RU2769198C1

RU2769198C1 - Bucket excavator

Info

Publication number: RU2769198C1
Application number: RU2021120152A
Authority: RU
Inventors: Вадим Дмитриевич Глебов
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2021-07-08
Publication date: 2022-03-29

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to excavation equipment, namely to bucket excavators intended for development of strong soils above parking level, and in particular to quarry excavators. Bucket excavator comprises fixed part with running equipment, rotary platform with accumulation hopper and working equipment, including main and additional booms with hydraulic mechanisms of rotation in vertical plane. Additional hydraulic cylinders of booms and control system provide antiphase rotation of booms, successive filling of buckets with soil and their unloading into accumulation hopper, which doubles the volume of soil moved in one working cycle. Recuperation of potential energy of gravity force of booms ensures reduction of energy consumption.EFFECT: higher efficiency and power savings.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к ковшовым экскаваторам, предназначенным для разработки прочного грунта выше уровня стоянки, и в частности к карьерным экскаваторам. Ковшовые экскаваторы давно и успешно используются в строительстве и в горном деле. Тем не менее, известные традиционные ковшовые экскаваторы имеют существенные недостатки. В этом можно убедиться, рассматривая рабочий цикл традиционного экскаватора. Рабочий цикл складывается из следующих элементов: набора грунта в ковш; подъема и поворота ковша к месту разгрузки; разгрузки ковша и возвращение к забою. Время рабочего цикла составляет около 20 секунд, а время набора грунта в ковш составляет около 20% от времени рабочего цикла. Остальные элементы рабочего цикла суть транспортные операции, однако, выполняются они при непосредственном участии машиниста, что приводит его к утомлению и снижению производительности. Кроме того, толщина вырезаемой стружки и объем ковша ограничивается условиями устойчивости экскаватора в период заполнения ковша, поэтому за рабочий цикл перемещается небольшое количество грунта, что также ограничивает производительность.The invention relates to earthmoving equipment, namely to bucket excavators designed to develop solid soil above the parking level, and in particular to mining excavators. Bucket excavators have long been successfully used in construction and mining. However, known conventional bucket excavators have significant disadvantages. This can be seen by considering the duty cycle of a traditional excavator. The working cycle consists of the following elements: a set of soil in the bucket; lifting and turning the bucket to the place of unloading; unloading the bucket and returning to the bottom. The working cycle time is about 20 seconds, and the time for collecting soil into the bucket is about 20% of the working cycle time. The remaining elements of the work cycle are transport operations, however, they are performed with the direct participation of the driver, which leads to fatigue and reduced productivity. In addition, the thickness of the cut chips and the volume of the bucket are limited by the stability of the excavator during the period of filling the bucket, so a small amount of soil is moved during the working cycle, which also limits productivity.

Известен экскаватор, содержащий неповоротную часть с ходовым оборудованием, поворотную платформу с силовой установкой и рабочим оборудованием в виде стрелы с гидромеханизмом поворота в вертикальной плоскости, телескопической рукояти и ковша с гидроприводами (SU 1714048 E02F 3/38). Известный экскаватор позволяет, в сравнении с традиционными экскаваторами, повысить производительность за счет сокращения времени рабочего цикла, путем исключения элемента поворота платформы. Разгрузка ковша осуществляется поворотом стрелы в вертикальной плоскости от забоя до разгрузочного лотка. Недостаток известного экскаватора заключается в сложности управления рабочим процессом, поскольку машинисту при наборе грунта в ковш необходимо смотреть вперед, а затем необходимо развернуться назад смотреть и управлять моментом остановки ковша для разгрузки и самой разгрузкой. Учитывая множество рабочих циклов в течении рабочей смены, такое управление утомляет машиниста и снижает производительность. Ограничение толщины вырезаемой стружки и емкости ковша по условию устойчивости, также уменьшает производительность.Known is an excavator containing a fixed part with running equipment, a turntable with a power plant and working equipment in the form of an arrow with a hydraulic mechanism for turning in a vertical plane, a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives (SU 1714048 E02F 3/38). The well-known excavator allows, in comparison with traditional excavators, to increase productivity by reducing the cycle time, by eliminating the platform turning element. The bucket is unloaded by turning the boom in a vertical plane from the face to the unloading chute. The disadvantage of the known excavator lies in the complexity of managing the work process, since the driver needs to look forward when loading soil into the bucket, and then it is necessary to turn back, look and control the moment the bucket stops for unloading and the unloading itself. Given the many work cycles during a work shift, such control tires the driver and reduces productivity. Limiting the thickness of the cut chips and the capacity of the ladle according to the condition of stability also reduces productivity.

Известен другой ковшовый экскаватор (RU 2709270 E02F 3/34), содержащий неповоротную часть с ходовым оборудованием, поворотную платформу с силовой установкой, накопительным бункером и рабочим оборудованием в виде стрелы с гидромеханизмом поворота в вертикальной плоскости, телескопической рукояти и ковша с гидроприводами. Второй известный экскаватор является наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, поэтому принят заявителем в качестве прототипа. Во втором известном экскаваторе сокращение времени рабочего цикла, и увеличение производительности достигается за счет увеличения скорости поворота стрелы. Однако и второй известный экскаватор имеет недостаток, который заключается в том, что, несмотря на некоторое сокращение времени рабочего цикла, производительность увеличивается незначительно. Ограничение производительности является следствием малого объема грунта перемещаемого экскаватором за один рабочий цикл. Увеличить толщину вырезаемой стружки и объем ковша невозможно, поскольку возникает большая внешняя сила F, действующая на ковш и имеющая плечо большой величины до ребра опрокидывания, что приводит к потере устойчивости экскаватора. Кроме того, для разгрузки грунта в транспортное средство из накопительного бункера, он поднят на довольно большую высоту, куда необходимо за каждый рабочий цикл поднимать грунт при разгрузке ковша. Вместе с грунтом поднимается довольно тяжелое рабочее оборудование, на что затрачивается дополнительная энергия, а это увеличивает общие затраты энергии на выполнение рабочего процесса.Another bucket excavator is known (RU 2709270 E02F 3/34), containing a fixed part with running equipment, a turntable with a power plant, a storage bin and working equipment in the form of an arrow with a hydraulic mechanism for turning in a vertical plane, a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives. The second known excavator is the closest to the claimed invention in terms of technical essence and the achieved technical result, therefore, it is accepted by the applicant as a prototype. In the second well-known excavator, a reduction in the cycle time and an increase in productivity is achieved by increasing the speed of the boom. However, the second known excavator also has a disadvantage, which lies in the fact that, despite some reduction in the cycle time, the productivity increases slightly. The performance limitation is a consequence of the small volume of soil moved by the excavator in one working cycle. It is impossible to increase the thickness of the cut chips and the volume of the bucket, since there is a large external force F acting on the bucket and having a large shoulder up to the overturning rib, which leads to the loss of stability of the excavator. In addition, to unload the soil into the vehicle from the storage hopper, it is raised to a rather large height, where it is necessary to lift the soil for each working cycle when unloading the bucket. Together with the soil, rather heavy working equipment is lifted, which consumes additional energy, and this increases the total energy consumption for the work process.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в увеличении объема грунта, перемещаемого за один рабочий цикл, а также в рекуперации потенциальной энергии силы тяжести рабочего оборудования.The technical problem solved by the invention is to increase the volume of soil moved in one working cycle, as well as to recuperate the potential energy of gravity of the working equipment.

Техническим результатом является повышение производительности и снижение затрат энергии.The technical result is to increase productivity and reduce energy costs.

Поставленная техническая задача и достижение технического результата обеспечивается тем, что ковшовый экскаватор, включающий неповоротную часть с ходовым оборудованием, поворотную платформу с силовой установкой, накопительным бункером и рабочим оборудованием, в виде основной стрелы с гидромеханизмом поворота в вертикальной плоскости, телескопической рукояти и ковша с гидроприводами, снабжен дополнительной стрелой, дополнительными гидроцилиндрами, дополнительным гидрораспределителем и реле времени, причем дополнительная стрела установлена шарнирно и соосно с основной стрелой, снабжена телескопической рукоятью и ковшом с гидроприводами, а дополнительные гидроцилиндры установлены шарнирно и параллельно гидроцилиндрам привода основной и дополнительной стрел, при этом поршневые их полости сообщены гидролинией и через кран с гидробаком, причем дополнительный гидрорпспре-делитель привода стрел выполнен электроуправляемым и катушки управления соединены электролиниями с реле времени.The set technical task and the achievement of the technical result is ensured by the fact that the bucket excavator, including a fixed part with running equipment, a turntable with a power plant, a storage hopper and working equipment, in the form of a main boom with a hydraulic mechanism for turning in a vertical plane, a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives , equipped with an additional boom, additional hydraulic cylinders, an additional hydraulic distributor and a time relay, moreover, the additional boom is mounted articulated and coaxially with the main boom, equipped with a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives, and additional hydraulic cylinders are mounted articulated and parallel to the hydraulic cylinders of the drive of the main and additional arrows, while piston their cavities are connected by a hydraulic line and through a valve with a hydraulic tank, moreover, the additional hydraulic distributor of the boom drive is electrically controlled and the control coils are connected by electric lines to a time relay.

Предложенный ковшовый экскаватор отличается от прототипа совокупностью отличительных признаков, приведенных в отличительной части формулы изобретения. Так предложенный экскаватор снабжен дополнительной стрелой с рукоятью и ковшом, и это обеспечивает надежную устойчивость, и возможность увеличить объем основного ковша, к которому добавляется грунт дополнительного ковша, что и перемещается за один рабочий цикл. Дополнительные гидроцилиндры стрел обеспечивают противофазное их движение и рекуперацию потенциальной энергии силы тяжести рабочего оборудования.The proposed bucket excavator differs from the prototype set of distinguishing features given in the distinctive part of the claims. So the proposed excavator is equipped with an additional boom with a handle and a bucket, and this provides reliable stability, and the ability to increase the volume of the main bucket, to which the soil of the additional bucket is added, which moves in one working cycle. Additional hydraulic cylinders of the booms provide their antiphase movement and recovery of the potential energy of gravity of the working equipment.

На фиг. 1 изображен ковшовый экскаватор; на фиг. 2 - электро-гидравлическая схема управления.In FIG. 1 shows a bucket excavator; in fig. 2 - electro-hydraulic control scheme.

Ковшовый экскаватор содержит неповоротную часть 1 с ходовым оборудованием, поворотную платформу 2 с силовой установкой и рабочим оборудованием. Рабочее оборудование включает шарнирно установленную основную стрелу 3 с телескопической рукоятью, ковш 4 и гидроприводы. Также шарнирно и соосно с основной стрелой установлена дополнительная стрела 5 с телескопической рукоятью, ковшом бис гидроприводами. На поворотной платформе также установлен накопительный бункер 7, снабженный датчиком и указателями 8 объема грунта и гидроцилиндрами 9 привода разгрузочного устройства. Гидроцилиндр 10 (фиг. 2) привода основной стрелы 3 сообщен гидролиниями с гидрораспределителями 11 и 12, а гидроцилиндр 13 привода дополнительной стрелы 5 сообщен с гидрораспределителями 14и 12. Гидрораспределитель 12 выполнен электроуправляемым и его катушки соединены электролиниями с пультом 15 ручного управления, и с реле времени 16. Реле времени, кроме того, соединено через включатель 17 с путевым включателем 18, установленном на бункере 7. Дополнительные гидроцилиндры 19 и 20 установлены шарнирно и параллельно гидроцилиндрам привода основной и дополнительной стрел, а их поршневые полости сообщены между собой и через кран 21 с гидробаком.The bucket excavator contains a fixed part 1 with running equipment, a turntable 2 with a power plant and working equipment. The working equipment includes a pivotally mounted main boom 3 with a telescopic handle, a bucket 4 and hydraulic drives. Also pivotally and coaxially with the main boom, an additional boom 5 with a telescopic handle, bucket bis hydraulic drives is installed. A storage bin 7 is also installed on the turntable, equipped with a sensor and indicators 8 of the soil volume and hydraulic cylinders 9 of the unloading device drive. The hydraulic cylinder 10 (Fig. 2) of the drive of the main boom 3 is connected by hydraulic lines with the hydraulic valves 11 and 12, and the hydraulic cylinder 13 of the drive of the additional boom 5 is connected with the hydraulic distributors 14 and 12. The hydraulic distributor 12 is electrically controlled and its coils are connected by electric lines to the manual control panel 15, and to the relay time 16. The time relay, in addition, is connected through a switch 17 with a travel switch 18 installed on the hopper 7. Additional hydraulic cylinders 19 and 20 are mounted pivotally and parallel to the hydraulic cylinders of the drive of the main and additional booms, and their piston cavities are connected to each other and through the crane 21 with hydraulic tank.

Ковшовый экскаватор действует следующим образом.Bucket excavator operates as follows.

В исходном положении, изображенном на фиг. 1 и фиг. 2, основная стрела 3 опущена и ковш 4 лежит на поверхности грунта в нижней части забоя. Дополнительная стрела 5 поднята и находится в положении разгрузки ковша 6 в бункер 7. Золотники гидрораспределителей занимают нейтральные позиции. Для начала рабочего цикла машинист, пультом управления 15, включает гидрораспределитель 12 в позицию, в которой поршневая полость гидроцилиндра 10 и штоковая полость гидроцилиндра 13 соединяются с напорной гидролинией, а противоположные полости с гидробаком. Основная стрела 3 поднимается и ковш 4 вырезает стружку, заполняясь грунтом. Одновременно с началом движения основной стрелы 3 вверх, дополнительная стрела 5 начинает движение вниз. Дополнительные гидроцилиндры 19 и 20, при закрытом кране 21, обеспечивают противофазное движение основной и дополнительной стрел, а кроме того, обеспечивают рекуперацию энергии, поскольку потенциальная энергия силы тяжести дополнительной стрелы используется для подъема основной стрелы. При приближении основной стрелы к накопительному бункеру 7 она воздействует на путевой включатель 18, который выключает гидрораспределитель 12 и включает реле времени 16. Реле времени выдерживает заданный настройкой промежуток времени, достаточный для разгузки ковша, и включает гидрораспределитель 12 в позицию, обеспечивающую опускание основной стрелы вниз. Соответственно связанная с ней дополнительная стрела 5 начинает подниматься, а ее ковш 6 срезать грунт и заполняться. Теперь уже потенциальная энергия основной стрелы используется для подъема дополнительной стрелы. Система управления автоматически обеспечивает повторяющиеся противофазные движения основной и дополнительной стрел с запрограммированными краткими остановками. Во время такой краткой остановки стрел один ковш разгружается, а второй приводится машинистом в позицию набора грунта. Время управляющих воздействий на приводы рукояти и ковша, для установки в позицию набора грунта, занимает несколько секунд и составляет незначительную часть времени рабочего цикла. Остальные элементы рабочего цикла, такие как подъем стрелы, разгрузка ковша и опускание стрелы осуществляются автоматически, поэтому машинист, управляя двумя ковшами предложенного экскаватора, устает меньше, чем при управлении одним ковшом традиционного экскаватора. Возможно и ручное управление рабочим процессом, используя пульт 15 при выключенном реле времени 16.In the initial position shown in Fig. 1 and FIG. 2, the main boom 3 is lowered and the bucket 4 lies on the surface of the soil at the bottom of the face. The additional boom 5 is raised and is in the position of unloading the bucket 6 into the hopper 7. The valve spools are in neutral positions. To start the working cycle, the driver, using the control panel 15, turns on the hydraulic distributor 12 in a position in which the piston cavity of the hydraulic cylinder 10 and the rod cavity of the hydraulic cylinder 13 are connected to the pressure hydraulic line, and the opposite cavities are connected to the hydraulic tank. The main boom 3 rises and the bucket 4 cuts out the chips, filling with soil. Simultaneously with the beginning of the movement of the main boom 3 up, the additional boom 5 starts moving down. Additional hydraulic cylinders 19 and 20, when the valve 21 is closed, provide antiphase movement of the main and additional booms, and in addition, provide energy recovery, since the potential energy of gravity of the additional boom is used to lift the main boom. When the main boom approaches the storage hopper 7, it acts on the limit switch 18, which turns off the hydraulic valve 12 and turns on the time relay 16. The time relay maintains the time interval specified by the setting, sufficient to unload the bucket, and turns on the hydraulic valve 12 to a position that ensures the lowering of the main boom down . Accordingly, the additional boom 5 associated with it begins to rise, and its bucket 6 cuts the soil and fills. Now the potential energy of the main boom is used to lift the additional boom. The control system automatically provides repetitive anti-phase movements of the primary and secondary booms with programmed brief stops. During such a short stop of the booms, one bucket is unloaded, and the second is brought by the driver to the position of digging. The time of control actions on the drives of the arm and bucket, for installation in the position of collecting soil, takes a few seconds and is an insignificant part of the working cycle time. The remaining elements of the work cycle, such as raising the boom, unloading the bucket and lowering the boom, are carried out automatically, so the driver, driving two buckets of the proposed excavator, gets tired less than when driving one bucket of a traditional excavator. It is also possible to manually control the work process using the remote control 15 when the time relay 16 is off.

Предложенный экскаватор, в сравнении с прототипом, обеспечивает повышение производительности в 2 раза с одновременным снижением затрат энергии и упрощением управления. Важно отметить и то, что не требуется повышать мощность двигателя и гидронасосов, поскольку ковши набираются последовательно и максимальная нагрузка, возникающая при заполнении ковшей, распределена во времени.The proposed excavator, in comparison with the prototype, provides a 2-fold increase in productivity while reducing energy costs and simplifying control. It is also important to note that it is not necessary to increase the power of the engine and hydraulic pumps, since the buckets are loaded sequentially and the maximum load that occurs when filling the buckets is distributed over time.

Кроме того, предложенный экскаватор позволяет осуществлять и другой режим работы при разработке грунтов высокой прочности. Такой режим заключается в том, что перед началом работы поршневые полости дополнительных гидроцилиндров 19 и 20 сообщаются через кран 21 с гидробаком, а реле времени 16 выключается. Управление рабочим процессом производится с помощью гидрораспределителей 11 и 14. Основную и дополнительную стрелы опускают вниз до опоры ковшей на грунт, затем фиксируют гидрораспределителем 14 дополнительную стрелу 5, которая образует жесткую опору, обеспечивающую надежную устойчивость экскаватора при наборе грунта. Это позволяет воспринимать большее внешнее силовое воздействие на основной ковш 4 со стороны грунта, а поэтому возможно разрабатывать грунт повышенной прочности штатным ковшом или установить сменный ковш большего объема при разработке грунта средней прочности. Заполнив грунтом основной ковш его останавливают на уровне верхней кромки забоя (показано прерывистыми линиями на фиг. 1). Затем заполняют грунтом дополнительный ковш 6 и поднимают одновременно основную и дополнительную стрелы к бункеру 7 для разгрузки ковшей. После разгрузки ковшей стрелы одновременно опускают в забой для повторения рабочего цикла.In addition, the proposed excavator allows for another mode of operation when developing high-strength soils. This mode consists in the fact that before starting work, the piston cavities of the additional hydraulic cylinders 19 and 20 communicate through the valve 21 with the hydraulic tank, and the time relay 16 is turned off. The work process is controlled using hydraulic distributors 11 and 14. The main and additional booms are lowered down until the buckets rest on the ground, then the additional boom 5 is fixed with a hydraulic distributor 14, which forms a rigid support that ensures reliable stability of the excavator when collecting soil. This allows you to perceive a greater external force on the main bucket 4 from the side of the soil, and therefore it is possible to develop soil of increased strength with a regular bucket or install a replaceable bucket of a larger volume when developing soil of medium strength. Having filled the main bucket with soil, it is stopped at the level of the upper edge of the face (shown by broken lines in Fig. 1). Then, an additional bucket 6 is filled with soil and the main and additional booms are simultaneously raised to the hopper 7 to unload the buckets. After unloading the buckets, the arrows are simultaneously lowered into the face to repeat the working cycle.

Работа в таком режиме обеспечивает разработку прочных грунтов, увеличение производительности более чем в два раза, в сравнении с прототипом, за счет увеличения объема грунта, перемещаемого за один рабочий цикл и за счет сокращения времени рабочего цикла путем совмещения транспортных элементов рабочего цикла при одновременном подъеме основной и дополнительной стрел.Operation in this mode ensures the development of solid soils, more than doubling productivity in comparison with the prototype, due to an increase in the volume of soil moved in one working cycle and by reducing the working cycle time by combining the transport elements of the working cycle while simultaneously lifting the main and extra arrows.

Разгрузка грунта из накопительного бункера 7 осуществляется без участия машиниста. Водители транспортных средств, сообразуясь с указателем 8 объема грунта в бункере, подъезжают под разгрузочный лоток и дистанционно радиопультом приводят в действие механизм разгрузки. Механизм разгрузки содержит гидроцилиндры 9, поднимающие конец днища на роликах.Unloading of soil from the storage hopper 7 is carried out without the participation of the driver. Drivers of vehicles, in accordance with the indicator 8 of the volume of soil in the bunker, drive up under the unloading tray and remotely actuate the unloading mechanism with a radio remote control. The unloading mechanism contains hydraulic cylinders 9, raising the end of the bottom on rollers.

Claims

Bucket excavator, including a fixed part with running equipment, a turntable with a power plant, a storage bin and working equipment in the form of a main boom with a hydraulic mechanism for turning in a vertical plane, a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives, characterized in that it is equipped with an additional boom, additional hydraulic cylinders , an additional hydraulic distributor and a time relay, moreover, the additional boom is mounted pivotally and coaxially with the main boom, equipped with a telescopic handle and a bucket with hydraulic drives, and additional hydraulic cylinders are mounted articulated and parallel to the hydraulic cylinders of the drive of the main and additional booms, while their piston cavities are connected by a hydraulic line and through a crane with a hydraulic tank, moreover, the additional hydraulic distributor for the drive of the arrows is electrically controlled and the control coils are connected by electric lines to the time relay.