режущая кромка рабочих органов землеройных машин

Формула изобретения

1. РЕЖУЩАЯ КРОМКА РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН, содержащая симметричные клиновые зубья, жестко соединенные с режущим поясом, и накладки, зафиксированные смежными зубьями на режущем поясе, отличающаяся тем, что каждый зуб выполнен с двухзонной клиновидностью, причем часть клина, примыкающая к посадочному месту зуба, выполнена с углом заострения, большим угла заострения зуба в его вершине, а на одной из сторон каждого зуба выполнена выемка с профильной поверхностью, одна часть которой параллельна противоположной стороне клина, другая часть профильной поверхности образует с этой же клиновой поверхностью угол в 1,8 - 3,2 раза больше угла заострения зуба, при этом начало выемки расположено на расстоянии не менее 1/5 длины клиновой части зуба от его вершины, а боковые поверхности смежных зубъев в зоне их посадки на режущий пояс снабжены скобообразными выступами для фиксации на режущем поясе накладок, выполненных трапецеидальными, и толщина выступов линейно уменьшается к основанию зуба.

2. Режущая кромка по п.1, отличающаяся тем, что плоскости двухзонной клиновидности зуба выполнены плосковогнутыми.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к землеройным машинам, эксплуатирующимся как в горнодобывающих отраслях, так и на строительстве.

Известна режущая кромка землеройных машин, состоящая из режущего пояса, являющегося частью передней стенки ковша, сваренной встык с двумя боковыми стенками, которые соединены с задней стенкой, и комплекта зубьев, жестко соединенных с режущим поясом посредством быстроразъемных элементов. Недостатком подобной конструкции является низкая степень защищенности частей режущего пояса, находящихся между зубьями, а отсюда и малая долговечность режущего пояса и, следовательно, передней стенки. Вследствие того, что режущая кромка может быстро потерять исходную форму, то велика вероятность проявления экстремальных нагрузок.

Известна также режущая кромка рабочего органа, содержащая симметричные клиновые зубья, жестко соединенные с режущим поясом, и клиновидные накладки, зафиксированные на режущем поясе посредством корневых частей зубьев. Безусловно, по степени защищенности режущего пояса эта кромка является в эксплуатации более предпочтительной в сравнении с ранее упомянутой. Это устройство принято нами в качестве прототипа. Однако и эта режущая кромка не лишена недостатков. Все ее элементы по сложности изготовления требуют точной литейной технологии (высокоточное литье). Для небольшого количества экскаваторов, находящихся в эксплуатации, можно и поступиться абсолютными трудозатратами. Однако, когда экскаваторные парки таких отраслей, как угольная, железорудная и др. содержат тысячи единиц экскавационных машин, пренебрегать неоправданным увеличением абсолютных трудозатрат нельзя. Учитывая также, что основные объемы режущего инструмента производятся не заводом-изготовителем, а заводами отраслевыми при большой степени серийности, то режущая кромка должна быть предельно проста по конструкции и обеспечиваться в изготовлении такой же простой технологией. К тому же это просматривается достаточно отчетливо, данная конструкция допускает активное воздействие на забой не только самих зубьев, но и клиновидных накладок. При экскавации пород крепких и абразивных эта режущая кромка не дает соответственно позитивных результатов и для процесса копания, при этом будут характерны как высокие удельные энергетические затраты, так и проявление экстремальных нагрузок, которые могут привести в итоге к аварийным отказам при работе землеройной машины.

Основной задачей предлагаемого изобретения является уменьшение удельных энергозатрат на копание горной массы, снижение уровня статических и динамических нагрузок с целью повышения производительности землеройных машин и увеличения долговечности режущей кромки рабочих органов.

Для достижения поставленной задачи в режущей кромке рабочих органов землеройных машин, содержащей симметричные клиновые зубья, жестко соединенные с режущим поясом, отличающейся тем, что на одной из сторон каждого зуба с двухзонной клиновидностью выполнена выемка с профильной поверхностью, одна часть которой параллельна противолежащей стороне клина, другая же образует с той же клиновой поверхностью конечный угол заострения в 1,8-3,2 раза больший, чем начальный угол заострения зуба, при этом начало выемки расположено на расстоянии не менее 1/5 длины клиновой части зуба от его вершины, а смежные зубья фиксируют на режущем поясе трапецеидальные накладки из износостойких материалов посредством скобообразных выступов, толщина которых линейно уменьшается по мере смещения к основанию зуба, и расположенных на боковых поверхностях в зоне посадочных мест зубьев.

Выполнение на одной из сторон каждого зуба выемки, имеющей вышеописанный профиль, в сочетании с выбором и соответствующих пределах угла заострения зуба и ориентацией режущей кромки в пространстве позволяет решить компромиссную задачу минимизации размеров площади затупления и обеспечить снижение удельных затрат энергии, уровня статических и динамических нагрузок при повышении ресурса (срока службы) самого зуба.

Выполнение скобообразных выступов на боковых поверхностях зубьев дает возможность надежно предохранить посадочные места зубьев от износа, гарантированно зафиксировать скобообразные накладки на режущем поясе ковша, защитить режущий пояс в промежутках между зубьями от неоправданного износа и таким образом опосредованно также формировать наименьшие энергозатраты. Комплексом всех конструктивных отличительных особенностей, в итоге, обеспечивается быстроразъемность при монтаже-демонтаже режущей кромки.

Таким образом, все отличительные признаки изобретения взаимосвязаны между собой и только их совокупность обеспечивает решение поставленной задачи. При проведении патентного поиска не выявлено технических решений, имеющих указанные по сравнению с прототипом отличия.

На фиг.1 показана режущая кромка рабочего органа землеройной машины; на фиг.2 вид зуба сбоку.

Режущая кромка рабочего органа состоит из симметричных, клиновых зубьев 1, которые расклинивают и фиксируют на режущем поясе 2 посредством скобообразных выступов 3 накладки 4 из износостойких материалов. Каждый из зубьев выполнен в виде двухзонного клина. Начальная зона клина, примыкающая к его вершине, выполнена утоненной и минимальный угол ее заострения ограничивается лишь требованиями по обеспечению прочности и жесткости зуба. Другая часть клина, примыкающая к посадочному месту зуба, является более приполненной и угол ее заострения _о должен быть больше на 3-5^о угла заострения утоненной части по результатам исследований и промышленных испытаний данного технического решения. Радиус сопряжения между клиновыми поверхностями определяется литейными требованиями к изделиям из стали (например, типа 110Г13Л). В общем виде поверхность клина является плосковогнутой. Длины утоненной и приполненной частей клина принимаются также по результатам выполненных исследований равными.

На одной из сторон каждого зуба выполнена выемка с профильной поверхностью, одна часть которой параллельна противолежащей стороне клина, а другая образует с той же клиновой поверхностью конечный угол заострения _к, величина которого не превышает в 1,8-3,2 раза начальный угол заострения _н, т.е. _к < (1,8-3,2) _н. Выбор значения коэффициента для определения угла _к к ограничен либо требованиями к прочности зуба (коэффициент равен 1,8), либо минимизацией удельных энергозатрат на копание горной массы (коэффициент равен 3,2). Диапазон выбора величин указанных коэффициентов получен на основании анализа результатов испытаний, проведенных авторами. Практикой ориентировочно установлена предельная величина угла _к, равная или меньшая 55^о, _к 55^о.

Угол заострения зуба _н и его ширина B являются величинами взаимосвязанными, так как определяют совместно с рабочей длиной клиновой части зуба L_В, которая в свою очередь также увязана с величиной B коэффициентом пропорциональности. Поэтому обычно величина B рассматривается как базовая и неизменная по значению в пределах проводимого анализа. В конкретных ситуациях ширина зуба рассчитывается и корректируется на этапе техпроекта, выполняемого по той или иной землеройной машине на основе, заложено в техзадании производительности. В общем же случае ширина зуба B составляет ориентировочно 20% от толщины экскавируемой стружки.

В зависимости от крепости экскавируемых пород ширина выемки b может колебаться от 1/4 до полной ширины зуба B. При этом, чем крепче порода, тем меньше ширина выемки. В самых крепких породах и длина выемки также может быть сведена к минимуму. Радиус сопряжения поверхностей профилированной выемки должен быть не менее 2r, где r радиус приострения вершины клина. Скобообразные выступы расположены на зубе в зоне его посадки на режущий пояс ковша. Величина L_B принимается равной 3-4 ширинам зуба L_B (3-4)B.

В процессе работы наибольшему износу подвергается та часть режущей кромки, которая находится непосредственно в контакте с разрушаемой породой в целике или с экскавируемой изорванной горной массой. Наиболее интенсивно изнашиваемыми элементами режущей кромки, несомненно, являются зубья. Ресурс (жизненный цикл) зубьев определяется целым рядом факторов, среди которых основными могут быть следующие: крепость и абразивность экскавируемых пород, гранулометрический состав горной массы, конструктивное выполнение рабочего инструмента, режущей кромки в частности, возможность реализации оптимальных режимов копания, связанных с ориентацией рабочего инструмента в пространстве, т. е. ресурс режущей кромки является вполне определенным компромиссом, в основу которого положена как минимизация энерготрудозатрат, так и соответственно повышение долговечности самой режущей кромки. В процессе экскавации зубья теряют, с различной степенью интенсивности, свою первоначальную длину, а именно длину рабочей части клина L_B (фиг.2). Считая, что физико-механические свойства экскавируемого горного массива можно принять за фактор, характеризующийся постоянством этих свойств, можно произвести качественно-количественную оценку и ранжировку факторов, относящихся непосредственно к конструктив- ным параметрам режущей кромки. Согласно многолетним исследованиям и накопленному опыту эксплуатации в зависимости от типа землеройной машины среднестатистические величины углов заострения зубьев _н укладываются в пределы от 22 до 35^о. Из практики авторов известны единичные случаи, когда удавалось уменьшить угол заострения зубьев до 16^о без снижения прочности зубьев при росте ресурса зубьев и минимизации удельных расходов энергии на копание. Заключая, можно сделать вывод о том, что уменьшение углов заострения является одним из предпочтительных и продуктивных направлений. Однако при этом авторами было установлено, что эффективность продуктивности во многом зависит от величины удельных усилий копания, которые приводы машины могут обеспечить на один сантиметр режущей кромки зуба (не менее 2700 Н/см). Все же в большинстве конкретных случаев преимущество следует отдавать режущему инструменту с меньшими углами приострения.

В зависимости от величины углов _н и _к и ширины зуба B в процессе абразивного износа формируется площадка затупления, длина которой определяется через сечения I-I и II-II (отрезки l₃" и l₃") и соответственно шириной B. Сечение I-I характеризует тот момент жизненного цикла зуба (это соответствует 1/5-1/4 длины рабочей части зуба L_B), когда начинает проявляться интенсификация роста площадки затупления, что сопровождается как увеличением энергоемкости процесса копания, так и особенно динамических нагрузок. Максимальное увеличение нагрузок и энергоемкости естестветственно соответствуют сечению II-II. Весьма вероятно, что переход в течение жизненного цикла зуба от сечения I-I к сечению II-II, когда liml₃" ->> l₃", является процессом явно нелинейным, особенно по характеру роста динамических нагрузок, а это несомненно вызывает как увеличение интенсивности потока отказов, так и снижение производительности землеройной машины.

Выполнение выемки с предложенным профилем позволяет в процессе работы землеройной машины стабилизировать текущие размеры площадок затупления, находящейся в контакте с экскаваируемой горной массой режущей кромкой рабочего органа машины, а, следовательно, избежать как реализации режимов копания, не отвечающих требованиям сбережения энергоресурсов, так и исключения вероятности проявления экстремальных нагрузок аварийного характера.

Общий темп износа режущей кромки может регулироваться в зависимости от ориентации профилированной выемки относительно забоя. Если зуб развернут выемкой к забою, то темп износа более высок, а уровень нормальных усилий копания будет падать. Если зуб выемкой ориентирован ковшу, то темп износа зуба, очевидно, замедлится, а уровень нормальных нагрузок, соответственно, снизится.

Таким образом, подбирая сочетания значений величин _н, _к, L_B, b, l_н, можно получить конструкцию зуба, обеспечивающую как минимизацию удельных энергозатрат в 1,2-1,45 раза, так и максимально износостойкости зуба в конкретных условиях эксплуатации от 2 до 5 раз, тем самым позволяя реализовать максимальную производительность и эффективность использования землеройного оборудования. Расклинивание и фиксация на режущей кромке износостойких накладок трапецеидальной формы с помощью зубьев, оснащенных скобообразными выступами, позволяет оснащать рабочие органы землеройных машин быстроразъемной режущей кромкой, что защищает от преждевременного и неоправданного износа как режущие элементы самой кромки, так и режущие пояса (передние стенки) рабочих органов, повышая их ресурс на 30-35%