Зуб и переходник для землечерпательной машины
TOOTH AND ADAPTER FOR DREDGING MACHINE

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение, объектами которого являются зуб и переходник для землечерпательных машин, относится к зубу или к изнашиваемому элементу, который, когда прикреплен к переходнику, создает узел, устойчивый к действию всех сил, приложенных к какому-либо острию зуба. Назначение зуба и переходника, в соответствии с настоящим изобретением, заключается в выполнении операций по выемке грунта на морском дне и в углублении и очистке русла портов, рек, каналов и т.п., удаление из них осадков, камней, песка и т.д., причем переходники, в свою очередь, прикреплены к плечам режущей головки землечерпательной машины.
Землечерпательная машина, или землечерпалка, обеспечивает возможность выполнения землеройных работ, транспортировки и отложения материала, который находится под водой, используя режущие элементы, зубья или переходники, на различные типы грунта.
Зуб и переходник, объекты настоящего изобретения, предпочтительно предназначены для использования в землечерпательных машинах, имеющих отсасывающую режущую головку такого типа, которая одновременно выкапывает почву под водой и отсасывает взрыхленный материал с помощью насоса и транспортирует его в другое место через трубу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Системы из зуба и переходника известны в данной области техники для их применения в операциях по выемке грунта. Основная цель указанных операций заключается в удалении материала из морских или речных русел, как правило, выполняемом с помощью землечерпалок со всасывающим ножом, которые содержат режущую головку, на которой различные зубья установлены через переходник.
Как уже говорилось, для того, чтобы осуществлять выемку подводного грунта, используется землечерпалка со всасывающим ножом. Землечерпалка со всасывающим ножом является стационарной землечерпалкой, оснащенной режущей головкой, которая выкапывает грунт, а затем указанный грунт всасывается наверх насосом или насосами землечерпалки.
Такая землечерпалка со всасывающим ножом крепится к земле с помощью так называемых свайных устройств, и через них мощные силы реакции, возникающие в процессе работ по выемке грунта, поглощаются и передаются в грунт. Режущая головка крепится к всасывающему ножу землечерпалки через черпаковую раму. В известной всасывающей землечерпалке черпаковая рама образует более или менее жесткое соединение между режущей головкой и всасывающим ножом землечерпалки. Для того, чтобы осуществлять выемку подводного грунта, режущую головку с черпаковой рамой и всасывающей трубой опускают под воду, как правило, в наклонном направлении, пока режущая головка не коснется дна, или пока она не достигнет максимальной глубины. Перемещение землечерпалки вокруг свайных устройств инициируется ослаблением каната якоря правого борта кабеля и натягиванием каната якоря левого борта, или наоборот, так что формируется более или менее круговая грунтовая дорожка. Эти канаты якоря присоединяются через шкивы вблизи режущей головки к лебедкам (лебедкам стороны, на которой осуществляется выемка грунта) на палубе. Травящая лебедка обеспечивает правильное натяжение обоих канатов, что особенно важно при выполнении работ по выемке грунта в твердых породах.
Режущая головка вращается относительно медленно (обычная скорость вращения от 20 до 40 оборотов в минуту), в результате чего куски почвы отбиваются дноуглубительными зубьями с большой силой. Каждый раз, когда землечерпалка перемещается на заданное расстояние, повторяя вышеописанное движение черпаковой рамы, может быть осуществлена выемка грунта по всей площади.
Землечерпалка со всасывающим ножом может справляться практически со всеми типами грунтов, хотя, конечно, это зависит от установленной мощности разрезания. Для тяжелых землечерпалок со всасывающим ножом пределом будут породы с пределом прочности при сжатии около 80 МПа; если же порода выветрилась и имеет много трещин, можно пройти немного дальше, чем этот предел.
Режущая головка имеет изнашиваемые элементы, которые проникают в грунт и разрывают его. Эти изнашиваемые элементы представляют собой зубья, подсоединенные к переходникам, прикрепленным к плечу режущей головки, причем зубья присоединены к указанным переходниками с возможностью отсоединения.
Режущая головка работает, совершая вращательное движение, так что зубья разрывают грунт, формируя дугообразную дорожку. В зависимости от направления, в котором зуб начинает проникать в грунт, получают разные разрезы. Когда зуб начинает проникать в поверхность грунта и разрывает грунт в направлении вниз, пока вращательное движение не покинет грунт, получают перерез. С другой стороны, когда зуб начинает разрывать грунт изнутри и разрывает его вверх до поверхности грунта, то получают недорез.
Когда зубья разрывают землю как с перерезом, так и с недорезом, в острие на зубьях появляются силы реакции. Все силы реакции от режущей головки должны быть переданы определенным образом в окружающее пространство, силами либо боковых лебедок, либо свайных устройств к грунту, либо через канаты черпаковой рамы и понтоны в воду. Кроме того, эти силы разрезания определяются весом землечерпалки, а силы для перемещения землечерпалки в воде могут иметь влияние на конструкцию ее частей.
Режущие головки редко имеют цилиндрическую форму, обычно они имеют профили с параболической формой. Этот профиль определяется плоскостью, проходящей через поверхности вращения, образованной остриями зуба. Режущая головка состоит из плеч, к которым крепятся зубья. Зубья, как правило, расположены таким образом, что проекция их центральной линии перпендикулярна профилю. Создается воображаемая линия от центральной линии режущей головки до острия зуба, расположенная перпендикулярно указанному профилю.
Активное острие зуба имеет три поверхности, рабочую поверхность, которая является поверхностью, имеющей непосредственный контакт с грунтом, противоположную поверхность, которая противоположна рабочей поверхности, и нормальную поверхность, отделяющую рабочую поверхность и противоположную поверхность.
Таким образом, на острие зубьев появляются три силы реакции:
N
Нормальная сила или радиальная сила (F): в том же направлении воображаемой линии между центральной линией режущей головки и острием зуба, приложенная к нормальной поверхности зуба.
T
Тангенциальная сила (F): перпендикулярная нормальной силе и приложенная к рабочей поверхности зуба. Эта тангенциальная сила направлена параллельно грунту.
Боковая сила: в основном обусловленная взаимодействием соседних разрезов.
Во время разрезания черпаковая рама стремится переместиться вверх, когда зуб воздействует на область поверхности грунта и начинает проникать в поверхность грунта. Эти воздействия тем больше, чем больше твердость почвы и толщина слоя.
Водные условия также влияют на развитие выполнения работ по выемке грунта и падение коэффициента производительности. При некоторых типах волн корабль начинает перемещаться; поэтому режущая головка будет перемещаться вверх и вниз из-за вертикального движения волн, а это провоцирует нежелательные удары режущей головки и, прежде всего, всех зубьев в грунт, приводя к разрезу, который либо слишком глубокий, либо слишком мелкий.
Кроме того, в твердой почве сила разрезания является решающим фактором, поэтому, в частности, к конструкции черпаковой рамы и к сваям добавляется большая нагрузка, чтобы облегчить работы по выемке грунта.
I
Когда из-за перереза, состояния воды и избыточного веса ножа для твердой почвы появляется вышеуказанное нежелательное вертикальное перемещение черпаковой рамы, зубья ножа нагружаются в неправильном направлении через противоположную поверхность, приводя к сильному повреждению зубьев, переходников и системы штифтов. В определенных условиях работы по выемке грунта должны быть остановлены. На противоположной поверхности зуба ножа появляется неожиданная обратная сила (F).
I
Когда эти неожиданные обратные силы (F) появляются во время работы, что хуже всего при работе на твердом грунте, зуб перемещается / вращается из-за влияния указанных сил на острие зуба и, когда соединение не правильно сбалансировано, делает несбалансированным соединение между зубом и переходником, что вызывает несбалансированное перемещение между контактными поверхностями зуба и переходника. Такая ситуация ухудшает устойчивость системы, и в некоторых случаях это может даже привести к поломке штифта. Тот факт, что система не правильно сбалансирована, приводит к тому, что усилия от зуба к переходнику, и, следовательно, от переходника к плечу режущей головки, передаются по неправильному пути. Эти усилия всегда выдерживаются контактными поверхностями между зубом и переходником, но, когда соединение не сбалансировано, и безопасный и равномерный контакт между поверхностями не достигнут, усилия передаются также и к штифту. Следствием такой неустойчивости является то, что перемещение между зубом и переходником увеличивается и, соответственно, зазор между ними также увеличивается. В то же самое время, нежелательный износ на контактных поверхностях между зубом и переходником также усугубляется. Это происходит потому, что обратные силы не компенсируются силами реакции между контактными поверхностями зуба и переходника.
Когда зуб пытается переместиться в направлении обратной силы, никакая контактная поверхность на переходнике и зубе не способна предотвратить указанное перемещение и, следовательно, усилия могут передаться к штифту, тому, который поддерживает зуб и переходник. Так как штифт не предназначен выдерживать указанные усилия, то он, как правило, деформируется или ломается. Если штифт деформируется, то его трудно извлечь из корпуса, когда зуб должен быть заменен, а в случае поломки зуба он может выпасть и переходник может быть поврежден из-за ударов и износа.
Поэтому важно, чтобы зуб и переходник имели контактные поверхности, которые противодействуют всем силам, которые могут быть приложены к разным местам изнашиваемой части зуба, так что все возможные контакты между зубом и переходником сбалансированы.
В уровне техники имеются разные зубья для работ по выемке грунта, но ни один из них не на самом деле не готов к эффективному сопротивлению обратным силам, воздействующим на острие зуба без разрушения штифта, зуба или даже переходника.
X
I
X
Наиболее близким аналогом является ЕР 06807940, который описывает зуб с задней соединительной частью, или носовой частью, для присоединения к переходнику с помощью поперечного штифта, который проходит через носовую часть и переходник. Контактные поверхности зуба и переходника способствуют балансировке во время работы против действия нормальных и тангенциальных сил, но не против обратных сил, что, как пояснялось выше, вызывает перемещение зуба внутри полости переходника, из-за отсутствия контактных поверхностей, противодействующих указанным перемещениям. Эти перемещения передают усилия к штифту, что резко меняет его функцию от функции сдерживания к функции сопротивления. Поскольку штифт не предназначен противостоять чрезмерным силам, он деформируется или даже ломается, в зависимости от испытываемой силы, и это приводит к упомянутым выше проблемам, и в основном потере зуба под водой и предотвращении извлечения штифта из-за его деформации безударным образом. На Фиг. 18 показаны силы реакции, когда зуб, в соответствии с процитированным документом предшествующего уровня техники, подвергается воздействию обратной силы. На чертеже можно видеть силу реакции на свободном конце верхней поверхности носовой части, и другую силу реакции в нижней части наклонной поверхности. Горизонтальная (R) реакция на нижней стороне наклонной поверхности буртика, которая не компенсируется другой реакцией, как правило, вынуждает зуб выйти (выскочить) из системы и, следовательно, подвергает площадь контакта и, прежде всего, штифт воздействию чрезмерных сил, как описано выше. Силы (F), приложенные к острию зуба, заставляют зуб поворачиваться относительно переходника, когда верхняя поверхность свободного конца носовой части и нижняя поверхность наклонной поверхности буртика зуба контактирует с переходником, вызывая упомянутые реакции. Как указано, реакция R является той, которая имеет тенденцию извлекать зуб из соединения, и той, которой противодействует настоящее изобретение.
В документе US 3349508 описан сменный зуб для землеройного оборудования. Существенным признаком этого технического решения является форма проксимальной части зуба, которая вставляется в держатель зуба, и соответствующая форма углубления или гнезда в держателе зуба, которая является комплементарной форме проксимальной части зуба. Поперечное сечение части зуба, вставляемой в держатель, имеет Т-образную форму с боковыми выступами, имеющими верхнюю и нижнюю поверхности, и с нижним сегментом, расположенным вблизи заднего свободного конца части зуба, вставляемой в держатель.
В документах 7694443 В2 и WO 2011/149344 описаны зубья для выполнения работ по выемке грунта, в которых зуб крепится к переходнику через удерживающую систему, которая не проходит через зуб и переходник, но удерживает зуб через конец носовой части, притягивая его к переходнику с помощью упругих средств. Это решение уменьшает зазоры между зубом и переходником. Эти системы на свободном конце носовой части зуба содержат крюк, который используется, чтобы прикладывать к зубу силу тяги. Этот крюк делает эту часть зуба самой слабой, и поэтому она подвержена поломке, поскольку между зубом и переходником соперничают тяговые реакции. Указанные упругие средства в удерживающей системе, удерживающие зуб и переходник в контакте из-за оказываемой силы тяги, не предотвращают в ряде случаев появления зазоров между контактными поверхностями. При появлении этих зазоров система не очень хорошо сбалансирована и зуб и переходник могут перемещаться один относительно другого, потому что между обоими элементами нет хорошего контакта. Цель изобретения в настоящей заявке заключается в предотвращении образования зазоров благодаря устойчивости между контактными поверхностями.
Испанский патентный документ ES 2077412 А описывает асимметричный узел из зуба и переходника, состоящий из трех частей, требующих использования двух систем крепления. Тот факт, что узел состоит из трех частей, усложняет всю систему, так как она требует большего количества запасных частей и трех систем крепления, одна из которых требует использования молотка, тогда как две другие системы крепления формируются с помощью сварки, что делает задачи по их замене длительными и сложными. Кроме того, штифт помещен на боковой стороне носовой части зуба, в пазу, что делает систему асимметричной и, следовательно, делает систему менее устойчивой к силам, воздействующим на кончик зуба, а именно, сбалансированной только на одной стороне. Пазы в носовой части зуба делают систему также менее прочной, так как носовая часть меньше там, где расположены пазы.
Настоящее изобретение решает недостатки решений, существующих в уровне техники для землечерпательных машин, и среди прочих обеспечивает:
- Большую устойчивость соединения между переходником и зубом, для предотвращения действия обратных сил, способствуя оптимальному распределению сил реакции вдоль поверхностей контакта между зубом и переходником, чтобы предотвратить перемещение зуба по переходнику.
- Минимизацию или снятие сил реакции на узле, как правило, чтобы извлечь зуб из переходника.
- Защиту штифта, соединяющего переходник и зуб, от деформации и поломки из-за указанной устойчивости.
- Снижение количества материала, необходимого для штифта, так как усилия, которым противодействует штифт, уменьшаются. Это снижение количества материала приводит к уменьшению диаметра штифта и, следовательно, к уменьшению диаметра отверстия в корпусе для указанного штифта в зубе и переходнике. Соединительные части зуба и переходника настоящего решения являются более надежными, чем представленные в уровне техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В изобретении предложен зуб с передней изнашиваемой частью и симметричной относительно вертикальной плоскости ZY задней соединительной частью, предназначенный для размещения в полости, расположенной в корпусе переходника, который тоже является объектом настоящего изобретения, и узел для землечерпательных машин, образованный обеими этими частями, причем обе части прикреплены друг к другу с помощью предпочтительно безударной фиксирующей системы, предпочтительно вертикального типа. Переходник крепится к плечу режущей головки землечерпательной машины на конце, противоположном полости, с помощью соединения, адаптированного для этой цели.
В соответствии с вышесказанным, вертикальная плоскость ZY определяется осью Z и осью Y. Ось Z проходит в продольном направлении вдоль корпуса задней соединительной части зуба и полости переходника. Ось Y ортогональна оси Z и проходит вертикально. Ось X ортогональна определенным выше осям Z и Y.
Основная цель настоящего изобретения заключается в обеспечении противодействия или сопротивления описанным выше обратным силам, которые появляются на острие зубьев во время выполнения работ по выемке грунта, так что другие силы реакции на зуб, вызванные действием нормальных и тангенциальных сил, а также поперечных или боковых сил, сводятся к минимуму.
Первой задачей настоящего изобретения является создание зуба, который обеспечивает возможность его присоединения к режущей головке всасывающего ножа землечерпалки через переходник, что представляет собой полное сбалансированное соединение, в том числе сбалансированное против действия обратных сил. Указанная первая задача достигается с помощью зуба, выполненного в соответствии с п. 1 формулы изобретения.
Второй задачей настоящего изобретения является создание переходника, который обеспечивает возможность присоединения зуба к режущей головке всасывающего ножа землечерпалки, что представляет собой полное сбалансированное соединение, в том числе сбалансированное против действия обратных сил. Указанная вторая задача достигается с помощью переходника, выполненного в соответствии с п. 6 формулы изобретения.
Третьей задачей настоящего изобретения является соединительная система или узел из зуба и переходника, выполненный в соответствии с п. 10 формулы изобретения, составленный с использованием зуба и переходника, выполненными в соответствии с предшествующими пунктами.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к зубу для соединения с режущей головкой всасывающего ножа землечерпалки через переходник, причем зуб имеет переднюю изнашиваемую часть и симметричную относительно вертикальной плоскости ZY заднюю соединительную часть. Задняя соединительная часть имеет основной корпус с задним свободным концом и передним концом, который ограничен передней изнашиваемой частью, причем основной корпус имеет первую верхнюю поверхность и первую нижнюю поверхность, соединенные двумя боковыми поверхностями. Рядом с задним свободным концом первой верхней поверхности имеется верхний сегмент, который проходит на определенном расстоянии от указанного заднего свободного конца к переднему концу. На первой нижней поверхности также имеется нижний сегмент, приблизительно параллельный верхнему сегменту.
Каждая боковая поверхность основного корпуса имеет боковой выступ со второй верхней поверхностью, параллельной второй нижней поверхности, причем указанная вторая верхняя поверхности приблизительно параллельна нижнему сегменту на первой нижней поверхности основного корпуса, а вторая нижняя поверхность приблизительно параллельна верхнему сегменту на первой верхней поверхности. Параллельность указанных поверхностей важна для противодействия силам, воздействующим на кончик изнашиваемой части зуба. Чем шире выступы, тем это лучше для уравновешивания сил реакции на контактных поверхностях, но этот размер зависит от геометрии соединения между зубом и переходником.
Расстояние между второй верхней поверхностью и второй нижней поверхностью выступов меньше, чем расстояние между верхним сегментом на первой верхней поверхности и нижним сегментом на первой нижней поверхности основного корпуса. Вторая верхняя поверхность выступа предпочтительно является продолжением первой верхней поверхности, образуя обе поверхности одной контактной поверхности на одном уровне. Тем не менее, первая верхняя поверхность и вторая верхняя поверхность могут составлять две различные контактные поверхности, следовательно, расположенные на разных уровнях.
Зуб может содержать центрированное верхнее ребро на первой верхней поверхности, которое увеличивает площадь поперечного сечения задней соединительной части. Указанное ребро проходит между верхним сегментом первой верхней поверхности и оканчивается у передней изнашиваемой части. В частности, ребро начинается там, где верхний сегмент оканчивается в направлении переднего конца носовой части, и оканчивается там, где задняя соединительная часть ограничивает переднюю изнашиваемую часть.
Зуб может также содержать ограничитель, расположенный между передней изнашиваемой частью и задней соединительной частью, или носовой частью, определяя место, где обе части ограничены друг другом. Указанный ограничитель в форме буртика, периметрического выступа или фланца окружает первый основной корпус и имеет две V-образных стороны, причем расстояние между указанными двумя V-образными сторонами больше, чем расстояние между указанными боковыми выступами. Назначение указанного ограничителя состоит в следующем:
- Защита переходника от износа с помощью дефлекторов, расположенных в верхней и нижней частях и разработанных для перенаправления потока разрыхленного материала, предотвращения трения или удара такого материала о переходник и, следовательно, предотвращения его износа, и
- Установление контакта с переходником после длительного износа, при этом ограничитель толще, чтобы противостоять большим нагрузкам, которым он подвергается при контакте с переходником, обеспечивая дополнительную площадь контакта между зубом и переходником.
Указанный ограничитель может иметь переменную толщину вдоль своей длины, в зависимости от нагрузки, которой он подвергается во время работы соединителя. В частности, указанный ограничитель имеет самые толстые участки в своих верхней и нижней частях. Верхние и нижние вторые поверхности выступов соединительной части зуба проходят до тех пор, пока они не встретятся с V-образными сторонами ограничителя, обеспечивая указанное соединение между указанными вторыми поверхностями и V-образными сторонами, увеличивая верхнюю часть ребра. Кроме того, указанное соединение осуществляется через криволинейные поверхности, чтобы усилить соединение между различными поверхностями.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к переходнику для соединения или крепления зуба к плечу режущей головки, причем указанный переходник имеет задний соединительный конец для прикрепления переходника к плечу режущей головки, и симметричный передний соединительный конец, относительно вертикальной плоскости ZY, для присоединения к зубу. Это переднее соединение имеет основную полость с нижним концом и открытым концом, причем указанный нижний конец ограничен задним соединительным концом, а полость имеет первую верхнюю поверхность и первую нижнюю поверхность, соединенные двумя боковыми поверхностями, которые формируют две боковые стенки. Геометрия полости переходника является комплементарной геометрии носовой части зуба, чтобы обеспечить соединение между обоими элементами.
Каждая боковая поверхность или стенка основной полости имеет боковой паз со второй верхней поверхностью, приблизительно параллельной второй нижней поверхности, причем указанная вторая верхняя поверхность приблизительно параллельна нижнему сегменту, примыкающему к нижнему концу на первой нижней поверхности основной полости, а вторая нижняя поверхность параллельна верхнему сегменту, примыкающему к нижнему концу на первой верхней поверхности. Верхний сегмент является частью первой верхней поверхности полости, а нижний сегмент является частью первой нижней поверхности указанной полости. Приблизительная параллельность между указанными поверхностями имеет важное значение для сил реакции, которые прикладываются к ним, чтобы противодействовать силам, воздействующим на кончик изнашиваемой части зуба. Указанные пазы являются предпочтительно непрерывными, т.е. без прерываний вдоль своих поверхностей, чтобы добиться равномерного распределения указанных сил реакции вдоль вторых поверхностей.
Расстояние между второй верхней поверхностью и второй нижней поверхностью пазов меньше, чем расстояние между сегментами первой верхней поверхности и первой нижней поверхности полости. Вторая верхняя поверхность паза предпочтительно расположена на том же уровне, что и первая верхняя поверхность, но она может быть расположена и на другом уровне.
Указанные две боковые стенки полости, а конкретно, свободный конец указанных боковых стенок, могут иметь, совместно с формой зуба, V-образную форму.
В соответствии с вышесказанным, зуб имеет переднюю изнашиваемую часть и заднюю соединительную часть, или носовую часть, предназначенную для размещения в полости, расположенной в переходнике. Как зуб, так и переходник, когда собраны вместе, образуют узел или соединительную систему для землечерпательных машин, причем оба элемента прикреплены друг к другу с помощью, предпочтительно, безударной фиксирующей системы вертикального типа. Переходник прикреплен к плечу режущей головки всасывающего ножа землечерпалки на конце, противоположном полости, с помощью соединения, адаптированного для этой цели.
Таким образом и, как указывалось выше, главной задачей настоящего изобретения является зуб, переходник и узел, образованный обоими элементами, предпочтительно, для использования в землечерпательных машинах, что благодаря увеличенной и оптимизированной устойчивости контактных поверхностей между зубом и переходником обеспечивает возможность передачи к переходнику и одновременно к плечу режущей головки сил, действующих на острие зуба, независимо от их направления. Поэтому силы отодвигаются от контактных поверхностей узла, имеющихся между зубом и переходником, чтобы освободить их от указанных сил и чтобы предотвратить, насколько это возможно, поломку и расшатывание любой из частей.
Эта цель изобретения достигается благодаря определенной конструкции контактных поверхностей между обоими элементами, которая оказывает сопротивление всем силам, которые появляются на острие или на кончике зуба, и среди всех сил, она создает устойчивость против действия обратных сил, как описано ранее.
Указанная устойчивость достигается благодаря конфигурации контактных поверхностей, которые обеспечивают возможность распределения напряжений, что способствует устойчивости и уменьшению напряжений, воздействию которых подвержена фиксирующая система и зуб. Для того, чтобы улучшить устойчивость, задняя соединительная часть зуба и передний соединительный конец переходника симметричны для обеспечения сбалансированного распределения сил.
Режущий зуб и переходник, объекты настоящего изобретения, имеют контактные поверхности и конструктивные особенности, которые обеспечивают такое соединение между обоими элементами, которое повышает его рабочие характеристики, в особенности, степень использования каждого зуба, улучшая, тем самым, производительность землечерпательной машины.
Узел, который хорошо сбалансирован, предотвращает чрезмерный износ контактных поверхностей между зубом и переходником и, следовательно, предотвращает также увеличение зазоров между обоими элементами во время использования узла.
Зуб состоит из двух разных частей, передней изнашиваемой части, которая является частью, воздействующей на грунт и подвергаемой эрозии из-за рельефа местности, а также задней соединительной части, или носовой части, которая является частью, которая вставляется в полость, выполненную для этой цели в переходнике, и которая подвергается воздействию сил реакции и напряжений, возникающих при работе зуба на местности. Задняя соединительная часть, или носовая часть, образована первым основным корпусом с одним свободным концом и передним концом, противоположным свободному концу и ограниченным передней изнашиваемой частью. Основной корпус имеет две боковые поверхности, на каждой из которых имеется боковой выступ, который выполняет функцию сопротивления обратным силам.
Переходник также состоит из двух частей, заднего соединительного конца для присоединения переходника к машине, имеющего конфигурацию, которая может варьироваться в зависимости от типа машин, к которым он подсоединен, к плечу режущей головки землечерпательной машины, тогда как на противоположном конце или переднем соединительном конце имеет полость, предназначенную для вставления задней соединительной части, или носовой части, зуба. Внутренняя конфигурация поверхностей полости переходника для вставления зуба комплементарна носовой части зуба, причем каждая боковая поверхность полости содержит боковой паз для бокового выступа зуба, обеспечивая, тем самым, идеальное соединение между обоими элементами. Для соединения между зубом и переходником обе части, предпочтительно, имеют отверстие или сквозное отверстие, проходящее от верхней части до нижней части переходника, пересекающее носовую часть зуба.
Используется штифт, предпочтительно, с поверхностями вращения и с предпочтительно безударной фиксирующей системой (которая не требует удара молотком или киянкой для вставления или удаления).
Сборка задней соединительной части или носовой части зуба в полости переходника возможна благодаря соединению плоскостей, определяющих описанные контактные поверхности. Эффект сопротивления или давления между зубом и переходником, кроме того, достигается посредством указанных контактных поверхностей, когда силы прикладываются к изнашиваемому кончику зуба в рабочем положении зуба в режущей головке всасывающего ножа землечерпалки.
Из-за этого сбалансированного контакта между поверхностями зуба и переходника, штифт подвергается меньшим напряжениям, чем в обычных взаимофиксирующих системах, так как система зуб-переходник поглощает большие напряжения, когда она подвергается воздействию сил неожиданных направлений, действующих на противоположные поверхности, высвобождая напряжения в фиксирующую систему и в контактные поверхности зуба / переходника и, следовательно, обеспечивая возможность выполнения штифтов удерживающей системы с меньшим размером и сечением, поскольку они подвергаются меньшим нагрузкам. Факт уменьшения размера штифта, а конкретно, диаметра, обеспечивает возможность конструирования зуба и переходника с отверстиями меньшего размера (меньшего диаметра), чтобы обеспечить размещение штифта. Поэтому носовая часть зуба и переходник могут быть более надежными.
В соответствии с предыдущим описанием, важно подчеркнуть, что первая и вторая верхняя и нижняя поверхности, на зубе и на переходнике, являются стабилизационными плоскостями, представляющими собой контактные поверхности. Указанные стабилизационные плоскости служат для уравновешивания вырывающих сил, которые создаются в острие зуба, в частности, нормальных, касательных и обратных сил. Целью указанных поверхностей является обнуление реакций, которые имеют тенденцию отделять зуб от переходника. Необходимо свести к нулю горизонтальные реакции обратных сил, приложенных к контактным поверхностям между зубом и переходником, и которые, как правило, стремятся извлечь зуб из переходника. Для предотвращения указанных реакций извлечения, силы реакции на контактных поверхностях должны иметь одинаковое направление с приложенной силой, и для достижения этой цели имеются приблизительно параллельные первая и вторая верхняя и нижняя поверхности.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы дополнить описание и с целью содействия лучшему пониманию особенностей изобретения, в соответствии с предпочтительным практическим вариантом выполнения, в качестве неотъемлемой части указанного описания прилагаются чертежи, которые показывают последующее иллюстративным и не ограничивающим образом:
Фиг. 1 изображает вид зуба и переходника до их соединения в аксонометрии.
Фиг. 2 изображает вид сбоку зуба и переходника до их соединения.
Фиг. 3 изображает вид зуба в аксонометрии.
Фиг. 4 изображает вид зуба сверху.
Фиг. 5 изображает вид зуба сбоку.
Фиг. 6 изображает вид зуба спереди.
Фиг. 7 изображает другой вид зуба сбоку.
Фиг. 8а изображает вид зуба, показанного на Фиг. 7, в разрезе, выполненном по линии А-А.
Фиг. 8b изображает вид зуба, показанного на Фиг. 7, в разрезе, выполненном по линии В-В.
Фиг. 8с изображает вид зуба, показанного на Фиг. 7, в разрезе, выполненном по линии С-С.
Фиг. 9 изображает вид переходника в аксонометрии.
Фиг. 10 изображает вид переходника сверху.
Фиг. 11 изображает вид переходника, показанного на Фиг. 10, в разрезе, выполненном по линии В-В.
Фиг. 12 изображает вид сбоку зуба, соединенного с переходником.
Фиг. 13а изображает узел, показанный на Фиг. 12, в разрезе, выполненном по линии А-А.
Фиг. 13b изображает узел, показанный на Фиг. 12, в разрезе, выполненном по линии В-В.
Фиг. 13с изображает узел, показанный на Фиг. 12, в разрезе, выполненном по линии С-С.
Фиг. 14 изображает вид зуба, соединенного с переходником, сверху.
Фиг. 15 изображает узел, показанный на Фиг. 14, в разрезе, выполненном по линии А-А.
Фиг. 16 изображает узел, показанный на Фиг. 14, в разрезе, выполненном по линии В-В.
Фиг. 17 изображает вид зуба, соединенного с переходником, показывающий силы (нормальную, FN, и положительную тангенциальную, FT), действию которых узел может подвергаться во время работы зуба в определенном направлении поворота ножа.
Фиг. 18 изображает вид известного из уровня техники зуба, подвергнутого воздействию отрицательной тангенциальной силы (-FT) и реакцию зуба на указанную силу. Реакции зуба на положительную тангенциальную силу (FT) также указаны.
Фиг. 19 изображает вид зуба, подвергнутого воздействию отрицательной тангенциальной силы (-FT) и реакцию зуба на указанную силу. Реакции зуба на положительную тангенциальную силу (FT) также указаны.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ
Как видно из Фиг. 1 и 2, объекты настоящего изобретения, зуб и переходник для выполнения работ по углублению дна, образованы сменным зубом 10, переходником 20, соединенным с плечом режущей головки (не показана) землечерпательной машины, и фиксирующим элементом 30, ответственным за обеспечение соединения между зубом и переходником. Указанный фиксирующий элемент, или штифт, 30 входит в переходник 20 через отверстие 23 и попадает в зуб через отверстие 13. Штифт 30 проходит через зуб 10 и переходник 20 и размещается в корпусе.
Как можно видеть на Фиг. 3-8, зуб 10 содержит переднюю изнашиваемую часть 11, или кончик зуба, ответственную за выполнение задачи по разрыванию грунта, когда она находится в контакте с грунтом и камнями, и заднюю соединительную часть, или носовую часть 12, предназначенную для размещения в полости 29, расположенной в переходнике 20.
Задняя соединительная часть 12 зуба 10 содержит задний свободный конец 16 и передний конец 19, причем указанный передний конец 19 ограничен передней изнашиваемой частью 11 зуба 10. Задняя соединительная часть 12 имеет первую верхнюю поверхность 123, первую нижнюю поверхность 122 и две боковые поверхности 121, соединяющие вместе обе верхнюю 123 и нижнюю 122 поверхности. Как указанная первая верхняя поверхность 123, так и указанная первая нижняя поверхность 122 содержат по меньшей мере сегмент 1230, 1220, причем оба сегмента 1230, 1220 приблизительно параллельны друг другу. Указанные приблизительно параллельные сегменты 1230, 1220: верхний сегмент 1230 на первой верхней поверхности 123 и нижний сегмент 1220 на первой нижней поверхности 122 предпочтительно расположены рядом со свободным концом 16 задней соединительной части 12.
Носовая часть, или задняя соединительная часть 12, зуба 10, образована основным корпусом и верхним ребром 15 с центром на верхней поверхности 123 указанного основного корпуса, увеличивая площадь поперечного сечения задней соединительной части 12, где отверстие 13 для штифта 30 проходит через носовую часть 12 и является частью зуба, что требует больше усилий для противодействия. Ребро 15 проходит между точкой на верхней поверхности 123 основного корпуса задней соединительной части 12 и местом, где указанная часть 12 ограничивает переднюю изнашиваемую часть 11. Разделение между передней изнашиваемой частью 11 и задней соединительной частью 12 определяется двумя наклонными плоскостями U, D, которые образуют между собой угол меньше, чем 90° и, следовательно, образует V-образную форму, причем угол V направлен в сторону кончика передней изнашиваемой части 11 зуба 10, на противоположной стороне свободного конца 16 задней соединительной части, или носовой части, 12.
В соответствии с предыдущим определением осей x, y и z, следует отметить, что наклонные плоскости U и D пересекаются в оси x.
Как объяснялось ранее, верхнее ребро 15 носовой части 12 зуба 10 имеет форму, которая увеличивает площадь поперечного сечения носовой части 12 по направлению к переднему концу 19, причем верхнее ребро 15 предпочтительно имеет треугольное или трапециевидное продольное сечение. Ребро 15 не проходит вдоль всей длины носовой части 12 зуба 10, оно короче. Ребро 15 может быть более узким, иметь меньшую ширину, чем первая верхняя поверхность 123 первого основного корпуса носовой части 12, или иметь одинаковую с ней ширину, и оно центрировано относительно указанного основного корпуса 12. Высота указанного ребра 15 ничтожна в области, близкой к свободному концу 16 носовой части 12, предпочтительно, где начинается верхний сегмент 1230, примыкающий к свободному концу, и его высота постепенно увеличивается до изнашиваемой части зуба 11.
На обеих боковых поверхностях 121 основного корпуса 12 размещены непрерывные боковые выступы 14. Указанные выступы 14 имеют вторую верхнюю поверхность 141 и вторую нижнюю поверхность 142, которые приблизительно параллельны между собой. Целью этих выступов 14 является содействие оптимизации полной устойчивости соединения между зубом 10 и переходником 20, когда зуб подвергается воздействию обратных сил. Вторые верхние поверхности 141 этих выступов 14 приблизительно параллельны нижнему сегменту 1220 на первой нижней поверхности 122 основного корпуса 12, а их вторые нижние поверхности 142 приблизительно параллельны верхнему сегменту на первой верхней поверхности 1230 основного корпуса 12. Толщина или расстояние между вторыми верхней 141 и нижней 142 поверхностями выступов 14 меньше, чем расстояние между верхним сегментом 1230 первой верхней поверхности 123 основного корпуса 12 и нижним сегментом 1220 первой нижней поверхности 122 основного корпуса 12.
Вторые верхние поверхности 141 выступов 14 предпочтительно расположены как продолжение первой верхней поверхности 123 основного корпуса 12, а это означает, что вторая верхняя поверхность 141 выступа 14 и первая верхняя поверхность 123 основного корпуса 12 расположены на одном и том же уровне. Тем не менее, вместо совпадения верхних поверхностей 141 выступов 14 с верхними поверхностями 123 основного корпуса 12, возможно, что вторые нижние поверхности 142 действительно совпадают с нижней поверхностью 122 основного корпуса 12, или даже, что ни одна из верхних и нижних поверхностей не совпадает, причем в этом последнем случае боковые выступы 14 расположены между первыми верхней 123 и нижней 122 поверхностями основного корпуса 12.
В настоящем описании, когда используется термин «приблизительно параллельно», следует понимать, что указанные линии, плоскости или поверхности не могут быть точно параллельными, а между ними может иметься различие от 0° до 8°. Это различие получается в основном за счет конструктивных или производственных ограничений, которые препятствуют точной параллельности между линиями, плоскостями или поверхностями.
Зуб предпочтительно содержит ограничитель, имеющий форму буртика, фланца или периметрического выступа, расположенный по периметру зуба 10, где ограничены передняя изнашиваемая часть 11 и задняя соединительная часть 12. Ограничитель имеет две V-образные стороны по обе стороны зуба 10, каждая из которых имеет верхнюю часть 17 и нижнюю часть 18, которые совпадают с наклоном ранее упомянутых плоскостей U и D. Ширина между V-образными сторонами 17, 18 ограничителя предпочтительно больше, чем расстояние между боковыми выступами 14, а высота или расстояние между верхней и нижней сторонами указанного ограничителя совпадает с максимальным расстоянием между верхней поверхностью верхнего ребра 15 на основном корпусе 12 и нижней поверхностью 122 основного корпуса 12. Толщина или ширина указанного буртика варьируется в зависимости от области зуба, которую он окружает, и в зависимости от нагрузки, воздействию которой указанная область подвергается.
На Фиг. 8а показан разрез зуба 10 через сегмент (1220, 1230) носовой части 12, на Фиг. 8b показан разрез зуба 10 через отверстие 13 для штифта 30, а на Фиг. 8с показан разрез зуба 10, изображающий боковые выступы 14 на боковых поверхностях 121 носовой части 12.
Переходник 20, как показано на Фиг. 9-11, образован элементом, на одном конце имеющим задний соединитель 200 для прикрепления к плечу режущей головки землечерпательной машины, а на противоположном конце имеющим открытый конец 210 с полостью 29 для вставления задней соединительной части, или носовой части, 12 зуба 10, который вставляется в указанную полость 29. Внутренние поверхности указанной полости 29 переходника 20 являются комплементарными с поверхностями задней соединительной части, или носовой части, 12 зуба 10. Другими словами, указанная полость 29 образована открытым концом 210, противоположным ему нижним концом 26, ограниченным задним соединительным концом 200, первую нижнюю поверхность 222, первую верхнюю поверхность 223 и две боковые поверхности 221, соединяющие между собой верхнюю 223 и нижнюю 222 поверхности. Форма указанного открытого конца 210 полости 29 определяется формой двух боковых поверхностей 221, принадлежащих поперечным или боковым стенкам переходника 20, которые имеют V-образную форму, с верхней частью 27 и нижней частью 28. Указанная V-образная форма совпадает с двумя наклонными плоскостями U и D.
Как описано выше, внутренние поверхности полости 29 комплементарны с поверхностями задней соединительной части, или носовой части, 12 зуба 10.
Каждая из боковых поверхностей 221 полости 29 содержит паз 24, который проходит от открытого конца 210 полости 29 почти до первого сегмента 2220, 2230 полости 29, причем вторая верхняя поверхность 242 паза 24 параллельна первому сегменту 2220 первой нижней поверхности 222 полости 29, а вторая нижняя поверхность 241 паза 24 параллельна первому сегменту 2230 первой верхней поверхности 223 полости 29. Расстояние между вторыми верхней 242 и нижней 241 поверхностями паза 24 меньше, чем расстояние между первыми верхним 2230 и нижним 2220 сегментами полости 29. Вторая верхняя поверхность 242 паза 24 предпочтительно является продолжением первой верхней поверхности 223 полости 29. В любом случае, пазы 24 могут быть расположены на любом уровне боковых поверхностей 221.
Как показано на Фиг. 12-16, зуб 10 и переходник 20 соединяются друг с другом путем вставления задней соединительной части, или носовой части, 12 зуба 10 в полость 29 переходника 20, при этом различные комплементарные поверхности носовой части 12 и полости 29 вступают в контакт друг с другом.
На Фиг. 13а-13с можно видеть согласование различных контактных поверхностей вдоль задней соединительной части, или носовой части, 12 зуба 10 и полости 29 переходника 20. На Фиг. 13а показан разрез, на котором можно увидеть соединение между выступами 14, с их верхними 141 и нижними 142 поверхностями, а также пазами 24, с их верхними 242 и нижними 241 поверхностями.
На Фиг. 13b показан разрез узла, где штифт проходит через оба элемента.
На Фиг. 13с показан разрез вблизи свободного конца 16 носовой части 12, где первый сегмент 1230, 1220 первых верхней 123 и нижней 122 поверхностей носовой части 12 зуба 10 расположен параллельно первому сегменту 2230, 2220 первых верхней 223 и нижней 222 поверхностей полости 29 переходника 20. Боковые поверхности 121 носовой части 12 параллельны боковым поверхностям 221 полости 29.
На Фиг. 15 и 16 показаны различные продольные разрезы соединения между зубом 10 и переходником 20, в соответствии с настоящим изобретением. В частности, можно видеть различные контактные поверхности между обоими элементами, причем на Фиг. 16 можно видеть, что вторая верхняя поверхность 141 выступа 14 находится на том же уровне первого сегмента 1230 первой верхней поверхности 123 носовой части 12 зуба. То же самое происходит с комплементарными поверхностями паза и сегмента 2230 верхней поверхности 223 полости 29.
После того, как переходник 20 был соединен своим задним соединительным концом 200 с плечом режущей головки всасывающего ножа землечерпалки, зуб 10 соединяют с переходником, используя для этой цели предпочтительно безударный фиксирующий элемент 30, т.е. элемент, который для удаления его из корпуса или вставления его в корпус не требуют воздействия киянки или молотка, и предназначенный для этой цели в зубе и в переходнике. Фиксирующая система предпочтительно вертикальна, вставляется и удаляется через верхнюю часть зуба и переходника, проходя через заднюю соединительную часть, или носовую часть, 12 зуба 10 и через переходник 20, через соответствующие сквозные отверстия 13, 23.
После того, как узел соединен, как описано выше, и во время рабочих операций кончик зуба 10 подвергается воздействию различных сил. Указанные силы обеспечивают появление силы реакции с ортогональными компонентами на указанном кончике:
Нормальной силы или радиальной силы: направленной в том же направлении, что и воображаемая линия между центральной линией режущей головки и острием зуба, приложенной к нормальной поверхности.
Тангенциальной силы: направленной перпендикулярно нормальной силе и приложенной к рабочей поверхности зуба. Параллельна грунту.
Боковой силы: в основном обусловленной взаимодействием соседних разрезов.
Как уже было описано, зубья и переходники готовы быть уравновешены, чтобы противостоять как нормальным, так и тангенциальным силам. Неожиданные обратные силы в известных решениях обеспечивают возможность перемещения или даже поломки некоторых из компонентов узла, показывая, тем самым, что узел не полностью уравновешен от всех возможных сил реакции.
После того, как зуб и переходник были соединены, узел готов к работе на режущей головке. Когда острие зуба подвергается воздействию тангенциальных сил, поверхности, где создаются силы реакции для уравновешивания указанных сил, являются первым сегментом на нижней поверхности зуба и верхней поверхностью основного корпуса носовой части, вблизи переднего конца 19 основного корпуса. Эти контактные поверхности между зубом и переходником противодействуют тангенциальным силам, чтобы противостоять усилиям и уменьшать напряжение в критических точках узла, а также в штифте.
Тем не менее, когда появляются неожиданные обратные силы, как правило, при работе на твердом грунте, необходимо им противодействовать, при этом силы реакции передаются первому сегменту на верхней поверхности носовой части зуба и на нижней поверхности выступов (Фиг. 19).
Благодаря выступам на зубе (и пазам в переходнике), расположенным ближе к центру обоих элементов, максимальное усилие, которому должно противодействовать соединение, прикладывается к нейтральной части указанного соединения.