CN102828538A - 用于重型机械的辊圈组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于重型机械的辊圈组件。重型运土机具有下结构和上结构，该上结构由该下结构可旋转地支撑用于绕轴线旋转。大致圆形下轨道安装在下结构上且包括倾斜的下表面。大致圆形上轨道安装在上结构上且包括大致平的上表面，该上表面取向成大致垂直于所述轴线。锥形辊在下轨道的上方支撑上轨道，用于该上轨道绕所述轴线旋转。每个辊与上表面及下表面均接合，并且每个辊限定辊轴线并绕该辊轴线旋转，该辊轴线以非直角与轴线相交。

Description

用于重型机械的辊圈组件
技术领域
本发明涉及辊圈组件，特别是涉及用于重型机械的辊圈组件。
背景技术
在重型运土设备诸如用于采掘的拉铲挖掘机或动力铲中，上结构由辊圈组件可旋转地支撑在下结构上。吊杆通常从上结构延伸，并且槽轮放置在吊杆的上端上。取决于应用，卷扬绳从槽轮大体向下延伸到铲斗或挖斗。在拉铲挖掘机应用中，铲斗还由牵引绳连接到上结构。卷扬绳和牵引绳均能够控制铲斗的移动。拉铲挖掘机的下结构通常安装在履带上或安装在用于在地面上移动的行走矿车机构上。
辊圈组件限定上结构相对于下结构的旋转轴线。升降销能够沿着该轴线延伸并将上结构连接到下结构。小齿轮驱动件也可以安装在上结构上，用于与安装在下结构上的环形齿轮相接合，该环形齿轮操作使上结构相对于下结构旋转。辊圈可包括：上圆形轨道，其联接到上结构；下圆形轨道，其联接到下结构；以及辊，其定位在所述圆形轨道之间。轨道能够是分段形式。辊通常是锥形的，它们的较大直径位于径向向外处。
在重型运土设备中的辊圈组件在直径上测量可以从三米到大于20米。总计几百公吨的极重载荷可以通过支承组件传递到下结构，并且由吊杆上的载荷所产生的倾覆力矩能够在支承组件的小分段上产生高度集中的应力。上结构和下结构之间的不对准能够进一步导致高度集中的应力。这种不对准可能是由于升降销周围因固有公差或通过磨损而产生的间隙引起。而且，沿着辊圈的给定弧长的加载在诸如挖、倾卸、转移等的操作期间会不均匀。在动态非均匀加载下，辊圈组件的辊可以相对于轨道扭曲或变形，进一步将载荷集中在相对小的接触面积上并导致代价高的失效。
发明内容
在一个示例性实施例中，重型运土机包括下结构和上结构，该上结构由该下结构可旋转地支撑用于绕轴线旋转。大致圆形下轨道安装在下结构上且包括倾斜的下表面。下轨道与轴线大致同心。大致圆形上轨道安装在上结构上且包括大致平的上表面，该上表面取向成大致垂直于所述轴线。锥形辊在下轨道上方支撑上轨道，用于该上轨道绕所述轴线旋转。每个辊与上表面及下表面均接合。
在另一个示例性实施例中，重型运土机包括：耳轴组件，其限定中心轴线；框架组件，其绕该中心轴线旋转；以及辊圈组件，其支撑该框架组件。该辊圈组件包括：下轨道，其具有倾斜的下表面；上轨道，其具有大致平的上表面，该上表面取向成大致垂直于中心轴线；以及多个锥形辊，其定位在下轨道和上轨道之间。每个辊与上表面及下表面均接合。
在又一个示例性实施例中，支承组件在重型运土机的下结构的上方可旋转地支撑重型运土机的上结构，用于绕中心轴线旋转。该支承组件包括：下轨道，其限定下表面，该下表面相对于轴线倾斜；以及上轨道，其限定大致平的上表面，该上表面取向成大致垂直于轴线。上轨道能够相对于下轨道绕中心轴线旋转。支承组件还包括多个锥形辊，所述多个锥形辊可旋转地定位在上轨道和下轨道之间。所述多个辊支撑上轨道，用于相对于下轨道绕轴线旋转。
通过考虑详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1是动力铲的侧视图，该动力铲包括辊圈组件。
图2是沿着图1的线2-2截取的剖视图。
图3是图2的剖视图的放大部分，示出了该辊圈组件的辊区域。
图4是来自图1的铲的辊圈组件的顶视图。
应理解，本发明在其应用上并不限于下列说明书中所阐明的或上述附图中所示出的部件的构造细节和布置。本发明能够具有其它实施例并且能够被以各种方式实施或执行。另外，需理解的是，此处所使用的措辞和术语是出于说明目的，并且不应被视为限制性的。
具体实施方式
图1示出动力铲2，该动力铲2包括：下结构、矿车或基座4，其可以是以履带驱动机构或行走机构的形式；以及上结构或驾驶室6，其可旋转地支撑在该基座4的上方。吊杆7从该驾驶室6延伸并且支撑挖斗8。结合该吊杆7，一系列槽轮、引导件和线被用来操纵该挖斗8，用于挖掘和采掘操作。
还参考图2，辊圈组件10位于基座4和驾驶室6之间，并且可旋转地支撑驾驶室6绕中心轴线12旋转。更具体地，该辊圈组件10安装在上回转框架组件14和下框架组件15之间，该上旋转框架组件14支撑驾驶室6，该下框架组件15与基座4相关联。上框架组件14和下框架组件15进一步通过耳轴组件16可旋转地彼此联接。辊圈组件10和耳轴组件16协作以将载荷从上框架组件14转移到下框架组件15。
耳轴组件16联接到上框架组件14和下框架组件15，并且在上框架组件14和下框架组件15之间延伸。下框架组件15限定孔17，该孔17接纳升降销18。该升降销18压配到孔17中，并且通过紧固环20进一步紧固到下框架组件15。升降销18大体能够被视为限定轴线12，驾驶室6和上框架组件14绕该轴线12相对于基座4和下框架组件15旋转。升降销18从下框架组件15向上延伸，并且延伸穿过由上框架组件14所限定的孔21。孔21的大小使得上框架组件14能够绕升降销18自由地旋转。在一些构造中，套筒或套管22可以定位在升降销18和上框架组件14之间从而有利于这样的旋转。
升降销18的螺纹部23延伸超出上框架组件14的顶表面24之外，并且螺母组件25紧固到螺纹部23以将上框架组件14联接到升降销18。螺母组件25包括：螺纹螺母26；推力构件27；以及在该螺母26和该推力构件27之间的支承构件28。一旦安装并且适当地被拧紧，螺纹螺母26就锁到升降销18，从而防止螺纹螺母26和升降销18之间的相对旋转。螺母26和推力构件27的对置表面相对于中心轴线12倾斜。该支承构件28接合螺母26和推力构件27的对置表面，从而提供螺母26和推力构件27之间的相对旋转。在上框架组件14相对于下框架组件15的旋转期间，升降销18和螺母26保持相对于下框架组件15大致固定，而推力构件27随同上框架组件14旋转。
还参考图3-4，辊圈组件10包括多个锥形辊36，所述多个锥形辊36通过承载圈组件38联接在一起，该承载圈组件38将辊36相互连接。每个辊36限定大体截头圆锥形滚动表面54，并且每个辊36包括(相对于中心轴线12)在内端处的减径部56和(相对于中心轴线12)在外端处的扩径部58。辊36位于大体圆形下轨道42和大体圆形上轨道44之间。
下轨道42联接到下框架组件15，并且上轨道44联接到上框架组件14。下轨道42限定大体截头圆锥形下表面46，该下表面46的内周边缘相对于下表面46的外周边缘升高。上轨道44限定大致平的环状上表面48，该上表面48取向成大致垂直于中心轴线12。在上框架组件14相对于下框架组件15旋转期间，辊36的滚动表面54沿下轨道42的下表面46和上轨道44的上表面48滚动。在一些构造中，上轨道44和下轨道42每个均由多个单独的弓形轨道部组成，所述弓形轨道部被布置以形成圆形上轨道44或下轨道42。
如图3中最佳所示，每个辊36限定中心钻孔50，该中心钻孔50进而限定辊轴线52，当上轨道44相对于下轨道42绕中心轴线12旋转时，辊36绕该辊轴线52旋转。由于下表面46和上表面48的取向，辊轴线52以非直角与中心轴线12相交。
下表面46和上表面48至少部分地基于由辊36的截头圆锥形滚动表面54所限定的角度相对于中心轴线12取向。如上所讨论，虽然下表面46相对于中心轴线12倾斜，但是上表面取向成大致垂直于中心轴线12。
参考图2和图3，为了使上框架组件14相对于下框架组件15旋转，铲2包括环形齿轮60，该环形齿轮60联接到下框架组件15，并且大体环绕辊圈组件10且与辊圈组件10同心。驱动件64联接到上框架组件14并且驱动小齿轮62，该小齿轮62与环形齿轮60驱动地接合。因此，当驱动件64使小齿轮62旋转时，上框架组件14相对于下框架组件15旋转。
在示出的构造中，环形齿轮60包括大体面向内的截头圆锥形接触表面66，该接触表面66抵抗辊36的径向向外偏转。取决于由辊圈组件10所支撑的载荷，一个或更多个辊36的外端可以径向向外偏转并接触接触表面66。以这种方式，接触表面66可以协助维持辊36相对于上轨道44和下轨道42的适当的对准。结果，在一些构造中，环形齿轮60可被视为辊圈组件10的一部分。例如，环形齿轮60可以与下轨道42成一体。在替代构造中，分离的专用环可以环绕辊36并提供适当的接触表面用于被辊36的外端接合。
与其中下轨道和上轨道的上表面和下表面都是大体截头圆锥形或相对于中心轴线12倾斜的辊圈组件相比，使上表面48取向成大致垂直于中心轴线12减小或消除倾向于导致辊36相对于上轨道44和下轨道42的不对准的力，从而减小施加到各部件的最大应力。例如，如在图3的受力图中所示，从上轨道44在中心轴线12的方向上施加到辊36上的载荷在辊36的上部上产生力R。因为表面48垂直于中心轴线12，所以来自表面48的反作用力仅仅指向在轴线方向上。
力R通过辊36传递并被下轨道42的下表面46反作用出。下表面46相对于力R的方向倾斜。垂直于下表面46且因此相对于中心轴线12成角度的合成反作用力RF包括在大致与中心轴线12平行的方向上的分量RFy以及在与中心轴线12垂直的方向上的分量RFx，该分量RFx倾向于径向向外地推动辊36抵靠接触表面66。接触表面66用在与中心轴线12垂直的方向上的径向反作用力RRF抵抗RFx。因为在大致类似的高度处施加辊36的RFx和接触表面66的RRF，所以，即使存在任何倾向于使辊轴线52相对于中心轴线12的角度增加或减小的倾覆力矩也很小。减小倾覆力矩能够进而减小辊36上的载荷和应力并在下表面46、滚动表面54和上表面48上产生更均匀的应力分布。
将前述构造与其中上轨道的上表面相对于中心轴线12倾斜即带有成角度的上表面的构造相比，由上轨道对辊的加载引起在上表面和辊之间的反作用力，该反作用力具有径向向外指向且与中心轴线12垂直的分量。因为该分力的作用线与接触表面66相隔相当大的距离，所以产生倾向于使辊绕接触表面66的上边缘在(如图3中所观察的)逆时针方向上旋转的力矩。该力矩倾向于使辊相对于上轨道和下轨道且相对于接触表面66不对谁，从而产生点和线加载情况，所述点和线加载情况能够显著地增加施加到这些部件的应力。引入具有平的上表面48的上轨道44大致消除将倾向于使辊不对准的力矩，并且因此通过减小各部分中的总应力来提高部件寿命。
虽然上面的描述具体涉及铲，但是应理解，此处进一步讨论的辊圈组件10可以在其它应用诸如拉铲挖掘机、起重机、轮式挖掘机、横向排运输送机(cross-pit conveyors)等中使用，在所述其它应用中，上结构或驾驶室6相对于下结构或基座4旋转。

Claims (20)

1.一种重型运土机，包括：
下结构；
上结构，所述上结构由所述下结构可旋转地支撑，用于绕轴线旋转；
大致圆形下轨道，所述下轨道安装在所述下结构上且具有倾斜的下表面，所述下轨道与所述轴线大致同心；
大致圆形上轨道，所述大上轨道安装在所述上结构上且具有大致平的上表面，所述上表面取向成大致垂直于所述轴线；以及
多个锥形辊，所述多个锥形辊在所述下轨道的上方支撑所述上轨道，用于所述上轨道绕所述轴线旋转，每个辊与所述上表面及所述下表面均接合。
2.根据权利要求1所述的重型运土机，其中每个辊能够绕辊轴线旋转，所述辊轴线以非直角与所述轴线相交。
3.根据权利要求1所述的重型运土机，进一步包括耳轴组件，所述耳轴组件限定所述轴线。
4.根据权利要求3所述的重型运土机，其中所述下结构包括下框架组件，并且所述耳轴组件包括销，并且其中所述销固定地联接到所述下框架组件。
5.根据权利要求1所述的重型运土机，进一步包括：环形齿轮，所述环形齿轮安装在所述下结构上；驱动件，所述驱动件安装到所述上结构；以及小齿轮，所述小齿轮安装在所述驱动件上且与所述环形齿轮接合，其中由所述驱动件引起的所述小齿轮的旋转使所述上结构绕所述轴线旋转。
6.根据权利要求5所述的重型运土机，其中所述环形齿轮大体环绕所述下轨道。
7.根据权利要求5所述的重型运土机，其中所述环形齿轮包括接触表面，所述接触表面维持所述辊相对于所述上轨道和所述下轨道的对准。
8.根据权利要求7所述的重型运土机，其中所述接触表面是大致截头圆锥形，并且所述接触表面大体径向向内面向。
9.一种重型运土机，包括：
耳轴组件，所述耳轴组件限定中心轴线；
框架组件，所述框架组件绕所述中心轴线旋转；
辊圈组件，所述辊圈组件支撑所述框架组件，所述辊圈组件包括下轨道、上轨道和多个锥形辊，所述下轨道具有倾斜的下表面，所述上轨道具有大致平的上表面，所述上表面取向成大致垂直于所述中心轴线，所述多个锥形辊定位在所述下轨道和所述上轨道之间，每个辊与所述上表面及所述下表面均接合。
10.根据权利要求9所述的重型运土机，进一步包括下框架组件，所述下框架组件支撑所述耳轴组件，其中所述耳轴组件包括销，所述销与所述轴线大致同心。
11.根据权利要求9所述的重型运土机，其中每个辊能够绕辊轴线旋转，所述辊轴线以非直角与所述中心轴线相交。
12.根据权利要求9所述的重型运土机，进一步包括：环形齿轮，所述环形齿轮联接至所述下轨道且相对于所述下轨道固定；驱动件，所述驱动件安装到所述框架组件；以及小齿轮，所述小齿轮安装在所述驱动件上且与所述环形齿轮接合，其中由所述驱动件引起的所述小齿轮的旋转使所述框架组件绕所述轴线旋转。
13.根据权利要求12所述的重型运土机，其中所述环形齿轮大体环绕所述下轨道。
14.根据权利要求12所述的重型运土机，其中所述环形齿轮包括接触表面，所述接触表面维持所述辊相对于所述上轨道和所述下轨道的对准。
15.根据权利要求14所述的重型运土机，其中所述接触表面是大致截头圆锥形，并且所述接触表面大体径向向内面向。
16.一种支承组件，所述支承组件用于在重型运土机的下结构的上方可旋转地支撑所述重型运土机的上结构，所述上结构能够绕中心轴线旋转，所述支承组件包括：
下轨道，所述下轨道限定下表面，所述下表面相对于所述轴线倾斜；
上轨道，所述上轨道限定大致平的上表面，所述上表面取向成大致垂直于所述轴线，所述上轨道能够相对于所述下轨道绕所述中心轴线旋转；以及
多个锥形辊，所述多个锥形辊可旋转地定位在所述上轨道和所述下轨道之间，所述多个辊支撑所述上轨道，用于相对于所述下轨道绕所述轴线旋转。
17.根据权利要求16所述的支承组件，每个辊限定辊轴线并绕所述辊轴线旋转，所述辊轴线以非直角与所述轴线相交。
18.根据权利要求16所述的支承组件，进一步包括环形齿轮，所述环形齿轮联接至所述下轨道且相对于所述下轨道固定，其中所述环形齿轮大体环绕所述下轨道。
19.根据权利要求18所述的支承组件，其中所述环形齿轮包括接触表面，所述接触表面维持所述辊相对于所述上轨道和所述下轨道的对准。
20.根据权利要求18所述的支承组件，其中所述接触表面是大致截头圆锥形，并且所述接触表面大体径向向内面向。
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