ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
SLEWING DEVICE OF MINE EXCAVATOR

Изобретение относится к горным машинам, используемым при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а именно к опорно-поворотным устройствам карьерных экскаваторов, также может быть использовано в подъемниках и выемочно-погрузочных машинах, предназначенных для перемещения грузов, разработки и погрузки в транспортные средства или отвал полезных ископаемых.
Известно опорно-поворотное устройство, содержащее поворотную роликовую опору. Ее нижняя неподвижная часть жестко закреплена на раме самоходного шасси, и снабжена по внутренней окружности зубчатым венцом, а на верхней подвижной части жестко установлена поворотная платформа, на которой смонтирован манипулятор, и механизм поворота платформы. Механизм поворота платформы снабжен манипулятором в горизонтальной плоскости относительно рамы самоходного шасси, включающим двигатель и редуктор, на выходном валу которого жестко установлена ведущая шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом неподвижной части, и устройство для устранения консоли вала ведущей шестерни (патент SU №2206492, кл. В66С 23/84, Публ. 20.06 2003 г.).
Недостатком этого устройства является то, что оно имеет относительно сложную конструкцию, особенно технологически сложен монтаж тел вращения в нижней неподвижной части.
Известны кольцевые опоры (Авиационные артиллерийские установки. Конструкция и проектирование. Москва, Издательство МАИ, 1998 г., стр.151), представляющие собой развитую по диаметру плоскую цапфу. Такие опоры относятся к полным кольцевым опорам - все нагрузки на подвижную часть установки воспринимаются телами качения. Полная кольцевая опора фиксирует ось подвижной части в продольном и поперечном направлениях. При достаточной базе по диаметру она может служить надежной консольной заделкой подвижной части в неподвижной. Кольцевая опора состоит из подвижного и неподвижного колец и тел качения между ними, например роликов. Недостатком таких роликовых опор является высокая чувствительность к деформациям и перекосам элементов конструкции установок, на которые они крепятся.
Однако в известных полных кольцевых опорах есть еще один существенный недостаток. Он заключается в том, что по аналогии с подшипниками качения в этих опорах отношение диаметра тел качения к диаметру круговых дорожек качения не превышает величины 0,025. Высокие контактные напряжения, возникающие по этой причине в поверхностях соприкасающихся элементов конструкции, требуют при изготовлении полных кольцевых опор применения высокопрочных сталей, обеспечения высокой твердости и точности обработки поверхностей качения.
Известно опорно-поворотное устройство карьерного экскаватора ЭКГ-1500Р (Инструкция по эксплуатации 11077.00.00 ИЭ, Санкт-Петербург, 2008 г.), содержащее центральную цапфу, неподвижный опорный рельс с зубчатым венцом и подвижный верхний, кованный рельс. Между рельсами установлены конусные ролики, закрепленные в обойме.
Равномерная нагрузка на ролики за счет закрепления их в обойме, а также то, что ролики и рельсы конусообразные, исключающие проскальзывание - преимущества этой конструкции.
В качестве прототипа выбрано опорно-поворотное устройство карьерного экскаватора Р&Н 2800ХРВ (Руководство по эксплуатации Р&Н Mining Equipment, A Hamischfeger Industries Company, Box 310, Milwaukee, Wisconsin, 503201 USA). Опорно-поворотное устройство прототипа выполнено по схеме неполной кольцевой опоры, в ней сохранена центральная цапфа. Концентрично центральной цапфе расположены несущее кольцо с верхним рольгангом и опорное кольцо с нижним рольгангом, соединенные жестко соответственно с поворотной платформой и ходовой частью экскаватора. Между несущим и опорным кольцами расположены конические ролики, которые установлены в сепараторе, с возможностью прокатывания по рольгангам несущего и опорного колец. Причем оси конических роликов закреплены в сепараторе перпендикулярно оси вращения подвижного несущего кольца, и отношение диаметра конических роликов к диаметру кольцевых дорожек качения превышает величину 0,04. Кроме того, опорно-поворотное устройство прототипа содержит зубчатый венец механической передачи привода поворота, имеющий внутренний фланец для жесткого соединения с корпусом ходовой части экскаватора.
Обусловленные указанным соотношением диаметров конических роликов и дорожек качения (рольгангов) низкие контактные напряжения позволяют применять в неполных кольцевых опорах менее качественные, чем применяемые в полных кольцевых опорах, конструкционные материалы и менее сложные технологии изготовления, что является достоинством конструкции прототипа.
В то же время наличие в прототипе центральной цапфы, воспринимающей момент внешних сил на плече, равном радиусу кольцевых дорожек качения, приводит к обратному эффекту. А именно - максимальные нагрузки, приходящиеся на опорные ролики, поворотную платформу и корпус ходовой части у экскаватора с неполной кольцевой опорой, почти в 2 раза выше, чем у экскаватора с полной кольцевой опорой, что неизбежно приводит к увеличению массы металлоконструкций и является недостатком прототипа.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание надежного опорно-поворотного устройства карьерного экскаватора в виде полной кольцевой опоры с использованием материалов, к свойствам, качеству и технологии обработки которых не предъявляются специальные требования.
Поставленная задача решается тем, что карьерный экскаватор содержит подвижное несущее кольцо и неподвижное опорное кольцо, зубчатый венец с нижней полкой-фланцем крепления к корпусу ходовой части экскаватора, а также конические ролики. Конические ролики установлены между несущим и опорным кольцами на осях сепаратора с возможностью свободного прокатывания между несущим и опорным кольцами по коническим кольцевым дорожкам, выполненным на кольцах, причем оси сепаратора закреплены в корпусе сепаратора наклонно относительно оси вращения подвижного несущего кольца. Зубчатый венец снабжен внутренним, а несущее кольцо - наружным выступами с кольцевыми дорожками. Выступ зубчатого венца расположен над выступом несущего кольца, а между выступами в соответствующем сепараторе установлены тела качения с возможностью свободного прокатывания по кольцевым дорожкам выступов.
Нижняя полка-фланец зубчатого венца выполнена в виде наружного выступа.
Неподвижное опорное кольцо выполнено за одно целое с зубчатым венцом.
Кольцевые дорожки качения внутреннего выступа зубчатого венца и наружного выступа подвижного несущего кольца выполнены плоскими, а тела качения выполнены цилиндрическими.
Ориентация осей конических роликов наклонно относительно оси вращения несущего кольца позволяет стабилизировать относительное положение осей конических роликов, а самим роликам воспринимать не только осевую нагрузку, направленную вниз, но и радиальную нагрузку. Представленное опорно-поворотное устройство карьерного экскаватора, дополненное внутренним выступом на зубчатом венце, наружным выступом на подвижном несущем кольце и цилиндрическими телами вращения между ними, принимает вид полной кольцевой опоры и соответствует поставленной технической задаче.
Размещение фланца зубчатого венца снаружи опорного кольца позволяет увеличить диаметр дорожки качения и, следовательно, уменьшить реакцию опоры.
Объединение зубчатого венца и нижнего опорного кольца в единую деталь позволяет производить эту деталь в виде нескольких сегментов, что обеспечивает транспортабельность опорно-поворотного устройства и экскаватора в целом.
На фиг.1 представлен общий вид карьерного экскаватора;
фиг.2 - опорно-поворотное устройство в разрезе;
фиг.3 - опорно-поворотное устройство в разрезе, зубчатый венец и нижнее опорное кольцо выполнены в виде единой детали;
фиг.4 - общий вид опорно-поворотного устройства в аксонометрии.
Опорно-поворотное устройство 1 соединяет опорно-ходовую часть экскаватора 2 с поворотной частью экскаватора 3 (фиг.1). Оно содержит (фиг.2) несущее кольцо 4, неподвижное опорное кольцо 5, зубчатый венец 6 с нижней полкой - фланцем 7. Зубчатый венец 6 жестко соединен с опорно-ходовой частью 2 посредством фланца 7. Несущее кольцо 4 жестко соединено с поворотной частью экскаватора 3. Между несущим кольцом 4 и опорным кольцом 5 размещены конические ролики 8 на осях 9 сепаратора 10. Конические ролики 8 прокатывают по коническим круговым дорожкам качения 11 и 12, размещенным на несущем кольце 4 и опорном кольце 5 соответственно. Причем отношение диаметров конических роликов 8 к диаметру дорожки качения 12 не менее 0,4 (как в прототипе). Зубчатый венец 6 снабжен внутренним выступом 13 с плоской кольцевой дорожкой качения 14. Несущее кольцо 4 снабжено наружным выступом 15 с плоской кольцевой дорожкой качения 16, противолежащей дорожке качения 14. Между выступами 13 и 15 расположены тела качения 17, например, в виде цилиндров, с возможностью прокатывания по дорожкам 14 и 16. Тела вращения 17 размещены в сепараторе 18. Зубчатый венец 6 и нижнее опорное кольцо 5 могут быть выполнены за одно целое с зубчатым венцом 19, фиг.3.
Опорно-поворотное устройство работает следующим образом.
Зубчатый венец 6 является частью зубчатой передачи механизма поворота, и в зацеплении с ним находятся шестерни привода поворота (не показано). При работающем приводе шестерни привода поворота, обкатываясь вокруг зубчатого венца 6, сообщают вращение поворотной части 3. Кольцо 4 катится по коническим роликам 8 и цилиндрическим роликам 17 относительно кольца 5.
Установленные наклонно конические ролики 8 и цилиндрические ролики 17 воспринимают осевые и радиальные нагрузки, а также момент, действующий на подвижное несущее кольцо 4.
Таким образом, предлагаемое опорно-поворотное устройство совмещает в себе достоинства прототипа и аналогов, работает по схеме полной кольцевой опоры (без центральной цапфы), является надежным, при этом не требует использования высокопрочных материалов и сложных технологий.