ОПОРНАЯ РАМА ШАГАЮЩЕГО ЭКСКАВАТОРА

Полезная модель относится к горным машинам, а точнее к составным опорным рамам экскаваторов, преимущественно в шагающих экскаваторах-драглайнах, и может быть использована в выемочно-погрузочных машинах, предназначенных для перемещения полезных ископаемых.
Известна конструкция опорной рамы (базы) экскаватора ЭШ-15/90, которая по конструкции представляет собой круглую плиту (пространственную металлоконструкцию), состоящую из системы равномерно расположенных по кругу радиальных балок, пересекающихся системой концентрично расположенных круговых балок. Поясами круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данная конструкция рамы делится монтажными стыками на одну центральную и двенадцать радиальных секций (см., например, книгу: Х.А. Винокурский «Стальные конструкции в тяжелом машиностроении», МАШГИЗ, Москва - Свердловск, 1960 г. - фиг. 131, стр. 256-257).
К недостаткам известной опорной рамы следует отнести большое количество монтажных частей, что повышает сложность ее изготовления и увеличивает сроки монтажа у заказчика.
Известна также конструкция опорной рамы (базы) шагающего экскаватора-драглайна ЭШ-10/70, ЭШ 13/50, ЭШ-11/70 или ЭШ 14/50, которая по конструкции представляет собой круглую плиту, состоящую из системы равномерно расположенных по кругу радиальных балок, пересекающихся системой концентрично расположенных круговых балок. Поясами круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данная конструкция рамы делится монтажными стыками на одну центральную и три радиальных секции, соединяемыми при помощи высокопрочного крепежа, (см. например, КАТАЛОГ МП «МОНТОРЕМ», «Запасные части к экскаватору ЭШ 10/70А (ЭШ 13/50)», Кемерово, 1992 г.) (см. описание патента на полезную модель РФ №96584, E02F 9/10).
К недостаткам известной рамы следует отнести сложность ее монтажа, а также необходимость постоянного контроля затяжки высокопрочного крепежа в монтажных стыках, подвергающихся интенсивному воздействию изгибающих моментов, а также необходимость выполнения дополнительной подготовки монтажных стыков на монтаже у заказчика.
Известна конструкция опорной рамы экскаватора ЭШ-14/75 или ЭШ-25/100, которая по конструкции представляет собой круглую плиту, состоящую из системы пересекающихся между собой продольных и поперечных балок, пересекающихся между собой, из системы радиальных балок и круговой наружной балки. Поясами продольных, поперечных, круговой и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данные конструкции рам состоят из пяти частей с четырьмя параллельными монтажными стыками, выполненными с применением высокопрочного крепежа, (см. например, книгу Х.А. Винокурский «Стальные конструкции в тяжелом машиностроении», Москва - Свердловск. «МАШГИЗ», 1960. рис. 132, стр. 257-258).
Данная полезная модель по совокупности существенных признаков может быть принята в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).
Известная и заявляемая опорная рама содержат следующие существенные и сходные признаки: опорная круглая плита, состоящая из расположенной внутри наружной кольцевой балки системы пересекающихся между собой продольных и поперечных балок. Поясами продольных, поперечных, круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы.
К недостаткам прототипа можно отнести его низкую надежность и долговечность, которая является следствием низкой сопротивляемости изгибающим моментам, возникающим в процессе копания или шагания экскаватора, которая обусловлена тем, что опорная рама разделена монтажными стыками на пять параллельных частей. Кроме того, места сопряжения отдельных частей опорной рамы (монтажные стыки) подвергаются в процессе эксплуатации интенсивному износу, что также снижает долговечность опорной рамы.
В основу полезной модели поставлена задача - повысить долговечность и надежность опорной рамы шагающего экскаватора путем повышения ее жесткости, и за счет технического результата, заключающегося в повышении конструктивных ресурсов рамы противостоять усталостному разрушению.
Для обеспечения заявленного технического результата в опорной раме (базе) шагающего экскаватора, выполненной в виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей, соединенных посредством крепежных элементов и содержащей нижний опорный настил, верхний настил с кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец и утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную, а также расположенные между ними наружную вертикальную кольцевую стенку в зоне установки нижнего рельсового круга и систему взаимно пересекающихся вертикальных продольных и поперечных стенок, образующих пространственную раму, разбивающую опорную плиту на отдельные секции, опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, по середине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образовании разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом, составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом в нахлестку и скреплены призонными (пасованными) болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальных боковых стенок выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами.
Между отличительными признаками полезной модели и техническим результатом имеется причинно-следственная связь.
За счет того, что опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, по середине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образовании разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом, составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом в нахлестку и скреплены призонными (пасованными) болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальных боковых стенок выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами, обеспечено повышение конструктивного ресурса рамы противостоять усталостному разрушению под воздействием внешних нагрузок, повышена надежность и обеспечена безотказная работа опорной рамы шагающего экскаватора в условиях циклических нагрузок.
Дополнительный полезный результат, состоящий в повышении прочности центральной части опорной рамы экскаватора, обеспечен тем, что вертикальные стенки в центральной части в зоне установки центральной цапфы выполнены из более толстого металлопроката, чем основные несущие вертикальные стенки,
Выполнение основных несущих элементов металлоконструкций, например, верхнего и нижнего настилов, вертикальных кольцевых и прямолинейных стенок из стали с высокими механическими свойствами, обеспечило эксплуатацию опорной базы экскаватора-драглайна при низких отрицательных температурах, например, до -60°C.
Приварка дополнительного защитного кольцевого платика из высокопрочной стали на наружной опорной части нижнего настила, расположенного по периметру опорной базы в зоне наружной кольцевой стенки повысила износостойкость и срок службы нижнего настила, подверженного интенсивному абразивному износу при шагании экскаватора.
Указанный полезный результат невозможно получить, если из перечисленной совокупности существенных признаков исключить какой-либо.
Полезная модель является промышленно применимой, поскольку на ПАО НКМЗ разработана рабочая документация и изготовлена опорная база шагающего экскаватора с применением заявленного технического решения.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 показан общий вид рамы в аксонометрии с частично удаленным верхним настилом для иллюстрирования ее внутренней структуры;
на фиг. 2 - сечение A-A на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид Б.
Опорная рама шагающего экскаватора, выполнена виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей 1, 2 и 3 (см. фиг.1, 2 и 3). Части 1, 2 и 3 круглой плиты опорной рамы соединены между собой при помощи крепежных элементов.
Верхний настил металлоконструкции частей 1, 2 и 3 опорной рамы образован листами 4, 5 и 6. Листы 4, 5 и 6 верхнего настила снабжены кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец, а также утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную. Нижний настил металлоконструкции частей 1, 2 и 3 опорной рамы образован листами 7, 8 и 9.
Вертикальные дугообразные листы 10, 11, 12, и 13, расположенные в зоне установки нижнего рельсового круга, между листами 4, 5, 6 верхнего настила и листами 7,8 и 9 нижнего настила, образуют наружную вертикальную кольцевую стенку 14.
Внутреннее пространство частей 1, 2 и 3 опорной рамы разделено на отдельные секции при помощи взаимно перпендикулярных и равномерно распределенных пяти вертикальных продольных стенок 15 и пяти поперечных стенок 16, образующих силовую пространственную раму.
Отличиями заявленной полезной модели являются:
- составные части 1, 2 и 3 опорной базы образованы разделением круглой плиты вертикальными параллельными плоскостями В-Г и Д-Е, проходящими вдоль двух крайних вертикальных продольных стенок 15. Указанные плоскости разделяют вышеупомянутую круглую опорную плиту на центральную часть 3 и две одинаковые боковые части 1 и 2, при этом в центральной части расположены 5 продольных вертикальных стенок 15 и центральные части пяти поперечных стенок 16. Концевые части вертикальных поперечных стенок 16 размещены в боковых частях 1 и 2.
- опорная рама дополнительно снабжена вертикальной кольцевой стенкой 17, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой стенке 14, под верхними листами 4, 5, 6 верхнего настила в зоне монтажа зубчатого венца и состоящей из четырех дугообразных вертикальных стенок 18, 19, 20 и 21, сопряженных с вертикальными продольными стенками 15 и вертикальными поперечными стенками 16.
- в угловых секторах каждой боковой части 1 или 2, образованных вертикальными листами наружной кольцевой стенки 10, 12, соответственно и крайними поперечными вертикальными стенками 16 дополнительно приварены радиальные стенки 22;
- на внутренней поверхности листов 7, 8 и 9 нижнего настила, по посередине каждой секции, образованных продольными вертикальными стенками 15 и поперечными вертикальными стенками 16, дополнительно приварены ребра жесткости 23;
- центральные части вертикальных продольных стенок 15 и средняя часть поперечных стенок 16, центральной части 3, в зоне установки центральной цапфы, выполнены из более толстого металлопроката.
Все вышеперечисленные отличительные признаки обеспечили повышение конструктивного ресурса опорной рамы шагающего экскаватора противостоять усталостному разрушению под воздействием внешних нагрузок, повысили надежность и обеспечили ее безотказную работу в условиях циклических нагрузок.
Выполнение сопряжения составных частей 1, 2 и 3 в зонах верхнего и нижнего настилов в нахлестку и скрепление их призонными (пасованными) болтами 24, а крепление частей 1 2 и 3 в местах сопряжения их с вертикальными боковыми стенками высокопрочными болтами 25 и электрозаклепками кроме повышения надежности, обеспечило дополнительный полезный результат, состоящий в повышении монтажной готовности опорной базы, снижении затрат на монтаж и сокращение времени монтажа.
Изготовление основных несущих элементов металлоконструкций, а именно, листов 4, 5 и 6 верхнего настила и листов 7, 8 и 9 нижнего настила, вертикальных кольцевых стенок 14 и 17, продольных вертикальных стенок 15, поперечных вертикальных стенок 16 и радиальных вертикальных стенок 22 из стали с высокими механическими свойствами, обеспечило эксплуатацию опорной рамы при низких отрицательных температурах, например, до -60°C.
Для увеличения срока службы наружной поверхности листов 7, 8 и 9 нижнего настила, по периметру опорной рамы, в зоне наружной кольцевой стенки 14, дополнительно приварен защитный кольцевой платик 26 из высокопрочной стали.
Работает опорная рама шагающего экскаватора следующим образом. Для нее характерны два случая нагружения внешними силами: первый случай работа экскаватора в обычном режиме - копание и второй случай - перемещение - «шагание» шагающего экскаватора.
В процессе копания экскаватора, возникающие циклические знакопеременные усилия и изгибающие моменты от массы вращающейся поворотной платформы со стрелой с канатами и ковшом с грузом воспринимаются всеми элементами опорной рамы: листами 4, 5 и 6 верхнего настила, листами 7, 8 и 9 нижнего настила, вертикальными дугообразными листами 10, 11, 12, и 13 образующими наружную вертикальную кольцевую стенку 14, вертикальными дугообразными стенками 18, 19, 20 и 21, образующими вертикальную кольцевую стенку 17, установленную концентрично наружной вертикальной кольцевой стенке 14, вертикальными продольными стенками 15, поперечными стенками 16 и радиальными стенками 22, ребрами жесткости 23, а также призонными (пасованными) болтами 24, высокопрочными болтами 25 и электрозаклепками 26
При «шагании» шагающего экскаватора, усилия и изгибающие моменты возникающие от массы поворотной платформы с механизмами, стрелы экскаватора, ковша с грузом также воспринимаются всеми выше перечисленными силовыми элементами металлоконструкции опорной рамы, а истирающие усилия, возникающие на наружной кромке нижнего настила воспринимаются защитным кольцевым платиком 27.
На Новокраматорском машиностроительном заводе по заявляемой полезной модели выполнен рабочий проект и изготовлены опорные базы шагающих экскаваторов с использованием заявленного технического решения.