КОЛЕСО РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА

Полезная модель относится к оборудованию горнодобывающей промышленности, а именно к роторным экскаваторам, и может быть использована при разработке прочных горных пород.
Известен рабочий орган роторного экскаватора, описанный в а.с. СССР №178747, опубл. 22.01.1966г., включающий роторное колесо, ковши, промежуточные режущие элементы, установленные между ковшами, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости при дроблении разрабатываемого материала, он выполнен с промежуточными режущими элементами, высота которых составляет 0,6–0,9 высоты ковшей.
Недостатком предложенного решения является относительно большое расстояние между соседними ковшами, что уменьшает эффективность работы предложенного роторного колеса.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является рабочий орган роторного экскаватора, описанный в патенте РФ №2421575, приор. 11.01.2010, опубл. 20.06.2011, выбранный в качестве прототипа. В патенте предложен рабочий орган роторного траншейного экскаватора, включающий кольца ротора, ковши, зубья на ковшах с нормальным и укороченным вылетом в сторону забоя и расположенные по значительно прореженным ступенчато-шахматным схемам, установлены между соседними ковшами режущие периметры, которые имеют зубья с вылетом в сторону забоя, равным вылету нормальных зубьев на ковшах, а режущие кромки их ориентированы в линиях прохода по забою укороченных зубьев на ковшах. При этом количество зубьев на режущих периметрах уменьшено вдвое по сравнению с количеством линий прохода по забою укороченных зубьев на ковшах. Расстановка зубьев на двух соседних периметрах имеет периодическое смещение влево и вправо относительно продольной плоскости колец ротора на расстояние между соседними линиями прохода по забою укороченных зубьев на ковшах. Кроме того, режущие периметры закреплены шарнирно к кольцам ротора и имеют г-образные рычаги, свободные забою укороченных зубьев на ковшах. Кроме того, режущие периметры закреплены шарнирно к кольцам ротора и имеют г-образные рычаги, свободные концы которых опираются на пружины, установленные на кронштейнах в кольцах ротора, а также ролики в местах сгиба рычагов с возможностью их контактирования с ограничительным щитом ротора, на кольцах которого установлены упоры для двуплечих рычагов.
Недостатком предложенного решения является наличие шарнирно установленных элементов, которые при работе в нагруженном режиме при разработке прочных горных пород часто выходят из строя. Это вызывает необходимость частых остановок для ремонта.
Техническим результатом, который достигается в заявленном устройстве, является повышения производительности за счет, увеличения ресурса работы колеса роторного экскаватора и уменьшения усилий резания ковшей экскаватора при разработке прочных горных пород.
Технический результат достигается тем, что колесо роторного экскаватора содержит поочередно установленные по его периметру ковши двух видов. Диаметр образующей резания ковшей первого вида больше, чем диаметр образующей резания ковшей второго вида. Конфигурация режущей поверхности боковых стенок ковшей первого вида в плоскости, проходящей через ось колеса, выполнена в виде прямых стенок, сопряженных дугой и расходящихся под углом 15°±3° к плоскости симметрии ковша, и ковши первого вида снабжены зубьями, оси которых расположены под углом 20°±3° к касательной резания и под углом 35°±5° друг к другу. При этом конфигурация режущей кромки стенок ковшей второго вида выполнена в виде дуги и ковши второго вида снабжены зубьями, оси которых расположены под углом 30°±5° к касательной резания и под углом 20°±3° друг к другу в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии ковша. Причем ковши второго вида шире ковшей первого вида.
Желательно, чтобы зубья ковшей первого вида были выполнены усиленными.
Увеличенный диаметр образующей резания и клиновидная конфигурация режущей поверхности ковшей первого вида в совокупности с заявленной установкой зубьев первого ковша позволяет взрезать монолит горной массы, при этом предложенная конструкция ковшей первого вида позволяет это делать с минимально возможной нагрузкой на конструктивные элементы ковша первого вида. Ковши второго вида выполнены более широкими, чем ковши первого вида, а их кромка выполнена в виде дуги, что позволяет собирать максимальное количество монолита горной породы, разрушенного в результате воздействия ковшей первого вида. Это в совокупности позволяет повысить производительность устройства в целом.
Выполнение зубьев ковшей первого вида усиленными также позволяет увеличить общий ресурс работы колеса роторного экскаватора.
В последующем заявляемое техническое решение поясняется подробным описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее решение, примера его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 - колесо роторного экскаватора с ковшами двух видов;
фиг. 2 – ковш первого вида;
фиг. 3 – ковш второго вида;
фиг. 4 – схема работы роторного экскаватора с ковшами двух видов.
Заявляемое колесо роторного экскаватора (фиг.1) представляет собой вращающуюся конструкцию с поочередно установленными по его периметру ковшами двух видов.
Причем, как это показано на фиг.1, ковши 1 первого вида имеют диаметр образующей резания «d1» больше, чем диаметр образующей резания ковшей 2 второго вида «d2» на 80–100 мм в зависимости от прочности перерабатываемой породы.
Конфигурация режущей поверхности боковых стенок 3 ковшей 1 первого вида (фиг.2) в плоскости, проходящей через ось колеса, выполнена в виде прямых стенок, сопряженных дугой и расходящихся под углом 15°±3° к плоскости симметрии ковша.   Оси зубьев 4 ковшей 1 первого вида расположены под углом 20°±3° к касательной резания и под углом 35°±5° друг к другу. Желательно в ковшах 1 первого вида использование усиленных зубьев 4.
Конфигурация режущей кромки стенок 5 ковшей 2 второго вида, выполнена в виде дуги.  Ковши 2 второго вида снабжены зубьями 6, оси которых расположены под углом 30°±5° к касательной резания и под углом 20°±3° друг к другу в плоскости перпендикулярной плоскости симметрии ковша 2, как это показано на фиг.3.
Углы установки зубьев выбраны исходя из того, что в процессе резания и заполнения ковшей происходит с меньшими энергозатратами при соприкосновении зуба и касательной к стенке горной массы. Как это показано на фиг.4, из-за разности 7 диаметров образующей резания ковшей 1 первого вида и ковшей 2 второго вида, контакт с поверхностью разрабатываемого пласта для ковшей 1 первого вида происходит под углом 20°±3° градуса, а для ковшей 2 второго вида под углом 30°±5° градусов. Изменение углов контакта приведет к увеличению нагрузки и повышенному износу зубьев. В процессе моделирования операции разрушения и выемки горной массы было получено подтверждение оптимальности предложенной конструкции роторного колеса. В заявленной конструкции указаны углы с допусками, которые выбраны с учетом конструктивных особенностей ковшей и зубьев, с учетом допуска на формирование профиля ковшей и зазоров в пазах зубьев и толщины металла ковшей.
Предложенная конструкция роторного колеса с учетом соотношения заявленных углов  позволяет обеспечить при разработке крепких пород последовательное воздействие на монолитную породу сначала режущих ковшей 1 первого вида. За счет большего диаметра резания происходит внедрение ковшей 1 первого вида в разрабатываемую породу. В этот момент происходит процесс разрушения монолитности и разрыхление горной породы. Затем, по мере подхода в зону резания ковшей 2 второго вида, имеющие уменьшенный диаметр резания, осуществляется энергетически выгодное скалывание предварительно взрезанной и разрыхленной породы, облегчающее дальнейшее продвижение ковшей в разрабатываемом массиве.
Таким образом, ковш 1 первого вида за счет предложенной формы, образуемой углами 15° градусов боковых стенок к оси симметрии ковша, взрезает монолит горной массы и снижает нагрузку, а, следовательно, увеличивает наполняемость ковша 2 второго вида, имеющего большую площадь контакта с породой, и, по сути, подбирающего разрушенную горную породу.
Предложенная конструкция роторного колеса с поочередной установкой по диаметру колеса ковшей 1 первого и ковшей 2 второго вида решает вопрос увеличения производительности, увеличение срока эксплуатации зубьев, за счет уменьшения нагрузки при резании монолита горной породы.
Таким образом, достигается технический результат, а именно повышение производительности, за счет увеличения ресурса работы колеса роторного экскаватора и уменьшения усилий резания ковшей экскаватора при разработке прочных горных пород.
Оснащение роторных экскаваторов предложенным колесом роторного экскаватора позволит повысить их производительность, ресурс установленных на ковшах зубьев и уменьшить нагрузки возникающие в процессе резания породы без увеличения энергетических затрат, используемых на процесс экскавации горных пород.