BR0216017B1 - conjunto de desgaste. - Google Patents

Description

"CONJUNTO DE DESGASTE E ELEMENTO DE DESGASTE" "Dividido do PI 0210755-4, depositado em 03/07/2002;

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção pertence a um conjunto de des-

gaste, e especialmente a um conjunto de desgaste para uso com equipamento de mineração, escavação e movimentação de terra. O desenho da invenção é particularmente bem adequado para uma garra de escavação, mas também pode ser usado para o suporte de outros elementos de desgaste.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Em mineração e construção, elementos de desgaste são tipicamente fornecidos ao longo da borda de cavar do e- quipamento para proteger a cuba ou similar e/ou para engatar * e fragmentar o solo a ser arrancado. Conseqüentemente, as partes de desgaste são submetidas a condições altamente a- brasivas e experimentam desgaste considerável. As partes de desgaste devem então ser substituídas em uma base periódica.

A fim de minimizar a perda de material devido a substituição de partes desgastadas, os conjuntos de desgaste são tipicamente fabricados como dois ou mais componentes se- paráveis incluindo um adaptador e um elemento de desgaste. O adaptador é fixado na borda de cavar por- solda, fixação me- cânica, ou sendo fundido ao longo de uma borda do dispositi- vo de escavação de modo a apresentar um bico se projetando para frente para suportar o elemento de desgaste. 0 elemento de desgaste possui um encaixe que é recebido sobre o bico, e uma extremidade de trabalho dianteira. Em um ponto, a extre- midade de trabalho é tipicamente uma borda de cavar estrei- tada. 0 elemento de desgaste envolve substancialmente o bico do adaptador e desse modo tende a proteger o bico de desgas- te. Por exemplo, dependendo de uma variedade de fatores, em geral cinco a vinte pontos podem ser sucessivamente montados em um adaptador único antes que o adaptador se torne desgas- tado e em necessidade de substituição. Para acomodar a subs- tituição do elemento de desgaste no campo, o elemento de desgaste é usualmente preso no bico adaptador por uma trava removível (por exemplo um pino de trava).

Os conjuntos de desgaste usados em mineração, es- cavação e construção, e particularmente sistemas de garra de escavação, são submetidos a forças grandes e variadas apli- cadas em todas as direções. Como um resultado, pontas e ou- tros elementos de desgaste devem ser firmemente presos ao adaptador para suportar as cargas axiais, verticais, rever- sas e laterais bem como impactos, vibrações e outros tipos de forças. As cargas verticais têm sido particularmente pro- blemáticas em que são geradas as forças de momento grande 2 0 que tendem a "rodar" os elementos de desgaste para frente no adaptador e às vezes resultam na ejeção do elemento. Enquan- to as paredes do bico de adaptador fornecem suporte par ao elemento de desgaste, a trava na maioria dos casos também desempenha uma função em reter a ponta e cargas resistentes, particularmente forças de momento e reversas.

Em um sistema de garra convencional 1 (Figura 22), o bico de adaptador 2 e o encaixe complementar 3 na ponta 4 são em formato de cunha e incluem superfícies de topo e fun- do convergentes 2a, 2b, 3a, 3b. Uma carga descendente cen- tral P aplicada na extremidade livre 4a da ponta 4 aplicará uma força de momento que tende a rodar a ponta 4 no bico 2. A carga P é geralmente transmitida para a detida pelo lado superior da ponteira de bico 2c que contata a extremidade dianteira 3c do encaixe 3 (força de reação A) e pelo lado inferior de uma parte de base 2d do bico que contata a base ou extremidade traseira 4d da ponta 4 (força de reação B). Estas forças de reação formam um momento opositor para re- sistir ao momento formado pela força P. Como pode ser apre- ciado, forças verticais grandes podem criar forças e ejeção substanciais. Além do mais, os impactos, vibrações, desgaste e a presença de pós de minério, etc., exacerbam a dificulda- de de resistir a altas forças de ejeção. No exemplo presente de uma carga descendente cen-

tral Ρ, o componente vertical da força de reação A, em ge- ral, iguala a carga descendente P mais o componente vertical da força de reação B. No entanto, devido às paredes conver- gentes do bico, o componente horizontal de cada uma das for- 2 0 ças de reação AeB está em uma direção avançada que tende a impelir a ponta para fora do bico. Na medida em que estas forças são detidas diretamente pela geometria e fricção do bico e encaixe, elas são detidas como cargas de cisalhamento pelo pino de trava. A aplicação repetida de altas cargas de cisalhamento pode colocar tensões inaceitavelmente altas no pino de trava e resultam em sua ruptura.

Adicionalmente, em tais garras convencionais, o pino de trava é tipicamente martelado lugar no e mantido firmemente por forças friccionais aplicadas primariamente pela colocação dos furos na ponta com relação ao furo no bi- co de adaptador. No entanto, o desgaste da ponta e adaptador tendera a afrouxar a conexão e aumentar o risco de soltar o pino de trava. Conseqüentemente, o pino de trava é freqüen- temente colocado inicialmente bem justo na abertura definida de modo a adiar o tempo em que desenvolve frouxidão excessi- va. O pino de trava deve então ser acionado para dentro e para fora da abertura por golpes repetidos de um martelo grande. Isto pode ser uma tarefa inconveniente e demorada, especialmente nas garras de dimensões maiores.

Um elastômero de recuperação foi colocado na fren- te do pino de trava em um esforço para manter um encaixe justo entre a ponta e o adaptador quando o desgaste começa a se desenvolver. Enquanto o elastômero funciona para puxar a ponta para o adaptador, também reduz a habilidade da trava em resistir às forças de momento e reversas aplicadas. Estas cargas tendem a colocar mais tensão no elastômero que este pode suportar. Como um resultado, durante o uso, a sobrecar- 2 0 ga de trabalho do elastômero pode resultar em sua falha pre- matura e perda do pino de trava, que então resulta em perda da ponta.

A perda da ponta devido a falha do pino, problemas de frouxidão ou elastômero não somente resulta em perda pre- matura da ponta e desgaste do bico do adaptador, mas também em possível dano à maquinaria que pode estar processando ma- terial escavado, particularmente em uma operação de minera- ção. Além do mais, desde que o adaptador é freqüentemente soldado no lugar, a substituição de um adaptador usualmente resulta em significante paralisação para o equipamento de cavar.

Uma variedade de desenhos de ponta e bico diferen- tes foram desenvolvidos para aumentar a estabilidade do aco- plamento de ponta-adaptador, reduzir as forças que tendem a ejetar a ponta, e diminuir a carga na trava.

Em desenho de uma garra 1' (figura 23) a extremi- dade dianteira do bico 2' e encaixe 3' são fornecidos com uma configuração quadrada tendo planos de estabilização su- perior e inferior 5', 6'. Por conta do plano 5', uma carga descendente central P' na extremidade livre 4c' da ponta 4' será transmitida para a ponteira do bico 2a' de modo a gerar uma força de reação vertical A' que em geral não possui com- ponente horizontal substancial tendendo a ejetar a ponta do bico. Contudo, a força de reação B' ainda gerará um compo- nente horizontal para frente substancialmente na traseira da ponta que tende a empurrar a ponta do bico. Enquanto este desenho aperfeiçoa a estabilidade da ponta sobe o sistema de 2 0 garra convencional, ainda aplica uma força de ejeção subs- tancial e pode colocar altas forças de cisalhamento na tra- va .

Em outro desenho, tal como descrito na Patente U.S. N°. 5.709.043 para Jones e outros, o bico e encaixe são 2 5 fornecidos com uma seção quadrada dianteira e superfícies de suporte traseiras que são substancialmente paralelas ao eixo longitudinal da garra. Nesta construção, o efeito combinado dos planos de estabilização dianteiros e as superfícies de suporte paralelas criam forças de reação na ponteira e base do bico que são em geral somente verticais. Tais forças de reação verticais em geral não gerarão componentes horizon- tais substanciais. Conseqüentemente, esta construção reduz enormemente as forças que tende a empurrar a ponta para fora do adaptador. Tal estabilização da ponta também reduz o des- locamento e movimento da ponta no bico de adaptador para desgaste reduzido. Contudo, múltiplos outros fatores (tais como impactos, etc.) bem como forças reversas podem ainda aplicar altas forças de cisalhamento na trava.

Em um outro desenho, tal como descrito na Patente U.S. N°. 4.353.532 para Hahn, a ponta e adaptador são forne- cidos com uma volta ou rosca helicoidal de modo que o ponto é rodado em torno de seu eixo longitudinal quando montado no bico de adaptador. Por conta das roscas, a ponta roda em torno do eixo longitudinal da garra e geralmente pressiona a trava contra o bico de adaptador quando forças de ejeção são aplicadas. A trava é muito menos provável de falhar quando sob estes tipos de forças de compressão quando opostas às altas forças de cisalhamento aplicadas em garras convencio- nais. Enquanto esta construção fornece grandes benefícios de resistência e retenção, o bico e o encaixe são complexos e mais dispendiosos para fabricar.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO 2 5 A presente invenção pertence a um conjunto de des-

gaste que fornece um acoplamento estável que é capaz de re- sistir a carga pesada sem colocar tensão indevida na trava.

Em um aspecto da invenção, o conjunto de desgaste inclui superfícies de suporte que são formadas tal que o e- lemento de desgaste é apertado no adaptador com a aplicação de certas cargas no elemento de desgaste. Em uma construção preferida, as superfícies de suporte são orientadas tal que os componentes horizontais de forças de reação geradas para resistir, por exemplo, a cargas verticais centralmente apli- cadas são direcionadas para trás de modo a empurrar o ele- mento de desgaste mais firmemente no bico de adaptador.

Em outro aspecto da invenção, o elemento de des- gaste roda para dentro e para fora do adaptador em torno de seu eixo longitudinal para resistir melhor às forças de eje- ção. Em uma modalidade preferida, a rotação é realizada com trilhos em geral lineares e ranhuras que são fáceis e pouco dispendiosas para fabricar. Estes trilhos e ranhuras comple- mentares permitem que o conjunto tenha um perfil mais delga- do que de outro modo possível com roscas helicoidais para melhor penetração em usos de escavação e menos uso de metal. Tais trilhos e ranhuras também evitam a geração de elevado- res de alta tensão devido ao uso de ranhuras relativamente pontiagudas usadas para formar roscas helicoidais.

Em outro aspecto da invenção, o bico de adaptador ou encaixe do elemento de desgaste é formado com trilhos que divergem quando se estendem para trás. 0 bico ou encaixe complementar então inclui ranhuras que recebem de modo cor- respondente os trilhos. Em uma modalidade preferida, a di- vergência vertical dos trilhos evita uma montagem axial do elemento de desgaste e exige que o elemento de desgaste gire quando é movido para dentro e para fora do bico de adapta- dor.

Em outro aspecto da invenção, o adaptador inclui duas superfícies de suporte posicionadas em lados opostos do eixo longitudinal e voltadas em direções opostas. Em uma mo- dalidade preferida, estas superfícies de suporte reduzem o desgaste nas fibras externas no topo e fundo do bico. Além do mais, as superfícies de suporte são de preferência forma- das como parte de trilhos no adaptador de modo a formar uma seção transversal em geral em formato de Z. Em outro aspecto da invenção, o bico de adaptador

e encaixe do elemento de desgaste alarga quando se estendem para frente. Em uma modalidade preferida, o adaptador e o encaixe incluem trilhos e ranhuras complementares que diver- gem para exigir giro do elemento de desgaste durante a ins- talação. Esta construção fornece espaço suficiente para re- ceber o bico alargado para frente no encaixe para resistir melhor a ejeção do elemento de desgaste.

Em outro aspecto da invenção, a trava é afunilada para encaixar em um canal complementar para reduzir forças 2 0 friccionais e facilitam a inserção e remoção da trava. Nesta configuração, o comprimento da trava não desliza de modo friccional através de aberturas alinhadas, mas em vez disto engata os lados do canal em ou perto do lugar de engate. 0 martelamento da trava quando é inserida ou removida é evita- do. Em uma modalidade preferida, a trava inclui um elemento de trava para prender a trava no canal para impedir a perda indesejada ou ejeção.

Os objetivos, aspectos e vantagens precedentes e outros serão mais facilmente entendidos sob consideração da descrição detalhada seguinte da invenção, tomada em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um siste-

ma de garra de escavação de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida do

sistema de garra.

A Figura 3 é uma vista em elevação dianteira de um

adaptador para o sistema de garra.

A Figura 4 é uma vista dianteira do bico de adap- tador somente com a superfície de suporte dianteira paralela

ao plano da vista.

A Figura 5 é uma vista em perspectiva traseira de

uma ponta para o sistema de garra.

A Figura 6 é uma vista em elevação traseira da

ponta.

A Figura 7 é uma vista de topo, parcial do sistema

de garra.

2 0 A Figura 8 é uma vista em seção transversal do

sistema de garra tomada ao longo da linha 8-8 na Figura 7.

A Figura 9 é uma vista em elevação lateral da pon- ta posicionada para montar no bico de adaptador.

A Figura 11 é um diagrama de força vetor do siste- 2 5 ma de garra de acordo com as Figuras 1 e 2.

A Figura 12 é uma vista em perspectiva de uma mo- dalidade alternativa de um sistema de garra de acordo com a presente invenção. A Figura 13 é um diagrama de força vetor do siste- ma de garra de acordo com a Figura 12.

A Figura 14 é uma vista em elevação lateral de um adaptador e outra modalidade alternativa de um sistema de garra de acordo com a presente invenção.

A Figura 15 é uma vista em perspectiva explodida de um segundo sistema de garra de acordo com a presente in- venção com uma trava alternativa.

A Figura 16 é uma vista lateral parcial do segundo sistema de garra com a trava alternativa em sua posição de travamento.

A Figura 17 é uma vista em seção transversal par- cial tomada ao longo da linha 17-17 na Figura 16.

A Figura 18 é uma vista em perspectiva da trava

alternativa.

A Figura 19 é uma vista traseira da trava alterna- tiva engatada com um ponto de um sistema de garra alternati- vo .

A Figura 2 0 é uma vista lateral de outra trava al- 2 0 ternativa inserida em um sistema de garra.

A Figura 2 0a é uma vista em perspectiva da trava

ilustrada na Figura 20.

A Figura 2 0b é uma vista lateral de outra trava alternativa inserida em um sistema de garra. A Figura 21 é uma vista lateral de outra trava al-

ternativa inserida em um sistema de garra.

A Figura 21a é uma vista em perspectiva da trava ilustrada na Figura 21. A Figura 21b é uma vista em perspectiva da trava ilustrada na Figura 21 com as partes de base do elastômero e detentores ilustrados em tracejado.

A Figura 22 é um diagrama de força vetor de um sistema de garra convencional.

A Figura 23 é um diagrama de força vetor de outro sistema de garra conhecido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

A presente invenção está direcionada a um conjunto de desgaste para proteger uma superfície de desgaste. Em particular, o conjunto de desgaste é especialmente adaptado para uso em escavação, mineração, construção e similar. O conjunto de desgaste é bem adequado para uso em formar um sistema de garra de escavação, ma poderia ser usado para formar outros elementos de desgaste.

Para propósitos de ilustração, a aplicação presen- te descreve a construção da invenção como um sistema de gar- ra de escavação. A produção de outras partes de desgaste (por exemplo, blindagem) utilizaria as mesmas construções de 2 0 bico e encaixe, mas poderia ter extremidades de trabalho e montagem diferentes. No interesse de descrição somente, os termos tais como superior, inferior, vertical, etc. são usa- dos neste relatório e são para serem entendidos como perten- cendo ao sistema de garra como orientado na Figura 1. 0 uso destes termos não é uma indicação que aquelas orientações particulares são exigidas para o conjunto de desgaste. 0 conjunto de desgaste poderia ser orientado de modo diferente de como ilustrado na Figura 1. Em uma construção preferida, um sistema de garra compreende uma ponta 12, adaptador 14 e trava 16 (Figuras 1-10) . 0 adaptador 14 de preferência inclui um bico se pro- jetando para frente 18 e uma extremidade de montagem 21 na forma de um par de pernas se estendendo para trás 22 (Figu- ras 1, 2, e 9-10). As pernas 22 são adaptadas para enforqui- Ihar a borda de cavar 23 d um escavador e ser soldada no lu- gar. No entanto, a extremidade de montagem poderia ser dife- rente para ficar o adaptador de outras maneiras, tal como por uma fixação mecânica ou sendo integralmente fundida com a borda de cavar. Em adição, especialmente em garras gran- des, o adaptador poderia ser fixado a um segundo adaptador ou similar, que é então preso à borda de cavar.

0 bico é em geral em formato de borda e formado por paredes convergentes 24, 26, paredes laterais 28, 30 e uma superfície de suporte dianteira 32. A superfície de su- porte 32 é adaptada para receber cargas axialmente direcio- nadas aplicadas ao elemento de desgaste 12. As paredes con- vergentes 24, 26 são de preferência formadas com uma curva transversa suave para resistência melhorada e durabilidade (Figuras 3 e 8) , embora eles pudesse ser planos, fornecidos com uma curvatura maior, ou formados com outra configuração. As paredes laterais 28, 3 0 se estendem em geral em planos paralelos, embora de preferência com um ligeiro afunilamen- 2 5 to. No entanto, as paredes laterais poderiam ser formadas com uma inclinação substancial se desejado. As bordas de transição entre as paredes convergentes e as paredes late- rais são em geral arredondadas para minimizar a concentração de tensão nestas localizações.

As paredes laterais 28, 30 do bico 18 são formadas com um flanço 34 e um trilho 35 tendo uma superfície externa 36 e a superfície lateral 37 (Figuras 2, 3, 4 e 9) . Em uma construção preferida, enquanto os trilhos 3 5 se estendem pa- ra trás em planos substancialmente paralelos (isto é, com a extensão traseira das paredes laterais) , eles divergem um do outro quando se estendem para trás. Especificamente, um tri- lho 35a se estende da superfície de suporte 32 em uma dire- ção para trás que é substancialmente paralela à extensão traseira da parede convergente 26, e um trilho 3 5b se esten- de para trás a partir da superfície de suporte 32 em uma di- reção que é substancialmente paralela à parede convergente 24. Desta maneira, os trilhos 35a e 35b divergem em direções em geral verticais quando se estendem para trás. Os trilhos são de preferência formados com faces lineares e profundida- des e larguras em geral constantes, primeiramente para fa- bricação mais fácil. No entanto outras configurações sejam possíveis.

2 0 Em uma construção preferida, um trilho se estende

adjacente e substancialmente paralelo a cada parede conver- gente 24, 26. Conseqüentemente, uma borda externa de cada parede convergente 24, 26 define o topo ou fundo do trilho adjacente enquanto a superfície lateral 37 se estende em ge- 2 5 ral paralela à extensão traseira da parede convergente. Con- tudo, variações são possíveis. Por exemplo, as superfícies laterais podem ter um formato não linear ou uma extensão que não é paralela à parede convergente. Adicionalmente, os tri- lhos podem ser espaçados das paredes convergentes tal que poderiam ter uma segunda superfície lateral (não ilustrada) afastadas das paredes convergentes 24, 26.

A superfície externa 36 de cada trilho 35 é subs- tancialmente vertical. De preferência, a superfície lateral 37 e o flanço 34 são inclinados para formar um recesso em geral em formato de V 40 (Figuras 3 e 8) . Conseqüentemente, a superfície lateral 3 7 e o flanço 34 apresentam uma área de superfície que é transversa à vertical para formar superfí- cies de suporte primárias para cargas vertical e lateral a- plicadas na ponta 12. As paredes convergentes 24, 26 formam superfícies de suporte secundárias que podem contatar o en- caixe sob carga pesada e depois do desgaste das partes. Cada superfície lateral 37 é de preferência colocada a um ângulo de 75 a 115 graus com relação a seu flanço respectivo 34, e mais preferivelmente a um ângulo de 95 graus. Contudo, ou- tros ângulos poderiam ser usados. Os flanços 34 são em geral triangulares em formato tal que expandem quando se estendem para trás para formar uma parte progressivamente maior de 2 0 cada parede lateral 28, 30.

A ponta 12 possui uma configuração em geral em formato de cunha definida por paredes convergentes 43, 45 e paredes laterais 47, 49 (Figuras 1-10). As paredes conver- gentes 43, 45 se estreitam para formar uma borda de cavar se projetando para frente 51. Um encaixe abrindo para trás 53 é fornecido para receber o bico de adaptador 18

0 encaixe 53 é de preferência formatado para rece- ber correspondentemente o bico de adaptador 18 (Figuras 5, 6 e 8) . Conseqüentemente, o encaixe é definido por superfícies convergentes 55, 57, superfícies laterais 59, 61 e uma su- perfície dianteira 63. Cada superfície lateral 59, 61 é for- mada com uma ranhura 65 e uma estria se projetando para den- tro ou protuberância 67. As ranhuras 65 são formatadas para receber os trilhos 35 no bico adaptador. Portanto, na cons- trução preferida, as ranhuras 65 são de preferência formadas para se estender ao longo das superfícies convergentes opos- tas 55, 57. As protuberâncias 67 definem uma superfície Ia- teral 69 e uma superfície interna 71 que se opõe e se apoia contra a superfície lateral 37 e o flanço 34, respectivamen- te. Portanto, a superfície lateral 69 e a superfície interna 71 formam superfícies de suporte primárias para cargas apli- cadas em geral verticalmente, enquanto as superfícies con- vergentes 55, 57 formam superfícies de suporte secundárias que podem contatar o bico sob carga pesada ou depois do des- gaste das partes. A superfície dianteira 63 é adaptada para apoiar a superfície de suporte 32 durante o carregamento a- xial.

2 0 Enquanto o bico é de preferência no adaptador e o

encaixe na ponta para minimizar a quantidade de metal neces- sária no elemento de desgaste, um bico se estendendo para trás poderia ser fornecida na ponta a ser recebida em um en- caixe definido no adaptador. Também, as construções de en- caixe e bico poderiam ser invertidas de modo que os trilhos internos (não ilustrados) poderiam ser fornecidos no encaixe com ranhuras correspondentes fornecidas no bico (não ilus- trado) . Por conta dos trilhos divergentes 35 e ranhuras 65, a ponta 12 deve ser girada ou rodada quando é encaixada no bico de adaptador 18. Na construção preferida, a ponta roda da ordem de um oitavo de uma volta quando é instalada.

Como um resultado, a ponta encaixa no bico adaptador da mes- ma maneira que se a ponta e o adaptador fossem formados com roscas helicoidais em vez de trilhos retos e ranhuras. A ponta 12 é montada no bico 18 orientando primeiro a ponta 12 com respeito ao bico 18 de modo que a parte traseira 73 de cada ranhura 65 é localizada adjacente à parte dianteira 75 de um trilho correspondente 3 5 a fim de receber o trilho, como ilustrado na Figura 9. Porque as ranhuras são vertical- mente divergentes, o alinhamento da extremidade dianteira dos trilhos com a extremidade traseira das ranhuras faz a ponta ser rodada com relação a sua posição final. Portanto, quando a ponta é deslizada no bico, o ponto é rodado em tor- no do eixo longitudinal X para fornecer ampla folga para os trilhos, finalmente fazendo os trilhos serem inseridos nas ranhuras respectiva 65. A Figura 10 ilustra a ponta 12 mon- tada no bico 18 com os trilhos 35 completamente inseridos nas ranhuras 65 do encaixe 53.

A presente invenção alcança assim certas vantagens fornecidas pelos conjuntos de desgaste anteriores fornecidos com roscas helicoidais (por exemplo Patente U.S. N°. 4.353.532), mas com uma geometria mais simples e menos dis- pendiosa para fabricar. Os trilhos opostos da presente in- venção são mais fáceis de fundir que os conjuntos de rosca helicoidal. Em adição, o uso de trilhos maiores e ranhuras em vez de ranhuras helicoidais mais pontiagudas diminui os elevadores de tensão no bico para resistência e durabilidade melhorada.

A presente invenção também obtém outras vantagens sobre os conjuntos de rosca helicoidal convencionais. A pre- sente invenção não usa uma base cônica para o bico, mas em vez disto usa um formato de cunha de perfil mais delgado. Assim, a altura do bico (entre a superfície de topo e fundo) não é restrito por uma base cônica, e portanto a altura do bico pode ser ajustada de acordo com a necessidade. 0 bico da presente invenção pode portanto ser usado para formar sistemas de garra com perfis mais delgados que aqueles for- necidos com roscas helicoidais. 0 sistema de garra de perfil mais delgado que aqueles fornecidos com roscas helicoidais. O sistema de garra de perfil mais delgado fornece melhor pe- netração durante a escavação e exige menos metal para fazer.

Em adição, o grau de torção pode ser variado mu- dando o ângulo que define a divergência dos trilhos. Em ge- ral, quanto maior o ângulo, maior a quantidade de torção que 2 0 a ponta sofre durante a instalação e remoção.

Com esta construção, a ponta 12 é posicionada de modo estável no bico de adaptador 18. Quando comparado a uma garra convencional, uma carga vertical centralmente aplicada Pl na extremidade livre 51 da ponta 12 gera uma força de e- jeção menor por conta dos componentes horizontais das forças de reação Al e Bl (Figura 11) . Por exemplo, uma carga des- cendente central Pl na extremidade livre 51 da ponta 12 gera forças de reação Al e Bl na ponteira e base do bico 18. 0 componente vertical de força de reação Al é em geral a mesma que a carga Pl mais o componente vertical de força de reação BI. No entanto, porque a inclinação do trilho 35 que resiste ao movimento ascendente da extremidade traseira ou base da ponta é na direção oposta à parede convergente inferior 45, o componente horizontal da força de reação Bl é direcionada para trás para empurrar a ponta no adaptador em vez de eje- tá-la. Esta força de retenção ou perto então desvia pelo me- nos parcialmente a força de ejeção devido ao componente ho- rizontal da força de reação Al. Enquanto cargas com compo- nentes verticais aplicadas em partes diferentes da ponta 12 podem nem sempre criar a força de aperto indicada, o efeito ocorrerá sob cargas normais por uma vantagem significante.

Em outra construção preferida, a extremidade livre dianteira 42 do bico 18a é formada para ter uma configuração em geral retangular com planos de estabilização superior e inferior 44, 46 (Figuras 12 e 13). Estes planos 44, 46 se estendem substancialmente paralelos ao eixo longitudinal da garra para fornecer suporte adicional para estabilizar a 2 0 ponta no adaptador, particularmente em resistir cargas ver- ticalmente direcionadas na extremidade dianteira da ponta 12a. Os planos substancialmente paralelos podem ser inclina- dos ao eixo longitudinal para até cerca de sete graus para propósitos de desenho. Enquanto os planos podem ser inclina- dos em ângulos maiores, sua função de estabilização tende a diminuir com uma inclinação crescente. 0 encaixe 53a da pon- ta 12a inclui um par de planos de estabilização de extremi- dade dianteira 78, 79 que engatam planos 44, 46 no bico de adaptador 18a. A extremidade dianteira do encaixe é de pre- ferência dada uma configuração em geral retangular para com- binar com a extremidade dianteira do bico, embora os forma- tos diferente de retangular para as extremidades dianteiras do bico e encaixe são possíveis.

No sistema de dente preferido 10a, uma carga des- cendente centralmente aplicada P2 na extremidade livre da ponta 12a cria uma força de reação substancialmente vertical A2 com geralmente nenhum componente horizontal atuando como uma força de ejeção (Figura 13). Como discutido acima, a in- clinação dos trilhos gera um componente horizontal com uma força de retenção na extremidade base da ponta em vez de uma força de ejeção. Portanto, com este carregamento o efeito total das superfícies de suporte (isto é, os planos e os trilhos) é para apertar a ponta no adaptador em vez de eje- tá-la.

Esta construção fornece um aperfeiçoamento subs- tancial na estabilidade da ponta. A geração das forças de aperto resultantes diminuirá o carregamento no pino de trava e reduzir o risco de perda da ponta. As forças de aperto re- sultantes tenderão também a reduzir o movimento do ponto no bico de adaptador, que por sua vez reduzirá o desgaste da construção de garra. Além do mais, porque o sistema é aper- tado enquanto sob carregamento vertical e axial predominante 2 5 ou normal, as tolerâncias de fabricação podem ser relaxadas para fabricação mais fácil e menos dispendiosa, o uso de pi- nos de trava de estilo de recuperação (com elastômeros de suporte de carga) podem ser eliminados, e exigências de me- dição podem ser reduzidas sem encurtar a vida útil da garra. Em vez disto, a garra terá durabilidade aumentada.

Em um sistema de garra convencional (ver Figura 22) , as fibras externas das paredes convergentes superior e inferior 2a, 2b, do bico 2 (isto é, aquelas superfícies es- paçadas verticalmente mais longe do eixo longitudinal) ten- dem a ter níveis de alta tensão sob carregamento vertical devido à tendência de tais cargas em curvar o bico. Em gar- ras convencionais, as superfícies convergentes externas for- mam as superfícies de suporte primárias bem como suportando os níveis de tensão mais altos. Como um resultado, estas su- perfícies se movem e friccionam contra as paredes de encaixe e experimentam um alto grau de desgaste sob carga pesada. Na presente invenção, os trilhos 35 e flancos 34 formam as su- perfícies de suporte primárias. Desde que as superfícies de suporte estão mais perto do plano horizontal central do sis- tema de garra, o desgaste destas superfícies possui menos efeito na habilidade do bico em suportar cargas de alta cur- vatura que o desgaste das paredes convergentes externas. Com 2 0 menos desgaste, o sistema de dente da presente invenção é um conjunto mais forte e mais durável. Como um resultado, um sistema de garra menor feito de acordo com a presente inven- ção, que exige menos metal e tem melhor penetração, pode substituir sistemas de garra convencionais maiores. Além do 2 5 mais, esta redução de desgaste em fibras externas permitirá que o módulo de seção permaneça quase o mesmo por toda a vi- da do bico para manter a resistência do bico.

Como uma alternativa, devido à rotação usada para instalar e remover o sistema de garra, a extremidade dian- teira do bico e encaixe correspondente pode atualmente ser mais largo que a extremidade traseira do bico; isto é, as paredes laterais podem ser afuniladas para divergir ligeira- mente a um ângulo até cerca de 5 graus quando se estendem para frente. Esta expansão das larguras de bico e encaixe na frente do bico tenderá a restringir as trajetórias para re- mover a ponta do bico para a rotação designada mesmo quando ocorre desgaste. Como um resultado, esta construção fornece resistência crescente a forças que tendem a remover a ponta e forças especialmente inversas.

Como outra alternativa, o bico pode ser fornecido com trilhos se estendendo longitudinalmente 80 que incluem faces externas 81 e faces de suporte laterais 83 (Figura 14) . As superfícies de suporte laterais 83 são em geral pa- ralelas uma a outra e ao eixo longitudinal X da garra. Nes- tas disposições, a profundidade dos trilhos de preferência aumenta quando os trilhos se estendem para trás; isto é as paredes convergentes do bico formam as superfícies superior e inferior dos trilhos respectivos 80 embora as superfícies laterais 83 se estendam para trás em uma orientação que é em geral paralela ao eixo longitudinal da garra. Contudo, os trilhos poderiam ter uma profundidade constante e simples- mente ser espaçados da parede convergente respectiva. Sem a divergência dos trilhos, a ponta não é rodada no bico do a- daptador. Enquanto alguns dos benefícios para ter a ponta girada quando é instalada e removida não se aplicam a esta modalidade, os trilhos ainda continuam a fornecer uma super- fície estabilizante (quando comparado com o sistema de garra convencional) que reduz as tensões nas fibras externas das paredes convergentes e, como discutido acima, reduz o des- gaste das faces de suporte em resistir a forças de curvatu- ra. 0 uso de somente dois trilhos que formam uma seção transversal em geral em formato de Z aperfeiçoa os benefí- cios de carregamento e desgaste indicados para uma quantida- de de material reduzida. Esta modalidade pode ainda ser usa- da quando a torção da ponta durante a instalação não é dese- jada ou possível. Como um exemplo, as pontas poderiam ser soldadas a uma placa e o conjunto então montado coletivamen- te nos bicos de adaptador projetados ao longo da borda de cavar.

Quanto a todas as modalidades, o bico e pontas são de preferência formados para serem rotacionalmente simétri- cos em torno do eixo longitudinal X de modo que as pontas podem ser montadas inversamente no bico. Contudo, bico e/ou pontas assimétricos poderiam ser usados nesta invenção.

0 conjunto de ponta e adaptador da presente inven- ção pode ser usado com uma ampla variedade de travas dife- rentes para resistir a remoção da ponta do adaptador. Porque a trava 16 suporta forças de compressão pelo menos parcial- mente em lugar de forças de cisalhamento (e assim experimen- ta carga de cisalhamento reduzida) em resistir a ejeção da 2 5 ponta 12 do bico 18, a trava não precisa ser robusta como as travas usadas com outros conjuntos de ponta e adaptador con- vencionais aplicando substancialmente somente cargas de ci- salhamento nas travas. A colocação da trava 16 é de prefe- rência ao longo de um lado do bico 18, como ilustrado nas Figuras 1 e 2. No entanto, a trava poderia ser fornecida em outras localizações incluindo uma passagem central vertical ou horizontal (tal como em sistemas de garra convencionais) .

Adicionalmente, virtualmente qualquer trava convencional u- sada para prender pontas aos adaptadores incluindo pinos de trava sólidos, pinos com elastômeros de recuperação, ou tra- vas com envoltórios rígidos tal como descrito na Patente U.S. N°. 5.469.648 para Jones e outros, poderiam ser usados

em conjunto com esta invenção.

A Figura 2, por exemplo, ilustra uma trava 16 na forma de um pino de trava de acionamento direto que é rece- bido em um canal vertical 89 no lado do bico. Como é conhe- cido, a ponta é fornecida com pelo menos uma orelha se es- tendendo para trás 91 tendo uma alheta se estendendo para dentro 93 para engatar o lado traseiro do pino e reter a ponta no adaptador. De preferência, uma orelha e alheta é fornecida em ambos os lados da ponta (não ilustrado) de modo que a ponta pode ser reversível montada em cada uma das po- sições de 180 graus. Enquanto o canal e pino são ilustrados com uma configuração linear, poderiam ser curvados como na Patente U.S. N°. 4.965.945 para Emrich.

Na construção preferida, um pino de travamento a- funilado 16' é fornecido para prender a ponta no adaptador. Referindo-se mais particularmente às Figuras 15-18, um bico 18' possui um canal vertical afunilado 103 ao longo de um lado para receber um pino de travamento afunilado 16'. Embo- ra a trava possa ser afunilada ao longo de seu comprimento inteiro, somente precisa ser afunilado ao longo de uma parte substancial de seu comprimento. Na construção preferida, a superfície dianteira 104 arqueia gradualmente para trás do comprimento inteiro da trava de modo que o afunilamento se estende ao longo substancialmente do comprimento inteiro da trava. A Figura 15 ilustra u canal cego que se estende so- mente parcialmente através do bico e afunila em uma extremi- dade fechada 105 no fundo. Contudo, um canal aberto que se estende inteiramente através do adaptador poderia ser usado com o pino afunilado se desejado.

O pino de travamento 16' possui um formato afuni- lado correspondente para encaixar dentro do canal afunilado 103 (Figuras 15-18). O pino de travamento 16' de preferência termina em uma ponta estreita 106. 0 pino 16' possui uma parte de suporte 107 que possui uma superfície dianteira 104 para engatar o ressalto 109 do bico (isto é a borda diantei- ra do canal 103) e uma superfície traseira para engatar a alheta 93' da orelha 91' Na modalidade ilustrada nas Figuras 15-18, o pino de travamento 16' possui uma tela 111 que se 2 0 estende para trás para reforçar a trava contra forças axiais e assegurar a inserção apropriada do pino de trava. No en- tanto, o pino de trava poderia ter um formato circular uni- forme, retangular ou outros como desejado.

O bico 18' define uma fenda 113 em comunicação com o canal 103 para permitir a alheta 93' e a orelha 91' passar ao longo do lado do bico para uma posição dentro do canal. 0 pino 16' define um recesso 115 atrás da superfície traseira 107 e próxima da tela 111 para receber uma parte da alheta 93'. O pino de travamento 16' pode ser formada a partir de qualquer método convencional, tal como por fundição.

0 pino de trava 16' é de preferência retido no ca- nal 103 através do uso de um elemento de travamento. Na mo- dalidade ilustrada nas Figuras 15-18, o elemento de trava- mento é um parafuso fixador 121. 0 canal 103 de preferência inclui uma endentação 12 5 para receber o parafuso fixador para reter melhor o pino de travamento no canal 103, mas a endentação não é exigida. Uma vez que o pino de trava 16' é instalado no canal 103, o parafuso fixador 121 é apertado. 0 parafuso fixador 121 pode ser virado na extremidade ou for- necido com um anel de retenção ou outros dispositivos para impedir o parafuso fixador de se tornar desassociado do pino de trava. O pino de trava de preferência inclui uma prate- leira suspensa 123, que protege o parafuso fixador de des- gaste. Uma mola (não ilustrada) pode também ser associada com o parafuso fixador para inibir o afrouxamento durante a vibração.

O pino de trava 16' poderia ser usado em conjunto 2 0 com outros conjuntos de desgaste. Por exemplo, como ilustra- do na Figura 19, o pino de trava poderia ser usado para re- ter um ponto 12 8 com um encaixe em formato de cunha simples, orelhas 132, alhetas 130. Um pino de trava afunilado de a- cordo com a presente invenção poderia também ser usado em sistemas de garra tendo furos centrais vertical ou horizon- tal (não ilustrados).

Alternativamente, outros elementos de travamento podem ser fornecidos, tal como um detentor com base de elas- tômero para resistir à remoção do pino da ranhura. Em adi- ção, enquanto a modalidade das Figuras 15-18 ilustra o ele- mento de travamento acoplando o pino de trava no adaptador, o elemento de travamento pode em vez disto engatar operavel- mente o pino de trava na ponta. Em adição, o elemento de travamento não precisa ser fixado no pino de travamento, mas em vez disto pode ser um elemento separado ou fixado no a- daptador ou ponta (ver, por exemplo, o bujão na Patente U.S. N0. 4.965.945).

Como exemplos de pinos de trava, alternativos 131, 133 (Figuras 20-20L·, e 21-21b) possuem construções afunila- das que poderiam ser usadas no lugar do pino de trava 16' . Opino de trava 131 possui um detentor 134 que é orientado para uma extremidade 13 6 por um elastômero 13 8 para encaixar sob uma saliência 140 definida no bico de adaptador. 0 de- tentor de preferência possui uma superfície de contato pro- jetada 136a para formar um engate seguro com a saliência 140. O detentor 134 é de preferência aderido ao elastômero 13 8 que por sua vez é aderido em um bolso do corpo fundido 13 5, No pino de trava 133, o detentor 141, é orientado para mover ao longo de uma trajetória arqueada 143 por um elastô- mero 145. A extremidade livre 147 do detentor 141 engata um entalhe 14 9 ou similar definido no bico de adaptador. Em ca- da caso, o bico de adaptador inclui uma fenda estreita (não mostrada) pelo qual uma ferramenta pode ser inserida para empurrar os detentores nos elastômeros para liberar os de- tentores 134, 141 quando a remoção das travas é desejado.

Uma das vantagens de um pino afunilado é que é mais fácil de instalar e remover que um pino de acionamento direto convencional. As superfícies afuniladas permitem que o pino de travamento seja inserido sem encontrar qualquer resistência da superfície da ponta ou bico até que o pino de travamento é quase inteiramente inserido no canal. 0 pino de travamento afunilado pode ser removido usando uma ferramenta de alavanca, em vez de ser martelado porque o pino precisa somente se deslocar uma distância curta antes de estar livre do canal. Uma vez livre, o pino de trava pode ser removido manualmente. Em contraste, com um pino de trava de aciona- mento direto convencional, as duas superfícies de suporte do pino são quase paralelas a fim de assegurar o bom contato de suporte entre a ponta e o bico. Conseqüentemente, o pino de travamento de acionamento direto encontra resistência signi- ficante ao longo da distância inteira de deslocamento quando é inserido ou removido do conjunto de desgaste.

Outra vantagem do pino de trava afunilado da pre- sente invenção é que a força exigida para remover a trava com o elemento de trava engatado é maior que aquele exigido 2 0 para remover um pino de travamento de acionamento direto convencional. O pino de travamento afunilado é impedido de mover para baixo porque a ranhura estreita ou termina, e o elemento de travamento, tal como o parafuso fixador, impede o pino de trava de mover para cima para fora da ranhura. O 2 5 pino de trava então conta com interferência mecânica, em vez de um encaixe apertado, para impedir a remoção do pino de travamento afunilado uma vez instalado.

A discussão acima refere-se a modalidades preferi- das da presente invenção. Várias outras modalidades bem como muitas mudanças e alterações podem ser feitas sem se afastar do espírito e aspectos mais amplos da invenção como reivin- dicado .

Claims (10)

1. Elemento de desgaste, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma extremidade dianteira (51) , um encaixe (53) tendo uma extremidade traseira a- berta para receber um bico (18) fixado a uma máquina de es- cavar, o encaixe (53) sendo definido por superfícies conver- gentes (55, 57), superfícies laterais, (59, 61), uma super- fície dianteira (63) e a extremidade traseira aberta, e ten- do um eixo longitudinal (X), e uma superfície lateral (69) posicionada entre a superfície dianteira (63) e a extremidade traseira aberta do encaixe (53) que está voltado em uma direção, geralmente, na direção de uma das superfícies convergentes (55, 57), CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície lateral (69) é inclinada com relação ao eixo longitudinal (X) para produ- zir, em uso, uma força de resistência (Bl) tendo um compo- nente que tende a puxar o elemento de desgaste (12) para trás, na direção do bico (18), para determinadas cargas (Pl) aplicadas à extremidade dianteira (51) do elemento de des- gaste (12) .

2. Elemento de desgaste, de acordo com a reivindi- cação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície late- ral (69) é inclinada com relação ao eixo longitudinal (X) na mesma direção geral que a superfície convergente (55, 57) , na direção para a qual as superfícies laterais (55, 57) es- tão geralmente voltadas.

3. Elemento de desgaste, de acordo com a reivindi- cação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície lateral (69) se estende ao longo de uma das ditas superfí- cies laterais (55, 57) do encaixe (53).

4. Elemento de desgaste, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que compre- ende adicionalmente duas superfícies laterais (69), em que uma primeira das ditas superfícies laterais (69) está volta- da, geralmente, na direção de uma primeira das superfícies convergentes (55) , e uma segunda das ditas superfícies Iate- rais (69) está voltada na direção de uma segunda das super- fícies convergentes (57).

5. Elemento de desgaste, de acordo com a reivindi- cação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira e segunda superfícies laterais (69) estão ao longo superfícies Iate- rais (55, 57).

6. Elemento de desgaste, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que cada superfície lateral (69) se estende a partir da superfície dianteira (63) para a superfície traseira do encaixe.

7. Conjunto de desgaste (10) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um elemento de desgaste, de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, um bico (18) recebido den- tro do encaixe (53) e uma trava (16) para fixar de maneira destacável o elemento de desgaste (12) ao bico(18).

8. Conjunto de desgaste (10) de acordo com a rei- vindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o bico (18) tem uma superfície lateral (37) para engatar cada superfície la- teral (69) do elemento de desgaste (12).

9. Conjunto de desgaste (10) de acordo com a rei- vindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que cada superfície lateral (37) do bico (18) se estende ao longo de uma parede lateral (28, 30) do bico (18).

10. Conjunto de desgaste (10) de acordo com a rei- vindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que cada su- perfície lateral (37) do bico (18) é inclinada com relação ao eixo longitudinal (X) na mesma direção que a superfície lateral (69) do elemento de desgaste (12) que ele engata.