экскаватор-драглайн
Классы МПК: | E02F3/48 драглайны |
Автор(ы): | Кузьмичев М.А., Рубахин В.Е. |
Патентообладатель(и): | Кузьмичев Михаил Александрович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-12-08 публикация патента:
10.08.2002 |
Изобретение относится к землеройным машинам. Экскаватор-драглайн содержит поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша. Наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной - у основания стрелы. Ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша. Расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша. Арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом. Повышается эффективность и надежность работы. 2 з.п.ф-лы, 24 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23
Формула изобретения
1. Экскаватор-драглайн, включающий поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша, причем наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной у основания стрелы, отличающийся тем, что ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша. 2. Экскаватор-драглайн по п.1, отличающийся тем, что расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша. 3. Экскаватор-драглайн по п.1, отличающийся тем, что арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к землеройным машинам, конкретно - к эскаваторам-драглайнам, которые используются в горно-добывающей и строительной промышленности для выемки и перемещения горных пород в отвал. Главным признаком различия одноковшовых экскаваторов является рабочее оборудование. Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов - механическая (прямая) лопата и драглайн. В состав рабочего оборудования экскаватора-драглайна входят следующие элементы: ковш с упряжью - рабочий орган; канаты подъемный и тяговый с исполнительными механизмами, чаще всего это лебедка с самостоятельным электроприводом постоянного тока; стрела с головным блоком для подъемного каната; а также все прочие наводящие, направляющие блоки для канатов. (см. Филимонов Н. А. Горные машины для открытых горных работ. - М.: Недра, 1967, с. 105-107 и Подэрни Р. Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. - М.: Недра, 1985, с. 158-165, с. 272 и 273 и с. 369-377). Ковш состоит из козырька, отлитого заодно с основаниями для зубьев, днища и стенок - две боковые и задняя. В передней части боковые стенки (щеки) для жесткости соединяются аркой. Упряжь состоит из подъемных и тяговых цепей, коромысла (распорная балка) для подъемных цепей, уравновешивающего каната, длина которого строго ограничена, к передней части ковша (щекам) на строго определенном расстоянии от основания зубьев крепятся серьги для соединения ковша с тяговыми цепями. Угол, образованный прямой от оси крепления тяговых цепей к горизонтали, проходящей через основания зубьев, не должен превышать 45-47o. К боковым стенкам крепятся цапфы для подъемных цепей, которые устанавливаются между центром тяжести максимально загруженного ковша (![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186909/2186909-2t.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186909/2186909-3t.gif)
где SТ - усилия на тяговом канате, точнее сила, действующая на ось блока наводки тягового каната, а также на оси, соединяющие тяговые цепи с серьгами;
Sn - усилия на подъемном канате;
Gm= Gk+Gn - суммарная сила тяжести - вес ковша плюс вес горной массы в нем при максимально загруженном, т.е. Gn=Gnmax;
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186167/981.gif)
mМ - суммарная масса груженого ковша;
d - ускорение движения ковша. Значением
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186027/177.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186909/2186909-4t.gif)
где hк - стрела провиса каната в метрах;
qк - вес 1 м каната;
lк - длина каната в метрах, от блока наводки до балансира тяговых цепей;
qц - вес 1 м тяговых цепей;
lц - суммарная длина тяговых цепей;
hц - стрела провиса тяговых цепей в метрах;
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186027/955.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186167/981.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186027/955.gif)
а) груженый ковш можно удержать от движения его вдоль оси тягового каната только при отклонении подъемного от вертикали не более 25-27o, т.к. при ослаблении тягового каната создаются значительные динамические нагрузки на удерживающем;
б) сложно достичь синхронности намотки канатов тягового и удерживающего, каждого на свой барабан, особенно при различных их диаметрах. В режиме разгона и торможения это технически не выполнимо. Известно устройство (см. а.с. СССР 605897, МКИ Е 02 F 3/48, опубликованное в 1978 г.), которое содержит стрелу с головными блоками, ковш с упряжью, тяговую и подъемную лебедки с канатами. Для регулирования радиуса выгрузки оно дополнительно содержит: лебедку с канатом, установленную на стреле, замок с подпружиненным запорным рычагом и упором и промежуточные канаты. Недостатками этого рабочего оборудования являются:
а) невозможность выгрузить ковш при отклонении подъемных канатов от вертикали более 25o;
б) ненадежная работа запорного механизма. Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. а.с. СССР 606945, МКИ Е 02 F 3/48, опубликованное в 1978 г.), которое содержит стрелу с головными блоками, ковш с упряжью, тяговую и подъемную лебедки с канатами. Подъемных канатов два, начала их крепятся к барабану подъемной лебедки, а концы - один закреплен на арке ковша, второй соединен с задней стенкой. Чтобы иметь возможность прицельно выгрузить ковш, головной блок подъемного каната, который соединен с задней стенкой, с помощью рычажно-шарнирного механизма, приводимого в движение гидроцилиндром, перемещается вперед, в результате чего ковш опрокидывается на зубья. Недостатки этого рабочего оборудования те же:
а) выгрузить ковш можно при отклонении подъемных канатов от вертикали на 22-20o, т.к. канаты, тяговый и подъемный, который соединен с задней стенкой ковша, во время движения головного блока вперед работают на разрыв;
б) сложно в головной части стрелы установить громоздкое рычажно-шарнирное устройство. Известен погрузочный экскаватор-драглайн (см. патент 2079609, кл. Е 02 F 3/48), опубликованный в 1997 г., содержащий опорную базу, поворотную платформу, стрелу, тяговую и подъемную лебедки и лебедку заброса порожнего ковша с соответствующими канатами, соединенными с ним, отличающийся тем, что он снабжен отклоняющими блоками канатов подъемной лебедки, которые установлены у основания стрелы, блок каната заброса ковша - в ее концевой части, при этом ковш выполнен с открывающейся задней стенкой с запорным механизмом, выполненным в виде рычажной системы и запирающих пружин, захватным устройством, которое выполнено в виде двухступенчатого приводного барабана и соответствующих канатов, подвешенной к ним пластинчато-роликовой цепью захватного устройства с удлиненными роликами, контактирующими с рычагом-выключателем запорного механизма. Недостатками известного погрузочного экскаватора-драглайна являются:
а) сокращается максимальный радиус черпания и, следовательно, максимальная глубина копания, так как глубина копания находится в прямой зависимости от радиуса копания:
Hкоп= Rкоп*tg
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186028/945.gif)
где
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186028/945.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186167/981.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186027/177.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
в) известный погрузочный экскаватор-драглайн работать в отвал не может - мал радиус выгрузки. Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. а.с. СССР 1257140, кл. Е 02 F 3/48), опубликованное в 1986 г. Рабочее оборудование экскаватора-драглайна, включающее стрелу с головным блоком, ковш с задней стенкой аркой и упряжью, содержащей шарнирно соединенные с цапфами ковша тяговые и подъемные цепи, при этом цапфы расположены на ковше со смещением от центра тяжести порожнего ковша к передней его части. В состав рабочего оборудования входят также лебедки - подъемная, тяговая, удерживающая и дополнительно опрокидывающая, каждая с самостоятельным электроприводом постоянного тока. Начало опрокидывающего каната закреплено на барабане опрокидывающей лебедки, а конец соединен с задней стенкой ковша, размещен он параллельно тяговому. Удерживающий канат расположен параллельно подъемному, начало которого закреплено на барабане удерживающей лебедки, а конец, пройдя трехкратный полиспат, между подъемными цепями и аркой ковша, соединен с балансиром подъемного каната. Недостатком этого известного устройства является то, что нельзя тяговые и подъемные цепи крепить к одной и той же оси. Ковш при компании будет опрокидываться на зубья. Увеличение усилий на удерживающем канате, с целью чтобы удержать ковш от опрокидывания его на зубья, приведет к тому, что ковш будет выдергиваться из грунта, и он копать не будет. Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. патент RU 2059755 С1, Е 02 F 3/48, 10.05.1996 г.), включающее стрелу, ковш с задней и боковыми стенками, аркой и упряжью, подъемные цепи, которые шарнирно соединены с цапфами на боковых стенках ковша, подъемные канаты, тяговые канаты, параллельно которым размещен разгрузочный канат, один конец которого закреплен на барабане тяговой лебедки, а другой проходит через подвижный блок полиспата и связан с задней стенкой ковша, отличающееся тем, что цапфы для подъемных цепей установлены в нижней части боковых стенок ковша и распложены в плоскости симметрии, проходящей между центрами тяжести порожнего и максимально загруженного ковша. Оборудование отличается тем, что оно снабжено размещенным параллельно подъемным канатам уравновешивающим канатом с лебедкой, при этом один конец уравновешивающего каната закреплен на барабане уравновешивающей лебедки, а второй через подвижный блок, установленный на ковше, связан с траверсой подъемных канатов. Оборудование отличающееся тем, что электродвигатель уравновешивающей лебедки имеет прямую жесткую связь по току с электродвигателем тяговой лебедки. Основным недостатком прототипа патента RU 2059755 С1, E 02 F 3/48 является то, что нельзя наматывать два разных по диаметру каната на один и тот же барабан лебедки, тем более - с такой большой разницей в диаметре - почти в три раза. Учитывая, что в процессе работы тяговый канат приходится ослаблять, при разматывании канатов с барабана, когда надо ослабить тяговый, разгрузочный ввиду того, что он в три раза легче тягового, отстает и запутывается на барабане. Во время выгрузки невозможно за счет сокращения рабочей длины разгрузочного каната повернуть ковш на зубья более 30o, канаты тяговые и разгрузочный после поворота ковша более 30o будут работать на разрыв, ковш поворачиваться не будет - рвется разгрузочный канат. Уравновешивающий канат не нужен - мешает процессу копания. Задача изобретения - создать экскаватор-драглайн, способный точно выгрузить ковш в транспортный сосуд в любой точке под стрелой и сохранить рабочие параметры при работе в отвал, при простой и надежной, с малой металлоемкостью конструкции. Другие задачи, решаемые изобретением, - производные от основной:
1. Возможность выгрузить ковш в непосредственной близости от базы экскаватора и перемещать его в это время к себе, от себя позволяет равномерно рассыпать грунт на площадке, что значительно упрощает работы при подготовке трассы для шагания. 2. Расширение возможностей экскаватора. Он может работать в транспорте при минимальном радиусе выгрузки до максимального. При работе в отвал максимальный радиус выгрузки на уровне стояния экскаватора возрастает на 10-12%. 3. Увеличение эффективности копания в результате того, что разгрузочным канатом ковш на грудь забоя можно поставить под желаемым углом (30-35o). Поставленная задача достигается тем, что у эскаватора-драглайна, включающего поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша, причем наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной у основания стрелы, ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша. Другим отличием является то, что расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша. Отличием является также то, что арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом. В предлагаемом изобретении экскаватора-драглайна в упряжи ковша нет уравновешивающего каната, поэтому ковш самоуравновешивается за счет крутящих моментов действующих на ковш сил относительно оси цапф для подъемных цепей:
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
lц - расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф, причем lц = 0,33
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186909/2186909-5t.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186909/2186909-6t.gif)
Определение точек: "О" на боковых стенках ковша для оси цапф подъемных цепей выполняется при горизонтальном положении днища ковша. Другим отличием является то, что ось цапф подъемных цепей проходит в нижней части боковых стенок и расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между ЦТК и
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186167/981.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186027/955.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186445/8773.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186445/8773.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186109/947.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
На фиг.1 показано положение уравновешивающего каната на выпускаемых серийно экскаваторах-драглайнах и расстояние 1 между ЦТК и
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
На фиг. 2 показано, как установить точки "0" на боковых стенках ковша - ось цапф для подъемных цепей. На фиг. 3а - расчетный чертеж, где определено положение ковша в вертикальной плоскости, когда ковш находится у блока наводки тягового каната (см. фиг.10), - крайнее положение. На фиг.3б показаны возникающие усилия на подъемных тяговых цепях и плечи lт и r. На фиг.4 показан общий вид экскаватора и его рабочее оборудование. На фиг.5 показан общий вид ковша с упряжью. На фиг. 6 показаны схемы навески канатов: подъемного, тягового, разгрузочного. На фиг.7 показан процесс копания и условие устойчивости порожнего ковша против его опрокидывания на зубья (см. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. - М.: Недра, 1985, с. 272 и 273). На фиг. 8 показано положение канатов и ковша при выводе его из забоя, когда ковш находится у блока наводки, на многоугольнике сил определены возникающие усилия на канатах. На фиг.9 - расчетный чертеж, который определяет, что при выводе ковша из забоя в непосредственной близости от базы экскаватора на разгрузочном канате возникают максимальные усилия: Sр = 0,28
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186445/8773.gif)
На фиг. 16 показано положение канатов и ковша при максимальном радиусе выгрузки в ж. д. думпкар, стоящий на уровне стояния экскаватора, выполнен графический расчет сил, действующих на ковш. На фиг. 17 - расчетный чертеж, который математически
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186089/931.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186445/8773.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186020/8226.gif)
![экскаватор-драглайн, патент № 2186909](/images/patents/284/2186445/8773.gif)