Результат интеллектуальной деятельности: ЭКСКАВАТОР С ПОВОРОТНЫМ КОВШОМ ( ВАРИАНТЫ ), КОВШ И СПОСОБ ВЫБОРОЧНОГО РЫТЬЯ ОТВАЛА МАТЕРИАЛА

Настоящее изобретение относится к области добычных одноковшовых экскаваторов. Конкретно, представленное изобретение относится к канатному экскаватору, имеющему активно управляемый ковш.

На обычном канатном экскаваторе ковш прикреплен к рукояти, причем ковш поддерживается тросом, или канатом, который проходит поверх направляющего блока. Канат прикреплен к дужке, которая шарнирно соединена с ковшом. Во время фазы подъема канат наматывается барабаном подъемной лебедки, поднимая ковш вверх по отвалу и высвобождая материал, подлежащий выемке. Ковш полый по существу с прямоугольным поперечным сечением, а внутренние стенки ковша в общем прямые.

Использование каната для подъема ковша максимально увеличивает подъемное усилие во время цикла рытья. Однако ориентация ковша относительно рукояти во время цикла рытья является в общем фиксированной. Оператор не может управлять движением ковша или другого приспособления, независимого от рукояти и подъемного каната, ограничивая возможность регулировки качества функционирования экскаватора в ответ на изменение условий рытья. Глубина погружения или вырывное усилие ковша в большой степени зависит от подъемного усилия и ориентации ковша. Например, в то время, как подъемное усилие является по существу вертикальным, ковш является по существу горизонтальным относительно материала, подлежащего выемке. Это существенно ограничивает величину подъемного усилия, которое может быть передано в вырывное усилие на режущей кромке ковша. В дополнение, ковшу не хватает эксплуатационной гибкости: для того, чтобы проводить процесс рытья, ковш обычно необходимо располагать у основания отвала и протягивать наверх. Это делает трудными проведение выборочного рытья, или введения ковша на промежуточной высоте отвала и рытья с данной точки.

Грейферные ковши, которые широко используются на гидравлическом экскаваторе, содержат главный корпус и заднюю стенку. Главный корпус и задняя стенка разделяются за счет приведения в действие цилиндров ковша. Главный корпус имеет изогнутую внутреннюю стенку, которая обеспечивает возможность отделения поверхностного слоя материала и скольжения в ковш и наполнения ковша более полно. Грейферные ковши также содержат прямые боковые стенки и нижнюю режущую кромку, простирающуюся по прямой линии поперек верхней части нижней стенки. Нижняя режущая кромка имеет множество зубьев и образует режущую кромку. Режущая кромка заканчивается там, где нижняя режущая кромка стыкуется с боковыми стенками, образуя прямой угол с каждой стороны. Углы увеличивают сопротивление материала, подлежащего выемке, требуя более большого усилия для проникновения в материал. В дополнение, вследствие того, что каждый угол может испытывать разное усилие сопротивления, ковш подвергается несбалансированным усилиям, которые создают скручивающую нагрузку в боком направлении поперек ковша. Данные факторы увеличивают износ ковша и уменьшают эффективность рытья. Кроме того, когда задняя стенка и главный корпус разделяются для выгрузки материала, следствием изогнутой внутренней стенки является внутренний гребень, который препятствует легкой выгрузке материала. Это заставляет главный корпус поднимать материал, увеличивая нагрузку на цилиндры ковша и увеличивая время разгрузки.

В одном варианте осуществления, изобретение предоставляет добычной одноковшовый экскаватор, содержащий основание, стрелу, первый элемент, подвижно соединенный со стрелой, ковш и поворотный исполнительный механизм. Основание содержит барабан подъемной лебедки для разматывания и наматывания подъемного каната. Стрела содержит первый конец, соединенный с основанием, и второй конец, расположенный напротив первого конца. Подъемный канат простирается через второй конец стрелы. Первый элемент содержит первый конец и второй конец. Ковш шарнирно соединен со вторым концом первого элемента. Поворотный исполнительный механизм перемещает ковш относительно второго конца первого элемента, и поворотный исполнительный механизм содержит первый конец, соединенный с первым элементом.

В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет добычной одноковшовый экскаватор, содержащий стрелу, подъемный канат, рукоять, подвижно соединенную со стрелой, ковш и поворотный исполнительный механизм. Стрела содержит первый конец и второй конец, расположенный напротив первого конца. Подъемный канат простирается по существу вдоль стрелы и проходит через второй конец стрелы. Рукоять подвижно соединена со стрелой и содержит первый конец и второй конец. Ковш шарнирно соединен со вторым концом рукояти на запястном шарнире, и соединен с подъемным канатом, проходящим через второй конец стрелы. Подъемный канат прикладывает усилие натяжения к ковшу в положении, которое смещено от запястного шарнира. Усилие натяжения вызывает крутящий момент на ковше, поворачивающий ковш вокруг запястного шарнира в первом направлении. Поворотный исполнительный механизм содержит первый конец, соединенный с рукоятью. Функционирование поворотного исполнительного механизма заставляет ковш поворачиваться вокруг запястного шарнира в первом направлении.

В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет ковш для землеройной машины. Машина содержит стрелу и первый элемент, подвижно соединенный со стрелой, при этом ковш соединен с концом первого элемента. Ковш содержит пару боковых стенок, разделенных промежутком, при этом нижняя стенка расположена между боковыми стенками, и режущую кромку. Боковые стенки и нижняя стенка образуют отверстие для приема материала. Режущая кромка простирается по меньшей мере частично вокруг отверстия для приема материала. Режущая кромка образует непрерывный круглый профиль, расположенный между каждой боковой стенкой и нижней стенкой.

В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет способ выборочно рытья отвала материала, при этом отвал содержит основание и вершину. Способ включает предоставление канатного экскаватора, содержащего стрелу, имеющую первый конец и второй конец, расположенный напротив первого конца, подъемный канат, тянущийся по существу вдоль стрелы и проходящий через второй конец стрелы, первый элемент, подвижно соединенный со стрелой и содержащий первый конец и второй конец, и ковш, шарнирно соединенный со вторым концом первого элемента и соединенный с подъемным канатом, проходящим через второй конец стрелы; подъем ковша в положение, приближенное к отвалу материала и между участком основания и верхним участком; приведение в действие поворотных цилиндров, присоединенных между первым элементом и ковшом, поворачивая ковш; и выдвижение первого элемента для проникновения в отвал материала между участком основания и верхним участком.

Другие аспекты изобретения станут понятны благодаря рассмотрению подробного описания и сопровождающих чертежей, где:

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе добычного одноковшового экскаватора;

Фиг.2 представляет собой вид сбоку добычного одноковшового экскаватора фиг.1;

Фиг.3 представляет собой вид в перспективе рукояти и ковша;

Фиг.4 представляет собой вид в перспективе снизу рукояти и ковша фиг.3;

Фиг.5 представляет собой изображение в поперечном сечении рукояти и ковша фиг.4, сделанное по линии 5-5;

Фиг.6 представляет собой увеличенный изображение в поперечном сечении рукояти, показанной на фиг.5;

Фиг.7 представляет собой вид в перспективе ковша;

Фиг.8 представляет собой вид сбоку ковша фиг.7;

Фиг.9 представляет собой вид спереди ковша фиг.7;

Фиг.10 представляет собой перспективное изображение сзади ковша фиг.7;

Фиг.11 представляет собой изображение в поперечном сечении ковша фиг.9, сделанное по линии 11-11, с ковшом в закрытом состоянии;

Фиг.12 представляет собой изображение в поперечном сечении ковша фиг.11 с ковшом в открытом состоянии;

Фиг.13 представляет собой увеличенное изображение в поперечном сечении ковша фиг.11;

Фиг.14 представляет собой вид сбоку рукояти и ковша фиг.3 во время процесса внедрения;

Фиг.15 представляет собой вид сбоку рукояти и ковша фиг.3 во время процесса рытья с втянутым поворотным исполнительным механизмом;

Фиг.16 представляет собой вид сбоку рукояти и ковша фиг.3 во время процесса рытья с выдвинутым поворотным исполнительным механизмом.

Перед подробным объяснением каких-либо вариантов осуществления изобретения, следует понять, что применение изобретения не ограничено деталями конструкции и расположением составных элементов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на следующих чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и практического использования или выполнения различными способами. Также, следует понять, что фразеология и терминология, используемые в данной заявке, предназначены для цели описания и не должны рассматриваться в качестве ограничения.

Как показано на фиг.1 и 2, добычной одноковшовый экскаватор 10 опирается на опорную поверхность, или дно, и содержит основание 22, стрелу 26, первый элемент или рукоять 30, ковш 34 и поворотный исполнительный механизм 36. Основание 22 содержит барабан 40 подъемной лебедки (фиг.1) для наматывания и разматывания троса или подъемного каната 42. Стрела 26 содержит первый конец 46, соединенный с основанием 22, второй конец 50, расположенный напротив первого конца 46, направляющий блок 54, опорный блок 58 и вал 62 рукояти ковша (фиг.1). Направляющий блок 54 соединен со вторым концом 50 стрелы 26 и направляет канат 42 через второй конец 50. Канат 42 соединен с ковшом 34 дужкой 66. Ковш 34 поднимается или опускается по мере того, как канат 42, соответственно, наматывается или разматывается барабаном 40 подъемной лебедки. Опорный блок 58 соединен с возможностью вращения со стрелой 26 с помощью вала 62 рукояти ковша, который расположен между первым концом 46 и вторым концом 50 стрелы 26 и простирается через стрелу 26. Вал 62 рукояти ковша содержит шлицевую шестерню 70 (фиг.6). Рукоять 30 подвижно соединена со стрелой 26 посредством опорного блока 58.

Со ссылкой на фиг.3 и 4, первый элемент или рукоять 30 содержит пару плеч 78, образующих первый конец 82, второй конец 86 и зубчатую рейку 90 (фиг.4) для зацепления шлицевой шестерни 70 (фиг.4). Первый конец 82 рукояти 30 принимается с возможностью перемещения в опорном блоке 58, а рукоять 30 проходит через опорный блок 58 таким образом, чтобы рукоять 30 имела возможность вращательного и поступательного движения относительно стрелы 26 (фиг.1). Существует еще один способ, рукоять 30 может прямолинейно выдвигаться относительно опорного блока 58 и может вращаться вокруг вала 62 рукояти ковша. В проиллюстрированном варианте осуществления, рукоять 30 по существу прямая. В других вариантах осуществления, рукоять 30 может содержать изогнутую часть. Как показано на фиг.5 и 6, зубчатая рейка 90 входит в зацепление со шлицевой шестерней 70, при этом вращение вала рукояти ковша 62 облегчает поступательное движение рукояти 30 посредством реечно-шестеренчатого механизма.

Как лучше всего показано на фиг.5, ковш 34 шарнирно соединен со вторым концом 86 рукояти 30 на запястном шарнире 92. Дужка 66 соединена с канатом 42 (фиг.1), проходящим через направляющий блок 54 (фиг.1), и шарнирно соединена с ковшом 34 вокруг первого шарнира, или шарнира 94 дужки. В проиллюстрированном варианте осуществления, запястный шарнир 92 и шарнир 94 дужки являются штифтовыми соединениями. В других вариантах осуществления, дужка 66 шарнирно соединена с рукоятью 30. Кроме того, в проиллюстрированном варианте осуществления, дужка 66 по существу аналогична дужке, описанной в Патентной Заявке США № 13/691024, поданной 30 ноября 2012 года, полное содержание которой включено в данную заявку посредством ссылки. В других вариантах осуществления, ковш 34 может быть соединен с подъемным исполнительным механизмом другого типа на шарнире 94 дужки.

Поворотный исполнительный механизм 36 управляет наклоном ковша 34 посредством поворачивания ковша 34 вокруг запястного шарнира 92. Со ссылкой на фиг.4 и 5, поворотный исполнительный механизм 36 содержит первый конец 96, соединенный с рукоятью 30 на втором шарнире 98, и второй конец 102, соединенный с ковшом 34 на третьем шарнире 104. Третий шарнир 104 отделен от запястного шарнира 102 расстоянием 106 (фиг.8). В проиллюстрированном варианте осуществления, поворотный исполнительный механизм 36 содержит пару гидравлических цилиндров, соединенных непосредственно между нижней частью рукояти 30 и нижней частью ковша 34. В других вариантах осуществления, может быть использован иной тип исполнительного механизма. В других вариантах осуществления, исполнительный механизм присоединен между верхней частью рукояти 30 и/или верхней частью ковша 34. В других вариантах осуществления, поворотный исполнительный механизм 36 соединен с ковшом посредством промежуточного шарнирного четырехугольника. Промежуточный шарнирный четырехугольник может содержать дополнительный элемент, который шарнирно присоединен между ковшом 34 и вторым концом 102 исполнительного механизма 36, а дополнительное звено также может быть соединено с рукоятью посредством трехкомпонентного звена. Промежуточный шарнирный четырехугольник также может содержать компоновку со «стержнем Z-образного профиля», в которой второй конец 102 поворотного исполнительного механизма 36 соединен с одним концом звена, которое может поворачиваться относительно рукояти 30, а дополнительное звено или исполнительный механизм присоединен между вторым концом поворотного звена и ковшом 34.

Как описано выше, ковш 34 связан с тремя составными элементами: 1) вторым концом 86 рукояти 30 на запястном шарнире 92; 2) поворотным исполнительным механизмом 36 на третьем шарнире 104; и 3) подъемным канатом 42 на шарнире 94 дужки. Относительные положения запястного шарнира 92, шарнира 94 дужки, второго шарнира 98 и третьего шарнира 104 могут быть изменены для оптимизации поведение ковша 34 во время цикла рытья.

Как показано на фиг.7 и 8, ковш 34 относится к ковшу грейферного типа, содержащему главный корпус 110, торцевую стенку или заднюю стенку 114 и исполнительный механизм 118 ковша (фиг.10-12). Главный корпус 110 шарнирно соединен с задней стенкой 114 вокруг шарнира 122 ковша. Главный корпус 110 образует отверстие 126 для приема материала на одном конце и отверстие 130 для выгрузки материала (фиг.12) на противоположном конце. Главный корпус 110 содержит нижнюю стенку 138 и боковые стенки 142, расположенные между отверстием 126 для приема материала и отверстием 130 для выгрузки материала (фиг.12), и режущую кромку или козырек 146, приближенный к отверстию для приема материала. В проиллюстрированном варианте осуществления, боковые стенки 142 соединены с задней стенкой 114 посредством шарнира 122 ковша.

Как показано на фиг.9, козырек 146 содержит множество разнесенных зубьев 150. Козырек 146 образует изогнутый, непрерывный переход или профиль между нижней стенкой 138 и боковыми стенками 142, а не прямой угол. Изогнутый профиль козырька 146 выполнен с возможностью зацепления материала, подлежащего выемке, и уменьшает скручивающие нагрузки на боковые стенки 142. То есть угол между каждой боковой стенкой 142 и нижней стенкой 138 круглый, а вдоль закругленного угла, приближенного к каждой боковой стенке 142, расположен по меньшей мере один зубец 150. В одном варианте осуществления, радиус окружности больше или равен 5% ширины ковша 34 при измерении от одной боковой стенки 142 до другой боковой стенки 142. Профиль с большим радиусом облегчает движение ковша 34 через материал, подлежащий выемке, увеличивая эффективность рытья. Как лучше всего показано на фиг.11, нижняя стенка 138 содержит внутреннюю поверхность 154, которая в общем образует острый угол относительно задней стенки 114.

Со ссылкой на фиг.10-12, исполнительный механизм 118 ковша присоединен между задней стенкой 114 и главным корпусом 110 таким образом, чтобы функционирование исполнительного механизма 118 заставляло главный корпус 110, поворачиваться вокруг шарнира 122 ковша, отделяя главный корпус 110 от задней стенки 114 и выгружая материал, заключенный внутри ковша 34. В проиллюстрированном варианте осуществления, исполнительный механизм 118 ковша содержит пару гидравлических цилиндров, присоединенных между главным корпусом 110 и задней стенкой 114 таким образом, чтобы втягивание цилиндров вызывало отделение главного корпуса 110 и задней стенки 114.

Как показано на фиг.13, внутренняя поверхность 154 нижней стенки 138 образует разгрузочный участок или кромку 162, приближенную к нижней части 164 задней стенки 114. Когда ковш 34 закрыт (фиг.11), разгрузочная кромка 162 упирается в заднюю стенку 114. По мере открывания ковша 34, разгрузочная кромка 162 движется в сторону от задней стенки 114, вычерчивая траекторию 166, определяемую поворотом разгрузочной кромки 162 вокруг шарнира 122 ковша (фиг.12). Внутренняя поверхность 154 (которая поддерживает материал, заключенный внутри ковша 34) остается выше траектории 166 разгрузочной кромки 162 по мере того, как главный корпус 110 поворачивается вокруг шарнира 122 ковша. Сформулирован еще один способ, внутренняя поверхность 154 остается в общем выше, чем разгрузочная кромка 162, так что движение главного корпуса 110 от стенки 114 создает пустоту, через которую падает содержание ковша 34. Разгрузочная кромка 162 облегчает выгрузку материала, потому что она не захватывает или не останавливает содержимое ковша 34. Это повышает эффективность ковша 34 и уменьшает нагрузку на исполнительный механизм 118 ковша за счет уменьшения массы материала, который поддерживает главный корпус 110, когда ковш 34 открыт (фиг.12).

Как показано на фиг.14-16, во время цикла рытья, оператор выдвигает, или внедряет, рукоять 30 в отвал материала 170 (фиг.14), подлежащего выемке, прикладывая к ковшу 34 внедряющее усилие 174 (фиг.14). Оператор выдвигает поворотный исполнительный механизм 36, прикладывая поворачивающее усилие 178 к третьему шарниру 104, поворачивая ковш 34 вокруг запястного шарнира 92. Отвал 170 прикладывает противодействующую силу 182 к зубьям 150. Противодействующая сила 182 создает крутящий момент вокруг запястного шарнира 92, поворачивая ковш в первом направлении (по часовой стрелке в варианте осуществления фиг.14). Противодействующая сила 182 представляет собой сжимающую нагрузку, работающую против поворотного усилия 178, которая ведет ковш 34 вокруг запястного шарнира 92 во втором направлении, противоположном первому направлению (т.е. против часовой стрелки в варианте осуществления фиг.14) для проникновения в отвал 170. В дополнение, подъемный канат 42 (фиг.1) прикладывает подъемное усилие 186, которое действует вдоль подъемного каната 42 (фиг.1).

Как показано на фиг.15, подъемное усилие 186 смещено от запястного шарнира 92 на расстояние 190. Это создает крутящий момент вокруг запястного шарнира 92, действующий во втором направлении, противоположном крутящему моменту, создаваемому противодействующей силой 182 (т.е. против часовой стрелки на фиг.14). Подъемное усилие 186, вследствие этого, дополняет поворотное усилие 178 при проникновении в отвал 170. Противодействующая сила 182 отвала 170 создает крутящий момент на запястном шарнире 92, который является пропорциональным расстоянию между режущей кромкой 146 и запястным шарниром 92. Вырывное усилие противодействует данному крутящему моменту и является пропорциональным сумме подъемного усилия 186, действующего на расстоянии 190 от запястного шарнира 92, и поворотного усилия 178, действующего на расстоянии 106 (фиг.8) от запястного шарнира 92.

Со ссылкой на фиг.15 и 16, по мере того, как ковш 34 движется по отвалу 170 (фиг.16), оператор поворачивает ковш 34 в направлении более вертикальной ориентации (фиг.16), при этом противодействующая сила 182 отвала 170 уменьшается. По мере того как ковш 34 поворачивается, расстояние 190 смещения между подъемным усилием 186 и запястным шарниром 92 также уменьшается, уменьшая вращательный крутящий момент вокруг запястного шарнира 92. Подъемное усилие 186 содействует подъему ковша 34 по отвалу 170. Затем оператор располагает ковш 34 над требуемым местом выгрузки и приводит в действие исполнительный механизм 118 ковша (фиг.10). Это заставляет главный корпус 110 поворачиваться вокруг шарнира 122 ковша, отделяя главный корпус 110 от задней стенки 114 и выгружая материал (фиг.10).

В дополнение, поворотное усилие 178 в общем действует на нижнюю часть 164 задней стенки 114. Это является преимуществом, когда ковш 34 опирается на землю, потому что выдвижение поворотного исполнительного механизма 36 заставляет ковш 34 поворачиваться относительно земли. При этом условии, нижняя часть 164 ковша 34 действует в качестве точки опоры, по существу перемещая рычагом зубья 150 в отвал 170 и обеспечивая возможность полного использования подъемного усилия 186, действующего вокруг запястного шарнира 92.

По причине того, что поворотный исполнительный механизм 36 активно управляет наклоном ковша 34, ковш 34 может быть вставлен в отвал 170 фактически на любой высоте. Вырывное усилие ковша 34 приводится в действие за счет поворотного усилия 178 и подъемного усилия 186, вместо почти полной зависимости от подъемного усилия 186, обеспечиваемого натяжением каната 42. Это устраняет для оператора необходимость изменения положения ковша 34 в основании отвала 170 для начала каждого цикла рытья. Вместо этого, оператор может выборочно копать отвал 170.

Комбинация ковша 34, соединенного как с поворотным исполнительным механизмом 36, так и с подъемным канатом 42 через дужку 66, обеспечивает преимущество в том, что подъемное усилие 186 увеличивает вырывное усилие ковша 34 в точке хода в отвал 170, сохраняя в то же время преимущественное подъемное усилие подъемного каната 42 во время фазы подъема. Комбинация также обеспечивает рычажное движение ковша 34, увеличивая вырывное усилие в основании отвала 170. Кроме того, возможность выборочного рытья отвала 170 улучшает эксплуатационную гибкость экскаватора 10.

В дополнение, непрерывный изогнутый козырек 146 устраняет прямые углы в профиле ковша 34. Это уменьшает сопротивление материала по бокам 142 ковша 34, уменьшая вследствие этого усилие, необходимое для проникновения в отвал 170. В дополнение, это обеспечивает более сбалансированные условия нагружения ковша 34, что уменьшает скручивающую нагрузку на ковш 34 и уменьшает износ ковша 34. Все вместе, данные признаки увеличивают эффективность рытья и срок службы ковша 34. Кроме того, угловая внутренняя поверхность 154 главного корпуса 110 облегчает выгрузку материала из ковша 34. Данный признак уменьшает нагрузку на исполнительный механизм 118 ковша, уменьшает количество времени, необходимое для выгрузки материала, и уменьшает вероятность застревания материала в ковше 34 за счет захвата между главным корпусом 110 и задней стенкой 114.

Несмотря на то, что изобретение было подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, в пределах объема правовых притязаний и сущности одного или более независимых аспектов изобретения в описанном виде существуют варианты и модификации.

Таким образом, изобретение предоставляет, среди прочего, экскаватор с поворотным ковшом. Различные признаки и преимущества изобретения изложены в следующей формуле изобретения.