008360 - 1 - Изобретение относится к рабочим органам

008360
Изобретение относится к рабочим органам фронтальных погрузочно-разгрузочных машин (фронтальных погрузчиков), в частности к двухчелюстным ковшам, и определяет новый тип таких ковшей ковши переменного объема с устройством активной загрузки. Изобретение может быть использовано
при осуществлении погрузочно-разгрузочных и строительно-дорожных работ, а также при осуществлении работ по профилированию грунта.
Известен обычный ковш для фронтального погрузчика, состоящий из ковша, шарнирно установленного на стреле, и механизмов привода стрелы и ковша. Загрузка такого ковша осуществляется фронтальным поступательным движением самого погрузчика вперед с подрезанием грунта передней кромкой
(ножом) нижней стенки ковша за счет усилия, создаваемого ходовой частью (колесами или гусеницами)
погрузчика [1]. Недостатком этой конструкции является неполная загрузка ковша и пробуксовывание
погрузчика при загрузке (особенно при работе с твердыми и слежавшимися грунтами), необходимость
увеличивать массу погрузчика для повышения усилия резания грунта, а также отсутствие возможности
осуществлять этим ковшом погрузку и разгрузку длинномерных, крупнофракционных и волокнистых
грузов.
Известен также ковш для фронтального погрузчика с челюстным захватом, содержащий в себе
шарнирно прикрепленную к стреле заднюю (или нижнюю) челюсть, изготовленную в виде ковша, переднюю (или верхнюю) челюсть, расположенную впереди ковша и шарнирно прикрепленную к задней
(нижней) челюсти, и механизмов привода стрелы и челюстей. Различные варианты исполнения этого
устройства отличаются формой передней (верхней) челюсти и механизмами привода челюстей [2, 3].
Такой ковш позволяет захватывать объекты впереди ковша и удерживать их за счет сведения челюстей
под действием механизма привода. Недостатком конструкции во всех вариантах исполнения таких ковшей является то, что грунт в этот ковш загружается так же, как и в обычный ковш (фронтальным поступательным движением самого погрузчика вперед с подрезанием грунта передней кромкой ковша за счет
усилия, создаваемого ходовой частью погрузчика), при этом проявляются все те указанные выше недостатки, что и у обычного ковша. Кроме того, передняя (верхняя) челюсть препятствует загрузке грунта из
пласта или кучи, имеющей высокий отвал, близкий к вертикальному.
Известен также ковш для фронтального погрузчика с челюстным захватом, содержащий в себе
стержневую систему погрузчика с установленной на ней нижней челюстью и механизмами управления, а
также шарнирно прикрепленную к верхней челюсти нижнюю челюсть со своим механизмом управления,
при этом передняя часть верхней челюсти выполнена изогнутой [4]. В одном из вариантов исполнения
этого ковша передняя часть верхней челюсти изогнута по дуге окружности с радиусом, равным расстоянию от шарнира вращения передней (верхней) челюсти до передней части задней (нижней) челюсти [5].
Такой ковш позволяет захватывать и удерживать объекты на передней кромке нижней челюсти за счет
усилия, создаваемого механизмом управления верхней челюсти. Эта конструкция имеет все те же недостатки, что и вышеназванный ковш для фронтального погрузчика с челюстным захватом. Кроме того, передняя часть верхней челюсти препятствует загрузке грунта из пласта или кучи, имеющей высокий отвал, близкий к вертикальному. Еще одним недостатком описанной конструкции является то, что прижимающее усилие верхней челюсти направлено под большим углом (почти перпендикулярно) к режущей
кромке нижней челюсти. Это вынуждает прикладывать большое усилие при захвате мерзлого грунта или
грунта, имеющего твердые включения, и требует дополнительного конструкционного усиления нижней
челюсти.
Известен также двухчелюстной ковш фронтального погрузчика, содержащий в себе шарнирно установленную на стреле заднюю (нижнюю) челюсть, изготовленную в виде бульдозерного отвала с боковинами, переднюю (верхнюю) челюсть, состоящую из днища и боковых стенок, шарнирно соединенных
с задней (нижней) челюстью, и рычагов с гидроцилиндрами, поворачивающими переднюю (верхнюю)
челюсть относительно задней (нижней) челюсти. В крайнем заднем положении передняя (верхняя) челюсть прижимается к задней (нижней), образуя полость ковша. В одном варианте исполнения этого устройства прижатая передняя (верхняя) челюсть охватывает заднюю (нижнюю) челюсть по периметру снаружи [6], в другом варианте боковые стенки прижатой передней (верхней) челюсти располагаются с
внутренних сторон по отношению к боковинам отвала [7].
Функцию ножа в таком ковше выполняют передняя и задняя кромки передней (верхней) челюсти, а
также нижняя кромка задней (нижней) челюсти. С прижатой челюстью такой ковш загружается как
обычный ковш (фронтальным поступательным движением погрузчика вперед с подрезанием грунта передней кромкой передней (верхней) челюсти за счет усилия, создаваемого ходовой частью погрузчика),
при этом проявляются все те указанные выше недостатки, что и у обычного ковша. При другом способе
загрузки такого устройства передняя (верхняя) челюсть может поворачиваться относительно задней
(нижней) челюсти (отвала) вперед или возвращаться назад, подрезая при этом грунт своей передней или
задней кромкой за счет усилия гидроцилиндра. В этом случае недостатками конструкции являются просыпание срезанного грунта в проем между челюстями ковша (при движении передней (верхней) челюсти
вперед) и притаптывание грунта под днищем ковша (при движении передней (верхней) челюсти назад), в
результате чего часть срезанного челюстью грунта не захватывается ковшом. Кроме того, в начале выдвижения передней (верхней) челюсти вперед на ходовую часть погрузчика передается большая гори-1-
008360
зонтальная составляющая силы реакции срезаемого этой челюстью грунта, которая отталкивает погрузчик назад и не позволяет существенно увеличить силу резания грунта за счет усилия гидроцилиндра без
увеличения массы погрузчика. Ковш конструкции [7] является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому ковшу переменного объема с устройством активной загрузки.
Таким образом, задачей изобретения является предложение ковша переменного объема с устройством активной загрузки, который обеспечивал бы улучшение эксплуатационных качеств погрузчика и
повышение эффективности работы погрузчика (особенно при работе с твердыми и слежавшимися грунтами), а именно: более полную загрузку ковша, увеличение в несколько раз усилия резания грунта без
передачи силы реакции срезаемого грунта на ходовую часть погрузчика и без существенного увеличения
массы погрузчика, устранение пробуксовывания погрузчика во время загрузки и уменьшение расхода
топлива.
Поставленная задача решается ковшом переменного объема с устройством активной загрузки, состоящим из нижней челюсти с передней режущей кромкой, шарнирно прикрепленной к ней верхней челюсти с передней и задней режущими кромками, и механизмов привода челюстей, за счет того, что нижняя челюсть выполнена в виде ковша-накопителя, а верхняя челюсть расположена внутри полости ковша-накопителя и выполнена в виде рамы, на нижнем плече которой размещен нож с передней и задней
режущими кромками, установленный с возможностью движения наружу и внутрь полости ковшанакопителя с зазором над режущей кромкой ковша-накопителя так, что плоскость, проходящая через
переднюю и заднюю режущие кромки ножа, в зоне над режущей кромкой ковша-накопителя образует с
этой кромкой острый угол.
Для уменьшения силы трения о грунт нож может изготавливаться изогнутым по направлению от
шарнирного прикрепления рамы. При этом внешняя поверхность поперечного сечения ножа в предпочтительной реализации может иметь форму дуги или ломаной линии.
В ковше заявленной конструкции выдвинутый наружу нож на раме на рабочем участке своей траектории наращивает рабочий объем ковша, подрезает и захватывает впереди ковша дополнительный грунт,
а также за счет силы реакции подрезаемого им грунта удерживает погрузчик от отката назад без передачи отталкивающего усилия на ходовую часть погрузчика или подтягивает погрузчик вперед. Такой эффект позволяет повысить эффективность работы погрузчика (особенно при работе с твердыми и слежавшимися грунтами), обеспечить более полную загрузку ковша, в несколько раз увеличить усилие резания
грунта без существенного увеличения массы погрузчика, устранить пробуксовывание погрузчика во
время загрузки и уменьшить расход топлива.
Изобретение поясняется на примере некоторых из возможных предпочтительных форм реализации
ножа со ссылками на позиции фигур чертежей, на которых представлены:
фиг. 1 - схематичное изображение предпочтительной формы реализации ковша (вид сбоку в разрезе) с плоским ножом в различных положениях (А, Б, В);
фиг. 2 - схематичное изображение предпочтительной формы реализации верхней челюсти с ножом,
имеющим поперечное сечение в виде дуги (в разрезе);
фиг. 3 - схематичное изображение предпочтительной формы реализации верхней челюсти с ножом,
имеющим поперечное сечение в виде ломаной лини (в разрезе).
На фиг. 1 в качестве примера схематично изображена одна из предпочтительных форм реализации
ковша переменного объема с устройством активной загрузки (вид сбоку в разрезе) и отмечены возможные положения (А, Б, В) шарнирно закрепленной верхней челюсти (рамы с ножом). Ковш переменного
объема с устройством активной загрузки содержит в себе ковш-накопитель 1, раму 2 с ножом 3, шарнирно закрепленную внутри полости 4 ковша-накопителя 1 на шарнирах 5, и устройство привода 6 (гидроцилиндр в данном примере реализации), шарнирно соединенное с рамой 2. Ковш-накопитель 1 имеет
переднюю режущую кромку 7. Нож 3 имеет переднюю режущую кромку 8 и заднюю режущую кромку 9.
Штриховой линией 10 на фиг. 1 обозначена плоскость, в которой лежат передняя и задняя режущие
кромки 8 и 9 ножа 3, а штрихпунктирной линией 11 - траектория движения передней и задней режущих
кромок 8 и 9 ножа 3.
На фиг. 2 и 3 схематично в разрезе изображена верхняя челюсть, содержащая раму 2 и нож 3 в различных формах реализации, где внешняя поверхность 12 ножа 3 имеет различный профиль. Нож 3 в
представленных формах реализации изогнут по направлению от шарнирного прикрепления рамы (шарниров 5). Огибающая 13 внешней поверхности 12 ножа 3, обозначенная штриховой линией, в представленных формах реализации приближена к траектории движения 11 его передней и задней режущих кромок 8 и 9, так как передняя и задняя режущие кромки 8 и 9 равноудалены от шарнира 5 (находятся на
расстоянии R).
Работа заявляемого ковша переменного объема с устройством активной загрузки описана ниже при
двух различных способах загрузки (подрезания) ножом дополнительного грунта.
При первом способе загрузки подрезание дополнительного грунта впереди ковша осуществляется
передней кромкой 8 ножа 3, выдвигаемого наружу из полости 4 ковша-накопителя 1. Первоначально нож
3 на раме 2 находится в положении А внутри полости 4 ковша-накопителя 1 при выдвинутом штоке гидроцилиндра 6, и ковш-накопитель 1 частично заглубляется в грунт за счет поступательного движения
-2-
008360
самого погрузчика. После этого шток гидроцилиндра 6 частично втягивается и поворачивает на шарнирах 5 раму 2 с ножом 3, который выдвигается наружу из полости 4 ковша-накопителя 1 по траектории 11
с зазором над передней кромкой 7 ковша-накопителя 1, подрезает и захватывает дополнительный грунт
впереди ковша-накопителя 1, и фиксируется в положении Б, в котором наращивает рабочий объем ковша
и удерживает захваченный грунт. В положении Б плоскость 10, в которой лежат передняя и задняя режущие кромки 8 и 9 ножа 3, находится под острым углом α к передней режущей кромке 7 ковшанакопителя 1. На рабочем участке траектории 11 движения ножа 3 возникает направленная вниз вертикальная составляющая силы реакции подрезаемого этим ножом грунта, которая резко нарастает по мере
выдвижения ножа 3 и прижимает ковш книзу. За счет этого прижатия резко увеличивается сила трения
нижней стенки ковша о грунт (вплоть до попадания силы реакции в "конус трения"), удерживающая погрузчик от скольжения назад без передачи отталкивающего усилия на ходовую часть погрузчика. Этот
способ предпочтителен при загрузке тяжелого или слежавшегося грунта из пласта или кучи, имеющей
высокий отвал (больше высоты ковша), близкий к вертикальному.
При втором способе загрузки подрезание дополнительного грунта впереди ковша осуществляется
задней кромкой 9 ножа 3. Первоначально нож 3 на раме 2 находится в положении В вне полости 4 ковша-накопителя 1 при втянутом штоке гидроцилиндра 6, и ковш-накопитель 1 частично заглубляется в
грунт за счет поступательного движения самого погрузчика. После этого шток гидроцилиндра 6 частично выталкивается, нож 3 на раме 2 опускается по траектории 11, подрезает и захватывает дополнительный грунт впереди ковша 1 и фиксируется в положении Б, в котором наращивает рабочий объем ковша и
удерживает захваченный грунт. При таком движении ножа 3 вертикальная составляющая силы реакции
подрезаемого им грунта направлена вверх и уменьшает силу трения нижней стенки ковша о грунт, а горизонтальная составляющая этой же силы реакции направлена вперед и резко нарастает по мере движения ножа 3. Таким образом, нож 3 верхней челюсти подтягивает погрузчик вперед за счет усилия гидроцилиндра 6 (без толкающего усилия со стороны ходовой части погрузчика). Этот способ предпочтителен
при загрузке грунта из пласта или кучи, имеющей пологий отвал небольшой высоты (меньшей, чем высота ковша), а также при работе с длинномерными, крупнофракционными и волокнистыми грузами.
Возможен также комбинированный способ загрузки ковша, когда рама 2 с ножом 3 перемещается
из одного крайнего положения (А или В) в другое крайнее положение (В или А соответственно), а затем
возвращается и фиксируется в положении Б.
Как уже было упомянуто выше, форма профиля внешней поверхности 12 ножа 3 может быть выбрана изогнутой по направлению от шарнира 5, например, в виде дуги или ломаной линии так, чтобы, в
случае равноудаленного по отношению к шарниру 5 расположения передней и задней режущих кромок
ножа 3, ее огибающая 13 была приближена к траектории движения 11 передней и задней режущих кромок 8 и 9 ножа 3, что обеспечивает уменьшение силы сопротивления грунта при резании ножом 3. В случаях, когда расстояния между передней режущей кромкой 8 и шарниром 5 и задней режущей кромкой 9
и шарниром 5 не равны, изогнутая форма ножа 3 также обеспечивает уменьшение силы сопротивления
грунта при резании.
Разгрузка ковша переменного объема с устройством активной загрузки производится за счет наклона вниз передней режущей кромки 7 ковша-накопителя 1, когда рама 2 с ножом 3 находится в положении
В.
При всех вышеуказанных способах использования ковша переменного объема с устройством активной загрузки основное усилие резания грунта при загрузке ковша создается устройством привода
верхней челюсти (гидроцилиндром) на ноже при движении этого ножа по траектории (дуге окружности)
вне полости ковша. Одновременно создается сила реакции срезаемого ножом грунта, удерживающая погрузчик от отката назад без передачи отталкивающего усилия на ходовую часть погрузчика или подтягивающая погрузчик вперед, что позволяет повысить эффективность работы погрузчика (особенно при работе с твердыми и слежавшимися грунтами), обеспечить более полную загрузку ковша, в несколько раз
увеличить усилие резания грунта без существенного увеличения массы погрузчика, устранить пробуксовывание погрузчика во время загрузки и уменьшить расход топлива, а также позволяет без смены рабочего органа выполнять другие виды работ (рыть ямы, корчевать пни и т.п.).
Литература
1. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. М.: Машиностроение, 1979, сс. 60-69.
2. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. М.: Машиностроение, 1979, сс. 142-144,
сс. 156-159.
3. Патент Российской Федерации № RU 2143527, опубл. 27.12.1999.
4. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. М.: Машиностроение, 1979, с. 338, рис.
160.
5. Патент Российской Федерации № RU 2143521, опубл. 27.12.1999.
6. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. М.: Машиностроение, 1979, сс. 167-169.
7. Патент Российской Федерации № RU 2019633, опубл. 15.09.1994.
-3-
008360
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ковш переменного объема с устройством активной загрузки, включающий нижнюю челюсть с
передней режущей кромкой, шарнирно прикрепленную к нижней челюсти верхнюю челюсть с передней
и задней режущими кромками и механизмы привода челюстей, отличающийся тем, что нижняя челюсть
выполнена в виде ковша-накопителя, а верхняя челюсть расположена внутри полости ковша-накопителя
и выполнена в виде рамы, на нижнем плече которой размещен нож с передней и задней режущими кромками, установленный с возможностью движения наружу и внутрь полости ковша-накопителя с зазором
над режущей кромкой ковша-накопителя так, что плоскость, проходящая через переднюю и заднюю режущие кромки ножа, в зоне над режущей кромкой ковша-накопителя образует с этой кромкой острый
угол.
2. Ковш по п.1, отличающийся тем, что нож выполнен изогнутым по направлению от шарнирного
прикрепления рамы.
Фиг. 1
Фuг. 2
-4-
008360
Фиг. 3
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-5-