рабочий инструмент

Формула изобретения

1. РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ, включающий образованную передней, задней и боковыми поверхностями рабочую головку, содержащую головную часть с образованной пересечением участков передней и задней поверхностей рабочей кромкой и хвостовую часть, которая образована участками передней и задней поверхностей, угол пересечения которых превышает угол пересечения участков передней и задней поверхностей головной части рабочей головки, и хвостовик с посадочным пазом для закрепления рабочего инструмента, отличающийся тем, что величина угла, под которым пересекаются передняя и задняя поверхности головной части рабочей головки, не превышает 20^o, а величина угла, под которым пересекаются передняя и задняя поверхности хвостовой части рабочей головки, не превышают 30^o, при этом расстояние между рабочей кромкой и линией пересечения передней и задней поверхностей хвостовой части рабочей головки по продольной оси инструмента не превышает 1,5 ширины посадочного паза.

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что длина рабочей головки по продольной оси инструмента составляет не менее 2,7 и не более 5,0 ширины посадочного паза.

3. Инструмент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что рабочая головка выполнена с расположенным на каждом ее боковой поверхности выступом, при этом длина каждого выступа по продольной оси инструмента не превышает 1,5 ширины посадочного паза, а высота каждого выступа не превышает 0,75 ширины инструмента, причем каждый выступ примыкает к поверхности посадочного паза в ее части, которая наиболее приближена к рабочей головке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу, в частности к рабочему инструменту горных машин и карьерных экскаваторов.

Большинство экскаваторов цикличного действия были спроектированы на основании исходных требований, разработанных для условий угольных предприятий. Однако на практике встречаются более тяжелые условия, особенно на железорудных карьерах, в забоях с неокисленными кварцитами, которые характеризуются чрезвычайно высокой крепостью (коэффициент крепости может превышать 20,0 ед. ) и удельной плотностью (более 3,0 т/м³). Даже после проведения буровзрывных работ удельные усилия копания при разработке кварцитных забоев могут в 2-2,5 раза превышать штатные усилия серийных карьерных лопат. Известно, что квазижесткость горной массы рудных забоев может на порядок превышать жесткость вскрышных забоев угольных разрезов, в этом случае динамическая надбавка возрастает в 3,0-3,5 раза. Если производительность такого широко распространенного экскаватора ЭКГ-8И может доходить на угольных разрезах до 800-850 м³/ч, то на рудных карьерах производительность 500-550 м³/ч считается весьма удовлетворительной, а падение производительности в особо тяжелых рудных забоях до 440-370 м³/ч не является единичными событиями.

Велика разница в абразивных свойствах руд и вмещающих уголь пород. Об этом можно судить опосредованно по стойкости рабочего инструмента (зубьев). Комплект зубьев для большинства отечественных карьерных экскаваторов (лопат) состоит из 5 штук. На угольных разрезах комплект зубьев экскаватора ЭКГ 8И может находиться в работоспособном состоянии более месяца с наработкой на 1 комплект по вскрышным породам 350-500 тыс.м³, а по углю до 1,0 млн.т. При добыче неокисленных кварцитов в условиях КМА комплект зубьев сохраняет работоспособность 3-4 суток, что на порядок меньше, чем на угольных предприятиях. Наработка по руде в условиях КМА составляет в среднем 40-50 тыс.м³. Поэтому повышение износостойкости зубьев, особенно на рудных предприятиях остается весьма актуальной задачей.

Можно выделить два направления повышения стойкости зубьев:

совершенствование конструктивного исполнения;

использование новых высокопрочных и износостойких литейных сталей.

Совершенствование конструктивного исполнения зубьев сводится в основном к наращиванию размеров (объема) передней, подвергающейся наибольшему износу части зуба. На основе этой концепции были разработаны, так называемые бульбообразные, с утолщенной передней частью зубья. Как правило эти зубья в своей конструкции содержали конструктивные особенности, обеспечивающие самозатачивание. В развитие этой концепции в 1985 были отлиты два комплекта экспериментальных бульбообразных зубьев для экскаватора типа ЭКГ-8И. Апробация этих зубьев в промышленных условиях показала следующие:

бульбообразное утолщение несомненно повысило стойкость зуба, но общий рост угла заострения до величины 32-35^о сформировал такой уровень удельных усилий копания, что усилие в подъемном канате, которое обеспечивается приводным двигателем стало явно недостаточно для эффективности заполнения ковша;

процессы формирования нагрузки на зубьях при взорванной скальной массе (для экспериментальных и штатных зубьев) скорее отличны, чем идентичны;

при экскавации взорванных скальных пород позитивное значение имеет тенденция не только минимизации углов резания, но и уменьшения углов заострения зубьев, естественно при условии обеспечения их прочности.

Таким образом, при проектировании зубьев нового поколения для особо тяжелых условий (взорванная скальная масса) необходимо выполнение следующих условий (требований):

минимизация углов заострения зубьев при условии обеспечения их прочности;

установление величины вылета режущей части зуба на режущей кромке ковша, обеспечивающей:

формирование минимального уровня энергозатрат;

наименьший уровень динамических надбавок.

При проектировании зубьев нового поколения был выполнен комплекс расчетов для зубьев серийных экскаваторов с целью установления минимальных углов заострения при нагружении их на изгиб полным напорным усилием. В качестве материала для изготовления принималась сталь 110Г1ЗЛ. Анализ расчетов показал, что если рассматривать зуб как равнопрочную балку, то по условиям прочности углы заострения можно без ущерба уменьшить.

На основе анализа различных конструкций зубьев был увязан вылет зуба над режущей кромкой ковша с шириной зуба.

Наиболее близким аналогом по существу изобретения является рабочий инструмент, включающий образованную передней, задней и боковой поверхностями рабочую головку, содержащую головную часть с образованной пересечением участков передней и задней поверхностей рабочей кромкой и хвостовую часть, которая образована участками передней и задней поверхностей, угол пересечения которых превышает угол пересечения участков передней и задней поверхностей головной части рабочей головки, и хвостовик с посадочным пазом для закрепления рабочего инструмента [2]

Недостатком этого рабочего инструмента явилась его недостаточная прочность, вызванная стремлением снизить угол заострения зуба до минимально возможной величины.

В основу изобретения положена задача так расположить переднюю и заднюю поверхности рабочего инструмента, чтобы была повышена его жесткость, а, следовательно, и его прочность при сохранении высокой производительности горной машины.

Поставленная задача достигается тем, что в рабочем инструменте, включающем образованную передней, задней и боковыми поверхностями рабочую головку, содержащую головную часть с образованной пересечением участков передней и задней поверхностей рабочей кромкой и хвостовую часть, которая образована участками передней и задней поверхностей, угол пересечения которых превышает угол пересечения участков передней и задней поверхностей головной части рабочей головки, и хвостовик с посадочным пазом для закрепления рабочего инструмента, величина угла, под которым пересекаются передняя и задняя поверхности головной части рабочей головки, не превышает 20^о, а величина угла, под которым пересекаются передняя и задняя поверхности хвостовой части рабочей головки не превышает 30^о, при этом расстояние между рабочей кромкой и линией пересечения передней и задней поверхностей хвостовой части рабочей головки по продольной оси инструмента не превышает 1,5 ширины посадочного паза.

Длина рабочей головки по продольной оси инструмента составляет не менее 2,7 и не более 5,0 от ширины посадочного паза.

Рабочая головка выполнена с расположенным на каждой ее боковой поверхности выступом, при этом длина каждого выступа по продольной оси инструмента не превышает 1,5 ширины посадочного паза, а высота каждого выступа не превышает 0,75 ширины инструмента, причем каждый выступ примыкает к поверхности посадочного паза в ее части, которая наиболее приближена к рабочей головке.

На фиг. 1 показан рабочий инструмент; на фиг. 2 то же, вид в плане.

Рабочий инструмент содержит рабочую головку 1, имеющую длину L, с передней 2 и задней 3 поверхностями, расположенными относительно осевой продольной плоскости головки 0-0. По бокам рабочая головка ограничена боковыми поверхностями 4,5.

Непосредственно рабочая головка имеет две части головную 6 и хвостовую 7. В передней части рабочей головки передняя 2 и задняя 3 поверхности пересекаются под углом не более 20^о с образованием рабочей кромки 8. В хвостовой части рабочей головки передняя 2 и задняя 3 поверхности пересекаются по углом, превышающим угол пересечения этих же поверхностей передней части рабочей головки, но не превышающим 30^о. Воображаемая линия пересечения (на фиг. 1 она вырождается в точку пересечения) передней 2 и задней 3 поверхностей хвостовой части рабочей головки, расположена от рабочей кромки 8 на расстоянии l, составляющем не более 1,5 ширины S посадочного паза 9 хвостовика 10. Для достижения достаточной жесткости рабочего инструмента, отношение длины рабочей головки L к ширине посадочного паза S должно составлять 2,7-5,0. Для повышения жесткости рабочего инструмента и одновременно для предохранения рабочей кромки ковша от абразивного износа, предпочтительно на боковых 4 и 5 поверхностях рабочей головки выполнять боковой выступ 11. Длина этого выступа составляет не более 1,5 ширины S показанного паза 9, а высота h не более 0,75 ширины Н инструмента. Каждый выступ расположен на боковой поверхности так, что он примыкает к поверхности посадочного паза 9 в ее части, наиболее приближенной к рабочей головке, то есть практически в месте, где заканчивается хвостовая часть рабочей головки.

При работе рабочий инструмент закрепляют, например, на ковше экскаватора. В этом случае загружаемая в ковш порода разрыхляется первоначально головной частью рабочей головки, а затем происходит дальнейшее разрыхление массы породы боковыми выступами. Вследствие этого значительно снижается износ металла кромки ковша, а также его стенок. При этом рабочий инструмент сохраняет свою жесткость при относительно небольших углах заострения инструмента, позволяющих производить более полную загрузку ковша, что повышает производительность экскаватора.