РАБОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2016 года по МПК E02F3/30 

Изобретение относится к горным машинам, используемым при разработке и погрузке в транспортные средства или отвал полезных ископаемых открытых месторождений, а именно к карьерным экскаваторам типа «прямая лопата» с электромеханическим приводом главных механизмов.

Аналогом заявляемой конструкции является рабочее оборудование экскаватора ЭКГ-15 (Экскаваторы карьерные гусеничные типа ЭКГ-15, ЭКГ-8у, ЭКГ-12ус. Руководство по эксплуатации, 3537.00.00.000-03РЭ, Колпино, Санкт-Петербург, 2000 г.), которое состоит из двухбалочной стрелы, на ее напорной оси смонтирован седловой подшипник. В седловом подшипнике установлена однобалочная рукоять, состоящая из балки круглого сечения и сваренного с ней оголовка. Верхний пояс задней стенки ковша крепится шарнирно к оголовку, а нижний пояс соединен с оголовком через тягу с двумя концевыми шарнирами.

Подвеска ковша состоит из обоймы с расположенными в ней перпендикулярно продольной оси экскаватора двумя блоками и шарнирно присоединенного к обойме коромысла, к которому шарнирно присоединена задняя стенка ковша в зоне промежуточных вставок. Подвеска осуществляется на двух ветвях канатов, огибающих головные блоки и блоки в обойме по схеме с двукратным полиспастом и выравниванием ветвей на полублоках стрелы.

Положительным качеством такого рабочего оборудования является двукратное увеличение за счет полиспаста подъемного усилия на блоке ковша и соответственно возможность применения канатов меньшего диаметра, а также меньшего диаметра и веса блоков подвески.

Недостатки рабочего оборудования ЭКГ-15:

- т.к. блоки подвески являются рабочими блоками (вращающимися в процессе подъема ковша), то они имеют большие размеры (как минимум 30d каната) и вес, что в сочетании с весом коромысла существенно снижает долю подъемного усилия, приходящегося на формирование усилия резания на зубьях ковша;

- большие линейные размеры обоймы с коромыслом значительно (до 2,5 м) снижают максимальную высоту копания экскаватора,

- расположение шарнира присоединения коромысла к задней стенке ковша в зоне промежуточных вставок. При таком расположении значительно уменьшается (особенно на максимальном радиусе в конце копания) вертикальная составляющая подъемного усилия из-за уменьшенного угла между подъемными канатами и осью рукояти;

- крепление ковша к рукояти через промежуточную тягу требует наличие 2-х дополнительных шарниров крепления тяги с осями и калеными втулками в шарнирах;

- тяга является дополнительной деталью, которая должна быть достаточно массивной во избежание потери устойчивости при сжимающих ее нагрузках в процессе копания;

- большая длина подъемного каната;

- для обеспечения плавного перехода силового потока от задней стенки ковша прямоугольной формы к круглому сечению балки рукояти требуется применение оголовка сложной формы.

Частично недостатки аналога устранены на экскаваторе-аналоге ЭКГ-8У (Экскаваторы карьерные гусеничные типа ЭКГ-15, ЭКГ-8у, ЭКГ-12ус. Руководство по эксплуатации, 3537.00.00.000-ОЗРЭ, Колпино, Санкт-Петербург, 2000 г.), который имеет конструкцию рабочего оборудования с подвеской ковша по бесполиспастной схеме с расположением блоков перпендикулярно продольной оси экскаватора и шарнирным креплением ковша к рукояти через промежуточную тягу. В этой конструкции в обойме установлен один блок, являющийся уравнительным блоком между ветвями подвески каната.

Поскольку блок подвески является нерабочим блоком, то снижен его диаметр и вес, поэтому в целом вес подвески ковша меньше.

Также за счет отсутствия полиспаста и уравнительных полублоков на стреле снижена длина подъемных канатов.

Дальнейшее развитие рабочее оборудование получило на экскаваторе-аналоге ЭКГ-18Р (Экскаватор карьерные гусеничные ЭКГ-183. Руководство по эксплуатации, 3550.00.00.000-РЭ, Колпино, Санкт-Петербург, 2010 г.).

Рабочее оборудование выполнено по схеме - однобалочная стрела с установленной в седловых подшипниках двухбалочной рукоятью с и шарнирным креплением ковша к рукояти через промежуточную тягу.

Ковш подвешен на двух ветвях сдвоенных канатов, огибающих двухручьевые блоки на стреле и уравнительные полублоки, приваренные к коромыслу, шарнирно соединенному с задней стенкой ковша.

В этой конструкции снижен вес и габариты подвески и упрощена конструкция за счет отсутствия шарниров крепления обоймы с блоками к коромыслу.

Однако эта конструкция не устраняет вышеперечисленные недостатки аналогов. Кроме того, отсутствие шарнира между блоками и коромыслом вызывает перегиб каната на полублоках при послаблении канатов, когда коромысло опускается под действием веса на переднюю стенку ковша, а канат направлен на головные блоки.

Прототипом предлагаемого изобретения является экскаватор MARION 301М (Рекламный проспект DRESSER MARION, DRESSER INDUSTRIES, INC, MARION DIVISION, 617 West Center Street, P.O. Box 505, Marion, Ohio 43302), в конструкции которого частично устранены недостатки аналогов.

Рабочее оборудование экскаватора MARION 301М состоит из стрелы с седловым подшипником, в котором установлена рукоять с шарнирно присоединенным к ней ковшом. Рукоять представляет собой продольную балку прямоугольного сечения и расширяющегося в сторону ковша оголовка, к которому приварена задняя стенка ковша. При этом боковые стенки балки рукояти переходят в приваренные к задней стенке ковша боковые стенки оголовка.

На торцевых листах задней стенки расположены верхние и нижние шарниры крепления корпуса ковша к рукояти. Преимуществом прототипа перед аналогами является крепление корпуса ковша шарнирами без промежуточных тяг, что исключает у прототипа наличие двух дополнительных шарниров крепления тяг к рукояти с осями крепления и калеными втулками из легированной стали в отверстиях шарниров.

В нижних шарнирах соосно с осями крепления ковша установлены оси, на которых подвешивается днище ковша, причем один из кронштейнов шарниров является общей опорой для оси корпуса и днища ковша.

Рукоять с ковшом подвешена по бесполиспастной схеме на двух ветвях сдвоенных канатов, проходящих через двухручьевые головные блоки. Каждая ветвь каната образует петлю на блоках подвески ковша, установленных без коромысла в приварных кронштейнах на верхнем поясе задней стенки ковша. Блоки подвески расположены параллельно продольной оси рукояти.

Отсутствие коромысла является преимуществом прототипа перед аналогами, поскольку позволяет значительно снизить вес движущихся (рукоять и ковш) частей рабочего оборудования. Для экскаватора класса 30 куб. м это снижение составляет около 6 т.

Недостатками прототипа являются:

- существенно меньшая ширина оголовка, чем ширина задней стенки ковша.

Вследствие этого возникают значительные изгибающие нагрузки от усилий резания, приложенных к зубьям ковша, на консолях задней стенки ковша (участках от шарниров крепления до места приварки оголовка рукояти). При этом резкий переход по ширине от задней стенки ковша к оголовку рукояти вызывает перелом силового потока, что приводит к возникновению дополнительных нагрузок в оголовке рукояти, для восприятия которых необходимо увеличение рабочих сечений и связанной с ним увеличением массы узла.

Увеличение веса рукояти нежелательно, поскольку приводит к дополнительному расходу энергии, связанному с ее подъемом при подъеме ковша в процессе копания от подошвы забоя до напорной оси.

Соосная установка осей днища и осей корпуса ковша с использованием одного из кронштейнов шарниров для общей опоры оси корпуса и днища ковша существенно усложняет монтаж-демонтаж корпуса и днища ковша.

Конструкция узла дает односторонний доступ к торцу оси для ее удаления при демонтаже днища или корпуса ковша при ремонте или замене. В силу такой конструкции исключается возможность выбивания оси из кронштейна с противоположной стороны и требуется специальное приспособление для демонтажа оси методом выдергивания ее из кронштейна. Оси днища могут быть выведены только в замкнутое пространство внутрь ковша, что весьма затруднительно из-за незначительного расстояния между торцами осей крепления днища и невозможности приложения внешнего усилия.

Поэтому для демонтажа осей днища сначала производят демонтаж осей корпуса, после чего через освободившееся отверстие выбивают внутрь оси крепления корпуса ковша или днища.

Верхние шарниры крепления ковша не защищены от воздействия грунта при копании и подвержены абразивному износу из-за установки блоков подвески ковша на приварных кронштейнах к верхнему поясу рукояти.

Для восприятия значительных нагрузок, действующих на подвеску, требуется большая протяженность швов приварки, что требует больших линейных размеров кронштейнов. Кроме того, при недостаточном качестве сварки возможна аварийная ситуация, связанная с отрывом кронштейнов и даже падением ковша.

Так как ширина оголовка существенно больше ширины граней балки рукояти, то между боковыми поверхностями балки рукояти в зоне их приварки образуется большое расстояние, что значительно снижает жесткость задней стенки ковша. Вследствие этого при воздействии грунта в процессе копания на заднюю стенку возможно продавливание задней стенки. Для исключения возможного продавливания и обеспечения необходимой жесткости задней стенки требуется установка дополнительных ребер жесткости в зоне между оголовка.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности рабочего оборудования за счет оптимальной передачи силовых потоков от ковша к рукояти, а также снижение металлоемкости и трудоемкости технического обслуживания.

Техническая задача решается тем, что рабочее оборудование карьерного экскаватора включает стрелу с головными блоками и седловым подшипником, рукоять коробчатого сечения, состоящую из балки и оголовка, установленную в седловом подшипнике, ковш содержащий боковые, переднюю, заднюю стенки и днище, а также блоки подвески ковша, расположенные вдоль продольной оси экскаватора. Оголовок рукояти выполнен в виде усеченной пирамиды, грани которой представляют собой верхнюю, нижнюю и боковые стенки; основания пирамиды, прямоугольные и расположены под углом более 25° друг к другу; меньшее основание равно сечению балки рукояти, а большее основание соразмерно задней стенке ковша и жестко закреплено на ней. Металлический лист, установленный на большем основании оголовка, служит задней стенкой ковша. На боковых стенках ковша выполнены выступы, расположенные и жестко зафиксированные в пазах верхней и нижней частей боковых сторон оголовка. Днище ковша шарнирно установлено в кронштейнах на нижней стенке оголовка. В полости оголовка размещена пара кронштейнов подвески ковша, симметричная балке рукояти, параллельно ее продольной оси на ширине головных блоков стрелы. Каждый кронштейн подвески ковша состоит из двух параллельных металлических листов, а их проушины с осями и блоками подвески ковша расположены над верхней поверхностью оголовка.

Боковые стороны балки рукояти жестко зафиксированы на верхней и нижней стенках оголовка и задней стенке ковша.

На торцах боковых поверхностей оголовка над креплениями рукояти и ковша установлены защитные козырьки.

Выполнение оголовка в форме усеченной пирамиды с верхним и нижним основаниями, имеющими форму прямоугольника, меньшее основание которой равно сечению балки рукояти, а большее основание, соразмерное задней стенке ковша и жестко закрепленное на ней, обеспечивает плавный переход силового потока от корпуса ковша к рукояти, без перегибов, а следовательно, без концентрации напряжений. Угол, образованный верхним и нижним основаниями оголовка, величина которого более 25°, плавно распределяет силовой поток на оголовке, угол менее 25° дает перегиб силового потока, что подтверждают расчеты. Кроме того, исключаются консоли на задней стенке ковша и изгибающие нагрузки на конструкцию от напорного усилия, что повышает долговечность рабочего оборудования.

Установка кронштейнов крепления осей днища на нижней поверхности оголовка позволяет разделить шарниры крепления днища и крепления корпуса ковша.

При такой конструкции обеспечен двухсторонний доступ к торцам осей крепления днища ковша, т.е. существенно облегчается демонтаж осей за счет возможности их выбивания с противоположной стороны.

Задней стенкой ковша в заявляемой конструкции является торцевой лист, установленный на большем основании оголовка, равном задней стенке ковша. При этом функцию ребер жесткости задней стенки выполняют верхняя и нижняя стороны оголовка. Таким образом, напряжения равномерно распределяются по сторонам оголовка, исключается концентрация напряжений в зоне соединения задней стенки ковша и оголовка рукояти.

Использование в качестве кронштейнов для установки блоков подвески ковша пары металлических листов, установленных симметрично балке рукояти параллельно ее продольной оси на ширине головных блоков стрелы, укрепляет конструкцию оголовка и исключает необходимость использования сварных кронштейнов с неизбежными концентрациями напряжений.

Боковые стороны балки рукояти, жестко закрепленные на задней стенке ковша, верхней и нижней сторонах оголовка вместе с кронштейнами подвески ковша обеспечивают необходимую дополнительную жесткость задней стенке ковша.

Наличие защитных козырьков над креплениями ковша и рукояти предохраняет эти соединения от воздействия грунта.

На фигуре 1 представлено рабочее оборудование карьерного экскаватора: стрела, рукоять, ковш - вид сбоку;

Фигура 2 - фрагмент балки рукояти, оголовок рукояти и ковш - вид сверху;

Фигура 3 - фрагмент балки рукояти, оголовок рукояти и ковш - вид сбоку. Рабочее оборудование с бесполиспастной подвеской ковша выполнено по схеме: двухбалочная стрела и внутренняя однобалочная рукоять. Рабочее оборудование (фиг. 1) включает стрелу 1, на напорной оси 2 которой установлен вращающийся седловой подшипник 3, в котором установлена с возможностью возвратно-поступательного движения рукоять 4 с присоединенным к ней ковшом 5. Ковш подвешен на 2-х независимых ветвях сдвоенных подъемных канатов 6, огибающих головные двухручьевые блоки 7 стрелы и установленные на рукояти подвеска ковша 8.

Рабочее оборудование в верхней части стрелы крепится вантами 9 к двуногой стойке экскаватора 10, а в нижней - осями 11 к кронштейнам 12 поворотной платформы 13.

Рукоять 4 состоит из двух частей (фиг. 2 и фиг. 3) - балки прямоугольного коробчатого сечения 14 с верхней и нижней поверхностями 15, боковыми 16 и оголовком 17. Оголовок 17 выполнен в форме усеченной четырехгранной пирамиды и состоит из верхней и нижней стенок 18, боковых стенок 19 и торцевого листа, соизмеримого с задней стенкой ковша 20. К торцевому листу 20 и верхней и нижней стенкам 18 приварены проходящие внутри оголовка 17 боковые стороны 16 балки рукояти 14.

Торцевой лист 20 выполняет одновременно функцию задней стенки корпуса ковша 5, образуя совместно с днищем 21, боковыми стенками 22 и передней стенкой 23 емкость ковша 5.

При этом основания оголовка 17 имеют форму прямоугольников, меньшее основание равно сечению балки рукояти 14, а большее основание - задней стенке корпуса ковша 5. На боковых гранях 19 выполнены пазы 24 для крепления выступов на корпусе ковша (на фигурах не показано) пальцами 25. Для защиты от возможного воздействия грунта на крепления корпуса ковша они перекрыты козырьками 26, установленными на продолжении верхней стенки 18 оголовка 17 и приваренными к задней стенке ковша 20.

К верхней стенке 18 оголовка 17 примыкает подвеска ковша 8. Она максимально сдвинута в сторону задней стенки ковша 20 и состоит из двух блоков 27, установленных на осях 28 между листами кронштейнов 29, размещенных в полости оголовка 17. Блоки параллельны продольной оси рукояти 3 на ширине двухручьевых головных блоков 7 стрелы 1.

На нижней грани 18 оголовка 17 установлены кронштейны 30 для крепления осями 31 днища ковша 21.

Устройство работает следующим образом. Перед началом копания ковш 5 опускается на подошву забоя в зону, максимально приближенную к экскаватору (см. фиг. 1). При включении лебедки подъема (на фигурах не показана) происходит сокращение длины подъемного каната 6, вследствие чего установленные в седловом подшипнике 3 рукоять 4 с ковшом 5 поворачиваются на напорной оси 2 относительно стрелы 1. Формирование толщины стружки производится включением механизма напора, обеспечивающего выдвижение ковша 5 с рукоятью 4 относительно седлового подшипника 3.

При этом грунт поступает в замкнутое пространство внутри ковша 5, образованное днищем 21, боковыми стенками 22, передней стенкой 23 и задней стенкой (торцевым листом оголовка) 20. Возникающие при копании от подъемного и напорного усилий нагрузки на зубьях ковша и на блоках подвески ковша 27 передаются от ковша 5 через шарниры 24 и кронштейны 29 на оголовок 17 и далее через балку рукояти 14, седловой подшипник 3 и напорную ось 2 на стрелу 1. Нагрузки от стрелы замыкаются на поворотной платформе 13 через ванты 9, двуногую стойку 10 и кронштейны 12 нижней части стрелы.

Соединение корпуса ковша 5 с балкой рукояти 14 через выполненный в форме усеченной четырехгранной пирамиды оголовок 17 обеспечивает плавный переход силового потока от усилий резания на зубьях ковша 5 к балке рукояти 14 и исключает дополнительные нагрузки, возникающие в случае перелома силового потока.

Расположение блоков 8 подвески ковша на ширине головных блоков 7 и параллельно продольной оси рукояти 4 обеспечивает параллельность ветвей подъемных канатов 6 и исключает отклонение их от вертикальной плоскости при перемещении ковша по всей вертикальной траектории копания. Вследствие этого исключаются дополнительные боковые нагрузки, возникающие при отклонении канатов 6 от вертикали, особенно в зоне приближения блоков подвески ковша 8 к головным блокам 7 при максимальном подъеме ковша 5.

Применение предлагаемого изобретения позволило получить надежное, удобное в техническом обслуживании рабочее оборудование, а снижение металлоемкости не повлияло на его прочность.

Изобретение относятся к карьерным экскаваторам типа «прямая лопата». Рабочее оборудование экскаватора содержит стрелу с головными блоками и седловым подшипником, рукоять, состоящую из балки и оголовка, установленную в седловом подшипнике; ковш, включающий боковые, передние, заднюю стенки и днище; блоки подвески ковша. Оголовок рукояти выполнен в виде усеченной пирамиды, грани которой представляют собой верхнюю, нижнюю и боковые стенки. Прямоугольные основания пирамиды расположены под углом более 25° друг к другу. Меньшее основание равно сечению балки рукояти. Большее основание соразмерно задней стенке ковша и жестко закреплено на ней. На верхней и нижней частях боковых стенок ковша выполнены выступы, зафиксированные в симметричных пазах на боковых сторонах оголовка. Днище ковша шарнирно установлено в кронштейнах на нижней стенке оголовка. В полости оголовка размещена пара кронштейнов подвески ковша. Технический результат - повышение надежности рабочего оборудования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Рабочее оборудование карьерного экскаватора, содержащее стрелу с головными блоками и седловым подшипником, рукоять коробчатого сечения, состоящую из балки и оголовка, установленную в седловом подшипнике, ковш, включающий боковые, передние, заднюю стенки и днище, а также блоки подвески ковша, расположенные вдоль продольной оси экскаватора, отличающееся тем, что оголовок рукояти выполнен в виде усеченной пирамиды, грани которой представляют собой верхнюю, нижнюю и боковые стенки; основания пирамиды прямоугольные и расположены под углом более 25° друг к другу; меньшее основание равно сечению балки рукояти, а большее основание соразмерно задней стенке ковша и жестко закреплено на ней; на верхней и нижней части боковых стенок ковша выполнены выступы, зафиксированные в симметричных пазах на боковых сторонах оголовка; днище ковша шарнирно установлено в кронштейнах на нижней стенке оголовка; в полости оголовка размещена пара кронштейнов подвески ковша, симметричная балке рукояти, параллельно ее продольной оси на ширине головных блоков стрелы; каждый кронштейн подвески ковша состоит из двух параллельных металлических листов, а их проушины с осями и блоками подвески ковша расположены над верхней поверхностью оголовка.

2. Рабочее оборудование карьерного экскаватора по п. 1, отличающееся тем, что боковые стороны балки рукояти жестко зафиксированы на верхней и нижней стенках оголовка и задней стенке ковша.

3. Рабочее оборудование карьерного экскаватора по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на торцах боковых стенок оголовка над креплениями рукояти и ковша установлены защитные козырьки.