Зуб ковша экскаватора

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в конструкциях зубьев ковшей экскаваторов.
Известен зуб рабочего органа землеройной машины, содержащий хвостовик, корпус и твердосплавную вставку (RU №129374, E02F 9/28).
Недостатком данной конструкции является небольшой срок службы зубьев рабочего органа землеройной машины.
Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является зуб ковша экскаватора, включающий корпус, хвостовик, выполненные из стали, и вставку. Вставка выполнена в виде мелких деталей из износостойкого чугуна параллелепипедной и цилиндрической формы с обратной конусностью и расположенных внутри стальной основы по рабочим поверхностям. Вставки параллелепипедной формы расположены в острие зуба в один ряд с интервалом 0,5-1,5 их ширины, а цилиндрические - равномерно на остальной рабочей поверхности в рядах с межцентровым расстоянием, равным 1,5-3,0 диаметрам вставок (RU №2269628, 01.12.2003, E02F 9/28).
Недостатками указанного выше технического решения являются невысокий срок службы зуба землеройной машины и невысокий эффект самозатачивания. Это объясняется следующим.
В конструкции зуба (прототип) используются вставки из износостойкого чугуна, причем зуб изготавливается как армированная отливка. В качестве армирующих элементов используются вставки из износостойкого чугуна, которые заливаются расплавленной сталью. Однако чугун имеет температуру плавления до 1200°С, а сталь от 1350°С. Это приведет к тому, что произойдет расплавление поверхностного слоя вставки и снижение износостойкости.
В конструкции зуба (прототип) предлагается использовать вставки в виде цилиндра диаметром 30 мм и параллелепипеда с размерами 20×30×10 мм. Применение вставок данной формы не является оптимальным, т.к. с одной стороны усложняет процесс изготовления зуба в связи с необходимостью производства вставок разной формы. А с другой, при использовании вставок цилиндрической формы площадь контакта с абразивной средой снижается, что в свою очередь негативно сказывается на износостойкости.
Для увеличения срока службы зуба землеройной машины и обеспечения эффекта самозатачивания предлагается зуб ковша экскаватора, включающий корпус, хвостовик, изготовленные из стали, и вставки. Вставки расположены только на одной стороне зуба и выполнены в виде мелких деталей из серого чугуна в форме параллелепипеда размерами 30×30×8 мм, с упрочненным слоем толщиной от 1.5 до 2.5 мм, и слоем чистого феррита на поверхности вставки на всех гранях вставки.
На фиг. 1 изображен зуб ковша экскаватора (вид сверху). На фиг. 2 изображен зуб в разрезе А-А. На фиг. 3 приведена структура износостойкой вставки. На поверхности вставки имеется слой чистого феррита (поз. 4 фиг. 3), под ним располагается упрочненный слой с перлитной структурой (поз. 5 фиг. 3) и сердцевина из серого чугуна (поз. 6 фиг. 3).
Зуб ковша экскаватора состоит из корпуса 1, хвостовика 2 и износостойких вставок 3. При этом вставки расположены только на одной стороне зуба, что позволяет добиться эффекта самозатачивания. Вставки изготовлены из серого чугуна, подвергнутого термодиффузионному упрочнению посредством нагрева в контакте с оксидом легирующего элемента. Термодиффузионное упрочение серого чугуна (RU 2493289, 24.04.2012, С23С 10/36) позволяет получать на поверхности чугуна слой чистого феррита с содержанием легирующего элемента до 25%. При этом температура плавления данного слоя превышает 1400°С, что дает возможность избежать расплавления поверхностного слоя износостойкой пластины при изготовлении зуба. Под слоем чистого феррита располагается слой перлитной структуры (соответствующий высокоуглеродистой стали) с включениями графита толщиной до 2.5 мм. Полученная структура позволяет сочетать высокую степень сопротивления абразивному износу характерную для чугуна (т.к. в структуре присутствуют включения графита), а также обеспечивает повышенную работоспособность в условиях циклических нагрузок и удара (т.к. упроченный слой имеет перлитную структуру). Дополнительным преимуществом является ускорение процесса приработки зуба за счет быстрого изнашивания ферритного слоя на поверхности износостойкой вставки.
При этом износостойкие вставки имеют форму параллелепипеда с размерами 30×30×8 мм (при этом площадь вставки на 25% больше, чем цилиндрической, а возможность расположения вставок по поверхности зуба остается той же). Причем упрочненный слой нанесен на вставки со всех сторон. При этом первый ряд вставок расположен с интервалом 0,5-1,5 ширины вставки, а последующие - равномерно в рядах с межцентровым расстоянием, равным 1,5-3,0 ширины вставки. Такая форма и расположение вставок дает возможность защитить поверхность зуба от истирания на протяжении всего периода износа вставок по толщине за счет теневого эффекта.
Применение предлагаемой конструкции зуба ковша экскаватора дает возможность повысить ресурс работы зуба более чем в 2 раза и получить более высокий эффект самозатачивания.