| JP01295925 | RESONANTLY DRIVEN EARTH MOVING MACHINE |
| JP61024731 | RIPPING METHOD FOR BEDROCK |
| WO/2006/105454 | TRENCH WALL RIPPER APPARATUS |
| REIVINDICACIONES 1. Ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras del tipo utilizado para romper y arrancar elementos duros del terreno, como piedra, hormigón, asfalto o similar que comprende un rejón (1 ) unido al cabezal (5) de Ia máquina excavadora por medio de una pluralidad de elementos de unión (6) y que se caracteriza porque comprende, al menos, un rejón (1 ), unos medios de accionamiento (2,3) y un acumulador de energía (4), en donde el conjunto formado por el rejón (1 ), los medios de accionamiento (2,3) y el acumulador de energía (4) está solidariamente unido a dicho rejón (1 ). 2. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 1 caracterizado porque los medios de accionamiento (2,3) están formados por una primera leva (2) y una segunda leva (3) simétricas respecto del eje vector (7) del rejón (1 ) y en donde el eje de Ia primera leva (2) está engranado con el eje de Ia segunda leva (3), siendo dicho eje vector (7) sobre el que se efectúa el ataque al terreno entre las posiciones replegada (A) y desplegada (B) del rejón (1 ). 3. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 2 caracterizado porque los medios de accionamiento (2,3) están conectados con un motor hidráulico que recibe Ia presión y el caudal de aceite desde Ia propia máquina excavadora, que se encarga de hacer que Ia primera leva (2) y Ia segunda leva (3) giren en sentidos opuestos una con respecto a Ia otra. 4. Ripper percutor hidráulico según las reivindicaciones 2 y 3 caracterizado porque en Ia posición desplegada (B) del rejón (1 ) las levas (2,3) están situadas en una posición angular de -90Q, arrastrando al rejón (1 ) descendentemente. 5. Ripper percutor hidráulico según las reivindicaciones 2 a 4 caracterizado porque en Ia posición replegada (A) del rejón (1 ) las levas (2,3) están situadas en una posición angular de 90Q, arrastrando al rejón (1 ) ascendentemente y comprimiendo al acumulador de energía (4). 6. Ripper percutor hidráulico según las reivindicaciones 2 a 5 caracterizado porque Ia energía acumulada en el acumulador de energía (4) se libera durante el descenso del rejón (1 ) al terreno. 7. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 1 caracterizado porque los medios de accionamiento (2,3) los medios de accionamiento (2,3) están formados por una primera leva (2) y una segunda leva (3) configuradas para describir un ángulo (α,β) entre el eje vector (7) y el eje de guiado (7') generando un movimiento elíptico (8) en el extremo del rejón (1 ). 8. Ripper percutor hidráulico, según Ia reivindicación 7 caracterizado porque el movimiento elíptico (8) en el extremo del rejón se consigue mediante el cambio del ángulo que tienen entre sí Ia primera leva (2) y Ia segunda leva (3), en donde dicho movimiento puede ser reglado, de tal forma que Ia elipse (8) que describe el extremo del rejón (1 ) sea siempre igual, o bien variable, es decir que Ia variación del ángulo se efectúa de forma automática o manual. 9. Ripper percutor hidráulico, según Ia reivindicación 7 caracterizado porque Ia elipse (8) trazada por el extremo del rejón (1 ) puede ser alcanzada mediante el cambio del centro de gravedad entre los medios de accionamiento (2,3), siendo dicho medios de accionamiento (2,3) no simétricos entre sí. 10. Ripper percutor hidráulico según reivindicación 1 caracterizado porque los elementos de unión (6) son asimétricos entre sí, y variables en longitud y posición dentro del conjunto, estando además configurados para provocar una trayectoria (9) en el extremo del rejón (1 ) orientada hacia el interior de Ia máquina. 1 1 . Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el acumulador de energía (4) varía su rigidez haciendo ascender y/o descender Ia presión del gas y/o variando el volumen interno del acumulador de energía (4) de forma manual o automática. 12. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 1 caracterizado porque Ia posición del acumulador de energía (4) varía haciendo que Ia transmisión de fuerza entre el rejón (1 ) y el acumulador de energía (4) no sea directa, alineada y lineal, configurando un cambio en Ia energía del impacto. 13. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 12 caracterizado porque Ia posición entre el ángulo entre el acumulador (4) y el rejón (1 ) no está alineado. 14. Ripper percutor hidráulico según Ia reivindicación 12 caracterizado porque el acumulador de energía (4) y el rejón (1 ) interactúan mediante un sistema de palancas. |
DESCRIPCIÓN
El objeto de Ia presente invención es un ripper percutor hidráulico como implemento para una máquina excavadora que arranca y rompe piedra, hormigón, asfalto, etc., y que consiste, esencialmente en un motor hidráulico que recibe presión y caudal de aceite desde Ia máquina excavadora y que se encarga de accionar una serie de elementos que arrastran un rejón, imprimiéndole el movimiento adecuado para atacar el suelo.
Antecedentes de Ia invención. Actualmente, los ripper para máquinas excavadoras consisten, esencialmente, en una pluralidad de rejones solidariamente unidos entre sí y accionados directamente desde Ia máquina excavadora por medios hidráulicos, tal y como se contempla en Ia patente estadounidense US2005189125 de KOMATSU, en donde las variaciones de funcionamiento y optimización de dicho funcionamiento radican en el diseño del propio rejón y Ia combinación del esfuerzo de los distintos cilindros para un mejor ataque al terreno.
No obstante, dichos sistemas carecen de medios para optimizar el ataque al terreno, directamente en cada uno de los rejones, mediante Ia percusión de cada rejón con un mecanismo independiente que imprima un movimiento de martilleo del terreno por parte del propio rejón.
El documento WO2009/022762 describe un sistema de vibración para un rejón en donde a dicho rejón se Ie transmite Ia frecuencia de Ia vibración, pero donde no se aprovecha Ia inercia del rejón para obtener un impacto contra el terreno. Esto implica que con dicho sistema de vibración no se obtenga un rendimiento alto dado que Ia aplicación de Ia vibración implica que el rejón no golpea el suelo desaprovechando Ia energía generada. Así mismo, Ia unión entre el cabezal y el conjunto rejón-vibrador se produce mediante un elemento pasivo de aislamiento tipo silent-block que aunque aisla Ia máquina, no permite re-aprovechar Ia energía de las vibraciones para atacar el suelo. Descripción de Ia invención.
Para solucionar el problema técnico de Ia optimización del ataque al terreno por un ripper, se presenta el ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención, en donde dicho ripper es del tipo utilizado para romper y arrancar elementos duros del terreno, como piedra, hormigón, asfalto o similar y que comprende un rejón unido al cabezal de Ia máquina excavadora por medio de una pluralidad de elementos de unión y que comprende, esencialmente, un rejón, con unos medios de accionamiento solidariamente unidos a un acumulador de energía en donde el conjunto formado por el rejón, los medios de accionamiento y el acumulador de energía están solidariamente unidos a dicho rejón y situados sobre el eje longitudinal del rejón sobre el que se efectúa el ataque al terreno, entre las posiciones replegada y desplegada del rejón. La principal ventaja que aporta Ia invención frente al estado de Ia técnica es que en los ripper actualmente conocidos, Ia fuerza del ripper es Ia propia de Ia máquina excavadora donde esté instalado, por el tiro de ésta, ya que simplemente clava y arrastra, mientras que en Ia presente invención, Ia fuerza del ripper es debida a Ia suma de los esfuerzos de percusión del propio ripper con Ia participación del acumulador de energía como sumatorio de fuerzas sobre el eje longitudinal del rejón que es el de ataque al suelo, clavándose en el terreno, más el tiro de Ia máquina arrastrando el terreno.
Breve descripción de las figuras.
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor Ia invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. FIG. 1 muestra una vista esquematizada del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras objeto de Ia presente invención, mostrándose en detalle el accionamiento interno.
FIG. 2 muestra una vista esquematizada del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras objeto de Ia presente invención, mostrándose en detalle el eje de actuación del rejón.
FIG. 3 muestra un diagrama de fuerzas en los medios de accionamiento del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención.
FIG. 4 muestra una vista esquematizada del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención, mostrándose el cambio de ángulo entre los medios de accionamiento.
FIG. 5 muestra una vista esquematizada del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención, mostrándose el cambio del centro de gravedad de los medios de accionamiento.
FIG. 6 muestra una vista esquematizada del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención, mostrándose el sistema de guiado mediante bielas, con dos bielas iguales (fig.6A) o con bielas desiguales
(fig.6B).
FIG. 7 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización práctica del ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras, objeto de Ia presente invención.
FIG. 8 muestra una vista explosionada de Ia vista mostrada en Ia FIG.7
FIG. 9 muestra una perspectiva inferior de Ia vista explosionada mostrada en Ia FIG. 8 apreciándose los distintos elementos que conforman el ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras objeto de Ia presente invención.
Realización preferente de Ia invención.
Tal y como se puede observar en las figuras adjuntas, el ripper percutor hidráulico para máquinas excavadoras del tipo utilizado para romper y arrancar elementos duros del terreno, como piedra, hormigón, asfalto o similar comprende, al menos, un rejón (1 ), con unos medios de accionamiento (2,3) consistentes en dos levas solidariamente unidas a un acumulador de energía (4), preferentemente un colchón de aire o un cilindro neumático y, en general, cualquier elemento que permita una acumulación de energía de tal forma que en el movimiento ascendente del rejón (1 ) dicho acumulador (4) se cargue (se comprima en el caso de un cilindro neumático o de un colchón de aire), mientras que en el movimiento descendente, dicho acumulador (4) se descargue (se descomprima en el caso de un cilindro neumático o de un colchón de aire), en donde el conjunto formado por el rejón (1 ) y los medios de accionamiento (2,3) y el acumulador de energía (4) están unidos al cabezal (5) de Ia máquina excavadora por medio de una pluralidad de uniones (6), preferentemente, bielas de anclaje. Los medios de accionamiento (2,3) están conectados con un motor hidráulico que recibe Ia presión y el caudal de aceite desde Ia propia máquina excavadora, que se encarga de hacer que Ia primera leva (2) y Ia segunda leva (3) que conforman los citados medios de accionamiento giren en sentidos opuestos una con respecto a Ia otra.
Se llama eje vector (7) al vector de fuerza que generan los medios de accionamiento (2,3) al girar. Existen distintas posibilidades para Ia situación de estos medios de accionamiento respecto de dicho eje vector (7). Una primera opción radica en que Ia posición de Ia primera leva (2) y de Ia segunda leva (3) sea simétrica respecto del eje vector (7) del rejón (1 ) definido por Ia línea que parte desde el vértice del diente del rejón (1 ) y que pasa por los puntos de giro de dicho rejón (1 ). Esta simetría viene dada porque el eje de cada leva (2,3) está engranado con el eje de Ia otra leva. Este engranaje facilita que Ia primera leva (2) y Ia segunda leva (3) giren en sentidos opuestos y no pierdan sus respectivas posiciones angulares. Es decir, que el eje vector (7) sea perpendicular al plano en el que se encuentran los ejes de giro de los medios de accionamiento (2,3). De esta forma, el extremo del rejón (1 ) describe una recta de ataque según el propio eje, tal y como se observa en las figuras 2 y 3. Así pues, y refiriéndonos a las posiciones angulares de las levas (2,3), cuando estas levas (2,3) están en una posición angular de 0 Q (definiéndose dentro del sistema de referencia formado por el eje (7) del rejón (1 ) como eje de coordenadas y el definido por las levas (2,3) como eje de abcisas, según se observa en Ia FIG.3), Ia fuerza centrífuga generada por Ia primera leva (2) anula Ia fuerza centrífuga de Ia segunda leva, dado que ambas levas (2,3) son de Ia misma masa e igual centro de gravedad (situado en el eje (7) del rejón (1 )). Este mismo efecto se consigue cuando el ángulo entre levas (2,3) es de 180 Q .
No obstante, con una posición angular de -90 Q , las fuerzas centrífugas se suman en sentido descendente (A), y dada Ia unión con el rejón (1 ), arrastran a éste, generándose el mayor vector de fuerza descendente sobre el eje (7) del rejón (1 ), impactando sobre el terreno. El efecto contrario ocurre con una posición angular de
90 Q entre levas (2,3) dado que las fuerzas se suman en sentido ascendente (B), arrastrando al rejón (1 ) el cual está solidariamente unido con el acumulador de energía (4), comprimiéndolo y aumentando su presión interna. Es entonces cuando el rejón (1 ) se separa del terreno. La energía acumulada en el acumulador (4) se liberará en el paso de las levas (2,3) de Ia posición angular +90 Q a Ia posición angular de -90 Q , es decir, durante el descenso del rejón (1 ) al terreno, ayudando a mejorar el impacto del rejón (1 ).
No obstante, es posible también que el extremo del eje vector (7) no describa una recta de ataque, como ha sido comentado en el caso anterior, sino que en otra posible realización, el extremo del rejón (1 ) describa una elipse (8) cuyo eje mayor sea precisamente el eje de guiado (7'), en lugar de Ia recta anteriormente comentada. Con esto se llega a conseguir un efecto de vaivén que favorece Ia rotura del terreno. Esto es posible alcanzarlo gracias a un cierto ángulo (α,β) generado entre el eje vector (7) y el eje de guiado (7'). Estos ángulos se consiguen teniendo en cuenta las siguientes opciones:
(a) Cambio del ángulo que tienen los medios de accionamiento (2,3) entre sí, tal y como se muestra en Ia figura 4; o
(b) Cambio del centro de gravedad de, al menos, uno de los medios de accionamiento (2,3), tal y como se muestra en Ia figura 5.
En Ia primera de las opciones, el cambio del ángulo puede ser constante, es decir, que una vez reglado, Ia elipse (8) que describe el extremo del rejón (1 ) sea siempre igual, o bien variable, es decir que Ia variación del ángulo se efectúa a voluntad por el operario, desde Ia máquina en marcha, o cambiando automáticamente en función de las revoluciones, ángulo de ataque, resistencia del terreno, o cualquier otra variable que implique una ventaja adicional el ampliar Ia elipse trazada. Este cambio de ángulo implica que entre el eje vector (7) y el eje de guiado (7') existe un cierto ángulo (α) que es el que permite el movimiento elíptico del extremo del rejón (1 ).
En Ia segunda de las opciones, Ia elipse (8) trazada por el extremo del rejón (1 ) puede ser alcanzada mediante el cambio del centro de gravedad entre los medios de accionamiento (2,3), es decir, que dichos medios de accionamiento (2,3) no sean simétricos, generando un eje de guiado (7') con un cierto ángulo (β) entre este eje de guiado (7') y el eje vector (7). Este cambio puede ser materializado mediante un aumento de Ia masa o del diámetro de uno de los medios de accionamiento (2,3). Como ha sido comentado, Ia unión entre el rejón (1 ) y Ia excavadora se realiza por medio del cabezal (5), que se fija a Ia excavadora mediante bulones o enganche rápido, si Ia máquina excavadora dispone de esta posibilidad. La unión debe ser Io más rígida posible, excepto en el propio eje (7) del rejón (1 ) que debe oscilar para golpear el terreno o cargar el acumulador de energía (4). Esta rigidez es importante, porque Ia excavadora va a crear esfuerzos de tiro a modo de uña. La fijación entre el cabezal (5) y el rejón (1 ) se consigue mediante las bielas de anclaje (6) que permiten Ia oscilación entre cabezal (5) y rejón (1 ). Las bielas de anclaje (6) pueden adoptar distintas configuraciones en cuanto a las longitudes, ángulos y/o posición inicial, consiguiendo que Ia trayectoria (9) descrita por el extremo del rejón (1 ) sea distinta a Ia trayectoria del eje vector (7), tal y como se puede observar en Ia figura 6, en donde se observa que, variando Ia longitud y punto de anclaje de una de las bielas (6'), tal y como se aprecia en Ia figura 6B, Ia trayectoria (9) del rejón (1 ) no sigue Ia misma dirección del eje vector (7), como en Ia opción de Ia figura 6A (bielas iguales), sino que dicha trayectoria es tal que favorece Ia rotura del terreno, ya que Io que se consigue con Ia desigualdad de las bielas de anclaje (6) es intensificar el movimiento de vaivén. Cuando el rejón (1 ) cae como en Ia figura 6B, el rejón (1 ) "escarba" siempre en dirección hacia Ia propia máquina, Io cual favorece Ia rotura del terreno, al contrario que en Ia figura 6A en donde hacia Ia mitad superior de Ia carrera, el rejón (1 ) se separa de Ia máquina. Dichas bielas de anclaje (6) pueden ser sustituidas por otros elementos de unión, como por ejemplo, guías lineales, con tal que permitan una fijación entre el cabezal (5) y el rejón (1 ) como el descrito.
Finalmente, cabe indicar que, en otra realización particular de Ia invención, en función de Ia resistencia que diferentes terrenos ofrecen, es interesante poder variar Ia energía de choque del rejón (1 ) actuando sobre el acumulador de energía (4), esto es, variando su rigidez y/o posición.
(A) Variación de Ia rigidez: En Ia cámara interna del acumulador de energía (4) es posible hacer ascender o descender Ia presión del gas y/o variando el volumen interno del acumulador de energía (4) de forma manual o automática, por ejemplo, mediante un sistema que disminuya el volumen interno del colchón de aire a voluntad del operario o bien reduciendo el volumen interno del cilindro neumático. Se debe tener en cuenta que cuanto más rígido sea el acumulador, menor amplitud en el movimiento, aunque éste sea más rápido.
(B) Variación de Ia posición: Se puede variar Ia posición del acumulador de energía (4) haciendo que Ia transmisión de fuerza entre el rejón (1 ) y el acumulador de energía (4) no sea directa, alineada y lineal, cambiando Ia energía del impacto. Del mismo modo, es posible cambiar el ángulo entre el acumulador (4) y el rejón o que interactúen mediante un sistema de palancas.
Ejemplo de realización práctica de Ia invención.
En Ia figura 7 se muestra una vista en perspectiva del ripper con percutor hidráulico montado y preparado para su unión con Ia máquina excavadora. En dicha figura se puede apreciar tanto el rejón (1 ) como las bielas de anclaje (6) y Ia unión al cabezal (5) de Ia máquina excavadora.
En Ia figura 8, en una vista explosionada de Ia figura 7, se puede apreciar como Ia unión con el cabezal (5) de Ia máquina se realiza mediante las bielas de anclaje (6) una delantera y otra trasera, mientras que en el cabezal propiamente dicho se diferencia el cabezal (5) del sombrero (51 ) que sirve de apoyo a Ia unión con el cabezal. Del mismo, e integradas con el rejón (1 ) se muestran los medios de accionamiento (2,3) consistentes esencialmente en dos levas engranadas entre sí, como mejor se aprecia en Ia figura 9, y accionadas por un motor (21 ), estando además situadas sobre el eje del rejón (1 ). Unido al cabezal (5) se encuentra el acumulador de energía (4), en este ejemplo práctico un colchón de aire, el cual está solidariamente unido tanto al cabezal (5) como al soporte (41 ) del rejón (1 ).