ковш экскаватора-драглайна

Формула изобретения

КОВШ ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА, содержащий днище, боковые и заднюю стенки, арку, отличающийся тем, что боковые и задняя стенки выполнены в виде граней усеченных пирамид, соединенных между собой по периметрам больших оснований, а боковые стенки арки выполнены сходящимися в верхней части.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области землеройных, строительных и горных машин, а именно к рабочему оборудованию экскаваторов-драглайнов, предназначенных для производства вскрышных и других видов земляных работ.

Известен ковш экскаватора-драглайна, включающий боковые и заднюю стенки, днище, арку прямоугольной формы.

Недостаток этой конструкции - схема нагружения, которая определяется формой корпуса ковша, выполненного коробчатого вида и арки, выполненной прямоугольной формы. При такой форме корпуса ковша и арки в боковых стенках ковша и арки возникают большие изгибные напряжения от действия распорных усилий от грунта, поступающего в ковш при копании за счет его объемного расширения, а также напряжения в боковых стенках ковша и арки от приложения к ним нагрузок от разгрузочного каната, усилие от которого приложено к середине арки, что приводит к возникновению трещин в арке, в местах соединения арки с боковыми стенками, в боковых стенках. Все это приводит к потере прочности конструкции, снижению ее надежности, необходимости усиления корпуса ковша, что увеличивает его металлоемкость и снижает технологичность изготовления.

Наиболее близким из известных по технической сущности является ковш, включающий арку прямоугольной формы, корпус ковша, содержащий днище, боковые и заднюю стенки и выполненный суживающимся по направлению к задней стенке.

Недостаток этой конструкции ковша - его схема нагружения элементов конструкции, определяемая формой корпуса ковша, выполненного с прямыми стенками и суживающимся к задней стенке, и арки, выполненной прямоугольной формы. При данной схеме нагружения в конструкции возникают большие изгибные напряжения в боковых стенках ковша и арки от действия боковых распорных усилий от грунта, поступающего в ковш при копании за счет его объемного расширения, в боковых стенках и арке от приложения к ним нагрузок от разгрузочного каната при отрыве ковша, усилие от которого приложено к середине арки балочного типа. Такие же напряжения возникают в местах заделки арки в боковые стенки и в боковых стенках в местах крепления к ним тяговых цепей. Выполнение корпуса ковша суживающимся к задней стенке приводит к уплотнению грунта в ковше у задней стенке и забиванию его, что также действует на стенки ковша и затрудняет его разгрузку. Все это приводит к возникновению трещин в арке, в местах соединения арки с боковыми стенками, в боковых стенках, в местах крепления тяговых цепей и в целом, к потере прочности конструкции и необходимости усиления корпуса ковша и арки, увеличению их металлоемкости, а следовательно, его массы (фиг.1).

Цель изобретения - разработка новой конструкции ковша экскаватора, обеспечивающей новую схему его нагружения, позволяющую снизить нагрузки от подъемных усилий и изгибные нагрузки от действия распорных усилий, создаваемых грунтом.

Поставленная цель достигается тем, что в ковше экскаватора-драглайна, включающем арку и корпус, содержащий днище, боковые и заднюю стенки, корпус выполнен в виде усеченных пирамид, соединенных между собой по периметрам оснований, а арка выполнена пирамидальной формы. Арка ковша может лежать в плоскости боковых стенок.

Предлагаемый ковш экскаватора-драглайна соответствует требованию "изобретательский уровень", т.к. в известных конструкциях заявляемые признаки, направленные на достижение поставленного технического результата, не выявлены.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение корпуса ковша в виде усеченных пирамид, соединенных между собой по периметрам оснований, позволяет получить заданный профиль сечения стенок ковша в виде ломаной линии с оптимальными углами между соединенными гранями пирамид, которые являются одновременно составными частями стенок ковша, т.е. изменение формы корпуса ковша изменяет геометрию боковых и задней стенок ковша. Полученный профиль поперечного сечения имеет увеличенный момент сопротивления, а полученная форма корпуса ковша изменяет схему нагружения конструкции, что снижает напряженное состояние элементов металлоконструкции ковша, вследствие уменьшения изгибных напряжений в местах сопряжения стенок с днищем и деформаций.

Распорные усилия от грунта при заполнении ковша становятся незначительными, так как линейное расширение разрыхляемого грунта учтено углом между днищем и нижней частью боковых стенок, т.е. углом наклона нижней усеченной пирамиды.

Выполнение арки пирамидальной формы также приводит к изменению ее схемы нагружения и позволяет при отрыве и транспортировании ковша усилие разгрузочного каната, прикладываемое к арке, раскладывать на растягивающие усилия в плоскостях боковых стенок арки. Устранение геометрических концентраторов в местах соединения арки с боковыми стенками ковша снижает и изгибные напряжения в них.

Корпус ковша выполняется соединением между собой усеченных пирамид, количество которых зависит от принципа оптимизации формы боковых и задней стенок.

Высота боковых и задней стенок, а следовательно, и граней пирамид, из которых они образованы, а также углов их соединения определяется вместимостью ковша. При определении высоты усечения призм исходят из устойчивости ковша по площади днища и его объема. Объем ковша образован объемами усеченных пирамид, из которых он выполнен. Объем ковша зависит от типа машины, на которой он будет эксплуатироваться. Например, для экскаватора ЭШ 10.70 используется ковш емкостью 10 м³, для ЭШ 40.85 - 40 м³ и т.д. Профиль поперечного сечения боковых и задней стенок определяется из условий эксплуатации и от категории разрабатываемого грунта. Например, для разработки грунтов IV категории необходимо, чтобы стенки ковша обладали повышенной прочностью и жесткостью, что достигается выполнением боковых стенок в виде уголка, т.е. соединением двух усеченных пирамид. При разработке грунтов с большим коэффициентом объемного расширения необходимо, чтобы днище ковша со стенками сопрягались под углом, учитывающим этот коэффициент. Для разработки липких и влажных грунтов необходимо заднюю стенку выполнить по форме, приближающейся к дуге, так как данная форма обладает наименьшим налипанием, что достигается выполнением корпуса ковша соединением трех и более пирамид (фиг.4).

Выполнение арки пирамидальной формы обусловлено необходимостью создания упрощенной схемы нагружения элементов арки и уменьшением напряженного состояния в ее элементах.

Таким образом, за счет изменения формы корпуса ковша и арки происходит изменение силового нагружения элементов конструкции от тяговых и распорных усилий, создаваемых грунтом, от усилий разгрузочного каната, прилагаемых к вершине арки, от действия усилий в местах крепления подъемных цепей.

На фиг. 1 изображена схема нагружения элементов ковша (прототипа) от распорного усилия грунта (S_рас.), от усилия в тяговых канатах (S_тяг), от усилия в разгрузочном канате (S_разг); на фиг.2 - то же, предлагаемой конструкции; на фиг. 3 - ковш экскаватора-драглайна, выполненный в виде двух усеченных пирамид, соединенных между собой; на фиг.4 - то же, в виде трех усеченных пирамид, соединенных между собой.

Ковш экскаватора-драглайна включает арку 1, выполненную пирамидальной формы и корпус, содержащий днище 2, боковые 3 и заднюю 4 стенки. Боковые 3 и задняя 4 стенки образованы гранями соединенных между собой усеченных пирамид. Эти пирамиды соединены между собой по периметрам оснований. Пирамиды могут иметь в основании различные многогранники в зависимости от формы, придаваемой либо боковым 3, либо задней 4 стенкам. Кроме того, арка может лежать в плоскости боковых 3 стенок. Например, ковш, корпус которого выполнен в виде двух усеченных четырехгранных пирамид, а арка ковша лежит в плоскости боковых стенок ковша представлен на фиг.3, корпус ковша выполнен в виде трех усеченных пирамид, соединенных между собой, в основании которых лежит шестигранник, представлен на фиг.4.

Изобретение может быть использовано для разработки грунтов всех категорий и с разной технологической схемой работ, следовательно, оно является промышленно применимым.

Устройство работает следующим образом.

Ковш работает следующим образом. Для осуществления процесса копания ковш опускается в забой. При копании распорные боковые усилия от тяговых цепей и от поступающего и разрыхляющего грунта действуют на боковые стенки 3. Вследствие того, что боковые стенки в поперечном сечении имеют профиль уголка (фиг. 3), возрастают жесткость и прочность ковша. При протаскивании ковша по забою он зарезается в грунт и происходит наполнение его грунтом, при этом не происходит образование валиков грунта, т.к. это учтено углом между днищем 2 и нижней гранью боковых стенок 3. После окончания процесса копания происходит отрыв ковша от забоя. При отрыве и транспортировании ковша на разгрузку к арке 1 прикладывается усилие от разгрузочного каната, которое раскладывается на растягивающие усилия, действующие в плоскостях боковых стенок арки 1, замыкающих арку, выполненную пирамидальной формы. В случае выполнения арки, лежащей в плоскости боковых 3 стенок ковша, являющимися гранями верхней усеченной пирамиды, усилие от разгрузочного каната, прикладываемое к арке, раскладывается по плоскостям боковых 3 стенок корпуса, вызывая в них при работе только растягивающие (сжимающие) напряжения. Далее ковш разгружается и возвращается в забой. Рабочий цикл повторяется.

В предлагаемой конструкции ковша экскаватора-драглайна происходит уменьшение сопротивления перемещению грунта в ковше, обеспечивается большая жесткость и прочность ковша, что позволяет снизить его вес, увеличить геометрическую емкость, уменьшить металлоемкость конструкции, а также упростить технологию изготовления - открывается возможность изготовления ковшей из листового металла. Корпус ковша данной конструктивной формы позволяет сократить потери боковых валиков грунта, теряемых из призмы волочения, увеличить размеры грунтового потока, проходящего в ковш, уменьшить сопротивление резанию, за счет чего сократить путь и время копания.