СКРЕПЕР Российский патент 1996 года по МПК E02F3/64 

Изобретение относится к горнодобывающей и строительной отраслям промышленности, а именно к добычным и строительнодорожным скреперам.

Известны [1] скреперы, которые для разрушения крепких грунтов и скальных включений снабжены породоразрушающими элементами ударного типа, дополнительно разрыхляющими грунт и (или) разбивающими включения пород врезанием кромки ковша в снимаемый слой грунта. Однако эти породоразрушающие элементы имеют низкую производительность и существенно не расширяют функциональных возможностей скреперов.

Известен также скрепер, включающий ходовую часть, систему управления, ковш с активным породоразрушающим органом в виде шнека 2. Эта машина обеспечивает разрыхление, разработку, перемещение и отсыпку различных грунтов и используется при земляных работах. Этот скрепер не обеспечивает разработки крепких и скальных пород, но может быть взят за прототип.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей скрепера путем предварительного разрушения скальных и мерзлых грунтов, а также коренных горных пород. Поставленная цель достигается тем, что скрепер оснащен планетарными породоразрушающим органом, выполненным в виде нескольких снабженных породоразрушающими элементами тел вращения, обеспечивающих эпициклоидальное движение породоразрушающим элементам. При этом оси вращения водила породоразрушающего органа и тел вращения параллельны между собой и расположены под некоторым углом обрабатываемой поверхности. Тела вращения крепятся к водилу породоразрушающего органа с помощью элементов крепления, разнесенных относительно друг друга вдоль оси органа. Разнесение элементов крепления обеспечивает разрушение целика оставленного элементом крепления одного тела вращения породоразрушающими элементами другого тела вращения, находящимися на том же уровне. Такой орган разрушает крепкие породы и закидывает часть осколков в ковш для последующей транспортировки. При этом энергоемкость разрушения резко снижается по сравнению с ранее известными скреперами. Консольное закрепление породоразрушающего органа позволяет увеличить глубину снимаемого слоя не за счет увеличения диаметра органа, а за счет увеличения его длины. Для предотвращения передачи динамических усилий на конструкцию органа между породоразрушающими элементами закрепленными на кулаках и телами вращения рабочего органа введена податливая упругая связь.

Установка нескольких породоразрушающих органов путем размещения тел вращения на нескольких водилах позволяет, при необходимости, увеличить ширину разрушаемого скрепером слоя породы. Для уравновешивания всей системы водила органов вращаются в разные стороны.

Породоразрушающие органы прикреплены к раме скрепера с помощью механизма обеспечивающего поворот органов вокруг оси параллельно разрушаемой поверхности. С его помощью органы могут быть подняты в нерабочее положение. Это требует при перемещениях скрепера, не связанных непосредственно с работой, при транспортировке им отбитой породы и при работе скрепера по грунтам, для разрушения которых достаточно усилия режущей кромки ковша. При необходимости разрушения крепкой породы работающий породоразрушающий орган с помощью поворотного механизма постепенно зарубается в породу и переводится из транспортного положения в рабочее. Надо отметить, что породоразрушающий орган может разрушать породу при угле его наклона к плоскости разрушаемого слоя от 1 до 90^o. Таким образом можно регулировать глубину снимаемого слоя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от известного технического решения тем, что породоразрушающий орган скрепера выполнен в виде консольноподвешенных перед режущей кромкой ковша и снабженных породоразрушающими элементами тел вращения. Тела вращения совершают планетарное движение вокруг общей оси органа. Элементы крепления тел вращения к оси водила разнесены относительно друг друга вдоль оси органа.

Кроме того, породоразрушающие элементы установлены на кулаках, соединенных с телами вращения посредством упругих связей.

Кроме того, породоразрушающие органы сгруппированы по несколько штук. При этом каждый последующий смещен относительно предыдущего таким образом, чтобы их зоны разрушения перекрывали друг друга, а направления вращения породоразрушающих органов противоположны.

Кроме того, породоразрушающие органы соединены с рамой скрепера с помощью поворотного механизма позволяющего, при необходимости, убирать органы от зоны разрушения, а также самозарубаться в породу.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ патентной и технической информации показывает, что предлагаемое техническое решение разрешает ряд противоречий.

Первое связано с тем, что ранее известным скреперам без активных породоразрушающих органов, либо со шнековыми органами для работы по крепким породам требуются существенные напорные усилия и значительное упрочнение режущих элементов. Достижение подобных показателей практически невозможно для пород с σ_сж≥ 30 кг/см²,, а также с включением валунов и т.п.

Заявленное устройство предоставляет возможность работы скрепера по крепким породам без увеличения усилий подачи. Это становится возможным в виду того, что породоразрушающие элементы движутся по эпициклоиде и выкалывают лишь небольшие кусочки породы, а требуемая производительность достигается за счет увеличения скорости вращения породоразрушающего органа.

Следующее противоречие связано с тем, что при работе породоразрушающего органа возникают ударные нагрузки на трансмиссию, которые многократно возрастают при увеличении скорости вращения инструмента. Динамические нагрузки требуют значительного упрочнения элементов трансмиссии или амортизации породоразрушающих элементов.

При амортизации породоразрушающих элементов возникает противоречие связанное с необходимостью обеспечения жесткости при взаимодействии с породой и, в то же время, демпфирования ударных нагрузок после взаимодействия. При этом породоразрушающие элементы, после взаимодействия сжавшие упругие элементы, должны вернуться в исходное рабочее положение за один оборот рабочего инструмента. В заявленном решении породоразрушающие элементы установлены на кулаках, связанных с телами вращения упругими связями, которые гасят ударные нагрузки, возникающие в момент взаимодействия породоразрушающего элемента и породы. Необходимая же жесткость в момент взаимодействия и возвращение кулаков в исходное положение обеспечивается за счет центробежных сил, действующих на кулак.

Упругое крепление породоразрушающих элементов позволяет увеличивать скорость их взаимодействия с породой, при одновременном снижении динамических нагрузок на корпус устройства.

Таким образом, заявленное решение являясь нетрадиционным, снимает указанные выше противоречия и соответствует изобретательскому уровню.

Изобретение поясняется чертежами. На рис.1 представлен скрепер, который включает базовый трактор 1, к которому посредством рамы 2 подсоединен рабочий ковш 4. На раме 2 так же посредством поворотного механизма 5 закреплен породоразрушающий орган 3.

На рис. 2 показан породоразрушающий орган 3, состоящий из водила 6, на котором посредством элементов крепления 7 закреплены тела вращения 8. К телам вращения 8 посредством упругих связей 9 подсоединены кулаки 10 с породоразрушающими элементами 11. Оси вращения водила 6 и тел вращения 8 параллельны между собой и перпендикулярны обрабатываемой поверхности.

На рис.3 показаны группы породоразрушающих органов, размещенных в шахматном (рис.3(а)) и последовательном (рис.3(б)) порядке, что позволяет расширить зону обработки поверхности.

Устройство работает следующим образом. Вращение на породоразрушающий орган 3 передается либо через трансмиссию, установленную на раме 2, либо от установленных непосредственно на органе 3 двигателей (электрического, гидро и др.) (двигателя). В последнем случае через pаму 2 проходят энергоподводящие коммуникации. Тела вращения 8 совершают планетарное движение вокруг оси водила 6. Таким образом, породоразрушающие элементы 11 совершают движение по эпициклоиде, выкалывая мелкие куски породы. При этом параметры органа 3 могут быть подобраны таким образом, чтобы выколотые им куски породы летели в направлении ковша 4. Таким образом улучшаются условия загрузки ковша 4. При работе скрепера по рыхлым породам, когда надобность в породоразрушающем органе 3 отпадает, орган может убираться от обрабатываемой поверхности посредством поворотного механизма 5. С помощью этого же механизма породоразрушающий орган 3 поднимается и в транспортное положение. Кроме того, таким же образом можно регулировать и толщину снимаемого слоя.

Реализация заявленного изобретения не представляет технических сложностей, так как связана с применением стандартных материалов, технологий и механических узлов.

Использование: скрепера с активными породоразрушающими органами. Сущность изобретения: скрепер оснащен планетарным породоразрушающим органом, выполненным в виде нескольких снабженных породоразрушающими элементами тел вращения. Таким образом, обеспечивается эпициклоидальное движение породоразрушающих элементов. При этом ось вращения породоразрушающего органа и тела вращения параллельны между собой и находятся под некоторым углом к разрушаемой поверхности. Тела вращения крепятся к конструкции породоразрушающего органа с помощью элементов крепления, разнесенных относительно друг друга вдоль оси органа, чтобы не препятствовать процессу разрушения пород. Для предотвращения передачи динамических усилий на конструкцию органа между породоразрушающими элементами закрепленными на кулаках и телами вращения рабочего органа введена податливая упругая связь. Породоразрушающие органы прикреплены к раме скрепера с помощью механизма, обеспечивающего поворот органов вокруг оси параллельной разрушаемой поверхности. С его помощью органы могут быть подняты в нерабочее положение, либо быть установлены под любым углом к разрушаемой поверхности. 3 ил.

1. Скрепер, включающий ходовую часть, систему управления, ковш и активный породоразрушающий орган с приводом, отличающийся тем, что породоразрушающий орган выполнен в виде нескольких консольно подвешенных на раме посредством поворотного механизма перед режущей кромкой ковша и снабженных породоразрушающими элементами тел вращения, совершающих планетарное движение вокруг оси водила, с которым кинематически связаны эти тела, при этом оси тел вращения и водила параллельны между собой и наклонены относительно разрушаемой поверхности под некоторым углом, а элементы крепления разных тел вращения разнесены относительно друг друга вдоль оси водила не менее чем на ширину элемента крепления. 2. Скрепер по п.1, отличающийся тем, что породоразрушающие элементы установлены на кулаках, соединенных с телами вращения посредством упругих связей. 3. Скрепер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что группы тел вращения совершают планетарные движения вокруг нескольких параллельно расположенных водил, при этом каждая последующая группа тел вращения, кинематически связанная с одним водилом, смещена относительно группы тел вращения, кинематически связанных с другим водилом, таким образом, чтобы их зоны разрушения перекрывали одна другую.