CN101487276A

CN101487276A - 挖掘机铲斗顶部组件

Info

Publication number: CN101487276A
Application number: CNA2009100020837A
Authority: CN
Inventors: S·L·麦克拉伦; M·R·阿古基斯; J·D·福克茨
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: AU2009200134B2; AU2009200134A1; CN101487276B; US8069593B2; US20090183398A1

Abstract

本发明涉及一种挖掘机铲斗顶部组件，该顶部组件能在安装到其它部件以形成挖掘机铲斗之前作为组件完成。该顶部组件包括平底板和带有两个弯曲部的顶板，它们均具有较简单的几何形状以便于制造。两个铰接板穿过所述顶板并且与底板和顶板两者接合。所述顶部组件包括设置在关键位置的连续焊接接头以避免会产生应力集中的焊接起始点和中止点。所述顶部组件形成刚硬且能抵抗疲劳的转矩管。

Description

挖掘机铲斗顶部组件

技术领域

本发明涉及挖掘机铲斗领域，更具体地涉及用于挖掘机铲斗的顶部组件或铰接组件。

背景技术

例如在美国专利No.6,865,464中所述的挖掘机可用于多种应用：在建筑行业中准备建筑工地，在采矿中将含矿石的物料装入卡车或装到运送装置上，在道路建设中截切道路斜坡以开出新路基，在管道铺设和公共设施作业中挖掘沟槽。在所有这些操作中，挖掘机利用铲斗挖入地面或堆积物内的物料中，以掘取物料，然后将物料倾卸。铲斗是执行这些作业的关键机具。

挖掘机铲斗承受极端的载荷和磨损。大型挖掘机上的挖掘机铲斗可用于掘入极硬和极密实的物料，例如松散夹杂硬粒或裂隙花岗岩(loosely shotor fractured granite)。对于这类作业，挖掘机铲斗需要高性能的钢和专门的构造来承受高震动载荷和极端磨损两者。除了承受这些最大载荷问题和磨损环境之外，挖掘机铲斗还必须足够强固以经受数千或在某些情况下上百万个循环(循环是挖入物料、掘取和倾卸的各次重复)。因此，挖掘机铲斗还需要对疲劳磨损和失效的抵抗力。

如果挖掘机铲斗失效，则更换铲斗会导致更大的部件和劳力花费。此外，更换铲斗将使挖掘机停工并降低其生产率，从而导致更多的成本。除了使挖掘机停工之外，铲斗失效也会使集成操作中的其它机械如运输卡车和破碎机停工，从而进一步增加损失。因而，能耐久多个循环而不破损的可靠挖掘机铲斗是挖掘机械所有者的重要需求。

挖掘机铲斗由于其尺寸和重量及其它因素而昂贵和难以制造。挖掘机铲斗通常被构造为由多个钢板件构成的焊接件。例如，用于60公吨的大型挖掘机的铲斗可约有2米高和2米宽，重约5公吨。操纵这些大而重的钢板件将它们彼此对齐、然后恰当地进行焊接将是困难和花费高的任务。需要大量部件和多次焊接的铲斗设计会增加成本。

因而，存在许多影响挖掘机铲斗设计的要求。该设计必须能提供这样的铲斗，其具有抵抗高的载荷、磨损和疲劳的适当性能特性，还能以经济的方式制造。为了实现有竞争力的铲斗设计，设计者必须确定设计特征和技术以满足和平衡所有这些要求。

发明内容

本发明涉及一种用于挖掘机铲斗的改进了设计的顶部组件，其在设计方面满足性能和制造性的要求，从而实现了既能抵抗失效又能经济地制造的铲斗。

附图说明

图1是带有新的顶部组件实施例的挖掘机铲斗的图示；

图2是与图1相同的图示，但是移除了顶部组件的顶板以揭示转矩管构造的更多细节；

图3是沿铰接板之一截取的剖视图；

图4是沿铲斗中心线截取的剖视图。

具体实施方式

图1和2示出具有底部20和弯曲踵部30的挖掘机铲斗10。两个侧部40和50与底部20和踵部30正交。底部20包括基缘21，在基缘21上安装有数个适配件、尖端和基缘保护件，它们通常被称作地面接合工具或GET。形成底部20一部分的一个或多个钢板可接合到形成踵部30一部分的包壳(wrapper)31上。各个侧部40、50包括侧板41、51，侧杆42、52和侧抗磨板43、53。本领域技术人员显然清楚，可使用不同的基本铲斗元件和结构来形成铲斗10。

与踵部30和侧部40、50接合的是顶部组件(有时被称作铰接组件)100。顶部组件包括顶板110、底板120和一对铰接板130、140。

图1示出处于组装状态并且与铲斗10的其余部分接合的顶部组件100。在该视图中，顶板110和铰接板130、140是可见的，但是顶板110挡住了其余的顶部组件100的结构。在图2中，顶板110被移除以揭示其后面的结构。图3是沿铰接板130、140之一截取的剖视图。图4是沿铲斗10的中心截取的剖视图。

铰接板130包括两个孔131和132。同样，铰接板140包括两个孔141和142。孔131和141轴向对准并且支承穿过挖掘机斗杆的斗杆销。孔132和142轴向对准并且支承穿过挖掘机的动力联动件(power link)的联动销，动力联动件引起铲斗绕斗杆销的绕转(卷曲，curling)运动。这样，铰接板130、140形成两组两个轴向对准孔(131和141形成第一组的两个轴向对准孔，132和142形成第二组的两个轴向对准孔)。

顶部组件100的元件协作以形成转矩管150。转矩管150被设计成将转矩从其中部传递到其端部。转矩管150用于将由动力联动件和联动销产生的绕斗杆销的“绕转”转矩传递到侧部40、50和铲斗10的其余部分。当铲斗基缘21挖入物料中时，由动力联动件绕斗杆销产生的该扭转力将推进基缘的力部分地传递到基缘。除了转矩之外，在转矩管150上还存在各种其它载荷路径。转矩管150必须能够传递所有这些大的持久和震动的载荷和转矩。转矩管部分地通过使顶板110、底板120和铰接板130、140接合而形成，以形成刚性的管状结构。

顶板110限定顶表面111、底表面112、前缘113和后缘114。底板120限定顶表面121、底表面122、前缘123和后缘124。底表面112和顶表面121是大体封闭的转矩管150的内表面的一部分。顶表面111和底表面122是转矩管150的外表面的一部分。

底板120由扁平钢板原料形成。为了便于制造，底板120可不包括任意弯曲部，或任意形成在其中的较复杂的切口或形状。

顶板110也由扁平钢板原料形成。顶板110可包括两个弯曲部，其中第一弯曲部具有约105°-125°、更特别地约为115°的夹角，而第二弯曲部具有约100°-120°、更特别地约为110°的夹角。各个弯曲部大致平行于顶板110的前缘113。在组装好时所述夹角的每一个都面向底板120以帮助形成转矩管150的封闭的管状结构。转矩管150的由顶板110中的这些弯曲部形成的外表面廓形有助于使转矩管相对于特定、现有的传统快速联接器有效地定位，所述快速联接器可用于将铲斗10安装在挖掘机上。顶板110可如此容易地形成，即首先从板料切出其形状，然后在压弯机或其它类型的压机中形成弯曲部。尽管顶板可包括两个弯曲部，但它制造起来仍比较容易，因为它不需要任何复杂的形状或加工。

可通过将铰接板130、140安装到底板120而使铰接板彼此平行并与底板正交来开始组装顶部组件100。每个铰接板包括抵靠并焊接在底板120的顶表面121上的平底缘133、143。这些焊接接头(焊缝)之一在图4中用附图标记A示出。每条平底缘133、143具有与前缘123和后缘124之间的距离大致相等的长度。这样，铰接板130、140与底板120的抵靠接头从前缘123大致延伸到后缘124。有利地，所述抵靠接头无需延伸超出后缘124(在铰接板130、140还接合到包壳31的某些现有技术的设计中便是这样)，以便允许在一次组装中将铰接板130、140接合到底板120，而这可在接合到铲斗10的其余部分之前就全部完成。

在铰接板130、140和底板120之间可包括可选的一个或多个肋160。肋160可加强铰接板130、140和底板120之间的连接，增加转矩管150的刚度，以及在焊接和组装期间帮助保持对准。铰接板130、140和肋160两者中均可包括槽口-肋的一部分配合在各铰接板内的槽中，反之亦然-从而在它们之间形成互锁的对分接头(halved joint)。肋160可几乎在在铰接板130、140和底板120之间进行焊接的同时焊接到铰接板和底板上。

铰接板130、140可穿过并分开顶板110。这允许铰接板130、140焊接到底板120以及顶板110上，从而形成更强固和更刚硬的转矩管150。一些现有技术的设计不具有焊接到顶板和底板两者上的铰接板，而是铰接板仅焊接到底板上，这导致转矩管较不牢固。铰接板130、140可将顶板110分成三个分离的部段110a、110b和110c。部段110a和110c位于铰接板外侧，也就是说它们位于铰接板之一和铲斗10的侧部之一之间。部段110b位于铰接板内侧，或者在铲斗10中部位于两个铰接板之间。铰接板130、140和部段110a、110b和110c在形成于它们的相交处的焊接接头上并且沿着顶表面111被焊接。这些焊接接头之一在图4中用附图标记B示出。

顶板110和底板120沿第一和第二焊接接头彼此接合。第一焊接接头可沿着顶表面121形成在顶板110的后缘114与底板120的相交处。该焊接接头在图4中用附图标记C示出。底板120可与顶板110重叠/互搭(即，底板比顶板和底板的相交处延伸得更远，并且顶板终止于相交处)以便形成该接头。由于后缘114与底板120接合并且不进一步延伸成与包壳31相交或接合，所以顶板110与底板120之间的组装能在顶部组件100接合到铲斗10的其余部分之前完成。

第二焊接接头可沿着底表面112形成在前缘123与顶板110的相交处。该焊接接头在图4中用附图标记D示出。为了制成该接头，可使顶板110与底板120重叠。这种构造有利地允许用从转矩管150的一端到另一端的连续、无中断的焊接来形成该焊接接头。在底板120与顶板110重叠的其它现有技术的设计中，该焊接接头形成在该相交处但是却位于顶表面121上，并且焊接接头因被铰接板中断而分段或裂断。本发明的发明人已确定，该第二焊接接头中的裂断会导致脆弱区域或应力集中，而这些是铲斗失效的重要原因。通过避免该第二焊接接头中的焊接起始点和中止点，可将应力集中减到最小并使铲斗更强固。该第二焊接接头存在于转矩管150的高载荷路径区域内，因而在该区域内减小应力集中是非常有利的。

顶部组件100的上述构造使得它能在安装到铲斗的其余部件上之前作为独立的模块完全组装好。将顶部组件100构造成独立的模块可具有若干优点。顶部组件100中的许多焊接操作能在安装到铲斗10的其余部件上之前全部进行。顶部组件100比整个铲斗10更小和更轻，因而顶部组件更易于到处移动和定位，使得这些焊接进行起来更简单。

形成在铰接板130、140中的孔131、132、141和142通常需要紧公差。传统上，这些孔在铰接板已固定到铲斗上之后通过机加工形成。由于铰接板130、140完全组装在顶部组件100中，所以这些孔131、132、141和142能在顶部组件100被组装之后但在顶部组件100被接合到铲斗其余部分之前被加工。与将整个铲斗10定位在打孔机上相比，将顶部组件100定位在打孔机上来打这些孔将是简单得多的作业，并且可使用更小的打孔机。

对于制造时的工作流程来说，可先完成顶部组件100，然后等着其余部件收聚在一起以组装成最终的铲斗10。顶部组件100甚至能设计成作为用于多于一种尺寸和/或类型的铲斗的顶部组件来工作。这样能造好单个顶部组件100，然后使其与不同的其余部件装配以形成各种铲斗。

在顶部组件100组装好后，它能安装到踵部30和侧部40、50上。包壳31被焊接到底板120上。侧杆42、52包括与转矩管150的端部重叠的耳部44、54。转矩管150的端部被焊接到这些耳部44、54上。在图1中示出完全组装好的铲斗10。

工业适用性

上述挖掘机铲斗顶部组件可用于用在包括建筑和采矿在内的许多行业中的挖掘机铲斗的构造。

Claims

1、一种用于挖掘机铲斗的顶部组件，包括：

具有前缘、后缘、顶表面和底表面的底板；

第一铰接板和第二铰接板，每个铰接板与所述底板正交并且固定在所述底板上，每个铰接板大体从所述底板的前缘跨越到后缘，所述两个铰接板彼此平行地设置并且各自具有两个孔，一个铰接板上的孔与另一个铰接板上的孔组合以形成两组两个轴向对准的孔；

顶板，所述顶板具有形成在其中的两个弯曲部、前缘、后缘、顶表面和底表面，所述顶板包括三个部分，其中第一部分设置在所述第一铰接板的外侧，第二部分设置在所述第一铰接板和所述第二铰接板的内侧，而第三部分设置在所述第二铰接板的外侧；

使所述顶板和所述底板接合的第一焊接接头，所述第一焊接接头形成在所述顶板的后缘和所述底板的后缘附近，并且形成在所述底板的顶表面上；和

使所述顶板和所述底板接合的第二焊接接头，所述第二焊接接头形成在所述顶板的前缘和所述底板的前缘附近，并且形成在所述底板的底表面上。

2、根据权利要求1所述的顶部组件，其特征在于，所述顶板、底板、第一铰接板和第二铰接板接合在一起以形成转矩管，所述转矩管用于将转矩从所述转矩管的中部传递到其端部。

3、根据权利要求2所述的顶部组件，其特征在于，所述第二焊接接头从所述转矩管的一个端部到相对的端部是连续的。

4、根据权利要求1所述的顶部组件，其特征在于，所述底板是平的。

5、一种用于挖掘机铲斗的顶部组件，包括：

具有前缘、后缘、顶表面和底表面的平底板；

顶板，所述顶板具有前缘、后缘、顶表面和底表面，所述顶板包括三个部分，其中第一部分设置在所述第一铰接板的外侧，第二部分设置在所述第一铰接板和所述第二铰接板的内侧，而第三部分设置在所述第二铰接板的外侧；

所述顶板和所述底板在各自的后缘附近彼此接合，所述底板与所述顶板的后缘重叠；以及

所述顶板和所述底板还在各自的前缘附近彼此接合，所述顶板与所述底板的前缘重叠。

6、根据权利要求5所述的顶部组件，其特征在于，所述顶板、底板、第一铰接板和第二铰接板接合在一起以形成转矩管，所述转矩管用于将转矩从所述转矩管的中部传递到其端部。

7、根据权利要求6所述的顶部组件，其特征在于，还包括：

8、根据权利要求7所述的顶部组件，其特征在于，所述第二焊接接头从所述转矩管的一个端部到相对的端部是连续的。

9、根据权利要求8所述的顶部组件，其特征在于，所述顶板具有形成在其中的第一弯曲部和第二弯曲部，其中所述第一弯曲部和所述第二弯曲部的每一个都大致平行于所述顶板的前缘。

10、根据权利要求9所述的顶部组件，其特征在于，所述第一弯曲部具有约为115度的夹角，所述第二弯曲部具有约为110度的夹角。

11、一种挖掘机铲斗，包括：

第一侧部和第二侧部；

弯曲踵部；

接合并固定在所述第一侧部、所述第二侧部和所述弯曲踵部上的顶部组件，所述顶部组件形成转矩管，所述顶部组件包括：

具有前缘、后缘、顶表面和底表面的底板；

具有形成在其中的两个弯曲部、前缘、后缘、顶表面和底表面的顶板；

使所述顶板和所述底板接合的第二焊接接头，所述第二焊接接头形成在所述顶板的前缘和所述底板的前缘附近，并且形成在所述底板的底表面上，所述第二焊接接头从所述第一侧部到所述第二侧部连续地延伸。

12、根据权利要求11所述的挖掘机铲斗，其特征在于，所述顶部组件还包括：

第一铰接板和第二铰接板，每个铰接板与所述底板正交并且固定在所述底板上，每个铰接板大体从所述底板的前缘跨越到后缘，所述两个铰接板彼此平行地设置并且各自具有两个孔，一个铰接板上的孔与另一个铰接板上的孔组合以形成两组两个轴向对准的孔。

13、根据权利要求11所述的挖掘机铲斗，其特征在于，所述顶板中的所述两个弯曲部包括第一弯曲部和第二弯曲部，所述第一弯曲部和所述第二弯曲部的每一个形成为大致平行于所述顶板的前缘。

14、根据权利要求13所述的挖掘机铲斗，其特征在于，所述第一弯曲部具有约为115度的夹角，所述第二弯曲部具有约为110度的夹角。