ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ПЫЛИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО ЗЕМЛЕРОЙНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
DUST SUPPRESSION DEVICE FOR HEAVY EXCAVATING EQUIPMENT

Область техники
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию оборудования для подавления пыли.
Предпосылки к созданию изобретения
Тяжелые внедорожные виды землеройного оборудования, такие как планировщики грунта (скреперы), канавокопатели, дисковые пилы и вибрационные струги, используют для экскавации (выемки) геологического материала. Например, канавокопатели, вибрационные струги и дисковые пилы часто используют для проходки траншей в геологическом материале, таком как почва или горная порода. Планировщики грунта обычно используют для раскапывания или разрыхления относительно широких участков геологического материала. Например, планировщики грунта могут быть использованы в горном деле для разрыхления слоя почвы в шахте (например, в разрезе или в шахтном стволе) до удаления материала при помощи другого вида оборудования, такого как передний погрузочный конвейер. Такое тяжелое оборудование создает, особенно в сухих условиях, большие количества пыли.
Раскрытие изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается устройство для подавления пыли, приспособленное для подавления пыли, которую тяжелое внедорожное землеройное оборудование выделяет в атмосферу при осуществлении операций экскавации. В одном варианте осуществления, устройство для подавления пыли приспособлено для использования на планировщике грунта. Устройство для подавления пыли также применимо и к другим видам землеройного оборудования, таким как канавокопатели, вибрационные струги и дисковые пилы.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи. Следует иметь в виду, что как последующее описание, так и чертежи являются только пояснительными и не ограничивают изобретение в его широких аспектах.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сверху устройства для экскавации, имеющего приспособление для подавления пыли в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показан вид сбоку стрелы устройства для экскавации, показанного на фиг.1, когда стрела устройства для экскавации имеет не землеройную ориентацию и поворотный компонент кожуха приспособления для подавления пыли находится в поднятой ориентации.
На фиг.3 показана стрела, показанная на фиг.2, с поворотным компонентом кожуха в промежуточном положении.
На фиг.4 показана стрела, показанная на фиг.2, в опущенной, землеройной ориентации, с поворотным компонентом кожуха в опущенной ориентации подавления пыли.
На фиг.5 показан вид снизу сзади в перспективе поворотного компонента кожуха приспособления для подавления пыли, предусмотренного на устройстве для экскавации, показанном на фиг.1.
На фиг.6 показан вид сверху сзади в перспективе приспособления для подавления пыли, предусмотренного на устройстве для экскавации, показанном на фиг.1, причем боковой участок поворотного компонента кожуха условно удален, чтобы показать режущий барабан, обычно закрытый поворотным компонентом кожуха.
На фиг.7 показан вид сверху сзади в перспективе неподвижного компонента кожуха приспособления для подавления пыли, предусмотренного на устройстве для экскавации, показанном на фиг.1.
На фиг.8 показан вид сверху боковины поворотного компонента кожуха, показанного на фиг.2, в поднятом положении относительно режущего барабана.
На фиг.9 схематично показан входной воздушный поток у периметра кожуха.
На фиг.10 показан разрез по линии 10-10 на фиг.4.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию приспособления для подавления пыли, предназначенного для использования на тяжелом оборудовании, таком как внедорожное устройство для экскавации. На фиг.1 показан пример приспособления 20 для подавления пыли, установленного на внедорожном оборудовании в виде планировщика 22 грунта. Во время операций экскавации с использованием планировщика 22 грунта приспособление 20 для подавления пыли собирает пыль, создаваемую режущим барабаном 24 (см. фиг.2) планировщика 20 грунта, в результате чего уменьшается количество пыли, которое выпускается/выделяется в атмосферу.
Как это показано на фиг.1, планировщик 20 грунта содержит шасси 26, имеющее передний конец 28, расположенный противоположно от заднего конца 30. Шасси 26 имеет длину L и ширину W. Стрела 32 закреплена на заднем конце 30 шасси 26 в месте 34 поворота, что позволяет поднимать и опускать стрелу относительно шасси 26. Например, в месте 34 поворота может быть предусмотрена ось 36 поворота, относительно которой стрела 32 может совершать поворот между верхней, не землеройный ориентацией (показанной на фиг.2 и 3) и нижним, землеройным положением (см. фиг.4). Стрела 32 выступает в направлении назад из заднего конца 30 шасси 26.
Режущий барабан 24 установлен с возможностью вращения на заднем, свободном конце стрелы 32. Режущий барабан 24 обычно содержит цилиндрическую режущую поверхность, на которой закреплены множество режущих зубьев 42. Во время экскавации (выемки грунта) стрелу 32 переводят в положение экскавации, показанное на фиг.4, в то время как режущий барабан 24 одновременно вращаются относительно центральной оси 44 режущего барабана. Центральная ось идет вдоль ширины W шасси 26. В некоторых конструктивных вариантах, режущий барабан 24 может быть приведен во вращение относительно центральной оси 44 при помощи приводного приспособления, такого как непрерывная цепь, приводимая в движение при помощи привода, такого как гидравлический привод. Эта цепь идет вокруг центральной области режущего барабана 24, так что вращение цепи вызывает вращение режущего барабана 24. В предпочтительном конструктивном варианте, цепь и режущий барабан 24 вращаются в направлении 46 вокруг центральной оси 44 во время операций экскавации. Режущий барабан 24 имеет длину, которая идет по меньшей мере по большей части ширины шасси 26. В то время как на чертежах показаны режущие зубья, обращенные вперед в нижней части барабана, в реальной практике зубья преимущественно обращены назад в нижней части барабана, в дополнение ко вращению в направлении 46.
Приспособление 20 для подавления пыли, установленное на планировщике 22 грунта, содержит кожух 48, установленный на стреле 32. Кожух 48 содержит неподвижный компонент 50 кожуха, прикрепленный к стреле 32 непосредственно над режущим барабаном 24. Неподвижный компонент 50 кожуха имеет длину, которая идет вдоль всей длины режущего барабана 24. Один или несколько источников вакуума создают отрицательное давление (то есть давление ниже атмосферного давления), которое непрерывно всасывает содержащий пыль воздух в приспособление для очистки воздуха. Созданный за счет отрицательного давления вакуум внутри кожуха побуждает наружный воздух всасываться внутрь кожуха с его периметра, что препятствует выпуску созданной режущим барабаном 24 пыли из периметра кожуха 48. Отсасываемая за счет вакуума из кожуха 48 содержащаяся в воздухе пыль удаляется из воздуха при помощи приспособления для очистки воздуха (например, при помощи фильтрующих приспособлений, циклонов и т.п.). Источники вакуума и приспособления для очистки воздуха могут быть расположены внутри отсеков 90, установленных на шасси 26.
Кожух 48 также содержит подвижный компонент 52 кожуха, который шарнирно закреплен на стреле 32. Подвижный компонент 52 кожуха может быть повернут относительно оси 54 поворота в различные положения. Например, подвижный компонент 52 кожуха может быть повернут в поднятое положение (показанное на фиг.2) и в опущенное положение подавления пыли (показанное на фиг.3 и 4). Ось 54 поворота расположена параллельно центральной оси 44 режущего барабана 24. Неподвижный компонент 50 кожуха и  подвижный компонент 52 кожуха преимущественно имеют жесткую, прочную конструкцию. В некоторых конструктивных вариантах, такая жесткая, прочная конструкция может быть изготовлена из таких материалов, как армированный листовой металл. Несмотря на то, что показанное на фиг.3 и 4 положение описано как "положение для подавления пыли", следует иметь в виду, что также может быть использована система для подавления пыли, позволяющая удалять пыль при нахождении подвижного компонента 52 кожуха в промежуточном положении между положением на фиг.3 и 4 и положением на фиг.2. Глубина среза и тип вынимаемого материала могут определять наиболее подходящее положение подвижного компонента 52 кожуха для подавления пыли.
Приспособление 20 для подавления пыли также может содержать уплотняющую конструкцию 91 (см. фиг.10), предусмотренную между неподвижным компонентом 50 кожуха и подвижным компонентом 52 кожуха. Например, уплотняющая конструкция в виде щетки 60 может быть прикреплена к задней кромке неподвижного компонента 50 кожуха (см. фиг.7). Щетка идет вдоль всей длины неподвижного компонента 50 кожуха и входит в зацепление с подвижным компонентом 52 кожуха, по меньшей мере когда подвижный компонент 52 кожуха опущен в положение для подавления пыли, показанное на фиг.4.
Подвижный компонент 52 кожуха содержит задний участок 62, который идет вдоль ширины планировщика 22 грунта в основном параллельно режущему барабану 24. Задний участок 62 входит в зацепление со щеткой 60, когда подвижный компонент 52 кожуха находится в нижнем положении для подавления пыли, показанном на фиг.4. Когда подвижный компонент 52 кожуха находится в нижнем положении, показанном на фиг.4, задний участок 62 расположен сзади режущего барабана 24. Подвижный компонент 52 кожуха также содержит боковые участки 64 и 66, которые выступают вперед от заднего участка 62 и которые охватывают режущий барабан 24 и неподвижный компонент 50 кожуха. Боковые участки 60 шарнирно соединены со стрелой 32 на оси 54 поворота. Боковые участки 66 расположены напротив концов режущего барабана 24 и со смещением наружу от них. Боковые участки 66 преимущественно смещены на расстояние D (см. фиг.8) от концов режущего барабана 24. Расстояние D создает вакуумную воздушную камеру рядом с каждым концом режущего барабана 24. Вакуумные воздушные камеры преимущественно являются достаточно широкими для того, чтобы пыль легко всасывалась при помощи источника вакуума через вакуумные воздушные камеры. В одном варианте осуществления, расстояние D составляет по меньшей мере 12 дюймов.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.5, на которой показано, что приспособление 20 для подавления пыли также содержит узел 70 противопылевого барьера, который идет вокруг по меньшей мере большей части периметра кожуха 48. Как это показано на фиг.5, узел 70 противопылевого барьера содержит задний противопылевой барьер 72, прикрепленный в нижней области заднего участка 62 подвижного компонента 52 кожуха. Задний противопылевой барьер 72 преимущественно идет вдоль большей части длины режущего барабана 24 и в основом параллельно центральной оси 44 режущего барабана 24. Узел 70 противопылевого барьера также содержит боковые противопылевые барьеры 74, соединенные с нижними областями боковых участков 64, 66. Когда подвижный компонент 52 кожуха находится в нижней ориентации, показанной на фиг.4, боковые противопылевые барьеры 74 преимущественно идут под углом наружу от концов режущего барабана 24 (см. фиг.8), когда боковые противопылевые барьеры 74 идут в направлении вниз от боковых участков 66 подвижного компонента 52 кожуха. Задний противопылевой барьер 72 имеет свободный нижний конец и верхний конец. Верхний конец заднего противопылевого барьера 72 прикреплен к упругому элементу 73 (например, к листу резины или другого аналогичного материала), который прикреплен к заднему участку 62 подвижного компонента 52 кожуха.
Упругий элемент 73 позволяет заднему противопылевому барьеру 72 легче двигаться (например, поворачиваться или изгибаться) в направлении вперед-назад относительно заднего участка 62 подвижного компонента 52 кожуха. Таким образом, упругий элемент образует упругий/гибкий держатель, определяющий местоположение изгиба/поворота в кожухе и позволяющий всему заднему противопылевому барьеру 72, имеющему верхний конец, двигаться вперед и назад относительно кожуха 48 во время операций экскавации.
Боковые противопылевые барьеры 74 имеют верхние концы, соединенные с боковыми участками 64, 66 подвижного компонента 52 кожуха, и нижние свободные концы. Как это показано на фиг.10, верхние концы боковых противопылевых барьеров 74 могут быть соединен с боковыми участками 64, 66 подвижного компонента 52 кожуха через промежуточные элементы, такие как уголки 77. Уголки имеют верхние и нижние участки, соединенные под тупым углом друг к другу. Верхние участки прикреплены к боковым участкам 64, 66 подвижного компонента 52 кожуха, а верхние концы боковых противопылевых барьеров 74 прикреплены к нижним участкам уголков 77. Уголки 77 ориентируют боковые противопылевые барьеры 74 так, что они идут в боковом направлении наружу от боковых участков 64, 66, когда боковые противопылевые барьеры идут вниз от боковых участков 64, 66.
Узел 70 противопылевых барьеров также может содержать передние противопылевые барьеры 76 (см. фиг.6), которые идут вниз от передней кромки неподвижного компонента 50 кожуха. В показанном варианте осуществления, передние противопылевые барьеры 76 расположены только рядом с концевыми участками режущего барабана 24, причем не предусмотрены противопылевые барьеры впереди центральной области режущего барабана 24. В других вариантах осуществления, передний противопылевой барьер 76 может идти вдоль всей длины режущего барабана 24, причем центральный участок переднего противопылевого барьера 76 проходит под приводной цепью режущего барабана 24.
1
1
2
2
В предпочтительном варианте осуществления, противопылевые барьеры идут от кожуха 48 вниз в местоположение поблизости от земли, когда подвижный компонент 52 кожуха находится в нижнем положении подавления пыли и стрела 32 находится в положении экскавации, показанном на фиг.4. В предпочтительном варианте осуществления, противопылевые барьеры позволяют воздуху протекать через них, когда существует отрицательное давление внутри кожуха 48. В предпочтительном варианте осуществления, противопылевые барьеры создают большее сопротивление воздушному потоку рядом с кожухом 48, чем рядом с землей. Например, если используют противопылевые барьеры в виде щеток, которые содержат щетинки, имеющие закрепленные концы поблизости от кожуха 48 и свободные концы, смещенные от кожуха 48, то тогда щетинки обеспечивают большее сопротивление воздушному потоку через противопылевой барьер поблизости от кожуха 48, чем поблизости от земли. Это является предпочтительным, так как в случае отсутствия противопылевого барьера, когда существует отрицательное давление внутри кожуха 48, воздушный поток, всасываемый внутрь кожуха 48 через периметр кожуха 48, будет концентрироваться в местоположении поблизости от кожуха 48 и не будет распределен в зазоре между кожухом 48 и землей. Это схематично показано при помощи графика скорости воздушного потока, показанного на фиг.9. Когда имеется полностью открытый зазор (например, имеется открытая область A, равная 100 процентов) между кожухом 48 и землей, основная часть воздуха, всасываемого внутрь кожуха за счет вакуума, протекает через область 110 максимального расхода. Область 110 максимального расхода ограничена пространством в несколько дюймов от нижней кромки кожуха 48. Например, кривая V скорости воздуха показывает, что высокие скорости воздуха локализованы в области 110 максимального расхода, а в остальной части зазора между нижней кромкой кожуха и землей имеются нулевые или близкие к нулю скорости воздуха. За счет использования противопылевого барьера, который создает постепенно снижающееся сопротивление прохождению воздушного потока, когда противопылевой барьер идет вниз от кожуха, воздушный поток может быть более равномерно распределен по всему зазору между нижней кромкой кожуха и землей. Например, противопылевой барьер обеспечивает постепенное увеличение открытой области (как это показано кривой А) по мере того, как противопылевой барьер идет вниз, что обеспечивает более равномерное распределение воздушного потока по всему зазору между кожухом и землей (как это показано кривой V скорости).
Также важно, что режущий барабан 24 перемещает вынутый материал под барабаном 24 в направлении спереди назад, когда режущий барабан вращается в направлении стрелки 46 вокруг оси 44. Когда материал/обломки принудительно отправляются назад за счет барабана, они могут соударяться с задним противопылевым барьером 72. Чтобы снизить вероятность повреждения заднего противопылевого барьера 72, он преимущественно имеет такую конструкцию, которая позволяет создаваемым при помощи режущего барабана обломкам проходить через него. Другими словами, противопылевой барьер преимущественно является проницаемым для обломков, создаваемых при помощи режущего барабана. Щетки, которые, как уже было указано здесь выше, имеют верхние концы, закрепленные рядом с кожухом, и свободные нижние концы, позволяют таким обломкам проходить через них без повреждения щетинок. Наличие гибкого держателя (например, упругого элемента 73) между верхними концами щетинок и кожухом 48 также помогает ограничить повреждение противопылевого барьера за счет обломков.
За счет распределения области всасывания воздуха по периметру кожуха повышается способность захвата пыли. Как уже было указано здесь выше, распределенная область может быть получена за счет использования щеток, таких как щетки с нейлоновыми волокнами. Гибкие щетинки щетки плотно упакованы в месте крепления рядом с кожухом и постепенно расходятся вдоль своей длины. Это разделение создает распределенный проход и, таким образом, создает переменную область противопылевого барьера. Переменная область обеспечивает улучшенную кривую воздушной скорости, позволяющую создать более широкую область захвата пыли, чем в кожухе без переменной области. Щетинки также являются гибкими, что позволяет им работать при различных глубинах вреза землеройного устройства. Так как щетинки более плотно упакованы рядом с кожухом, то имеется меньшая область для прохода воздуха через них, по сравнению с областью рядом с нижними концами щетинок, где щетинки не так плотно упакованы.
3
3
Чтобы позволить обломкам проходить через противопылевые барьеры и также чтобы создавать более однородное распределение воздушного потока через них, противопылевые барьеры преимущественно имеют высоту Н по меньшей мере 15 дюймов или около 19 дюймов. В показанных вариантах осуществления, противопылевые барьеры образованы при помощи двух параллельных рядов щетинок. Эти ряды щетинок могут содержать внутренний ряд 92 щетинок, внутренние стороны которых обращены к кожуху, и внешний ряд 94 щетинок, внешние стороны которых обращены к окружающей среде. Зазор 95 может быть предусмотрен между внутренним и внешним рядами щетинок. Верхние концы щетинок могут быть прикреплены к монтажному элементу, который, в свою очередь, прикреплен к промежуточной конструкции, такой как кронштейн (например, кронштейн 77) или упругий держатель (например, упругий элемент 73). В одном варианте осуществления, щетинки могут быть изготовлены из полимерного материала, такого как нейлон с плотностью в диапазоне.9-1.4 г/см или около 1.15 г/см. В некоторых вариантах осуществления, каждая из щетинок может иметь диаметр в диапазоне .02-.05 дюйма, или в диапазоне .025-.045 дюйма, или же в диапазоне .030-.040 дюйма. В некоторых вариантах осуществления, щетинки могут быть упакованы с плотностью 20-50 щетинок на дюйм, или 25-45 щетинок на дюйм, или же 30-40 щетинок на дюйм.
Боковые противопылевые барьеры 74 идут под углом наружу от режущего барабана 24, чтобы исключить их контакт с режущим барабаном во время операций экскавации. В некоторых вариантах осуществления, боковые кромки неподвижного компонента 50 кожуха могут иметь прокладки 91, которые входят в зацепление с боковыми участками 66 подвижного компонента 52 кожуха, чтобы создать уплотнение между неподвижным компонентом 50 кожуха и боковым участком 66 подвижного компонента 52 кожуха.
Приспособление 20 для подавления пыли также содержит два отсека 90 для создания вакуума и очистки воздуха, установленные на самом переднем конце шасси 26. Отсеки 90 разделены платформой 100. Каждый из отсеков 90 содержит приспособление для очистки воздуха и источник вакуума. В одном варианте осуществления, источник вакуума в каждом отсеке 90 позволяет создавать скорость воздушного потока по меньшей мере 2500 кубических футов в минуту. Жесткие вакуумные трубки 120 идут из отсеков 90 вдоль части длины шасси 26. Гибкие вакуумные шланги 122 соединены с жесткими вакуумными трубками 120 и идут до других жестких секций 124, создающих места 126 разветвления. Гибкие вакуумные шланги 122 проходят через ось 36 поворота стрелы 32, чтобы ограничить перемещение гибких шлангов 122 во время поворота стрелы. Отдельные гибкие вакуумные шланги 128 идут от мест 126 разветвления к четырем отдельным вакуумным каналам 130, предусмотренным на неподвижном компоненте 50 кожуха. Вакуумные каналы 130 имеют флюидную связь с внутренним пространством кожуха 48. Гибкие вакуумные шланги и жесткие вакуумные трубки взаимодействуют при создании вакуумных трубопроводов, которые идут по всей длине планировщика 22 грунта от кожуха 48 в отсеки 90, расположенные на самом переднем конце планировщика 22 грунта.
В одном конструктивном варианте, режущий барабан 24 имеет длину по меньшей мере 12 футов и диаметр 68 дюймов, при этом кожух образует длину внешнего периметра около 144 футов, когда он находится в ориентации подавления пыли, а каждый из отсеков 90 создания вакуума и фильтрации создает вакуумную скорость воздушного потока по меньшей мере 2500 кубических футов в минуту. Таким образом, вакуумная скорость воздушного потока по меньшей мере 416 кубических футов в минуту на каждый фут режущего барабана создается в кожухе 48 при помощи вакуумного источника. Кроме того, вакуумная скорость воздушного потока по меньшей мере 113 кубических футов в минуту на каждый линейный фут периметра кожуха создается в кожухе 48 при помощи вакуумного источника. Периметр кожуха представляет собой сумму расстояний, измеренных вдоль передней стороны, задней стороны, левой стороны и правой стороны кожуха, когда кожух находится в ориентации подавления пыли.
При использовании планировщика 22 грунта стрелу 32 опускают, чтобы установить барабан 24 на желательную глубину резания, при этом барабан одновременно вращается в направлении 46 относительно центральной оси 44 барабана 24. Затем планировщик 22 перемещают в переднем направлении, что побуждает режущий барабан 24 снимать слой материала, имеющий ширину, равную длине режущего барабана 24. Когда производят эту выемку материала, кожух 48 устанавливают в нижнее положение, а именно в положение для подавления пыли, показанное на фиг.4, в то время как отсеки 90 одновременно всасывают воздух из кожуха 48, за счет чего внутри кожуха 48 создается отрицательное давление. Отрицательное давление, созданное за счет отсеков 90, побуждает воздух всасываться через нижние противопылевые барьеры участка для подавления пыли и замещать воздух, который всасывают из внутреннего пространства кожуха через вакуумные трубки в отсеки 90. После всасывания воздуха из кожуха в вакуумные трубки пыль, созданная за счет режущего барабана 24, уносится воздухом из кожуха через вакуумные трубки в отсеки 90. Пыль фильтруют или иным образом удаляют из воздушного потока внутри отсеков 90. После удаления из воздушного потока пыль может быть собрана в контейнере или осаждена на землю. Во время экскавации противопылевой барьер содействует поддержанию постоянного воздушного потока через зазор между кожухом 48 и землей, а также позволяет обломкам проходить через устройство для подавления пыли, без повреждения этого устройства для подавления пыли.