КОВШ ЭФФЕКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ С ПОНИЖЕННЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ КОПАНИЮ ГРУНТА

Полезная модель относится к области машиностроения, а конкретно к дорожным, строительным и землеройно-транспортным машинам, имеющие выдвижное рабочее оборудование, в состав которого входят сменные рабочие органы представленные в виде ковшей различного типа действия.
Предлагаемое устройство может быть применено для разработки грунта широкого диапазона реологических свойств, в различных климатических и географических условиях, обеспечивая высокую энергоэффективность процесса за счет пониженного сопротивлению копанию грунта.
Известен ковш землеройной машины, который состоит из боковых стенок, днища, задней стенки и имеет закрепленные на внешней стороне износостойкие элементы (см. например ΕΠΑ N0262856, кл. Ε02F 3/40, 1988).
Данный ковш в определенной мере защищает от абразивного износа внешнюю поверхность ковша, но только в зоне перехода днища в заднюю стенку. Часть же днища ковша от зубьев до износостойких элементов остается незащищенной. Кроме этого, при разработке скальной породы будет наблюдаться первоочередной износ износостойких элементов расположенных ближе к зубьям ковша с последующим износом днища последнего. Также к недостаткам известного ковша необходимо отнести и то, что износостойкие элементы жестко закреплены на внешней стороне ковша, что ведет к неравномерности их износа при контакте со скальной породой.
Известна другая конструкция ковша землеройной машины, состоящая из днища, боковых стенок, задней стенки и расположенного с внешней стороны ковша прижимного катка (а.с. СССР N713951).
Недостатком этого ковша является то, что он не может разрабатывать прочный грунт, в частности, предварительно разрыхленные скальные породы, поскольку произойдет разрушение, имеющейся внутри ковша, эластичной ленты. Кроме этого внешняя поверхность днища, задней стенки ковша при разработке, погрузке будет подвергаться интенсивному абразивному износу. От этого износа не предохраняет каток на внешней поверхности ковша, так как он расположен на границе радиуса задней стенки ковша и не защищает их от контакта с прочным грунтом или скальной породой. Кроме этого, данный каток служит только для передачи крутящего момента эластичной ленте, которая необходима для очистки от налипшего грунта задней стенки.
Существует так же уширенная конструкция ковша экскаватора, имеющая верхнюю стенку, шарнирно соединенную с рукоятью с помощью кронштейнов, днище с режущим ножом, на котором установлены зубья, боковые стенки с щеками, усилители, установленные к внешней поверхности днища, выполненного в виде сопряжения двух дуг окружностей с внутренним касанием, и верхней стенки, поверхность днища выполнена в виде гибких связующихся между собой звеньев (а.с. СССР №76929).
Недостатком существующего устройства является невозможность разработки грунта низкой влажности, т.к. при отрыве происходит потеря значительной части грунта через крупные отверстия связующих звеньев, так же при наличии стандартной конструкции режущей кромки, в момент внедрения ковша в грунт, силы сопротивления копанию значительно возрастают. Указанные недостатки снижают производительность и повышают энергоемкость процесса.
Наиболее близким техническим решением полезной модели, принятым за прототип, является ковш экскаватора, к днищу корпуса которого крепится съемная опора, выполненная в виде части цилиндра. По периметру ее установлены уплотняющие ролики на амортизирующих устройствах (а.с. СССР №1661287).
Недостатком известного устройства является невозможность снижения сил сопротивления грунта копанию при внедрении ковша в грунтовую среду повышенной влажности, а так же снижение производительности за счет увеличения времени копания. Отсутствие на режущей кромке направляющих резцов повышает энергоемкость процесса, особенно при разработке грунта повышенной слипаемости, кроме того, при внедрение в грунт на передней стенки днища возрастают высокие по величине внутренние напряжения, что снижает долговечность конструкции.
Технической задачей полезной модели является повышение энергоэффективности устройства, за счет снижения сил сопротивления копанию грунта и внутренних напряжений на передней стенки ковша.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен ковш эффективного действия с пониженным сопротивлением копанию грунта, включающий крепежный механизм рабочего оборудования, переднюю и заднюю стенку, днище, зубья и режущую кромку, при этом на режущей кромке ковша выполнены фрезерованные полусферические канавки под углом φ>30°, образующие заостренные резцы чередующиеся друг за другом, на передней стенки ковша сформированы отверстия овальной формы, расположенные относительно друг друга на треть длины предыдущего отверстия, на задней стенке ковша, на переходной плоскости изгиба днища, размещена обойма с роликами расположенными в два ряда, при этом ролики установлены на подшипники качения закрытого типа.
Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что режущая кромка ковша с фрезерованными и заостренными заточками выполняет полезную работу, а заданный угол заточки обеспечивает направление и траекторию формирования стружки при минимальным контакте с передней стенкой ковша, что значительно снижает силу сопротивления грунта резанию. Наличие технологических отверстий обеспечивает прослойку воздуха между стружкой и ковшом, а при повышенной влажности, выполняют функцию дренажа, что снижает эффект прилипания частиц грунта к днищу. Прикрепленная обойма с двух рядными роликами обеспечивает меньший угол трения задней стенки ковша с грунтом при заглублении и снижает силу трения путем перекатывания роликов по грунту.
Сущность полезной модели поясняется ниже следующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид ковша эффективного действия с пониженным сопротивлением. Ковш эффективного действия с пониженным сопротивлением копанию грунта содержит механизм для крепления рабочего оборудования 1, проушины крепежного механизма с посадочными отверстиями для пальца 2, технологические отверстия 3, обеспечивающие воздушную прослойку и дренаж, зуб ковша 4, накладку на кромку ковша 5, режущие кромки с фрезерованными заточками 6, заднюю стенку ковша 7, обойму для роликов 8, ролики вращения 9, переднюю стенку ковша 10.
Устройство работает следующим образом. При выполнении наиболее энергоемкого такта копания сила создаваемая на гидроцилиндре ковша через проушины 2 передается на крепежный механизм 1, в момент внедрения ковша в грунт, первое сопротивление грунта испытывают зубья 4, далее при соприкосновении режущей кромки ковша 6 за счет наличия фрезерованных заточек, расположенных на накладке 5, совершается полезная работа по разрушению связки грунта при минимальных значениях сопротивления резанию. Технологический угол фрезерованной заточки больше 30° обеспечивает направление и траекторию формирования стружки при минимальном контакте с передней стенкой ковша 10, что значительно снижает силы сопротивления грунта резанию и трения соответственно. Для уменьшения трения и прилипания грунта с повышенной влажностью к передней стенки ковша 10, предусмотрены фрезерованные отверстия овальной формы 3 расположенные под углом друг к другу. При формировании грунтовой стружки в ковше технологические отверстия 3 взаимодействуя со средой создают воздушную прослойку, обеспечивая скольжение влажного грунта по передней стенки ковша 10 с наименьшим сопротивлением, вместе с тем пропуская излишки накопленной влаги через переднюю стенку ковша 10 (функция дренажа). При разработке среды с меньшей влажностью, благодаря особенностям формы и расположения технологических отверстий 3 грунт не теряется, т.е. вместимость ковша используется максимально эффективно. Дальнейшее заглубление ковша сопровождается увеличением контактной площади задней стенки ковша 7 с разрабатываемым грунтом повышенной влажности, с целью снижения площади соприкосновения и уменьшения сил трения практически перед отрывом грунта в работу вступают два ряда роликов 9 помещенных в обойму 8. При контакте с забоем ролики 9 образуют воздушное пространство между задней стенкой ковша 7 и грунтом, снижая коэффициент сопротивления трению, дальнейшее продвижение ковша создает силу, приложенную к роликам 9 заставляя их прижиматься к забою, а реакция сил направленная в противоположную сторону заставляет их вращаться. Таким образом, ролики 9 перекатываясь по забою снижают трение грунта о метал ковша. Обойма для роликов 8 при их вращении обеспечивает самоочищение от грунта.
Дальнейшая работа устройства осуществляется аналогично цикловой работе ковша экскаватора.
Использование заявленного ковша эффективного действия с пониженным сопротивлением копания обеспечивает высокую производительность, значительно снижает энергоемкость процесса копания грунта и уменьшает концентрацию внутренних напряжений в ковше, что приводит к увеличению ресурса работы.