RU2817693C2 - Рабочая машина, в частности устройство для перевалки материалов, со стрелой, а также оттяжкой стрелы - Google Patents

Abstract

Изобретение касается рабочей машины, в частности машины для перевалки материалов. Технический результат – оптимизация полезной нагрузки устройства. Рабочая машина для перевалки материалов, имеющая стрелу, приводимую в действие посредством по меньшей мере одного исполнительного средства оттяжку стрелы, а также рукоять, которая поворотно соединена со стрелой и имеет исполнительное средство рукояти для ее поворота относительно стрелы. Оттяжка стрелы выполнена составной из двух или более тянущих элементов, которые соединены посредством по меньшей мере одного закрепленного на стреле соединительного рычага друг с другом и со стрелой. Указанное по меньшей мере одно исполнительное средство посредством шарнирно соединенного с возможностью вращения с поворотной платформой рычага исполнительного средства находится в активном соединении с оттяжкой стрелы, чтобы вводить в оттяжку необходимую тянущую силу. Предусмотрено по меньшей мере одно дополнительное подъемное исполнительное средство, которое шарнирно соединено с поворотной платформой и со стрелой, и при подъеме давит на стрелу вверх. Причем указанный по меньшей мере один соединительный рычаг шарнирно соединен с опорной осью подъемного исполнительного средства или исполнительного средства рукояти на стреле. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

Изобретение касается рабочей машины, в частности устройства для перевалки материалов, со стрелой, а также приводимую в действие посредством исполнительного средства оттяжку стрелы.

Перевалочная машина, такая как экскаватор, включает в себя систему стрелы, на конце которой смонтировано необходимое навесное устройство. Стрела, как правило, шарнирно соединена с поворотной платформой машины с возможностью качания (изменения вылета). Во время работы захваченный посредством рабочего устройства груз создает изгибающий момент на систему стрелы, что, в частности, у крупных устройств или при высокой полезной нагрузке, приводит к необходимости надлежащих технических мер для обеспечения стабильности стрелы.

Поэтому для повышения грузоподъемности перевалочной машины система стрелы должна выполняться с увеличенными размерами, что, однако, негативно действует на стоимость изготовления машины, а также ее вес и тем самым энергоэффективность.

Поэтому, чтобы избежать названных недостатков, в WO 2018/138409 A1 избрали альтернативный путь. Предлагается экскаватор, имеющий снабженную оттяжкой (вантами) систему стрелы (вантовая стрела). Показанное решение имеет, однако, тот недостаток, что уменьшение возникающего изгибающего момента не может достигаться равномерно по всей длине стрелы. А в частности, экскаваторы, как правило, строятся со специальными формами стрелы, которые проходят не прямо, а вместо этого принимают изогнутые в форме банана или согнутые под углом, соответственно, изломанные формы. К тому же в решении согласно WO 2018/138409 A1 ни учитываются, ни уменьшаются боковые моменты.

Поэтому настоящая заявка ставит перед собой цель, оснастить ранее известное рабочее устройство, в частности перевалочную машину, такую как экскаватор, усовершенствованной оттяжкой стрелы, чтобы устранить вышеназванные недостатки и в идеальном случае дополнительно оптимизировать максимальную полезную нагрузку устройства.

Решается эта задача с помощью рабочей машины в соответствии с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления рабочей машины являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предлагается, чтобы исполнительное средство для приведения в действие оттяжки стрелы было шарнирно соединен с вращающейся платформой. Однако, исполнительное средство находится в соединении с оттяжкой стрелы не непосредственно, а вместо этого опосредованно через соединительное звено в виде рычага исполнительного средства. Такой рычаг с одной стороны соединяется с механически подвижным элементом исполнительного средства, а с другой стороны находится в соединении с оттяжкой, в частности с по меньшей мере одним тяговым элементом оттяжки. Рычаг исполнительного средства также шарнирно соединен с возможностью вращения, целесообразным образом с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, с перевалочным устройством, в частности поворотной платформой. с помощью описанной кинематики исполнительное средство может вводить необходимую тянущую силу в оттяжку.

С помощью предложенной кинематики может простым путем достигаться уменьшение изгибающего момента на протяжении большей области длины стрелы. В частности, при специальных формах стрелы расстояние между оттяжкой и нейтральным волокном стрелы может здесь адаптироваться в соответствии с потребностью к контуру стрелы. Помимо этого, предложенная кинематика позволяет получить определенную универсальность в отношении монтируемых типов стрелы или размеров стрелы, т.е. эта комбинация из исполнительного средства и рычага исполнительного средства, а также их конкретное расположение на вращающейся платформе может универсально применяться для различных типов и размеров стрелы, идеальным образом при неизменных местах опоры на поворотную платформу.

Далее, это исполнение несет с собой преимущества при использовании системы рекуперации энергии, например, посредством расположенного на стреле, соответственно, верхней тележке цилиндра рекуперации энергии, так как может достигаться оптимизация характеристики момента системы рекуперации энергии вокруг точки прибалчивания стрелы. Рекуперация энергии осуществляется в этой связи при опускании рабочей оснастки. Здесь потенциальная энергия конструктивной группы стрелы аккумулируется в создающей давление среде, например, путем сжатия газообразной среды.

Рычаг исполнительного средства может быть с концевой стороны шарнирно соединен с верхней тележкой, тогда исполнительное средство и оттяжка воздействуют на свободный конец рычага исполнительного средства. Следовательно, исполнительное средство выполнено тянущим. Если исполнительное средство выполнено в виде цилиндра, то за счет втягивания штока цилиндра может повышаться тянущее напряжение в оттяжке. Альтернативно рычаг исполнительного средства может быть своим первым концом соединен с исполнительным средством, а вторым концом - с оттяжкой. Тогда точка шарнирного соединения рычага исполнительного средства лежит между вышеназванными соединительными точками, предпочтительно точка шарнирного соединения лежит ближе к концевой соединительной точке исполнительного средства. Исполнительное средство в этом случае выполнено сжимающим, так что при применении цилиндрового исполнительного средства движение выдвигания поршневого штока вызывает повышение тянущего напряжения в оттяжке.

По одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения оттяжка стрелы может быть выполнена составной (из нескольких частей). Возможна компоновка из нескольких элементов оттяжки, соответственно, тянущих элементов, которые соединены друг с другом через соответствующие места соединения. При этом возможно и особенно предпочтительно, если отдельные тянущие элементы соединены друг с другом через соответствующие места соединения. При этом возможно и особенно предпочтительно, если отдельные тянущие элементы соединены друг с другом соответствующими соединительными рычагами. Такие соединительные рычаги с одной стороны шарнирно соединены со стрелой, в то время как на свободном конце соединительных рычагов смонтированы тянущие элементы. Благодаря этому становится возможным дополнительное подпирание оттяжки относительно стрелы. Соединительные рычаги могут быть шарнирно соединены со стрелой или с возможностью вращения, или же жестко.

Как уже пояснялось выше, предлагаемая изобретением оттяжка стрелы пригодна для применения у различных типов стрелы. Например, здесь можно назвать согнутую под углом, соответственно, изломанную стрелу, в частности моноблочную стрелу. Такие стрелы могут быть изогнуты в форме банана или же быть выполнены согнутыми под углом, соответственно, изломанными. Благодаря составному исполнению оттяжки стрелы возможно, чтобы она выполнялась также с подходящим угловым сдвигом, т.е. элементы оттяжки соединены друг с другом под некоторым углом, так что оттяжка может вестись на идеальном расстоянии вдоль оси стрелы, чтобы оптимизировать расстояние между центром тяжести площади системы стрелы и оттяжкой. В частности, здесь расстояние между оттяжкой и нейтральным волокном моноблочной стрелы адаптируется в соответствии с потребностью, так что может достигаться идеальное уменьшение изгибающего момента.

Самый верхний тянущий элемент оттяжки стрелы может быть шарнирно соединен с верхним концом стрелы. Предпочтительным может быть шарнирное присоединение самого верхнего тянущего элемента к соединительной конструктивной группе стрелы с шарнирно присоединенной к ней рукоятью рабочей машины. Возможно также шарнирное соединение самого верхнего тянущего элемента непосредственно с рукоятью.

Как уже пояснялось выше, может быть предусмотрен соответствующий цилиндр рекуперации энергии. Он может служить дополнительным подъемным исполнительным средством для системы стрелы. Это подъемное исполнительное средство может быть выполнено предпочтительно, в одном случае, в виде гидравлического цилиндра, который находится в соединении с гидроаккумулятором. Аккумуляция энергии происходит в сжимаемой среде в аккумуляторе. Альтернативно подъемное исполнительное средством может быть выполнено в виде цилиндра, в котором находится сжимаемая среда для аккумуляции энергии.

Такое подъемное исполнительное средство, предпочтительно гидравлический цилиндр, шарнирно соединено с поворотной платформой, а также со стрелой, и давит на стрелу при подъеме вверх. При опускании системы стрелы подъемное исполнительное средство может использовать результирующее нарастание давления для рекуперации энергии. Вследствие применения и опоры рычага исполнительного средства на поворотную платформу возможна улучшенная адаптация характеристики момента системы рекуперации энергии вокруг точки прибалчивания стрелы к верхней тележке. Наибольший момент характеристики системы рекуперации энергии устанавливается при кинематически оптимальном угле поворота стрелы.

Указанный по меньшей мере один соединительный рычаг для соединения составной оттяжки стрелы может быть шарнирно соединен непосредственно со стрелой. Также возможно шарнирное соединение соединительного рычага с опорной осью вышеназванного подъемного исполнительного средства. Если на стреле в виде опции предусмотрена рукоять, имеющая отдельное исполнительное средство рукояти для приведения в действие рукояти, предлагается опора по меньшей мере одного соединительного рычага (для соединения верхних тянущих элементов) в месте опоры цилиндра рукояти.

Возможно также шарнирное соединение указанного по меньшей мере одного соединительного рычага с опциональной поперечной трубой стрелы, т.е. трубой, которая проходит поперек оси качания через короба стрелы и обычно выходит на боковых стенках системы стрелы. Поперечные трубы стрелы часто используются для улучшенной передачи сил исполнительного средства, например, подъемного исполнительного средства или исполнительного средства рукояти, в структуру стрелы. Тогда выходящий сбоку участок поперечной трубы может образовывать соответствующие места опоры для шарнирного присоединения указанного по меньшей мере одного соединительного рычага. Целесообразно формирование на поперечной трубе надлежащих накладок, в частности в области выхода. Эти накладки находятся перпендикулярно к периметру трубы и позволяют получать простое присоединение соединительного рычага.

По одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрены по меньшей мере две параллельно проходящие оттяжки стрелы. «Параллельно» в этой связи означает «проходя рядом друг с другом» и не должно пониматься строго в геометрическом смысле. Каждая из указанных по меньшей мере двух параллельно проходящих оттяжек стрелы может быть выполнена по приведенным выше осуществлениям, т.е. по меньшей мере имея по меньшей мере один рычаг исполнительного средства и по меньшей мере одно согласованное с ним исполнительное средство. Эти параллельно проходящие оттяжки стрелы могут быть составными, скомпонованными из тянущих элементов, которые сами опираются через соединительные рычаги на стрелу. Присоединение соединительных рычагов к стреле целесообразным образом выбрано идентично для обеих оттяжек стрелы. Большим преимуществом является также, когда оттяжки сбоку проходят слегка со сдвигом относительно оси качания стрелы, благодаря чему может достигаться пространственная, соответственно, боковая оттяжка для компенсации возможных боковых моментов.

Большим преимуществом является, когда оттяжки стрелы, соответственно, их тянущие элементы проведены над (выше) боковинами поперечного сечения стрелы. Это приводит к тому, что рассчитанное параллельно плоскости качания расстояние от центра тяжести площади тянущего элемента до центра тяжести площади стрелы больше, чем расстояние от верхнего пояса стрелы до центра тяжести площади короба стрелы. Также рассчитанное поперек плоскости качания расстояние от центра тяжести площади тянущего элемента до центра тяжести площади короба стрелы больше, чем расстояние от боковых листов стрелы до центра тяжести площади короба стрелы.

Другие преимущества и свойства изобретения необходимо пояснить подробнее ниже на примерах осуществления, изображенных на чертежах. Показано:

фиг.1: вид сбоку стрелы на предлагаемой изобретением рабочей машине по первому примеру осуществления;

фиг.2: предлагаемая изобретением рабочая машина по второму примеру осуществления;

фиг.3: третий вариант осуществления предлагаемой изобретением рабочей машины;

фиг.4: четвертый вариант осуществления предлагаемой изобретением рабочей машины;

фиг.5: модификация предлагаемой изобретением рабочей машины по одному из примеров осуществления фиг.1-4;

фиг.6: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.7: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.8: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.9a, 9b: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.10: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.11: еще одна модификация примеров осуществления в соответствии с фиг.1-4;

фиг.12: изображение сечения системы стрелы, включая оттяжку, по варианту осуществления, имеющему по меньшей мере две параллельно проходящие оттяжки;

фиг.13: еще одна модификация варианта осуществления в соответствии с фиг.1-4.

Основную идею настоящего изобретения можно наглядно пояснить на первом примере осуществления фиг.1, которая изображает часть предлагаемой изобретением рабочей машины в виде перевалочной машины. Здесь видна коробчатая моноблочная стрела 1, которая с концевой стороны с возможностью качания шарнирно соединена с поворотной платформой 2 верхней тележки рабочей машины. Нейтральное волокно стрелы на фиг.1, а также других фигурах всегда обозначено позицией «1a». С верхним концом стрелы 1 с возможностью поворота относительно стрелы 1 шарнирно соединена также рукоять 3, которая осуществляет поворотное движение с помощью исполнительного средства, например, цилиндра 6 рукояти. На концевой стороне рукояти 2 установлено рабочее устройство в виде грейфера 4. В соответствии с изобретением стрела 1 теперь уже оттянута с помощью оттяжки 10, чтобы уменьшать обусловленный нагрузкой, вводимый в стрелу 1 изгибающий момент и тем самым дополнительно повышать несущую способность перевалочного устройства.

Оттяжка 10 по первому примеру осуществления фиг.1 состоит из одного единственного тянущего элемента 11, например, оттяжной тяги (штанги), которая шарнирно в точке 12 шарнирного соединения смонтирована на вернем конце головки стрелы. Альтернативно тянущий элемент может быть выполнен в виде троса, соответственно, цепи. Находящийся на поворотной платформе конец тянущего элемента 11 шарнирно закреплен на свободном конце рычага 13 исполнительного средства. На тот же конец указанного по меньшей мере одного рычага 13 исполнительного средства воздействуют одно или несколько исполнительных средств в виде гидравлического цилиндра, соответственно, цилиндра 14 рекуперации энергии. Конкретно исполнительное средство 14 зафиксировано на поворотной платформе, проушина поршневого штока шарнирно смонтирована на рычаге исполнительного средства.

Далее, рычаг 13 исполнительного средства с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси установлен на поворотной платформе 2. В показанном здесь примере осуществления цилиндр 14 конфигурирован тянущим образом, следовательно, движение втягивания поршневого штока приводит к повышению тянущего напряжения в оттяжке 10. Обусловленное этим качательное движение стрелы 1 вверх поддерживается по меньшей мере одним подъемным цилиндром 5, который соединен со стрелой 1 и с поворотной платформой 2. Движение выдвигания подъемного исполнительного средства 5 поддерживает качательное движение вверх, однако одновременно цилиндр 5 может использоваться для рекуперации энергии за счет того, что при опускании стрелы 1 под собственным весом стрелы тяга (штанга) цилиндра втягивается, и соответствующая сжимаемая среда (газ) сжимается для аккумуляции энергии.

Отличающийся от фиг.1 пример осуществления изображен на фиг.2. Единственное изменение относительно фиг.1 заключается в том, что оттяжка выполнена здесь составной и компонуется из нескольких отдельных тянущих элементов 11a, 11b. Нижний тянущий элемент 11a соединен с верхним тянущим элементом 11b через соединительный рычаг 15, причем этот рычаг 15 шарнирно смонтирован на стреле 1, и оба тянущих элемента 11a, 11b шарнирно воздействуют на его свободный конец.

Фиг.3 поясняет, что пример осуществления фиг.2 может также без затруднений применяться для иных типов стрелы, имеющих отличающуюся форму стрелы. Показанная там стрела 1ʽ тоже выполнена в коробчатой форме в виде моноблока, однако имеет угловой, соответственно, с изломом ход по длине. Вследствие исполнения из двух частей оттяжка может отлично следовать нейтральному волокну моноблока 1ʽ. Отдельные элементы 11a, 11b соединены через соединительный рычаг 15 с некоторым угловым сдвигом.

На фиг.4 показана другая разновидность формы стрелы. Здесь стрела выполнена в виде моноблочной стрелы в форме «банана». В этом случае оттяжка выполнена из трех частей, имея элементы 11a, 11b, 11c оттяжки. Вследствие исполнения оттяжки из трех частей предусмотрен дополнительный соединительный рычаг 16.

На последующих фиг.5-13 показаны модификации представленных примеров осуществления фиг.1-4. Как уже указывалось выше, в вариантах осуществления фиг.1-4 кинематика рычага 13 исполнительного средства и исполнительного средства 14 выполнена тянущей. Альтернативно этому кинематика могла бы также, как изображено на фиг.5, быть реализована сжимающей. В этом случае один конец рычага 13ʽ исполнительного средства соединен с исполнительным средством 14ʽ, в то время как противоположный конец рычага соединен с самым нижним тянущим элементом 11. Опирается рычаг 13ʽ через лежащую между вышеназванными соединительными точками точку шарнирного соединения, которая здесь лежит ближе к соединительной точке исполнительного средства 14ʽ. Тогда подъем рабочей оснастки, т.е. качание вверх стрелы 1, достигается путем выдвижения тяги (штанги) исполнительного средства 14ʽ.

На фиг.6 показан детальный рисунок шарнирного соединения рукояти 3 со стрелой 1. В этой модификации самый верхний тянущий элемент 11, 11b, 11c соединен с опорной осью рукояти 3 на головке стрелы.

Вариант осуществления согласно фиг.7 относится к модифицированному шарнирному соединению рычага 13 исполнительного средства с поворотной платформой 2. Здесь точка шарнирного соединения выбирается так, что она попадает точно на место опоры стрелы 1 на поворотную платформу 2.

В соответствии с модификацией с фиг.8 предлагается шарнирно соединить указанный по меньшей мере один соединительный рычаг 15 в области места опоры подъемного цилиндра 5 на стрелу 1, т.е. с имеющимся там болтовым соединением.

В соответствии с фиг.9a предлагается отличающийся от этого вариант осуществления. При этом используется имеющаяся поперечная труба 17 стрелы, которая обычно служит для ввода сил подъемного исполнительного средства 5 в систему 1 стрелы. Труба 17 стрелы проходит поперек продольной оси стрелы в горизонтальном направлении и выходит на боковых стенках 1b, 1c (см. фиг.9b) коробчатой стрелы 1. По периметру выходящего участка трубы выполнены монтажные накладки 18, которые служат для прибалчивания к соединительному рычагу 15. Позиция 11 изображает тянущие элементы в сечении.

На фиг.10 и 11 показаны соответствующие модификации присоединения самого верхнего соединительного рычага 15, 16, который здесь должен шарнирно присоединяться в области опорной оси цилиндра 6 рукояти. Если там также предусмотрена соответствующая поперечная труба 17 стрелы, она должна использоваться эквивалентно варианту осуществления фиг.9b для присоединения соединительного рычага 15, 16 (фиг.11).

На фиг.13 показана другая модификация фиг.6, при которой самый верхний тянущий элемент 11b, 11c соединяется непосредственно с рукоятью 3.

На фиг.12 показан усовершенствованный вариант осуществления рабочей машины, которая теперь имеет не единственную оттяжку, а вместо этого две параллельно и идентично выполненные оттяжки 10a, 10b. Каждая из этих оттяжек выполнена в соответствии с одним из вариантов осуществления фиг.1-11, соответственно, 13. Однако решающим для этих параллельно проходящих оттяжек 10a, 10b является, что расстояние b от центра тяжести площади тянущего элемента до центра тяжести площади короба стрелы больше, чем расстояние a от верхнего пояса 1e короба стрелы до центра тяжести площади короба стрелы. То же самое относится к боковому расстоянию d от центра тяжести площади тянущего элемента до центра тяжести площади короба стрелы, которое больше, чем расстояние c от боковых стенок 1b, 1c стрелы 1 до центра тяжести площади короба стрелы. Посредством этой пространственной оттяжки могут компенсироваться не только изгибающие моменты, но и боковые моменты.

Claims (14)

1. Рабочая машина для перевалки материалов, имеющая стрелу, приводимую в действие посредством по меньшей мере одного исполнительного средства, оттяжку стрелы, а также рукоять, которая поворотно соединена со стрелой и имеет исполнительное средство рукояти для ее поворота относительно стрелы,

причем оттяжка стрелы выполнена составной из двух или более тянущих элементов, которые соединены посредством по меньшей мере одного закрепленного на стреле соединительного рычага друг с другом и со стрелой,

причем указанное по меньшей мере одно исполнительное средство посредством шарнирно соединенного с возможностью вращения с поворотной платформой рычага исполнительного средства находится в активном соединении с оттяжкой стрелы, чтобы вводить в оттяжку необходимую тянущую силу,

причем предусмотрено по меньшей мере одно дополнительное подъемное исполнительное средство, которое шарнирно соединено с поворотной платформой и со стрелой, и при подъеме давит на стрелу вверх,

причем указанный по меньшей мере один соединительный рычаг шарнирно соединен с опорной осью подъемного исполнительного средства или исполнительного средства рукояти на стреле.

2. Рабочая машина по п.1, отличающаяся тем, что указанный или указанные соединительные рычаги с возможностью вращения или неподвижно шарнирно соединен/соединены со стрелой.

3. Рабочая машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стрела представляет собой изогнутую или согнутую под углом, соответственно, изломанную стрелу, и составная оттяжка стрелы имеет соответствующие угловые сдвиги между тянущими элементами, чтобы следовать изогнутому, соответственно, согнутому под углом ходу стрелы.

4. Рабочая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один самый верхний тянущий элемент оттяжки стрелы шарнирно соединен с соединительной конструктивной группой между стрелой и рукоятью посредством одного или нескольких болтовых соединений или альтернативно непосредственно с рукоятью.

5. Рабочая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один соединительный рычаг шарнирно соединен с поперечной трубой стрелы, в частности с поперечной трубой для ввода в стрелу сил подъемного исполнительного средства или сил исполнительного средства рукояти.

6. Рабочая машина по п.5, отличающаяся тем, что соединение между соединительным рычагом и поперечной трубой стрелы осуществляется посредством по меньшей мере одной накладки, сформированной на наружном периметре поперечной трубы стрелы.

7. Рабочая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что рычаг исполнительного средства шарнирно соединен с соединительной группой посредством болтового соединения между стрелой и поворотной платформой.

8. Рабочая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что предусмотрены по меньшей мере две параллельно проходящие оттяжки стрелы, при этом каждая из этих оттяжек выполнена с возможностью приведения в действие посредством одной или нескольких комбинаций исполнительное средство - рычаг исполнительного средства, и при необходимости включает в себя несколько соединенных посредством соединительных рычагов тянущих элементов.

9. Рабочая машина по п.8, отличающаяся тем, что оттяжки стрелы, соответственно, их тянущие элементы в направлении качания проведены над боковинами поперечного сечения стрелы.

10. Рабочая машина по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что места опоры исполнительного средства и соединительного рычага на поворотную платформу выбраны независимо от вида и порядка размеров системы стрелы, так что они имеют возможность использования для различных типов и размеров стрелы.

Images