BRPI0710399A2 - engate rápido e implemento - Google Patents

Abstract

ENGATE RAPIDO E IMPLEMENTO. Um engate rápido (10) inclui uma estrutura de montagem para montar o engate em uma máquina, e montar um engate em um implemento. A estrutura de engate inclui superfícies de engate de cunha 240a e 240b e tubo 210. A estrutura de montagem no implemento inclui ganchos 331a e 331b para engatar o tubo e superfícies complementares de engate de cunha 340a e 340b. As superfícies de engate de cunha em conjunto exercem uma ação de cunha no engate para produzir um ajuste forçado e uma fixação sólida entre o engate e implemento. A estrutura de montagem é robusta e pode absorver um possível futuro desgaste. O impacto cinemático impacta o desempenho do implemento, pelo fato de minimizar o uso de um engate rápido (10).

Description

"ENGATE RÁPIDO E IMPLEMENTO".Campo Técnico

A presente invenção se relaciona a engates rápidos paraEngatar dois corpos, em particular engates rápidos paraengatar implementos, tal como garfos de pallets ecaçambas para maquinário de construção, tal comocarregadeira sobre rodas, carregadeiras sobre trilhos, oucarregadeiras escavadeiras.

Histórico da Invenção Maquinário de construção e mineração inclui carregadeirassobre rodas, escavadeiras, carregadeiras de esteira,carregadeiras todo-terreno, carregadeiras sobre trilhos,e carregadeiras escavadeiras, etc.. Tipicamenteimplementos são montados nestas máquinas para executar trabalhos. Um exemplo de implemento seria uma caçamba.A caçamba pode ser montada em uma destas máquinas paraexecutar diversos trabalhos, tal como cavar trincheirasou retirar material de uma pilha. Outro exemplo seria umgarfo de pallet. O garfo de pallet pode ser montado para permitir que a máquina apanhe e transporte materiais empallet em construções ou fábricas. Garfos para troncossão especialmente adaptados para apanhar e transportartroncos. Outros exemplos não-limitantes seriam lâminas,vassouras, e acessórios para remoção de neve. Quando um particular implemento é afixado a uma máquina,este implemento permite que a máquina execute umavariedade de tarefas. Para realizar uma tarefa queo implemento instalado não permite, um segundo implementodeve ser afixado em lugar do primeiro. A condição de afixar múltiplos implementos a uma máquina, para torná-lacapaz de realizar uma variedade de tarefas - conferindocapacidade multitarefa à mesma - aumenta a utilidade eo valor da máquina aos olhos do proprietário.De outro lado, a necessidade de afixar e retirar implementos da máquina, que pode ser um trabalhocomplicado e demorado, e ademais pode demandar um tempopara trocar implementos, reduz a utilidade da máquina.Alguns implementos podem ser montados na máquina usandouma junta tipo pino, que não facilita a troca deimplementos. Neste sistema, um pino é inseridomanualmente em furos complementares na máquina eimplemento para permitir o uso de uma junta de pino.A troca de implementos com este sistema requer o concursode um ou vários operadores para retirar manualmente ospinos que prendem o primeiro implemento à máquina,remover o primeiro implemento, posicionar um segundoimplemento, e manualmente reinserir os pinos. Além dedemorada, a operação de troca de implementos requerconsiderável habilidade da parte dos operadores.Engates rápidos resolvem muitos dos problemas que juntasde pino apresentam para trocar implementos. Engatesrápidos provêem um meio alternativo para montarimplementos em maquinários de construção ou mineração.0 engate rápido é interposto na junção entre a máquina eo implemento. 0 implemento é afixado ao engate rápido eeste afixado à máquina. 0 operador da máquina então

comanda o engate rápido para soltar o implementode dentro da cabine. A máquina então é reposicionada paraum segundo implemento, onde o operador pode manipularo engate rápido e a máquina para engatar o segundoimplemento. Com um dispositivo de engate rápido, a trocade implementos pode ser feita rapidamente, e tipicamenterequer o concurso apenas do operador da máquina.Muitos tipos e estilos de engates rápidos para maquináriode construção e mineração foram usados e propostos.Um exemplo é o engate descrito na EP 0278571B (doravanteapenas engate x571) .

0 engate '571, no entanto, tem várias desvantagens.Por exemplo, o engate '571 não pode criar a ação de cunhamais favorável entre engate e implemento para uma fixaçãomais firme ao implemento, mesmo depois de um possívelfuturo desgaste das superfícies do engate. As superfíciesde engate no engate '571, ademais, são propensasa problemas de aderência, o que dificulta a retirada doengate do implemento. Ademais, o engate '571 pode sermais cara de fabricar que precisaria.

Sumário da Invenção

Um engate rápido para engatar um primeiro corpoa um segundo corpo compreende um meio de fixação paraafixar o engate a um primeiro corpo, um tubo adaptadopara ser recebido em dois ganchos no segundo corpo,pelo menos duas cunhas que são arranjadas para ummovimento de retração e extensão, e adaptadas parase estenderem e se retraírem de cavidades de cunhaformadas no segundo corpo, e superfícies de engate decunha adaptadas para engatar superfícies de engate decunha no segundo corpo, as superfícies de engate de cunhano engate rápido formam um ângulo entre 60 e 44 grausmedido entre uma linha que passa através do centro dosganchos e da superfície de engate de cunha, e uma linhaparalela à superfície de engate de cunha.

Um implemento compreende pelo menos dois ganchos, pelomenos duas cavidades de cunha, e uma superfície de engatede cunha, formando um ângulo entre 6 0 e 44 graus medidoentre uma linha que passa através do centro dos ganchos eda superfície de engate de cunha, e uma linha paralelaà superfície de engate de cunha.

Descrição Resumida dos Desenhos

As figuras 1 e 2 são vistas dianteira e traseirarespectivamente de uma configuração exemplar de um engaterápido;

A figura 3 ilustra o engate rápido da figura 1 montadaà ligação de uma máquina exemplar;

As figuras 4 e 5 ilustram uma configuração exemplar deuma ferramenta no caso de uma caçamba que pode serafixada ao engate rápido da figura 1.

A figura 6 ilustra outra configuração exemplar de umaferramenta de um garfo de pallet que pode ser afixadaao engate rápido da figura 1;

A figura 7 é uma vista do engate rápido da figura 1afixado à caçamba da figura 4;A figura 8 é uma vista em corte em linha sólida de umengate rápido e caçamba.

A figura 9 é uma vista detalhada tomada a partir dafigura 8.

A figura 10 é uma vista em corte em linha sólida doengate rápido da figura 8;

A figura 11 é uma vista em corte da caçamba da figura 8;

A figura 12 é uma vista traseira de uma caçamba.

Descrição Detalhada da Invenção

As figuras 1 e 2 ilustram configurações de engate rápidoe diversas configurações de ferramentas, que podem serafixadas a este engate rápido. 0 propósito destas figurase descrições é meramente ajudar a explicar os princípiosda invenção. Por conseguinte, as figuras e descriçõesnão devem ser consideradas limitantes para o escopoda invenção para configuração mostrada. Outrasconfigurações de engate rápido e ferramentas poderão sercriadas seguindo os princípios da invenção, de acordo comesta especificação, sendo que estas outras configuraçõesserão incluídas dentro do escopo de proteção de patente.Um importante aspecto de um engate rápido é sua condiçãode fixar o implemento firmemente em várias situações.Idealmente, não deve ocorrer nenhum movimento, oueventualmente apenas um leve movimento, entre implementoe engate rápido - que devem estar firmemente montados porjuste forçado. Idealmente, o engate rápido também deveser capaz de compensar o desgaste na superfície decontato, de modo que o ajuste inicial se mantenha aolongo da vida do engate. Movimentos entre as superfíciesde contato entre implemento e engate podem causardesgaste prematuro, ademais uma quantidade excessivade movimento pode afetar a capacidade de controle sobreo implemento. 0 implemento pode ser difícil de posicionarcom precisão se houver um movimento não controlado entreimplemento e engate.

Outro importante aspecto de um engate rápido éa visibilidade. O engate rápido deve permitir uma linhade visão a partir da cabine da máquina através do engaterápido das várias áreas do implemento montado no engate.Por exemplo, quando garfos de paiIets são afixados aoengate rápido, o operador idealmente deve poder ver asextremidades dos garfos, de modo que os garfos possam serposicionados com precisão no pallet.

Outro importante aspecto de um engate rápido é seu efeitosobre a cinemática do implemento. 0 desempenho deimplemento depende em grande extensão do modo no quala máquina movimenta o implemento. Por exemplo, uma forçade inserção de uma caçamba de carregadeira sobre-rodasé função da força aplicada à caçamba pelo atuador dearticulação de carregadeira, da distância entre aarticulação de atuador de articulação de caçamba e aarticulação de braço de elevação de caçamba, e dageometria da caçamba. Se um engate rápido for interpostoentre caçamba e máquina, os fatores cinemáticos podemalterar e prejudicar o desempenho da caçamba. Assim,idealmente, o engate rápido deve minimizar seus efeitossobre o desempenho cinemático do implemento.

Outros aspectos importantes de um engate rápido incluem:facilidade de apanhar ou fixar vários implementos, custo,e confiabilidade. 0 engate rápido também deve ser capazde transferir as elevadas forças que atuam sobre os

implementos à máquina. Falhas por fadiga podem provocarproblemas, se as tensões nos engates rápidos forem altas,e devem ser evitadas durante projeto e construção.Com referência às figuras 1 e 2, um engate rápido 10está ilustrado. A figura 1 mostra uma vista traseira do

engate rápido 10, a figura 2 mostra uma vista dianteirado engate rápido 10. 0 quadro 100 é a espinha estruturaldo engate rápido 10. O quadro 100 serve para posicionarpontos de fixação para afixar o engate 10 à máquina, eposicionar pontos de fixação para afixar o engate 10a vários implementos. O quadro 100 provê rigidez entreestes pontos de fixação e transfere forças entre máquinae implemento. O quadro 10 0 pode assumir várias formas.Uma forma vantajosa está representada nas figuras, mas,outras diferentes formas poderiam ser usadas. Porexemplo, o engate rápido 10 empregando um quadro 100diferente para adaptar o engate rápido a um tipo demáquina diferente. 0 engate rápido ilustrado aqui éespecialmente adaptado para aplicação em carregadeirassobre rodas. Um engate rápido similar poderia ser providopara escavadeiras ou outras máquinas que usem osprincípios da presente invenção.O quadro 100 inclui membros centrais em forma de placa110a e 110b. Ao longo desta descrição, elementossimilares em lados opostos da estrutura serão designadospelos mesmos números seguidos de sufixo "a" ou "b" .O quadro 100 também inclui membros médios em forma deplaca 120a e 120b e membros de extremidade em forma deplaca 130a e 130b. As placas de extensão de topo 132a e132b e placas de extensão de base 133a e 133b tambématuam como limitadores para o implemento. Uma estruturade caixa 14 0 se estende entre e prende juntos os membroscentrais 110a e 110b e membros médios 120a e 120b.A estrutura de caixa inclui extremidades de caixa141a e 141b, placa de topo 143, e placa frontal 144.O engate rápido 10 inclui uma estrutura de montagem paraser montada à máquina. Furos de braço de elevação 131a e131b, 145a, e 145b são providos nos membros deextremidade 13 0a e 13 0b, e extremidades de caixa 141a e141b, respectivamente. Os furos de braço de elevaçãoaceitam pinos (não mostrados) para afixar o engate rápido10 aos braços de elevação de uma ligação de uma máquina.Similarmente, os furos de ligação de articulação Illa eIllb são formados nos membros centrais 110a e 110b eaceitam um pino (não mostrado) para afixar o engaterápido 10 aos furos de ligação de articulação de umamáquina. A figura 3 ilustra como o engate rápido 10é afixado a um braço de elevação da máquina Ia e Ib eligação de articulação 2. As juntas de pino permitem umarelativa rotação do engate rápido 10. A ligação dearticulação 2 pode ser afixada a uma alavanca dearticulação 3, como conhecido na técnica, para articularo engate rápido ou levada para frente e para trás.Os braços de elevação Ia e Ib giram em relação à máquinanas extremidades opostas ao engate rápido 10 para erguere baixar o engate 10. Na figura 3, pode ser visto como asplacas de extensão de topo 132a 132b contatam braços deelevação Ia Ib e atuam como limitadores, se o engaterápido 10 se movimenta para frente para trás no sentidodos braços de elevação.

Voltando às figuras 1 e 2, o engate rápido 10 inclui umaestrutura de montagem para montar um implemento.A estrutura de montagem inclui um tubo 210 que se estendeentre os membros médios 12 0a e 12 0b, que também é afixadoaos membros centrais 110a e 110b, e cilindros hidráulicos220a e 220b são montados por uma extremidade à estrutura100, através de colunas 221a e 221b. Na outra extremidadedos cilindros hidráulicos 220a e 220b são montadas cunhas230a e 230b. Os cilindros hidráulicos 220a e 220bsão configurados estendendo e retraindo cunhas 23 0a e230b por ação de fluido. A extensão e retração das cunhas230a e 2 3 0b ocorre durante a operação de montagem/desmontagem do implemento no engate rápido 10. Emboratenham sido ilustrados cilindros hidráulicos 220a e 220b,outros atuadores poderiam ser usados para mover ascunhas, 23 0a e 2 3 0b, como deve ser entendido por aqueleshabilitados na técnica. Em adição, embora dois cilindroshidráulicos 220a e 220b tenham sido ilustrados, um únicocilindro hidráulico com um sistema de articulação poderiaser usado para estender e retrair as cunhas 230a e 230b.A relativa colocação no engate 10 da estrutura demontagem para montar o engate na máquina, e a estruturade montagem para montar o engate rápido no implementopodem minimizar o impacto na cinemática entre máquina eimplemento.

As figuras 4 e 5 ilustram um tipo de implemento -uma caçamba 30 - que pode ser montada no engate rápido10. A caçamba 30 inclui uma estrutura de montagem paramontá-la no engate rápido 10. A estrutura de montageminclui uma placa de cunha 310. A placa de cunha 310inclui cavidades de cunha 320a e 320b. A estrutura demontagem também inclui placas de gancho 330a e 320b.As placas de gancho 330a e 330b provêem ganchos 331a e331b. Os ganchos 331a e 331b são configurados para sermontados no tubo de topo 210 do engate rápido 10.As cavidades de cunha 320a e 320b serão configuradas paraaceitar cunhas 230a e 230b, como será descrito com maisdetalhes mais adiante. As cavidades de cunha 32 0a e 32 0bpodem ser vantajosamente formadas como recortes na placade cunha 310, com lados paralelos perpendiculares ao topoda placa de cunha 310, para reduzir custo e complexidadede fabricação.

A figura 6 ilustra outro tipo de implemento que pode serusado montado no engate rápido 10 - garfo de pallet 20.0 garfo de pallet 2 0 pode incluir a mesma estrutura demontagem para montar no engate rápido 10, similar àquelada caçamba 30. No entanto, ao invés de uma única placade cunha, o garfo de pallet 20 inclui duas placas decunha 310a e 310b. Cavidades 320a e 320b são formadasnas placas de cunha 310a e 310b, respectivamente.A figura 7 mostra o engate 10 montado na caçamba 30.0 tubo 210 é primeiramente posicionado em ganchos 3 31a e33lb. O operador da máquina então ergue os braços Ia e Iberguendo o engate rápido 10 e caçamba 30. Se preciso,o operador pode então voltar o engate rápido 10até as cunhas 230a e 230b ficarem nas cavidades de cunha320a e 32 0b. O operador na cabine então pode comandara extensão dos cilindros hidráulicos 220a e 220b atravésde um circuito hidráulico auxiliar. Os cilindros fazem ascunhas 23 0a e 230b se movimentar para dentro dascavidades de cunha 320a e 320b para completaro procedimento de engate. A caçamba 30 é solta do engaterápido 10 usando o mesmo procedimento invertido.O tubo de topo 210 inclui orelhas 211a e 211b. Quandoo engate rápido está montado em um implemento, as orelhas211a e 211b topam as placas de gancho 330a e 330b,que ajuda impedir que a caçamba torça em relação aoengate rápido 10 em movimento relativo.

A figura 8 é uma vista em corte em linha sólida dacaçamba 30 e engate rápido 10. Esta vista em corte étomada em torno do eixo geométrico central do cilindrohidráulico 220b e paralelo ao plano médio do membro médio12 0b. A figura 9 é uma vista detalhada tomada a partir dafigura 8. A figura mostra a cunha 230b retraída dacavidade de cunha 32 0b, de modo que o engate rápido 10possa ser destacado da caçamba 30. A cunha 230bse estende do quadro 100 através de uma superfície deengate de cunha 240b. Similarmente, a cunha 230ase estende da superfície de engate de cunha 240a.A caçamba 3 0 também tem superfícies de engate de cunha340a e 340b formadas na placa de cunha 310.As superfícies 240a e 240b e 231a e 231b sendo pelo menosaproximadamente paralelas, quando o engate rápido 10engata a caçamba 30.

As cunhas 230a e 230b incluem superfície de carne 231a e2 31b. Quando o engate 10 e a caçamba 30 estão engatados,as superfícies de came 231a e 231b ficam aproximadamenteparalelas às paredes laterais das cavidades de cunha 32 0ae 320b da caçamba 30. Quando as cunhas 230a e 230b estãoestendidas, as superfícies de came 231a e 231b engatam ouexercem uma ação de came ou cunha sobre as paredeslaterais traseiras 321a e 321b das cavidades 320a e 320b.Aqui, uma força para baixo das cunhas 23 0a e 23 0bse transforma em força de pressão sobre as superfícies deengate de cunha 24 0a e 24 0b, em engate forçado com assuperfícies de engate de cunha 340a e 340b. A ação decunha entre as superfícies de engate de cunha prendeo engate 10 firmemente contra a caçamba 30. Através daação de cunha, o engate rápido gira ligeiramenteem relação à caçamba 30, em torno de centro dos ganchos331a e 331b e tubo de topo 210.As superfícies de engate de cunha 240a e 240b do engateexercem ação de cunha sobre as superfícies de engate decunha 34 0a e 34 0b na caçamba, como explicado. Estassuperfícies formam um ângulo a em relação a linha quepassa através de centro dos ganchos 331a e 331b e o tubode topo 210 e através das próprias superfícies. O ânguloa é importante por conseguir um equilíbrio entre a açãode cunha e funcionamento do engate 10. Se o ângulo α foraproximadamente 90 graus, então as superfícies 42 0a,420b, e 340 podem exercer um ou mais ação de cunha juntasmuito firmemente, dificultando o desengate da caçamba 30do engate rápido 10. Se o ângulo a for aproximadamente0 graus não será adequado exercer uma ação de cunha paraforçar as superfícies fortemente uma contra a outra ecriar um ajuste forçado. Descobriu-se que um ângulo aentre cerca de 60 e 44 graus, provê um equilíbrio ideal,criando uma ação de cunha adequada para prender assuperfícies de cunha firmemente apertadas, mas não emdemasia. Ainda melhor seria um ângulo α de 56 a 48 graus,e mais preferivelmente um ângulo a de cerca de 52 graus.Com referência à figura 10, afixada à placa de base 143 efazendo parte pelo menos da abertura de cunha 23 0b,são dispostas duas placas ferraduras 146b e 147b.Similarmente, as placas ferraduras 146a e 146b fazemparte pelo menos da abertura de cunha 230a, quais placassão especialmente adaptadas para transferir a carga dascunhas 230a e 230b para a estrutura de caixa 140.A figura 11 é uma vista em corte da caçamba 30 sozinha,que mostra mais claramente as medições do ângulo a.O ângulo a é medido entre uma linha que passa através docentro do gancho 331b e da intersecção da parede lateraltraseira 321b e as superfícies de engate de cunha 240a e240b e 340a e 340b e entre as cunhas 230a e 230b e ascavidades 320a e 320b. As forças da caçamba 30 paraengate rápido 10 são geralmente transferidas entre o tubode topo e as placas de gancho e entre as superfícies deengate de cunha. Se qualquer destas superfíciesse desgasta em uso, a ação de cunha do engate 10 paraa caçamba 30 absorve o folga extra, e mantém as duassuperfícies firmemente engatadas. Isto é facilitado pelocurso dos cilindros hidráulicos 220a e 220b, que é selecionado, de modo que os cilindros sejam capazes dese estenderem mais adiante da posição na qual as cunhas230a e 230b normalmente chegariam para topar as paredeslaterais traseiras 321a e 321b das cavidades de cunha320a e 320b. Isto também é facilitado pelo amplo espaço entre as superfícies do engate 10 e caçamba 30, e, porconseguinte, aquelas outras superfícies não interferem,mesmo depois de um significativo desgaste das superfíciesde engate de cunha. As superfícies de engate de cunha240a e 240b do engate 10 devem oscilar pelo menos 5 mm mais próximo da caçamba 30, para levar em conta umpossível desgaste futuro, idealmente 15 mm, e maisidealmente 30 mm.

A figura 12 mostra uma vista traseira da caçamba 30.A placa de gancho 330a é geralmente disposta no mesmo plano vertical na caçamba 30 - cavidade de cunha 320a.Similarmente, a placa de gancho 330b é geralmentedisposta no mesmo plano vertical na caçamba 3 0 - cavidadede cunha 32 0b. A distância A entre as placas de gancho330a e 330b controla a colocação relativa de cilindros hidráulicos 220a e 220b no engate 10, em virtude deo cilindro dever ser colocado alinhado com as cavidadesde cunha 320a e 320b. Como já discutido, a visibilidadeé um aspecto importante no projeto do engate rápido.Idealmente, deve prover linhas de visão ao operador através do engate para áreas importantes no implemento.A colocação de cilindros hidráulicos 220a e 220b, quetambém afeta a colocação de membros dentro do quadro 100,exerce um importante efeito sobre a visibilidade.Determinou-se que uma distância A ótima entre as placas de gancho 330a e 330b, para permitir visibilidade paraimportantes áreas de implemento, deve estar na faixa de580 a 500 mm, idealmente entre 560 a 520 mm, e maisidealmente ainda aproximadamente 54 0 mm. A distânciatambém deve ser determinada com base no desejo de adaptaro engate 10, para o engate ser utilizável em muitosdiferentes estilos de ligações de máquinas e tambémpermitir uma resistência adequada a todos membros deengate 10 e caçamba 30.

Claims (2)

1. Engate rápido, para engatar um primeiro corpoa um segundo corpo, caracterizado pelo fato decompreender:- um meio de fixação para afixar o engatea um primeiro corpo;- um tubo adaptado para ser recebido em ganchosem um segundo corpo;- pelo menos duas cunhas arranjadas para retração eextensão, e adaptadas para se estenderem e se retraíremde cavidades de cunha formadas no segundo corpo;- superfícies de engate de cunha adaptadas paraengatar superfícies de engate no segundo corpo,as superfícies de engate de cunha no engate rápido formamum ângulo entre 60 e 44 graus medido entre uma linhaque passa através do centro do tubo e através dasuperfície de engate de cunha, e uma linha paralelaà superfície de engate de cunha.

2. Implemento, caracterizado pelo fato de compreender:- pelo menos dois ganchos;- pelo menos duas cavidades de cunha; e- uma superfície de engate de cunha formando um ânguloentre 60 e 44 graus medido entre uma linha que passaatravés do centro dos ganchos e através da superfície deengate de cunha, e uma linha paralela à superfície deengate de cunha.