CN102864813A - 一种稳定的挖掘机铲斗齿、齿座及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定的挖掘机铲斗齿、齿座及其组件。组件包括具斗齿腔的斗齿、具齿座头的齿座和锁销件，斗齿的斗齿腔具有与齿座头的外表面互补的内表面，齿座头的前端具有正交于该齿座头的中心轴线的前端面，齿座头的上部和下部均从前端面起依次设有第一组配合面、过渡面和第二组配合面，前述的每组配合面和过渡面均包括至少三个横向依次排列且对称设置的配合面，各相邻配合面之间成预设的钝角，并且每组配合面中位于中间的配合面与齿座头的中心轴线平行，而位于两侧的配合面则与中心轴线平行或沿着中心轴线方向自后向前略微收缩。本发明在受多维复杂作用力时受力比较均匀、能保持较高的稳定性，同时有利于降低铸造较大尺寸斗齿时的废品率以降低生产成本，特别适用于工程机械和矿山机械中挖掘、装载作业机械。

Description

一种稳定的挖掘机铲斗齿、齿座及其组件

技术领域

本发明涉及工程机械和矿山机械中挖掘、装载作业机械的部件，具体涉及挖掘机铲斗齿、齿座及其配合组件。

背景技术

挖掘机是一种常用的工程机械和矿山机械，在进行挖掘、装载作业时，挖掘机的铲斗是进行挖掘和装载作业的机构，在作业中铲斗起切削及装载物料的作用。由于工作环境恶劣，铲斗不仅受力非常复杂，而且需要承受巨大的磨损。如果在铲斗的前端不采取任何保护或加强措施的话，铲斗的工作部位将很快被磨钝甚至破损，从而无法满足其应在较长时间内保持高效工作的要求。在铲斗的工作边安装铲斗齿组件是解决这一问题的通行做法，通过安装铲斗齿组件可以保护铲斗工作端不被过早、过快地磨损并增加铲斗前端的锋利程度，增强铲斗的切削、装载能力，并且可以通过更换已磨损失效的铲斗齿组件中的一部分，实现维持铲斗的锋利和高效的工作状态，同时由于只是部分组件的更换，从而有利于降低使用成本。

通常，铲斗齿组件由斗齿、齿座和将斗齿锁附至齿座上的锁销件组成。斗齿的后部具有腔体，齿座前端突出有一可容纳于所述腔体内的齿座头，齿座头插入所述腔体后通过锁销件将斗齿腔体和齿座头稳固地结合在一起。当斗齿破损或磨损至需要更换时，通过拆除锁销件即可卸下旧斗齿并换上新斗齿，从而保持铲斗的锋利和高效。

铲斗的工作环境非常恶劣、复杂，其前端的铲斗齿组件要承受挖斗施加给它的巨大而多变的力，且这些力的方向是多维多变的，因此，斗齿必须可靠地固定在齿座上，以承受各种复杂的轴向载荷、横向载荷、侧向载荷、冲击力、扭矩力、剪切力及振动力等。

由于铲斗齿组件在作业过程中受力复杂，斗齿和齿座相互间的配合结构非常重要，这也是业内设计人员创新的重点。配合结构较高的稳定性、足够的组合强度以及易拆装性是业内设计人员追求的目标。

本申请人曾经在剖析当时现有技术的基础上设计出了一种挖掘齿组件、齿座及斗齿，申请并获得了专利号为ZL200810205012.2的中国发明专利。该专利公开的挖掘齿组件，包括斗齿、齿座和锁定件，斗齿后部提供有腔体，齿座前端提供有齿座头，该齿座头容纳于斗齿的腔体中，斗齿的腔体和齿座头通过锁定件稳固地组合在一起，斗齿的腔体具有与齿座头的外表面互补的内表面，其特征在于，齿座头的上部提供有第一过渡连接面、第一配合面和第三配合面，齿座头的下部提供有第二过渡连接面、第二配合面和第四配合面，第一配合面和第三配合面通过第一过渡连接面连接，第二配合面和第四配合面通过第二过渡连接面连接，第一配合面和第二配合面分别与齿座头的中心轴线成预定的角度，第三配合面和第四配合面分别与齿座头的中心轴线平行，第三配合面和第四配合面分别连接齿座头的前端面，斗齿的腔体的内表面提供有分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面接触的多个配合面。该专利中的斗齿在受多维作用力时能保持较高的稳定性并与齿座组成具有足够组合强度的挖掘齿组件，同时斗齿的施加给锁定件的剪切力很小，因而锁定件被剪切破坏或在剪切力作用下剧烈磨损的可能性大为降低，从而保证了包括齿座、斗齿、锁定件在内的挖掘齿组件的稳定性和使用安全性。但在实际使用中发现其仍存在以下不足：其一是斗齿后端的腔体的内表面上的配合面数量较少，腔体的上部只在前端和后端各设有一个配合面，腔体的下部也只在前端和后端各设有一个配合面，故受力尚不够均匀；其二是由于前述斗齿腔体上部和下部的配合面数量少，故单个配合面的面积较大，这在斗齿尺寸较小时问题不大，但当斗齿的尺寸较大时，则在铸造过程中，可能因铸件在冷却收缩过程中由于各处冷缩不均而导致尺寸偏差较大，影响斗齿与齿座的配合精度，进而影响挖掘齿组件的稳定性，甚至于因尺寸偏差太大而无法有效配合导致报废；其三是斗齿腔体的侧壁与各配合面的连接处的曲率半径过小，连接处易成为应力集中点，从而在使用过程中相对容易出现开裂等问题。此外，申请号为CN201080013609.2的中国专利申请公开的“充分稳定的挖掘机斗齿附接装置”也存在类似的问题。

申请号为201110287418.1的中国专利申请公开的“一种挖掘机铲斗齿组件”，该专利中的齿座头的前端为棱柱状结构，后端为一楔形结构，但上部和下部为不对称结构，并且存在两两侧面之间相互垂直的设计，故其存在受力不均，以及垂直连接处应力过于集中而容易开裂的不足，同时，其前、后端配合面之间直接相连，容易出现在承受扭矩时两着力点过于接近而至承受的扭矩力过大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种挖掘机铲斗齿、齿座及其组件，以使该斗齿在受多维复杂作用力时受力比较均匀、保持较高的稳定性，同时有利于降低铸造较大尺寸斗齿时的废品率以降低生产成本，并且提供的斗齿与齿座所组合而成的挖掘齿组件，可有效改善斗齿腔与齿座头配合部位的受力。

本发明所述的挖掘机铲齿座，齿座的前部具有带锁销孔的齿座头，齿座头大体上后端大前端小，其特征在于齿座头的前端具有正交于该齿座头的中心轴线的前端面，齿座头的上部从前端面起依次设有第三组配合面、第一组过渡面和第一组配合面，齿座头的下部从前端面起依次设有第四组配合面、第二组过渡面和第二组配合面，齿座头的两侧具有连接齿座头上部和齿座头下部的侧连接面；前述的前端面及所有的配合面均指用于跟斗齿腔相应内表面接触配合的面，而前述的所有过渡面则与斗齿腔的对应内表面保持有一定距离而不跟斗齿腔的内表面接触配合；前述的每组配合面均包括至少三个横向依次排列且对称设置的配合面，各相邻配合面之间成预设的钝角，并且每组配合面中位于中间的配合面与所述中心轴线平行，而位于两侧的配合面则与所述中心轴线平行或沿着所述中心轴线方向自后向前略微收缩。

在两侧的配合面与所述中心轴线的两种关系中，优选配合面沿着所述中心轴线方向自后向前略微收缩，靠近前端面方向为收缩端。这些面可抵抗斗齿绕中心轴线的转动，起到对中稳固的作用。其优点：阻碍斗齿的扭转，使配合结构更加稳固，改善锁销件受力和斗齿腔与齿座头配合部分的受力，避免造成其断裂失效。综合考虑，收缩的程度以所述位于两侧的配合面与所述中心轴线之间的夹角小于10度为宜。

鉴于齿座在使用中受力的多向复杂性，故所述的前端面优选为弧形面，而所述齿座头的所有配合面为平面或近似平面。在此，本领域技术人员应当能够理解，虽然所有配合面为平面或近似平面，但包括配合面在内的所有相邻面的交界处并非形成一尖角，而是做了倒角处理而成圆滑过渡的，以消除应力。

考虑到挖掘机使用过程中的受力特性，为分散受力，优选的方式是：所述第三组配合面和第一组配合面中配合面的数目相同，且第三组配合面中各相邻配合面之间的夹角与第一组配合面中各对应相邻配合面之间的夹角相同；所述第四组配合面和第二组配合面中配合面的数目相同，且第四组配合面中各相邻配合面之间的夹角与第二组配合面中各对应相邻配合面之间的夹角相同。

综合考虑分散受力以及铸造加工过程中的产品质量稳定性，优选所述齿座头上每组配合面均由左、中、右三个配合面组成，且每组配合面中各相邻的两个配合面之间的夹角相同，均为120~150度。

齿座头的上部和下部可以对称，也可以不对称，但优选是所述齿座头的上部和下部对称，对称面为平行于每组配合面中位于中间的配合面且过所述中心轴线的平面。

为便于产品表面过渡及力的传递，所述第一组过渡面和第二组过渡面都由四个横向依次排列的面组成，且两两关于所述中心轴线对称，并与所述中心轴线成预定的角度。

所述侧连接面为平面，且垂直于所述的对称面。齿座头在实际使用过程中，侧面的受力通常较小，因此，齿座头的侧连接面可以设计成能够与斗齿腔的对应侧内壁接触配合，以承担一定的分力，也可以保留有小量的间隙，以便于生产和装配。

本发明所述稳定的挖掘机铲斗齿，斗齿的后部具有后端开口的斗齿腔，斗齿腔的后部两侧壁上设有锁销孔，斗齿腔大体上后端大前端小，其特征在于所述斗齿腔的内表面与所述的齿座头的外表面形状互补，并且除以下部位外的对应部位接触配合：

斗齿腔的第一组过渡面与所述齿座头的第一组过渡面之间以及斗齿腔的第二组过渡面与所述齿座头的第二组过渡面之间保持有一定的距离，同时，斗齿腔的内侧壁与所述齿座头的侧连接面之间保持有一定的间隙或能够形成接触配合。

本发明稳定的挖掘机铲斗齿组件，包括斗齿、齿座和锁销件，斗齿的后部具有后端开口的斗齿腔，齿座的前部具有齿座头，该齿座头容纳于斗齿的斗齿腔中，斗齿的斗齿腔和齿座头通过锁销件稳固地组合在一起，其特征在于：斗齿的斗齿腔具有与齿座头的外表面互补的内表面，并且除以下部位外的对应部位接触配合：

斗齿腔的第一组过渡面与所述齿座头的第一组过渡面之间以及斗齿腔的第二组过渡面与所述齿座头的第二组过渡面之间保持有一定的距离，同时，斗齿腔的内侧壁与所述齿座头的侧连接面之间保持有一定的间隙或能够形成接触配合；

齿座头的前端具有正交于该齿座头的中心轴线的前端面，齿座头的上部从前端面起依次设有第三组配合面、第一组过渡面和第一组配合面，齿座头的下部从前端面起依次设有第四组配合面、第二组过渡面和第二组配合面，齿座头的两侧设有连接齿座头上部和齿座头下部的侧连接面；前述的每组配合面均包括至少三个横向依次排列且对称设置的配合面，各相邻配合面之间成预设的钝角，并且每组配合面中位于中间的配合面与所述中心轴线平行，而位于两侧的配合面则与所述中心轴线平行或沿着所述中心轴线方向自后向前略微收缩。

本发明与现有技术相比，本发明的斗齿、齿座及其组配而成的组件，一方面由于配合面较多，各配合面与中心轴线平行或基本平行设置，且各相邻配合面之间的夹角较大，应力较低，故能够使斗齿在受多维复杂作用力时受力比较均匀、保持较高的稳定性；另一方面由于单个面的面积相对较小，有利于降低铸造较大尺寸斗齿时的废品率以降低生产成本。特别是优选方案中采用上下部对称结构，斗齿在使用过程中受力比较分散、均匀，不容易开裂，并且提供的斗齿与齿座所组合而成的挖掘齿组件，可有效改善斗齿腔与齿座头配合部位的受力。

附图说明

图1为本发明实施例挖掘机铲斗齿组件的立体分解示意图；

图2为本发明实施例挖掘机铲齿座的立体结构示意图；

图3为图2所示齿座另一方向的立体结构示意图；

图4为本发明实施挖掘机铲斗齿的剖视结构示意图；

图5为图4所示斗齿的B-B剖视图；

图6为图4所示斗齿的C-C剖视图；

图7为受到偏置载荷的本发明实施例挖掘机铲斗齿组件；

图8示意了本发明实施例挖掘机铲斗齿组件在斗齿前端遭受外力时的各处受力情况；

图9为现有挖掘机铲斗齿组件在斗齿前端遭受外力时的各处受力情况；

图10为图8的A-A剖视图，同时其示意了斗齿后部在遭受偏置载荷时的内部受力情况；

图11为图8的D-D剖视图，同时其示意了斗齿前部在遭受偏置载荷时的内部受力情况。

具体实施方式

以下通过结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，挖掘机铲斗齿组件的一实施例包括齿座1、斗齿2、和锁销件。锁销件包括销子3和卡环4。斗齿2后部有后端开口的斗齿腔20，齿座1前部有齿座头10，斗齿腔20和齿座头10上均设有锁销孔，如图7所示齿座头10容纳于斗齿腔20并通过锁销件固接。斗齿腔20和齿座头10均大体上后端大前端小，且斗齿腔20的内表面与齿座头10的外表面形状互补。

如图1、图2、图3所示，齿座头10具有正交于该齿座头10的中心轴线（即图1、图2、图3、图5、图6、图7、图8、图9中的X轴线）形成的前端面71，齿座头10的上部提供有两组配合面和一组过渡面，即第一组配合面、第一组过渡面和第三组配合面。第一组配合面包括配合面11、配合面12、配合面13，第一组过渡面包括面21、面22、面23、面24，第三组配合面包括配合面31、配合面32、配合面33。齿座头10的下部也提供有两组配合面和一组过渡面，即第二组配合面、第二组过渡面和第四组配合面。第二组配合面包括配合面41、配合面42、配合面43，第二组过渡面包括面51、面52、面53、面54，第四组配合面包括配合面61、配合面62、配合面63。上部第一组配合面和第三组配合面通过第一组过渡面连接，下部第二组配合面和第四组配合面通过第二组过渡面连接，配合面12、32、42、62与X轴线大致平行，每组两侧的配合面11和13、31和33、41和43、61和63分别与每组中间的配合面12、32、42、62成预定的夹角，并且夹角的角度相同，角度优选120~150度。第三组配合面和第四组配合面分别连接齿座头10的前端面71。

上述的前端面71为弧形面，而齿座头10的所有配合面为平面或近似平面。

齿座头10的上部和下部对称，对称面为平行于每组配合面中位于中间的配合面且过所述中心轴线X的平面。如图1所示，齿座头10的两侧均具有连接齿座头上部和齿座头下部的侧连接面100，侧连接面100为平面，且垂直于所述的对称面。同时，齿座头10还是左右对称的。

上述的第一组过渡面和第二组过渡面中的四个面均两两关于中心轴线X对称，并与中心轴线X成预定的角度。

如图4、图5、图6所示，斗齿2的斗齿腔20的内表面提供有分别与齿座头10上的配合面接触配合的配合面，即分别与齿座头10上配合面11、12、13、31、32、33、41、42、43、61、62、63接触配合的多个配合面11’、12’、13’、31’、32’、33’、41’、42’、43’、61’、62’、63’。斗齿2的斗齿腔20的内表面还提供有分别与齿座头10上的过渡面21、22、23、24、51、52、53、54对应的且保持有一定距离而不接触的多个面21’、22’、23’、24’、51’、52’、53’、54’。斗齿2的斗齿腔20的内表面还提供有与齿座头10上前端面71接触配合的底端面71’，同时还提供有与齿座头的侧连接面100对应的内侧壁。斗齿腔20的内侧壁与齿座头10的侧连接面100之间保持有一定的间隙或能够形成接触配合均可。

由上所述可知，齿座1和斗齿2装配后只有沿X轴线方向是自由非约束的，通过放入锁销件给定此方向上的约束，所以为销子断裂或斗齿2销孔处断裂引起失效问题，必须考虑平行于X轴线方向的挖掘分力，在挖斗作业过程中受力如图8所示（以斗齿2为受力分析对象），图中阴影部分表示挖斗的斗唇板。斗齿2受外力为F1（是经过简化后的力），此时配合面32、42对斗齿2起到了支撑的作用，在配合面32’产生作用力F2，在配合面42’产生作用力F3，并且有F2=F1+F3的关系。因为配合面32、32’、42、42’与X轴线平行，作用力F2、F3垂直于配合面32、32’、42、42’，不产生沿X轴线方向上的分力（即使斗齿2和齿座1脱离开的作用力），这样消除了销子3被剪断破坏或在剪切力作用下剧烈磨损的可能，从而保证了整个组件的稳定性。由于斗齿1和齿座2的配合面是沿X轴线对称设置，当斗齿2受力方向和F1方向相反时，也存在上述受力关系。传统的斗齿配合面与X轴线都成一定的角度如图9所示，当斗齿受到外力F1作用时，将F3分解成相互垂直的分力F4和F5，分力F4平行于X轴线，分力F4将全部传递给销子而导致销子很可能被剪断。

齿座头10上设置多组配合面，具有很大的优点，传统齿座头10配合面只有两个与X轴线互成一定角度且关于X轴线对称的配合面，其总体配合面的面积要小于这种多组配合面方式的配合面总面积，而配合面面积大小直接关系到受力情况，接触面越大单位面积内载荷就越小，受力也更趋均匀。

如图7所示，铲斗齿组件在作业过程中受力是多维的，当斗齿2受到偏置负载P时，偏离X轴线的作用力将会产生扭矩M，对应图8中A-A线剖面位置（即配合面11、11’，12、12’，13、13’，41、41’，42、42’，43、43’处），图10显示了一斗齿实施例的剖面，由于制造误差，齿座1和斗齿2之间存在配合间隙，将使斗齿2沿X轴线绕齿座1转动，转动到某个位置因配合面接触而卡住，接触点为81、82、83和84，其中82在配合面13、13’上，84在配合面41、41’上，81在配合面12、12’上、83在配合面42、42’上，此时配合面13、41、12、42起到抵抗斗齿2绕X轴线转动的作用，通过增加配合面13、41，更多的配合面来阻碍斗齿2的扭转，使得斗齿2稳固居中，且避免斗齿2或齿座1某个部位产生应力集中，将受到的作用力分散到81、82、83、84处，另外对应图8中D-D线剖面位置，图11显示了齿座2的配合面32、33、61、62也起到与配合面12、13、41、42同样的作用，通过更多的配合面产生的抵抗斗齿2的转动作用，防止造成斗齿2和齿座1配合部分某处的断裂，同时保护销子3不受到剪切破坏和弯曲变形。类似的，配合面11、12、42、43、31、32、52、63作用为阻碍斗齿2因被施加的绕X轴线的反方向的扭矩M’而绕齿座1转动。

如图8所示斗齿2的底端面提供对沿X轴线施加到斗齿2的外力F5的实质抵抗，其它配合面32’、42’因为与X轴线平行，此时所受到的力可以忽略不计，进一步加强配合结构的稳定性和安全性。

如图10、图11所示斗齿2受到两侧面的沿着垂直于X轴线方向来的力F6，齿座1的配合面13、43、33、63起到抵抗作用并响应F6使斗齿2在齿座1上对中和稳定。类似的，斗齿2受到两侧面的沿着垂直于X轴线方向来的力F6’，齿座1的配合面11、41、31、61起到抵抗作用并响应F6’使斗齿2在齿座1上对中和稳定。

如图7所示斗齿2和齿座1配合后，二者上的锁销孔形成连接通孔30，销子3放置在该通孔30中，卡环4箍住销子3，限制销子于通孔中移动，从而达到斗齿2和齿座1在脱离方向上的约束。

Claims (9)

1.一种稳定的挖掘机铲齿座，齿座的前部具有带锁销孔的齿座头，齿座头大体上后端大前端小，其特征在于齿座头的前端具有正交于该齿座头的中心轴线的前端面，齿座头的上部从前端面起依次设有第三组配合面、第一组过渡面和第一组配合面，齿座头的下部从前端面起依次设有第四组配合面、第二组过渡面和第二组配合面，齿座头的两侧具有连接齿座头上部和齿座头下部的侧连接面；前述的前端面及所有的配合面均指用于跟斗齿腔相应内表面接触配合的面，而前述的所有过渡面则与斗齿腔的对应内表面保持有一定距离而不跟斗齿腔的内表面接触配合；前述的每组配合面均包括至少三个横向依次排列且对称设置的配合面，各相邻配合面之间成预设的钝角，并且每组配合面中位于中间的配合面与所述中心轴线平行，而位于两侧的配合面则与所述中心轴线平行或沿着所述中心轴线方向自后向前略微收缩。

2.根据权利要求1所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述的前端面为弧形面，而所述齿座头的所有配合面为平面或近似平面。

3.根据权利要求1或2所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述第三组配合面和第一组配合面中配合面的数目相同，且第三组配合面中各相邻配合面之间的夹角与第一组配合面中各对应相邻配合面之间的夹角相同；所述第四组配合面和第二组配合面中配合面的数目相同，且第四组配合面中各相邻配合面之间的夹角与第二组配合面中各对应相邻配合面之间的夹角相同。

4.根据权利要求3所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述齿座头上每组配合面均由左、中、右三个配合面组成，且每组配合面中各相邻的两个配合面之间的夹角相同，均为120~150度。

5.根据权利要求3或4所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述齿座头的上部和下部对称，对称面为平行于每组配合面中位于中间的配合面且过所述中心轴线的平面。

6.根据权利要求4所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述第一组过渡面和第二组过渡面都由四个横向依次排列的面组成，且两两关于所述中心轴线对称，并与所述中心轴线成预定的角度。

7.根据权利要求5所述的挖掘机铲齿座，其特征在于所述侧连接面为平面，且垂直于所述的对称面。

8.一种稳定的挖掘机铲斗齿，斗齿的后部具有后端开口的斗齿腔，斗齿腔的后部两侧壁上设有锁销孔，斗齿腔大体上后端大前端小，其特征在于所述斗齿腔的内表面与权利要求1～7中任一权利要求所述的齿座头的外表面形状互补，并且除以下部位外的对应部位接触配合：

斗齿腔的第一组过渡面与所述齿座头的第一组过渡面之间以及斗齿腔的第二组过渡面与所述齿座头的第二组过渡面之间保持有一定的距离，同时，斗齿腔的内侧壁与所述齿座头的侧连接面之间保持有一定的间隙或能够形成接触配合。

9.一种稳定的挖掘机铲斗齿组件，包括斗齿、齿座和锁销件，斗齿的后部具有后端开口的斗齿腔，齿座的前部具有齿座头，该齿座头容纳于斗齿的斗齿腔中，斗齿的斗齿腔和齿座头通过锁销件稳固地组合在一起，其特征在于：斗齿的斗齿腔具有与齿座头的外表面互补的内表面，并且除以下部位外的对应部位接触配合：

斗齿腔的第一组过渡面与所述齿座头的第一组过渡面之间以及斗齿腔的第二组过渡面与所述齿座头的第二组过渡面之间保持有一定的距离，同时，斗齿腔的内侧壁与所述齿座头的侧连接面之间保持有一定的间隙或能够形成接触配合；

齿座头的前端具有正交于该齿座头的中心轴线的前端面，齿座头的上部从前端面起依次设有第三组配合面、第一组过渡面和第一组配合面，齿座头的下部从前端面起依次设有第四组配合面、第二组过渡面和第二组配合面，齿座头的两侧设有连接齿座头上部和齿座头下部的侧连接面；前述的每组配合面均包括至少三个横向依次排列且对称设置的配合面，各相邻配合面之间成预设的钝角，并且每组配合面中位于中间的配合面与所述中心轴线平行，而位于两侧的配合面则与所述中心轴线平行或沿着所述中心轴线方向自后向前略微收缩。

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