SU1641953A1 - Устройство автоматического управлени гидравлическим экскаватором - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к экскаваторо- строению, точнее к гидравлическим экскаваторам . Цель - упрощение управлени  экскаватором, повышение качества работ и производительности при производстве за- чистных и планировочных операций при обеспечении движени  ковша по пр молинейным траектори м, пересекающимс  в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижени  и положени  касательной силы сопротивлени  грунта копанию , направленной в эту же зону. Экскаватор включает ходовое устройство 1, поворотную платформу 2, стрелу 3, руко ть 4, ковш 5 и след щий привод (СП), который снабжен стабилизаторами траектории и углов копани , выполненных в виде гидрораспределителей (ГР) с запорно-регулирую- щими золотниками с приводом В систему трубопроводов установлены ГР с возможностью дозированной подачи рабочей жидкости в полости гидроцилиндров стрелы и ковша. Подвижные элементы приводов обеспечивают осевые перемещени  золотников . Неподвижные элементы приводов (гайка) служат дл  задани  сохран емых параметров копани  (угла копани ). Геометрически подобный рабочему оборудованию экскаватора СП выполнен из отдельного рычага и КРМ и снабжен трем  парами гидроцилиндров , соединенных между собой попарно и размещенных геометрически подобно цилиндрам управлени , причем один из цилиндров каждой пары установлен на рычагах СП а другие - на рабочем оборудовании . При переводе на режим автоматического управлени  СП позвол ет сохран ть заданные углы и траектории копани . При необходимости может быть произведена коррекци  элементов СП с изменением положени  КРМ 4 з.п ф-лы, 12 ил сл с ( ь ю ел ы

Description

13иире емие относитс  к экскаваторо- строению, точнее к гидравлическим экскаваторам .

Цель изобретени  - упрощение управлени  экскаватором, повышение качества работы производительности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движени  ковша по пр молинейным траектори м, пересекающимс  в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижени  и положени  хасательной силы сопротивлени  грунта копанию, направленной в эту же зону .

Нафиг.1 показан гидравлический экскаватор , оборудованный устройством автоматического копани , на фиг.2 гидравлическа  схема привода рабочего

оборудовани ; на фиг.З и 4 - варианты схем кулисно-рычажного механизма след щего привода с гидравлическими передатчиками угловых перемещений; на фиг,5 - схема безнасосной гидравлической пары передатчиков угловых перемещений; на фиг.6 - схема взаимосв зи рычага-задатчика угла копани  со звеном-хранителем его исходного положени ; на фиг.7 - сечение А-А на фиг.6; на фиг.8 - след щий привод стабилизаторов траектории и угла копани  с гидромеханическими механизмами угловых перемещений; на фиг.9 - стабилизатор траектории копани  с кулачковым толкателем; на фиг. 10- схема включени  кулачка в режиме автоматического управлени ; на фиг.11 - стабилизатор угла копани  с винтовым толкателем; на фиг.12 - стабилизатор угла копани  с дифференциальным толкателем.

Гидравлический экскаватор включает ходовое устройство 1, поворотную платформу 2 и рабочее оборудование, состо щее из стрелы 3, руко ти 4 и ковша 5 (фиг.1).

Гидросхема привода рабочего оборудовани  экскаватора включает гидроцилиндры 6,7,8 стрелы, руко ти, ковша соответственно, их распределители 9,10,11, основные насосы 12,13 и вспомогательный насос 14 маслостанции и систему трубопроводов (фиг.2).

Устройство дл  автоматического копани  включает стабилизатор траектории копани  15 и стабилизатор угла копани  17 и след щий привод (фиг.З и 4), предназначенный дл  выработки передаваемых стабилизаторам команд на коррекцию траектории и угла копани  по рассогласованию заданных и текущих значений этих величин. Имеетс  также стабилизатор угла копани  18 (фиг. 12).

След щий привод состоит из кулисно- рычажного механизма а, Ь, с, d, f (фиг.3,4) - имитатора угловых перемещений стрелы, руко тки и ковша и передатчиков этих перемещений от указанных элементов рабочего оборудовани  кулисно-рычажному механизму .

В случае передачи перемещений гидт равлическими устройствами механизм представл ет собой отдельный рычаг de (фиг.З) и п тизвенник из трех шарнирно соединенных рычагов ab, be и cd и одной кулисы в виде ломаного рычага afd, соединенного с рычагом cd шарниром, а с рычагом ab шарниром с ползуном а. Адекватным описанному  вл етс  также п тизвенник , в котором ломаный рычаг afd заменен кулисой af и рычагом df (фиг,4) с шарниром в точке а и ползуном в точке f. В любом из этих исполнений ломана  а, Ь, с,

d геометрически подобна ломаной ABCD в действительной схеме рабочего оборудовани  экскаватора (фиг. 1,8), где А - фиксированна  точка внутри опорного контура

ходового устройства экскаватора,  вл юща с  полюсом пучка пр мых АЕ, AEi, AE2 и т.д., по которым направлены задаваемые траектории копани , В, С и D - шарниры соединени  стрелы с поворотной платфор0 мой экскаватора, а также стрелы, руко ти и ковша между собой, Е - режущие кромки зубьев ковша. Геометрическое подобие достигаетс  пропорциональностью длин рычагов ab, be и cd (фиг.З и 4) соответственно

5 рассто ни м АВ, ВС и CD (фиг.1), а также равенствами углов adc ABC и г bed BCD,4Cde .iCDE.

Кулисно-рычажный механизм св зан с рабочим оборудованием экскаватора уст0 ройствами дл  передачи угловых перемеще- ний в виде трех пар гидроцилиндров, кажда  из которых образует автономную замкнутую безнасосную систему, обеспечивающую одинаковые перемещени  штоков

5 каждого из ее гидроцилиндров, например, выполненную по представленной схеме (фиг.5) при условии равенства рабочих площадей поршней в соедин емых трубопроводом 19 полост х. Гидроцилиндр 20 лервой

0 пары устанавливаетс  при вершине угла В (фиг,1) на образующих угол элементах рабочего оборудовани , а гидроцилиндр 21 (фиг.3.4 и 5)- при вершине угла В на образующих угол рычагах кулисно-рычажного механизма

5 с соблюдением равенства плеч BG bg; BH bh. Аналогично устанавливайс  при вершинах углов Сие (фиг. 1,3 и 4), а также D и d пары гидроцилиндров соответственно 22 и 23, 24 и 25.

0 При настройке кулисно-рычажного механизма уравнивают углы при вершинах Ь и В, с и С, d и D при любом фиксированном взаимном расположении элементов рабочего оборудовани . В рабочем режиме гидро5 цилиндры 20, 22 и 24 производ тс  в движение теми элементами рабочего оборудовани , на которых эти гидроцилиндры закреплены . Выталкиваема  из поршневых полостей этих гидроцилиндров или всасы0 ваема  в них рабоча  жидкость соответственно регулирует объемы штоковых полостей гидроцилиндров 21,23 и 25, вследствие чего их штоки перемещаютс  равновелико перемещени м штоков гидроци5 линдров 20,22 и 24. Дл  преодолени  сопро- тивлений в шарнирах и ползуне кулисно-рычажного механизма при этих перемещени х в поршневые полости гидроцилиндров 21, 23 и 25 вмонтированы пружины сжати  26 (фиг.5). Вследствие этих перемещений ломана  abcde (фиг.З и 4) с точностью до длины рычага de в любой момент времени сохран ет геометрическое подобие с ломаной ABCDE (фиг.1) в действительной схеме рабочего оборудовани . При длине рычага df (фиг.З и 4), пропорциональной рассто нию DE (фиг.1) с прежним коэффициентом пропорциональности кулиса af (фиг.З и 4) в начале операции копани  имитирует заданную траекторию движени  шарнира D (фиг. 1} соединени  руко ти с ковшом, котора  при посто нном угле наклона копани , равном углу afd, будет параллельной заданной траектории движени  зубьев ковша АЕ.

Кулисно-рычажный механизм закреплен на поворотной платформе экскаватора рычагом со (фиг.З и 4). Поворот кулисы af в рабочем режиме в ту или иную сторону относительно неподвижного полюса d свидетельствует об отклонении траектории движени  шарнира D от заданного направ- л ни , а следовательно, об отклонении траектории копани  от заданного направлени  при посто нном угле копани . Поэтому в качестве выходного сигнала рассогласовани  заданного и текущего направлений траектории копани  при посто нном угле копани  принимаетс  вс кое угловое перемещение кулисы af или рычага df, угловое перемещение рычага de относительно угла копани  от посто нного значени , заданного начальным положением рычага df. Так как в рабочем режиме рычаг df может отклон тьс  от своего начального положени , то дл  сохранени  информации об этом положении с целью оценки по ней текущих отклонений рычага de в след щую систему вводитс  звено 27 (фиг.б), свободно посаженное на ось, проход щую через полюс d, и удерживаемое в равновесном положении относительно рычага df пружинами 28 и 29, а также фиксируемое в этом положении под- пружиненнным шариком 30 (фиг.7). Звено 27 (фиг.б) может быть также заторможено тормозом 31. В исходном положении это звено расторможено и занимает равновесное положение относительно рычага df. При переходе к автоматическому режиму управлени  звено 27 затормаживают на врем  операции копани , сохран   этим информацию об исходном положении рычага df.

В след щем приводе с гидромеханическим передатчиком (фиг.8) кулисно-рычаж- ный механизм отличаетс  от описанных ранее (фиг.З и 4) тем, что его шарнир b совмещен с осью п ты стрелы В, шарнир а расположен на отрезке АВ, а шарнир с - на оси стрелы В С, кулиса df жестко соединена

с рычагом af (вместо df в схеме по фиг.З и 4) со стороны шарнира а, а с рычагом cd - шарниром с ползуном. Сохранено прежнее геометрическое подобие ломаных abed и

5 ABCD, а также рычага af и рассто ни  DE. Неподвижным  вл етс  звено ab. Звено ае, имитирующее угловые перемещени  ковша, отнесено к полюсу а, сохранена описанна  ранее гидравлическа  система передачи уг10 ловых перемещений от ковша к этому звену и устройство дл  хранени  информации об исходном положении рычага af. Дл  передачи кулисно-рычажному механизму угловых перемещений руко тки дополнительно вве5 дена т га dn, котора  совместно с рычагом cd образует параллелограммный механизм , а дл  приведени  этих перемещений к полюсу а еще четыре т ги bo, ар, do и ор, причем bo ар cd; do be; op ab. 0Выходные сигналы остаютс  прежними.

Стабилизатор траектории 15 копани  с кулачковым толкателем (фиг.9) состоит из гидравлического распределител  с запор5 но-регулирующим золотником 32, перемещающимис  в корпусе 33 от кулачкового толкател , состо щего из кулачкз 34 и установленного на золотнике ролика 35, поджимаемого к кулачку пружиной 36. Кулачок 34

0 свободно посажен на валик 37, жестко соединенный в полюсе d (фиг.З и 4) или а (фиг.8) кулисно-рычажного механизма с рычагом соответственно df или af, и в нерабочем состо нии посредством пружин 38 (фиг.9) и

5 фиксатора (фиг.7) устанавливаетс  в равновесное положение, при котором золотник перекрывает каналы, соедин ющие нагнетательную и сливные магистрали с полост ми гидроцилиндров стрелы. Такое

0 положение золотик сохран ет на прот жении всего времени рычажного управлени  экскаватором.

Рабоча  поверхность кулачка 34 состоит из трех характерных участков; двух кру5 говых цилиндрических поверхностей посто нной кривизны - меньшей и большей , соответствующих крайним нижнему и верхнему положени м золотника, и переходной цилиндрической поверхности пере0 менной кривизны. Валик 3 соедин етс  с кулачком 34 посредством фрикционной муфты 39 (фиг. 10). Стабилизатор угла копани  17с винтовым толкателем (фиг.11) отличаетс  от стабилизатора траектории

5 копани  15 конструкцией толкател , выполненного в виде пары винт - гайка. Винт 40 через упорный подшипник 41 одним концом соединен с золотником гидрораспределител , а другим по схеме скольз щей шпонки - с рычагом de (фиг.З и 4) или ае (фиг 8) кулисно-рычажного механизма. Гайка 42 (фиг.11) установлена на неподвижной части экскаватора - на корпусе гидрораспределител  с возможностью свободного вращени . Она выполнена заодно целое с рычагом 27 (также фиг.6). В нерабочем состо нии га йка 42 расторможена, а гидрораспределитель отключен от основной гидравлической системы экскаватора, В таком состо нии гидпппмпмндр ковша подготовлен дл  работы в режиме ручного управлени ,

Перед включением автоматичесокго режима оператор, управл   вручную, устанавливает в исходное положение ковш, а вместе с ним кулису af (фиг.З и 4) или df (фиг.8), задава  тем самым траекторию движени  шарнира D. Дл  работы в автоматическом режиме золотники распределителей стрелы 9 и ковша 11 (фиг,2)устанавливаютс  в нейтральное положение и вместо них подключаютс  стабилизатор траектории копани  и стабилизатор угла копани . Дл  этого валик 37 стабилизатора траектории копани  посредством фрикционной муфты 39 (фиг. 10) сцепл ют с кулачком 34, который, враща сь вместе с валиком 37, приводит в движение золотник 32 (фиг.9), сообщающий нагнетательную и сливные линии с соответствующими полост ми гидроцилиндров стрелы.

Дл  подключени  стабилизатора угла копани  17 гайку 42 затормаживают тормозом 31. При этом выходной сигнал отклонени  угла копани  от заданного значени  в виде углового перемещени  рычага de(ae) (фиг.З и 4 и 8) относительно заторможенного звена 27(также фиг.6) или гайки 42 преобразуетс  в поступательное движение золотника , который сообщает нагнетательную и сливные магистрали с соответствующими полост ми гидроцилиндра ковша.

При подаче определенного количества рабочей жидкости в соответствующие полости гидроцилиндров стрелы и ковша обеспечиваетс  угловое перемещение стрелы b в направлении уменьшени  отклонени  корректируемой траектории от заданной и угловое перемещение ковша в направлении снижени  отклонени  фактического угла копани  от заданного.

После устранени  отклонени  стрелы валик 37 совместно с кулачком 34 стабилизатора траектории копани  возвращаетс  в исходное положение,

После корректировки положени  ковша рычаг de(ae) совмещаетс  со звеном 27 (фиг.6) и золотник стабилизатора угла копани  17 перекрывает каналы подачи рабочей жидкости к гидроцилиндру ковша.

Стабилизатор угла копани  18 с дифференциальным толкателем (фиг, 12) отличаетс  от описанного стабилизатора конструкцией толкател  и состоит из двух

косозубых зубчатых колес 43,44, вход щих в зацепление с одним шевронным колесом 45. Косозубое колесо 43 жестко соединено со звеном 27 кулисно-рычажного механизма (фиг.6), а колесо 44 с рычагом de(ar) (фиг.З,4

0 и 8), Шевронное колесо 45 свободно вращаетс  на штоке золотника и через упорные подшипники 46 и 47 (фиг. 12) может перемещать его в осевом направлении. Нерабочему состо нию соответствует растормо5 женное, а рабочему (в автоматическом режиме ) заторможен мое посредством тормоза 31 (фиг.6) положение косозубого колеса 43. При отклонении угла копани  от заданного косозубое колесо 44, враща сь, перемещает

0 в осевом направлении шевронное колесо 45, а вместе с ним золотник, который регулирует поток рабочей жидкости, подаваемой в гидроцилиндр ковша.

Claims (4)

1. Формула изобретени 

   51.Устройство автоматического управлени  гидравлическим экскаватором, включающее стрелу и шарнирно св занные с ней руко ть, ковш и гидроцилиндры управлени , маслостанцию, систему трубопроводов

   0 с запорно-регулирующей арматурой, заполненную рабочей жидкостью, и след щий привод, отличающее с  тем, что, с целью упрощени  управлени  экскаватором, повышени  качества работ и производитель5 ности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движени  ковша по пр молинейным траектори м , пересекающимс  в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма

   0 передвижени  и положени  касательной силы сопротивлени  грунта, копанию, направ- ленной в эту же зону, оно снабжено стабилизаторами траектории и углов копани , выполненными в виде гидрораспреде5 лителей с запорно-регулирующими золотниками с приводом и установленными в системе трубопроводов с возможностью дозированной подачи рабочей жидкости в полости гидроцилиндров стрелы и ковша,

   0 при этом приводы золотников гидрораспределителей соединены со след щим приводом , причем стабилизатор траектории копани  имеет кулисно-рычажный механизм с управл ющим кулачковым толкате5 лем и фрикционную муфту включени , при этом управл ющий кулачковый толкатель установлен с возможностью осевого перемещени  золотника гидрораспределител , а стабилизатор угла копани  имет винтовую пару, гайка которой установлена с возможностью ее перемещени  в пространстве и фиксаций заданного угла копани , а винт - с возможностью взаимодействи  с золотником в осевом направлении,

   2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е - е с   тем, что кулачковый толкатель золотника стабилизатора траектории копани  снабжен упругими элементами возврата в исходное положение и подпружиненным шариковым фиксатором.
2. 3.Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч a tout е е с   тем, что стабилизатор угла копани  снабжен дифференциальным механизмом управлени , выполненным из двух косозу- бых шестерен и сцепленной с ними шеврон- ной шестерни, при этом одна косозуба  шестерн  установлена с возможностью фиксации заданного угла копани , а друга  соединена со след щим приводом, причем шевронна  шестерн  установлена с воз- можностью свободного вращени  на штоке золотника и его осевого перемещени .
3. 4.Устройство поп.1,отличающе - е с   тем, что след щий привод стабилизаторов траектории и угла копани  выполнен в виде отдельного рычага и кулисно-рычажного механизма, геометрически подобного рабочему оборудованию экскаватора, при этом кулисно-рычажный механизм имеет кулису и рычаг-задатчик угла копани , соединенные между собой с возможностью поворота и фиксации рычага, причем угол между их ос ми равен заданному углу копани , при этом кулисно-рычажный механизм и отдельный рычаг снабжены трем  парами гидроцилиндров, соединенных попарно между собой по безнасосной схеме и установленных геометрически подобно гидроцилиндрам управлени  рабочим оборудованием, причем одни из цилиндров каждой пары установлены на рычагах кулис- но-рычажного механизма, а другие на рабочем оборудовании.
4. 5, Устройст во по пп ij-i 4, о т л и ч а ю - щ е е с   тем, что один пз рычагов кулисно- рычажного механизма совмещен со стрелой , при этом кулисно-рычажный механизм шарнмрно соединен со стрелой и руко тью посредством системы продольных и поперечных т г, образующих три св занных между собой параллелограмма дл  передачи угловых перемещений руко ти.

   г

   /

   У LcEfe i / -.-v -

   Фю.1

   /W/y//7////////t/Tv/y/TF

   }

   ,

   -

   - i

   5

   /0

   ///

   /5CfW

   Oi

   6

   -/3

   Фаг. I

   Я-

   17W.16,

   9i

   д

   Фиг.З

   $

   &Q ,L)20(/2 24} WM d

   j

   / i6

   9( 2{(2Ы5) Фиг. 5

   /

   У

   ФагМ

   51 off у

   М if иг. 6

   Нагнетание

   Слив

   Риг.9

   Риг.8

   37

   JL

   #

   А

   J9

   D

   Йи.//7

   de(ae)

   tf ъидроцилиндру Фиг. 11ковша

   it

   in

   ъ

   it

   ушрг

   w/mm.

   PR