CN102239297B - 用于机械连接的失效机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用在附连系统中的锁定装置，附连系统将地面接合工具连接到铲斗唇缘。铲斗唇缘具有附连到铲斗唇缘的突起，且底面接合工具具有在使用时接纳突起的凹陷。锁定装置在使用时设置在突起与地面接合工具之间。锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由施力件施加的力使受力件从本体的第一侧突出并与突起接合。本发明涉及为锁定装置提供优选的失效模式。锁定装置构造成突起、本体、施力件和受力件的相对硬度使得通过突起施加到受力件的突出部分的足够大的力会优先在本体或施力件的变形之前引起压缩件的突出部分的变形。

Description

用于机械连接的失效机构

技术领域

本发明涉及一种磨损部件至底层结构的机械连接。关于地面接合工具到运土设备的铲斗的连接而形成该机械连接。

背景技术

用于运土设备的地面接合工具(GET)、诸如用在开采操作中的地面接合工具在高磨蚀环境中运行，并受到显著磨损。因此诸如铲斗齿的GET需要定期更换。

传统上，GET焊接到铲斗的唇缘上。当GET接近其使用寿命末期时，可将其从铲斗切割下来，并将新的GET焊接在其合适的位置。

应当理解，这种切割和再焊接操作是复杂、耗时且相对昂贵的。此外，其必须通常在车间中完成，需要将铲斗从运土设备运走。

业已提出各种机械附连方法来试图缓解这些问题。许多方法涉及使用插入铲斗的唇缘内的螺栓和类似的紧固装置。一般而言，已证实这种装置的使用受限。将螺栓等插入铲斗唇缘内可引起唇缘内不期望的应力集中，导致铲斗唇缘破裂。即使在避免该情况的情况下，GET所受到的巨大的力具有使连接螺栓变形的趋势，因此使得随后难以使用机械工具将其取出。实际上，在某些情况下，这种变形会非常严重，使得必须切去GET，完全消除了机械连接的任何优点。

响应于所述问题，申请人设计了克服所述问题的许多机械连接装置。在美国专利第7,219,454号中和美国专利申请第10/509,016号中详细描述了申请人的装置的示例，其内容通过引用纳入本文。

所述连接装置涉及：使用绕挖掘机铲斗唇缘上的突起或凸台安装的护罩；位于护罩与凸台之间的锁定装置；以及施加外部压缩力以保持护罩、锁定装置和凸台的相对位置。

尽管业已证实所述连接装置与先前的机械连接件相比远不容易经受变形，但也有连接装置由于被施加高于装置所能承受的负载而失效的情况。在已通过螺纹件施加外部压缩力的情况下，诸如美国申请第10/509,016号中所描述的，所观察到的一种失效模式是施力件与锁定装置之间匹配螺纹的变形。

当发生这种失效时，施力件(螺栓)就卡在锁定装置内。然后难以或者不可能使用常规机械工具将螺栓拆除。

根据螺栓与锁定装置的相对硬度，会发生任一螺纹的变形。在任一种情况下，结果都会是锁定装置卡住。

本发明寻求提供一种可基本上避免锁定装置的这种卡住的装置。

发明内容

本发明通过提供一种用于机械连接装置的失效模式来实现其效果，该模式不会导致锁定装置卡在机械连接装置内。

根据本发明的第一方面，提供了一种用在附连系统中的锁定装置，所述锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由施力件施加的力使受力件从本体的第一侧突出，且其中本体、施力件和受力件的相对硬度使得对受力件的突出部分施加足够大的力会优先在所述本体或所述施力件的变形之前引起受力件的突出部分的变形。

根据本发明的第二方面，提供了一种用在附连系统中的锁定装置，所述锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由施力件施加的力使受力件从本体的第一侧突出，且其中所述施力件的硬度大于所述受力件的硬度，使得对所述受力件的突出部分施加足够大的力会优先在所述施力件的变形之前引起受力件的变形。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于将地面接合工具连接到铲斗唇缘的附连系统，所述铲斗唇缘具有附连到所述铲斗唇缘的突起，所述地面接合工具具有在使用时接纳突起的凹陷，锁定装置在使用时设置在突起与地面接合工具之间，锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由施力件施加的力使受力件从本体的第一侧突出并与突起接合，且其中本体、施力件和受力件的相对硬度使得通过突起对受力件的突出部分施加足够大的力会优先在本体或施力件的变形之前引起压缩件的突出部分的变形。

如果施加足够的力引起锁定装置变形，则该布置使得该力优先导致受力件的变形。该件的变形允许锁定装置继续执行其锁定功能，并在必要时方便地拆除。

优选的是，施力件位于从本体的第二侧向内延伸的螺纹连接部内，本体的第二侧与第一侧相反。优选的是，施力件与受力件大致轴向对准。

受力件可大致呈柱形。在优选实施例中，受力件具有位于突出部分内的倒角外边缘。这允许受力件发生小程度的塑性变形而不会显著影响锁定装置的操作。

受力件的硬度可小于施力件硬度的90％。优选的是，受力件的硬度与施力件的硬度的比值在0.7和0.9之间。测试表明约0.8的硬度比值提供有效的结果。

附图说明

方便地参照本发明的附连系统和夹紧件的优选实施例来进一步描述本发明。也可能有其它实施例，且因此，以下讨论中的特殊性并不应理解为代替本发明先前描述的一般性。附图中：

图1是使用根据本发明的附连系统连接到铲斗唇缘的地面接合工具的剖视图；

图1a是图1的一区域的放大部分；

图2是示出附连系统内塑性变形后的图1的布置的剖视图；以及

图2a是图2的一区域的放大部分。

具体实施方式

图1和2示出基本上根据申请人的美国专利第7,219,454号和美国专利申请第10/509,016号的附连到铲斗唇缘12的地面接合工具10。

铲斗唇缘12包括其上表面上的突起22。突起22通过诸如焊接的适当方法附连到铲斗唇缘12。

地面接合工具10包括附连部分42，该附连部分42跨越铲斗12的上表面延伸，并具有与铲斗12的上表面相邻定位的接合凹陷50。接合凹陷50具有布置成绕突起22定位的第一部分。

地面接合工具10还具有稳定件98，所述稳定件98插入附连部分42的离开突起22的孔内。因此在突起22与稳定件98之间限定接合凹陷50的第二部分。锁定装置60位于接合凹陷50的该第二部分内。

锁定装置60具有三个主要件：本体61、大致柱形螺栓114形式的施力件、以及大致柱形突起接合件62形式的受力件。

本体61具有朝向突起22定向的第一侧64以及与第一侧64相反的第二侧66。因此第二侧66朝向稳定件98定向。

突起接合件62大部分容纳于在本体内从第一侧向内延伸的腔室80内。突起接合件62的外部63从第一侧64突出，以使其与突起22接合。

本体61具有从腔室80延伸到本体61的第二侧66的大致柱形槽110。槽110具有内螺纹。

螺栓114具有外螺纹，并布置成与具有内螺纹的槽110接合。螺栓114行进到槽内以在突起接合件62的后部上施力。这将突起接合件62的外边缘63推抵突起22。螺栓114的进一步的行进增加在突起接合件62上的压缩负载。该压缩力作用在突起22上，且反作用力又通过螺栓114借助于螺纹连接传递到本体61，然后传递到地面接合工具10的稳定件98和附连部分42。因此作用在地面接合工具10上的合力提高地面接合工具10与铲斗唇缘12的紧密接合。

这是图1中所示且在上文中引用的申请人的先前专利中描述的布置。

申请人现在已经对该布置的失效机制进行了某些实验工作。在使用期间，地面接合工具10可能受到在附连系统的部件上产生超出其屈服强度的应力的力。这使得所述部件变形。

应理解，引起应力集中很大程度上将取决于所涉及部件的几何形状。还应理解，屈服点会是所施加应力和部件硬度的组合。

本发明提出将各部件布置成在与外边缘63相邻的突起接合件62的突出部分上发生屈服。这可通过许多机制的组合来实现，包括对各部件的材料的适当选择、适当的硬度处理、以及相关几何形状的适当设计，从而避免螺纹内和稳定件上特别高的应力集中。具体来说，重要的是设计和处理本体61的内螺纹和螺栓114的外螺纹，使得突起接合件62的突出部分优先于螺纹变形。

图2中可以看到产生的变形。效果是突起接合件62的“蘑菇状扩张(mushrooming)”。该蘑菇状扩张的结果是突起接合件62将不能退入腔室80内。但是，螺栓114将仍然能够拧紧，从而恢复所要求的夹紧力，并还能够拆除，允许拆除稳定件98和锁定装置60。然后可按要求拆除和更换地面接合工具10。

如果需要重新使用锁定装置60，则在从地面接合工具10拆除锁定装置60之后，通过简单方便地拉出变形件62或通过使螺栓114行进通过腔室80，就可简单地拆除已变形的突起接合件62。然后能将新的突起接合件62推入位置。

在附图中的实施例中，会看出突起接合件62具有绕外边缘63的倒角65。其一个优点是小程度的塑性变形不会影响锁定装置60的使用。只有具有使外边缘63的直径扩大超出腔室80的直径的效果的变形才会使装置变形超过突起接合件能退入腔室80的点。因此，小变形不阻碍装置的方便再使用。

已经进行了一些测试来确定螺栓114与突起接合件62的相对硬度。

下表示出在上述锁定装置60上进行的受控测试的结果。所述测试是在水压机中进行的，以50KN的增量逐步增加负载。

^*在测试3中螺栓端部感应淬火至52Rc

这些结果表明突起接合件的硬度必须显著小于螺栓的硬度，从而优先进行突起接合件的蘑菇状扩张。具体来说，表明了突起接合件的硬度与螺栓的硬度之比需要为约0.8或更小。

认为对技术人员显而易见的变型和变体也在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种用于在附连系统中使用的锁定装置，所述锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由所述施力件施加力使所述受力件从所述本体的第一侧突出，且其中所述本体、所述施力件和所述受力件的相对硬度使得对所述受力件的突出部分施加足够大的力会优先在所述本体或所述施力件的变形之前引起所述受力件的所述突出部分的变形。

2.一种用于在附连系统中使用的锁定装置，所述锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由所述施力件施加力使所述受力件从所述本体的第一侧突出，且其中所述施力件的硬度大于所述受力件的硬度，使得对所述受力件的突出部分施加足够大的力会优先在所述施力件的变形之前引起所述受力件的变形。

3.如权利要求1或2所述的锁定装置，其中所述施力件位于从所述本体的第二侧向内延伸的螺纹连接部内，所述本体的所述第二侧与所述第一侧相反。

4.如权利要求3所述的锁定装置，其中所述施力件与所述受力件大致轴向对准。

5.如前述权利要求1或2所述的锁定装置，其中所述受力件的形状是大致柱形。

6.如权利要求5所述的锁定装置，其中所述受力件具有位于所述突出部分内的倒角外边缘。

7.如前述权利要求1或2所述的锁定装置，其中所述受力件的硬度小于所述施力件的硬度的90%。

8.如权利要求7所述的锁定装置，其中所述受力件的硬度与所述施力件的硬度的比值在0.7和0.9之间。

9.如权利要求8所述的锁定装置，其中所述受力件的硬度与所述施力件的硬度的比值约为0.8。

10.一种用于将地面接合工具连接到铲斗唇缘的附连系统，所述铲斗唇缘具有附连到所述铲斗唇缘的突起，所述地面接合工具具有在使用时接纳所述突起的凹陷，在使用时将锁定装置设置在所述突起与所述地面接合工具之间，所述锁定装置具有本体、施力件和受力件，使得由所述施力件施加力使所述受力件从所述本体的第一侧突出并与所述突起接合，且其中所述突起、所述本体、所述施力件和所述受力件的相对硬度使得通过所述突起对所述受力件的突出部分施加足够大的力会优先在所述本体或所述施力件的变形之前引起所述受力件的突出部分的变形。

11.如权利要求10所述的附连系统，包含如权利要求2至9中的任一项所述的锁定装置。