ЗУБ КОВША ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2002 года по МПК E02F9/28 

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам циклического действия, и может быть использовано в горнодобывающей промышленности и строительстве для разрушения и выемки пород и грунтов любой прочности после, либо без предварительного рыхления.

Известен зуб ковша экскаватора, содержащий хвостовую часть для присоединения зуба к передней стенке ковша экскаватора, и клинообразную рабочую часть, образованную выпуклой передней и вогнутой задней криволинейными поверхностями и выполненную со смещением режущей кромки вниз относительно продольной оси зуба [1]. Такая форма зуба выбрана из соображений снижения напорных усилий при врезании в грунт, обеспечения одинаковой площади поперечного сечения режущей части зуба при износе, т.е. способности к самозатачиванию, и увеличения срока службы зуба.

Однако зуб такой формы по мере износа при эксплуатации быстро затупляется, износ (истирание) всего лишь 1/5 длины рабочей части резко затупляет зуб и увеличивает радиус режущей кромки в 2,0-2,5 раза, дальнейший износ превращает зуб в тупую болванку, таким образом, способность к самозатачиванию здесь не реализуется, соответственно при износе зуба резко увеличиваются и напорные усилия при врезании в грунт и горную породу. Зуб не содержит ребер и в рабочей части выполнен чрезмерно массивным, что не соответствует требованиям к стальным деталям при литье и термообработке.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является зуб ковша экскаватора, включающий хвостовую часть с опорными поверхностями, клинообразную рабочую часть, образованную выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, формируемыми сопряженными цилиндрическими поверхностями, и снабженную ребрами жесткости и режущей частью, смещенной относительно продольной оси зуба вверх, а на боковых гранях рабочей части выполнены козырьки [2]. Предполагается, что использование зуба данной формы позволяет увеличить срок службы зуба и передней стенки ковша экскаватора за счет уменьшения их износа.

Однако такая форма зуба хотя и позволяет несколько снизить износ и увеличить срок службы, но при износе зуб как и в предыдущем примере резко затупляется, например при стачивании всего 1/5 длины рабочей части режущая кромка затупляется в 2-3 раза, дальнейший износ еще больше затупляет зуб. Режущая часть смещена относительно продольной оси зуба вверх, что приводит к повышенному трению и износу нижней (задней) криволинейной грани рабочей части и нижних ребер. Рабочая часть зуба примерно на половине длины со стороны режущей кромки не оребрена и прочность обеспечивается за счет увеличения толщины, зуб приходится делать чрезмерно массивным и трудно обеспечить высокое качество металла при литье и термообработке. Хвостовик зуба имеет тонкие опорные части постоянной толщины, которые легко отламываются при неизбежном в эксплуатации ослаблении крепления зуба на передней стенке ковша экскаватора. В общем, зуб данной конструкции представляется чрезмерно тяжелым, масса зуба дополнительно увеличивается за счет боковых козырьков, что затрудняет монтаж зубьев при замене. Тем не менее, увеличение массы не привело к соответствующему повышению эксплуатационных характеристик (снижению износа и повышению срока службы зуба). Что касается защиты от износа передней стенки ковша боковыми козырьками, то следует учитывать, что зуб полностью изнашивается на крепких породах за 5-10 дней, а передняя стенка ковша работает св. полугода и защищать ее козырьками зуба неэкономично, т.к. расход металла на козырьки значительно превышает экономию на повышении долговечности передней стенки ковша, кроме того, происходит увеличения массы зуба и ухудшение его технологичности из-за повышения толщины тела зуба в районе козырьков.

Целью изобретения является повышение износостойкости и срока службы, уменьшение вероятности внезапной поломки, снижение массы и улучшение технологичности при литье и термообработке.

Указанные цели достигаются при комплексном решении вопросов служебного соответствия и технологичности инструмента. Повышение срока службы достигается за счет снижения интенсивности износа рабочей части зуба вследствие уменьшения напорных усилий при внедрении зуба в породу и снижения сил трения по выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейным граням рабочей части. Этот эффект реализуется, во-первых, за счет использования рациональной формы зуба: применения максимально заостренной клинообразной рабочей части с углом α = 10-15^° между выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, смещения режущей части вниз относительно продольной оси зуба на величину h, составляющую 0,10-0,14 от длины рабочей части зуба, и выполнением цилиндрической поверхности режущей части радиусом R₁=20 мм, а также использованием для оформления верхней и нижней криволинейных граней рабочей части и нижних ребер на вогнутой криволинейной грани в области рабочей части цилиндрических поверхностей одного и того же радиуса R₂ (например, для зуба ковша емкостью 8 м³-R₂= 1000 мм); во-вторых, повышением качества металла путем тщательной проработки вопросов технологичности инструмента: оформление зуба как отливки с минимально возможным увеличением толщины рабочей части от режущей кромки к хвостовику, использованием ребер жесткости и преднамеренным получением в тепловом узле отливки (в месте перехода от рабочей части к хвостовику) полости в виде усадочной раковины. Уменьшение вероятности внезапной поломки обусловлено рациональной конструкцией рабочей части и снижением напорных усилий при внедрении зуба в породу, высоким качеством металла после литья и термообработки, усилением опорной части хвостовика путем выполнения опорных поверхностей наклонными с углом β = 9-11^° и подъемом в сторону тела зуба. Снижение массы зуба достигнуто за счет заострения рабочей части, снижения толщины тела зуба и рационального оребрения рабочей и хвостовой частей, применения внутренней полости в месте перехода рабочей части в хвостовую. Улучшение технологичности при литье и термообработке обусловлено устранением массивов металла и тепловых узлов в отливке, причем за счет использования полости в виде усадочной раковины ни в одном месте зуба толщина стенки не превышает 60-80 мм (для зубьев разного размера), чем обеспечивается сквозная прокаливаемость инструмента при термообработке.

На фиг. 1 изображен предлагаемый зуб ковша экскаватора, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид снизу.

Зуб включает хвостовую часть (хвостовик) 1 с опорными поверхностями 2 и отверстиями 3 для крепления инструмента к передней стенке ковша экскаватора и клинообразную рабочую часть, которая образована выпуклой верхней (передней) гранью 4 и вогнутой нижней (задней) гранью 5, плавно сопрягающимися с режущей частью (кромкой) 6. Снизу рабочая часть и хвостовик снабжены двумя периферийными ребрами жесткости 7, сверху - двумя ребрами 8 снабжен только хвостовик. Верхняя и нижняя криволинейные грани рабочей части зуба и нижние ребра в районе рабочей части сформированы цилиндрическими поверхностями одного и того же радиуса R₂. Режущая кромка 6 также оформлена цилиндрической поверхностью, но значительно меньшего радиуса (R₁=20 мм). В массивной части зуба (в месте сопряжения рабочей и хвостовой частей) в теле зуба предусмотрена полость - усадочная раковина 9. На фиг.1 тонкими линиями 10 показано последовательное изменение расположения и формы режущей кромки рабочей части зуба при износе. Для повышения прочности и жесткости хвостовика опорные поверхности 2 хвостовой части выполнены наклонными с углом β = 9-11^° и подъемом в сторону тела зуба.

Инструмент работает следующим образом. Под действием привода и передаточного механизма передняя стенка ковша внедряет зубья в разрушаемый массив породы или грунт. Разрушаемая порода перемещается вдоль верхней (передней) грани 4, попадая в ковш экскаватора. При этом верхняя 4 и нижняя (задняя) грани 5 и режущая кромка 6 интенсивно истираются о породу или грунт. По опытным данным износ рабочей части со стороны режущей кромки при трехсменной работе с крепкими породами может составлять 40-80 мм/сутки. За счет использования острого клина рационального профиля в предлагаемой конструкции снижаются напорные усилия при внедрении зуба в породу, силы трения и износ. Дополнительно износостойкость повышается за счет высокого качества металла в рабочей части зуба после литья и термообработки.

Конструкция зубьев и технология их изготовления совершенствовались в производственных условиях на Оскольском заводе металлургического машиностроения, испытания проведены на Лебединском ГОК. Испытания проведены для больших серий зубьев (тыс. шт.) на разных горных породах. При использовании зубьев предлагаемой конструкции в самых тяжелых условиях участка 1 Лебединского ГОК на породах XVII-XX категории прочности по Протодьяконову средняя наработка горной породы составила на экскаваторах с емкостью ковша 8 м³ в 1998 г. - 5475,5 м³, в 1999 г. - 5741,7 м³, в 2000 г. - 5372,6 м³. Небольшая партия (10 шт. ) удлиненных зубьев аналогичной конструкции дала в 2000 г. среднюю наработку 5783,3 м³. При этом максимальная наработка значительно выше - отдельные зубья позволили вынуть без замены 12000 м³. Средняя наработка горной породы для зубьев предлагаемой конструкции больше в 1,7-2,6 раза, чем средняя наработка для зубьев других конструкций в тех же условиях эксплуатации. Значительно снижается и вероятность поломки зубьев: в 2000 г. из использованных на Лебединском ГОК 2288 зубьев сломались только 55, т.е. 2,3%, тогда как для зубьев других конструкций от - 6,9 до 40,0%. В процессе совершенствования конструкции инструмента масса зуба для экскаватора с емкостью ковша 8 м³ была снижена с 200 до 190 кг, при этом экономится дорогой металл и облегчается монтаж зубьев при замене в производственных условиях.

Источники информации
1. Зуб ковша экскаватора. Авт. св. СССР. 192081. Кл. Е 02 F 9/28. - Заявл. 11.03.63. - Опубл. 26.01.67., бюлл. 4. Авторы: Чукмасов С.Ф., Бабченко С.Л.

2. Зуб ковша экскаватора. Патент РФ. 2107779. Кл. 6 Е 02 F 9/28. - Заявл. 14.06.96. - Опубл. 27.03.98., бюлл. 9. Авторы: Сычев К.К., Ершов Г.У., Ивочкин В.А.

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам циклического действия, и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. Зуб ковша экскаватора включает клинообразную рабочую часть, образованную выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, формируемыми сопряженными цилиндрическими поверхностями, и снабженную ребрами жесткости и режущей частью, смещенной относительно продольной оси зуба и имеющей цилиндрическую поверхность, и хвостовую часть с опорными поверхностями. Режущая часть смещена вниз относительно продольной оси зуба на величину, составляющую 0,10-0,14 от длины рабочей части зуба, а радиус ее цилиндрической поверхности равен 20 мм. Клинообразная часть зуба выполнена с острым углом 10-15^o между выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями. Радиусы цилиндрических поверхностей, формирующих выпуклую верхнюю и вогнутую нижнюю криволинейные грани рабочей части и нижних ребер на вогнутой криволинейной грани в области рабочей части, принимаются одинаковыми. Опорные поверхности хвостовой части выполнены наклонными с углом 9-11^o и подъемом в сторону тела зуба, а в теле зуба в месте сопряжения рабочей части с хвостовой предусмотрена полость в виде усадочной раковины, не выходящей на рабочую поверхность. Повышается износостойкость и срок службы. 2 ил.

Зуб ковша экскаватора, включающий клинообразную рабочую часть, образованную выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, формируемыми сопряженными цилиндрическими поверхностями, и снабженную ребрами жесткости и режущей частью, смещенной относительно продольной оси зуба и имеющей цилиндрическую поверхность, и хвостовую часть с опорными поверхностями, отличающийся тем, что режущая часть смещена вниз относительно продольной оси зуба на величину, составляющую 0,10-0,14 от длины рабочей части зуба, а радиус ее цилиндрической поверхности равен 20 мм, клинообразная часть зуба выполнена с острым углом 10-15^o между выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, при этом радиусы цилиндрических поверхностей, формирующих выпуклую верхнюю и вогнутую нижнюю криволинейные грани рабочей части и нижних ребер на вогнутой криволинейной грани в области рабочей части, принимаются одинаковыми, причем опорные поверхности хвостовой части выполнены наклонными с углом 9-11^o и подъемом в сторону тела зуба, а в теле зуба в месте сопряжения рабочей части с хвостовой предусмотрена полость в виде усадочной раковины, не выходящей на рабочую поверхность.