КОВШ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА
BUCKET OF FRONT-END LOADER

Изобретение относится к землеройно-транспортному машиностроению, а именно к ковшам фронтальных погрузчиков для разработки целиковых неразрыхленных грунтов и пород.
Целью изобретения является увеличение начальной глубины внедрения ковша в грунтовый целиковый штабель за счет дополнительного рыхления вырезаемого массива грунта плоским клином, прикрепленным к корпусу ковша при одновременном использовании для этой цели традиционных ножей и зубьев.
Известен ковш фронтального погрузчика см., например [Патент RU 2526441, опубл. 2014 г, Бюл. №23 «Способ черпания материалов и грунтов ковшом фронтального погрузчика»] [1]. Согласно этому изобретению ковш фронтального погрузчика снабжен ножами и зубьями, на передней стенке корпуса ковша установлен двугранный плоский клин с углом 7÷20°, выполняющий дополнительное рыхление вырезаемого ковшом грунта.
Недостатком способа [1] является отсутствие конкретизации конструктивных элементов ковша и их влияния на эффективность процесса копания грунта ковшом фронтального погрузчика.
Задача изобретения заключается в том, что ковш фронтального погрузчика включает корпус, боковые стенки, боковые ножи, вертикальные ножи, ножевую плиту, зубья, козырек, ребра жесткости, проушины, клин передней стенки корпуса ковша, образованный внутренней и наружной поверхностями, в котором согласно изобретению клин содержит внутреннюю и наружную пластины, которые в сочетании с задней стенкой клина образуют замкнутую полость, ножевая плита имеет уступ для сочленения с наружной пластиной клина, зубья равномерно расположены на ножевой плите и закреплены на ней при помощи сварки, нижняя рабочая поверхность зуба параллельна опорной внешней плоскости клина.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан ковш, вид сбоку; на фиг. 2 показан ковш, вид сзади; на фиг. 3 – ковш, вид сверху; на фиг. 4 показан процесс внедрения в грунтовый массив ковша при отсутствии клина, т.е. при угле клина ковша α=0; на фиг. 5 показан процесс внедрения в грунтовый штабель ковша, снабженного клином по предложенному изобретению; на фиг. 6 показано сопряжение ножевой плиты с внешней и внутренней пластинами; на фиг. 7 показано сопряжение зуба с элементами ковша.
Ковш фронтального погрузчика содержит: корпус ковша 1, боковые стенки 2, боковые ножи 3, вертикальные ножи 4, ножевую плиту 5, зубья 6, козырек 7, ребра жесткости 8, поперечную балку жесткости 9, проушины поворота ковша 10, проушины стрелы 11, клин 12, нижнюю пластину клина 13, верхнюю пластину клина 14, заднюю стенку клина 15.
BH.O
BH
1
BH
BH.O
На фиг. 4, 5 дополнительно показаны: L =OD - рекомендуемая в технической литературе начальная глубина внедрения ковша в штабель, равная длине прямолинейной части передней стенки ковша OD; L=OD - глубокое внедрение ковша в штабель, которое превышает начальное внедрение L>L. Задняя стенка клина 15 превращает клин в замкнутую полость.
а-а
На фиг. 7 плоскость  параллельна опорной плоскости ковша.
Сущность работы предлагаемого изобретения состоит в устранении недостатков существующих ковшей, которые не могут глубоко внедряться в неразрыхленные грунтовые штабели при отсутствии клина.
На фиг. 4 показана конечная стадия внедрения ковша в грунтовый штабель при угле установки ковша к опорной плоскости α=0. При такой установке ковша в процессе внедрения в грунтовый массив передняя стенка корпуса ковша не создает напряженно-деформированное состояние в массиве вырезаемого грунта. Поэтому вырезаемый грунт сохраняет свою форму и объем, т.е. не разрыхляется и в конце внедрения ковша в грунтовый штабель представляет собой неразрыхленную глыбу материала, которую трудно повернуть вместе с ковшом на второй стадии процесса раздельного копания, т.е при повороте ковша.
1
BH
1
Глубина внедрения ковша в штабель измеряется от основания штабеля в точке О до лезвия ножа внедренного ковша (см. фиг. 4) L=OD.
BH
1
1
1
Н
BH.O
При глубоком внедрении ковша, когда величина L больше длины OD передней прямолинейной стенки корпуса ковша, начинается изменение формы вырезаемого объема материала. Сечение основания призмы вырезаемого материала в ковше ODE начинает в точке О взаимодействовать с криволинейной частью корпуса ковша и в конце внедрения приобретает измененную смятую форму АСЕ. При повороте ковша на втором этапе раздельного способа черпания вырезанного объема материала сечением ACEDO недостаточно, чтобы заполнить ковш с коэффициентом наполнения К≥1. Внедрение ковша таким способом, изображенным на фиг. 4, не может быть глубоким, т.к. недостаточно разрыхленный массив материала оказывает защемляющее воздействие на переднюю стенку корпуса ковша. При малой глубине внедрения ковша L на фиг. 4 последующий поворот ковша не позволяет получить требуемый коэффициент заполнения ковша равный единицы.
Ситуацию можно исправить путем задания угла α передней стенке корпуса ковша к опорной плоскости штабеля перед началом внедрения ковша. Для задания конкретного угла установки ковша перед началом внедрения необходима система автоматического управления. Однако такое решение проблемы будет эффективным только при черпании грунтов на твердом основании, когда при внедрении ковша угол α остается постоянным вследствие опирания ножа на твердое основание, которое предотвращает самозаглубление ковша.
Поэтому снабжение ковша постоянным углом α, прикрепленным к ковшу, является наиболее простым решением задачи.
На фиг. 5 показано глубокое внедрение ковша в штабель грунта, которое достигается использованием начального угла внедрения ковша α. Использование начального угла внедрения позволяет получить несколько положительных результатов.
1. Сравнение фиг. 4, 5 показывает, что при внедрении ковша с начальным углом α=const вырезаемый материал на фиг. 5 поворачивается на угол α относительно неподвижного штабеля, в результате чего происходит отрыв материала от неподвижного массива штабеля.
2. На фиг. 5 при внедрении ковша под ковшом образуется пустое пространство - это означает, что при внедрении ковша объем материала под ковшом поступает в ковш и оказывает расширяющее (разрыхляющее) воздействие на объем материала, находящийся в ковше. В результате этого в материале возникает дополнительное напряженно-деформированное состояние и в вырезаемом материале появляются трещины, т.е. происходит дополнительное разрыхление материала.
Дополнительный объем материала, создающий дополнительное разрыхление равен объему клина, который при угле α имеет достаточную величину от общего объема материала, поступающего в ковш. Таким образом, использование дополнительного клина, являющегося неотъемлемой частью ковша, является эффективным средством увеличения глубины внедрения ковша и получения положительного эффекта увеличения объема зачерпываемого ковшом материала.
3. Использование дополнительного клина на ковше позволяет получить гарантированный дополнительный объем материала, поступающий в ковш без использования системы автоматического управления для установки начального угла ковша α=const.
BH
Н
4. Использование клина, закрепленного на ковше, позволяет реализовать простой раздельный способ копания, состоящий из двух этапов: напорное движение ковша в штабель, установленного с начальным углом α на глубину L (см. фиг. 5) и последующего поворота ковша в транспортное положение, при котором вырезанный грунт заполняет внутренний объем ковша с коэффициентом наполнения К≥1.