ЗУБ КОВША КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА

Область техники, к которой относится изобретение

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

Предпосылки создания изобретения

В нашей стране на экскаваторах типа «прямая лопата» для разработки скальных горных пород в раздробленном состоянии и для погрузки их в транспортные машины ковши оснащают цельнолитыми или штампованными зубьями. Самыми эффективными и долговечными оказались литые зубья со сложными криволинейными профилями передней (верхней) и задней (нижней) граней рабочей части, изготовленные из стали 110Г13Л. Рабочую часть в продольном сечении стараются делать относительно тонкой, обеспечивая жесткость за счет ребер на задней грани, а иногда и на обеих - передней и задней гранях. Боковые грани рабочей части обычно плоские.

Известно технической решение по форме зубьев, предназначенных для использования на ковшах тяжелых горных экскаваторов [1]. Рабочая часть зуба выполнена клинообразной и имеет сложный криволинейный профиль верхней и нижней граней. Предполагается, что при истирании в процессе работа зуб будет сохранять острую режущую кромку. Зуб изготавливают штамповкой, он снабжен широкими центральными ребрами жесткости, расположенными на верхней и нижней поверхностях зуба. Ширина ребер составляет примерно ширины зуба. Таким образом, зуб имеет в поперечном сечении крестообразную форму. Зуб снабжен средствами защиты края ковша в виде трапецеидальных выступов на боковых поверхностях, охватывающих край ковша и имеющих скобообразное сечение.

Однако нарисованные в патенте профили изменения режущей кромки при износе слишком идеализированы, режущая кромка всегда будет закругленной, причем по мере истирания толщина зуба около режущей кромки увеличивается, соответственно увеличивается и радиус закругления. Причем нарисованные профили не учитывают широкие ребра. Зубья затупляются, силы при внедрении зубьев в породу и подъеме ковша (с одновременным заполнением его породой) значительно увеличиваются.

В патенте представлена схема монтажа зубьев на передней стенке ковша. Предусмотренные средства защиты кромки передней стенки ковша защищают совсем небольшую часть кромки в зазоре между зубьями. Возможности расширения этих выступов ограничены, т.к. это приведет к уменьшению длины рабочей части зуба. Самый интенсивный износ передней стенки ковша будет по краям, где и при внедрении в породу и при зачерпывании передняя стенка непосредственно взаимодействует с кусками породы. Зубья изготавливают узкими, ширина рабочей части зубьев в 2,5-3,5 раза меньше ее длины. Интенсивный износ зубьев происходит не только по передней и задней граням, но и по боковым граням, и по мере износа режущая часть становится круглой, и зубья не столько зачерпывают породу, сколько ее рыхлят.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является цельнолитой зуб ковша экскаватора, включающий клинообразную рабочую часть, выполненную с острым углом 10-15° между выпуклой верхней и вогнутой нижней криволинейными гранями [2]. Жесткость рабочей части зуба обеспечивается двумя периферийными ребрами, выполненными на задней грани. Режущая часть смещена относительно продольной оси зуба вниз, режущая кромка закруглена. Благодаря указанной форме угол заострения центральной части зуба при истирании последнего существенно не изменяется вплоть до конца эксплуатации, что обеспечивает сохранение эффективного угла заострения, и, следовательно, относительно высокую производительность. Использование зубьев данной формы позволило увеличить износостойкость и срок службы и уменьшить вероятность внезапной поломки. Зубья были изготовлены в большом количестве и успешно используются в карьерах ГОК.

Однако при массовом изготовлении и эксплуатации выявились и недостатки этой конструкции зуба. Зуб выполнен одинаковой ширины во всех частях. Ширина рабочей части представляется недостаточной, т.к. интенсивный износ идет не только по передней и задней граням рабочей части, но и по боковым граням. Для защиты передней стенки ковша от износа требуется использовать дополнительные широкие накладки. Передняя криволинейная грань рабочей части зуба истирается быстрее, чем предполагалось из-за того, что ее профиль чрезмерно выпуклый.

Сущность изобретения

Целью изобретения является повышение эффективности рабочих органов карьерных экскаваторов при одновременном сокращении эксплуатационных затрат.

Техническими результатами являются повышение износостойкости и срока службы, уменьшение вероятности внезапной поломки, улучшение технологичности при литье и термообработке.

Указанная цель и результаты достигаются зубом ковша, выполненным в соответствии с формулой изобретения, при комплексном решении вопросов служебного соответствия и технологичности.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидными из нижеприведенного описания технической сущности его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- на фиг. 1 изображен предлагаемый зуб ковша, вид сбоку,

- на фиг. 2 изображен зуб ковша, вид сверху,

- на фиг. 3 изображен зуб ковша, вид сзади,

- на фиг. 4 изображен зуб ковша, разрез по А-А,

- на фиг. 5 изображен зуб ковша, сечение по Б-Б,

- на фиг. 6 изображен зуб ковша, сечение по В-В.

Подробное описание изобретения

Конструкция предлагаемого цельнолитого зуба ковша подробно представлена на фиг. 1-6. Зуб состоит из клинообразной рабочей части, короткой переходной части и хвостовой части с гнездом, открытым сзади и охватывающим посадочную часть передней стенки ковша. Ширина рабочей и переходной частей зуба больше на 80-160 мм, чем ширина хвостовой части. На чертежах показан самый широкий зуб. Клинообразная рабочая часть зуба образована выпуклой передней гранью 1 и вогнутой задней гранью 2, плавно сопрягающимися на конце клина по цилиндрической поверхности, являющейся режущей частью (кромкой) 3. Режущая кромка смещена относительно продольной оси зуба вниз примерно на 100 мм и содержит каплеобразный выступ 4 меньшего радиуса. Радиусы цилиндрических поверхностей, формирующих вогнутую нижнюю криволинейную грань 2 рабочей части и ребра 5 на ней, принимаются примерно равными длине зуба, R≅L. На задней грани рабочей части выполнено пять ребер 5, причем ширина их разная и уменьшается для каждого следующего ребра от центра к периферии на ~10 мм, т.е. b₁≅b₂+10≅b₃+20 мм. Для менее широких зубьев число ребер может быть меньше, 3 или 4.

Рабочая часть заострена по боковым граням 6 примерно на 2/5 ее длины, заострения 7 выполнены под углом α=10°-12° к боковым граням и снабжены режущей кромкой и каплеобразными выступами, аналогичными выполненным на концевой режущей кромке.

Переходная часть зуба служит для сопряжения рабочей части с хвостовой. В переходной части выполнена ступенчатая внутренняя полость 8, по форме в продольном сечении зуба соответствующая форме наружной поверхности, сообщающаяся с гнездом хвостовой части и снабженная цилиндрическими отверстиями 9, выходящими на боковые поверхности зуба. Ширина b₄ средней части указанной ступенчатой полости соответствует ширине выступа на передней стенке ковша (так называемого «клыка»). Переходная часть зуба содержит упорные поверхности 10, радиус которых равен радиусу кромки передней стенки ковша.

Хвостовая часть зуба снабжена двумя периферийными ребрами 11 сверху и снизу. В верхней и нижней стенках хвостовой части зуба в промежутке между ребрами выполнено прямоугольное окно 12, стенки которого перпендикулярны оси зуба. На верхней и нижней стенках хвостовой части зуба за прямоугольным окном 12 выполнены наклонные поверхности 13 с подъемом к тыльной стороне зуба.

Заявляемый широкий зуб ковша экскаватора выполнен цельнолитым из износостойкой аустенитной стали 110Г13Л. В его конструкции учтены требования литейной технологии: в местах с максимальной толщиной стенок выполнены полости и выборки, для повышения жесткости рабочей и хвостовой частей зуба используются продольные ребра, в местах сопряжений поверхностей имеются галтели. В конструкции зуба учтены также требования хорошей прокаливаемое™ при термообработке.

Монтаж широких зубьев на передней стенке ковша отличается от установки узких зубьев. Во-первых, уменьшается число зубьев - на ковшах емкостью 18 м³ и 20 м³ вместо 6-ти узких зубьев устанавливают 5-ть широких. Во-вторых, сохраняя ширину промежутков между зубьями, крайние зубья устанавливают на самых краях передней стенки ковша. Для подъема зуба используются наличные грузоподъемные механизмы, трос продевается в отверстия 9, расположенные рядом с центром масс зуба. Сборка производится в обычной последовательности: на переднюю стенку ковша экскаватора зуб надевается гнездом хвостовой части до упора по поверхностям 10. При этом выступ на передней стенке ковша (клык) входит в широкую часть ступенчатой полости 8. Затем в прямоугольное окно 12 зуба и такое же окно в передней стенке ковша вставляется скоба и надевается своими рабочими наклонными поверхностями на наклонные поверхности 13 хвостовой части зуба. В зазор между тыльной стороной скобы и передней стенкой окна 12 зуба вставляют клин. Клин забивают в указанный зазор ударами молотка, при этом скоба сильно сжимает верхнюю и нижнюю стенки хвостовой части зуба и отодвигает зуб назад, создавая натяг по упорным поверхностям 10.

Зубья работают следующим образом. При опускании ковша зубья внедряются в предварительно разрушенный взрывом массив породы или грунт. Сила внедрения в породу набора широких зубьев увеличивается незначительно (на ~10-12%) по сравнению с использованием узких зубьев. Это достигается заострением рабочей части зубьев по боковым граням, например самые широкие зубья шириной 400 мм заостряются до ширины 320 мм. Тогда 5 широких зубьев вредряются в породу на длине 1600 мм, а 6 узких зубьев обычной ширины в 240 мм - на длине 1440 мм. Ковш поворачивают, отделяя часть породы от массива, горная порода перемещается вдоль верхней (передней) грани зубьев и передней стенки ковша, постепенно наполняя ковш экскаватора. Затем ковш переносят к месту разгрузки и выгружают. При внедрении в породу и повороте ковша передняя (верхняя) 1 и нижняя (задняя) грани 2, режущая кромка 3 и боковые грани 6 интенсивно истираются о породу под действием абразива и ударов. За счет рационального профилирования рабочей части в предлагаемой конструкции зуба при затуплении рабочая часть сохраняет форму относительно острого клина. Износ широких зубьев будет происходить с такой же скоростью, как и узких из аналогичного материала, но долговечность зуба существенно (в 1,6-2,0 раза) повышается за счет значительного увеличения ширины рабочей части. Износостойкость также обеспечивается за счет высокого качества металла во всех частях зуба после литья и термообработки. Зуб сохраняет лопатообразное сечение и хорошо зачерпывает обломочную породу вплоть до полного износа рабочей части.

1. Режущая кромка ковша экскаватора. Патент РФ МПК Е02F 9/28 №2116406.- Заявл. 25.02.1997 г. - Опубл. 27.07.1998 г. Авторы: Соболев В.Ф., Кудинов С.Я.

2. Зуб ковша экскаватора. Патент РФ МПК Е02F 9/28 №2184814. - Заявл. 13.02.2001 г. - Опубл. 10.07.2002 г. Авторы: Соколов Г.А., Чернышев С.В., Рубина О.Ф.