JP2021173113A - Abrasion resistant structure of excavating machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えばオールケーシング工法に用いられるケーシングチューブや重機のバケットなどのような掘削機械に関する。 The present invention relates to excavating machines such as casing tubes and buckets for heavy machinery used in, for example, all-casing construction methods.
掘削機械における掘削部には高い摩擦抵抗が生じる部位がある。その部位は、例えばケーシングチューブにおいては先端に配されるファーストチューブの先端面や先端部の外周面である。またケーシングチューブの先端に設けられるケーシングビットにおける回転方向先端の外周側の部位にも高い摩擦抵抗が生じる。建設機械のバケットにおいては、ツースやサイドカッターに対して掘削に伴う高い摩擦抵抗が生じる。 There is a part where high frictional resistance occurs in the excavated part of the excavating machine. The portion is, for example, the tip surface of the first tube arranged at the tip of the casing tube or the outer peripheral surface of the tip portion. Further, a high frictional resistance is also generated in a portion of the casing bit provided at the tip of the casing tube on the outer peripheral side of the tip in the rotational direction. In the bucket of construction machinery, high frictional resistance due to excavation occurs against the tooth and side cutter.
高い摩擦抵抗が作用し続けるとその部分には当然に摩耗が生じることになる。摩耗することによって使用に耐えられなくなれば、その掘削部を新品に交換しなければならない。 If high frictional resistance continues to act, wear will naturally occur in that part. If wear makes it unusable, the excavation must be replaced with a new one.
これまで、ケーシングチューブやバケットなどの掘削部において、耐摩耗性を向上しようとするものはなかった。 Until now, there has been no attempt to improve wear resistance in excavated parts such as casing tubes and buckets.
この点、ケーシングチューブの先端に固定されるケーシングビットにおいては、下記特許文献1に開示されているように、耐摩耗性の硬化肉盛り層を有するものがある。硬化肉盛り層は、台金における硬質刃体(超硬チップ)の下側の側面に硬化肉盛り層を設けられている。つまり、超硬チップを支える台金の耐摩耗性を少しでも良くすることで、ケーシングビットの寿命を延ばそうとしている。 In this regard, some casing bits fixed to the tip of the casing tube have a wear-resistant hardened overlay as disclosed in Patent Document 1 below. The hardened build-up layer is provided with a hardened build-up layer on the lower side surface of the hard blade (carbide tip) in the base metal. That is, the life of the casing bit is extended by improving the wear resistance of the base metal that supports the cemented carbide tip as much as possible.
しかしながら、硬化肉盛り層は溶接により肉厚にしている構造であるので、高い耐摩耗性は得られなかった。 However, since the hardened overlay layer has a structure that is thickened by welding, high wear resistance cannot be obtained.
下記特許文献2には、ビット本体の表面における超硬チップの下側部位に、超硬粒子を有する肉盛部を備えた切削用ビットが開示されている。このビットの肉盛部は、超硬合金の粒である超硬粒子を有しているので、肉盛部自体の強度は高く、超硬チップを支える部位については耐摩耗性が得られる。 Patent Document 2 below discloses a cutting bit having a built-up portion having cemented carbide particles on the lower portion of the cemented carbide tip on the surface of the bit body. Since the built-up portion of this bit has cemented carbide particles, which are grains of cemented carbide, the strength of the built-up portion itself is high, and abrasion resistance can be obtained for the portion supporting the cemented carbide tip.
この発明は、掘削部に高い耐摩耗性を付与し、長寿命化による交換コストの低減などをはかるとともに、掘削部の機能を向上できるようにすることを主な目的とする。 A main object of the present invention is to impart high wear resistance to the excavated portion, reduce replacement costs by extending the service life, and improve the function of the excavated portion.
そのための手段は、掘削機械の掘削部における高摩擦抵抗面に、溶融後に凝固した金属からなる溶接層と、前記溶接層の内部に全体が埋没した状態で保持された複数の超硬粒子、及び前記溶接層から一部が露出した状態で保持された複数の超硬粒子を有する超硬耐摩耗層が形成された掘削機械の耐摩耗構造である。 The means for this is a welded layer made of metal solidified after melting, a plurality of cemented carbide particles held in a state of being completely buried inside the welded layer, and a plurality of cemented carbide particles on a high frictional resistance surface in the excavated portion of the excavating machine. It is a wear-resistant structure of an excavating machine in which a cemented carbide wear-resistant layer having a plurality of cemented carbide particles held in a state where a part of the welded layer is exposed is formed.
この構成では、掘削部における掘削方向や回転方向の先端側である先端面と、これに隣接する側面部分、例えば掘削部が円筒形状である場合には外周面などの高摩擦抵抗面に形成された超硬耐摩耗層は、高い耐摩耗性を有するとともに刃としての機能を有する。つまり、保持された超硬粒子が耐摩耗性を発揮するとともに、溶接層から一部を露出した超硬粒子が刃として機能し、掘削作用を補助する。また、超硬粒子の存在は溶接層にできやすいブローホールのような内部欠陥をなくし、超硬粒子と溶接層との高い密着性を得るとともに掘削部の高摩擦抵抗面との密着性も向上する。 In this configuration, the tip surface on the tip side in the excavation direction or rotation direction of the excavation portion and the side surface portion adjacent to the tip surface, for example, the outer peripheral surface when the excavation portion has a cylindrical shape, are formed on a high friction resistance surface. The cemented carbide wear-resistant layer has high wear resistance and also functions as a blade. That is, the retained carbide particles exhibit wear resistance, and the cemented carbide particles partially exposed from the welded layer function as blades to assist the excavation action. In addition, the presence of cemented carbide particles eliminates internal defects such as blow holes that tend to form in the weld layer, obtains high adhesion between the cemented carbide particles and the weld layer, and improves the adhesion with the high friction resistance surface of the excavated part. do.
この発明によれば、掘削機械の掘削部における高摩擦抵抗面に超硬耐摩耗層を備えたので、掘削に際して特に摩擦力を受ける部分の高い耐摩耗性を得て、掘削部の長寿命化による交換コストの低減などをはかることができる。しかも、超硬粒子と溶接層との高い密着性により、超硬粒子の刃として機能も十分に発揮させることができる。 According to the present invention, since the ultra-hard wear resistant layer is provided on the high frictional resistance surface in the excavated portion of the excavating machine, high wear resistance of the portion that receives frictional force during excavation can be obtained, and the life of the excavated portion can be extended. It is possible to reduce the replacement cost by the above. Moreover, due to the high adhesion between the cemented carbide particles and the welded layer, the function as a blade of the cemented carbide particles can be fully exhibited.
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。 An embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に掘削機械の掘削部の一例としてのケーシングチューブ11における先端側部分の分離状態を示す。図2はケーシングチューブ11における先端側部分の要部の拡大図である。
FIG. 1 shows a separated state of the tip side portion of the
ケーシングチューブ11は円筒形状であり、先端に複数のケーシングビット12が間隔をあけて配設されている。ケーシングビット12は掘削の際に刃として機能する部分であり、破損したり摩耗したりしたら交換される交換部品である。
The
このような掘削部は、高摩擦抵抗面13に超硬耐摩耗層14を有している。
Such an excavated portion has a carbide wear
まず、ケーシングチューブ11の概略構造について説明する。ケーシングチューブ11の先端部には、図1に示したように複数の凹部21と凸部22が交互に定間隔で形成されており、櫛刃状である。凹部21と凸部22は正面視四角形状である。
First, the schematic structure of the
凹部21はホルダ15が固定される部位であり、ホルダ15にはケーシングビット12が着脱可能に取り付けられる。ホルダ15とケーシングビット12の基本構造は既存のものと同じである。
The
ケーシングチューブ11の凹部21にケーシングビット12を取り付けた状態は、図2に示したとおりである。ホルダ15は凹部21に埋没する状態で固定されている。ケーシングビット12の先端部である頭部12aは、ホルダ15の下端面よりも下方に突出しているとともに、ケーシングチューブ11の先端面よりも下方に突出している。
The state in which the
頭部12aの形状は、ケーシングチューブ11の回転方向(図2の矢印A参照)斜め下に指向する形状であり、その先端には、回転方向斜め下に向けて突出する超硬合金からなる超硬チップ16が設けられている。なお、図示例のケーシングビット12は右回転用である。
The shape of the
前述した高摩擦抵抗面13は、掘削作用に際して摩擦抵抗が特にかかる部分である。前述のようなケーシングチューブ11の場合、高摩擦抵抗面13は、掘削方向の先端となる先端面(下端面)と、先端面に隣接し、掘削方向の後方にかけての部位の外周面、それに先端に取り付けられるケーシングビット12の回転方向の先端外周側を構成する面である。
The above-mentioned high
図1に示した例について具体的に述べると、高摩擦抵抗面13は、ケーシングチューブ11の先端に位置する凸部22の先端面22aと、先端部の外周面23に超硬耐摩耗層14を備えている。先端部の外周面23の超硬耐摩耗層14は、凸部22の外周面と、凸部22よりも掘削方向後方である上方の部分に形成されている。
Specifically, the example shown in FIG. 1 will be described specifically. The high
なお、凸部22の先端面の超硬耐摩耗層14aは全面に形成されている。一方、先端部の外周面23に形成される超硬耐摩耗層14b,14c,14dは線状に形成されている。線状に形成とは、形成範囲に線を描くように形成することであり、凸部22と凹部21の縁取るような先端側輪郭線14bと、凸部22の外周面の対角線を描くような付加線14cと、凸部22と凹部21よりも後方において水平に伸びる円環状の後端側輪郭線14dが形成されている。
The carbide wear-
また、ケーシングビット12の高摩擦抵抗面13は次のとおりである。ケーシングビット12は、頭部12aを上に向けた斜視である図3に示したように、ケーシングチューブ11の外周に向く外側面31と、この外側面31に対して直角をなし回転方向に向く先端面32を有している。このような形状のケーシングビット12の高摩擦抵抗面13は、頭部12aの先端面32と外側面31をつなぐ稜線部33を中心とした部位である。この例では特にそのうちの超硬チップ16が露出する部位より下の部分34を高摩擦抵抗面13として、二つの面に連なる一体の超硬耐摩耗層14eが形成されている。
The high
超硬耐摩耗層14は、図2に一部を拡大して示すように、溶接層41と、溶接層41に添加された超硬粒子42で構成される。溶接層41はアーク溶接により構成され、溶融後に凝固した金属からなる。
The cemented carbide wear-
この超硬耐摩耗層14は、溶接により溶解した鉄の中に超硬粒子42を落とし込んで沈降させて形成する。溶解した鉄の流れに入った超硬粒子42は、互いの間の隙間を小さくして密に並ぶ。
The cemented carbide wear-
超硬粒子42は、超硬合金からなる粒であり、超硬粒子42の少なくとも一部のもの、好ましくはすべての超硬粒子42は図4の写真に示したように、球形状である。図4の写真は、多数の超硬粒子42を集めた状態を示している。写真中の粒が超硬粒子42である。
The cemented
ここで、球形状とは、完全な球のみをいうのではなく、尖った角のない球のような形状をいい、見た目に球、又はそれに近い形状であれば足りる。この超硬粒子42は、廃品の超硬合金を粉砕して得るのではなく、粉末冶金によって球形状に成形したものを使用する。
Here, the sphere shape does not mean only a perfect sphere, but means a shape like a sphere without sharp corners, and it is sufficient if the shape is a sphere or a shape close to it. The cemented
超硬粒子42の大きさは、超硬耐摩耗層14の厚さにもよるが、小さい方が好ましい。数mmを超える大きさになると、超硬粒子42同士の間の隙間が大きくなって超硬耐摩耗層14の一体性が低くなるおそれが考えられる。しかし、小さすぎると超硬耐摩耗層14を形成する際の作業性が悪くなるおそれがある。このため、超硬粒子42の粒径は、たとえばφ0.5mm〜φ2mm程度あるとよく、より好ましくは、φ0.5mm〜φ1.5mm程度であるとよい。使用する超硬粒子42の大きさは、統一されていても、バラツキがあってもよい。
The size of the cemented
超硬粒子42の大きさが前述の範囲の大きさである場合、超硬耐摩耗層14の厚さはたとえば3mm前後であるとよい。
When the size of the cemented
溶接層41に対する超硬粒子42の添加に際して、溶接層41の内部に全体が埋没した状態で保持された複数の超硬粒子42aと、溶接層41から一部が露出した状態で保持された複数の超硬粒子42bを設ける。全体が埋没した超硬粒子42aであっても、掘削作用に従って超硬耐摩耗層14が摩耗すると、一部が溶接層41から露出した超硬粒子42bとなり得る。
When the cemented
また、超硬耐摩耗層14における下層側のほうが上層側よりも超硬粒子42の密度を高くする。
Further, the density of the cemented
図5に、実際に製造した超硬耐摩耗層14の断面写真を示す。この写真に示したように、超硬耐摩耗層14は、球形状の超硬粒子42で構成されており、多くの超硬粒子42が密に並び緻密である。
FIG. 5 shows a cross-sectional photograph of the actually manufactured carbide wear-
以上のように構成されたケーシングチューブ11では、ケーシングチューブ11自体とケーシングビット12の必要な高摩擦抵抗面13に超硬耐摩耗層14が形成されているので、それぞれの超硬耐摩耗層14が、その部分の耐摩耗性を良好にしてぞれぞれの長寿命化をはかる。つまり、交換部品であるケーシングビット12の長寿命化をはかれ、同時に、交換部品ではないケーシングチューブ自体の長寿命化もはかれる。
In the
しかも、凝固した金属からなる溶接層41と、溶接層41に全体が又は一部が保持された超硬粒子42で構成された超硬耐摩耗層14は、超硬粒子42により高い耐摩耗性を有する。そのうえ、一般に溶接層41にはブローホールができるなどして内部欠陥となる場合があるが、超硬粒子42を沈降させながら溶接層41が形成されるので、図5の写真に示したように欠陥のない溶接層41が得られ、溶接層41と超硬粒子42との高い密着性も得られる。また超硬耐摩耗層14と高摩擦抵抗面13との密着性も良好である。このため、超硬耐摩耗層14の耐摩耗性は極めて高い。
Moreover, the cemented carbide wear-
この結果、部品交換に要する材料費や交換にかかる手間を大幅に削減できる。 As a result, the material cost required for parts replacement and the labor required for replacement can be significantly reduced.
また、溶接層41に添加される超硬粒子42には一部を露出させたものがあり、特にこの超硬粒子42bは刃としての機能をする。使用に従って超硬耐摩耗層14がすり減ることによって露出する超硬粒子42bも刃としての機能を発揮する。このため、ケーシングチューブ11による掘削の補助となる。つまり、本来の刃であるケーシングビット12のほかの掘削に際して強く接する部分にも刃としての機能を持たせることができるので、掘削の作業性が向上し、全体として負荷軽減と作業性の向上をはかれる。
Further, some of the cemented
加えて、ケーシングチューブ11自体が掘削機能を有するので、掘削作業に際してケーシングビット12にかかる負担を軽減でき、この点からもケーシングビット12の耐久性の向上が期待できる。
In addition, since the
以下、その他の例について説明する。この説明において前述の構成と同一の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。 Other examples will be described below. In this description, the same parts as those described above are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図6は、他の例にかかるケーシングチューブ11の要部の正面図であり、このケーシングチューブ11は、凸部22の先端面22aのほか、先端部の外周面23にも面状の超硬耐摩耗層14を備えている。
FIG. 6 is a front view of a main part of the
この構成のケーシングチューブ11では、超硬耐摩耗層14がすべて面状であるので、耐摩耗性をより高めることができる。
In the
図7は、他の例にかかるケーシングチューブ11の要部の正面図であり、このケーシングチューブ11は、先端部における外周面23に形成された超硬耐摩耗層14b,14c,14dから掘削方向の後方にかけての部位にも超硬耐摩耗層14fを形成している。具体的には、追加する超硬耐摩耗層14fは、ケーシングチューブ11の回転方向に沿って斜めに延びる形態であり、円周方向に沿って間隔をあけて複数設けられている。
FIG. 7 is a front view of a main part of the
また、ケーシングチューブ11の先端面22aの超硬耐摩耗層14aと、先端部の外周面23の超硬耐摩耗層14b,14c,14dは高摩擦抵抗面13に直接形成されているのに対して、追加されたら斜めに延びる超硬耐摩耗層14fは、間接的に形成されている。すなわち、超硬耐摩耗層14fは図7に示したように、帯状の板材45の片面に形成され、この板材45を高摩擦抵抗面13である先端部の外周面23に固定して形成されている。固定は溶接等で行える。
Further, the carbide wear-
この構成のケーシングチューブ11では、外周面23における掘削方向後方にかけての部分にも刃としての機能を持たせることができるので、耐摩耗性を向上するほかより良好な掘削に寄与する。しかも、超硬耐摩耗層14fは、高摩擦抵抗面13に直接形成するのではなく別体の板材45を介して設けるので、螺旋状に延びる所望の超硬耐摩耗層14の形成が容易に行える。
In the
図8は、掘削機械の掘削部が重機のバケット51である例を示している。すなわち、バケット51における爪であるのツース52と、バケット51の両サイドにおけるツース52に近い位置に設けられるサイドカッター53の高摩擦抵抗面13に超硬耐摩耗層14を形成した例を示している。
FIG. 8 shows an example in which the excavation part of the excavating machine is a
図9はツース52の平面図(図9(a))と側面図(図9(b))、図10はサイドカッター53の平面図(図10(a))と側面図(図10(b))である。
9 is a plan view (FIG. 9 (a)) and a side view (FIG. 9 (b)) of the
これらの図に示したように、超硬耐摩耗層14は、先端縁52a,53aと、これに連続する周囲52b,53bの面に一連のものとして形成されている。
As shown in these figures, the carbide wear-
この構成によれば、耐摩耗性を向上することができる上に、これまでにない掘削性能を付与することができる。 According to this configuration, not only the wear resistance can be improved, but also unprecedented excavation performance can be imparted.
以上の構成はこの発明を実施するための一形態の構成であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。 The above configuration is a configuration for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the above-mentioned configuration, and other configurations may be adopted.
例えば、掘削機械の掘削部は、前述したもの以外の他の重機・建設機械等のものであってもよい。 For example, the excavation part of the excavation machine may be a heavy machine, a construction machine, or the like other than those described above.
また、超硬耐摩耗層14の形成に用いる超硬粒子42は、球形以外のもの、例えば破砕して得たものを使用してもよい。この場合には、下層側よりも上層側に添加するのが好ましい。
Further, as the cemented
11…ケーシングチューブ
12…ケーシングビット
13…高摩擦抵抗面
14…超硬耐摩耗層
41…溶接層
42…超硬粒子
45…板材
51…バケット
52…ツース
53…サイドカッター
11 ...
Claims (7)
掘削機械の耐摩耗構造。 A welding layer made of metal solidified after melting, a plurality of cemented carbide particles held in a state of being completely buried inside the welding layer, and one from the welding layer on a high friction resistance surface in the excavation part of the excavation machine. A wear-resistant structure of a drilling machine in which a cemented carbide wear-resistant layer having a plurality of cemented carbide particles held in an exposed state is formed.
請求項1に記載の掘削機械の耐摩耗構造。 The wear-resistant structure of an excavating machine according to claim 1, wherein the cemented carbide wear-resistant layer is formed on a replacement part as the excavated portion.
前記板材が前記高摩擦抵抗面に固定された
請求項1に記載の掘削機械の耐摩耗構造。 The carbide wear-resistant layer is formed on the plate material,
The wear-resistant structure of an excavating machine according to claim 1, wherein the plate material is fixed to the high frictional resistance surface.
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の掘削機械の耐摩耗構造。 The wear-resistant structure of an excavating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the cemented carbide particles has a spherical shape.
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の掘削機械の耐摩耗構造。 The wear-resistant structure of an excavating machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower layer side of the cemented carbide wear-resistant layer has a higher density of the cemented carbide particles than the upper layer side.
溶融後に凝固した金属からなる溶接層と、前記溶接層の内部に全体が埋没した状態で保持された複数の超硬粒子、及び前記溶接層から一部が露出した状態で保持された複数の超硬粒子を有する超硬耐摩耗層が、先端面における前記ケーシングビットの間の部位と先端部における外周面に形成された
ケーシングチューブ。 A casing tube in which a plurality of casing bits are arranged at intervals at the tip.
A welded layer made of metal solidified after melting, a plurality of cemented carbide particles held in a state of being completely buried inside the welded layer, and a plurality of cemented carbides held in a state of being partially exposed from the welded layer. A casing tube in which a cemented carbide wear-resistant layer having hard particles is formed on a portion of the tip surface between the casing bits and an outer peripheral surface of the tip portion.
その超硬耐摩耗層が、当該ケーシングチューブの回転方向に沿って斜めに延びる形態であり、円周方向に沿って複数設けられた
請求項6に記載のケーシングチューブ。 The cemented carbide wear-resistant layer is also formed at a portion from the cemented carbide wear-resistant layer formed on the outer peripheral surface of the tip portion to the rear in the excavation direction.
The casing tube according to claim 6, wherein the cemented carbide wear-resistant layer extends obliquely along the rotation direction of the casing tube, and a plurality of the carbide wear-resistant layers are provided along the circumferential direction.
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