Устройство автоматического управления гидравлическим экскаватором

Устройство автоматического управления гидравлическим экскаватором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к экскаваторостроению, точнее к гидравлическим экскаваторам . Цель - упрощение управления экскаватором, повышение качества работ и производительности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движения ковша по прямолинейным траекториям, пересекающимся в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижения и положения касательной силы сопротивления грунта копанию , направленной в эту же зону. Экскаватор включает ходовое устройство 1, поворотную платформу 2, стрелу 3, рукоять 4, ковш 5 и следящий привод (СП), который снабжен стабилизаторами траектории и углов копания, выполненных в виде гидрораспределителей (ГР) с запорно-регулирующими 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 перемещения золотников . Неподвижные элементы приводов (гайка) служат для задания сохраняемых параметров копания (угла копания). Геометрически подобный рабочему оборудованию экскаватора СП выполнен из отдельного рычага и КРМ и снабжен тремя парами гидроцилиндров , соединенных между собой попарно и размещенных геометрически подобно цилиндрам управления, причем один из цилиндров каждой пары установлен на рычагах СП а другие - на рабочем оборудовании . При переводе на режим автоматического управления СП позволяет сохранять заданные углы и траектории копания. При необходимости может быть произведена коррекция элементов СП с изменением положения КРМ 4 з.п ф-лы, 12 ил сл с ( ь ю ел ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Е 02 F 9/22, 9/38

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4401144/03 (22) 31.03.88 (46) 15.04.91. Бюл, ¹ 14 (71) Производственное объединение "Уралмаш" и Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) Л.С.Скобелев, Л.П,Прахов, А.В.Крикун, А.П,Побегайло, Г,С.Бродский и В.M.Øòåéíцайг (53) 621.888(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 353002, кл. Е 02 F 3/42, 1970.

Патент США № 4059196, кл. Е 02 F 3/32, 1978. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ЭКСКАВАТОРОМ (57) Изобретение относится к экскаваторостроению, точнее к гидравлическим экскаваторам. Цель — упрощение управления экскаватором, повышение качества работ и производительности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движения ковша по прямолинейным траекториям, пересекающимся в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижения и положения касательной силы сопротивления грунта копанию, направленной в эту же зону. ЗкскаИзо рс>ение относится к экскаваторостроению, точнее к гидравлическим экскаваторам.

Цель изобретения — упрощение управления экскаватором, повышение качества работы производительности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движения ковша по прямолинейным траекториям, пересекающим„„. Ж„„1641953 А1 ватор включает ходовое устройство 1, поворотную платформу 2, стрелу 3, рукоять 4, ковш 5 и следящий привод (СП), который снабжен стабилизаторами траектории и углов копания, выполненных в виде гидрораспределителей (ГР) с запорно-регулирующими 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 перемещения золотников. Неподвижные элементы приводов (гайка) служат для задания сохраняемых параметров копания (угла копания). Геометрически подобный рабочему оборудованию экскаватора СП выполнен из отдельного рычага и KPM и снабжен тремя парами гидроцилиндров, соединенных между собой попарно и размещенных геометрически подобно цилиндрам управления, причем один из цилиндров каждой пары установлен на рычагах.СП., а другие — на рабочем оборудовании. При переводе на режим автоматического управления СП позволяет сохранять заданные углы и траектории копания. При необходимости может быть произведена коррекция элементов СП с изменением положения KPM. 4 з.п.ф-лы, 12 ил. ся в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижения и положения касательной силы сопротивления грунта копанию, направленной в эту же зону,.

На фиг.1 показан гидравлический экскаватор, оборудованный устройством автоматического копания; на фиг,2 гидравлическая схема привода рабочего

1641953 оборудования; на фиг.3 и 4 — варианты схем кулисно-рычажного механизма следя щего привода с гидравлическими передатчиками угловых перемещений; на фиг.5- схема безнасосной гидравлической пары передатчиков угловых перемещений; на фиг.6 — схема взаимосвязи рычага-задатчика угла копания со звеном-хранителем его исходного положения; на фиг.7 — сечение А-А на фиг.6; на фиг,8 — следящий привод стабилизаторов траектории и угла копания с гидромеханическими механизмами угловых перемещений; на фиг,9 — стабилизатор траектории копания с кулачковым толкателем; на фиг.10 — схема включения кулачка в режиме автоматического управления; на фиг.11— стабилизатор угла копания с винтовым толкателем; на фиг.12 — стабилизатор угла копания с дифференциальным толкателем.

Гилря лический экскаватор включает ходовое устройство 1, поворотную платформу 2 и рабочее оборудование, состоящее иэ стрелы 3, рукояти 4 и ковша 5 (фиг.1), Гидросхема привода рабочего оборудования экскаватора включает гидроцилиндры 6,7,8 стрелы, рукояти, ковша соответственно, их распределители 9,10,11, основные насосы 12,13 и вспомогательный насос 14 маслостанции и систему трубопроводов (фиг,2).

Устройство для автоматического копания включает стабилизатор траектории копания 15 и стабилизатор угла копания 17 и следящий привод (фиг.З и 4), предназначенный для выработки передаваемых стабилизаторам команд на коррекцию траектории и угла копания flo рассогласованию заданных и текущих значений этих величин. Имеется также стабилизатор угла копания 18 (фиг,12).

Следящий привод состоит из кулиснорычажного механизма а, Ь, с, d, f (фиг.3,4)— имитатора угловых перемещений стрелы, рукоятки и ковша и передатчиков этих перемещений от указанных элементов рабочего оборудования кулисно-рычажному механизму.

В случае передачи перемещений гид-. равлическими устройствами механизм представляет собой отдельный рычаг de (фиг,3) и пятизвенник из трех шарнирно соединенных рычагов аЬ, bc u cd и одной кулисы в виде ломаного рычага afd, соединенного с рычагом cd шарниром, а с рычагом аЬ шарниром с ползуном а. Адекватным описанному является также пятизвенник, 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 ломаная а, Ь, с, d геометрически подобна ломаной ABCD в действительной схеме рабочего оборудования экскаватора (фиг.1,8), где А — фиксированная точка внутри опорного контура ходового устройства экскаватора, являющаяся полюсом. пучка прямых АЕ, AEi, АЕ и т,д., по которым направлены задаваемые траектории копания, В, С и D — шарниры соединения стрелы с поворотной платформой экскаватора, а также стрелы, рукояти и ковша между собой, Š— режущие кромки зубьев ковша. Геометрическое подобие достигается пропорциональностью длин рычагов аЬ, Ьс и cd (фиг.3 и 4) соответственно расстояниям АВ, ВС и CD (фиг.1), а также равенствами углов adc =(АВС и(bсd = с ВСО, . cde = CDE.

Кулисно-рычажный механизм связан с рабочим оборудованием экскаватора устройствами для передачи угловых перемещений в виде трех riap гидроцилиндров, каждая из которых образует автономную замкнутую безнасосную систему, обеспечивающую одинаковые перемещения штоков каждого из ее гидроцилиндров, например, выполненную по представленной схеме (фиг,5) при условии равенства рабочих площадей поршней в соединяемых.трубопроводом 19 полостях, Гидроцилиндр 20первой

55 пары устанавливается при вершине угла В (фиг,1) на образующих угол элементах рабочего оборудования, а гидроцилиндр 21 (фиг.3.4 и 5) — при вершине угла В на образующих угол рычагах кулисно-рычажного механизма с соблюдением равенства плеч BG = bg; ВН=

= bb, Аналогично устанавливатюся при вершинах углов С и с (фиг,1,3 и 4), а также D u

d пары гидроцилиндров соответственно 22 и 23, 24 и 25.

При настройке кулисно-рычажного механизма уравнивают углы при вершинах Ь и

В, с и С, d u D при любом фиксированном взаимном расположении элементов рабочего оборудования. В рабочем режиме гидроцилиндры 20, 22 и 24 производятся в движение теми элементами рабочего оборудования, на которых эти гидроцилиндры закреплены. Выталкиваемая из поршневых полостей этих гидроцилиндров или всасываемая в них рабочая жидкость соответственно регулирует объемы штоковых полостей гидроцилиндров 21,23 и 25, вследствие чего их штоки перемещаются равновелико перемещениям штоков гидроцилиндров 20, 22 и 24. Для преодоления сопротивлений в шарнирах и ползуне кулисно-рычажного механизма при этих перемещениях в поршневые полости гидроцилиндров 21, 23 и 25 вмонтированы пружины сжатия 26 (фиг.5), Вследствие этих переме1641953

20 щений ломаная аЬсбе(фиг,3 и 4) с точностью до длины рычага de в любой момент времени сохраняет геометрическое подобие с ломаной ABCDE (фиг.1) в действительной схеме рабочего оборудования. При длине рычага df (фиг.3 и 4), пропорциональной расстоянию DE (фиг.1) с прежним коэффициентом пропорциональности кулиса af (фиг.З и 4) в начале операции копания имитирует заданную траекторию движения шарнира D (фиг.1) соединения рукояти с ковшом, которая при постоянном угле наклона копания, равном углу afd, будет параллельной заданной траектории движения зубьев ковша AE.

Кулисно-рычажный механизм закреплен на поворотной платформе экскаватора рычагом са (фиг,3 и 4), Поворот кулисы af в рабочем режиме в ту или иную сторону относительно неподвижного полюса d свидетельствует об отклонении траектории движения шарнира 0 от заданного направляния, а следовательно, об отклонении траектории копания от заданного направления при постоянном угле копания. Поэтому в качестве выходного сигнала рассогласования заданного и текущего направлений траектории копания при постоянном угле копания принимается всякое угловое перемещение кулисы а1 или рычага df, угловое перемещение рычага de относительно угла копания от постоянного значения, эаданного начальным положением рычага df. Так как в рабочем режиме рычаг df может отклоняться от своего начального положения, то для сохранения информации об этом положении с целью оценки по ней текущих отклонений рычага de в следящую систему вводится звено 27 (фиг.6), свободно посаженное на ось, проходящую через полюс d, и удерживаемое в равновесном положении относительно рычага df пружинами 28 и 29, а также фиксируемое в этом положении подпружиненнным шариком 30 {фиг.7). Звено

27 (фиг.6) может быть также заторможено тормозом 31. Б исходном положении это звено расторможено и занимает равновесное положение относительно рычага df. При переходе к автоматическому режиму управления звено 27 затормаживают на все время операции копания, сохраняя этим информацию об исходном положении рычага df.

В следящем приводе с гидромеханическим передатчиком (фиг,8) кулисно-рычажный механизм отличается от описанных ранее (фиг.3 и 4) тем, что его шарнир Ь совмещен с осью пяты стрелы В, шарнир а расположен на отрезке АВ, а шарнир с — на оси стрелы ВС, кулиса df жестко соединена

55 с рычагом af (вместо df в схеме по фиг.3 и 4) со стороны шарнира а, а с рычагом cd— шарниром с ползуном. Сохранено прежнее геометрическое подобие ломаных abed u

ABCD, а также рычага af и расстояния DE.

Неподвижным является звено аЬ. Звено ае, имитирующее угловые перемещения ковша, отнесено к полюсу а, сохранена описанная ранее гидравлическая система передачи угловых перемещений от ковша к этому звену и устройство для хранения информации об исходном положении рычага af, Для передачи кулисно-рычажному механизму угловых перемещений рукоятки дополнительно введена тяга dn, которая совместно с рычагом

cd образует параллелограммный механизм, а для приведения этих перемещений к полюсу а еще четыре тяги bo, ap, do и ор, причем Ьо = ар = cd; do = bc; ор = аЬ, Выходные сигналы остаются прежними.

Стабилизатор траектории 15 копания с кулачковым толкателем (фиг.9) состоит из гидравлического распределителя с запорно-регулирующим золотником 32, перемещающимися в корпусе 33 от кулачкового толкателя, состоящего из кулачка 34 и установленного на золотнике ролика 35, поджимаемого к кулачку пружиной 36. Кулачок 34 свободно посажен на валик 37, жестко соединенный в полюсе d (фиг.3 и 4) или а (фиг.8) кулисно-рычажного механизма с рычагом соответственно df или af, и в нерабочем состоянии посредством пружин 38 (фиг.9) и фиксатора (фиг.7) устанавливается в равновесное положение, при котором золотник перекрывает каналы, соединяющие нагнетательную и сливные магистрали с полостя-. ми гидроцилиндров стрелы, Такое положение золотик сохраняет на протяжении всего времени рычажного управления экскаватором.

Рабочая поверхность кулачка 34 состоит из трех характерных участков; двух круговых цилиндрических поверхностей постоянной кривизны — меньшей и большей, соответствующих крайним нижнему и верхнему положениям золотника, и переходной цилиндрической поверхности переменной кривизны-, Валик 3 соединяется с кулачком 34 посредством фрикционной муфты 39 (фиг.10). Стабилизатор угла копания 17 с винтовым толкателем (фиг,11) отличается от стабилизатора траектории копания 15 конструкцией толкателя, выполненного в виде пары винт — гайка. Винт 40 через упорный подшипник 41 одним концом соединен с золотником гидрораспределителя, а другим по схеме скользящей шпонки— с рычагом de (фиг.3 и 4) или ае (фиг.B) кулис1641953

20

30

40

50

55 но-рычажного механизма. Гайка 42 (фиг.11) установлена на неподвижной части экскаватора — на корпусе гидрораспределителя с возможностью свободного вращения. Она выполнена заодно целое с рычагом 27 (также фиг.6). В нерабочем состоянии гайка 42 расторможена, а гидрораспределитель отключен от основной гидравлической системы экскаватора. В таком состоянии гидро,ил ндр ковша подготовлен для работы в режиме ручного управления.

Перед включением автоматичесокго режима оператор, управляя вручную, устанавливает в исходное положение ковш, а вместе с ним кулису af (фиг,3 и 4) или df (фиг.8), задавая тем самым траекторию движения шарнира О. Для работы в автоматическом режиме золотники распределителей стрелы 9 и ковша 11(фиг,2) устанавливаются в нейтральное положение и вместо них подключаются стабилизатор траектории копания и стабилизатор угла копания. Для этого валик 37 стабилизатора траектории копания посредством фрикционной муфты 39 (фиг.10) сцепляют с кулачком 34, который, вращаясь вместе с валиком 37, приводит в движение золотник 32 (фиг.9), сообщающий нагнетательную и сливные линии с соответствующими полостями гидроцилиндров стрелы.

Для подключения стабилизатора угла копания 17 гайку 42 затормаживают тормо.ом 31. При этом выходной сигнал отклонения угла копания от заданного значения в аиде углового перемещения рычага de(ae) (фиг,3 и 4 и 8) относительно заторможенного звена 27 (также фиг.6) или гайки 42 преобразуется в поступательное движение золотника, который сообщает нагнетательную и сливные магистрали с соответствующими полостями гидроцилиндра ковша.

При подаче определенного количества рабочей жидкости в соответствующие полости гидроцилиндров стрелы и ковша обеспечивается угловое перемещение стрелы b в направлении уменьшения отклонения корректируемой траектории от заданной и угловое перемещение ковша в направлении снижения отклонения фактического угла копания от заданного, После устранения отклонения стрелы валик 37 совместно с кулачком 34 стабилизатора траектории копания возвращается в исходное положение, Псслс коррсктировки положения ковша рычаг бе(ае) совмещается со звеном 27 (фиг,6) и золотник стабилизатора угла копания 17 перекрывает каналы подачи рабочей жидкости к гидроцилиндру ковша.

Стабилизатор угла копания 18 с дифференциальным толкателем (фиг,12) отличается от описанного стабилизатора конструкцией толкателя и состоит из двух косозубых зубчатых колес 43,44, входящих 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.3,4 и 8), Шевронное колесо 45 свободно вращается на штоке золотника и через упорные подшипники 46 и 47 (фиг.12) может перемещать его e осевом направлении. Нерабочему состоянию соответствует расторможенное, а рабочему (в автоматическом режиме) затбрможенное посредством тормоза

31 (фиг.6) положение косозубого колеса 43.

При отклонении угла копания от заданного косозубое колесо 44, вращаясь, перемещает в осевом направлении шевронное колесо

45, а вместе с ним золотник, который регулирует поток рабочей жидкости, подаваемой в гидроцилиндр ковша.

Формула изобретения

1. Устройство автоматического управления гидравлическим экскаватором, включающее стрелу и шарнирно связанные с ней рукоять, ковш и гидроцилиндры управления, маслостанцию, систему трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой, заполненную рабочей жидкостью, и следящий привод, о т л и ч а ю щ е е ся тем, что, с целью упрощения управления экскаватором, повышения качества работ и производительности при производстве зачистных и планировочных операций при обеспечении движения ковша по прямолинейным траекториям, пересекающимся в фиксированной точке в зоне опорного контура механизма передвижения и положения касательной силы сопротивления грунта, копанию, направленной в эту же зону, оно снабжено стабилизаторами траектории и углов копания, выполненными в виде гидрораспределителей с запорно-регулирующими золотниками с приводом и установленными в системе трубопроводов с возможностью дозированной подачи рабочей жидкости в полости гидроцилиндров стрелы и ковша, при этом приводы золотников гидрораспределителей соединены со следящим приводом, причем стабилизатор траектории копания имеет кулисно-рычажный механизм с управляющим кулачковым толкателем и фрикционную муфту включения, при этом управляющий кулачковый толкатель установлен с возможностью осевого перемещения золотника гидрораспределителя, а стабилизатор угла копания имет винтовую пару, гайка которой установлена с возможi 641953

10 ностью ее перемещения в пространстве и фиксации заданного угла копания, а винт— с воэможностью взаимодействия с золотником в осевом направлении.

2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что кулачковый толкатель золотника стабилизатора траектории копания снабжен упругими элементами возврата в исходное положение и подпружиненным шариковым фиксатором.

3. Устройство по пп,1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что стабилизатор угла копания снабжен дифференциальным механизмом управления, выполненным из двух косозубых шестерен и сцепленной с ними шевронной шестерни, при этом одна косозубая шестерня установлена с возможностью фиксации заданного угла копания, а другая соединена со следящим приводом, причем шевронная шестерня установлена с возможностью свободного вращения на штоке золотника и его осевого перемещения.

4. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что следящий привод стабилизаторов траектории и угла копания 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 копания, соеди5 ненные между собой с возможностью поворота и фиксации рычага, причем угол между их осями равен заданному углу копания, при этом кулисно-рычажный механизм и отдельный рычаг снабжены тремя парами

10 гидроцилиндров, соединенных попарно между собой по безнасосной схеме «у,становленных геометрически подобно гидроцилиндрам управления рабочим оборудованием, причем одни из цилиндров

15 каждой пары установлены на рычагах кулисно-рычажного механизма, а дру «е на рабочем оборудовании.

5, Устройства по пп. i и 4, о т л v. ; а .о— щ е е с я тем, что один из рычагов кулисно20 рычажного механизма совмещен со стрелой, при этом кулисно-рычaêный механизм шарнирно соединен со стрелой и Рукоятью посредством системы продольных и поперечных тяг, образующих тр«связанных

25 между собой параллелограмма для передачи угловых перемещений рукояти.

1641953

1641953

1641953

1б41953

17 б(ъидроцилиндру

Фиг. 0 ЮРыа

1 1

Риг. 12

Составитель В,Бритаев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Редактор В.Трубченко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1426 Тираж 400 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5