1 Обзор и анализ конструкций рыхлителей

Мелиоративные предприятия Беларуси оснащены в основном машинами отечественного производства, но вместе с тем для производства работ используют достаточно большое количество технических средств, выпускаемых в российской федерации в соответствии с действующей в России системой машин , которая, будучи дополненной машинами отечественного производства и некоторыми лучшими импортными машинами, может быть использована и используется предприятиями Беларуси.

Отечественной промышленностью разработаны и освоены гусеничные рыхлители на базе тракторов мощностью от 96 до 243 кВт. Сюда включены одно- и трехзубые модели с трех- и многозвенным рабочим оборудованием, а также с регулируемым углом рыхления.

В данном курсовом проекте мы будем рассматривать однозубые модели.

Известна конструкция [2] изображенная на рисунке 1.1 - 1.3.

Рыхлитель включает базовую машину 1 (рисунок 1.1), имеющую механическую трансмиссию для работы устройства на транспортных режимах и гидравлическую трансмиссию рабочего хода, питающийся от дополнительного гидронасоса 3 пере­менной подачи с гидравлическим элементом 4 управления, кроме того в состав рых­лителя входит основной гидронасос 5 привода гидропневмоударник. На базовую машину навешена рама 6, на которой шарнирно закреплен рыхлительный зуб 7, ус­тановлена упорная пружина 8 с регулируемым винтом 9 и закреплен гидропневмо­ударник, содержащий гидрораспределитель 10, кинематически соединенный с зубом 7.

Гидропневмоударник содержит также корпус 11 (рисунок 1.1), поршень – боек 12, блок управления 13 с золотником 14 управления, гидроаккумулятор 15, соединен­ный с напорной магистралью 16, которая соединена также гидравлическим элемен­том 4 управления гидронасоса 3. Поршень – боек 12 разделяет корпус 11 на полость 17 взвода, полость 18 слива и аккумуляторную полость 19, заполненную сжатым газом. На поршне – бойке 12 выполнена кольцевая проточка 20. В корпусе 11 радиальный канал 21, а на бойке 12 имеются пояски 22 и 23.

На золотнике 14 выполнена кольцевая проточка 24, а в части корпуса 11, ох­ватывающий блок управления – управляемое проходное окно 25. Торец золотника 14 образует с корпусом полость 26 управления, с которой соединен гидроаккумуля­тор 27, а в части корпуса 11, охватывающей блок управления, выполнен радиальный канал 28. Противоположный торец золотника 14 ограничивает золотниковую по­лость 29.

Рисунок 1.1 – Общий вид рыхлительного оборудования с тягачом по а.с № 1220400

Рисунок 1.2 – Схема рабочего оборудования по а.с № 1220400

В корпусе выполнены канал 30, напорный канал 31 и сливной канал 32. В пропускной магистрали 33, соединяющей полость 29 с проточкой 20 бойка 12, уста­новлен обратный клапан 34. Полость 26 каналом 35 постоянно сообщена с полостью 18 слива. Канал 32 соединен со сливной магистралью 36. Напорная 16 и сливная 36 магистрали сообщены через предохранительный клапан 37. Гидрораспределитель 10 имеет проточку 38 и соединен с полостью 29 магистралью 39.

Рыхлитель для разработки мерзлого грунта работает следующим образом.

Перед началом рыхления зуб 7 под действием пружины 8 и давления сжатого газа в полости 19, передаваемого через боек 12, упирается в передний ограничитель рамы 6. Боек 12 и гидрораспределитель 10 находится в крайних левых положениях, при этом задний поясок гидрораспределителя разобщает магистрали 33 и 39 друг от друга, а полость 29 сообщена через канал 30, обратный клапан 34, ма­гистраль 33, канал 21, проточку 20 и канал 31 с напорной магистралью 16, поэтому золотник 14 под действием давления рабочей жидкости находится в крайнем правом положениях, соединяя при этом входящую полость 17 через окно 25, про­точку 24 и канал 28 с напорной магистралью 16.

При включении насоса 3 и 5 начинается взвод (холостой ход) поршня бойка 12 (вправо по чертежу) и рабочее движение тягача 1.

Гидравлический элемент 4 управления, соединенный с напорной магистра­лью 16, в начальный момент устанавливает насос 3 переменной производительности на минимальную подачу, обеспечивая тем самым минимальную скорость рабочего хода тягача 1.

Во время холостого хода бойка 12 из полости 18 вытесняется в сливную ма­гистраль 36, давления газа в полости 19 аккумулятора повышается, что привод к повышению давления жидкости в полости взвода 17 и в напорной магистрали 16, в результате чего элемент 4 увеличивает подачу насоса 3. Рабочая скорость движения тягача 1 увеличивается.

При перемещении бойка 12 на холостом ходе сначала поясок 22 запирает ка­нал 31(рисунок 1.2.), затем кольцевая проточка 20 сообщается через канал 32 со слив­ной магистралью 36, после чего одновременно полость 18 отсекается от сливного канала 32 пояском 23, а полость 17 сообщается через канал 31 с напорной магистра­лью 16.

Далее жидкость из полости 18 вытесняется в полость 26 через канал 35 и ак­кумулируется в гидроаккумуляторе 27.

Движение бойка 12 на холостом ходу прекращается тогда, когда давление в напорной магистрали 16 превысит давление настройки предохранительного канала 37. Это положение системы изображено на рис.1.10.

Поршень – боек 12 находится взведенном состоянии до тех пор, пока усилие от забоя, действующее на зуб 7 при движении тягача 1, не станет больше усилия пружины 8, после чего зуб 7, поворачивается в шарнире рамы 6, перемещает гидро­распределитель 10 вправо и тем самым соединяются магистрали 33 и 39 через проточку 38. Таким образом золотниковая полость 29 сообщается со сливной магистралью 36 через магистрали 39 и 33, канал 21, проточку 20 и канал 32. Жид­кость из полости 26 и запасенная в гидроаккумуляторе 27 воздействует на золотник 14 и передает его в крайнее левое положения, при в начале окно 25 отсе­кается от канала 28, а затем оно сообщается с полостью 26. Таким образом полость 17 взвода соединяется с полостью 18 слива через окно 25, полость 26 и канал 35. Давление жидкости в полостях 17 и 18 выравниваются.

Под воздействием энергии, накопленное сжатым газом аккумулятора 19, поршень – боек 12 перемещается влево (рисунок 1.3), при этом вначале одновременно поясок 23 соединяет канал 32 с полостью 18, а поясок 22 отсекает канал 31 от по­лости 17, а затем поясок 23 разобщает проточку 20 от канала 32, разобщая этим за­золотниковую полость 29 от сливной магистрали 36. Происходит рабочий ход бойка 12. В конце рабочего хода (момент нанесения удара по зубу) канал 31собщается с проточкой 20, при этом напорная магистраль 16 соединяется через канал 31, про­точку 20, канал 21, магистраль 33, проточку 38 и магистраль 39 с золотниковой по­лостью 29.

Рисунок 1.3 – Схема рабочего оборудования по а.с № 1220400

Далее золотник 14 под действием давления жидкости от насоса 5 и гидро­пневмоаккумулятора 15 перемещается в крайнее правое положение, соединяя напорную магистраль 16 с полостью 17 взвода через канал 28, проточку 24 и окно 25. Далее цикл работы ударника повторяется.

Недостатком такого оборудование является то, что, ударные нагрузки пере­даются на тягач.

Так же прменение нашла конструкция [3].

Рыхлитель состоит из базовой ма­шины 1 (рисунок 1.4), параллелограммной подвески, включающей поворотные гидроцилиндры 2, гидроцилиндры 3 поворота, гидро­цилиндры 4, монтажную раму,5, на ко­торой установлен рыхлительный зуб 6 при помощи гидроцилиндров 7 подъ­ема и шарнирных тяг 8.

Штоковые полости , гидроцилиндровАзаполнены рабочей жидкостью и сое­динены с поршневыми полостями гидро-цилиндров 7. Штоковые полости гидро-цилиндров 7 соединены через обрат­ный клапан 9 с напором и через кла­пан 10 со сливом. Управление клапа­ном 10 осуществляется поворотным гндроцилиндром 2 посредством магист­рали 11.

Работа рыхлителя заключается в следующем.

В начальный момент жидкость нахо­дится в штоковой полости гидроцилиндра 7 и фиксирует рыхлительный зуб 6 относительно монтажной рамы 5.

При рыхлении в процессе перемеще­ния базовой машины 1 под действием гидроцилиндра 3 рыхлительный зуб 6 заглубляется в грунт. При достиже­нии заданной силы сопротивления рыхлению на рыхлительном зубе 6 давле­ние в поршневой полости гидроцилинд­ра 2 возрастает, рабочая жидкость по магистрали 11 воздействует на клапан 10, открывает его, и штоковая полость гидроцилиндра 7 соединяется со сли­вом. Рабочая жидкость, сжатая в штоковой полости гидроцилиндров 4, воз­действует на поршень гидроцилиндра 7, перемещает его и связанный с ним рыхлительный зуб 6 вверх, происходит скол грунта. При этом нагрузка на рыхлительный зуб 6 снижается, клапан 10 переключается и штоковая полость отсекается от слива. Рабочая жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндра 7, возвращает шток и рыхлительный зуб 6 в исходное положение.

При достижении заданного усилия на рыхлительном зубе цикл повторяется.

Рисунок 1.4 – Схема тягача с рабочим органом по а.с № 1219750

Известная конструкция [4] содержаний базовую машину, параллелограммнуюподвескус рамой, на которой шарнирно смонтирован рыхлительный зуб, и упру­гую систему между последним и рамой, содержащую закрепленный на раме основ­ной цилиндр с поршнем на штоке, свя­занном с управляющими гидроцилиндрами для изменения объема расположенной между поршнем рабочей полости основ­ного цилиндра, сквозь торцовую сторо­ну которого пропущен силовой шток, соединенный через шарнирную тягу с рыхлительнымзубом, и имеющий свои управляющие гидроцилиндры для изменения давления в рабочей полости ос­новного цилиндра, дополнительный ци­линдр, отличающийся тем, что, с целью улучшения его обслужива­ния, основной цилиндр имеет располо­женную за его поршнем вспомогательную полость, которая сообщена с. рабочей полостью при помощи выполненного в корпусе канала с управляемым клапаном, а корпус дополнительного цилиндра связан со штоками его управляющих гидроцилиндров, установлен концентрично корпусу основного цилиндра и с возможностью перемещения внутри вы­полненной в штоке и поршне последнего полости, при этом силовой шток пропу­щен в полость дополнительного цилинд­ра, которая при помощи выполненных в корпусе последнего отверстий сооб­щена с рабочей полостью основного ци­линдра.

Рисунок 1.5 – Схема рабочего оборудования по а.с № 1176944

Рыхлитель работает следующим образом.

При разработке грунта рыхлительный зуб 5 в силу неравномерности свойств грунта и параметров стружки колеблется относительно положения равновесия. В результате этого он через тягу 6 и силовой шток 10 сжи­мает гидрожидкость в качестве которой выбрана жидкость с высоким коэффициентом сжимаемости.

В зависимости от свойств разраба­тываемого грунта и режима движения базовой машины частота и амплитуда, С которой происходит наростание и убывание силы сопротивления грунта резанию, изменяются в широких преде­лах. Поэтому для устойчивого режима автоколебаний необходимо изменять частоту и амплитуду собственных ко­лебаний рыхлительного зуба 5 и сог­ласовывать ее с параметрами и час­тотой скола элементов стружки.

Возможность изменения указанных параметров обеспечивается измене­нием жесткости упругой системы путем перемещения поршня 8, изменения объема рабочей части Г полости ос­новного гидроцилиндра, осуществляе­мого путем перемещения поршней 11 (рисунок 1.6) гидроцилиндров управления через их штоковые части, шарнирно соединен­ные с коромыслом 13, установленным на конце штока 8, и изменением величины предварительного избыточногодавления в рабочей части Г основного цилиндра, обеспечиваемого путем перемещения поршня 9, измене­ния давления в рабочей части Г полос­ти основного цилиндра путем переме­щения поршней 12 гидроцилиндров уп­равления через их штоковые части, шар­нирно соединенные с коромыслами 14, установленными на конце штока порш­ня 9. Перетекание жидкости из рабо­чей части Г полости основного цилинд­ра во вспомогательную и обратно при выборе необходимой жесткости осуществ­ляется через гидроканал 15 и управ­ляемый клапан 16. Для уменьшения га­баритных размеров в поршне 9 измене­ния давления выполнена полость Д, разделенная перегородкой, предназна­ченной для исключения перекосов сило­вого штока 10 относительно цилиндри­ческого корпуса 7 и поршня 9. Сообще­ние рабочей части Г полости основного гидроцилиндра с полостью Д поршня 9 осуществляется через отверстия Е, вы­полненные в перегородке и образующей поверхности поршня 9.

Рисунок 1.6 – Схема рабочего оборудования в разрезе по а.с № 1176944

Недостатком данной конструкции является низкая производительность, а так же зависимость частоты и амплитуды с которой происходит наростание и убывание силы сопротивления грунта резанию от свойств разрабатываемого грунта и режима движения базовой машины

Конструкция [5] содержит тягач 1 (рисунок 1.7), навесное оборудование, включающее подвеску 2 с шарнирно присоединенной к ней рамой 3 с рьгхлнтеоьным зубом 4, и гидропривод. Гидропривод содержит гидроцилиндр 8 подъ­ема рыхлительного зуба, гидроцилиндр 6 горизонтального перемещения рыхлительного зуба, своим корпусом шарнирно соеди­ненный с тыльной стороной рыхлительного зуба 4 и штоком гидроцилиндра 7 подъема распорных рычагов 8 и 9, шарнирно уста­новленного на раме 3.

Рисунок 1.7. Схема рабочего оборудования с тягачом по а.с № 1666659

Рыхлитель действует следующим обра­зом.

При рыхлении прочного грунта, когда тягового усилия, реализуемого тягачом 1, недостаточно для преодоления сопротив­ления, включают с помощью блока 14 уп­равления и гидрораспределителя 11

гидроцилиндр 6, шток которого соверша­ет возвратно-поступательное движение. Пусть, например, в какой-то момент време­ни золотник гидрораспределителя 11 пере­ключается вправо от нейтральной позиции и сообщает поршневую полость гидроци­линдра 6 с напорной гидролинией 21, а штоковую - со сливной гидролинией 17. При поступлении рабочей жидкости в поршне­вую полость корпус гидроцилиндра 6 перемещается- влево и создает толкающее усилие на рыхлительный зуб 4, помогающее преодолеть сопротивление грунта.

Шток гидроцилиндра 6 остается непод­вижным, поскольку рычаги 8 и 9, разведенные гидроцилиндром 15, упираются заостренными концами в боковые стенки траншеи. После окончания рабочего хода гидроцилиндра 6 золотник гидрораспреде­лителя 11 переключается влево от нейтральной позиции и сообщает штоковую полость гидроцилиндра с напорной гидролинией 21, а поршневую - со сливной гидролинией 17. В результате шток гидроцилиндра 6 втяги­вается. Рычаги 8 и 9 скользят и копируют неровности стенки траншеи, не оказывая существенного сопротивления перемеще­нию штока. Гидроцилиндр 15, сообщенный с гидроаккумулятором 18 поршневой поло­стью, образует упругую связь рычагов 8 и 9. Упругость связи регулируется изменением давления зарядки гидроаккумулятора 18 с помощью гидроклапана 20 и вентиля 19. Скорость рабочего хода гидроцилиндра 6 регулируют дросселем 10 в соответствии с действительной скоростью тягача. Обратный клапан обеспечивает максимальную скорость хода штока при его втягивании.

После окончания хода рыхлителя блоком 14 управления останавливают возвратно-по­ступательные движения гидроцилиндра 6 и 5 выключают упругую связь рычагов 8 и 9 путем опускания золотника гидропереключателя 16. После чего с помощью гидроцилиндра 5 выглубляютрыхлительный зуб 4 путем подъ­ема рамы 3. В транспортном положении для 10 уменьшения габаритных размеров машины гидроцилиндр 6 поднимают с помощью гид­роцилиндра 7.

Рисунок 1.8 – Гидравлическая схема рабочего оборудования по а.с№ 1666659

Рисунок 1.9 – Гидравлическая схема рабочего оборудования с тягочомпо а.с №1666659

Недостаток – относительная сложность конструкции, относительно низкая производительность, большие силы действующие гидроцилиндр горизонтального перемещения.

Конструкция [6] включает шарнирно-параллелограммную навеску, звеньями которой являются передняя балка 1 (рисунок 1.10), закрепленная на базовой машине (не показана),верхняя тяга 2 и нижняя рама 3, шарнирно соединен­ные с передней частью рабочей балки 4. На рабочей балке 4 закреплена рыхлящая стойка 5 с наконечником 6, который выпол­нен в виде косоурезанного клина с уменьшающей вперед высотой. Снизу рамы 3 жестко установлен двусторонний отвал 7. В шар­нире 8 установлен передняя конец расклини­вающего ножа 9 и через пружину 10, рас­положенную в телескопическом стакане 11, задний конец ножа 9. На нижней режущей кромке ножа имеются ступенчато располо­женные зубья 12, изогнутые и убывающие по высоте в сторону переднего концаножа 9. Подъем и опускание рыхлителя осуществляется гидроцилиндрами 13.

Рисунок 1.10 – Схема рабочего оборудования по а.с № 1055839

Рыхлитель работает следующим образом.

Посредством гидроцилиндра 13 рыхлительная стойка 8 внедряется в мерзлый слой грунта таким образом, чтобы верхняя часть наконечника 6 контактировала снизу со слоем мерзлоты, а нижний обрез на­ходился вталом грунте. Заглубление ра­бочего органа производят путем выполнения нескольких проходов стойки по одному следу При движении рыхлителя с заглубленной рыхлительной стойкой 8 расклинивающий нож 9 ступенчато расположенными зубьями 12 послойно срезает часть мерзлого грунта, образуя на поверхности углубление При этом изогнутые режущие кромки зубьев 12 более интенсивно внедряются в мерзлоту и в результате колебаний за счет пружины 10 разрушают мерзлоту как взламыванием, так и резанием типа струга при движении рыхлителя. Движущаяся следом рыхлительная стойка 5, внедряясь наконечником 6 под слой мерзлого грунта, приподнимает и разрушает его. При этом в результате выпол­ненного надреза сопротивление разрушеняю слоя мерзлого грунта а указанном сечении становится меньше, чем по всему массиву.

Разрушение мерзлого грунта начинается по ходу движения стойки 5 с последующим отделением глыб мерзлоты по сторонам в результате их подъема клином наконечника 6 в сторону дневной поверхности. Отделен­ные таким образом глыбы мерзлоты, встре­тив на своем пути стойку 5 и направляющие боковые поверхности двустороннего отва­ла 7, дополнительно раздвигаются по сто­ронам. Слой мерзлого грунта ввиду его раз­рушения по ходу движения рыхлительной стойки 5 оказывает меньшее сопротивление на подачу рыхлителя.

При изменении толщины слоя мерзлого грунта нож 9 за счет пружины 10 изменяет свое положение и постоянно находится в контакте с поверхностью мерзлоты а при наезде на препятствия обходит его сверху предотвращая поломку клыков 12.

Рисунок 1.11 – Схема рабочего оборудования по а.с № 1055839

Недостаток – необходимость нескольких проходов для заглубления рыхлящей стойки.