Привод рабочего органа землеройной машины Советский патент 1984 года по МПК E02F9/20 

Изобретение относится к землеройным машинам, а конкретнее к приводу землеройно-метательной машины, предназначенной преимущественно для . работы с лесными почвами, а именно к приводам рабочих этих машин, .обеспечивающим возможность их использования в условиях повьппенной динамической нагруженности, например при тушении лесных пожаров направленной струей грунта или прокладке заградительных минерализованньк полос землеройно-метательными машинами Известен привод для машин с периодически меняющейся нагрузкой, в частности для карьерных экскаваторов, у которого приводной орган связан с рабочим органом посредством упругих элементов, преимущественно через стационарные или планетарные передачи с узлами, упруго установленными в раме машины или агрегатам Однако данные приводы не могут быть успешно использованы в земле- ройно-метательных машинах, предназначенных для работы с лесньми почвами, которые имеют в своем составе большое количество различньк древесных включений (корневые лапы, порубочные остатки, валеж и т.п.), а также в ряде случаев и каменистые включения. При обработке таких почв в результате преодоления попадающихся препятствий трансмиссия рабочего органа постоянно подвергается большому спектру частот крутильных колебаний, которые не могут быть погашены динамическими гасителями, так как последние гасят только выбранные единичные частоты крутильных колебаний. Это снижает надежность работы землеройно-метательной машины в целом и делает невозможным использование этого привода в условиях лесных почв. Наиболее близким к предлагаемому является привод рабочего органа зем леройной машины,.включающий двигатель и трансмиссию с демпфером, установленным на валу. Корпус рабочего органа свободно посредством подшипников установлен на выходном валу, на конце которого выполнена винтовая нарезка, взаимодействующая с гайкой демпфера, установленной с возможностью осевого перемещения по направляющей. Переме щение гайки ограничено упругим элементом. При крутильных колебаниях вала с крестовиной происходит осевое пер€;мещение гайки демпфера относительно корпуса рабочего органа. Этому перемещению препятствует упругий элемент, посредством которого при осевом смещении рабочего органа изменяется угловая жесткость ведомого вала и, как следствие, крутильная частота колебаний. Этим достигается смеп1ение резонансной, зоны рабочего органа с уменьшением амплитуд крутильных колебаний 2J. Однако поглощение энергии крутильных колебаний в этом приводе происходит вследствие внутреннего трения в ничтожном количестве в упругом элементе, которое может гасить крутильные колебания, только малой амплитуды. Весьма малая демпфирующая способность указанного упругого элемента исключает возможность использования привода в целом в условиях лесных почв. При использовании известного привода в землеройно-метательных машинах, работающих в условиях лесных почв, из-за наличия в тг1ких почвах различных включений . часго происходит резкое торможение рабочего органа при встрече с непреодолимыми препятствиями, в связи, с чем передаваемый крутящий момент резко изменяется, что приводит к возникновению повьшенных амплитуд крутильных колебаний на валу трансмиссии, обладакицему наименьшей жесткостью, а также на всей крутильной системе трансмиссии. Вместе с тем после прохождения препятствия происходит резкое возрастание крутящего момента, действие которого на крутильную систему трансмиссии аналогично действию крутящего момента при резком торможении рабочего органа, т.е. система трансмиссии также подвергается возрастанию крутильных колебаний больших амплитуд, которые приводят к повьппенным динамическим нагрузкам на всю конструкцию устройства. Такие изменения крутящего момента происходят постоянно по мере попадания в почве включений. Причем его изменение пропорционально силе воздействия препятствия на рабочий орган. В ряде случаев, когда частоты свободных крутильных колебаний самого вала совпадают с частотой периодически меняющегося им передаваемого крутящего момента, могут возникнуть резонансные колебания, ведущие непос редственно к поломке вала наименьшей жесткости или разрушению упругог элемента. Таким образом, при работе в условиях лесных почв постоянно возникаю 1щие в трансмиссии крутильные колебания больших амплитуд являются причиной повьшенных динамических нагрузок которые приводят к поломке отдельных узлов и деталей привода, что в конечном итоге делает невозможным его использование в указанных условиях. Цель изобретения - повьш1ение надежности привода путем уменьшения крутильных колебаний. Указанная цель достигается тем, что в приводе рабочего органа землеройной машины, включающем двигатель и трансмиссию с демпфером, установленным на валу, демпфер вьтолнен из по крайней мере двух фрикционных дис ков, жестко закрепленных на валу, шарнирно установленной на валу инерционной массы с выполненными по ее окружности пазами и фрикционных ко. лец с выполненными по их окружности выступами, которые расположены с возможностью углового смещения относительно вала в пазах инерционной массы, причем последняя имеет упруги элементы, установленные с возможнос.тью взаимодействия с фрикционными кольцами. Нафиг. 1 изображена схема привода рабочего органа землеройно-метательной машины на фиг. 2 - демпфер, радиальный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - после довательное увеличение зазоров ( и при установке двух ведущих фрикционных дисков, 6 - то же, четырех ведущих фрикционных дисков); на фиг. 5 последовательное расположение пазов в инерционной массе при двух ведущих фрикционных дисках; на фиг. 6 - вариант конструкции с четырьмя ведущими фрикционными дисками; на фиг. 7 график гашения крутильных колебаний (а - при использовании предлагаемой конструкции, 5- защемления малых амплитуд колебаний в случае одного ведущего фрикционного дискаi в - при .использовании прототипа). 1 04 Привод рабочего органа землеройно-метательной машины, например грунтомета для тушения лесных пожаров, включает приводной двигатель 1 и трансмиссию, передающую крутящий момент рабочему органу в виде фрезы 2. В качестве приводного двигателя может быть использован, например, двигатель трактора, соединенный посредством карданной передачи 3 с редуктором 4 отбора мощности трактора. Редуктор 4 второй карданной передачи 5 соединен с редуктором 6 грунтомета, передающим крутящий момент на фрезу 2 о Редуктор 6 вьтолнен, например, трехступенчатым и содержит первичный 7 и вторичный 8 валы, а также несупщй вал 9, на конце которого смонтирована фреза 2, На од- ном из указанных валов, ,в частности, на валу 9, установлена муфта 10 предельного момента. Валом наименьшей жесткости в системе трансмиссии является, например, первичный вал 7, В общем случае вал наименьшей жесткости в каждой конкретной трансмиссии определяется расчетным путем, исходя из соотношения передаваемого крутящего момента и угла закрутки вала. Конец вала 7 снабжен ступицей 11 с жестко закрепленными на ней, например, двумя ведущими фрикционными дисками 12 и 13 с помощью болтов 14. За ступицей установлено кольцо 15 и шарикоподшипник 16, на наружной обойме которого жестко закреплена инерционная масса, содержащая остов 17 и соединенный с ним винтами 18 корпус 19. Ступица 11 жестко крепится на валу посредством шпонки j 20. Ступица 11, кольцо 15 и внутренняя обойми подшипника 16 прижимаются; к бурту 21 планкой 22,, Таким образом, инерционная масса в целом установлена шарнирно относительно вала 7, а . ведущие фрикционные диски 12 и 13 жестко Внутри корпуса инерционной массы равномерно по его окружности параллельно оси вала выполнены пазы 23 и 24, в которые входят аналогич- i ные пазам по конфигурации выступы 25 ведомых фрикционных колец 26. и 27. При этом выступы 25 на обоих кольцах 26 и 27 одинаковы по длине, а пазы 23 и 24 разные. Паз 23 больше по длине выступа 25, а паз 24 еще больше по длине паза 23, т.е. длина t паза 23 для выступов 25 кольца 26 меньше длины ty паза 24 для выступов 25 ведомого кольца 27. Таким образом выступы 25 обоих колец 26 и 27 установлены в пазах 23 и 24 инерционной массы с зазорами и возможностью взаимного углового проскальзывания вокруг вала. Причем зазор в последующей паре выступ ведомого кольца - паз инерционной массы больше предьщущего зазора. В случае установки более двух ведомых колец, например четырех, зазоры , 4ty и atj, образуемые выступами каждого из последующих ведомых колец с пазами инерционной массы, последовательно увеличиваются. Величина наибольшего (суммарного) зазора (равно как величина максимального углового смещения колец) назначается в зависимости от жесткости вала и требуемого максимал ного момента трения. Например, при нагрузках на рабочий орган до 1000 Н величина наибольшего зазора будет . составлять не более 10 мм. Ведущие фрикционные диски 12 и 13 смонтированы так, что находятся в постоянном фрикционном силовом замыкании с ведомыми фрикционными кольцами 26 и 27, а также одновременно с внутренней торцовой поверхнастью 28 корпуса 19 инерционной массы. Силовое замьжание обеспечивается действием пружин 29, установленных равномерно по окружности в углублениях 30 остова 17 инерционной массы. Возможна вместо использования нескольких пружин установка одной пружины, смонтированной в кольцевой проточке, выполненной взамен углублений 30. При этом усилие силового замыкания ведущих фрикционных дисков 12.и 13 с поверхностью 28 инерционной массы и ведомыми кольцами 26 и 27 посредство ПРУЖИН 29 должно обеспечить требуемый максимальный момент трения. Предлагаемый привод в составе землеройно-метательной машины (грун томета) работает следующим образом. Двигатель 1 передает крутящий момент через карданную передачу 3 редуктору 4 отбора мощности трактора, Соединеиньй с редуктором 4 карданной передачей 5 редуктор 6 грун- томета передает крутящий момент рабочему органу в виде фрезы 2. При опускании рабочего органа на почву, подлежащую обработке, фреза 00 2 внедряется в нее, снимая ножами поочередно почвенную стружку, постепенно погружаясь в почву. В этом случае, когда в лесной почве не встречаются препятствия в виде корней, камней и т.п., передчваемьй крутящий момент остается постоянным, при этом первичный 7, вторичный 8 и несущий 9 валы вместе с фрезой 2 совершают равномерное вращательное движение. При этом инерционная масса, шарнирно закрепленная на первичном валу 7 и находящаяся поверхностью 28 в силовом фрикционном замыкании с ведущим фрикционным диском 12, жестко закрепленным на ступице 11, совершает также равномернре вращательное движение. Таким образом, при работе грунтомёта в почве, не содержащей включения, валы редуктора, инерционная масса и фреза совершают равномерное вращательное движение с постоянной угловой скоростью. При столкновении фрезы 2 с препятствием передаваемый ей крутящий момент резко возрастает, вместе с чем резко уменьшается скорость вращательного движения как фрезы, так и всех валов редуктора грунтомёта, в том числе и вала 7, При этом под действием сил инерции инерционная масса будет стремиться продолжать вращательное движение с прежней угловой скоростью, т.е, с большей, чем у заторможенного вала, и когда мо- ; мент инерции превысит момент трения между поверхностью 28 инерционной массы и поверхностью ведущего диска 12, начнется взаимное смещение этих поверхностей. При этом вследст- вие трения между последними, а также поэтапного включения в работу последующих фрикционных пар скорость вращ€;ния инерционной массы будет также поэтапно тормозиться, а следовательно, и поэтапно будут гаситься крутильные колебания. На первом этапе торможение инер-- ционной массы будет осуществляться трением между поверхностью 28 и ведущим диском 12, В это же время ведомые кольца 26 и 27 будут проворачиваться сначала из-за зазора л между лазами 23 выступа 25 ведомого кольца 26 до его окончательной выборки. На графике (фиг„ 7oi) этому этапу соответствует участок I, После выбора зазора . работу включатся две поверхности трения ведомого коль ца 26 с фрикционными поверхностями ведущих дисков 12 и 13 до выбора зазора между пазами 24 инерционной массы и выступами 25 ведомого кольца 27. Ведомое кольцо 27 при этом будет продолжать вращение вместе с ведущим диском 13, так как At. Этому соответствует учас ток 11 графика. После выбора зазора iJtj в работу включается одна фрикционная пара - поверхность ведущего диска 13 и ведомого кольца 27. Этот-этап на графике отражен y iacTком Itt. Таким образом, получают ступенч тое нарастание момента трения, гасящее закрутку вала, наименьшей жест кости при столкновении фрезы с препятствием. Причем малые амплитуды крутильных колебаний гасятся малой величиной момента трения, а большие амплитуды - большим моментом трения После выхода фрезы из препятстви передаваемый крутящий момент и скорость вращения валя 7 также, как и других, валов редуктора и фрезы грун томета, резко возрастают. Резкое увеличение скорости врап;ения вала 7 приводит к его закрутке на угол, зависящий от величины спада нагрузки. Однако этому препятствует инерционная масса, скорость которой меньше скорости вращения вала 7 изза действующих на нее сил инерции, При этом скорость вращения вала 7 будет больше скорости вращения инер ционной массы и ввиду инертности инерционной массы вал 7 будет отно- . сительно нее проворачиваться. Гаше- , ние крутильных колебаний в этом случае будет происходить также поэтапно, как и в случае столкновения фрезы с препятствием. Причем в работу трения включаются последовательно фрикционные поверхности трения: с начала поверхность 28 инерционной массы с ведущим диском 12, затем фрикционные поверхности ведомого кольца 26 с фрикционными поверхностями ведущих дисков 12 и 13 и,,наконец, фрикционная пара ведущий диск 13 - ведомое кольцо 27. Эта последовательность гашения соответствует этапам IV, V и VI графика. При малых .усилиях воздействия почвы на фрезу возникают малые крутильные колебания, которые могут гаситься только трением между поверхностью инерционной массы и фрикционной поверхностью ведущего диска 12 без участия других фрикционных пар. При еще меньших усилиях воздействия почвы на фрезу колебания поглощаются упругостью валов. В случае встречи фрезы с непреодолимым препятствием, когда момент сопротивления, противодействующий вращению фрезы, больше крутящего момента, муфта 10 предельного момента разъединяет фрезу с трансмиссией, предотвращая тем самым поломку уэлов и деталей привода. Применение изобретения повьшхает надежность привода землеройно-метательной машины.

26

17

Фиг. 2

ПРИВОД РАБОЧЕГО ОРГАНА ЗЕМЛЕРОЙНОЙ МАШИНЫ, включающий двигатель и трансмиссию с демпфером. установленным на валу, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения крутильных колебаний, демпфер выполнен из по крайней мере двух фрикционных дисков, жестко зшсреплеиных на валу, шарнирно уст ядвнной на валу инерционн «г&4сы с выполненными по ее окружности пазами и фрикционных колец с выполненньо4И по юс окружности выступами, которые расположены с возможностыо углового смещения относительно вала в пазах инерционной массы, причем последняя имеет упругие элементы, установлен§ ные с возможностью взаимодействия с фрикционными кольцами. 3 « / / / N9 QO т О9 fPuz.1 Ь. А JF ж

ФиеЛ

Фиг.б

t Фиг. 7

Ь