Кран и рабочая машина
Изобретение относится к подъемным устройствам. Кран содержит основание (110), опорную стрелу (12), подъемную стрелу (14), складывающуюся стрелу (20), подъемный цилиндр (24) и складывающий цилиндр (30). Подъемная стрела (14) содержит первую точку (36) поворота для соединения опорной стрелы (12) с подъемной стрелой (14), вторую точку (38) поворота для соединения подъемного цилиндра (24) с подъемной стрелой (14) и третью точку (40) поворота для соединения складывающего цилиндра (30) с подъемной стрелой (14). Подъемная стрела (14) дополнительно содержит полый литой соединительный элемент (42), расположенный на первом конце (16) подъемной стрелы (14), при этом в соединительном элементе (42) расположены по меньшей мере указанные первая точка (36) поворота и вторая точка (38) поворота. Достигается долговечность конструкции и упрощение изготовления. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.
Изобретение относится к крану, который содержит:
- основание для крепления крана к рабочей машине,
- опорную стрелу, прикрепленную с возможностью вращения к основанию,
- подъемную стрелу, содержащую первый конец и второй конец, шарнирно прикрепленную первым концом к опорной стреле,
- складывающуюся стрелу, содержащую два конца, причем складывающаяся стрела, шарнирно прикрепленная вторым концом к подъемной стреле для подвешивания инструмента на кран,
- подъемный цилиндр, содержащий первый конец и второй конец, шарнирно прикрепленный первым концом к опорной стреле и вторым концом к подъемной стреле для приведения в действие подъемной стрелы,
- складывающий цилиндр, содержащий первый конец и второй конец, причем складывающий цилиндр шарнирно прикреплен первым концом к подъемной стреле и вторым концом к складывающейся стреле для приведения в действие складывающейся стрелы,
причем подъемная стрела содержит первую точку поворота для соединения опорной стрелы с подъемной стрелой и получения крутящих моментов, действующих на подъемную стрелу (14), вторую точку поворота для соединения подъемного цилиндра с подъемной стрелой и третью точку поворота для соединения складывающего цилиндра с подъемной стрелой. Изобретение также относится к соответствующей рабочей машине.
Вместе с рабочими машинами краны используются для загрузки различных предметов в грузовое пространство рабочей машины и выгрузки их из грузового пространства рабочей машины. Например, краны используют вместе с лесозаготовительными машинами для подъема деревьев. Для того чтобы кран мог выполнять разнообразные подъемы с изменяющимися траекториями движения часто в ограниченных условиях, кран обычно содержит по меньшей мере две, часто три последовательно шарнирно прикрепленные части, которые образуют набор стрел крана. Например, в кране 10 компании Ponsse Oy, использующем подъемные стрелы и продаваемом под названием изделия K90+, как показано на Фиг. 1a, имеется основание 110 для крепления крана 10 к шасси рабочей машины и три последовательно шарнирно прикрепленные части, которые образуют набор стрел 11, то есть опорная стрела 12, подъемная стрела 14 и складывающаяся стрела 20. Для перемещения стрел 12, 14 и 20 имеются рабочие устройства 24 и 30 между стрелами 12, 14 и 20, которые создают движение в стрелах 12, 14 и 20 вокруг точек 36 и 41 поворота между стрелами 12, 14 и 20. Кроме того, кран содержит вращающиеся цилиндры 114, с помощью которых опорную стрелу 12 можно вращать вокруг ее продольной оси относительно основания 110. Кран 10 также содержит свои собственные точки 38, 40', 37 и 39 поворота для поворота рабочих устройств 24 и 30 между стрелами 12, 14 и 20. Соответствующая конструкция также появляется в кранах Mesera 92F/92 FT 86i, производства финской компании Mesera Cranes Finland Oy. Складывающаяся стрела часто также содержит телескопическое удлинение, которое можно использовать для изменения дальности действия набора стрел с помощью линейного движения.
На Фиг. 1a представлен кран согласно предшествующему уровню техники. Однако следует понимать, что хотя детали кранов предшествующего уровня техники различаются у разных производителей, в частности краны и крановые комплекты стрел, используемые, в частности, в форвардерах разных производителей, имеют в значительной степени одинаковую базовую конструкцию. Базовая конструкция кранов стала признанной, и в их геометрии практически не произошло реального развития.
Проблема в вышеупомянутых кранах состоит в том, что точки 36, 38 и 40' поворота на первом конце 16 подъемной стрелы 14 выполнены с помощью прорезей 70 в конструкции подъемной стрелы 14. Такая конструкция требует большого количества сварных швов, что увеличивает вероятность производственных ошибок. С другой стороны, также третья точка 40' поворота рабочего устройства 30 между подъемной стрелой 14 и складывающейся стрелой 20 находится далеко от двух других точек 36 и 38 поворота на первом конце 16 подъемной стрелы 14, таким образом, увеличивается размер конструкции, подлежащей сварке. Это также участок подъемной стрелы 14 между третьей точкой 40' поворота и первой точкой 36 поворота остается подверженным действию изгибающих сил, вызванных нагрузкой на конце складывающейся стрелы 20. Изгибающие силы постепенно вызывают усталость материала, в конечном итоге приводя к трещинам в конструкции подъемной стрелы 14 и, таким образом, сокращая срок службы крана 10. Кроме того, сварные швы вызывают остаточные напряжения в конструкции подъемной стрелы, в то время как теплообмен в материале, вызванный сваркой, приводит, в свою очередь, к частичной потере прочностных свойств материалов. Кроме того, изготовление сварных соединений является трудоемким и отнимающим много времени этапом работы, для которого также требуется квалифицированный рабочий.
Изобретение предназначено для создания крана, который более долговечен и прост в изготовлении, чем краны предшествующего уровня техники. Отличительные признаки этого изобретения изложены в прилагаемой Формуле изобретения 1. Изобретение также предназначено для создания более надежной рабочей машины, чем рабочие машины предшествующего уровня техники. Отличительные признаки этого изобретения изложены в прилагаемой Формуле изобретения 17.
Эта цель может быть достигнута с помощью крана, который содержит основание для крепления крана к рабочей машине, опорную стрелу, прикрепленную с возможностью вращения к основанию, подъемную стрелу, содержащую первый конец и второй конец, шарнирно прикрепленную первым концом к опорной стреле, и складывающуюся стрелу, содержащую два конца, причем складывающаяся стрела шарнирно прикреплена ко второму концу подъемной стрелы для подвешивания инструмента на кран на одном конце складывающейся стрелы. Кроме того кран содержит подъемный цилиндр, содержащий первый конец и второй конец, причем подъемный цилиндр шарнирно прикреплен первым концом к опорной стреле и вторым концом к подъемной стреле для приведения в действие подъемной стрелы, и складывающий цилиндр, содержащий первый конец и второй конец, причем складывающий цилиндр, шарнирно прикреплен первым концом к подъемной стреле и вторым концом к складывающейся стреле для приведения в действие складывающейся стрелы. Кроме того, подъемная стрела содержит первую точку поворота для соединения опорной стрелы с подъемной стрелой и получения крутящих моментов, действующих на подъемную стрелу, вторую точку поворота для соединения подъемного цилиндра с подъемной стрелой и третью точку поворота для соединения складывающего цилиндра с подъемной стрелой. Кроме того, подъемная стрела содержит полый литой соединительный элемент, прикрепленный к первому концу подъемной стрелы, в котором расположены по меньшей мере указанные первая точка поворота и вторая точка поворота.
В кранах согласно изобретению расположение точек поворота в литом соединительном элементе позволяет выполнить подъемную стрелу с использованием меньшего количества сварных конструкций в точках поворота, что облегчает изготовление крана и увеличивает продолжительность срока его службы. В литом элементе нагрузки между точками поворота могут быть направлены внутрь литого элемента, чтобы не было сварных швов между точками поворота или в точках с наиболее высоким напряжением. Кроме того, литой соединительный элемент чрезвычайно жесткий и способен успешно выдерживать крутящие моменты, действующие на подъемную стрелу.
Третья точка поворота также предпочтительно расположена в соединительном элементе. Тогда силы, действующие на точки поворота, все могут быть направлены на один и тот же литой и жесткий соединительный элемент, так что конструкция подъемной стрелы становится легче, чем раньше. Таким образом, трубчатая часть балки подъемной стрелы может быть выполнена без больших точечных нагрузок. Это, в свою очередь, позволяет выполнить трубчатую часть балки подъемной стрелы, используя на 10-25% более тонкие материалы.
Предпочтительно, вторая точка поворота и третья точка поворота расположены относительно линии, проходящей между первой точкой поворота и точкой поворота складывающейся стрелы, принадлежащей второму концу подъемной стрелы, таким образом, что точка пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии, проходящей через вторую точку поворота, расположена на линии на расстоянии от точки пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии, проходящей через третью точку поворота, причем расстояние составляет 0-20%, предпочтительно 8-15% длины линии, чтобы выровнять нагрузку крана. Благодаря вышеописанному расположению точек поворота относительно друг друга, нагрузки оптимизируются, поскольку третья точка поворота, используемая для прикрепления складывающего цилиндра к подъемной стреле, перемещается ближе к первому концу подъемной стрелы.
Принцип размещения точек поворота в соединительном элементе заключается в том, что точки поворота расположены в литом соединительном элементе таким образом, чтобы минимизировать нагрузку части соединительного элемента между второй точкой поворота и третьей точкой поворота и оптимизировать нагрузку части соединительного элемента между первой точкой поворота и третьей точкой поворота или оптимизировать длину участка между первой и третьей точками поворота.
Опорная стрела предпочтительно содержит вилку для крепления опорной стрелы к первой точке поворота вокруг соединительного элемента. Таким образом, подъемная стрела поддерживается на опорной стреле на достаточно широком пространстве, таким образом создавая хорошую моментальную опору.
Предпочтительно точка пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии, проходящей через третью точку поворота, и точка пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии, проходящей через вторую точку поворота, расположены на расстоянии 1-20% длины линии, образованной в направлении к первой точке поворота. Точки поворота тогда могут быть расположены близко друг к другу, уменьшая таким образом нагрузки, действующие на соединительный элемент. Указанные точки пересечения предпочтительно расположены на расстоянии 5-15% длины линии, образованной в направлении к первой точке поворота, также для создания более оптимальной нагрузки.
Вторая точка поворота предпочтительно расположена по другую сторону линии от третьей точки поворота относительно указанной линии. Это также снижает нагрузки, действующие на соединительный элемент.
Соединительный элемент предпочтительно содержит отверстие для прокладки трубопроводов, предпочтительно гидравлических трубопроводов, через соединительный элемент и в подъемную стрелу. С помощью отверстия трубопроводы можно ввести в подъемную стрелу без образования отдельных отверстий в конструкции подъемной стрелы впоследствии, которые бы ослабили конструкцию. Расположение точек поворота в литом соединительном элементе позволяет образовать отверстия в соединительном элементе, так что шланги можно проложить через соединительный элемент и внутрь стрелы, а также через внутреннюю часть стрелы до конца подъемной стрелы.
Отверстие предпочтительно расположено в соединительном элементе между первой точкой поворота и третьей точкой поворота или первой точкой поворота и второй точкой поворота, причем поверхность отверстия в соединительном элементе параллельна осям вращения точек поворота. Другими словами, отверстие образовано на конце подъемной стрелы, но, однако, не на боковых сторонах соединительного элемента, так что подъемная стрела открыта на ее первом конце, что позволяет легко разместить и провести трубопроводы, идущие от опорной стрелы, через соединительный элемент и в подъемную стрелу.
Помимо точек поворота, соединительный элемент предпочтительно содержит боковые стенки, которые параллельны продольному направлению подъемной стрелы и перпендикулярны в плоскости относительно осей вращения точек поворота. Боковые стенки являются несущими элементами в соединительном элементе. Боковые стенки соединительного элемента также могут быть расположены под наклоном к оси вращения точек поворота, так что ширина соединительного элемента меняется по отношению к высоте опорной стрелы.
Соединительный элемент предпочтительно содержит боковые стенки, которые обе имеют по меньшей мере две опорные конструкции между точками поворота, каждая из опорных конструкций соединяет друг с другом по меньшей мере две точки поворота на одной боковой стенке. Другими словами каждая конструкция соединяет по меньшей мере одно из следующих: первую точку поворота со второй точкой поворота, первую точку поворота с третьей точкой поворота, вторую точку поворота с третьей точкой поворота, для передачи сил. С помощью опорных конструкций нагрузки между точкой поворота могут передаваться между точками поворота, делая таким образом минимальным изгиб между точками поворота в каждой боковой стенке соединительного элемента.
Согласно первому варианту осуществления соединительный элемент представляет собой единую литую деталь. В таком случае он может быть выполнен полностью без сварных швов или других соединений, так что его конструкция чрезвычайно прочная. Кроме того, изготовление соединительного элемента является простым по сравнению со сварной конструкцией из листового металла, содержащей множество частей, и литая деталь может быть изготовлена за одну отдельную стадию работы.
Согласно второму варианту осуществления соединительный элемент образован путем совмещения по меньшей мере двух литых деталей. Отливка в виде двух частей облегчает процесс отливки литых деталей, но, с другой стороны, требует совмещения литых деталей для формирования соединительного элемента, что требует сварки или других способов соединения.
Соединительный элемент может содержать боковые стенки и вторые отверстия на обеих боковых стенках соединительного элемента для обслуживания и подсоединения разъемов трубопроводов к линиями, содержащимися в подъемной стреле. Таким образом, подсоединение и затяжка разъемов являются простыми и могут быть легко выполнены через второе отверстие без специальных инструментов.
Первая точка поворота, вторая точка поворота и третья точка поворота могут быть размещены в соединительном элементе таким образом, что между точками поворота образуется треугольник, если смотреть на подъемную стрелу в направлении оси вращения точек поворота, наибольший угол α треугольника которых составляет не более 120°, предпочтительно 60°, когда угол α находится в месте расположения второй точки поворота, тогда как местоположения первой точки поворота и третьей точки поворота определяют размер угла. Все три точки поворота в таком случае расположены близко друг к другу, поэтому размер литого соединительного элемента также остается приемлемым. Это означает, что отливка детали проще и экономичнее, с хорошими свойствами отливки и качества.
Во второй точке поворота угол треугольника составляет предпочтительно 60-100°, наиболее предпочтительно 75-90°. Точки поворота в таком случае располагаются очень близко друг к другу и длина литого соединительного элемента может составлять всего 40-60 см.
Складывающий цилиндр крана предпочтительно выдвигается. Таким образом, третья точка поворота может быть ближе к первому концу подъемной стрелы как часть компактного соединительного элемента.
Складывающий цилиндр предпочтительно содержит удлинитель для соединения складывающего цилиндра с третьей точкой поворота. С помощью удлинителя складывающий цилиндр может быть прикреплен к третьей точке поворота в соединительном элементе на первом конце подъемной стрелы без увеличения смещения цилиндра.
Подъемная стрела предпочтительно представляет собой коробчатую конструкцию. Таким образом, ее можно выполнить как относительно легкую конструкцию.
Как соединительный элемент, так и коробчатая конструкция подъемной стрелы предпочтительно содержат соединительные поверхности для присоединения соединительного элемента и подъемной стрелы друг к другу. Соединительный элемент и подъемная стрела надежно соединены с помощью соединительных поверхностей.
Соединительные поверхности в боковых стенках стрелы между коробчатой конструкцией подъемной стрелы и соединительным элементом могут быть изогнутой формы, чтобы минимизировать изменения в жесткости. Соединение в таком случае делается максимально однородным и прочным.
В рабочей машине предпочтительно расположен удлиненный передаточный цилиндр. С помощью удлиненного передаточного цилиндра складывающаяся стрела может быть прикреплена непосредственно к соединительному элементу подъемной стрелы крана, хотя третья точка поворота расположена дальше, чем обычно от складывающейся стрелы.
Согласно одному варианту осуществления, кран содержит подъемный захват для захвата дерева или обрабатывающую головку как для захвата дерева, так и для обработки дерева. Для этой цели можно гибко провести трубопроводы через соединительный элемент, так как разъемы трубопроводов можно затянуть через вторые отверстия.
Подъемный цилиндр предпочтительно содержит кожух и поршневой шток, причем первый конец подъемного цилиндра образован в поршневом штоке, а второй конец - в кожухе, а складывающий цилиндр содержит второй кожух и второй поршневой шток, причем первый конец складывающего цилиндра образован во втором кожухе, а второй конец - во втором поршневом штоке. Таким образом, создаются достаточно большие силы для подъема тяжелого груза.
Складывающаяся стрела может быть телескопической. В кране согласно изобретению хороший вылет достигается с помощью телескопической складывающейся стрелы.
Первая точка поворота предпочтительно находится дальше от точки поворота складывающейся стрелы, чем вторая и третья точки поворота. Подъем подъемной стрелы в таком случае происходит за счет выдвижения подъемного цилиндра, когда генерирование мощности является эффективным.
Длина соединительного элемента может составлять 10-40%, предпочтительно 15-20% длины подъемной стрелы. Его вес в таком случае остается приемлемым.
Ширина соединительного элемента в первой точке поворота может составлять 70-100% расстояния между первой и второй точками поворота. Первая точка поворота будет в таком случае достаточно широкой, чтобы успешно выдерживать крутящие моменты, действующие на подъемную стрелу.
Ширина соединительного элемента в первой точке поворота может составлять 5-20%, предпочтительно 10-17% длины подъемной стрелы. Первая точка поворота будет в таком случае достаточно широкой, чтобы успешно выдерживать крутящие моменты, действующие на подъемную стрелу.
Предназначение рабочей машины согласно изобретению может быть достигнуто посредством рабочей машины, которая содержит кран и прикрепленный к крану инструмент, причем кран представляет собой кран согласно изобретению согласно любому из вышеуказанных вариантов осуществления.
Далее изобретение подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, представляющие некоторые варианты осуществления изобретения, в которых:
На Фиг. 1a представлен вид сбоку отдельно крана согласно предшествующему уровню техники,
На Фиг. 1b представлен вид сбоку рабочей машины согласно предшествующему уровню техники, в которой имеется кран согласно предшествующему уровню техники,
На Фиг. 2a представлен вид сбоку отдельно крана согласно изобретению,
На Фиг. 2b представлен вид сбоку отдельно шасси рабочей машины согласно изобретению, на котором установлен кран согласно изобретению,
На Фиг. 2c представлен вид сбоку рабочей машины согласно изобретению, на которой установлен кран согласно изобретению,
На Фиг. 3 представлена подъемная стрела крана согласно изобретению, аксонометрически показанная отдельно с соединительным элементом и отдельно второй соединительный элемент,
На Фиг. 4a представлена подъемная стрела крана согласно изобретению, отдельно вид сверху,
На Фиг. 4b представлена подъемная стрела крана согласно изобретению, отдельно вид снизу,
На Фиг. 5a представлена подъемная стрела крана согласно изобретению, отдельно вид сбоку,
На Фиг. 5b представлен вид сбоку в разрезе A-A Фиг. 4b,
На Фиг. 5c аксонометрически представлено поперечное сечение немного в сторону поперечного сечения A-A Фиг. 4b, на которой видны опорные конструкции соединительного элемента,
На Фиг. 5d представлена принципиальная схема расположения точек поворота относительно друг друга в соединительном элементе, причем соединительный элемент и второй соединительный элемент показаны преувеличенно близко друг к другу,
На Фиг. 6a представлен соединительный элемент крана согласно изобретению, если смотреть в продольном направлении подъемной стрелы,
На Фиг. 6b представлено поперечное сечение B-B на фиг. 5a, если смотреть в продольном направлении подъемной стрелы,
На Фиг. 7 представлено крепление первой точки поворота между подъемной стрелой и вертикальной стрелой, в направлении подъемной стрелы.
На Фиг. 1b представлена рабочая машина 100 согласно предшествующему уровню техники, к которой прикреплен кран 10 согласно предшествующему уровню техники. На фигуре рабочая машина 100 представляет собой лесозаготовительный трактор. Кран 10 может быть установлен на шасси 104 рабочей машины 100, а инструмент 102 предпочтительно подвешен на кране 10 на конце складывающейся стрелы 20 крана 10. Складывающаяся стрела 20 предпочтительно также обычно содержит удлинитель, который можно выдвигать телескопически изнутри складывающейся стрелы, используя линейное движение в продольном направлении складывающейся стрелы. Инструмент 102 может быть, например, захватом 106 в соответствии с Фиг. 1b или валочной головкой, которая подвешена на складывающейся стреле 20 с помощью вращающегося устройства 108. Как видно на Фиг. 1b, третья точка 40' поворота, соединяющая складывающий цилиндр 30 с подъемной стрелой 14, расположена довольно далеко от первой точки 36 поворота и второй точки 38 поворота, которые расположены на первом конце 16 подъемной стрелы 14.
На Фиг. 2а-2с представлен кран 10 согласно изобретению. На Фиг. 2b кран 10 прикреплен к шасси 104 рабочей машины согласно изобретению, и на Фиг. 2c - в свою очередь к рабочей машине 100 согласно изобретению. Согласно Фиг. 2a-2c кран 10 согласно изобретению содержит основание 110, опорную стрелу 12, подъемную стрелу 14, складывающуюся стрелу 20, подъемный цилиндр 24 и складывающий цилиндр 30. Подъемная стрела 14 содержит полый литой соединительный элемент 42, в котором образованы по меньшей мере первая точка 36 поворота и вторая точка 38 поворота, и предпочтительно также третья точка 40 поворота. При работе крана 10 на первую точку 36 поворота и вторую точку 38 поворота воздействуют значительно большие силы, чем на третью точку поворота, которая также может быть выполнена с помощью прорезей согласно предшествующему уровню техники непосредственно на подъемной стреле, как показано на Фиг. 2b под ссылочным номером 40'. В настоящей заявке, термин точка поворота относится к точкам поворота, оси вращения которых, в рабочем положении в значительной степени горизонтальны, или, другими словами перпендикулярны продольному направлению опорной стрелы, подъемной стрелы и складывающейся стрелы. В кране 10 согласно изобретению подъемный цилиндр 24 предпочтительно содержит кожух 94 и поршневой шток 95 согласно Фиг. 2а. Первый конец 26 подъемного цилиндра 24 образован в поршневом штоке 95, а второй конец 28 - в кожухе 94. Складывающий цилиндр 30 содержит второй кожух 96 и второй поршневой шток 97, и первый конец 32 складывающего цилиндра 30 образован во втором кожухе 96, а второй конец 34 - во втором поршневом штоке 97. Таким образом, при использовании крана при выдвижении подъемной стрелы и складывающейся стрелы создаются большие силы.
Кран 10 прикреплен к шасси 104 рабочей машины 100 с помощью основания 110 и опорная стрела 12 прикреплена с возможностью вращения, например, к основанию 110 сверху шасси 104 рабочей машины 100, на первом конце 12.1, принадлежащем опорной стреле 12. Подъемная стрела 14, содержащая первый конец 16 и второй конец 18, шарнирно прикреплена ко второму концу 12.2, принадлежащему опорной стреле 12. Подъемная стрела 14 шарнирно прикреплена первым коном 16 к опорной стреле 12 посредством точки 36 поворота. Складывающаяся стрела 20 содержит два конца, с помощью ее второго конца 20.2 инструмент 108 подвешен на складывающейся стреле 20 или на телескопическом удлинителе складывающейся стрелы (не показан на фигурах). Складывающаяся стрела 20 может быть подвешена в середине с помощью шарнирной конструкции 25 на втором конце 18 подъемной стрелы 14. Шарнирная конструкция 25 может представлять собой устройство, подобное известному из предшествующего уровня техники, в котором второй конец 34 складывающего цилиндра 30 присоединен с помощью пятой точки 39 поворота к промежуточному рычагу 66, который в свою очередь шарнирно прикреплен на втором конце к складывающейся стреле 20 и между концами которого шарнирно прикреплен второй промежуточный рычаг 68, который в свою очередь шарнирно прикреплен вторым концом ко второму соединительному элементу 74.
Между опорной стрелой 12 и подъемной стрелой 14 шарнирно прикреплен подъемный цилиндр 24, содержащий первый конец 26 и второй конец 28, из которых первый конец 26 шарнирно прикреплен к четвертой точке 37 поворота, принадлежащей опорной стреле 12, и второй конец 28 в свою очередь - ко второй точке 38 поворота подъемной стрелы 14. Вращение подъемной стрелы 14 вокруг первой точки 36 поворота относительно опорной стрелы 12 достигается с помощью подъемного цилиндра 24. Между подъемной стрелой 14 и складывающейся стрелой 20 шарнирно прикреплен складывающий цилиндр 30, содержащий первый конец 32 и второй конец 34, причем первый конец 32 шарнирно прикреплен к третьей точке 40 поворота подъемной стрелы 14 и второй конец 34 шарнирно прикреплен к пятой точке 39 поворота складывающейся стрелы 20. Вращение складывающейся стрелы 20 вокруг точки поворота 41 складывающего цилиндра подъемной стрелы, принадлежащей подъемной стреле 14, относительно подъемной стрелы 14 достигается с помощью складывающего цилиндра 30. Согласно Фиг. 2a-2c складывающий цилиндр 30 предпочтительно значительно длиннее, чем в кране 10 согласно предшествующему уровню техники вариантов осуществления на Фиг. 1a и 1b. Это происходит из-за того, что в кране 10 согласно изобретению третья точка 40 поворота расположена ближе к первому концу 16 подъемной стрелы 14, поэтому складывающий цилиндр 30 должен быть длиннее.
В отличие от предшествующего уровня техники, в кране согласно изобретению по меньшей мере первая точка 36 поворота и вторая точка 38 поворота, также как и предпочтительно третья точка 40 поворота образованы, согласно Фиг. 3, как часть соединительного элемента 42, который является полой литой конструкцией. В кране 10 согласно изобретению, сварная коробчатая конструкция 84 подъемной стрелы 14, известная из предшествующего уровня техники, предпочтительно заканчивается уже до первого конца 16 и второго конца 18 подъемной стрелы 14 и продолжается в середине подъемной стрелы 14, кроме концов 16 и 18. В предшествующем уровне техники коробчатая конструкция 84, как сварная конструкция, была непрерывной по всей длине подъемной стрелы 14, так что точки 36, 38 и 40 поворота первого конца 16 подъемной стрелы 14 должны были быть образованы с помощью отдельных сварных пластин 70. В кране 10 согласно изобретению подъемная стрела содержит отдельный соединительный элемент 42, который прикреплен к коробчатой конструкции 84 подъемной стрелы 14, чтобы образовать первый конец 16 подъемной стрелы 14. Подъемная стрела 14 предпочтительно также содержит второй соединительный элемент 74, который прикреплен к коробчатой конструкции 84, таким образом, образуя второй конец 18 подъемной стрелы 14.
Согласно изобретению, соединительный элемент 42 образован путем литья, поэтому он представляет собой крепкую конструкцию. Соединительный элемент, предпочтительно единый литой элемент 54, но он также может быть образован из двух отдельных литых элементов, которые соединены вместе предпочтительно путем сварки. Соединительный элемент 42 предпочтительно содержит все точки поворота, присоединяясь к первому концу 16 подъемной стрелы 14, то есть первую точку 36 поворота, вторую точку 38 поворота, и третью точку 40 поворота. Кроме этого, соединительный элемент 42 также содержит боковые стенки 55, в которых образованы вторые отверстия 56, и внешнюю часть 55.1 и нижнюю часть 55.2 (показано на Фиг. 4b). Образованные в одном литом элементе силы между точками 36, 38 и 40 поворота передаются вдоль литой конструкции соединительного элемента 42 на довольно короткое расстояние, поэтому рычаги сил короткие, и крутящие моменты, действующие на соединительный элемент, остаются значительно меньшими, чем в решениях предшествующего уровня техники.
Согласно Фиг. 4а и 4b, соединительный элемент 42 предпочтительно содержит отверстие 44, через которое трубопровода 46, показанные на Фиг. 5b, можно провести согласно Фиг. 2с из опорной стрелы 12 через подъемную стрелу 14 до складывающейся стрелы 20 и через нее к инструменту 102. Отверстие 44 предпочтительно образовано таким образом, что оно образует отверстие в каналообразной конструкции, образованной коробчатой конструкцией 84 подъемной стрелы 14 на первом конце 16 подъемной стрелы 14. Согласно Фиг. 4а отверстие 44 может находиться под небольшим углом относительно продольного поперечного направления А подъемной стрелы 14, когда перпендикуляр места отверстия 44 находится под уклоном назад относительно подъемной стрелы 14. Согласно Фиг. 4а отверстие 44 расположено на поверхности соединительного элемента 42 между первой точкой 36 поворота и третьей точкой 40 поворота. В связи с этим, ссылка на трубопровода может означать электрические трубопроводы, трубопроводы для рабочей среды, такие как, например, гидравлические шланги или трубопроводы для другой среды, такие как шланги для окрашенной среды.
В связи с этим следует понимать, что, хотя в заявке рабочие устройства крана описаны как гидравлические цилиндры, которые на практике работают гидравлически как часть гидравлической системы рабочей машины, также могут использоваться другие виды рабочих устройств в качестве рабочих устройств. В гидравлических цилиндрах рабочая среда, то есть гидравлическая жидкость, вводится в гидравлические цилиндры и выводится из них внутри системы и контролируется системой. С другой стороны, рабочие устройства могут быть электрическими или электромеханическими рабочими устройствами, с помощью которых достигается соответствующее линейное продольное движение. Дополнительно, в качестве альтернативы рабочим устройством может быть гидравлический цилиндр, который содержит свой собственный гидравлический контур вместе с насосами и получает свою энергию в виде электричества по трубопроводам. Гидравлический контур в таком случае управляется и приводится в действие электрически, когда система рабочего устройства работает от электрической энергии и преобразует электрическую энергию в поток рабочей среды.
В дополнение к отверстию 44 соединительный элемент 42 предпочтительно также содержит третье отверстие 82, показанное на Фиг. 4b, которое расположено в соединительном элементе 42 на внешней стороне между первой точкой 36 поворота и второй точкой 38 поворота, предпочтительно в нижней части 55.2 соединительного элемента 42. Другими словами, третье отверстие 82 находится в нижней поверхности подъемной стрелы 14, когда подъемная стрела 14 находится в горизонтальном положении. Третье отверстие 82 предпочтительно также образует путь, вдоль которого второй конец 28 подъемного цилиндра 24 размещается внутри соединительного элемента 42 и крепится через соединительный элемент 42. Соединительный элемент 42 находится в таком случае по обе стороны второго конца 28 подъемного цилиндра 24 и четвертая точка 37 поворота образуется между подъемным цилиндром 24 и опорной стрелой 12. Другими словами, соединительный элемент 42 образует выступ для второго конца 28 подъемного цилиндра 24. Стрелы крана вращаются вокруг вертикальной оси с помощью вращающихся цилиндров 114, которые расположены в основании 110. Основание в свою очередь прикреплено к шасси 104 рабочей машины 100 и опорная стрела 12 вращается на верхней части основания 110.
На Фиг. 5а представлен вид сбоку подъемной стрелы 14 крана согласно изобретению. На Фиг. 5a показаны соединительные поверхности 80.1 и 80.2 между соединительным элементом 42 и коробчатой конструкцией 84 подъемной стрелы 14, с помощью которой соединительный элемент 42 и коробчатая конструкция 84 соединены друг с другом. Соединительные поверхности 80.1 и 80.2 предпочтительно сваривают друг с другом, чтобы создать постоянное соединение. Соединительные поверхности 80.1 и 80.2 изогнуты в поперечном направлении относительно продольного направления подъемной стрелы 14, чтобы создать длинный сварной шов, длина которого и возникающие в нем изгибы, то есть точки 80.5, предотвращали быстрые изменения жесткости подъемной стрелы 14 в продольном направлении подъемной стрелы. Второй соединительный элемент 74 также может быть прикреплен к коробчатой конструкции 84 подъемной стрелы 14 с помощью изогнутых соединительных поверхностей 80.3 и 80.4.
Согласно Фиг. 5a боковые стенки 55 соединительного элемента 42 могут содержать вторые отверстия 56 для соединения разъемов 90 трубопроводов 46, показанных на Фиг. 5b. Другими словами, плоскость второго отверстия 56 вертикальна. С помощью второго отверстия 56, оператор может легко соединить разъемы 90 трубопроводов 46, идущих от опорной стрелы 12 к трубопроводам 46, проходящим через подъемную стрелу 14, так как разъемы 90 легко доступны через второе отверстие 56. Делая ссылку на второе отверстие 56, следует понимать, что с обеих сторон соединительного элемента 42 имеется по одному второму отверстию, так что в этой точке в соединительном элементе 42 образуется прямое соединение через соединительный элемент 42 в поперечном направлении подъемной стрелы 14. Здесь также следует понимать, что отверстия соединительного элемента 42, то есть отверстие 44, второе отверстие 56, и третье отверстие 82 - все также облегчают вес соединительного элемента 42 и создают экономию материалов. Окружения отверстий укреплены утолщениями, которые могут быть образованы, например, путем использования более толстого материала вокруг отверстий, чем где-либо в соединительном элементе.
На Фиг. 5b представлен вид сбоку подъемной стрелы 14 крана согласно изобретению и как поперечное сечение вдоль центральной линии A-A на Фиг. 4b. На Фиг. 5c показано поперечное сечение C-C немного в сторону от центральной линии A-A. Согласно Фиг. 5с, опорная конструкция 52 образована на обеих боковых стенках 55 соединительного элемента 42 относительно центральной линии А-А подъемной стрелы 14 между по меньшей мере двумя точками 36, 38 и 40 поворота, которая усиливает соединительный элемент 42 и действует как передающий усилие элемент в соединительном элементе 42. Более конкретно, опорная конструкция 52 представляет собой предпочтительно более толстый слой материала, чем более тонкие конструкции соединительного элемента, которая при передаче усилия соединяет по меньшей мере две точки поворота друг с другом. Согласно одному варианту осуществления, все точки поворота взаимно соединены друг с другом опорными конструкциями. Более конкретно, окружение отверстий вала каждой точки поворота представляет собой усиленную конструкцию, в которой толщина материала больше. Опорная конструкция 52 также отчетливо видна на Фиг. 5с, на которой продольное поперечное сечение подъемной стрелы 14 выполнено вдоль поперечного сечения С-С на Фиг. 6а рядом с центральной линией.
Возвращаясь к Фиг. 5а, местоположение первой точки 36 поворота, второй точки 38 поворота и третьей точки 40 поворота в соединительном элементе 42 является предпочтительно таким, что, если смотреть со стороны, точки поворота 36, 38 и 40 образуют треугольник 60, который показан на фигуре пунктирными линиями. Наибольший угол α треугольника 60, который находится у второй точки 38 поворота, может составлять не более 120°, но предпочтительно 60-100°, наиболее предпочтительно 75-90°, причем местоположения первой точки 36 поворота и третьей точки 40 поворота определяют величину угла. Точки 36, 38 и 40 поворота в таком случае располагаются близко друг к другу, что позволяет уменьшить внешние размеры соединительного элемента 42 и, следовательно, укоротить плечо момента в случае действия сил на соединительный элемент через различные точки поворота. В случае второй точки 38 поворота угол треугольника 60 составляет предпочтительно 85-95°. Вторая точка 38 поворота и третья точка 40 поворота по существу тогда располагаются друг над другом вертикально, когда подъемная стрела 14 находится в горизонтальном положении. Это, в свою очередь, позволяет создать достаточно большое отверстие 44 между первой точкой 36 поворота и третьей точкой 40 поворота и разместить третью точку 40 поворота немного ближе к складывающейся стреле 20. Размещение третьей точки 40 поворота ближе к складывающейся стреле 20 со своей стороны допускает несколько более короткую конструкцию в складывающем цилиндре 30.
На Фиг. 5d соединительный элемент 42 и второй соединительный элемент 74 показаны преувеличено близко друг к другу, так что можно отчетливо увидеть точки пересечения p1 и p2 линии z между первой точкой 36 поворота и точкой 41 поворота складывающейся стрелы подъемной стрелы и отрезков прямой j и k, проведенных перпендикулярно ей от второй точки 38 поворота и третьей точки 40 поворота. В действительности, соединительный элемент 42 и второй соединительный элемент 74 находятся далеко друг от друга, согласно Фиг. 5а и 5b. Согласно фигуре расстояние d между точками пересечения j и k составляет предпочтительно 0-20% длины линии z.
Согласно Фиг. 1b и 2b, в кране 10 согласно изобретению складывающий цилиндр 30 длиннее, чем в кранах 10 согласно предшествующему уровню техники, так как крепление складывающего цилиндра 30 к третьей точке 40 поворота подъемной стрелы 14 расположено в кране 10 согласно изобретению ближе к первому концу подъемной стрелы 14, чем в кранах согласно предшествующему уровню техники. Смещение складывающего цилиндра может соответствовать таковому в предшествующем уровне техники, но складывающий цилиндр 30 предпочтительно содержит удлинитель 98 согласно Фиг. 2а, так что складывающий цилиндр 30 вытягивается до третьей точки 40 поворота соединительного элемента 42.
Предпочтительно, соединительный элемент крана согласно изобретению имеет длину 50-100 cм, ширину 20-50 cм, и высоту 50-80 cм. Толщина боковых сторон соединительного элемента может составлять, например, 10-25 мм. Используемой сталью может быть, например, сталь производства шведской компании SSAB и известная под названием Strenx 650 или аналогичная, с пределом прочности 1650-2000 Н/мм². Соединительный элемент может быть изготовлен методом отливки в стержневой форме. На стадии литья соединительного элемента форма предпочтительно содержит две половинки, из которых в первой имеется форма и стержень, а во второй - вторая половина формы. При литье стержень поддерживается через отверстия внутри полых деталей с помощью песчаных штифтов, и когда отлитый соединительный элемент затвердел, стержень путем раскачивания вынимают из полых деталей. Отверстия не ослабляют конструкцию соединительного элемента, так как они расположены в местах, где большие напряжения естественно не образуются.
Согласно Фиг. 2а-2с второй конец 28 подъемного цилиндра 24 прикреплен ко второй точке 38 поворота соединительного элемента 42, который имеет вилкообразную форму, то есть второй конец подъемного цилиндра 24 заходит внутрь соединительного элемента. С другой стороны, первая точка 36 поворота и третья точка 40 поворота имеют, в свою очередь, лапкообразную форму, то есть второй конец 12.2 опорной стрелы 12 содержит, согласно Фиг. 7, вилку 92, которая предназначена для получения моментов, действующих на подъемную стрелу. Вилка имеет ширину 150-500 мм, предпочтительно 250-350 мм. С помощью широкой вилки моменты, действующие на подъемную стрелу, эффективно передаются на опорную стрелу с помощью жесткого соединительного элемента.
Длина подъемной стрелы крана может составлять 150-300 см, ее высота 15-30 см, а ширина 20-40 см. Складывающаяся стрела может быть того же размера, что и подъемная стрела. Со своей стороны, опорная стрела может составлять 100-200 см в длину, 20-50 см в ширину и 15-30 см в высоту, при этом опорная стрела установлена горизонтально.
В рабочей машине согласно изобретению кран управляется с помощью блока клапанов и блока управления, принадлежащих рабочей машине или крану согласно предшествующему уровню техники, с помощью которых контролируется поток гидравлического масла в подъемный и складывающий цилиндры. Подъемный и складывающий цилиндры предпочтительно управляются отдельно.
Кран согласно изобретению может использоваться, например, в лесозаготовительных машинах, которые могут быть рабочими машинами, использующими харвестер, или форвардерами, но также и в других применениях, таких как, например, связанными с захватами.
1. Кран, содержащий:
основание (110) для крепления крана (10) к рабочей машине (100),
опорную стрелу (12), прикрепленную с возможностью вращения к основанию (110),
подъемную стрелу (14), содержащую первый конец (16) и второй конец (18), причем подъемная стрела (14) шарнирно прикреплена первым концом (16) к опорной стреле (12),
складывающуюся стрелу (20), содержащую два конца (22), причем складывающаяся стрела (20) шарнирно прикреплена на втором конце (18) подъемной стрелы (14) для подвешивания инструмента (102) на кран (10),
подъемный цилиндр (24), содержащий первый конец (26) и второй конец (28), причем подъемный цилиндр (24) шарнирно прикреплен первым концом (26) с соединением с опорной стрелой (12) и вторым концом (28) к подъемной стреле (14), для приведения в действие подъемной стрелы (14),
складывающий цилиндр (30), содержащий первый конец (32) и второй конец (34), причем складывающий цилиндр (30) шарнирно прикреплен первым концом (32) к подъемной стреле (14) и вторым концом (34) к складывающейся стреле (20), для приведения в действие складывающейся стрелы (20),
при этом подъемная стрела (14) содержит первую точку (36) поворота для соединения опорной стрелы (12) с подъемной стрелой (14) и получения крутящих моментов, действующих на подъемную стрелу (14), вторую точку (38) поворота для соединения подъемного цилиндра (24) с подъемной стрелой (14) и третью точку (40) поворота для соединения складывающего цилиндра (30) с подъемной стрелой (14), отличающийся тем, что указанная подъемная стрела (14) дополнительно содержит полый литой соединительный элемент (42), расположенный на первом конце (16) подъемной стрелы (14), причем в этом соединительном элементе (42) расположены по меньшей мере указанная первая точка (36) поворота, и вторая точка (38) поворота, и третья точка (40) поворота, а соединительный элемент (42) содержит отверстие (44) для прокладки трубопроводов, предпочтительно гидравлических трубопроводов, через соединительный элемент (42) и в подъемную стрелу (14).
2. Кран по п. 1, отличающийся тем, что опорная стрела (12) содержит вилку (92) для крепления опорной стрелы (12) к первой точке (36) поворота вокруг соединительного элемента (42).
3. Кран по п. 2, отличающийся тем, что вторая точка (38) поворота и третья точка (40) поворота расположены относительно линии (Z) между первой точкой (36) поворота и точкой (41) поворота складывающейся стрелы (20), принадлежащей второму концу (18) подъемной стрелы (14) таким образом, что точка (p1) пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии (z), проходящей через вторую точку поворота, расположена на линии (z) на расстоянии (d) от точки (p2) пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии (z), проходящей через третью точку (48) поворота, при этом расстояние (d) составляет 0-20%, предпочтительно 8-15% длины линии (z), для того, чтобы выровнять нагрузку крана (10).
4. Кран по п. 3, отличающийся тем, что точка (p2) пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии (z), проходящей через третью точку (48) поворота, и точка (p1) пересечения отрезка прямой, перпендикулярной линии (z), проходящей через вторую точку (38) поворота, расположены на расстоянии 1-20% длины линии (z) к первой точке (36) поворота, образованной в этом направлении, предпочтительно на расстоянии 5-15%.
5. Кран по п. 3, отличающийся тем, что вторая точка (38) поворота расположена относительно указанной линии (z) по другую сторону линии от третьей точки (40) поворота.
6. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанное отверстие (44) расположено на пути между первой точкой (36) поворота и третьей точкой поворота, или первой точкой (36) поворота и второй точкой (38) поворота, причем поверхность отверстия (44) в соединительном элементе (42) параллельна осям вращения точек (36,38,40) поворота.
7. Кран по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент (42) содержит боковые стенки (55), каждая из которых имеет по меньшей мере две опорные конструкции (52) между точками (36,38,40) поворота, каждая из опорных конструкций (52) соединяет друг с другом по меньшей мере две точки (36,38,40) поворота на одной боковой стенке (55).
8. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанный соединительный элемент (42) представляет собой единый литой элемент (54).
9. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанный соединительный элемент (42) образован путем совмещения по меньшей мере двух литых элементов (54).
10. Кран по п. 1, отличающийся тем, что соединительный элемент (42) содержит боковые стенки (55) и вторые отверстия (56) на обеих боковых стенках (55) соединительного элемента (42) для обслуживания и подсоединения разъемов трубопроводов (46) к линиям, содержащимся в подъемной стреле (14).
11. Кран по п. 1, отличающийся тем, что кран (10) содержит подъемный захват для захвата дерева или обрабатывающую головку как для захвата дерева, так и для обработки дерева.
12. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанный подъемный цилиндр (24) содержит кожух (94) и поршневой шток (95), и первый конец (26) указанного подъемного цилиндра (24) образован в указанном поршневом штоке (95) и второй конец (28) - в кожухе (94), и указанный складывающий цилиндр (30) содержит второй кожух (96) и второй поршневой шток (97), и первый конец (32) указанного складывающего цилиндра (30) образован в указанном втором кожухе (96) и второй конец (34) - во втором поршневом штоке (97).
13. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанная первая точка (36) поворота расположена дальше от точки (41) поворота складывающейся стрелы (20), чем вторая точка (38) поворота и третья точка (40) поворота.
14. Кран по п. 1, отличающийся тем, что указанный складывающий цилиндр (20) содержит удлинитель (98) для соединения складывающего цилиндра (20) с третьей точкой (40) поворота соединительного элемента (42).
15. Рабочая машина, которая содержит кран (10) и инструмент (102), прикрепленный к крану (10), отличающаяся тем, что указанный кран (10) является краном (10) по п. 1.
