МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ БЫСТРОИЗНАШИВАЮЩУЮСЯ ДЕТАЛЬ И ОПОРУ, И КОВШ, СОДЕРЖАЩИЙ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНУ ТАКУЮ МЕХАНИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
MECHANICAL SYSTEM CONTAINING RAPIDLY WEARING PART AND SUPPORT, AND BUCKET, CONTAINING AT LEAST ONE SUCH MECHANICAL SYSTEM

Настоящее изобретение относится к механической системе, содержащей быстроизнашивающуюся деталь и опору, которые входят в состав оборудования механизма для производства строительных работ. Изобретение также относится к ковшу механизма для производства строительных работ, содержащего по меньшей мере одну такую механическую систему.
Областью применения изобретения является оборудование для механизмов для производства строительных работ, в частности ковши, грейферные ковши или другие приемные емкости, способные производить скреперование, забор и перемещение материалов с целью их удаления из одного определенного места и перемещения к другому месту обработки при помощи механизмов для производства строительных работ.
Известно, что ковш содержит режущее полотно, имеющее быстроизнашивающиеся детали, которые предусмотрены для создания возможности проникновения в материал и защиты других составных элементов ковша. На режущих полотнах закреплены переходники-опоры, которые содержат профилированной формы носик, в то время как быстроизнашивающиеся детали являются зубьями или защитными экранами, которые устанавливаются путем насаживания на переходник-опору в соответствии с точным соединением. Соединение является временным и предназначено для обеспечения возможности замены быстроизнашивающихся деталей в результате износа. Сборка механической системы, включая зуб и его опору, как правило, осуществляется, с одной стороны, путем взаимодополняемости форм носика опоры и внутренней полости зуба и, с другой стороны, путем использования съемного устройства соединения типа соединения шпонкой. Для обеспечения действующих требований безопасности устройство соединения адаптировано, таким образом, для исключения ударных операций как при монтаже, так и при демонтаже зуба.
На практике, заводские допуски определяют зазоры для обеспечения возможности установки зуба на его опоре, к которым добавляются зазоры, образованные путем расплющивания давлением, а также износа в процессе эксплуатации контактных зон, что оставляет возможность движения зуба на его опоре. Как следствие, горизонтальные, боковые, наклонные или другие напрягающие усилия, присущие применению и использованию механизма для производства строительных работ, приводят к разрушениям на линии зуб-носик, но также на устройстве соединения шпонкой. Кроме того, профиль носика определяет внутренний профиль зуба и, таким образом, наличие и величину зоны локального ослабления данного зуба.
В документах WO-A-2006059043 и WO-A-2004057117 приводится описание механических систем, каждая из которых содержит зуб, опору и устройство соединения шпонкой. Каждая опора содержит носик насаживания зуба.
В документе WO-A-2006059043, соответствующем преамбуле п.1 формулы изобретения, опора также содержит места посадки для размещения выступов, входящих в состав зуба. Каждое место посадки содержит открытую сторону и три закрытых стороны, в то время как соответствующий выступ содержит три, по существу, плоские поверхности. На практике, верхние и нижние поверхности выступа стопорятся против верхней и нижней сторон места посадки. Данная конфигурация эффективно препятствует качанию зуба относительно опоры в результате воздействия силы вруба, которое представляет собой основное механическое напряжение, которое может испытывать зуб в процессе эксплуатации. Профиль носика является достаточным, но может быть улучшен.
В документе WO-A-2004057117 носик содержит плоские поверхности, соединенные посредством переходных закруглений, согласно конструктивному решению, которое не является в полной мере удовлетворительным в плане сопротивления усилиям в процессе эксплуатации. В частности, концевая часть носика имеет профиль параллелепипеда, что создает большие зоны ослабления внутри зуба. Кроме того, закругленные выступы выполнены на опоре и размещены в округленных отверстиях зуба, что не является удовлетворительным во время воздействия силы вруба на зуб.
Задачей настоящего изобретения является разработка улучшенной механической системы, имеющей увеличенный срок службы по сравнению с существующими устройствами.
Для решения этой задачи предлагается механическая система, содержащая быстроизнашивающуюся деталь и опору, которые входят в состав оборудования механизма для производства строительных работ, причем опора содержит:
- основание;
- носик, который вытянут от основания по основной оси между проксимальным концом, находящимся рядом с основанием, и дистальным концом, противоположным основанию; причем носик имеет совокупность сечений в плоскостях, перпендикулярных основной оси, которые изменяются в проксимальном направлении, определяя границы увеличивающихся или постоянных площадей поперечного сечения, в частности не ограничивая никакой уменьшающейся площади поперечного сечения, не считая присутствия места посадки для размещения устройства соединения в носике, и
- каждую сторону основания, место посадки для размещения выступа, принадлежащего к быстроизнашивающейся детали, причем место посадки выполнено в основании в продолжении носика с открытой стороной в дистальном направлении, а также три закрытых стороны.
Механическая система отличается тем, что носик содержит:
- первую зону, которая расположена рядом с проксимальным концом носика и содержит по меньшей мере шесть плоских поверхностей, расположенных попарно друг против друга и определяющих границы сечений первого типа, и
- вторую зону, которая расположена рядом с дистальным концом носика и содержит по меньшей мере шесть плоских поверхностей, расположенных попарно друг против друга и определяющих границы сечений второго типа; причем каждая плоская поверхность второй зоны меньше наклонена относительно основной оси, чем плоская поверхность первой зоны, которая находится в ее продолжении в проксимальном направлении.
Таким образом, носик имеет изменяемую форму с постепенным переходом между плоскими поверхностями ввиду их большого количества и относительных наклонов. Изобретение позволяет уменьшить зоны концентрации механических напряжений внутри механической системы и, таким образом, увеличить срок службы данной системы, в том числе как зуба, так и его опоры. В каждой зоне предусмотрены некоторые плоские поверхности для восприятия усилий в процессе эксплуатации, в то время как другие плоские поверхности предусмотрены для уменьшения концентраций напряжений и массы носика. Для эквивалентной массы опоры носик содержит меньше материала, что позволяет иметь больше материала в месте присоединения опоры к ковшу и дополнительно увеличить его срок службы. Менее громоздкий носик также позволяет осуществлять менее габаритный по высоте зуб, что облегчает проникновение совокупности зуб-опора-ковш в материал. И, наконец, улучшено по сравнению с существующими системами отношение массы изношенного зуба к массе нового зуба.
Согласно другим предпочтительным отличительным особенностям изобретения, взятым по отдельности или в сочетании:
- первая зона носика содержит по меньшей мере восемь плоских поверхностей, расположенных попарно друг против друга, причем по меньшей мере некоторые из противоположных друг другу плоских поверхностей, предпочтительно, параллельны между собой;
- вторая зона носика содержит по меньшей мере шесть попарно параллельных плоских поверхностей, предпочтительно по меньшей мере восемь попарно параллельных поверхностей;
- носик содержит третью промежуточную зону между первой зоной и второй зоной носика вдоль основной оси; причем третья зона содержит по меньшей мере шесть поверхностей, расположенных попарно друг против друга, которые определяют границы сечений третьего типа в плоскостях, перпендикулярных основной оси, предпочтительно по меньшей мере четыре плоских поверхности и четыре левых поверхности, расположенных попарно друг против друга; причем площади поперечного сечения, ограниченные сечениями третьего типа, имеют в проксимальном направлении степень повышения выше степени повышения площадей поперечного сечения, ограниченных сечениями первого типа, и степени повышения площадей поперечного сечения, ограниченных сечениями второго типа;
- плоские поверхности первой зоны, второй зоны и третьей зоны, которые расположены, с одной стороны, в одной и той же плоскости, содержащей основную ось, и, с другой стороны, с одной и той же стороны основной оси, наклонены относительно друг друга под тупым углом, составляющим от 160 до 200°;
- плоские поверхности третьей зоны содержат, с одной стороны, первичные поверхности, имеющие один и тот же наклон относительно основной оси, что и плоские поверхности первой зоны, которые находятся в их продолжении в проксимальном направлении; причем эти первичные поверхности способны выдерживать механические напряжения, испытываемые носиком, когда сила вруба воздействует на быстроизнашивающуюся деталь, и, с другой стороны, вторичные поверхности, в целом более наклоненные относительно основной оси, чем плоские поверхности первой зоны, которые находятся в их продолжении в проксимальном направлении;
- третья зона носика содержит две плоские поверхности, перпендикулярные вертикальной плоскости, предпочтительно, две плоские поверхности, перпендикулярные горизонтальной плоскости, и по меньшей мере четыре поверхности, ориентированные иначе, чем под прямым углом, одновременно относительно вертикальной плоскости и относительно горизонтальной плоскости;
- когда сила воздействует на быстроизнашивающуюся деталь, опора и быстроизнашивающаяся деталь содержат по меньшей мере одно контактное соединение, в том числе: первое контактное соединение, расположенное между каждым выступом и местом посадки для размещения данного выступа; второе контактное соединение, расположенное между быстроизнашивающейся деталью и плоскими поверхностями второй зоны, которые вытянуты, по существу, перпендикулярно силе; третье контактное соединение, расположенное между быстроизнашивающейся деталью и плоскими поверхностями первой зоны, которые находятся в продолжении второго контактного соединения в проксимальном направлении; в случае необходимости, четвертое контактное соединение, расположенное между быстроизнашивающейся деталью и плоскими поверхностями третьей зоны, которые находятся в продолжении второго контактного соединения в проксимальном направлении; и пятое контактное соединение, расположенное между быстроизнашивающейся деталью и плоской поверхностью, которая перпендикулярна основной оси и размещена на дистальном конце носика; причем количество одновременных контактных соединений в процессе эксплуатации зависит, с одной стороны, от направления силы, а, с другой стороны, от изношенности быстроизнашивающейся детали и/или опоры;
- носик содержит по меньшей мере одну плоскость симметрии, включающую в себя основную ось, в частности вертикальную плоскость и/или горизонтальную плоскость, причем основная ось является, предпочтительно, осью симметрии носика.
Объектом изобретения также является ковш механизма для производства строительных работ, содержащий по меньшей мере механическую систему, которая была упомянута выше. На практике, ковш содержит, как правило, ряд опор, в каждой из которых размещается зуб, который определяется как быстроизнашивающаяся деталь и жестко соединен с его опорой посредством устройства соединения.
Альтернативно, другие оборудования механизма для производства строительных работ также могут быть оснащены механической системой согласно изобретению.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в изометрии собранной механической системы согласно изобретению, содержащей быстроизнашивающуюся деталь, установленную на опоре, жестко соединенной с ковшом (изображена частично), в то время как устройство соединения быстроизнашивающейся детали и опоры не изображено;
Фиг. 2 представляет собой вид в изометрии разъединенной механической системы, представленной на фиг.1, которая содержит опору и быстроизнашивающуюся деталь;
Фиг. 3-5 представляют собой виды в вертикальной плоскости опоры согласно, соответственно, стрелкам III, IV и V, представленной на фиг. 2;
Фиг. 6, 7 и 8 представляют собой сечения опоры, соответственно, по линиям VI-VI, VII-VII и VIII-VIII, представленной на фиг. 5;
Фиг. 9 представляет собой сечение опоры по линии IX-IX, представленной на фиг. 4.
На фиг. 1-9 изображена механическая система 1 в соответствии с изобретением, которой оснащен ковш G механизма для производства строительных работ.
Механическая система 1 содержит быстроизнашивающуюся деталь 10 типа зуб, переходник-опору 20, а также устройство соединения зуба 10 с опорой 20. Опора 20 жестко соединена с ковшом G, в то время как зуб 10 представляет собой быстроизнашивающуюся деталь, которую предусматривается демонтировать, когда она очень сильно изношена в процессе эксплуатации ковша G. В целях упрощения ковш G изображен на фиг.1 частично, в то время как устройство соединения и места посадки, предусмотренные для размещения данного устройства сквозь зуб 10 и опору 20, не показаны.
Для облегчения определения местоположения различных частей системы 1 в пространстве определяются передняя сторона 2, на которой расположен зуб 10, задняя сторона 3, на которой расположена опора 20, верхняя сторона 4 и нижняя сторона 5, ориентированные, соответственно, в противоположном направлении от поверхности и против поверхности земли, когда система 1 собрана, а также правая сторона 6 и левая сторона 7, определенные относительно направления назад 3 - вперед 2.
В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, устройство соединения может содержать направляющую гильзу и шпонку, регулируемые через зуб 10 и в месте посадки опоры 20. Устройство может поворачиваться между, с одной стороны, вставной конструкцией, где направляющая гильза подгоняется в месте посадки опоры 20, в то время как шпонка не имеет никакого контакта с зубом 10, и, с другой стороны, стопорящей конструкцией, где шпонка упирается в зуб 10, в то время как направляющая гильза опирается на место посадки опоры 20, образуя, таким образом, зацепляющее соединение между зубом 10 и его опорой 20. Предпочтительно, устройство соединения вытянуто, по существу, в вертикальном направлении, ориентированном сверху 4 вниз 5, или в горизонтальном направлении слева 7 направо 6, или наоборот.
Зуб 10 содержит активную часть 11, расположенную впереди 2 и полую часть 12, ориентированную назад 3. Известно, что активная часть 11 предусмотрена для производства скреперования и забора материалов, например земли или гравия, в то время как полая часть 12 предусмотрена для насаживания зуба 10 на опору 20. Если быть более точным, то часть 12 содержит внутреннюю полость (на фиг. 1 не видна), имеющую профилированные формы, опирающиеся на опору 20, а также выступы 14, которые вытянуты назад 3 части 12. Когда механическая система 1 находится в эксплуатации, основное механическое напряжение, испытываемое зубом 10, соответствует силе вруба Fc, показанной на фиг.1 стрелкой, направленной на активную часть 11. Различаются основной вруб, осуществляемый сверху зуба 10, и второстепенный вруб, осуществляемый снизу зуба 10; причем основной вруб в целом сильнее второстепенного вруба.
Опора 20 содержит основание 22, частично изображенное на фиг. 1-5, а также носик для насаживания 30, предусмотренный для размещения во внутренней полости зуба 10, выполненной с определенной для этих целей формой. Часть 12 и носик 30 имеют дополняющие профилированные формы опоры, позволяющие образовывать в механической системе 1 механическое соединение путем насаживания при монтаже и эксплуатации. Формы носика 30 детализированы далее, поскольку внутренняя полость части 12 имеет дополняющие формы, близкие технологическому зазору. Кроме того, место посадки 24 для размещения выступов 14 зуба 10 сформировано с каждой стороны 6 и 7 основания 22, находясь при этом на линии продолжения носика 30. Каждое место посадки 24 содержит стенки, расположенные сзади 3, сверху 4 и снизу 5, и оно открыто спереди 2 для размещения в нем выступов 14, направленных к задней части 3 зуба 10. При монтаже выступы 14 располагаются в местах посадки 24 и контактируют с верхней 4 и нижней 5 частями.
Носик 30 вытянут от основания 22 по основной оси X30 между проксимальным концом 31, расположенным рядом с основанием 22, и дистальным концом 33, противоположным основанию 22, и имеет срединную часть 32, находящуюся между ними. Проксимальный конец 31 расположен сзади 3, в то время как дистальный конец 33 находится спереди 2. Определяется проксимальное или заднее направление D31, ориентированное назад 3, и дистальное или переднее направление D33, ориентированное вперед 2. Проксимальным направлением D31 является направление насаживания зуба 10 на опору 20 при монтаже системы 1, в то время как дистальным направлением D33 является направление демонтажа зуба 10.
На уровне дистального конца 33 концевая часть носика 30 имеет плоскую поверхность 34, перпендикулярную оси X30. Данная поверхность 34, называемая также плоскостью устойчивости, предусмотрена для воспрепятствования качанию зуба 10 относительно опоры 20, когда система 1 находится в режиме эксплуатации.
На носике 30 имеются разграничения различных зон 40, 60 и 80. Зона 40 расположена рядом с проксимальным концом 31, зона 60 находится в срединной части 32, в то время как зона 80 расположена рядом с дистальным концом 33. Понятие «рядом» означает, что зона 40 расположена ближе к концу 31, чем к части 32 и к концу 33, в то время как зона 80 расположена ближе к концу 33, чем к части 32 и к концу 31. Каждая из этих зон 40, 60 и 80 имеет поверхности, выполненные таким образом, чтобы, с одной стороны, выдерживать механические напряжения, производимые зубами 10 на носик 30, и, с другой стороны, ограничивать концентрацию напряжений в зонах локального ослабления. На уровне проксимального конца 31 зона 40 скреплена с основанием 22 посредством переходных закруглений 35. В срединной части 32 зона 40 скреплена с зоной 60 посредством зоны сопряжения 36, в то время как зона 60 присоединена к зоне 80 посредством переходных закруглений 37. На уровне дистального конца 33 зона 80 прикреплена к поверхности 34 посредством переходных закруглений 38. Переходные закругления 35 и 37 являются вогнутыми, в то время как переходные закругления 38 являются выгнутыми.
Как это изображено на фиг. 2-9, основной осью X30 является ось симметрии носика 30. Определено, что вертикальная плоскость PV, вытянутая между верхом 4 и низом 5, проходит через основную ось X30, а горизонтальная плоскость PH, вытянутая между правой стороной 6 и левой стороной 7, проходит через основную ось X30. Плоскости PV и PH являются двумя плоскостями симметрии носика 30, а также мест посадки 24. Данные симметрии позволяют облегчить осуществление опоры 20, но особенно оптимизировать рассредоточение усилий, оказываемых зубом 10 на носик 30, и в местах посадки 24, независимо от направления напрягающих усилий в отношении механической системы 1.
Согласно предпочтительному примеру, не имеющему ограничительного характера, который представлен на фигурах чертежа, каждая из зон 40, 60 и 80 носика 30 содержит восемь поверхностей, расположенных попарно друг против друга, симметрично относительно основной оси X30. Если быть более точным, то каждая зона 40, 60 и 80 содержит верхнюю поверхность 41, 61 или 81, правую верхнюю поверхность 42, 62 или 82, правую поверхность 43, 63 или 83, правую нижнюю поверхность 44, 64 или 84, нижнюю поверхность 45, 65 или 85, левую нижнюю поверхность 46, 66 или 86, левую поверхность 47, 67 или 87, а также левую верхнюю поверхность 48, 68 или 88. Форма каждой зоны 40, 60 и 80 носика 30 может быть, таким образом, определена в целом как восьмиугольник: рассматривая различные поперечные сечения по оси X30 в этих зонах 40, 60 и 80, как изображено на фиг. 6-8, носик 30 в сечении имеет восемь основных сторон, соединенных переходными закруглениями.
В проксимальной зоне 40 поверхности 41-48 расположены попарно друг против друга относительно оси X30, в том числе: 41 и 45, 42 и 46, 43 и 47, 44 и 48. Поверхности 41-48 являются плоскими и соединенными друг с другом посредством выпуклых переходных закруглений 49. Поверхности 41-48 сближаются с осью X30 в дистальном направлении D33 и удаляются от оси X30 в проксимальном направлении D31. Каждая поверхность 41 и 45 наклонена под углом γ1, составляющим 13°, относительно оси X30 и горизонтальной плоскости PH. Каждая поверхность 42, 44, 46 и 48 наклонена под углом γ2, составляющим 13°, относительно оси X30. Каждая поверхность 43 и 47 наклонена под углом γ3, составляющим 2°, относительно оси X30 и вертикальной плоскости PV. На практике углы γ1, γ2 и γ3 могут, соответственно, составлять от 10 до 20°, от 12,5 до 17,5°, от 0 до 5° включительно.
В срединной зоне 60 поверхности 61-68 расположены попарно друг против друга относительно оси X30, в том числе: 61 и 65, 62 и 66, 63 и 67, 64 и 68. Поверхности 61-68 соединены между собой посредством, по существу, выпуклых переходных закруглений 69. Поверхности 61-68 сближаются с осью X30 в дистальном направлении D33 и удаляются от оси X30 в проксимальном направлении D31. Поверхности 61, 63, 65 и 67 являются плоскими, в то время как поверхности 62, 64, 66 и 68 искривленными, если быть более точным, скрученными. Другими словами, наклон каждой из поверхностей 62, 64, 66 и 68 относительно плоскостей PV и PH изменяется вдоль оси X30. Каждая поверхность 61 и 65 наклонена под углом δ1, составляющим 16°, относительно оси X30 и горизонтальной плоскости PH. Для каждой поверхности 62, 64, 66 и 68 определяется средняя плоскость данной поверхности; причем средняя плоскость ограничивает такой же объем между ней поверхностью на каждой из своих сторон. Согласно примеру, не имеющему ограничительного характера, представленному на фигурах чертежа, каждая средняя плоскость поверхностей 62, 64, 66 и 68 наклонена под углом δ2, составляющим 20°, относительно оси X30. Каждая поверхность 63 и 67 наклонена под углом δ3, составляющим 20°, относительно оси X30 и вертикальной плоскости PV. На практике, углы δ1, δ2 и δ3 могут составлять соответственно от 15 до 20°, от 15 до 25°, от 15 до 25° включительно.
На данном этапе отмечается, что плоские поверхности 61 и 65 имеют такой же наклон относительно плоскости PH и оси X30, что и плоские поверхности 41 и 45, которые находятся в их продолжении в проксимальном направлении D31. Данные поверхности 61 и 65 являются плоскостями, каждая из которых, среди всех плоских поверхностей носика 30, имеет самую большую опорную поверхность между носиком 30 и зубом 10. Данные поверхности 61 и 65 могут быть определены как первичные поверхности зоны 60, которые способны выдерживать механические напряжения, применяемые к носику 30, когда сила вруба Fc оказывается на зуб 10. Поверхности 62, 63, 64, 66, 67 и 68 могут быть определены как вторичные поверхности зоны 60, поскольку не предусмотрено, чтобы они выдерживали механические напряжения, применяемые к носику 30, в результате воздействия силы вруба Fc. Ввиду наличия зазора между носиком 30 и зубом 10, который больше в контактном соединении, определяемом вторичными поверхностями, чем в контактном соединении, определяемом первичными поверхностями, изначально не предусмотрено, чтобы вторичные поверхности упирались во внутреннюю полость полой части 12 зуба 10.
В дистальной зоне 80 поверхности 81-88 расположены попарно друг против друга относительно оси X30, в том числе: 81 и 85, 82 и 86, 83 и 87, 84 и 88. Поверхности 81-88 являются плоскими и соединенными между собой посредством, по существу, выпуклых переходных закруглений 89. Поверхности 81-88 приближаются к оси X30 в направлении D33 и удаляются от оси X30 в направлении D31. Каждая поверхность 81 и 85 наклонены под углом σ1, составляющим 2°, относительно оси X30 и горизонтальной плоскости PH. Каждая поверхность 82, 84, 86 и 88 наклонена под углом σ2, составляющим 5°, относительно центральной оси X30. Каждая поверхность 83 и 87 наклонена под углом σ3, составляющим 2°, относительно оси X30 и вертикальной плоскости PV. Каждая плоская поверхность 81-88 второй зоны 80 наклонена относительно основной оси X30 меньше, чем плоская поверхность 41-48 первой зоны 40, которая находится в ее продолжении согласно проксимальному направлению D31. На практике углы σ1, σ2 и σ3 могут составлять соответственно от 0 до 5° включительно.
Как и поверхности 61 и 65 поверхности 41, 45, 81 и 85 могут быть определены как первичные поверхности, способные выдерживать механические напряжения, применяемые к носику 30, когда сила вруба Fc прилагается к зубу 10. Как и поверхности 62, 64, 66 и 68 поверхности 42, 44, 46, 48, 82, 84, 86 и 88 могут быть определены как вторичные поверхности, поскольку они не предусмотрены для того, чтобы выдерживать механические напряжения, применяемые к носику 30 в результате воздействия силы вруба Fc. И, напротив, в отличие от поверхностей 63 и 67 поверхности 43, 47, 83 и 87 предусмотрены для того, чтобы выдерживать механические напряжения, применяемые к носику 30, когда к зубу 10 применяется боковая сила.
Особенно предпочтительно, вторичные поверхности различных зон 40, 60 и 80 позволяют уменьшить концентрации напряжений внутри системы 1, при этом сводя к минимуму общую массу носика 30 вследствие их расположения и их особенных геометрических характеристик. Опора 20 и носик 30 являются цельными, в то время как зуб 10 является полым в его части 12. При массе, эквивалентной опоре 20, носик 30 содержит меньше материала, что позволяет иметь больше материала на креплении опоры 20 к ковшу G и дополнительно улучшить его срок службы. Кроме того, менее громоздкий носик 30 позволяет практически осуществлять зуб 10, менее габаритный по высоте, что облегчает проникновение совокупности зуб-опора-ковш в материал. И, наконец, для одного и того же внешнего профиля зуба 10 менее громоздкий носик 30 позволяет иметь больше материала в зубе 10 на уровне его внутренней полости. Как следствие, улучшается механическая прочность зуба 10, а также отношение массы изношенного зуба к массе нового зуба.
Как показано на фиг. 6-9, носик 30 содержит совокупность сечений 50, 70 и 90, определенных в плоскостях, перпендикулярных основной оси X30. Эти сечения 50, 70, 90 изменяются в проксимальном направлении D31, ограничивая увеличивающиеся или постоянные площади поперечного сечения, в частности, не ограничивая никакой уменьшающейся площади поперечного сечения. Рассматриваемые площади поперечного сечения (в интересах упрощения не изображены) являются в действительности площадями поперечного сечения, ограниченными корпусом с поперечными сечениями 50, 70 и 90 исходя из того, что через зону 40 может проходить место посадки для размещения устройств соединения. Место посадки расположено под прямым углом к оси X30, предпочтительно, в горизонтальной плоскости PH или вертикальной плоскости PV в зависимости от конфигурации механической системы 1. Сечения 50, включающие в себя данное место посадки, имеют уменьшенные площади поперечного сечения по сравнению с соседними сечениями 50, которые не имеют места посадки, однако площади поперечного сечения корпусов с поперечными сечениями 50, 70 и 90 изменяются, в самом деле, возрастающим или постоянным образом в проксимальном направлении D31. За исключением обязательного присутствия данного места посадки в носике 30 необходимо исключить уменьшающиеся сечения в направлении D31, поскольку они материализовали бы присутствие зоны локального ослабления носика 30.
Сечения 50 представляют собой первый тип сечений, образованных в зоне 40, а сечения 90 представляют собой второй тип сечений, образованных в зоне 80, в то время как сечения 70 представляют собой третий тип сечений, образованных в зоне 60. Для каждой зоны 40, 60 и 80 определяется степень повышения площади сечений соответственно 50, 70 и 90, на единицу длины по оси X30 в проксимальном направлении D31. Степень повышения на единицу длины каждого типа сечений 50, 70 или 90 зависит от наклона поверхностей в соответствующей зоне, другими словами, зависит от углов γ1, γ2 и γ3 - для сечений 50, от углов δ1, δ2 и δ3 - для сечений 70 и углов σ1, σ2 и σ3 - для сечений 90. Степень повышения площадей поперечного сечения, ограниченных сечениями 70, больше степени повышения площадей поперечного сечения, ограниченных сечениями 50, которая больше степени повышения площадей поперечного сечения, ограниченных сечениями 90, в проксимальном направлении D31.
Кроме того, в вертикальной плоскости PV образованы углы α1 и β1. Каждый угол α1 образован на поверхности носика 30 между поверхностями зон 40 и 60, которые расположены в плоскости PV с одной и той же стороны оси X30, т.е. между поверхностями 41 и 61 или между поверхностями 45 и 65. Каждый угол β1 образован, на поверхности носика 30, между поверхностями зон 60 и 80, которые расположены в плоскости PV с одной и той же стороны оси X30, т.е. между поверхностями 61 и 81 или между поверхностями 65 и 85. Угол α1 составляет от 180 до 200°, а в случае, представленном на фигурах чертежа, равен 180°, в то время как угол β1 составляет от 160 до 180°, а в случае, представленном на фигурах чертежа, равен 160°.
Кроме того, образуется совокупность плоскостей PI, имеющих основную ось X30, которые наклонены относительно плоскостей PV и PH и разрезают наклоненные поверхности 42, 44, 46, 48, 62, 64, 66, 68, 82, 84, 86 и 88. Например, плоскость PI, изображенная на фиг. 4 и 9, разрезает поверхности 42, 62 и 82 верхней стороны справа от оси X30 и разрезает противоположные поверхности 46, 66 и 86 нижней стороны слева от оси X30. Также образуются углы α2 и β2 для данной плоскости PI. Каждый угол α2 образован, на поверхности носика 30, между наклоненной поверхностью зоны 40 и наклоненной поверхностью зоны 60, которые находятся в одной и той же плоскости PI и с одной и той же стороны оси X30, например, между поверхностью 42 и поверхностью 62. Каждый угол β2 образован на поверхности носика 30 между наклоненной поверхностью зоны 60 и наклоненной поверхностью зоны 80, которые расположены в одной и той же плоскости PI и с одной и той же стороны оси X30, например, между поверхностью 62 и поверхностью 82. Отмечается, что углы α2 и β2 изменяются в зависимости от выбранной плоскости PI, в частности, вследствие скрученной формы поверхностей 62, 64, 66 и 68. Предпочтительно, плоскость PI может быть выбрана перпендикулярной, как это определено выше, к средней плоскости скрученных поверхностей. Важным является то, что независимо от выбранной плоскости PI угол α2 составляет от 180 до 200°, предпочтительно равен 190°, в то время как угол β2 составляет от 160 до 180°, предпочтительно равен 170°. В плоскости PI, изображенной на фиг. 4 и 9, углы α2 и β2 равны соответственно 190° и 170°.
Также в горизонтальной плоскости образуются углы α3 и β3. Каждый угол α3 образован на поверхности носика 30 между поверхностями зон 40 и 60, которые располагаются в плоскости PH с одной и той же стороны оси X30, т.е. между поверхностями 43 и 63 или между поверхностями 47 и 67. Каждый угол β3 образован на поверхности носика 30 между поверхностями зон 60 и 80, которые располагаются в плоскости PH с одной и той же стороны оси X30, т.е. между поверхностями 63 и 83 или между поверхностями 67 и 87. Угол α3 составляет от 180 до 200°, в случае, представленном на фигурах чертежа, равен 200°, в то время как угол β3 составляет от 160 до 180°, в случае, представленном на фигурах чертежа, равен 160°.
Независимо от продольного сечения рассматриваемого носика 30 все углы между соседними плоскими поверхностями являются, таким образом, тупыми углами. Плоские поверхности 41-61-81, 42-62-82, 43-63-83, 44-64-84, 45-65-85, 46-66-86, 47-67-87 и 48-68-88, которые расположены, с одной стороны, в одной и той же плоскости PV, PI или PH, содержащей основную ось X30, а, с другой стороны, с одной и той же стороны основной оси X30, наклонены относительно друг друга под тупыми углами α1, α2, α3, β1, β2 и β3, которые всегда составляют от 160 до 200°. Кроме того, соседние плоские поверхности одной и той же зоны 40, 60 или 80 наклонены относительно друг друга под углом более чем 60° в плоскостях, перпендикулярных оси X30, без образования выемок, проникающих в носик 30. Большая площадь плоских поверхностей позволяет обеспечить хорошее распределение усилий на контактной поверхности между носиком 30 и зубом 10. Размер переходных закруглений или зон сопряжения 35, 36, 37, 38, 49, 69 и 89, соединяющих плоские поверхности, максимально уменьшен.
Таким образом, особенная геометрическая форма носика 30 и, таким образом, внутренняя геометрическая форма полой части 12 зуба 10, которая вытекает из формы носика 30, существенно уменьшает внутренние концентрации напряжения в системе 1 согласно изобретению, что приводит к увеличению ее срока службы.
На практике, приложение силы вруба FC приводит к изменению положения зуба 10 на его переходнике-опоре20. Благодаря заклиниванию выступов 14 в местах посадки 24, а также наличию плоскости устойчивости, образованной поверхностью 34, можно не допустить критического качания зуба 10. По мере изнашивания механической системы 1 контактные поверхности, расположенные между выступами 14 и местами посадки 24 и между дистальным концом 33 носика 30 и частью 12 зуба 10, более не являются преобладающими. В частности, стенка внутренней полости зуба 10 способна очень сильно опираться на нижнюю часть носика 30 под воздействием силы Fc. Если зазоры между зубом 10 и опорой 20 небольшие, то допустимое качание зуба 10 также является таковым, и напряжения, возникающие в контактной поверхности, являются приемлемыми. Когда зазор между зубом 10 и его опорой 20 увеличивается, то часть 12 способна растрескаться, разорваться или расколоться, выводя зуб 10 из эксплуатации. В этих условиях особенно предпочтительно уменьшить концентрации напряжения и, таким образом, повысить устойчивость зуба 10 к раскалыванию.
Механическая система 1 согласно изобретению хорошо адаптирована к тому, чтобы выдерживать воздействие сил со всех направлений, а также, кроме того, силы вруба Fc. Когда сила воздействует на зуб 10, то опора 20 и быстроизнашивающаяся деталь 10 содержат по меньшей мере одно контактное соединение, в том числе:
- первое контактное соединение, расположенное между каждым выступом 14 и местом посадки 24, в котором располагается данный выступ 14;
- второе контактное соединение, расположенное между зубом 10 и плоскими поверхностями зоны 80, которые вытянуты, по существу, перпендикулярно силе;
- третье контактное соединение, расположенное между зубом 10 и плоскими поверхностями зоны 40, которые находятся в продолжении второго контактного соединения в проксимальном направлении D31;
- четвертое контактное соединение, расположенное между зубом 10 и плоскими поверхностями зоны 60, которые находятся в продолжении второго контактного соединения в проксимальном направлении D31;
- пятое контактное соединение, расположенное между зубом 10 и плоской поверхностью 34.
В процессе эксплуатации количество одновременных контактных соединений зависит, с одной стороны, от направления воздействия силы на зуб 10, а, с другой стороны, от изношенности зуба 10 и/или опоры 20. Контактные соединения, как правило, подвержены воздействию в следующем порядке: от первого контактного соединения к пятому контактному соединению.
Кроме того, составным элементам системы 1 различным образом могут быть приданы определенные формы, не выходя при этом за рамки изобретения. В частности, носик 30 может быть образован в соответствии с различными вариантами, подробно описанными далее. Внутренней полости зуба 10 придается определенная форма в зависимости от геометрической формы носика 30.
В качестве варианта, который не показан, носик 30 содержит исключительно одну плоскость симметрии, выбранную среди вертикальной плоскости PV или горизонтальной плоскости PH, причем данная плоскость симметрии включает в себя основную ось X30.
Согласно другому варианту, который не показан, зоны 40, 60 и 80 или некоторые из этих зон носика 30 могут иметь в целом шестиугольный поперечный профиль. В этом случае, рассматривая различные поперечные сечения к оси X30 в данных зонах, в частности 40, 60 и 80, носик 30 в сечении содержит шесть основных сторон, соединенных посредством переходных закруглений.
Согласно другому варианту, который не показан, носик 30 может иметь по меньшей мере частично десятиугольный, двадцатиугольный и т.д. поперечный профиль. Другими словами по меньшей мере некоторые из зон 40, 60 и 80 могут иметь четное и превышающее шесть единиц количество расположенных попарно, одна против другой плоских поверхностей.
Согласно другому варианту, который не показан, носик 30 не содержит промежуточной зоны 60, а содержит исключительно зоны 40 и 80, каждая из которых содержит по меньшей мере шесть плоских поверхностей.
Согласно варианту, который не изображен, срединная зона 60 носика 30 содержит две плоских поверхности 61 и 65, перпендикулярные вертикальной плоскости PV, предпочтительно, две плоских поверхности 63 и 67, перпендикулярные горизонтальной плоскости PH, и по меньшей мере четыре поверхности 62, 64, 66, 68, ориентированные иначе, чем под прямым углом одновременно относительно вертикальной плоскости PV и относительно горизонтальной плоскости PH.
Предпочтительно, количество плоских поверхностей зоны 40 больше или равно количеству плоских или скрученных поверхностей зоны 60, которое больше или равно количеству плоских поверхностей зоны 80, которое больше или равно шести.
Предпочтительно также по меньшей мере некоторые противоположные плоские поверхности зоны 40 и/или зоны 80 попарно параллельны, с одной и другой стороны оси X30. Например, поверхности 43 и 47 могут быть параллельны между собой и плоскости PV. Согласно другому примеру, зона 80 может содержать шесть поверхностей, среди которых верхняя поверхность 81, ориентированная вверх 4, и нижняя поверхность 85, ориентированная вниз 5, параллельны. Предпочтительно, зона 80 содержит по меньшей мере шесть или восемь попарно параллельных плоских поверхностей.
Кроме того, устройство соединения между зубом 10 и опорой 20 может быть любого типа, приспособленного для настоящего применения.
Технические характеристики различных способов практического осуществления могут, в полном объеме или некоторые из них, комбинироваться друг с другом. Таким образом, механическая система может быть приспособлена применительно к производственным и рабочим напряжениям.
При помощи изобретения зубу 10 и опоре 20 придана определенная форма для поглощения напряжений любого характера и со всех направлений с уменьшением при этом зон локального ослабления и явлений изнашивания.