SE526568C2 - Anordning för vridning av en stomme till en kran - Google Patents

Description

25 30 35 526 568 2 hydraulmotor. Eftersom hydraulslangar och andra ledningar skall ledas upp till kranarmarna, finns stoppklackar eller elektriska ändlägesbrytare, som begränsar vridrörelsen, exempelvis till området il20-200°. En fördel med dylika konstruktioner är att desamma ej inbegriper några utstickande svängcylindar, varigenom möjliggörs montering av kranen på många alternativa sätt, t.ex. i ett lastflaks ena hörn. En nackdel är dock låg total verkningsgrad i systemet el, hydraulik och motor. Snäckväxlar av hög kvalitet anses bli för dyrbara och de i praktiken valda, billiga snäckväxlarna ger mediokra svängprestanda och begränsad livslängd.

Medelstora kranar (4-25 tonmeter) Dessa kranar drivs i allmänhet hydrauliskt via fordonets kraftuttag och en hydraulpump. Den vanligaste lösningen använder sig av en kuggstàng, som utgör en gemensam kolvstàng i två mot varandra ställda, enkelver~ kande hydraulcylindrar. Kuggstàngen griper in i en cylind- risk kuggkrans pà kranstommen, vilken bringas att vrida sig när kuggstàngen av den ena cylindern pressas in i den andra. Kranstommen är i allmänhet lagrad i tvâ glidbuss- ningar i en i stommens underdel omslutande kranfot, vilken även inbegriper flänsar för hydraulcylindrarnas montering i foten, varvid kuggkransen oftast är placerad mellan de tvâ glidbussningarna. Hydraulcylindrarnas begränsade slaglängd i kombination med kuggkransens kuggdelningsdia- meter begränsar här tvàngsvis kranens svängvinkel, något som resulterat i att il80-2lO° blivit etablerat, maximalt svängomràde. Begränsningen av svängrörelseområdet är i vissa applikationer av stor nackdel, t.ex. då kranen är monterad längst bak på en lastbilsram och skall betjäna såväl ett flak som en släpvagn, t.ex. vid timmertransport- fordon. I vissa fall utgör svängcylindrarna utstickande delar som hamnar i vägen för andra monteringsdetaljer.

Därest höga svängmoment är önskvärda, t.ex. då kranen skall användas även i kraftigt lutande uppställningar (såsom vid timmerlastning ute i terräng) krävs ofta dubbla eller stundom fyrdubbla uppsättningar av svängcylindrar 10 15 20 25 30 35 526 568 3 och kuggstänger. Dessa utgör då en besvärande faktor i utrymmesmässigt hänseende, speciellt då kranens armsystem skall kunna vikas samman och parkeras tvärs fordonet då kranen ej används. Svängcylindrar som inkräktar på det tillgängliga utrymmet leder till att armsystemets räckvidd blir avsevärt begränsad, vilket i sin tur begränsar kranens användbarhet och konkurrenskraft på marknaden. Ju större kranen är och ju högre kraven på svängkapacitet ställs, desto större blir svårigheten att finna acceptabla konstruktionslösningar med hjälp av kuggstångstrans- missioner.

Stora kranar (>25 tonmeter) Även stora kranar drivs hydrauliskt. För dylika kranar tillgrips emellertid mer avancerade lagringar för kranstommen, företrädesvis i form av kraftiga X-rullager.

I detta fall ökar även kundkraven på att svängmekanismen skall vara runtomgàende, d.v.s. kunna rotera obegränsat, något som bland annat innebär att slanggenomföringen genom stommen måste ske med hjälp av en i svängmekanismen placerad svivel. Istället för kuggstàngstransmissioner av ovannämnt slag används här vanligen en ytterkuggring med stor diameter i vilken X-rullagret integreras och mot vilken arbetar en eller flera motormoduler, som var och en består av en hydraulmotor sammanbyggd med en flerstegs planetväxel eller en konventionell, flerstegs kuggväxel.

En nackdel med de kända lösningarna för stora kranar är att de ingående komponenterna är dyrbara och att X- rullagren, för att ge god funktion, kräver att anslutande detaljer har hög styvhet och tillverkningsprecision.

Eljest fördelas lasten ojämnt på lagrets olika rullkroppar, varvid lagrets livslängd reduceras. Dessa krav på styvhet hos X-rullagret är ej enkla att förena med kravet att kranfotens montage på fordonsramen skall utföras på ett sådant sätt att rambalkarna medges frihet att delta i fordonets fjädring, speciellt i torsionsled.

Dessutom blir arrangemanget mycket utrymmeskrävande, var- jämte kuggringen och motormodulerna oftast hamnar i ett exponerat läge, som blir känsligt för föroreningar. 10 15 20 25 30 35 526 568 Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda nackdelar hos tidigare kända anordningar för vridning av kranstommar och skapa en förbättrad vridanord- ning. Ett primärt syfte med uppfinningen är sålunda att skapa en vridanordning, som är kompakt och därför ej inkräktar pà det tillgängliga utrymmet i anslutning till kranfoten. Ett ytterligare syfte är att skapa en vridanordning som förmår uppta avsevärda böjmoment och avsevärda axiella och transversella krafter av det slag som uppträder i kranstommens underdel. Vidare skall vridanordningen kunna åstadkomma en svängrörelse i hastighetsintervallet 10-60°/s med goda manövreringsegenskaper under de mest skiftande förhållanden. Till dessa egenskaper hör mjuka start» och stoppfunktioner samt en förmåga att spärra kranen och förhindra att den "svänger baklänges", då kranens manöver- reglage ställts i neutralläge, till och med i samband med oförutsebara incidenter (t.ex. om en hydraulslang skulle brista eller vid strömbortfall). Vidare skall vridanord~ ningen vara tillförlitlig i så màtto att den icke under några driftsförhållanden ger upphov till okontrollerbara kranrörelser, t.ex. till följd av uppkomsten av luftblåsor eller vakuumfickor i hydraulcylindrar (då vridmomentet som svänganordningen skall övervinna plötsligt kan byta rikt- ning så att blåsan eller fickan komprimeras av lasten eller av rörelsens tröghetskrafter).

Enligt uppfinningen nås åtminstone det primära syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets l kännetecknandedel. Fördelaktiga utföranden av uppfinningen är vidare definierade i de osjälvständiga patentkraven.

Sammanfattning av uppfinningstanken Uppfinningen grundar sig på den generella tanken att i det hus som bildar en kranfot och som omsluter och lagrar den undre delen av en kranstomme integreras en excenterväxel, som bildar en krafttransmission mellan kranstommen och en i omedelbar närhet av kranfoten 10 15 20 25 30 35 526 568 5 monterad drivkälla, t.ex. en hydraulisk eller elektrisk motor. Integreringen av excenterväxeln sker genom att denna placeras i ett generellt ringformigt utrymme mellan utsidan av kranstommens nederdel och insidan av huset.

Den grundläggande principen för excenterväxlar -oavsett konkret utförande- bygger på en samverkan mellan åtminstone ett par kuggkransar med olika diametrar av vilka den ena uppvisar utvändiga eller utåtriktade kuggar och därför är hanartad, medan den andra har invändiga eller inåtriktade kuggar och därför är honartad. Om man eftersträvar hög nedväxling i ett steg väljer man ett utförande där antalet kuggar i den ena kuggkransen skiljer sig från antalet i den andra med endast ett fåtal kuggar.

Båda kuggkransarna har rotationssymmetrisk, t.ex. cylindrisk eller konisk grundform, men symmetriaxeln för den ena kuggkransen är förskjuten eller excentrisk i för- hållande till symmetriaxeln för den andra kuggkransen.

Härav benämningen "excenterväxel". Då den geometriska excenteraxeln roterar med ett visst varvtal rullar den ena kuggkransen (t.ex. hankuggkransen med den minsta diametern) av mot den andra och bringas att rotera i motsatt rotationsriktning, närmare bestämt med ett i ett steg reducerat varvtal, som är beroende av antalet kuggar i respektive kuggkransar.

I matematiska termer kan en excenterväxel sägas inbegripa tre komponenter eller storheter med olika varvtal, nämligen honkuggkransen (t.ex. pà insidan av en ring), hankuggkransen (t.ex. pà utsidan av ett kugghjul) samt excenteraxeln. Om dessas varvtal betecknas nl, ng resp. ngoch antalet kuggar i honkuggkransen resp. han- kuggkransen betecknas 21 resp. z2, erhålles följande mate- matiska samband mellan komponenternas rotationshastigheter: H2 = Yh.* 21/Zz ' H3 *(21“Z2)/Zz Antalet kuggar kan exempelvis uppgå till: z1= 50 resp. z2=49. I ett vanligt fall är honkuggkransen statio- när, d.v.s. nl väljes till 0, medan excenteraxeln drivs med 10 15 20 25 30 35 526 568 6 varvtalet ng och den utgående rörelsen ng tas ut såsom en kraftigt nedväxlad, motgàende rotation av hankuggkransen via en koppling.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig l en vertikal sektion genom en kranfot och en relativt denna roterbart lagrad underdel till en kranstomme, samt en mellan dessa anordnad excenterväxel enligt uppfinningen, Fig 2 en sektion A-A i fig l, Fig 3 en sektion B-B i fig 1, och Fig 4 ett förstorat utsnitt av den vänstra hälften av sektionen i fig l.

Detaljerad beskrivning av fördraqna utföranden av uppfin- ningen I fig 1 betecknar l generellt en kranfot i form av ett såväl upptill som nedtill öppet hus i vilket en undre del 2 av en kranstomme är roterbart lagrad. För att skapa terminologisk enkelhet benämns detaljen 2 fortsättningsvis endast kranstomme. Generellt är detaljen 2 rörformig med rotationssymmetriskt formade ut- och insidor, varvid rör- väggen avgränsar en genomgående kanal 3 genom vilken hyd- raulslangar, elkablar, etc. kan dras upp till de av stommen burna kranarmarna jämte dessas hydraulcylindrar.

Det såsom kranfot tjänande huset 1 är fixerbart på en med 4 schematiskt antydd bärare, som exempelvis kan utgöras av en tvärbalk som är förbunden med de längsgående rambalkarna till ett hjulburet fordon. Fixeringen av huset kan med fördel ske med hjälp av skruvförband 5. Därest en större kran skall monteras på en lastbil tillkommer en andra balk ofta i form av en s.k. trepunktsbrygga för monteringen, t.ex. i läget 4' i Fig 2 och 3.

Mellan kranstommens 2 utsida och husets l insida avgränsas ett spaltartat utrymme 6, som är rinqformigt såtillvida att utrymmet ifråga är ändlöst. Vissa av de 10 15 20 25 30 35 526 568 7 ytor som avgränsar utrymmet ifråga har dessutom åtminstone delvis rotationssymmetrisk, exempelvis cylindrisk form.

I det visade utförandeexemplet är kranstommen 2 lagrad relativt huset l via tre olika lager, nämligen två axiellt åtskilda radiallager 7, 8 samt ett axiallager 9. I exemplet visas dessa lager i form av glidlager, men i praktiken kan lagren var för sig även utgöras av exempelvis rull- eller nállager, allt i beroende av önskade prestanda hos vridanordningen i dess helhet.

I det mellan de båda radiallagren 7, 8 befintliga ringutrymmet 6 är i enlighet med uppfinningen anordnad en i sin helhet med lO betecknad excenterväxel enligt uppfin- ningen.

Excenterväxelns inbegriper en hylsa ll, nedan benämnd excenterhylsa. Denna excenterhylsa ll är lagrad direkt utanpå stommen 2 och förbunden med en utgående axel 22 till en drivkälla 21 via dels ett primärdrev 23, dels ett kugghjul 27 med en utvändig kuggkrans 28, som står i ingrepp men primärdrevet 23. I exemplet är kugghjulet 27 förbundet med hylsan ll via ett skruvförband 29. Närmare bestämt är hylsan ll lagrad gentemot stommen 2 via invän- diga rullkroppar 17, vilka samfällt bildar ett geometriskt cylinderformat lager, som är koncentriskt med en geometrisk huvudrotationsaxel C för kranstommen 2. På sin utsida uppvisar dock hylsan ll ett av rullkroppar l8 sam- mansatt lager med en i geometriskt hänseende cylindrisk grundform, vilket dock är excentriskt lokaliserat och dessutom lätt lutande i förhållande till axeln C, dvs lagrets symmetriaxel är förskjuten och lutar relativt axeln C. Närmare bestämt är lagercentrum för rullkropparna 18 koncentriskt med axeln S, som beskrivs nedan. Med excenterhylsan ll samverkar ett trattformigt rörstycke 30, (se fig 4) vilket av skäl, som förklaras nedan, fort- sättningsvis benämns "nutationsrör". Via en med 31 beteck- nad koppling är nutationsröret 30 förbundet med stommen 2 pà ett sådant sätt att detsamma kan utföra en nuterande rörelse kring en med P betecknad apexpunkt (en generatris, som vandrar utmed en mantelyta på en imaginärkon, utför en nutationsrörelse vid vilken generatrisens apex utgörs av 10 15 20 25 30 35 526 568 8 konans spets). Den geometriska symmetriaxeln för nutationsröret 30 är betecknad S.

Två samverkande kuggkransar 13, 14 är förbundna med å ena sidan huset 1 och å andra sidan nutationsröret 30. Närmare bestämt är en honkuggkrans 13 utformad på insidan av huset 1. I exemplet har denna kuggkrans en rak, cylindrisk grundform, varvid kuggkransens symmetriaxel sammanfaller med huvudrotationsaxeln C. Hankuggkransen 14 är i sin tur förbunden eller integrerad med nutationsröret 30. Närmare bestämt är hankuggkransen 14 utformad på utsidan av den övre del av nutationsröret som har den största diametern och är rotationssymmetrisk runt axeln S, men uppvisar en utefter axeln S varierande toppdiameter och profilförskjutningsfaktor, t ex såsom beskrives i SE 501 463.

Den koppling 31, som har till uppgift att dels överföra vridmoment till stommen 2, dels ta upp nutationens små vinkelrörelser utgörs i exemplet av en bågtandkoppling av i och för sig känt slag. Såsom koppling för samma ändamål kan även tillgripas andra lösningar, t.ex. en konventionell kardanlänk, en Rzeppa-knut eller en koppling av det slag, som beskrivs i SE 9404154-8.

Då motorn aktiveras, t ex på så sätt att excenterhylsan ll bringas att rotera medurs, erhåller nutationsröret 30 en kraftigt nedväxlad, nuterande rörelse i riktning moturs. Det sålunda runt den nuterande symmetriaxeln S roterande röret 30 överför sin rotationsrörelse till kranstommen 2 via kopplingen 31. I exemplet tänkes utväxlingen mellan motorns 21 utgående axel 22 och excenterhylsan ll vara 5,5:l. Honkuggkransen 13 inbegriper i exemplet 47 kuggar, medan hankuggkransen 14 inbegriper 46 kuggar. Härigenom åstadkoms en nedväxling i detta steg av 46:l. Den totala utväxlingen mellan motorns utgående axel och stommen 2 blir därför 5,5x46 = 253:l. Om motorn drivs med 800 rpm erhåller stommen 2 sålunda en rotationshastighet av 800/253x360/60=l9°/s.

I exemplet utgörs drivkällan 21 av en hydraulisk motor, ehuru även andra drivkällor är tänkbara, t.ex. elektriska motorer. Med hjälp av motorn 21 är excenter- 10 15 20 25 30 526 568 9 hylsan ll, via primärdrevet 23 och kugghjulet 27, drivbar i endera av två motsatta rotationsriktningar, d.v.s. antingen medurs eller moturs.

En betydande fördel med den beskrivna vridanordningen är att densamma kan långsamt (10-60°/s) vrida stommen relativt huset under överföring av ett stort vridmoment till stommen. Detta fungerar samtidigt som stommen är belastad med ett stort böjmoment och en i sammanhanget måttlig axialkraft. En annan väsentlig fördel är att vridanordningen genom att vara integrerad i det hus som bildar kranfoten, blir ytterst kompakt och låter sig drivas med hjälp av en drivkälla, som i sin tur tar i anspråk ett ytterst litet utrymme.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda kan de rakt, cylindriskt skurna honkuggarna 13 utföras med efter höjden varierande toppdiameter och profilförskjut- ningsfaktor, för att samverka optimalt med hankuggarnas 14 till dessa förutsättningar anpassade profil. Vidare kan kranstommens lagring i kranfoten modifieras på mångahanda sätt inom ramen för uppfinningen. Exempelvis är det tänk- bart att i stället för glidlagren 7, 8 använda kullager, nållager, cylindriska eller koniska rullager. Ytterligare ett alternativ är ett X-rullager i position 7, eventuellt i kombination med åtminstone ett från detta axiellt fjärmat radiallager, vilket kan utgöras av exempelvis ett nållager i position 8. Lämpligaste val bestäms av önskad prestanda och utrymmesbegränsningar för aktuellt utförande samt av kostnadsfaktorer.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 526 568 10 Patentkrav

1. Anordning för vridning av en stomme (2) till en kran, innefattande en fixerbar kranfot i form av ett upptill och nedtill öppet hus (1) i vilket en undre, rörformig del av kranstommen (2) är roterbart lagrad, varvid en drivkälla (21) är förbunden med kranstommen via en krafttransmission för att pà maskinell väg ombesörja vridning av kranstommen (2) kring en vertikal geometrisk rotationsaxel (C), och varvid sagda krafttransmission inbegriper en excenterväxel (10), som är integrerad i huset (1) genom att vara lokali- serad i ett ringformigt utrymme (6) mellan utsidan av kranstommen (2) och insidan av huset(2), k ä n n e - t e c k n a d därav, att lagringen mellan kranstommen (2) och huset (1) innefattar tvâ axiellt åtskilda, radial- kraftsupptagande lager (7, 8) och ett axialkraftsupp- tagande lager (9), och att excenterväxeln (10) innefattar en av drivkällan (21) roterbar excenterhylsa (11) med rotationssymmetriska ut- och insidor, vilkas symmetriaxlar är excentriskt förskjutna relativt varandra och inbördes vinkelförskjutna på ett sådant sätt att desamma möts i en apexpunkt (P) belägen inom kranfotens höjdutsträckning, och utmed eller mycket nära stommens rotationscentrumlinje

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att excenterhylsan (11) är roterbart lagrad utanpå kranstommen (2) med insidans symmetriaxel koncentrisk med huvudrotationsaxeln (C), och att hylsans utsida är excentrisk relativt huvudrotationsaxeln och invändigt lagrad i ett rörstycke (30) med en utvändig hankuggkrans (14) med ett visst antal kuggar av vilka en eller ett fåtal står i ingrepp med en med huset (1) förbunden honkuggkrans (13), som är kon- centrisk med huvudrotationsaxeln (C) och innefattar ett annat antal kuggar än hankuggkransen (14), varvid rör- stycket (30) är nuterbart rörligt kring en från excenter- hylsan (ll) axiellt fjärmad apexpunkt (P), där detsamma är förbundet med kranstommen (2) via en koppling (31), som 526 568 11 förmår dels uppta rörstyckets nutationsrörelser, dels överföra vridmoment till kranstommen (2).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopplingen (31) utgörs av en bågtandkoppling.