КОВШ КАРЬЕРНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА
BUCKET OF OPEN-MINE HYDRAULIC EXCAVATOR

Изобретение относится к горным машинам, используемым при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а более конкретно к гидравлическим карьерным экскаваторам с рабочим оборудованием типа обратная лопата. Обратная лопата является наиболее универсальным рабочим оборудованием, обеспечивает высокую точность позиционирования ковша и обычно используются ковши, разгружающиеся опрокидыванием.
Известно рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора (Патент RU №2121041, МПК E02F 3/40. Публ. 1998.10.27), содержащее рукоять, на которой шарнирно установлен ковш. Ковш состоит из подвижной задней стенки, днища и боковых стенок. На подвижной задней части выполнены гнезда, в которые входят фиксаторы, установленные на боковых стенках ковша. Фиксирование задней стенки ковша позволяет избежать частичной разгрузки ковша от грунта при его разработке и таким образом повышается производительность экскаватора.
Известен гидравлический карьерный экскаватор обратная лопата RH 340, TEREX | О&K (Рекламный проспект TEREX | O&K GmbH Karl-Funke-Str.36, D-44149, Dortmund, Germany, стр.3, 5, 7), ковш которого состоит из верхней части - задней стенки ковша, нижней - передней части ковша и боковых стенок. Ковш и составляющие его части выполнены сварными. Конструкция ковша снабжена такими упрочняющими элементами, как пластины из сверхпрочного материала для защиты внутренней и наружной поверхности задней и передней стенки; зубья, состоящие из адаптера и коронки из сверхпрочного материала, из такого же материала покрытие режущей кромки между зубьями и сверхпрочное покрытие боковых стенок ковша.
Но в процессе эксплуатации, особенно на грунтах IV и V категории, этого упрочнения бывает недостаточно, ковш служит не более полугода, происходит абразивный износ передней стенки и обламываются коронки зубьев.
В качестве прототипа выбран ковш гидравлического карьерного экскаватора (Кириллов К. «Ковши «обратная лопата» (Сменное рабочее оборудование гидравлических экскаваторов), ж. «Основные средства», 2008 г., №10»), состоящий из задней стенки, двух боковых стенок, передней стенки с козырьком и зубьев в виде адаптор - коронка. Все детали ковша соединены между собой сваркой. Ковш изготовлен из маркированной сертифицированной стали, которая раскраивается на современном аппарате газокислородной резки. На листогибочном станке придают соответствующую форму задней стенке ковша. Сварку ковша производят сварочными полуавтоматами. Используют вильчатые зубья, которые болтами крепят к режущей кромке, или коронки, надеваемые на адаптеры, приваренные к ковшу и зафиксированные специальным штифтом.
Длительность эксплуатации тяжелых ковшей карьерных экскаваторов зависит от технологии производства. На интенсивность износа рабочего оборудования (зубьев, коронок, режущей кромки ковша) влияют: свойства и структура поверхностного слоя металла (химический состав стали), взаимодействующего с обрабатываемым материалом; термоупрочнение (способы термообработки, способы формообразования, применяемые методы изготовления - поковка или литье); свойства обрабатываемого материала (твердость, прочность, размер частиц, степень однородности).
К недостаткам ковша-прототипа, части которого соединены сваркой, даже при выборе стали с оптимальными прочностными характеристиками, относятся: коробление изделия, возникающее при малой скорости сварки за счет большой зоны разогрева металла, локальная неоднородность шва и выгорание легирующих компонентов из сплавов в зоне сварки во время окислительных процессов. Это существенно снижает прочностные характеристики ковша, а учитывая вышеуказанные недостатки зубьев (адаптор - коронка), ковши часто выходят из строя.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание ковша гидравлического карьерного экскаватора, обладающего высокими прочностными характеристикам посредством применения оптимальных материалов и методов обработки, позволяющих сократить цикл изготовления, а также упрощение ремонта ковша.
Техническая задача решается посредством выполнения ковша карьерного гидравлического экскаватора в виде конструкции, содержащей заднюю и боковые стенки, а также переднюю стенку, на которой болтами закреплены зубья, литые из высокомарганцевой аустенитной стали; задняя стенка ковша выполнена цельнолитой с проушинами подвески ковша из стали высокой вязкости и прочности при низких температурах, снабжена фиксатором оси подвески ковша в виде цилиндрического стержня, верхняя часть которого выполнена в виде усеченного конуса, угол между образующими конуса и цилиндра ~ 15°. Боковые стенки выполнены из низколегированной стали для ответственных листовых конструкций, каждая боковая стенка снабжена парой накладок из высокомарганцевой аустенитной стали, установленных на торцах боковой поверхности.
Ковш, основные узлы которого, а именно передняя стенка и зубья, изготовлены цельнолитыми из высокомарганцевой аустенитной стали, а задняя стенка выполнена цельнолитой с проушинами из стали высокой вязкости и прочности при низких температурах, обладает высоким сопротивлением к абразивному износу в сочетании с пластичностью и прочностью. Цельнолитые конструкции задней и передней стенок, в отличии от известных аналогов, не подвергаются деформациям при сварке, следовательно, металл сохраняет свою структуру, что увеличивает долговечность ковша. Область наибольших напряжений ковша - это сварное соединение задней и передней стенок, поэтому выбраны стали, сварку которых можно проводить в широком диапазоне, в том числе и низких, температур, причем сварной шов на этих сталях не требует дополнительной термообработки (отпуска).
Использование низколегированной стали для ответственных листовых конструкций для боковых стенок позволяет получить качественное сварное соединение литосварной конструкции ковша, к которому предъявляются требования высокой вязкости и прочности. А использование накладок из высокомарганцевой аустенитной стали предохраняет от истирания боковые стенки.
В целом, конструкция ковша экскаватора, основные части которого выполнены литыми, а сварные соединения использованы минимально, по сравнению с известными аналогами, обладает большей жесткостью и менее подвержена деформациям, т.е. обладает большей прочностью и долговечностью.
Ковш подвергается износу при ударе и скольжении по породе практически по всей поверхности, а наибольшие усилия возникают на зубьях и режущей кромке, учитывая размеры и мощность ковшей карьерных экскаваторов, выполнение зубьев цельнолитыми и наличие накладок на боковых стенках упрощает ремонт и сокращает его сроки.
Выполнение задней стенки цельнолитой с проушинами подвески ковша позволяет получить жесткую конструкцию, снизить напряжение в точках соединения и обеспечивает соосность проушин, чего достаточно сложно добиться при их наваривании.
Выполнение верхней части фиксатора в виде усеченного конуса облегчает его установку в отверстие на задней стенке, а угол между образующими основания и верхней части фиксатора ~15° является оптимальным.
Таким образом, сочетание материалов и выполнение частей позволяют получить ковш гидравлического карьерного экскаватора, обладающего высокими прочностными характеристикам, что соответствует технической задаче.
На фиг.1 представлен ковш гидравлического карьерного экскаватора вид сбоку. На фиг.2 - вид ковша (задняя стенка 3) сверху. На фиг.3 - фиксатор подвески ковша.
Ковш карьерного гидравлического экскаватора (фиг.1, фиг.2) содержит цельнолитую переднюю стенку 1, на которой болтовым креплением установлены цельнолитые зубья 2, и заднюю стенку 3, цельнолитую с проушинами подвески ковша 4. Боковые стенки 5 сваркой соединены с передней 1 и задней 3 стенками, образуя жесткую сварно-литую конструкцию. Накладки 6 из высокомарганцевой аустенитной стали установлены на торцах боковых стенок 5. На задней стенке ковша 3 выполнен фиксатор 7, предохраняющий ковш от непроизвольного вращения оси подвески ковша, в проушине подвески ковша 4 выполнено отверстие 8 для фиксатора 7. Фиксатор 7 устанавливают в отверстие 8 в процессе сборки ковша.
Рабочий цикл карьерных гидравлических экскаваторов обратная лопата с независимым приводом стрелы, ковша и рукояти включает последовательно заглубление стрелы в котлован с одновременным позиционированием рукояти, загрузку ковша его поворотом относительно рукояти, выглубление стрелы с одновременным разворотом рукояти и поворотом ковша для предотвращения высыпания грунта. Далее поворот платформы с рабочим оборудованием, разгрузка ковша его поворотом относительно рукояти. При загрузке ковша его задняя 3 и передняя стенка 1 на режущей кромке, на которой установлены зубья 2, углубляются в породу и принимают удар от перекатывания крупных кусков породы по внутренней поверхности ковша, кроме того, происходит истирание внутренней поверхности ковша при скольжении породы во время разгрузки. Во время прохождения через породу, при загрузке, наружная поверхность передней стенки ковша 1 подвергается износу при ударе и скольжении. Применение цельнолитой передней стенки 1 и зубьев 2 из высокомарганцевой аустенитной стали, обладающей оптимальным сочетанием ударная вязкость - прочность, позволяет увеличить сопротивление ударному действию и истиранию, т.е. продлить срок службы ковша.
Наружные боковые стороны ковша 5 подвергаются износу при ударе об забой и скольжении по породе по внутренней и внешней поверхностям, причем концентрация напряжений на их торцах. Накладки 6 из высокомарганцевой аустенитной стали 6 защищают боковые поверхности 5, продлевают срок его эксплуатации, а возможность их замены упрощает ремонт ковша.
Таким образом, предлагаемый ковш карьерного гидравлического экскаватора обладает высоким ресурсом качества, позволяющим обеспечить бесперебойную работу экскаватора.