РЕЖУЩИЙ УЗЕЛ КОВША КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА Российский патент 2025 года по МПК E02F9/28 E21C35/18 

Область техники

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам, и может быть использовано в конструкции ковша карьерного экскаватора.

Уровень техники

Ковш является важнейшим органом рабочего оборудования экскаватора, от работоспособности которого зависят эксплуатационные показатели машины. Ковш непосредственно взаимодействует с грунтом и подвергается колоссальным истирающим и ударным нагрузкам.

Ковши подразделяются по типу своего присоединения к рукояти машины. Оно бывает шарнирным или жестким. Для многих экскаваторов карьерного типа применяется жесткое соединение ковша с рукоятью, которое является наиболее ремонтопригодным в условиях карьера.

Далее по тексту упоминание ковша подразумевает именно такое жесткое соединение его с рукоятью.

Известен ковш карьерного гидравлического экскаватора, содержащий сварную заднюю стенку, переднюю стенку с зубьями и две боковые стенки, боковые стенки выполнены цельнолитыми из легированной стали высокой вязкости, передняя стенка выполнена цельнолитой из высокомарганцевой аустенитной стали с выступами на режущей кромке, между которыми закреплены зубья, на внутренней и внешней поверхностях передней стенки выполнены дугообразные рифления с радиусом кривизны 25 мм, сварные соединения передней и боковых стенок у режущей кромки закрыты накладками из высокомарганцевой аустенитной стали (см. RU 107 192 (U1).

Наличие накладок утяжеляет конструкцию ковша, что отрицательно сказывается на производительности работы экскаватора.

Конструкция известного ковша имеет избыточную сложность, при том, что наиболее подверженными износу являются зубья ковша, которые полностью изнашиваются на крепких породах за 5-10 дней, и особенности их износа в большой степени определяют производительность работы.

В процессе работы экскаватора с известным ковшом грани и режущая кромка зубьев интенсивно истираются о породу или грунт, в результате чего зубья перестают самозатачиваться и их рабочий орган приобретает округлую форму. Эксплуатация экскаватора с такими зубьями ковша приводит к увеличению напорных усилий при врезании в грунт и горную породу, уменьшается коэффициент наполнения ковша и соответственно скорость погрузки, что в свою очередь приводит к снижению производительности. При этом затруднения в работе начинаются уже тогда, когда рабочая часть зуба еще цела и от его края до кромки передней стенки остается еще значительное расстояние. Если не произвести замену истертых (округлых) зубьев, то дальнейшая эксплуатация экскаватора, в составе ковша которого находятся зубья не способные разрушать скальную породу, может привести к преждевременному износу его узлов из-за нарастающей вибрации машины, поломке экскаватора, к созданию аварийных ситуаций.

Замена зубьев требует времени, в течении которого экскаватор простаивает, что дополнительно снижает производительность работы экскаватора.

Известен зуб ковша экскаватора, характеризующийся клинообразной рабочей частью, образованной выпуклой передней и вогнутой задней криволинейными поверхностями и выполненной со смещением режущей кромки вниз относительно продольной оси зуба (см., например, Авт.св. СССР. 192081, RU 118 325 U1, RU 2107779 C1, RU 2 184 814 С1).

Изогнутая клинообразная форма рабочей части зуба способствует улучшению способности внедрения зуба в грунт.

Однако, характер износа зуба ковша существенно зависит от угла взаимодействия зубьев с плоскостью выбираемой породы. На характер износа зуба, помимо его формы, влияют также и другие факторы: пространственная ориентация передней стенки ковша, конкретная конструкция соединения ковша с рукоятью, а также особенности конструкции самого зуб. Одна и та же форма рабочей части зуба при разных остальных факторах не приводит к требуемой высокой производительности и износостойкости зубьев.

Известный зуб в составе ковша, не обеспечивающего оптимальный с точки зрения износа зубьев угол внедрения в породу, становится не работоспособным уже при частичном истирании, на значительном расстоянии от края кромки передней стенки и в таком состоянии работа им начинает вызывать значительные трудности. Если не произвести замену зубьев, то дальнейшая эксплуатация экскаватора, в составе ковша которого находятся зубья не способные разрушать скальную породу, может привести к его поломке, преждевременному износу его узлов из-за нарастающей вибрации машины, к созданию аварийных ситуаций.

Известен зуб ковша экскаватора, имеющий рабочий участок с верхней и нижней рабочими поверхностями и хвостовик, отличающийся тем, что продольная ось рабочего участка зуба наклонена вниз и пересекает продольную ось хвостовика, причем угол 9 между указанными продольными осями составляет 3-12° (см. RU 2 167 980 С1).

Известный зуб характеризуется наличием наклона рабочей части вниз, что способствует самозаглублению зуба в грунт. Однако, как и в предыдущих случаях, угол наклона рабочей части зуба заявлен относительно оси хвостовика, совпадающей с плоскостью передней стенки ковша, если зуб устанавливается на кромку его передней стенки. При этом отсутствует привязка к касательной к траектории перемещения ковша. Траектория перемещения ковша и его передней стенки, в частности, близка к окружности и эффект самозаглубления ковша определяется углом отклонения рабочей части зубьев от касательной к этой окружности.

В итоге, для какого-то типа ковша заявленные углы могут попасть в диапазон оптимальных углов взаимодействия зуба с породой, обеспечивающих самозаглубление. Для других ковшей, закрепленных на рукояти под иными углами или имеющими иной наклон передней стенки, оптимальное взаимодействие исключается.

Отсутствие оптимального угла взаимодействия рабочего участка зубьев с грунтом исключает эффективное внедрение зубьев в породу и эффективное наполнение ковша.

Сами по себе параметры зуба могут иметь значение для повышения эффективности копания, но это значение не является определяющим и может быть дезавуировано наличием иных параметров рабочего органа.

Наиболее близким по технической сущности является ковш экскаватора, включающий переднюю часть ковша, где в средней плоскости, которая перпендикулярна верхней стенке и нижнему днищу, передняя ковшовая часть образует внешний угол с нижним днищем, превышающий 187,5 градусов (см. RU 2 826 071 С2).

Авторы известного решения утверждают о наличии поворота коронок или зубьев на 11°, обеспечивающего лучшую производительность выемки грунта и защиту полоза от износа.

Пространственная ориентация зубьев ковша определяет угол их внедрения в плоскость выбираемой породы, при этом определенные углы, действительно, способствуют повышению производительности работы экскаватора.

Однако, режущая часть известного ковша смещена относительно продольной оси зуба вверх - во внутрь, что приводит к износу нижней криволинейной грани рабочей части и нижних ребер.

Подобный износ зубьев приводит к снижению производительности уже задолго до истирания зуба по всей длине его рабочей части. Таким образом, проблемы с производительностью начинаются, когда от края зуба до кромки передней стенки остается еще значительное расстояние, т.е. рабочая часть зуба еще цела, и появление этих проблем требует замены зубьев.

Известное устройство не обеспечивает требуемой высокой производительности, а его использование приводит к ускоренному износу кромок зубьев.

Кроме того, в известном ковше зафиксирован угол передней части ковша к плоскости днища, однако плоскость днища не зафиксирована и не привязана к рычагам, обеспечивающим напорные усилия. Изменение типа крепления ковша к рукояти экскаватора или изменение угла задней стенки ковша, при постоянстве внешнего угла между передней частью ковша и плоскостью днища приводит к изменению пространственной ориентации ковша относительно рукояти, что ведет к изменению угла взаимодействия зубьев с породой при врезании зубьев ковша в грунт, а значит к отклонению его от оптимального значения, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности известного устройства.

Раскрытие сущности

Техническим результатом является повышение производительности работы экскаватора, а также повышение длительности межремонтного периода.

Указанный результат достигается тем, что в режущем узле ковша карьерного экскаватора, содержащем закрепленные на передней стенке ковша зубья, имеющие клинообразную рабочую часть, образуемую выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, угол между плоскостью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости составляет от 120° до 124°, при этом угол между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба в вертикальной плоскости составляет от 16° до 23°, а длина режущей кромки зубьев составляет от 600 до 750 мм.

Кроме того, - плоскость посадочного места зубьев параллельна плоскости передней стенки ковша.

Осуществление изобретения

Режущий узел ковша карьерного экскаватора поясняется с помощью чертежей, где на Фиг. 1 показан режущий узел ковша карьерного экскаватора в составе ковша, закрепленного на рукояти карьерного экскаватора, на Фиг. 2 - ковш экскаватора, вид сбоку, на Фиг. 3 - зуб режущего узла ковша карьерного экскаватора и его положение относительно плоскости посадочного места, вид сбоку, на Фиг. 4 - ковш, вид спереди, на Фиг. 5 - зуб, установленный в посадочное место на передней стенке ковша.

На чертеже сделаны следующие обозначения:

1 - ковш, 2 -рукоять, 3 - ось рукояти (балки рукояти), 4 - передняя стенка ковша, 5 -задняя стенка ковша, 6 - днище ковша, 7 - стрела, 8 - коромысло, 9 - ходовая тележка, 10 -петли, 11 засов, 12 пята, 13 вставка, 14 зубья, 15 - режущая кромка (челюсть), 16 длина режущей кромки зубьев, 17 - клинообразная часть зуба, 18 - биссектриса угла клинообразной части зуба, 19 - хвостовая часть (хвостовик) зуба, 20 - ось (плоскость) посадочного места зуба, 21 и 22 - верхняя выпуклая и нижняя вогнутая грань зуба, соответственно, 23 - угол между осью посадочного места и биссектрисой угла клинообразной части зуба, 24 - угол между осью посадочного места зуба и осью рукояти, 25 - фланцевое соединение, 26 - вырабатываемая порода, 27 - кромка передней стенки ковша.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора представляет собой конструкцию крепления зубьев определенной клинообразной формы на передней стенке ковша карьерного экскаватора, и включает закрепленные на передней стенке ковша зубья с клинообразной рабочей частью и длиной режущей кромки зубьев от 600 до 750 мм. Посадочное место для зубьев выполнено на передней стенке ковша с вертикальным наклоном относительно плоскости перпендикулярной оси рукояти, а именно: угол между осью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости составляет от 120° до 124°. При этом форма зуба такова, что острие его клинообразной рабочей части отклонено от оси его посадочного места наружу, так, что угол между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба составляет от 16° до 23°.

Оси посадочных мест зубьев лежат в соответствующих плоскостях посадочных мест зубьев, параллельных плоскости передней стенки ковша.

Клинообразная изогнутая рабочая часть зуба образуется выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями зуба.

Зуб установлен на верней кромке передней стенки ковша и удерживается в посадочном месте на передней стенке ковша с помощью своей хвостовой части с опорными поверхностями. Зуб фиксируется на своем посадочном месте с помощью скоб или шпилек.

В предпочтительном частном случае исполнения посадочное место зубьев выполнено непосредственно на передней стенке ковша и плоскость передней стенки, в этом случае, параллельна или даже совпадает с плоскостью посадочного места зубьев. В других частных случаях исполнения форма передней стенки может отличаться от плоской и быть изогнутой.

Ковш карьерного экскаватора, помимо передней стенки с закрепленными на ней зубьями, имеет заднюю и боковые стенки, а также днище. Днище может быть снабжено механизмом разгрузки.

Внешняя сторона задней стенки снабжена элементами жесткого крепления к балке рукояти.

Передняя, боковые и задняя стенки ковша карьерного экскаватора жестко соединены между собой, обеспечивая возможность постоянства угла между осью посадочного места зубьев и осью рукояти.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора работает следующим образом.

Под действием привода экскаватора и передаточного механизма режущий узел ковша карьерного экскаватора углубляется в массив породы или грунт и принимает удар о породу на зубья. Разрушаемая порода перемещается вдоль верхней грани зуба, попадая в ковш экскаватора.

Перемещение режущего узла в процессе копания, когда ковш поднимается вверх для забора грунта, происходит по дуге, являющейся частью окружности с радиусом, соответствующим расстоянию удаления ковша от оси поворота рукояти. Балка рукояти в процессе копания всегда ориентирована перпендикулярно касательной к траектории перемещения ковша в процессе забора грунта.

Фиксация угла оси посадочного места зуба к оси рукояти в вертикальной плоскости обеспечивает постоянство угла взаимодействия рабочей части зубьев с грунтом на всем протяжении перемещения движения ковша вверх, во время копания. Углы от 120° до 124° между плоскостью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости совместно с углами от 16° до 23° между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части в вертикальной плоскости соответствуют углам, обеспечивающим самозаглубление зубьев в грунт при подъеме ковша, а длина режущей кромки зубьев от 600 до 750 мм позволяет осуществить это заглубление эффективно.

Постоянство углов сохраняется независимо от конструкции ковша и типа его крепления к рукояти так как углы привязаны к касательной к дуге перемещения, а точнее отсчитываются от перпендикуляра к касательной к траектории перемещения ковша, т.е. от оси рукояти, поворачивающейся в вертикальной плоскости на своей оси поворота.

Верхняя и нижняя грани, а также режущая кромка интенсивно истираются о породу или грунт. При этом износ рабочей части происходит, в основном, со стороны режущей кромки и форма рабочей части остается приемлемой для работы так, что истирание зубьев не приводит к потере их функциональности. Зубья остаются работоспособными, т.е. не требующими замены, до тех пор, пока истиранию не подвергнется рабочая часть зуба по всей длине режущей кромки, вплоть до верхнего края его посадочного места.

При выполнении угла между осью балки рукояти и плоскостью посадочных мест для зубьев в пределах от 120° до 124°, совместно с использованием зубьев с клинообразной рабочей частью с длиной режущей кромки зубьев от 600 до 750 мм., и отклоненных в вертикальной плоскости от плоскости посадочного места зубьев так, что угол между плоскостью посадочного места и биссектрисой угла клинообразной части составляет от 16° до 23°, снижаются напорные усилия при внедрении зуба в породу, а зубья способны дорабатывать оставаясь при этом достаточно острыми до их истирания почти до края посадочного места передней стенки, не утрачивая своей работоспособности.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора является составной частью ковша, однако его угловые параметры привязаны не к пространственной ориентации ковша, а отсчитываются от оси рукояти, что позволило рассматривать режущий узел ковша как универсальный самостоятельный элемент, который может быть использован с разными по объему и конструкции ковшами карьерных экскаваторов.

Эксплуатация режущего узла ковша карьерного экскаватора на добывающих предприятиях показала повышение производительности работы и длительности работы зубьев при неизменных параметрах руды и технологии взрыва.

Параметры режущего узла ковша карьерного экскаватора, а именно: угол между плоскостью посадочного места зубьев и осью балки рукояти, угол между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба, а также длина режущей кромки зубьев были определены опытным путем и совершенствовались в производственных условиях. Эффективность параметров подтверждена эксплуатирующими организациями.

Повышение производительности обеспечивается в том числе за счет облегчения внедрения режущего узла ковша в выбираемую породу и возможности эффективной наполняемости ковша, т.е. большей степени заполнения ковша за один ход копания.

Повышение длительности межремонтного периода обеспечивается, в том числе, за счет возможности более длительного использования зубьев ковша без их замены, а также более длительного использования самого ковша.

По результатам испытаний ходимости узлов по группам экскаваторов ЭКГ-20, ЭКГ-15, проведенного на АО «Карельский окатыш», после изменения конструкции режущего узла ковша карьерного экскаватора, ходимость передних стенок на ЭКГ-20, увеличилась в три раза, зубьев ковша в два раза, подъемного каната - в полтора раза. Изменение конструкции режущего узла ковша карьерного экскаватора позволило исключить попадание элементов хода, зуба и передних стенок на фабрику от экскаваторного оборудования.

По ЭКГ-15 увеличение ходимости передних стенок зафиксировано в полтора раза, зубьев ковша в два раза и подъемного каната - на 40%.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора обеспечил большую наполняемость ковша, что также позволило снизить время на погрузку транспорта, задействованного в перевозке руды.

Повышение ходимости узлов без необходимости специального усиления и защиты стенок ковша позволило облегчить сам ковш, что снизило нагрузку на подъемное оборудование экскаватора в процессе работы и, в свою очередь, также способствовало повышению производительности.

Таким образом, наличие угла между плоскостью посадочного места зубьев и осью рукояти от 120° до 124° одновременно с выполнением зубьев клинообразной формы с длиной режущей кромки от 600 до 750 мм и углом между осью посадочного места и биссектрисой угла клинообразной части зуба от 16° до 23°, обеспечивают снижение напорных усилий при внедрении рабочего органа экскаватора в породу, способствуя повышению производительности работы, а также обеспечивают возможность повышения продолжительности использования зубьев, за счет сохранения работоспособности зубьев до их стачивания вплоть до края посадочного места передней стенки ковша.

Более длительный интервал между ремонтными работами по замене зубьев также способствует повышению производительности работы, за счет снижения времени простоя экскаватора.

Пример 1

Режущий узел ковша карьерного экскаватора используется в составе карьерного экскаватора, содержащего рукоять, выполненную с возможностью перемещения относительно стрелы и ковш. Ковш закреплен на балке рукояти через фланцевое соединение на его задней стенке.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора содержит закрепленные на передней стенке ковша зубья, имеющие клинообразную рабочую часть, образуемую выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями. При этом, угол между плоскостью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости составляет 120°, угол между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба в вертикальной плоскости составляет 16°, длина режущей кромки зубьев составляет 600 мм.

При копании экскаватором ковш своим режущим узлом внедряется в породу или грунт, а его дальнейшее вертикальное перемещение способствует наполнению ковша.

Благодаря оптимальному значению угла взаимодействия зубьев режущего узла ковша с поверхностью грунта и их формы, ковш легче внедряется в породу и его наполнение происходит более эффективно в течение всего срока службы зуба, обеспечивая высокую производительность работ.

При взаимодействии с породой зубья интенсивно изнашиваются. Однако пространственная ориентация зубьев в составе режущего узла и их форма способствуют более длительному сохранению их работоспособности, благодаря чему повышается длительность работы до наступления необходимости замены зубьев.

Сохранение работоспособного состояния зубьев при практически полном стачивании их рабочей части обеспечивает длительный межремонтный период работы ковша.

Пример 2

Режущий узел ковша карьерного экскаватора используется в составе карьерного экскаватора, содержащего рукоять и снабженный механизмом разгрузки ковш, жестко закрепленный на конце рукояти посредством соответствующего оголовка рукояти.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора содержит закрепленные на передней стенке ковша зубья, имеющие клинообразную рабочую часть, образуемую выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями. При этом, угол между плоскостью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости составляет 124°, угол между плоскостью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба в вертикальной плоскости составляет 23°, а длина режущей кромки зубьев составляет 750 мм.

При копании экскаватором ковш своим режущим узлом внедряется в породу и, а его дальнейшее вертикальное перемещение способствует наполнению ковша.

Оптимальное значение угла взаимодействия зубьев режущего узла ковша с поверхностью грунта и их форма облегчают его внедрение в породу и его наполнение, повышая производительность работы.

Пространственная ориентация в составе режущего узла зубьев и их форма способствуют более длительному сохранению их работоспособности, повышая длительность межремонтного периода работы ковша.

При копании экскаватором ковш закрыт - засов удерживает механизм разгрузки в исходном - закрытом состоянии.

При разгрузке ковша засов оттягивают, в результате чего створка днища под действием тяжести груза породы раскрывается и производится разгрузка.

После разгрузки ковша механизм разгрузки переводится в исходное состояние.

Режущий узел ковша карьерного экскаватора может быть изготовлен из металла путем литья и формования с использованием стали и стандартного оборудования.

Таким образом, режущий узел ковша карьерного экскаватора обеспечивает высокую производительность работы экскаватора, а также повышение длительности межремонтного периода.

Изобретение относится к землеройной технике, а именно к одноковшовым экскаваторам, и может быть использовано в конструкции ковша карьерного экскаватора. Режущий узел ковша карьерного экскаватора содержит закрепленные на передней стенке ковша зубья. Зубья имеют клинообразную рабочую часть, образуемую выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями. Угол между осью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости является постоянным во время копания и составляет от 120° до 124°. Угол между осью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба в вертикальной плоскости составляет от 16° до 23°. Длина режущей кромки зубьев составляет от 600 до 750 мм. Также ось посадочного места зубьев может быть параллельна плоскости передней стенки ковша. Техническим результатом является повышение производительности работы экскаватора, а также повышение межремонтного периода. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Режущий узел ковша карьерного экскаватора, содержащий закрепленные на передней стенке ковша зубья, имеющие клинообразную рабочую часть, образуемую выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями, отличающийся тем, что угол между осью посадочного места зубьев и осью балки рукояти в вертикальной плоскости является постоянным во время копания и составляет от 120° до 124°, при этом угол между осью посадочного места зуба и биссектрисой угла клинообразной части зуба в вертикальной плоскости составляет от 16° до 23°, а длина режущей кромки зубьев составляет от 600 до 750 мм.

2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что ось посадочного места зубьев параллельна плоскости передней стенки ковша.