Кузов карьерного самосвала

Полезная модель относится к области транспортной техники и может быть использована в карьерных автосамосвалах при транспортировке горной породы. В силу сниженной собственной массы кузова, применение заявленного технического решения позволяет увеличить полезную нагрузку и снизить потребный объем парка техники при сохранении объемов отгрузки, или достичь снижения расхода горюче-смазочных материалов и шин.
Известен кузов самосвала (WO 2014/011643 А1, B60P1/28, B62D33/02, 2014). Кузов состоит из козырька, бортов и днища и имеет систему продольных и поперечных жесткостей по бортам и днищу кузова.
Жесткости бортов (26) не образуют замкнутый контур между собой и жесткостями днища (38). Борта с днищем и передними стенками имеют примыкание под углом 90°, без дополнительных разгрузочных элементов в местах стыка, что влечет повышенную подвижность бортов и развитие усталостных трещин в местах примыкания днища к бортам и передней стенке в процессе эксплуатации. Так же, поперечные балки днища имеют поперечное сечение в форме равнобедренной трапеции, развернутой большим основанием в сторону днища, что так же влечет за собой ускоренное возникновение усталостных явлений и разрушение сварных швов между стенками поперечной балки и листа днища вследствие дальнейшего «раскрытия» трапеции в течение 1 года эксплуатации. Следствием этого является необходимость проведения капительного ремонта кузова. При грузоподъемности самосвала в 227 т в патенте заявлена собственная масса кузова в 24 т. На основании этого можно спрогнозировать, что при грузоподъемности 246т собственная масса кузова составит более 27 т.
Также известен кузов самосвала согласно патента на промышленный образец (патент RU 126676, 2021). Кузов состоит из козырька, бортов и днища, между днищем и бортами с передней стенкой реализовано радиусное примыкание, поперечные балки днища имеют прямоугольную форму поперечного сечения.
В данном промышленном образце, система жесткостей бортов представлена только балкой с поперечным сечением в виде призмы, расположенной вдоль верхней кромки борта от стыка «борт-стенка» до начала радиусного примыкания «борт-днище» у хвоста кузова. Поперечные элементы жесткости, а так же замыкание контура жесткости бортов на жесткости днища отсутствуют. Такой дизайн обеспечивает повышенную гибкость и подвижность бортов кузова, с упругими деформациями бортов порядка 140 мм в каждую сторону при загруженном кузове. Это приводит к накоплению пластичных деформаций и усталостных явлений и образованию сквозных усталостных трещин в области расположения сварных швов «борт-передняя стенка» и «борт-днище», что влечет необходимость вывода кузова в ремонт по истечении 7 месяцев с начала эксплуатации.
Таким образом, в уровне техники существует проблема, связанная со значительным снижением надежности и ресурса кузовов карьерных самосвалов, при разработке их облегченного дизайна, для снижения собственной массы и увеличения полезной нагрузки.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в создании конструкции кузова самосвала, характеризующегося повышенной прочностью/жесткостью и износостойкостью и, как следствие, повышение работоспособности кузова в течение не менее 12 месяцев с начала эксплуатации, без проведения дополнительных ремонтов, с обеспечением грузоподъемности не менее 246 т при собственной массе не более 27 т.
Технический результат достигается тем, что кузов карьерного самосвала, содержащий днище, переднюю стенку (1) и борта (2), продольные элементы жесткости, проходящие вдоль верхнего края бортов (3), продольные элементы жесткости, проходящие вдоль днища кузова (4), продольные и поперечные элементы (5), расположенные на передней стенке, и футеровку (6), согласно полезной модели, на внешней поверхности бортов содержит расположенные вдоль кузова продольные балки (7), верхние поперечные балки (8), соединяющие продольные элементы жесткости (3) и продольные балки (7), нижние поперечные балки (9), соединяющие продольные балки (7) с балками (10), проходящими под днищем кузова поперек его оси, причем продольные элементы жесткости (3) переходят в поперечную балку (9), расположенную первой от хвоста кузова, образуя единый контур жесткости.
Футеровка (6) представлена пластинчатыми упрочняющими элементами (11), закрепленными в бойных зонах, и поперечными брусьями (12), расположенными в хвостовой части кузова.
Пластинчатые упрочняющие элементы имеют толщину не более 24 мм.
В местах соединения боковых бортов с передней стенкой установлены дополнительные разгружающие элементы (13) под углом 40-50 градусов к плоскости бортов.
Кузов выполнен из стали толщиной 6-24 мм.
Сущность полезной модели
Указанный технический результат достигается за счет улучшения конструкции кузова, организации замкнутой системы жесткостей по передней стенке, бортам и днищу кузова, в том числе и в хвостовой части, с прямоугольной формой поперечного сечения поперечных элементов жесткости днища, наличия радиусных переходов между бортами и днищем кузова, наличия дополнительных разгружающих элементов в углах примыкания «борт-передняя стенка», наличия футеровочных элементов бойной части и хвоста кузова, применения современных высокопрочных и износостойких марок сталей.
Так элементы кузова (3), (4), (5), (7), (8), (9) и (10) обеспечивают жесткость и прочность бортов (и конструкции в целом), ограничивают их подвижность и деформацию, что, в свою очередь, препятствует возникновению усталостных разрушений в виде трещин.
Прямоугольная форма сечения элементов (10) обеспечивает передачу нагрузок со стороны дна кузова на их стенки под прямым углом, вследствие чего отсутствует касательная составляющая нагрузки, стремящаяся выгнуть стенку в ту или иную сторону, а также не возникают касательные (скалывающие) напряжения в сварных швах.
Наличие радиусных переходов между бортами и днищем кузова позволяет устранить концентраторы напряжений, возникающие при наличии угловых сварных соединений, реализуемых в классических конструкциях кузовов.
Дополнительные разгружающие элементы (13) в местах соединения боковых бортов с передней стенкой способствуют передаче части нагрузки с борта непосредственно на переднюю стенку, минуя соответствующий сварной шов и околошовную зону, что позволяет снизить величину напряжений и деформаций в концентраторе, которым является сварной шов.
Пластинчатые упрочняющие элементы (11), относящиеся к футеровке (6), размещенные в бойных зонах кузова, позволяют локально увеличить толщину днища и повышают его способность противостоять деформации и разрушению вследствие падения крупных фрагментов породы (бутов) при загрузке кузова.
Футеровка (6) крепится к кузову посредством сварки, сварные швы - нахлесточные, «электрозаклепки», выполняются с применением электродов или сварочной проволоки, в среде защитных газов или без нее.
Наличие поперечных брусьев (12), так же относящихся к футеровке (6) и расположенных в хвостовой части кузова, позволяет преобразовать характер стекания горной массы со скольжения в качение, что позволяет снизить интенсивность износа днища кузова.
В совокупности с изменением конструкции кузова, применение высокопрочных и износостойких марок сталей позволяет снизить металлоемкость, с обеспечением толщины элементов до 24 мм, и как следствие, собственную массу кузова. Так, применение высокопрочных марок сталей (Powerweld, Weldox и т.п.), с пределом текучести 690 МПа и более, позволяет снизить толщину и площадь поперечного сечения элементов, с сохранением несущей способности и снизить толщину изнашиваемых элементов с сохранением срока службы изделия.
Сущность настоящей полезной модели дополнительно проиллюстрирована следующими графическими материалами (фиг. 1-5).
1 - передняя стенка
2 - борт
3 - продольные элементы жесткости вдоль верхнего края бортов
4 - продольные элементы жесткости вдоль днища кузова
5 - продольные и поперечные элементы передней стенки
6 - футеровка
7 - продольные балки
8 - поперечные балки (верхние)
9 - поперечные балки (нижние)
10 - балки под днищем кузова поперек его оси
11 - пластинчатые упрочняющие элементы
12 - поперечные брусья в хвостовой части кузова
13 - дополнительные разгружающие элементы
Осуществление полезной подели
Примером практической реализации полезной модели может служить серия кузовов для самосвалов, изготовленных МЦ «ССМ-Тяжмаш» ПАО «Северсталь» для АО «Карельский окатыш». Согласно заявленной конструкции было изготовлено 15 шт. кузовов. Собственная масса каждого кузова составляла 26 640 кг, грузоподъемность не менее 246 т. В ходе их эксплуатации не выявлены усталостные явления и разрушения. Имеет место только естественный износ. Фактические результаты испытаний показали, что регламентированный срок службы одноразового кузова будет составлять более двенадцати месяцев.