БАЛАНСИР ДЛЯ КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
BALANCER FOR MINING SHOVEL

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 62/006450, поданной 2 июня 2014 года, полное содержание которой включено в данное описание посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное изобретение относится к области землеройных машин. Конкретно, представленное изобретение относится к балансиру для карьерного экскаватора.
Общепринятый канатный карьерный экскаватор содержит стрелу, рукоять, подвижно соединенную со стрелой, ковш, который соединен с рукоятью, балансир, который соединен с ковшом, и подъемный канат, который соединен с балансиром. Подъемный канат проходит по направляющему блоку, соединенному с концом стрелы, и наматывается и разматывается барабаном лебедки. Балансир выравнивает подъемный канат по касательной к направляющему блоку, уменьшая изнашивание каната.
Во время фазы подъема, канат наматывается барабаном лебедки, поднимая ковш вверх через отвал материала и высвобождая материал, подлежащий выемке. Для высвобождения материала, находящегося внутри ковша, с ковшом шарнирно соединено днище ковша. Когда не зафиксировано на ковше, днище ковша поворачивается в сторону от нижней части ковша, высвобождая посредством этого материал через нижнюю часть ковша.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одной конструкцией, узел балансира для горного комбайна содержит цельнолитой балансир, имеющий первый конец и второй, противоположный конец. Узел также содержит первую торцевую крышку, выполненную с возможностью соединения с ковшом горного комбайна, при этом первая торцевая крышка содержит первую втулку, выполненную с возможностью приема первого конца балансира. Узел также содержит вторую торцевую крышку, выполненную с возможностью соединения с ковшом горного комбайна, при этом вторая торцевая крышка содержит вторую втулку, выполненную с возможностью приема второго конца балансира.
В соответствии с еще одной конструкцией, способ соединения балансира с ковшом горного комбайна включает наклон оси вращения балансира в первом направлении, вставку первого конца балансира в первое отверстие в ковше, наклон оси вращения балансира в противоположном, втором направлении и вставку второго конца балансира во второе отверстие в ковше.
Другие аспекты изобретения станут очевидны при рассмотрении подробного описания и сопровождающих чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой вид сбоку карьерного экскаватора согласно одному варианту осуществления.
Фиг.2 представляет собой перспективное изображение части карьерного экскаватора фиг.1, иллюстрирующее балансир, соединенный с ковшом.
Фиг.2A представляет собой сравнительное перспективное изображение широко используемого балансира.
Фиг.3 представляет собой вид спереди балансира фиг.2.
Фиг.3А представляет собой сравнительный вид спереди балансира фиг.2A.
Фиг.4 представляет собой вид сбоку балансира фиг.2, иллюстрирующий направляющие канаты, соединенные с балансиром, и опрокидывающий момент.
Фиг.4A представляет собой сравнительный вид сбоку балансира фиг.2A.
Фиг.5-7 представляют собой перспективные изображения балансира фиг.2, соединенного с ковшом.
Фиг.8 представляет собой перспективное изображение торцевой крышки, используемой для приема конца балансира фиг.2.
Фиг.9 представляет собой вид в поперечном разрезе балансира фиг.2, соединенного с ковшом.
Фиг.9A представляет собой сравнительный вид в поперечном разрезе балансира фиг.2A, соединенного с ковшом.
Фиг.10 представляет собой перспективное изображение балансира согласно еще одной конструкции.
Перед подробным объяснением каких-либо вариантов осуществления изобретения, следует понять, что применение изобретения не ограничено деталями конструкции и компоновки составных элементов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на следующих чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и применение на практике или выполнение различными путями. Также, следует понять, что фразеология и терминология, используемые в данном описании, предназначена для цели описания и не должна истолковываться в качестве ограничения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг.1 иллюстрирует одноковшовый экскаватор 10. Экскаватор 10 содержит подвижное основание 15, ходовые гусеницы 20, поворотную платформу 25, поворотную раму 30, стрелу 35, нижний конец 40 стрелы 35 (называемый также основание стрелы), верхний конец 45 стрелы 35 (называемый также оголовок стрелы), натяжные канаты 50, портальный натяжной элемент 55, портальный нажимной элемент 60, блок 65, установленный с возможностью вращения на верхнем конце 45 стрелы 35, ковш 70, днище 75 ковша, шарнирно соединенное с ковшом 70, подъемный канат 80, барабан лебедки (не показано), рукоять 85 ковша, опорный блок 90, вал 95 рукояти ковша и блок передачи (называемый также привод механизма черпания ковша, не показано). Поворотная конструкция 25 обеспечивает возможность вращения верхней рамы 30 относительно нижнего основания 15. Поворотная платформа 25 образует ось 100 вращения экскаватора 10. Ось 100 вращения перпендикулярна плоскости 105, образованной основанием 15, и в общем соответствует уровню земли или опорной поверхности.
Подвижное основание 15 поддерживается ходовыми гусеницами 20. Подвижное основание 15 поддерживает поворотную платформу 25 и поворотную раму 30. Поворотная платформа 25 допускает вращение на 360 градусов относительно подвижного основания 15. Стрела 35 шарнирно соединена на нижнем конце 40 с поворотной рамой 30. Стрела 35 удерживается относительно поворотной рамы 30 с выдвижением вверх и наружу, посредством натяжных канатов 50, которые крепятся к портальному натяжному элементу 55 и портальному нажимному элементу 60. Портальный нажимной элемент 60 установлен на поворотной раме 30.
Ковш 70 подвешен на стреле 35 с помощью подъемных канатов 80. Подъемные канаты 80 охватывают блок 65 и соединены с балансиром 110, который соединен с ковшом 70. Подъемные канаты 80 закреплены на барабане лебедки (не показано) поворотной рамы 30. Барабан лебедки приводится в действие, по меньшей мере одним электрическим двигателем (не показано), который содержит блок передачи (не показано). Когда барабан лебедки вращается, подъемный канат 80 разматывается, опуская ковш 70, или наматывается, поднимая ковш 70. Рукоять 85 ковша также соединена с ковшом 70. Рукоять 85 ковша поддерживается в опорном блоке 90 с возможностью скольжения, а опорный блок 90 шарнирно установлен на стреле 35 на валу 95 рукояти ковша. Рукоять 85 ковша содержит на нем реечно-зубчатый объект, который входит в зацепление с ведущей шестерней (не показано) установленной в опорном блоке 90. Ведущая шестерня приводится в действие электрическим двигателем и блоком передачи (не показано) для выдвижения или втягивания рукояти 85 ковша относительно опорного блока 90.
Источник электроэнергии (не показано) установлен на поворотной раме 30 для предоставления электроэнергии на подъемный электрический двигатель (не показано) для приведения в действие подъемного барабана, один или более электрических двигателей механизма черпания (не показано) для приведения в действие блок передачи механизма черпания, и один или более поворотных электрических двигателей (не показано) для поворота поворотной платформы 25. Каждый из подъемных и поворотных двигателей и двигателей механизма черпания приводится в действие своим собственным контроллером двигателя, или в качестве альтернативы приводится в действие в ответ на управляющие сигналы от контроллера (не показано).
Со ссылкой на фиг.2, ковш 70 содержит первый сопряженный выступ 115 (например, проушину) и второй сопряженный выступ 120 (например, проушину), каждый из которых выступает из задней стенки 125 ковша 70. Балансир 110 расположен между первым и вторым сопряженными выступами 115, 120.
Со ссылкой на фиг.3, балансир 110 представляет собой цельнолитую конструкцию, которая содержит первый конец 130 и противоположный, второй конец 135. В проиллюстрированной конструкции первый и второй концы 130, 135 представляют собой цилиндрические выступы. Первый конец 130 соединен с первым сопряженным выступом 115, а второй конец 135 соединен со вторым сопряженным выступом 120.
Со ссылкой на фиг.3 и 4, балансир 110 содержит первый принимающий канат элемент 140 (фиг.3 и 4) и второй принимающий канат элемент 145 (фиг.4). Оба принимающих канат элемента 140, 145 расположены между первым и вторым концами 130, 135. Первый принимающий канат элемент 140 расположен на передней стороне 150 балансира 110, а второй принимающий канат элемент 145 расположен на обратной стороне 155 балансира 110. В проиллюстрированной конструкции, первый и второй принимающие канаты элементы 140, 145 представляют собой D-образные выступы, образованные в виде единого целого вдоль передней и обратной сторон 150, 155. Первый и второй принимающие канаты элементы 140, 145 принимают и направляют подъемные канаты 80. В некоторых конструкциях, принимающие канаты элементы 140, 145 содержат желобок или желобки, которые принимают подъемные канаты 80. В некоторых конструкциях, принимающие канаты элементы 140, 145 имеют другие формы, отличающиеся от проиллюстрированных форм (например, круглые, овальные и т.д.). Принимающие канаты элементы 140, 145 поддерживают подъемные канаты 80 и выравнивают подъемные канаты 80 по касательной к блоку 65, уменьшая, таким образом, изнашивание подъемных канатов 80.
Продолжая со ссылкой на фиг.3 и 4, балансир 110 дополнительно содержит защитный элемент 160. Защитный элемент 160 расположен на передней стороне 150 балансира 110. Защитный элемент 160 представляет собой протекторный элемент, который защищает остальную часть балансира 110 от контакта с блоком 65 и повреждения балансира 110. Защитный элемент 160 амортизирует контакт с блоком 65 в случае, когда ковш 70 и балансир 110 находятся близко к блоку 65 (например, когда натягиваются подъемные канаты 80). В проиллюстрированной конструкции, защитным элементом 160 является тонкая пластина, имеющая отверстие 165 (фиг.3). Как проиллюстрировано на фиг.4, по меньшей мере часть защитного элемента 160 проходит под небольшим углом относительно принимающего канат элемента 140 и отделена промежутком от принимающего канат элемента 140 по существу вдоль всего защитного элемента 160, образуя посредством этого зазор 170 между защитным элементом 160 и принимающим канат элементом 140. По меньшей мере часть защитного элемента 160 искривляется и/или изгибается в зазор 170, когда защитный элемент 160 контактирует с блоком 65. Другие конструкции содержат иные формы, ориентации, и локализации защитного элемента 160.
Со ссылкой на фиг.3, балансир 110 содержит ось 175 вращения. После соединения с ковшом 70, балансир 110 способен поворачиваться вокруг оси 175 вращения. В некоторых конструкциях, балансир 110 способен поворачиваться приблизительно до 180 градусов вокруг оси 175 вращения. В других конструкциях, балансир 110 способен поворачиваться дальше, чем на 180 градусов.
Со ссылкой на фиг.3 и 5-7, балансир 110 имеет общую длину 177 (фиг.3), при измерении вдоль оси 175 вращения, которая больше, чем зазор 178 (фиг.5-7), который проходит между первым и вторым сопряженными выступами 115, 120 на ковше 70.
Со ссылкой на фиг.5-7, балансир 110 соединяют с ковшом с помощью последовательности из четырех этапов. На первом этапе, проиллюстрированном на фиг.5, как балансир 110, так и ось 175 вращения наклоняют в первом направлении таким образом, что первый конец 130 опускается и способен скользить частично в отверстие 180 на первом сопряженном выступе 115.
На втором этапе, проиллюстрированном на фиг.6, как балансир 110, так и ось 175 вращения наклоняют назад в противоположном направлении таким образом, что первый конец 130 поднимается вверх и способен скользить дальше в отверстие 180, и таким образом, что второй конец 135 способен скользить вниз вдоль и рядом с внутренней поверхностью 185 второго сопряженного выступа 120 в направлении второго отверстия 190 на втором сопряженном выступе 120.
На третьем этапе, проиллюстрированном на фиг.7, балансир 110 и ось 175 вращения наклоняют дальше назад таким образом, что второй конец 135 способен полностью проскальзывать во второе отверстие 190.
На четвертом этапе, проиллюстрированном на фиг.7-9, торцевые крышки 195 (например, картриджи с втулками) соединяют с первым и вторым сопряженными выступами 115, 120. Проиллюстрированные торцевые крышки 195 регулируют как осевое, так и радиальное местоположение балансира 110. Как проиллюстрировано на фиг.8, каждая из торцевых крышек 195 содержит корпус 200, уплотнение 205, расположенное радиально внутрь от корпуса 200, и втулку 210, расположенную радиально внутрь от уплотнения 205. Корпус 200 содержит наружный фланец 215, который содержит отверстия 220. Другие конструкции торцевой крышки 195 содержат иные количества и компоновки фланцев 215 и отверстий 220. В некоторых конструкциях, торцевая крышка 195 не содержит уплотнение 205, или содержит уплотнение 205 иного типа, чем показанное.
Со ссылкой на фиг.9, крепежные приспособления 225 вставляют через отверстия 220 для прикрепления торцевых крышек 195 к первому и второму сопряженным выступам 115, 120, фиксируя за счет этого балансир 110 между первым и вторым сопряженными выступами 115, 120 вдоль оси 175 вращения, но все-таки позволяя балансиру 110 поворачиваться вокруг оси 175 вращения. Как проиллюстрировано на фиг.9, втулки 210 принимают первый и второй концы 130, 135 и позволяют первому и второму концам 130, 135 и балансиру 110 в целом, поворачиваться вокруг оси 175 вращения относительно ковша 70.
Балансир 110 обеспечивает преимущества перед более традиционным балансиром штифтового типа, такого как балансир 310, проиллюстрированный на фиг.2A, ЗА, 4A и 9A. Например, и как проиллюстрировано на фиг.2A и ЗА, балансир 310 представляет собой большую, сборную, механически обработанную конструкцию, используемую для соединения подъемных канатов с ковшом. Балансир 310 в общем больше и объемнее, чем балансир 110, проиллюстрированный на соответствующих фиг.2 и 3. В некоторых конструкциях, балансир 310 весит приблизительно на 8000 фунтов больше, чем балансир 110. В некоторых конструкциях, балансир 310 весит приблизительно 10500 фунтов, тогда как балансир 110 весит приблизительно 3700 фунтов. В некоторых конструкциях, балансир 110 весит между приблизительно 3500 фунтов и 4000 фунтов. Другие конструкции содержат иные диапазоны. Данная экономия массы преобразуется непосредственно в улучшенное режущее усилие и более высокие полезные нагрузки экскаватора 10.
Как проиллюстрировано на фиг.4A и 9A, балансир 310 содержит отверстия 315, 320 на каждом конце балансира 310. Для сборки балансира 310, штифт 325 (например, длиной 9 футов и весящий приблизительно 1200 фунтов) вставляют через отверстия 315, 320 и через отверстия 180, 190 на первом и втором сопряженных выступах 115, 120. Недостаток комбинации как балансира 310, так и штифта 325 состоит в ее тяжести и в том, что только маленькая часть (например, меньше чем 4 фута) концов штифта 325 используется в качестве несущей поверхности, вокруг которой балансир 310 и ковш 70 поворачиваются друг относительно друга. Вставка штифта 320 также является трудной и затратной по времени вследствие необходимости выравнивания отверстий 315, 320, 180 и 190 перед вставкой штифт 325, в сочетании с общей массой выравниваемых составных элементов.
В отличие от этого и как описано выше, балансир 110 отлит в виде единого целого, в виде одной детали из материала с двумя цилиндрическими, противоположными концами 130, 135, которые выступают в осевом направлении вдоль оси 175 вращения и имеют размер для приема внутри втулок 210. В некоторых конструкциях концы 130, 135 являются нецилиндрическими (например, имеют больше от конической конструкции), чтобы соответствовать нецилиндрическим втулкам 210 с аналогичной формой. Сам балансир 110, занимает место штифта 325 вследствие того, что втулки 210 принимают и размещают первый и второй концы 130, 135 с возможностью вращения. В некоторых конструкциях, система ковша и балансира содержит только ковш, балансир 110 и две торцевые крышки 195. Данная комбинация ковша, балансира 110 и двух торцевых крышек 195 без потребности в дополнительном штифте является достаточной для относительного вращательного движения ковша 70 и балансира 110. В некоторых конструкциях, цельнолитой балансир 110 и торцевые крышки 195 вместе образуют сборный узел, который может использоваться на множестве различных горных комбайнов (например, в качестве усовершенствованной модели или предоставляться в качестве продукции на рынке запчастей).
Этапы сборки балансира 110 являются более легкими и быстрыми, чем этапы сборки балансира 310 и штифта 325, по меньшей мере частично вследствие того, что нет штифта, требующего для прикрепления балансира 110 к ковшу 70. После того, как балансир 110 был вставлен в отверстия 180, 190, добавляют только торцевые крышки 195. Однако, в некоторых конструкциях, для облегчения вращательного движения балансира 110 и ковша 70 балансир 110 может быть оснащен штифтом, аналогичным штифту 325. Например, в некоторых конструкциях штифт проходит через первый и второй концы 130, 135 вдоль оси 175 вращения, и штифт в одиночку (или в комбинации с первым и вторым концами 130, 135) обеспечивает вращение балансира 110 и ковша 70.
Со ссылкой на фиг.4 и 4A, балансир 110 также содержит центр 400 тяжести, который находится ближе к оси 175 вращения, чем центр 405 тяжести балансира 310 к оси 330 вращения. Например, в некоторых конструкциях, центр 400 тяжести для балансира 110 находится только в 4 дюймах от оси 175 вращения, в то время как центр 405 тяжести для балансира 310 находится в 8 дюймах от оси 330 вращения. Вследствие непосредственной близости центра 400 тяжести к оси 175 вращения, на балансире 110 имеется очень маленький опрокидывающий момент (образуемый в виде результата массы балансира и расстояния центра тяжести от оси вращения). Это затрудняет перекручивание подъемных канатов 80, поскольку опрокидывающий момент является маленьким. В некоторых конструкциях, опрокидывающий момент балансира 110 приблизительно на 86% меньше, чем у балансира 310. В некоторых конструкциях, опрокидывающий момент балансира 110 составляет приблизительно 1200 футофунтов, тогда как опрокидывающий момент для балансира 310 составляет приблизительно 7000 футофунтов. В некоторых конструкциях, опрокидывающий момент для балансира 110 приблизительно составляет между 1100 футофунтов и 1300 футофунтов. Другие конструкции содержат иные диапазоны.
Фиг.10 иллюстрирует альтернативный балансир 410. Балансир 410 выполнен с возможностью соединения с ковшом 70. В некоторых конструкциях балансиром является литая конструкция. Как проиллюстрировано на фиг.10, единственный штифт 415 проходит через балансир 410 и из концов 420 и 425. Для предотвращения или устранения выскальзывания штифта 415 из балансира 410, с концами штифта 415 соединены зажимные элементы 430. Аналогично балансиру 110, балансир 410 содержит защитный элемент 435. Защитный элемент 435 расположен на передней стороне 440 балансира 410. Защитный элемент 435 представляет собой протекторный элемент, который защищает остальную часть балансира 410 от контакта с блоком 65 и повреждения балансира 410. Защитный элемент 435 амортизирует контакт с блоком 65 в случае, когда ковш 70 и балансир 410 находятся близко к блоку 65 (например, когда натягиваются подъемные канаты 80). Балансир 410 также содержит по меньшей мере один принимающий канат элемент 445.
В некоторых конструкциях, концы 420, 425 балансира 410 выполнены с возможностью скольжения в отверстия 180, 190 (например, аналогично способу, с которым балансир 110, описанный выше, скользит в отверстия 180, 190), перед вставкой штифта 415, а затем соединением зажимных элементов 430 со штифтом 415.
Хотя изобретение было подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, в пределах объема правовых притязаний и сущности одного или более независимых аспектов изобретения, как описано, существуют варианты и модификации.