Подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора

 

Использование: изобретение относится к землеройному машиностроению, а именно к металлоконструкциям роторных экскаваторов. Сущность изобретения: подвеска содержит пилон, нижняя часть которого соединена с поворотной платформой. Несущие тяги, соединяющие стрелу с противовесной консолью, опираются на верхнюю часть пилона. Дополнительная тяга установлена параллельно несущей тяге в общих для обеих тяг узлах крепления, а гидроцилиндр упруго демпфирующего звена связан с дополнительной тягой. Система управления гидроцилиндром включает суммирующий усилитель, датчик колебаний, установленный на металлоконструкции, датчик перемещения штока гидроцилиндра, задатчик опорного сигнала, электровыпрямитель со сглаживающим фильтром, электрогидравлический усилитель мощности. Регулировка натяжения дополнительной тяги обеспечивается изменением величины сигнала задатчика. Регулировка жесткости дополнительной тяги производится за счет изменения давления зарядки пневмогидроаккумулятора. Представлены два варианта исполнения: с несущей тягой нерегулируемой и регулируемой длины. Подвеска позволяет повысить надежность подвески и экскаватора. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к землеройному машиностроению, а именно к металлоконструкциям роторных экскаваторов.

Известна подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено [1] Недостатком конструкции является неудовлетворительная ее надежность из-за повышенных динамических нагрузок в режиме резонансных колебаний.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход соединен с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра [2] Однако из-за больших потерь на трение в подвижных сочленениях несущих тяг и в уплотнениях гидроцилиндра эффективность воздействия упругодемпфирующего звена на колебания металлоконструкций снижена, вследствие чего надежность подвески и экскаватора недостаточна.

Сущность изобретения заключается в том, что подвеска стрелы рабочего органа роторного экскаватора, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход соединен с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра, снабжена дополнительной тягой, установленной параллельно одной из несущих тяг в общих для них узлах крепления, а гидроцилиндр упругодемпфирующего звена связан с дополнительной тягой. Кроме того, подвеска снабжена механизмом изменения длины дополнительной тяги, кинематически связанным с механизмом изменения длины несущей тяги, а несущая и дополнительная тяги соединены между собой посредством поперечных связей.

Установка дополнительной тяги параллельно одной из несущих тяги в общих для них узлах крепления и наличие связи гидроцилиндра упругодемпфирующего звена с дополнительной тягой позволяет за счет разгрузки упругодемпфирующего звена от восприятия весовых нагрузок и уменьшения потерь на трение увеличить эффективность снижения динамических усилий и как следствие, повысить надежность подвески и экскаватора в целом.

На фиг. 1 представлен вариант исполнения устройства для случая, когда дополнительная тяга установлена параллельно несущей тяге, состоящей из двух ветвей нерегулируемой длины; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вариант устройства для случая, когда дополнительная тяга установлена параллельно несущей тяге, имеющей регулируемую длину; на фиг. 4 функциональная схема системы управления гидроцилиндром; на фиг. 5 график изменения усилия F в дополнительной тяге в функции времени t.

Подвеска стрелы 1 рабочего органа 2 роторного экскаватора содержит пилон 3, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой 4. Несущие тяги 5 и 6, соединяющие роторную стрелу 1 с противовесной консолью 7, опираются на верхнюю часть пилона 3. В первом варианте исполнения (фиг. 1 и 2) дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 нерегулируемой длины в общих для них узлах 10 и 11 крепления, а гидроцилиндр 12 связан с дополнительной тягой 8. Во втором варианте исполнения (фиг. 3) дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 регулируемой длины, выполненной, например, в виде полиспаста, подвижная ветвь которого связана с механизмом 13 изменения длины тяги, установленным на противесной консоли 7 при помощи узла 14 крепления. Дополнительная тяга 8 на фиг. 3 снабжена механизмом 15 изменения своей длины, кинематически связанным через трансмиссию 16 с механизмом 13 изменения длины несущей тяги 5. Дополнительная тяга 8 с гидроцилиндром 12 имеет в этом варианте общие с несущей тягой 5 узлы 17, 18 и 14 крепления к металлоконструкциям экскаватора.

Несущая 5 и дополнительная 8 тяги соединены между собой посредством поперечных связей 19 (фиг. 2). Гидроцилиндр 12 в сочетании с пневмогидравлическим аккумулятором 20 образует упругодемпфирующее звено. Маслостанция включает в себя гидронасос 21, предохранительный клапан 22, маслобак 23. Электрогидравлический усилитель 24 мощности подключен между маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра 12. Датчик 25 колебаний, установленный на роторной стреле 1, подсоединен к первому входу суммирующего усилителя 26, второй вход которого подсоединен к датчику 27 перемещения штока гидроцилиндра 12, а третий вход при помощи переключателя 28 подключен либо к задатчику 29 опорного сигнала, либо к выходу электровыпрямителя 30 со сглаживающим фильтром, вход которого соединен с датчиком 25 колебаний. Выход суммирующего усилителя 26 связан с обмоткой магнита электрогидравлического усилителя 24.

Перед началом работы экскаватора при помощи задатчика 29 опорного сигнала U_o устанавливается предварительное натяжение дополнительной подвески 8. Для этого через суммирующий усилитель 26 сигнал U_o подается на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24, в результате чего золотник последнего перемещается и через образовавшуюся щель жидкости от насоса 21 поступает в рабочую полость гидроцилиндра 12, приводя в движение его шток. Движение штока происходит до тех пор, пока сигнал отрицательной обратной связи от датчика 27 перемещения штока не сравняется по абсолютной величине с опорным сигналом U_o, после чего сигнал на выходе суммирующего усилителя 26 становится равным нулю, щель золотника закрывается и шток останавливается отработав (отследив) заданное перемещение. При этом в дополнительной тяге 8 устанавливается предварительное (статическое) натяжение F_cm, определяемое величиной опорного сигнала.

При работе экскаватора под действием переменного усилия на рабочем органе 2 происходят колебания металлоконструкций экскаватора. Возникающие при этом динамические нагрузки отрицательно сказываются на надежности машины. Колебания роторной стрелы 1 фиксируются датчиком 25, вырабатывающим непрерывный электрический сигнал, пропоpциональный колебательной скорости перемещения роторной стрелы 1. После прохождения через усилитель 26 этот сигнал поступает на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24 и отрабатывается гидроцилиндром 12, работающим в следящем режиме. В результате периодических перемещений его штока в дополнительной тяге 8 создается переменное усилие, пропорциональное скорости колебательного движения роторной стрелы 1, а следовательно, и скорости деформации несущей тяги 5. Поскольку дополнительная тяга 8 установлена параллельно несущей тяге 5 в общих для них узлах крепления, то указанное переменное усилие передается на несущую тягу 5, создавая эффект вязкого сопротивления ее деформации. Из теории колебаний известно, что указанный эффект приводит к рассеиванию энергии и снижению колебаний. В данном случае эффективность снижения колебаний ограничена лишь мощностью гидронасоса.

Для предотвращения провисания дополнительной тяги 8 в моменты уменьшения в ней упругой силы в процессе колебаний величина предварительного натяжения дополнительной тяги, равная статической составляющей F_cт усилия в ней, должна быть не меньше амплитудыF| динамической составляющей F усилия в дополнительной тяге 8, а именно F_cт=(1,05.1,1)F| (фиг. 5) В свою очередь, усилие F определяется суммой двух слагаемых, одно из которых вызвано упругой деформацией дополнительной тяги 8, возникающей за счет колебательного движения роторной стрелы 1, а другое связано с деформацией этой тяги, создаваемой за счет перемещения штока гидроцилиндра 12. Для уменьшения первого слагаемого указанной суммы, в целях повышения надежности дополнительной тяги 8, жесткость дополнительной тяги принята в 10.20 раз меньше по сравнению с жесткостью несущей тяги 5. При таком соотношении жесткостей величиной первого из рассматриваемых слагаемых с погрешностью до 5% можно пренебречь. Установка заданной жесткости дополнительной тяги 8 производится путем создания соответствующего давления зарядки пневмогидравлического аккумулятора 20.

Величина второго слагаемого усилия F определяется исходя из принципа компенсации: при установившихся резонансных колебаниях демпфирующее усилие, создаваемое в тягах 5 и 8 гасителем (гидроцилиндром 12), равно по величине усилию F_в, создаваемому в тех же тягах переменной составляющей внешней нагрузки, приложенной к рабочему органу 2. Тогда с учетом (1) с поправкой на указанную пятипроцентную погрешность начальное натяжение определяется из соотношения F_cт=(1,1.1,15) F_в (2) ЗначенияF_в| для различных условий работы роторного экскаватора известны. Например, для экскаваторов среднего классаF_в100.150 кН.

Увеличение F_cт по сравнению с величиной определяемой соотношением (2), приводит к возрастанию давления в гидроцилиндре 12 и соответственно либо к увеличению энергозатрат, либо при прочих равных условиях к уменьшению эффективности гашения колебаний и снижению надежности экскаватора.

Для поддержания оптимальной величины натяжения F_cт в процессе работы экскаватора в соответствии с условием (2) при измененииF_в| используется электровыпрямитель 30 со сглаживающим фильтром, подключаемый ко входу суммирующего усилителя 26 с помощью переключателя 28 (задатчик 29 в этом случае отключен). Например, при увеличении колебаний роторной стрелы 1 амплитуда переменного сигнала, поступающего с датчика 26 на электровыпрямитель 30 возрастает. Соответственно возрастает величина сигнала постоянного тока, поступающего с выхода электровыпрямителя 30 через суммирующий усилитель 26 на обмотку магнита электрогидравлического усилителя 24. Отслеживая указанный сигнал, шток гидроцилиндра 12 перемещается в новое положение, и в дополнительной тяге 8 устанавливается более высокое значение натяжения F_cт. Аналогичным образом при уменьшении колебаний величина F_cт снижается.

Для изменения высоты копания экскаватора в варианте исполнения устройства по фиг. 3 с помощью механизма 13 производится изменение длины несущей тяги 5, а при помощи механизма 15 соответствующее изменение длины дополнительной тяги 8. Синхронизация скоростей изменения длины тяг 5 и 8 осуществляется трансмиссией 16, обеспечивающей жесткую кинематическую связь между механизмами 13 и 15.

Поперечные связи 19 (на фиг. 2 изображены условно) предотвращают возникновение возможных поперечных колебаний дополнительной тяги 8 в вертикальной плоскости.

Установка дополнительной тяги параллельно одной из несущих тяги в общих для них узлах крепления имеет по сравнению с иным взаиморасположением указанных тяг (например, при расположении их под углом друг к другу) преимущество, заключающееся в том, что, во-первых, демпфирующее усилие, создаваемое гидроцилиндром 12, полностью проецируется на несущую тягу 5, т.е. полностью идет на создание вязкого сопротивления ее деформации, а следовательно, на гашение колебаний, во-вторых, в элементах металлоконструкций экскаватора не возникают боковые составляющие от динамических усилий в дополнительной тяге, как это имеет место, например, при наклонном расположении дополнительной тяги 8 по отношению к несущей тяге 5. Оба указанных фактора положительно сказываются на надежности подвески и экскаватора.

В известном устройстве среднее значение силы трения в гидроцилиндре F_тp1=fF_cт1, (3) где F_cт1 усилие в несущей тяге от статических нагрузок; f коэффициент сопротивления движению штока упругодемпфирующего звена, учитывающий трение в уплотнениях гидроцилиндра.

В предложенном устройстве среднее значение силы трения в гидроцилиндре F_тp=fF_cт, (4) где F_cт определена соотношением (2).

Для роторных экскаваторов обычно F_в| (0,02.0,04)F_cт1 (5)
C учетом (2), (3), (4), (5) имеем F_тp1/E_тp2=22.36, т.е. при использовании изобретения сила трения в гидроцилиндре упругодемпфирующего звена уменьшается в 22.36 раз, что позволяет существенно повысить эффективность активного воздействия на колебания металлоконструкций, понизить уровень динамических нагрузок и соответственно повысить надежность роторного экскаватора.

Формула изобретения

1. ПОДВЕСКА СТРЕЛЫ РАБОЧЕГО ОРГАНА РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА, содержащая пилон, нижняя часть которого шарнирно соединена с поворотной платформой, несущие тяги, соединяющие роторную стрелу с противовесной консолью и опирающиеся на верхнюю часть пилона, механизм изменения длины тяг, упругодемпфирующее звено с гидроцилиндром, включенным в гидросистему, маслостанцию, систему управления гидроцилиндром, включающую суммирующий усилитель, первый вход которого соединен с установленным на металлоконструкции датчиком колебаний, второй вход с датчиком перемещения штока гидроцилиндра, третий вход с задатчиком опорного сигнала, а выход с электрогидравлическим усилителем мощности, гидравлически связанным с маслостанцией и рабочей полостью гидроцилиндра, отличающаяся тем, что подвеска снабжена дополнительной тягой, установленной параллельно одной из несущих тяг в общих для них узлах крепления, а гидроцилиндр упругодемпфирующего звена связан с дополнительной тягой.

2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом изменения длины дополнительной тяги, кинематически связанным с механизмом изменения длины несущей тяги.

3. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что несущая и дополнительная тяги соединены между собой посредством поперечных связей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5