RU2343246C2 - Method of protection of excavator from influence of hydraulic hammer and device to this effect - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: group of inventions pertain to construction, namely, to hydraulic hammers hung on to construction excavators. Method of protection of the excavator from the influence of hydraulic hammer blowing mass of the hammer pin over the wedge of the hydraulic hammer according to which oscillation damping of the working equipment from the mass action of the hammer pin during its idle run is performed through main hydraulic cylinders of lead control. Oscillation damping of the working equipment is performed both through the main hydraulic cylinder and through a balancing pneumatic - hydraulic cylinder. Whereat balancing pneumatic - hydraulic cylinder is made with constant gas pressure characteristic, and head ends of main hydraulic cylinders of lead control are connected with hydropneumatic accumulator with variable characteristic of gas pressure in its air bladder.

EFFECT: facilitation of hydraulic hammer operation.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к строительству, а именно к гидромолотам, навешиваемым на строительные экскаваторы 2…6 размерных групп с массой бойка 60…1000 кг.The invention relates to construction, namely to hydraulic hammers hung on construction excavators 2 ... 6 size groups with a hammer head 60 ... 1000 kg

Известен способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота, включающий рабочую операцию удара бойка по клину гидромолота, операцию воздействия массы бойка на рабочее оборудование при холостом ходе, в котором операцию гашения колебаний, передаваемых на экскаватор, выполняют основные гидроцилиндры управления стрелой С.С.Добронравов [Строительные машины и оборудование: Справочник. - М.: Высшая школа, 1991, - 456 с.].A known method of protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer, including the operation of striking the hammer on the wedge of the hydraulic hammer, the operation of the mass of the hammer on the working equipment at idle, in which the operation of damping the vibrations transmitted to the excavator is performed by the main boom control cylinders S. S. Dobronravov [Construction machinery and equipment: Reference. - M .: Higher school, 1991, - 456 p.].

Недостатком известного способа является то, что основные гидроцилиндры управления стрелой современных экскаваторов обладают высокой жесткостью и вследствие этого в рабочем оборудовании возбуждаются колебания высокой частоты, близкие или совпадающие с частотой вынужденных колебаний бойка гидромолота, приводящие к значительному увеличению нагрузки в рабочем оборудовании и снижению долговечности экскаватора.The disadvantage of this method is that the main boom control cylinders of modern excavators have high rigidity and, as a result, high-frequency oscillations are excited in the working equipment, close to or coinciding with the frequency of the forced vibrations of the hammer hammer, leading to a significant increase in the load in the working equipment and a decrease in the durability of the excavator.

Развитие современных гидроприводов происходит в направлении увеличения рабочих давлений, в результате чего увеличивается жесткость силовых гидроцилиндров, что находится в противоречии с операцией демпфирования колебаний, когда необходим малый коэффициент жесткости демпфирующих устройств, обеспечивающих низкочастотные собственные колебания рабочего оборудования.The development of modern hydraulic drives takes place in the direction of increasing working pressures, as a result of which the stiffness of the power hydraulic cylinders increases, which is in contradiction with the vibration damping operation, when a low stiffness coefficient of damping devices is required, which ensure low-frequency natural vibrations of the working equipment.

В данном изобретении для облегчения работы гидромолота используется теория виброизоляции машин при подвеске гидромолота к экскаватору.In this invention, to facilitate the operation of the hydraulic hammer, the theory of vibration isolation of machines is used when the hydraulic hammer is suspended from an excavator.

Задачей изобретения в части способа является создание способа защиты экскаватора от воздействий гидромолота, осуществляющего удар массы бойка по клину гидромолота, согласно которому осуществляют посредством основных гидроцилиндров управления стрелой демпфирование колебаний рабочего оборудования от воздействия массы бойка при его холостом ходе, задача способа решена за счет того, что демпфирование колебаний рабочего оборудования осуществляют как основными гидроцилиндрами управления стрелой, так и уравновешивающим пневмогидроцилиндром, при этом уравновешивающий пневмогидроцилиндр выполняют с постоянной характеристикой давления газа, а поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой сообщают с пневмогидроаккумулятором с переменной характеристикой давления газа в его пневматической камере.The objective of the invention in terms of the method is to create a method of protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer, striking the mass of the hammer on the wedge of the hydraulic hammer, according to which the vibration of the working equipment from the effects of the mass of the hammer during its idling is carried out by means of the main hydraulic cylinders for controlling the boom, the problem is solved by that vibration damping of the working equipment is carried out both by the main boom control hydraulic cylinders and by balancing pneumohydrocyl ndrom, thus counterbalancing pnevmogidrotsilindr operate at a constant gas pressure characteristic, and the main piston cavities of hydraulic cylinders boom control report with a hydropneumatic accumulator with variable gas pressure characteristic in its air chamber.

Задача изобретения в части устройства состоит в уменьшении жесткости основных гидроцилиндров путем подключения к ним конструктивных элементов.The objective of the invention in terms of the device is to reduce the rigidity of the main hydraulic cylinders by connecting structural elements to them.

Задача изобретения в части устройства состоит в том, что устройство защиты экскаватора, содержащего рабочее оборудование и основные гидроцилиндры управления стрелой с распределителем рабочей жидкости, от воздействий гидромолота, включающего боек и клин, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено уравновешивающим пневмогидроцилиндром, поршневая полость которого связана с газовым баллоном, а штоковая - с распределителем рабочей жидкости, при этом поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой, связанные с распределителем рабочей жидкости, подключены к пневмогидроаккумулятору с дросселем и обратным клапаном.The objective of the invention in terms of the device is that the protection device of the excavator, containing working equipment and the main control cylinders of the boom with a distributor of working fluid, from the effects of a hydraulic hammer, including a hammer and a wedge, according to the invention, the device is additionally equipped with a balancing pneumohydraulic cylinder, the piston cavity of which is connected with a gas cylinder, and rod - with a distributor of working fluid, while the piston cavities of the main boom control cylinders associated with p a distributor of working fluid, connected to a pneumatic accumulator with a throttle and a check valve.

Поставленная задача в части устройства решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем экскаватор, рабочее оборудование, гидромолот, боек, клин, основные гидроцилиндры стрелы и уравновешивающие пневмогидроцилиндры, распределитель рабочей жидкости, согласно изобретению в поршневые полости основных гидроцилиндров подключен пневмогидроаккумулятор с дросселем и обратным клапаном.The problem in part of the device is solved due to the fact that in the known device containing an excavator, working equipment, a hydraulic hammer, a hammer, a wedge, the main boom hydraulic cylinders and balancing pneumatic cylinders, a working fluid distributor, according to the invention, a pneumatic accumulator with a throttle is connected to the piston cavities of the main hydraulic cylinders and check valve.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 показан колесный экскаватор с системой защиты от воздействий гидромолота; на фиг.2 - гусеничный экскаватор с системой защиты экскаватора от воздействий гидромолота; на фиг.3 показана условная приведенная схема способа и устройства защиты экскаватора от воздействий гидромолота с двумя основными гидроцилиндрами стрелы и уравновешивающим пневмогидроцилиндром; на фиг.4 - условная приведенная схема способа и устройства защиты экскаватора от воздействий гидромолота с одним основным гидроцилиндром стрелы и уравновешивающим пневмогидроцилиндром; на фиг.5 показана зависимость коэффициента динамичности рабочего оборудования от соотношения частот вынужденных колебаний гидромолота и собственных колебаний рабочего оборудования.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a wheeled excavator with a protection system from the effects of a hydraulic hammer; figure 2 - crawler excavator with a system for protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer; figure 3 shows a schematic diagram of a method and device for protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer with two main boom hydraulic cylinders and a balancing pneumohydraulic cylinder; figure 4 is a schematic diagram of a method and device for protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer with one main boom hydraulic cylinder and a balancing pneumohydraulic cylinder; figure 5 shows the dependence of the dynamic coefficient of the working equipment on the ratio of the frequencies of the forced oscillations of the hydraulic hammer and the natural vibrations of the working equipment.

Устройство защиты экскаватора от воздействий гидромолота содержит экскаватор 1, рабочее оборудование 2, гидромолот 3, боек 4, клин 5, основные гидроцилиндры 6, уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7, газовый баллон 8, пневмогидроаккумулятор 9, обратный клапан 10, дроссель 11, распределитель рабочей жидкости 12 (фиг.3, 4), гидромагистрали 13, 14, гидронасос 15, гидробак 16.The device for protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer contains an excavator 1, working equipment 2, a hydraulic hammer 3, a hammer 4, a wedge 5, the main hydraulic cylinders 6, a balancing pneumohydrocylinder 7, a gas cylinder 8, a pneumatic accumulator 9, a check valve 10, a throttle 11, a distributor of working fluid 12 ( 3, 4), hydraulic lines 13, 14, hydraulic pump 15, hydraulic tank 16.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что масса m₁ бойка гидромолота совершает возвратно-поступательные движения в корпусе гидромолота 3 с частотой n_уд=400…500 уд/мин. Частота ударов гидромолота составляетThe essence of the proposed method consists in the fact that the mass m _{1 of the} hammer is reciprocating in the body of the hammer 3 with a frequency of n _beats = 400 ... 500 beats / min. The frequency of hammer blows is

,

,

где f_p - частота ударов, Гц.where f _p - shock frequency, Hz.

Циклическая частота возмущающего воздействия гидромолотаThe cyclic frequency of the disturbing effect of the hydraulic hammer

ω_раб=2πf_p.ω _slave = 2πf _p .

Делаем допущение о том, что колебания бойка в корпусе гидромолота совершаются по гармоническому законуWe make the assumption that the vibrations of the hammer in the body of the hydraulic hammer are performed according to the harmonic law

x_p=A(x_p)sinpt,x _p = A (x _p ) sinpt,

где А(х) - амплитуда относительного перемещения бойка в корпусе гидромолота; p - циклическая частота возмущающего воздействия гидромолота.where A (x) is the amplitude of the relative movement of the hammer in the body of the hydraulic hammer; p is the cyclic frequency of the disturbing effect of the hydraulic hammer.

Сила инерции бойкаInertia force

где А(Н) - амплитуда инерционного возмущающего воздействия гидромолота; m₁ - масса бойка.where A (H) is the amplitude of the inertial disturbing action of the hydraulic hammer; m ₁ - mass striker.

Сила инерции Н является возмущающим воздействием для колебательной системы, состоящей из колеблющейся массы бойка m₁ и массы рабочего оборудования m₂, которая имеет упругие связи с экскаватором 1 через основные гидроцилиндры 6, обладающие коэффициентом жесткости с.The inertia force N is a disturbing effect for the oscillatory system, consisting of the oscillating mass of the striker m ₁ and the mass of the working equipment m ₂ , which has elastic connections with the excavator 1 through the main hydraulic cylinders 6, which have a stiffness coefficient c.

При этом пневмогидроцилиндр 7 полностью уравновешивает силу тяжести рабочего оборудования и гидромолота давлением газа в газовом баллоне 8. Причем благодаря достаточным размерам газового баллона 8 перемещение поршня в пневмогидроцилиндре 7 происходит практически при постоянном давлении p_газа=const. Это означает, что уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7 имеет коэффициент жесткости, равный нулю.In this case, the pneumatic cylinder 7 completely balances the gravity of the working equipment and the hydraulic hammer with the gas pressure in the gas cylinder 8. Moreover, due to the sufficient size of the gas cylinder 8, the piston moves in the pneumatic cylinder 7 at almost constant _gas pressure p = const. This means that the balancing pneumohydrocylinder 7 has a stiffness coefficient equal to zero.

На расчетных схемах (фиг.3, 4) и в последующих расчетах m₂ - приведенная масса рабочего оборудования с центром приведения на гидромолоте; с - приведенный коэффициент жесткости основных гидроцилиндров с центром приведения на гидромолоте.In the calculation schemes (Figs. 3, 4) and in subsequent calculations, m ₂ is the reduced mass of the working equipment with the center of reduction on the hydraulic hammer; with - the given coefficient of rigidity of the main hydraulic cylinders with the center of reduction in the hydraulic hammer.

В результате приведения параметров динамической системы вращательное движение рабочего оборудования (см. фиг.1, 2) сведено к эквивалентному поступательному движению механической системы (фиг.3, 4). Переносное колебательное движение рабочего оборудования описывается дифференциальным уравнением вынужденных колебанийAs a result of adjusting the parameters of the dynamic system, the rotational movement of the working equipment (see Figs. 1, 2) is reduced to the equivalent translational motion of the mechanical system (Figs. 3, 4). The portable oscillatory movement of the working equipment is described by the differential equation of forced oscillations

Из уравнения (2) циклическая частота собственных колебаний рабочего оборудования равнаFrom equation (2), the cyclic frequency of the natural oscillations of the working equipment is

Амплитуда возмущающего ускорения гидромолота A(h) в уравнении (2) определяется с учетом формулы (1) выражениемThe amplitude of the disturbing acceleration of the hydraulic hammer A (h) in equation (2) is determined taking into account formula (1) by the expression

Из дифференциального уравнения (2) определяют амплитуду вынужденных колебаний рабочего оборудованияFrom the differential equation (2) determine the amplitude of the forced oscillations of the working equipment

Сила реакции, передаваемая на экскаватор со стороны рабочего оборудования для упругой системы определяется по закону ГукаThe reaction force transmitted to the excavator from the side of the working equipment for the elastic system is determined by Hooke's law

Амплитуда силы воздействия на экскаватор с учетом формул (5) и (6) равнаThe amplitude of the force acting on the excavator, taking into account formulas (5) and (6), is equal to

Коэффициент динамичности при инерционном возбуждении колебаний в формуле (7) стремится к пределу при

.The dynamic coefficient during inertial excitation of oscillations in formula (7) tends to the limit at

.

На фиг.5 построен график функции по формуле (8), из которого видно, что в реальном случае для соотношения

в точке А воздействие N_x на экскаватор со стороны гидромолота характеризуется значением коэффициента динамичности

.Figure 5 is a graph of the function according to the formula (8), from which it can be seen that in the real case for the ratio

at point A, the impact of N _x on the excavator from the side of the hydraulic hammer is characterized by the value of the dynamic coefficient

.

Благодаря полному уравновешиванию силы тяжести рабочего оборудования пневмогидроцилиндром 7 усилие в основных гидроцилиндрах 6 при работе определяется только величиной прижатия гидромолота к забою и оказывается минимальным. Вследствие этого коэффициент жесткости с основных гидроцилиндров в формуле (7) имеет минимальную величину.Due to the complete balancing of the gravity of the working equipment by the pneumatic cylinder 7, the force in the main hydraulic cylinders 6 during operation is determined only by the magnitude of the pressing of the hydraulic hammer to the bottom and is minimal. As a result, the stiffness coefficient of the main hydraulic cylinders in the formula (7) has a minimum value.

Амплитуда гармонической силы, передаваемая на экскаватор, уменьшается в соответствии с формулой коэффициента передачи силыThe amplitude of the harmonic force transmitted to the excavator is reduced in accordance with the formula for the power transfer coefficient

ПриAt

из (9) получим коэффициент

.from (9) we obtain the coefficient

.

Это означает, что возмущающее воздействие гидромолота, передаваемое на экскаватор, уменьшается в 8 раз.This means that the disturbing effect of the hydraulic hammer transmitted to the excavator is reduced by 8 times.

Условие (10) с учетом формулы (3) позволяет определить приведенный коэффициент жесткости основных гидроцилиндров стрелыCondition (10), taking into account formula (3), allows one to determine the reduced stiffness coefficient of the main boom hydraulic cylinders

.

.

Основным параметром в выполненном расчете является коэффициент жесткости с колебательной системы, оптимальное значение которого обеспечивается пневмогидроаккумулятором 9, снабженным обратным клапаном 10 и дросселем 11.The main parameter in the calculation is the stiffness coefficient of the oscillatory system, the optimum value of which is provided by a pneumatic accumulator 9, equipped with a check valve 10 and a throttle 11.

Сущность работы способа защиты экскаватора от воздействий гидромолота состоит в том, что в качестве упругого элемента, вводимого в гидросистему используется пневмогидроаккумулятор небольших размеров, в котором при появлении динамического удара со стороны гидромолота давление в основных гидроцилиндрах возрастает, и когда оно превысит заданное давление в пневмогидроаккумуляторе, часть рабочей жидкости из поршневых полостей основных гидроцилиндров через обратный клапан 10 сбрасывается в пневмогидроаккумулятор 9, при этом давление в пневмогидроаккумуляторе и поршневых полостях основных гидроцилиндров увеличивается с меньшей интенсивностью по сравнению с давлением при отсутствии пневмогидроаккумулятора.The essence of the method of protecting the excavator from the effects of the hydraulic hammer is that a small hydraulic pneumatic accumulator is used as an elastic element introduced into the hydraulic system, in which, when a dynamic impact occurs from the hydraulic hammer, the pressure in the main hydraulic cylinders increases, and when it exceeds the specified pressure in the pneumatic accumulator, part of the working fluid from the piston cavities of the main hydraulic cylinders through the check valve 10 is discharged into the pneumatic accumulator 9, while the pressure in Mon eumohydroaccumulator and piston cavities of the main hydraulic cylinders increases with lower intensity compared to pressure in the absence of a pneumohydroaccumulator.

После завершения динамического удара наступает фаза разгрузки демпфирующего элемента, в этот период жидкость, поступившая в пневмогидроаккумулятор через дроссель 11, возвращается в поршневую полость основных гидроцилиндров.After completion of the dynamic impact, the dumping element of the damping element begins; during this period, the liquid that enters the pneumatic accumulator through the throttle 11 returns to the piston cavity of the main hydraulic cylinders.

Переменная характеристика давления газа в пневмогидроаккумуляторе обеспечивается ограниченным объемом газа и малыми размерами пневмогидроаккумулятора.The variable characteristic of the gas pressure in the pneumatic accumulator is provided by the limited volume of gas and the small size of the pneumatic accumulator.

Устройство защиты экскаватора от воздействий гидромолота работает следующим образом. Рабочий процесс гидромолота может совершаться при условии, когда гидроцилиндры 6 управления стрелой создают силу реакции на клине R_x>0, достаточную для начала работы гидромолота.The device to protect the excavator from the effects of a hydraulic hammer works as follows. The working process of the hydraulic hammer can occur if the hydraulic cylinders 6 control the boom create a reaction force on the wedge R _x > 0, sufficient to start the operation of the hydraulic hammer.

Для установки клина гидромолота в заданную точку забоя можно использовать любой или последовательно все распределители и гидроцилиндры рабочего оборудования экскаватора. Благодаря тому, что сила тяжести рабочего оборудования вместе с гидромолотом уравновешена давлением газа на поршне, усилие на клине может быть равно нулю R_x=0.To install a hydraulic hammer wedge at a given bottom point, you can use any or all of the distributors and hydraulic cylinders of the excavator working equipment. Due to the fact that the gravity of the working equipment together with the hydraulic hammer is balanced by the gas pressure on the piston, the force on the wedge can be zero R _x = 0.

Для начала работы золотник распределителя 9 включают вверх и подают рабочую жидкость от гидронасоса 15 в штоковые полости гидроцилиндров 6 (фиг.3). При этом гидромолот опускают и на клине 5 создают силу реакции R_x со стороны забоя. Одновременно включают гидромолот и наносят в данной точке забоя последовательные удары, которые выполняют полезную работу разрушения материала.To start work, the spool of the distributor 9 is turned up and serves the working fluid from the hydraulic pump 15 in the rod cavity of the hydraulic cylinders 6 (figure 3). In this case, the hydraulic hammer is lowered and the reaction force R _x from the bottom of the face is created on the wedge 5. At the same time, a hydraulic hammer is turned on and successive strokes are applied at a given bottom point, which perform the useful work of destroying the material.

Сущность принципа виброзащиты заключается в том, что вследствие уравновешивания сил тяжести рабочего оборудования нагрузка на основных гидроцилиндрах практически отсутствует, а требуемый коэффициент жесткости механической системы обеспечивается пневмогидроаккумулятором 9, снабженным обратным клапаном 10 и дросселем 11.The essence of the principle of vibration protection is that due to the balancing of the gravity of the working equipment, the load on the main hydraulic cylinders is practically absent, and the required coefficient of rigidity of the mechanical system is provided by a pneumatic accumulator 9, equipped with a check valve 10 and a throttle 11.

Система защиты, представленная на фиг.4, отличается от системы, показанной на фиг.3, тем, что на фиг.4 основной гидроцилиндр 6 и уравновешивающий пневмогидроцилиндр 7 установлены симметрично относительно продольной плоскости симметрии рабочего оборудования и максимально сближены относительно друг друга. Этим достигается максимальное упрощение конструкции системы защиты. Работа системы защиты, представленной на фиг.4, аналогична описанной для фиг.3.The protection system shown in Fig. 4 differs from the system shown in Fig. 3 in that in Fig. 4 the main hydraulic cylinder 6 and the balancing pneumohydrocylinder 7 are installed symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry of the working equipment and are maximally close to each other. This achieves the maximum simplification of the design of the protection system. The operation of the protection system shown in figure 4 is similar to that described for figure 3.

Claims (2)

1. Способ защиты экскаватора от воздействий гидромолота, осуществляющего удар массы бойка по клину гидромолота, согласно которому осуществляют, посредством основных гидроцилиндров управления стрелой, демпфирование колебаний рабочего оборудования от воздействия массы бойка при его холостом ходе, отличающийся тем, что демпфирование колебаний рабочего оборудования осуществляют как основными гидроцилиндрами управления стрелой, так и уравновешивающим пневмогидроцилиндром, при этом уравновешивающий пневмогидроцилиндр выполняют с постоянной характеристикой давления газа, а поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой сообщают с пневмогидроаккумулятором с переменной характеристикой давления газа в его пневматической камере.1. The method of protecting the excavator from the effects of a hydraulic hammer striking the mass of the hammer on the wedge of the hydraulic hammer, according to which, by means of the main hydraulic cylinders for controlling the boom, the vibration of the working equipment is damped from the mass of the hammer during idling, characterized in that the vibration of the working equipment is damped as the main boom control cylinders and the balancing pneumohydrocylinder, while the balancing pneumohydrocylinder is performed with the post yannoy gas pressure characteristic, and the main piston cavities of hydraulic cylinders boom control report with a hydropneumatic accumulator with variable gas pressure characteristic in its air chamber. 2. Устройство защиты экскаватора, содержащего рабочее оборудование и основные гидроцилиндры управления стрелой с распределителем рабочей жидкости, от воздействий гидромолота, включающего боек и клин, отличающееся тем, что оно снабжено уравновешивающим пневмогидроцилиндром, поршневая полость которого связана с газовым баллоном, а штоковая - с распределителем рабочей жидкости, при этом поршневые полости основных гидроцилиндров управления стрелой, связанные с распределителем рабочей жидкости, подключены к пневмогидроаккумулятору с дросселем и обратным клапаном. 2. Protection device for an excavator containing working equipment and main boom control cylinders with a distributor of working fluid from the effects of a hydraulic hammer, including a hammer and a wedge, characterized in that it is equipped with a balancing pneumohydrocylinder, the piston cavity of which is connected to a gas cylinder, and the rod cavity is connected to the distributor working fluid, while the piston cavities of the main boom control hydraulic cylinders associated with the working fluid distributor are connected to a pneumatic accumulator with a draw with the dirt and check valve.

Images