ЭКСКАВАТОР С ПАССИВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАКЛОНА (ВАРИАНТЫ) И УЗЕЛ КОВША ЭКСКАВАТОРА (ВАРИАНТЫ)
SHOVEL WITH PASSIVE TILT CONTROL (VERSIONS) AND SHOVEL DIPPER (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к области добычных одноковшовых экскаваторов. Конкретно, представленное изобретение относится к механизмам для регулирования угла наклона ковша.
Как показано на фиг.1 и 2, общепризнанный электрический канатный добычной одноковшовый экскаватор содержит ковш 10, жестко прикрепленный к рукояти 14, а раскос 18 продольного наклона предоставляет звено между рукоятью 14 и ковшом 10. Ковш 10 поднимают по отвалу (не показано) тросом или подъемным канатом 22, который прикреплен к дужке 24 и балансиру 26 и проходит поверх направляющего блока 30. Дужка 24 соединена с ковшом 10, а балансир 26 соединен с дужкой 24. Ковш 10 содержит козырек 34 для зацепления материала в отвале. Во время фазы подъема ковш 10 тянут вверх по отвалу с помощью подъемного каната 22. Подъемный канат 22 прикладывает усилие натяжения к ковшу 10 через дужку 24 и балансир 26, при этом балансир 26 поддерживает усилие натяжения с ориентацией, которая идет по касательной к направляющему блоку 30.
В общепризнанном экскаваторе установленная длина раскоса 18 продольного наклона оказывает воздействие на качество функционирования ковша 10 в различных условиях рытья. Например, более большая длина раскоса продольного наклона обеспечивает более хорошую глубину погружения в подошве отвала, если забой отвала является тяжелым. Однако с более длинным раскосом 18 продольного наклона козырек 34, расположенный на переднем краю ковша 10, поворачивается преимущественно в горизонтальном направлении, при этом коэффициент заполнения или процентная норма ковша 10 при заполнении является низкой. В качестве альтернативы, когда раскос 18 продольного наклона устанавливают с более короткой длиной, козырек 34 поворачивается преимущественно в вертикальном направлении. В данном случае коэффициент заполнения может быть высоким, но ковш 10 страдает от низкой глубины погружения в отвал. Короткий раскос 18 продольного наклона обычно используют для рытья более мягкого материала.
В одном варианте осуществления, изобретение предоставляет добычной одноковшовый экскаватор, выполненный с возможностью рытья отвала материала. Добычной одноковшовый экскаватор содержит стрелу, имеющую конец, подъемный канат, протянутый через конец стрелы, удлиненный элемент, подвижно соединенный со стрелой, ковш для зацепления отвала материала, узел дужки и раскос продольного наклона. Элемент содержит первый конец и второй конец. Ковш соединен со вторым концом элемента и содержит режущую кромку. Узел дужки содержит первый конец, шарнирно соединенный с ковшом, и второй конец, соединенный с подъемным канатом, проходящим через стрелу. Раскос продольного наклона содержит первый конец, шарнирно соединенный с узлом дужки, и второй конец, шарнирно соединенный с элементом.
В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет узел ковша для добычного одноковшового экскаватора. Добычной одноковшовый экскаватор содержит стрелу, элемент, подвижно соединенный со стрелой, и подъемный канат, проходящий через конец стрелы. Узел ковша содержит ковш, дужку и раскос продольного наклона. Ковш выполнен с возможностью соединения с концом элемента и содержит режущую кромку. Дужка содержит первый конец, шарнирно соединенный с ковшом, и второй конец, выполненный с возможностью соединения с подъемным канатом, проходящим через конец стрелы. Раскос продольного наклона содержит первый конец, шарнирно соединенный с дужкой, и второй конец, выполненный с возможностью шарнирного соединения с элементом.
В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет добычной одноковшовый экскаватор, содержащий стрелу, элемент, подвижно соединенный со стрелой, корпус ковша, расположенный под углом относительно рукояти, узел дужки и механизм для изменения угла корпуса ковша относительно рукояти во время процесса рытья. Стрела содержит конец и подъемный канат, протянутый через конец. Элемент содержит первый конец и второй конец. Корпус ковша шарнирно соединен со вторым концом элемента в первом месте соединения и содержит режущую кромку. Корпус ковша расположен под углом относительно элемента. Узел дужки содержит первый конец, шарнирно соединенный с корпусом ковша во втором месте соединения, и второй конец, соединенный с подъемным канатом, проходящим через стрелу. Механизм для изменения угла корпуса ковша относительно элемента содержит первое звено, второе звено, третье звено и четвертое звено. Первое звено образовано участком ковша, расположенным между первым местом соединения и вторым местом соединения. Второе звено шарнирно соединено с узлом дужки в третьем месте соединения и шарнирно соединено с элементом в четвертом месте соединения. Третье звено образовано участком узла дужки, расположенным между вторым местом соединения и третьим местом соединения. Четвертое звено образовано участком элемента, расположенным между четвертым местом соединения и первым местом соединения.
В еще одном варианте осуществления, изобретение предоставляет узел дужки для добычного одноковшового экскаватора. Экскаватор содержит стрелу, подъемный канат, проходящий через конец стрелы, элемент, подвижно соединенный со стрелой, ковш, соединенный с концом элемента, и раскос продольного наклона, соединенный с элементом. Узел дужки содержит первый конец, шарнирно соединенный с ковшом, второй конец, соединенный с подъемным канатом, проходящим через конец стрелы, и место соединения с раскосом, шарнирно соединенное с раскосом продольного наклона.
Другие аспекты изобретения станут понятны при рассмотрении подробного описания и сопровождающих чертежей.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
ФИГ.1 (предыдущий уровень техники) представляет собой вид сбоку части добычного одноковшового экскаватора.
ФИГ.2 (предыдущий уровень техники) представляет собой вид сбоку узла ковша.
ФИГ.3 представляет собой вид сбоку добычного одноковшового экскаватора.
ФИГ.4 представляет собой увеличенный вид сбоку части добычного одноковшового экскаватора ФИГ.1 с удаленным опорным блоком.
ФИГ.5 представляет собой вид сбоку узла ковша.
ФИГ.6 представляет собой перспективное изображение ковша, дужки и балансира.
ФИГ.7 представляет собой вид сбоку узла ковша ФИГ.5, показывающий шарнирный четырехугольник.
ФИГ.8 представляет собой вид сбоку части добычного одноковшового экскаватора ФИГ.3 в процессе цикла рытья.
ФИГ.9 представляет собой вид сбоку узла ковша во время процесса подъема.
ФИГ.10 представляет собой вид сбоку части добычного одноковшового экскаватора ФИГ.1 с ковшом, опирающимся на землю.
Перед подробным объяснением каких-либо вариантов осуществления изобретения следует понять, что применение изобретения не ограничено деталями конструкции и расположением составных элементов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на следующих чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и практического использования или выполнения различными способами. Также следует понять, что фразеология и терминология, используемые в данной заявке, предназначены для цели описания и не должны рассматриваться в качестве ограничения. Использование «включающий» и «содержащий» и их вариантов в том смысле, как используется в данной заявке, подразумевает охват пунктов, перечисленных после этого, и их эквивалентов, а также дополнительных пунктов. Использование «состоящий из» и их вариантов в том смысле, как используется в данной заявке, подразумевает охват только пунктов, перечисленных после этого, и их эквивалентов. До тех пор, пока не определено или не ограничено иное, термины «установленный», «связанный», «поддерживаемый» и «соединенный» и их варианты используются в широком смысле и охватывают как непосредственные, так и опосредованные крепления, связи, опоры и соединения.
Как показано на ФИГ.3, добычной одноковшовый экскаватор 50 опирается на опорную поверхность или дно 54 и содержит основание 62, стрелу 66, удлиненный элемент или рукоять 70 и узел 78 ковша. Основание 62 содержит барабан подъемной лебедки (не показано) для наматывания и разматывания троса или подъемного каната 82. Стрела 66 содержит первый конец 86, соединенный с основанием 62, второй конец 90, противоположный первому концу 86, направляющий блок 94, опорный блок 98 и вал 102 рукояти ковша. Направляющий блок 94 соединен со вторым концом 90 стрелы 66 и направляет канат 82 через второй конец 90. Канат 82 соединен с узлом 78 ковша. Узел 78 ковша поднимается или опускается по мере того, как канат 82, соответственно, наматывается или разматывается барабаном подъемной лебедки. Опорный блок 98 соединен с возможностью вращения со стрелой 66 с помощью вала 102 рукояти ковша, который расположен между первым концом 86 и вторым концом 90 стрелы 66 и простирается в поперечном направлении через стрелу 66. Рукоять 70 подвижно соединена со стрелой 66 посредством опорного блока 98.
Как показано на фиг. 3 и 4, рукоять 70 содержит первый конец 118, второй конец 122 (ФИГ.3) и зубчатую рейку 126 (ФИГ.4). Опорный блок 98 подвижно принимает первый конец 118 рукояти 70, при этом рукоять 70 проходит через опорный блок 98 таким образом, чтобы рукоять 70 имела возможность вращательного и поступательного движения относительно стрелы 36 (ФИГ.3). Сформулирован еще один способ, рукоять 70 может прямолинейно выдвигаться относительно опорного блока 98 и может вращаться вокруг вала 102 рукояти ковша.
Как показано на ФИГ.4, вал 102 рукояти ковша содержит шлицевую шестерню 106, образующую делительную окружность 110. Зубчатая рейка 126 входит в зацепление со шлицевой шестерней 106, при этом вращение вала 102 рукояти ковша облегчает поступательное движение рукояти 70 посредством реечно-шестеренчатого механизма. То есть вращение вала 102 рукояти ковша заставляет шлицевую шестерню 106 двигать зубчатую рейку 126, выдвигая и втягивая рукоять 70 относительно стрелы 66. Зубчатая рейка 126 образует делительную прямую 130, а точка на делительной окружности 110, в которой шестерня 106 входит в зацепление с зубчатой рейкой 126, образует полюс 134 зацепления. По мере того, как рукоять 70 выдвигается и втягивается, полюс 134 зацепления движется вдоль делительной прямой 130. Полюс 134 зацепления представляет собой точку, вокруг которой рукоять 70 в принципе вращается относительно стрелы 66.
Со ссылкой на ФИГ. 5 и 6, узел 78 ковша содержит ковш 142, узел 146 дужки и раскос 150 продольного наклона. Ковш 142 содержит корпус 158 ковша и откидное днище 162 ковша. В одном варианте осуществления, корпус 158 ковша имеет по существу прямоугольное, полое поперечное сечение для переноса материала (ФИГ.6). Корпус 158 ковша содержит принимающий конец 166 для приема материала внутри корпуса 158 ковша и выгружающий конец 170. Корпус 158 ковша содержит верхнюю стенку 178, нижнюю стенку 182, противоположную верхнюю стенку 178 и две боковые стенки 186 (только одна из которых показана на ФИГ.5). Верхняя стенка 178 шарнирно соединена со вторым концом 122 рукояти 70 в первом месте соединения или пришлифованном соединении 194. В проиллюстрированном варианте осуществления, пришлифованное соединение 194 представляет собой штифтовое соединение. Нижняя стенка 182 содержит козырек 190, приближенный к принимающему концу 166, и заднюю часть 198, приближенную к выгружающему концу 170. Козырек 190 образует режущую кромку 210. С режущей кромкой 210 соединены многочисленные зубья (не показано). Откидное днище 162 ковша шарнирно соединено с верхней стенкой 178 и прикреплено с возможностью снятия к нижней стенке 182. Когда защелка (не показано) приводится в действие, откидное днище 162 ковша поворачивается в направлении рукояти 70, выгружая материал внутри корпуса 158 ковша. В проиллюстрированном варианте осуществления, откидное днище 162 соединено с возможностью поворота вокруг соединения, которое расположено вдоль той же самой оси, что и пришлифованное соединение 194. В других вариантах осуществления, откидное днище 162 поворачивается вокруг оси, которая не имеет общей оси с пришлифованным соединением 194.
Со ссылкой на ФИГ.6, узел 146 дужки содержит дужку 238 и балансир 242. В других вариантах осуществления, узел 146 дужки может содержать только дужку, только балансир или комбинацию дужки и балансира другого типа. В проиллюстрированном варианте осуществления, дужка 238 имеет форму захватной скобы, содержащей два конца 246. Каждый конец 246 шарнирно соединен с одной из боковых стенок 186 корпуса 158 ковша посредством второго соединения или соединения 254 дужки, расположенного приближенно к принимающему концу 166. В проиллюстрированном варианте осуществления, соединение 254 дужки представляет собой штифтовое соединение. Балансир 242 шарнирно соединен с дужкой 238 вокруг пальца 256 балансира. Балансир 242 содержит частичный шкив 248, имеющий закругленную кромку. Канат 82 (ФИГ.5) оборачивается вокруг частичного шкива 248, привязывая балансир 242 к направляющему блоку 94. В процессе цикла рытья балансир 242 поворачивается относительно дужки 238 таким образом, чтобы канат 82 располагался по касательной относительно направляющего блока 94, не вызывая нежелательного наклона ковша 142. Балансир 242 предотвращает перекручивание каната 82 и несет ответственность за состояния провисания.
Как лучше всего показано на ФИГ.5, раскос 150 продольного наклона шарнирно соединен с дужкой 238 в третьем месте соединения или месте 250 соединения с раскосом и шарнирно соединен с рукоятью 70 в четвертом месте соединения или месте 254 соединения с рукоятью, приближенном ко второму концу 122 рукояти 70. В проиллюстрированном варианте осуществления, место 250 соединения с раскосом расположено между местом 254 соединения дужки и пальцем 256 балансира, причем раскос 150 продольного наклона имеет фиксированную длину. Также, в проиллюстрированном варианте осуществления, соединение 250 с раскосом и соединение 254 с рукоятью являются штифтовыми соединениями. В других вариантах осуществления, раскос 150 продольного наклона может иметь регулируемую длину.
Снова со ссылкой на ФИГ.3, линия 218 наклона образована в виде линии, расположенной между полюсом 134 зацепления и режущей кромкой 210. Линия 222 зубьев простирается от задней части 198 через режущую кромку 210. Угол между линией 218 наклона и линией 222 зубьев образует угол 230 наклона. В общем, угол 230 наклона является показателем относительного взаимного расположения между режущей кромкой 210 ковша 142 и рукоятью 70 для заданной длины протяжения рукояти 70.
Как проиллюстрировано на ФИГ.7, узел 78 ковша обеспечивает шарнирный четырехугольник 262 для регулирования угла 230 наклона (ФИГ.3) в процессе цикла рытья. Более конкретно, шарнирный четырехугольник 262 предоставляет возможность изменения угла 230 наклона во время процесса рытья без выдвижения рукояти 70 относительно стрелы 66 (т.е. рукоять 70 остается с фиксированной длиной протяжения). Шарнирный четырехугольник 262 содержит первое звено или ведомое звено 266, второе звено или соединительное звено 270, третье звено или входное звено 274 и четвертое звено или основное звено 278. Ведомое звено 266 образовано частью корпуса 158 ковша между пришлифованным соединением 194 и соединением 254 дужки. Соединительное звено 270 образовано раскосом 150 продольного наклона, расположенным между местом 250 соединения с раскосом и местом 254 соединения с рукоятью. Входное звено 274 образовано частью дужки 238 между соединением 254 дужки и соединением 250 с раскосом. Основное звено 278 образовано частью рукояти 70 между соединением 254 рукояти и пришлифованным соединением 194.
ФИГ.8 показывает пример цикла рытья, содержащий контур 282 режущей кромки 210 на протяжении цикла. Начиная в подготовительном положении (показанном пунктирными линиями внизу слева), ковш 142 внедряется или входит в откос материала (внизу в центре). Затем ковш 142 поднимается по отвалу (справа в центре и вверху справа). Несмотря на то, что протяжение рукояти 70 немного меняется во время фазы внедрения в проиллюстрированном цикле, положительное влияние шарнирного четырехугольника 262 (ФИГ.7) на ориентацию ковша 142 является очевидным.
По мере того, как ковш 142 устремляется в отвал (внизу в центре ФИГ.8), ковш 142 располагается под углом немного вниз, обеспечивая более хорошую глубину погружения зубьев, соединенных с режущей кромкой 210, в основание, или пяту, отвала (не показано). При данной ориентации, первоначальный угол 232 наклона является относительно небольшим. По мере того, как ковш 142 входит в отвал, канат 82 наматывается барабаном подъемной лебедки для перемещения вверх, или подъема, ковша 142 по отвалу (см. положение рукояти 70 в центре справа ФИГ.8). Во время фазы подъема, раскос 150 продольного наклона переносит крутящий момент, созданный вокруг соединения 254 дужки, заставляя корпус 158 ковша отклоняться от отвала. Результатом вращения корпуса 158 ковша является итоговый угол 234 наклона (сверху справа ФИГ.8), больший, чем первоначальный угол 232 наклона. Это позволяет ковшу 142 захватывать осыпающийся материал, который высвобождается из отвала, и обеспечивает более хороший коэффициент заполнения ковша 142.
Натяжение, действующее между направляющим блоком 94 и дужкой 238, действует вдоль линии действия, образованной канатом 82. Благодаря балансиру 242 канат 82 (а вследствие этого натяжение) идет по существу по касательной к направляющему блоку 94. Дужка 238 также стремится оставаться выровненной вдоль линии, которая является по существу касательной к направляющему блоку 94, несмотря на то, что дужка 238 может отклоняться благодаря противодействующей силе, создаваемой отвалом на ковше 142. Как показано на ФИГ.8, натяжение создает первый крутящий момент на входном звене 274 (то есть дужке 238) вокруг соединения 254 дужки во время фаз внедрения и подъема. Например, во время фазы подъема первый крутящий момент действует в направлении по часовой стрелке на иллюстрации ФИГ.8. Раскос 150 продольного наклона обеспечивает противодействующую силу, индуцируя второй крутящий момент на корпусе 158 ковша вокруг пришлифованного соединения 194. Второй крутящий момент действует в противоположном направлении первого крутящего момента. Это заставляет ведомое звено 266 (то есть корпус 158 ковша) поворачиваться вокруг пришлифованного соединения 194. В результате, ковш 142 поворачивается от отвала (против часовой стрелки на иллюстрации ФИГ.8), увеличивая угол 230 наклона. Увеличение угла 230 наклона обеспечивает возможность наполнения материала из отвала в заднюю часть ковша 142 или часть около верхней стенки 178 (ФИГ.6).
Шарнирный четырехугольник 262 использует крутящие моменты, создаваемые движением дужки 238 во время цикла рытья, для регулирования изменений угла 230 наклона без использования двигателей или исполнительных механизмов. Дужка 238 прикреплена к канату 82 посредством балансира 242, без каких-либо дополнительных тросов или исполнительных механизмов для наклона ковша 142. Шарнирный четырехугольник 262 использует натяжение, действующее в общем вдоль одной линии действия подъемного каната 82 для регулирования угла 230 наклона во время процесса рытья. Корпус 158 ковша поворачивается от по существу горизонтальной ориентации на первоначальной стадии цикла рытья к по существу вертикальной ориентации на более поздней стадии цикла рытья. Первоначальное положение имеет относительно небольшой угол 230 наклона, который облегчает глубину погружения режущей кромкой 210 в подошву отвала во время внедряющей фазы, причем угол 230 наклона увеличивается во время цикла рытья, позволяя корпусу 158 ковша принимать более большую часть материала и достигать более хорошего коэффициента заполнения. Таким образом, шарнирный четырехугольник 262 управляет поведением ковша 142 для оптимизации как усилия проникновения режущей кромки 210, так и коэффициента заполнения ковша 142.
Длины звеньев шарнирного четырехугольника 262, показанного на ФИГ.7, можно изменять для того, чтобы оптимизировать первоначальное усилие проникновения и коэффициент заполнения. Шарнирный четырехугольник 262 может быть модифицирован по специальным техническим требованиям на основании поведения рукояти 70 во время рытья и типа материала, подлежащего выемке. Размер каждого звена может быть изменен независимо от других звеньев, и относительные размеры звеньев не ограничены компоновкой, показанной в проиллюстрированном варианте осуществления. В дополнение, на поведение рукояти 70 и ковша 142 оказывает влияние размер, геометрия и относительное положение вала 102 рукояти ковша, второго конца 90 стрелы и направляющего блока 94 (ФИГ.3). Данные составные элементы образуют рабочую зону 282 рытья и могут быть модифицированы для оптимизации поведения ковша 142.
Шарнирный четырехугольник 262 улучшает усилие погружения во время цикла рытья. Как показано на ФИГ.9, отвал прикладывает противодействующую силу 286 на козырек 190 ковша по мере того, как ковш движется по отвалу вверх. Данная противодействующая сила 286 вызывает крутящий момент вокруг пришлифованного соединения 194, стремящийся поворачивать ковш 142 по часовой стрелке. Однако раскос 150 продольного наклона обеспечивает противодействующую силу 290, которая создает крутящий момент, действующий против противодействующей силы 286. Раскос 150 продольного наклона содействует посредством этого режущей кромке 210, улучшая вырывное усилие режущей кромки 210 и зубьев и облегчая движение ковша 142 по отвалу.
ФИГ.9 также иллюстрирует, что верхняя стенка 178 ковша 142 может содержать стопор 294 дужки. Стопор 294 дужки контактирует с дужкой 238 и предотвращает прокручивание дужки 238 или поворачивание мимо требуемой точки относительно ковша 142.
Как показано на ФИГ.10, шарнирный четырехугольник 262 допускает, чтобы ковш 142 располагался на дне 54 таким образом, чтобы нижняя стенка 182 была выровнена относительно дна 54. Данная конфигурация обеспечивает возможность проведения процесса «чистки» ковша 142, в котором ковш 142 выравнивает часть опорной поверхности 54. В данном состоянии, ковш 142 располагается по существу горизонтально, а угол 230 наклона является относительно небольшим. Хотя на ФИГ.10 не показано, в альтернативных вариантах осуществления дужка 238 и балансир 242 выравниваются по прямой линии с канатом 82, когда нижняя стенка 182 ковша 142 опирается на землю 54.
Несмотря на то, что изобретение было подробно описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, в пределах объема правовых притязаний и сущности одного или более независимых аспектов изобретения в описанном виде существуют варианты и модификации.
Таким образом, изобретение предоставляет, среди прочего, экскаватор с пассивным регулированием наклона. Различные признаки и преимущества изобретения изложены в следующей формуле изобретения.