanism of the boom. The figure 2 shows a diagram of the change in the angles between the boom and the hydraulic cylinder of its rotation. Figure 3 shows a two-arm lever.

На платформе 1 экскаватора расположен гидроцилиндр 2, который шарнирно связан с платформой 1 экскаватора (фиг.1). Другой конец гидроцилиндра 2 шарнирно связан с одной из проушин двуплечного рычага 3. Точкой качания двуплечный рычаг 3 шарнирно связан с платформой 1, а к другому плечу шарнирно присоединены гидроцилиндры 4 поворота стрелы 5. При перемещении штока гидроцилиндра 2 перемешаются проушины гидроцилиндров 4 поворота стрелы 5, связанные с ним через двуплечный рычаг 3, и изменяется угол α между продольной осью стрелы 5 и цилиндрами 4 ее поворота. Гидроцилиндры 4 в положении I используются преимущественно с оборудованием типа прямая лопата, а в положении II - преимущественно с обратной лопатой.On the platform 1 of the excavator is a hydraulic cylinder 2, which is pivotally connected to the platform 1 of the excavator (figure 1). The other end of the hydraulic cylinder 2 is pivotally connected to one of the eyes of the two-arm lever 3. The rocking point of the two-arm lever 3 is pivotally connected to the platform 1, and the hydraulic cylinders 4 of the boom 5 rotation are pivotally attached to the other shoulder. associated with it through a two-arm lever 3, and the angle α changes between the longitudinal axis of the boom 5 and the cylinders 4 of its rotation. Hydraulic cylinders 4 in position I are used mainly with equipment like a straight shovel, and in position II - mainly with a backhoe.

Экскаватор работает следующим образом. При разработке грунта, находящегося выше уровня стоянки экскаватора, перемещением штока гидроцилиндра 2 двуплечный рычаг 3 приводится в положение I. При этом угол α между продольной осью стрелы 5 и гидроцилиндрами 4 ее поворота в зоне угла поворота стрелы, при разработке грунта выше стоянки экскаватора, будет больше, чем при традиционной схеме экскаваторов, которая должна обеспечить поворот стрелы 5 для разработки грунта как выше, так и ниже уровня стоянки экскаватора.The excavator works as follows. When developing soil located above the excavator’s parking level, moving the rod of hydraulic cylinder 2, the two-arm lever 3 is brought to position I. In this case, the angle α between the longitudinal axis of the boom 5 and hydraulic cylinders 4 of its rotation in the zone of the angle of rotation of the boom, when developing soil above the parking of the excavator, more than with the traditional excavator scheme, which should provide the rotation of the boom 5 for excavation both above and below the excavator parking level.

При работе с рабочим оборудованием типа обратная лопата необходимо обеспечить наибольшую глубину копания и выгрузку в отвал или транспорт, т.е. сектор угла поворота стрелы расположен в нижней зоне. При работе экскаватора с оборудованием типа прямая лопата, применяемого в основном для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора, требуется обеспечить возможно большую высоту разработки забоя и разработку грунта немногим ниже уровня стоянки, т.е. сектор поворота стрелы расположен в верхенй зоне. Изменяя с помощью дополнительного механизма расстояние между пятой стрелы и проушиной крепления цилиндра поворота стрелы к дополнительному механизму, мы изменяем угол между стрелой и цилиндрами ее поворота.When working with working equipment such as a backhoe, it is necessary to provide the greatest digging depth and unloading into a dump or transport, i.e. the boom angle sector is located in the lower zone. When an excavator is working with equipment such as a straight shovel, which is mainly used to develop soil above the excavator’s parking level, it is required to provide the greatest possible development of the face and soil development slightly below the parking level, i.e. the boom rotation sector is located in the upper zone. By changing the distance between the fifth boom and the eye of the boom turning cylinder to the additional mechanism using an additional mechanism, we change the angle between the boom and its rotation cylinders.

Изменение угловых параметров стрелоподъемного механизма между стрелой 5 и цилиндром ее поворота 4 приведено на фигуре 2. Для сравнения изменения углов α в пределах угла качания стрелы 5 при установке двуплечного рычага 3 в положение I или II на фигуре 2 построено дополнительное положение III, соответствующее базовой модели экскаватора V размерной группы.The change in the angular parameters of the lifting mechanism between the boom 5 and the cylinder of its rotation 4 is shown in figure 2. To compare the changes in the angles α within the swing angle of the boom 5 when installing the two-arm lever 3 in position I or II in figure 2, an additional position III is constructed corresponding to the base model excavator V size group.

Контроль изменения параметров стрелоподьемного механизма (фиг.2) проводится по трем точкам А, В и С, расположенным на дуге окружности качания стрелы. Точка А соответствует верхнему положению стрелы; В - положению, при котором угол α максимальный; С - нижнему положению стрелы. Для наглядности изображения шкалы показывающие значения углов поворота стрелы для каждой из трех точек обозначены соответствующими для данных точек линиями.Control changes in the parameters of the boom mechanism (figure 2) is carried out at three points A, B and C, located on the arc of a circle of swing of the boom. Point A corresponds to the upper position of the boom; In - the position at which the angle α is maximum; C - the lower position of the boom. For clarity, the image of the scale showing the values of the rotation angles of the boom for each of the three points are indicated by the lines corresponding to these points.

Как видно из фигуры 2, значения углов качания стрелы при расположении цилиндров поворота стрелы в одной из трех точек I, II и III составляют: для I-го положения 97°57'(от - 34°20' до 63°37'), для II-го равен 93°33'(от - 4°48' до 88°45'), для III-го равен 100°46' (от - 19°14' до 81°32'). Рассматривая верхние части секторов поворота стрелы (точки А) видно, что для II-го положения угол подъема стрелы наибольший (88°45'), также наибольший угол между стрелой и цилиндром ее поворота (12°6'). Анализ углов в нижней части секторов (точки С) показывает, что наибольший угол опускания стрелы у первого положения (- 34°20') и при этом угол между стрелой и цилиндром ее поворота для I-го положения (15°4') больше, чем для базовой модели (точка С_III, угол 14°21').As can be seen from figure 2, the values of the boom swing angles when the boom rotation cylinders are located in one of the three points I, II and III are: for the 1st position, 97 ° 57 '(from - 34 ° 20' to 63 ° 37 '), for the 2nd, it is 93 ° 33 '(from - 4 ° 48' to 88 ° 45 '), for the 3rd, it is 100 ° 46' (from - 19 ° 14 'to 81 ° 32'). Considering the upper parts of the boom rotation sectors (points A), it can be seen that for the second position, the boom lifting angle is the largest (88 ° 45 '), and also the largest angle between the boom and its rotation cylinder (12 ° 6'). An analysis of the angles in the lower part of the sectors (point C) shows that the largest boom lowering angle at the first position (- 34 ° 20 ') and the angle between the boom and its rotation cylinder for the I-th position (15 ° 4') is greater, than for the base model (point C _III , angle 14 ° 21 ').

Значения углов при точках В показывают, что максимальная подъемная составляющая силы гидроцилиндров поворота стрелы имеет различное значение. Таким образом, видно, что дополнительный механизм позволяет, переносить сектор угла качания стрелы по окружности, изменять величину этого сектора и изменять угол между стрелой и цилиндрами ее поворота. Это позволяет увеличить подъемную составляющую гидроцилиндров в требуемых зонах работы. Как следствие этого снижаются реактивные нагрузки на гидроцилиндры стрелы при копании поворотом ковша или рукояти, что позволяет более полно реализовать силовой потенциал экскаватора, разрабатывать более прочные грунты и в конечном счете увеличить производительность экскаватора.The values of the angles at points B show that the maximum lifting component of the force of the hydraulic cylinders for turning the boom has a different value. Thus, it can be seen that the additional mechanism allows transferring the sector of the boom angle of rotation of the boom, changing the size of this sector, and changing the angle between the boom and the cylinders of its rotation. This allows you to increase the lifting component of the hydraulic cylinders in the required areas of work. As a result of this, the reactive loads on the boom hydraulic cylinders are reduced when digging by turning the bucket or the handle, which allows to more fully realize the power potential of the excavator, develop more durable soils and ultimately increase the productivity of the excavator.

На фигуре 3 показан двуплечный рычаг 3 в двух положениях, и так как на рычаге имеется три отверстия для присоединения цилиндров стрелы, то получим соответственно шесть различных точек присоединения цилиндра стрелы относительно пяты. Обозначим расстояние между пятой стрелы и отверстием на рычаге для присоединения цилиндра стрелы через d, расстояние между пятой стрелы и местом присоединения цилиндра к стреле через А, длину цилиндра стрелы через L. По теореме косинусов получим угол α равен:The figure 3 shows the two-arm lever 3 in two positions, and since the lever has three holes for attaching the boom cylinders, we obtain respectively six different points of attachment of the boom cylinder relative to the heel. Let us denote the distance between the fifth arrow and the hole on the lever for attaching the arrow cylinder through d, the distance between the fifth arrow and the point of attachment of the cylinder to the arrow through A, the length of the arrow cylinder through L. By the cosine theorem, we obtain the angle α is equal to:

,

,

где А - имеет постоянное значение для каждого отдельного типа экскаваторов, пусть L=const, a d - переменная величина, которая для предлагаемого механизма изменяется в зависимости от положения рычага 3 и места присоединения на нем цилиндра стрелы. Тогда α=f(d) и для двух положений рычага 3 имеем шесть различных значений α. Для предлагаемого механизма расстояния d будут равны лишь в том случае, когда рычаг в положении I будет симметрично расположен рычагу II относительно оси, соединяющей пяту стрелы и ось поворота рычага 3. Но и в этом случае мы получим стрелоподъмный механизм с новыми параметрами, так как изменится угол наклона β отрезка d.where A - has a constant value for each individual type of excavator, let L = const, a d is a variable, which for the proposed mechanism varies depending on the position of the lever 3 and the place of attachment of the boom cylinder on it. Then α = f (d) and for two positions of the lever 3 we have six different values of α. For the proposed mechanism, the distances d will be equal only if the lever in position I is symmetrically located to the lever II relative to the axis connecting the heel of the arrow and the axis of rotation of the lever 3. But in this case too, we will get an arrow-lifting mechanism with new parameters, as it will change angle of inclination β of the segment d.

Тем самым даже при равных значениях d сектор угла поворота стрелы, оставаясь постоянным, имеет другое расположение на окружности вращения стрелы относительно пяты.Thus, even with equal values of d, the sector of the angle of rotation of the boom, remaining constant, has a different arrangement on the circumference of rotation of the boom relative to the heel.

Claims (1)

Рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора, включающее стрелу с рукоятью и ковшом, гидроцилиндры поворота стрелы, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным гидроцилиндром, один конец которого шарнирно связан с платформой, а другой - с одним из плеч двуплечного рычага, который точкой качания присоединен к платформе, а другое плечо шарнирно соединено с гидроцилиндрами поворота стрелы.The working equipment of a single-bucket hydraulic excavator, including an arrow with a handle and a bucket, hydraulic cylinders for turning the boom, characterized in that it is equipped with an additional hydraulic cylinder, one end of which is pivotally connected to the platform, and the other to one of the shoulders of the two-arm lever, which is attached to the swing point by the platform and the other shoulder is pivotally connected to the boom swing cylinders.

Images