RU2059766C1

RU2059766C1 - Earth-moving machine bucket turning drive converted to hydraulic operation

Info

Publication number: RU2059766C1
Authority: RU
Inventors: Д.Ю. Кобзов
Original assignee: Братский Индустриальный Институт
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: road-building machines; working member drive hydraulic systems. SUBSTANCE: bucket turning drive converted to hydraulic operation has tie-rod hinge-connected with bucket, and main hydraulic cylinder and lever hinge-connected to tie-rod. Lever is made in form of auxiliary double-acting hydraulic cylinder. Piston and rod spaces of cylinder communicate with piston and rod spaces of hydraulic cylinder-sensor. The latter is hinge-connected with main hydraulic cylinder and with tie-rod. Hydraulic main lines are placed in communication with each other and with hydraulic accumulator through two non-return valves. EFFECT: enlarged operating capabilities and enhanced reliability. 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидравлическим системам привода рабочего органа строительных и дорожных машин с гидроприводом, работающим в условиях значительных нагрузок на рабочем оборудовании, а именно к гидрофицированному приводу поворота ковша землеройной машины. The invention relates to hydraulic drive systems of the working body of construction and road machines with hydraulic drive, operating under conditions of significant loads on the working equipment, namely, a hydroficated drive turning the bucket of an earth moving machine.

Известен гидрофицированный привод поворота ковша, например, одноковшового экскаватора, содержащий гидроцилиндр, шарнирно соединенный с ним поворотный рычаг и тягу, шарнирно прикрепленную к рычагу и ковшу. Known hydroficated drive rotation of the bucket, for example, a bucket excavator, containing a hydraulic cylinder, a pivot arm pivotally connected to it and a rod pivotally attached to the lever and bucket.

Однако такое кинематическое соединение элементов привода в процессе функционирования сопровождается значительным угловым перемещением гидроцилиндра относительно рычага. В этих условиях силовое эксплуатационное взаимодействие последних элементов неизбежно сопровождается повышенной работой трения в опорном сферическом подшипнике штока гидроцилиндра. В результате этого увеличиваются действующие на него изгибающие нагрузки, ухудшается напряженно-деформированное состояние несущих длинномерных элементов (штока и корпуса) гидроцилиндра, возрастают реакции в его герметизируемых сопряжениях, интенсифицируется изнашивание трущихся элементов направляющих гидроцилиндра и элементов опорных подшипников проушин, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности привода и ведет к падению надежности гидроцилиндра. However, such a kinematic connection of the drive elements during operation is accompanied by a significant angular movement of the hydraulic cylinder relative to the lever. Under these conditions, the force operational interaction of the last elements is inevitably accompanied by increased friction work in the spherical support of the hydraulic cylinder rod. As a result of this, bending loads acting on it increase, the stress-strain state of the bearing long elements (rod and body) of the hydraulic cylinder deteriorates, reactions in its sealed joints increase, the wear of the rubbing elements of the hydraulic cylinder guides and the bearings of the eye bearings intensifies, which ultimately leads to reduce drive efficiency and leads to a decrease in the reliability of the hydraulic cylinder.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидрофицированный привод поворота ковша, используемый, например, на погрузчике UN 053.1 чехословацкой фирмы ZTS. Конструкция такого привода предполагает шарнирное соединение основного гидроцилиндра, поворотного рычага и ковша в трех точках с тягой. Такая схема обладает рядом преимуществ перед аналогом: уменьшение угла трения в опоре штока гидроцилиндра; частичная разгрузка поворотного рычага, а также выгодное увеличение усилия на режущей кромке или зубьях ковша при копании. The closest in technical essence to the invention is a hydroficated bucket turning drive, used, for example, on a loader UN 053.1 of the Czechoslovak company ZTS. The design of such a drive involves a swivel connection of the main hydraulic cylinder, the pivot arm and the bucket at three points with traction. Such a scheme has several advantages over its analogue: reducing the angle of friction in the support of the hydraulic cylinder rod; partial unloading of the pivot arm, as well as a beneficial increase in effort on the cutting edge or teeth of the bucket when digging.

Однако преимущества прототипа могут быть расширены и количественно дополнены вплоть до обеспечения постоянства угла между основным гидроцилиндром и тягой, в результате чего угол трения скольжения достигнет нуля, и дополнительного повышения усилия на ковше, что в комплексе позволит поднять эффективность привода, снизив давление в гидросистеме, сократив расход потребляемой энергии и т.п. и повысить надежность гидроцилиндра, значительно разгрузив его длинномерные несущие элементы, фрикционные узлы опорных проушин и герметизируемых сопряжений. However, the advantages of the prototype can be expanded and quantitatively supplemented to ensure that the angle between the main hydraulic cylinder and the thrust is constant, as a result of which the sliding friction angle reaches zero, and an additional increase in the bucket effort, which in combination will increase the drive efficiency, reducing the pressure in the hydraulic system, reducing energy consumption, etc. and increase the reliability of the hydraulic cylinder by significantly unloading its lengthy load-bearing elements, friction assemblies of support eyes and pressurized mates.

С этой целью в гидрофицированном приводе поворота ковша землеройной машины, содержащем шарнирно соединенные основной гидроцилиндр, рычаг, тягу и ковш, в качестве поворотного рычага применен вспомогательный гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, поршневая и штоковая полости которого гидромагистралями сообщены с поршневой и штоковой полостью гидроцилиндра-датчика, шарнирно прикрепленного к основному гидроцилиндру и тяге, гидромагистрали через два обратных клапана связаны между собой и сообщаются с гидроаккумулятором. For this purpose, in a hydraulically driven rotary drive of a digging machine bucket containing a pivotally connected main hydraulic cylinder, a lever, a rod and a bucket, an auxiliary double-acting hydraulic cylinder with a one-way rod, the piston and rod cavities of which are connected to the piston and rod cavity of the hydraulic cylinder as a rotary lever, a sensor pivotally attached to the main hydraulic cylinder and the rod, the hydraulic lines are connected through two check valves and communicate with the hydraulic accumulator torus.

Таким образом, вследствие произведенных изменений и дополнений переменная в процессе работы основного гидроцилиндра длина вспомогательного гидроцилидра, выступающего в роли поворотного рычага, позволяет сенсорно по выходным параметрам гидроцилиндра-датчика обеспечивать либо, в лучшем случае, полную соосность основного гидроцилиндра и тяги, либо, если первое по конструктивно-компоновочным причинам невозможно, их незначительное, но постоянное угловое смещение, тем самым существенно снизив работу сил трения в опорном сферическом подшипнике проушины штока гидроцилиндра, таким образом разгрузив их и гидроцилиндр в целом. Thus, due to the changes and additions, the variable during operation of the main hydraulic cylinder, the length of the auxiliary hydraulic cylinder acting as a rotary lever, allows sensing the output parameters of the hydraulic cylinder-sensor to provide either, at best, the full alignment of the main hydraulic cylinder and thrust, or, if the first for structural and layout reasons it is impossible, their insignificant but constant angular displacement, thereby significantly reducing the work of the friction forces in the spherical support pnike lugs cylinder rod, thus relieving them and cylinder as a whole.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема традиционного гидрофицированного привода поворота ковша землеройной машины; на фиг. 2 кинематическая схема гидрофицированного привода поворота ковша погрузчика UN 053.1 фирмы ZTS; на фиг. 3 и 4 кинематические схемы заявляемого гидрофицированного привода поворота ковша землеройной машины; на фиг. 5 характер изменения углов между основным гидроцилиндром и рычагом (кривая 1) или тягой (кривые 2 и 3) при работе основного гидроцилиндра, справедливого соответственно для аналога, прототипа и заявляемого гидрофицированного привода; на фиг. 6 вид зависимостей развиваемых ковшом усилий на зубьях или режущей кромке при работе основного гидроцилиндра, соответственно справедливых для аналога, прототипа и заявляемого гидрофицированного привода. In FIG. 1 depicts a kinematic diagram of a conventional hydraulically driven bucket turning drive digger; in FIG. 2 kinematic diagram of the hydroficated rotary drive of the bucket of the loader UN 053.1 from ZTS; in FIG. 3 and 4 kinematic diagrams of the inventive hydroficated drive turning bucket of an earth moving machine; in FIG. 5 the nature of the change in the angles between the main hydraulic cylinder and the lever (curve 1) or traction (curves 2 and 3) during operation of the main hydraulic cylinder, which is true, respectively, for the analogue, prototype and the claimed hydraulic drive; in FIG. 6 is a view of the dependencies of the forces developed by the bucket on the teeth or the cutting edge during operation of the main hydraulic cylinder, respectively, valid for the analogue, prototype and inventive hydraulic drive.

Заявляемый гидрофицированный привод поворота ковша землеройной машины (фиг. 3 и 4) состоит из основного гидроцилиндра 1, шарнирно соединенного через вспомогательный гидроцилиндр 2 и тягу 3 с ковшом 4. Вспомогательный гидроцилиндр 2 двустороннего действия с односторонним штоком, выполняющий роль поворотного рычага переменной длины, шарнирно прикреплен к тяге 3, в свою очередь, шарнирно присоединенной к ковшу 4. При этом основной 1, вспомогательный 2 гидроцилиндры и ковш 4 шарнирно в трех точках присоединены к тяге 3. Причем точки крепления элементов 1,3 и 2,3 геометрически не совпадают. Поршневая и штоковая полости гидроцилиндра 2 сообщаются с поршневой и штоковой полостями гидроцилиндра-датчика 5 гидромагистралями 6. Гидромагистрали 6 через два обратных клапана 7 связаны между собой и сообщаются с гидроаккумулятором 8. Гидроцилиндр-датчик 5, в качестве которого также может использоваться гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, шарнирно прикреплен к основному гидроцилиндру 1 и тяге 3. В том случае, когда гидроцилиндр-датчик 5 расположен с противоположной через тягу 3 от вспомогательного гидроцилиндра 2 стороны (фиг. 3), их полости гидромагистралями 6 соединяются соответственно: поршневая с поршневой, штоковая с штоковой. Если же эти два гидроцилиндра 2 и 5 расположены с одной стороны от тяги 3 (фиг. 4), то их полости гидравлически соединяются обратно названному выше порядку. И в том, и в другом случае основные параметры гидроцилиндров 2 и 5, а именно ход штока, диаметры поршня и штока назначаются из условия реализации на всем диапазоне работы привода требуемых перемещений гидроцилиндра 1 и тяги 3 для поддержания изначально назначенного их углового взаимного расположения. The inventive hydraulic drive rotation of the bucket of the digging machine (Fig. 3 and 4) consists of a main hydraulic cylinder 1, pivotally connected through an auxiliary hydraulic cylinder 2 and a rod 3 with a bucket 4. Auxiliary hydraulic cylinder 2 of double-acting with a one-sided rod, acting as a variable-length rotary lever, pivotally attached to the rod 3, in turn, pivotally attached to the bucket 4. In this case, the main 1, auxiliary 2 hydraulic cylinders and the bucket 4 are pivotally attached at three points to the rod 3. Moreover, the attachment points comrade 1,3 and 2,3 geometrically coincide. The piston and rod cavities of the hydraulic cylinder 2 communicate with the piston and rod cavities of the sensor hydraulic cylinder 5 by the hydraulic lines 6. The hydraulic lines 6 are connected through two check valves 7 and communicate with the hydraulic accumulator 8. The hydraulic cylinder-sensor 5, which can also be used as a double-acting hydraulic cylinder with one-sided rod, pivotally attached to the main hydraulic cylinder 1 and the rod 3. In the case when the hydraulic cylinder 5 is located opposite from the rod 3 from the auxiliary hydraulic cylinder 2 sides (Fig. 3), their cavities by hydraulic lines 6 are connected respectively: piston with piston, rod with rod. If these two hydraulic cylinders 2 and 5 are located on one side of the thrust 3 (Fig. 4), then their cavities are hydraulically connected back to the above order. In both cases, the main parameters of hydraulic cylinders 2 and 5, namely, the stroke of the rod, piston and rod diameters, are assigned from the condition that the required movements of the hydraulic cylinder 1 and rod 3 are implemented over the entire range of operation of the drive to maintain their initially assigned angular relative position.

Заявляемый гидрофицированный привод поворота ковша землеройной машины работает следующим образом. The inventive hydraulic drive rotation of the bucket of the digging machine works as follows.

При настройке привода заранее задают конкретное значение угла между основным гидроцилиндром 1 и тягой 3, выбираемое из условия реализации, например, требуемого усилия на зубьях или рабочей кромке ковша 4 на определенном диапазоне. После этого, зафиксировав положение штоков всех трех гидроцилиндров 1, 2 и 5, заполняют полости последних двух рабочей жидкостью и соответствующим образом (фиг. 3 или 4) соединяют гидромагистралями 6 их полости. When setting up the drive, a specific value of the angle between the main hydraulic cylinder 1 and the thrust 3 is pre-set, selected from the conditions of implementation, for example, the required force on the teeth or the working edge of the bucket 4 in a certain range. After that, having fixed the position of the rods of all three hydraulic cylinders 1, 2 and 5, fill the cavities of the last two with the working fluid and, accordingly (Fig. 3 or 4), connect the hydraulic lines 6 of their cavity.

При эксплуатационном возвратно-поступательном перемещении штока-поршня основного гидроцилиндра 1 начинает изменяться угол между ним и тягой 3. Это изменение мгновенно фиксируется гидроцилиндром-датчиком 5, который посредством смещения поршня-штока начинает вытеснять рабочую жидкость из полости повышенного давления, в сторону которой он перемещается. Эта жидкость по гидромагистрали 6 нагнетается в конкретную полость (фиг. 3 или 4) вспомогательного гидроцилиндра 2, за счет чего последний соответствующим перемещением собственного поpшня-штока изменяет пространственное положение основного гидроцилиндра 1 и тяги 3, тем самым автоматически и сенсорно по углу восстанавливая их изначально заданное угловое взаимное расположение. During operational reciprocating movement of the piston rod of the main hydraulic cylinder 1, the angle between it and the thrust 3 begins to change. This change is instantly detected by the hydraulic cylinder 5, which, by displacing the piston rod, begins to displace the working fluid from the pressure chamber towards which it moves . This fluid is pumped along the hydraulic line 6 into a specific cavity (Fig. 3 or 4) of the auxiliary hydraulic cylinder 2, due to which the latter, by corresponding movement of its own piston rod, changes the spatial position of the main hydraulic cylinder 1 and rod 3, thereby automatically and automatically sensing them by angle, restoring them initially given angular relative positioning.

С целью компенсации в процессе работы привода внутренних перетечек и наружных утечек рабочей жидкости через уплотнительные узлы гидроцилиндров 2 и 5, приводящих к разрегулировке, рассогласованию привода по углу и требуемому восстанавливающему перемещению, гидромагистрали 6 сообщения их рабочих полостей через два обратных клапана 7 связаны между собой и подключены к гидроаккумулятору 8, который поддерживает необходимое избыточное давление в магистралях 6, гидроцилиндрах 2 и 5, что обеспечивает требуемую жесткость всего привода. In order to compensate during the operation of the drive of internal overflows and external leaks of the working fluid through the sealing units of the hydraulic cylinders 2 and 5, leading to misalignment, the drive mismatch in angle and the required recovery movement, the hydraulic lines 6 of the communication of their working cavities through two check valves 7 are interconnected and connected to the hydraulic accumulator 8, which supports the necessary overpressure in the lines 6, hydraulic cylinders 2 and 5, which provides the required rigidity of the entire drive.

Таким образом, использование заявляемого гидрофицированного привода поворота ковша землеройной машины с сенсорным регулированием по углу длины поворотного рычага, в качестве которого применен гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком, позволяет практически исключить работу сил трения в опорном сферическом подшипнике проушины штока основного гидроцилиндра (фиг. 5, прямая 3), тем самым разгрузив его от изгибающего момента фрикционных сил в опоре, а также дает возможность выгодно, исходя также из геометрических параметров прочих элементов привода, увеличить усилие на зубьях или режущей кромке ковша, снизив давление в гидросистеме питания основного гидроцилиндра, сократив потребляемому приводом энеpгию и прочее. Все перечисленное способствует повышению эффективности привода и надежности основного гидроцилиндра наиболее нагруженного и наименее надежного элемента гидропривода землеройной машины. Thus, the use of the inventive hydroficated rotary drive of the bucket of an earth moving machine with touch control along the angle of the length of the rotary lever, which is used as a double-acting hydraulic cylinder with a one-sided rod, allows virtually eliminating the work of friction forces in the spherical support of the rod eye of the main hydraulic cylinder (Fig. 5, line 3), thereby unloading it from the bending moment of the frictional forces in the support, and also makes it possible to profitably, proceeding also from geometric parameters of other drive elements, increase the force on the teeth or the cutting edge of the bucket by lowering the pressure in the hydraulic power supply system of the main hydraulic cylinder, reducing the energy consumed by the drive and so on. All of the above contributes to an increase in drive efficiency and reliability of the main hydraulic cylinder of the most loaded and least reliable element of the hydraulic drive of the earthmoving machine.

Claims

A HYDROPHYSIC DRIVE TURNING DRIVE OF THE EARTH MACHINE, comprising a rod pivotally connected to the bucket and pivotally connected to the rod, the main hydraulic cylinder and lever, characterized in that the lever is made in the form of a double-acting auxiliary cylinder, the piston and rod cavities of which are connected to the piston and piston rods by piston and a sensor pivotally attached to the main hydraulic cylinder and the rod, and the hydraulic line through two check valves are interconnected and communicated with the hydroaccumulator ulyatorom.