RU209115U1

RU209115U1 - Reinforced bucket tooth

Info

Publication number: RU209115U1
Application number: RU2021124870U
Authority: RU
Original assignee: Акционерное общество "Гортехмаш-Заводы" (АО "Гортехмаш-Заводы")
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2022-02-02

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкции зубьев ковшей карьерных экскаваторов.Техническая задача - повышение срока службы зуба и эффективное самозатачивание зуба в результате износа его рабочих поверхностей в процессе эксплуатации.Зуб ковша усиленный - цельнолитой зуб, состоящий из носовой (рабочей) части в форме клина, плавно переходящей в хвостовую часть в форме вилки, предназначенной для закрепления на корпусе ковша, носовая часть образована выпуклой верхней 1 и вогнутой нижней 2 рабочими поверхностями зуба. Верхняя рабочая поверхность зуба состоит из центрального ребра 5, выгнутого наружу радиусом Rl=2000-2500 мм и двух симметричных ступенчатых поверхностей 6 по бокам, образованными 3-5 плоскими ступеньками, выполненные с перепадом h=20-40 мм и наклоненными по отношению к оси хвостовой части на угол β=20-30°. 3 з.п. ф-лы; 8 ил.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to the design of the teeth of the buckets of mining excavators. The technical task is to increase the service life of the tooth and effective self-sharpening of the tooth as a result of wear of its working surfaces during operation. part in the form of a wedge, smoothly turning into the tail part in the form of a fork, designed to be fixed on the bucket body, the nose part is formed by a convex upper 1 and a concave lower 2 working surfaces of the tooth. The upper working surface of the tooth consists of a central rib 5, curved outward with a radius Rl=2000-2500 mm and two symmetrical stepped surfaces 6 on the sides, formed by 3-5 flat steps, made with a difference h=20-40 mm and inclined with respect to the axis tail part at an angle β=20-30°. 3 w.p. f-ly; 8 ill.

Description

1. Область применения.1 area of use.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к одноковшовым карьерным экскаваторам циклического действия, и может быть использована в горнодобывающей промышленности для разрушения и выемки горных пород и грунтов любой прочности после предварительного рыхления.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely to single-bucket mining excavators of cyclic action, and can be used in the mining industry for the destruction and excavation of rocks and soils of any strength after preliminary loosening.

2. Уровень техники.2. State of the art.

В нашей стране наибольшее применение в эксплуатации получили цельные зубья, изготавливаемые литьем или штамповкой. Типовыми образцами цельнолитых зубьев можно считать прямые зубья симметричной клиновидной формы или изогнутые зубья, рабочий клин которых отклонен от оси зуба на 7-8°, зубья с более сложной криволинейной формой встречаются реже и практически не используются. При этом зубья с криволинейными формами больше подходят рабочему процессу ковша и могут оказаться более эффективными и долговечными. Для производства литых зубьев применяется сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда), среди преимуществ которой высокое сопротивление износу (истиранию) при больших давлениях или ударных нагрузках, также характерная для нее высокая пластичность. Указанные преимущества обусловлены ярко выраженным в этой стали явлением наклепа, который происходит в этой стали при ударных нагрузках и выражается в увеличении прочности и твердости поверхностных слоев детали, подвергнувшихся нагартовке.In our country, solid teeth made by casting or stamping have received the greatest use in operation. Standard samples of solid cast teeth can be considered straight teeth of a symmetrical wedge shape or curved teeth, the working wedge of which is deviated from the tooth axis by 7-8 °, teeth with a more complex curvilinear shape are less common and are practically not used. However, curved teeth are more suited to the bucket workflow and can be more efficient and last longer. For the production of cast teeth, steel 110G13L (Hadfield steel) is used, among the advantages of which is high wear resistance (abrasion) at high pressures or shock loads, as well as its high ductility. These advantages are due to the pronounced hardening phenomenon in this steel, which occurs in this steel under shock loads and is expressed in an increase in the strength and hardness of the surface layers of the part subjected to work hardening.

1. Известен цельнолитой зуб ковша [1], включающий клинообразную рабочую часть с криволинейными рабочими поверхностями, включающую ребра усиления и режущую грань, смещенную относительно продольной оси зуба, и хвостовую часть в виде вилки для закрепления на корпусе ковша. На боковых гранях зуба выполнены криволинейные козырьки, закрывающие режущую кромку передней стенки ковша. Предполагается, что такая форма должна увеличить долговечность зуба, однако режущая кромка, смещенная вверх от продольной оси зуба, нарушает нормальное обтекание зуба грунтом, из-за чего быстро стачивается и затупляется, самозатачивания не происходит. Криволинейные рабочие поверхности зуба обходятся грунтом практически по касательной, что не приводит к наклепу поверхности у стали 110Г13Л, а приводит только к механическому истиранию и быстрому износу зуба.1. A well-known cast bucket tooth [1], including a wedge-shaped working part with curved working surfaces, including reinforcement ribs and a cutting edge displaced relative to the longitudinal axis of the tooth, and a tail part in the form of a fork for fixing on the bucket body. Curvilinear peaks are made on the side faces of the tooth, covering the cutting edge of the front wall of the bucket. It is assumed that this shape should increase the durability of the tooth, however, the cutting edge, shifted upwards from the longitudinal axis of the tooth, disrupts the normal flow of soil around the tooth, which is why it quickly wears down and becomes blunt, self-sharpening does not occur. The curvilinear working surfaces of the tooth are treated with soil almost tangentially, which does not lead to hardening of the surface of steel 110G13L, but only leads to mechanical abrasion and rapid wear of the tooth.

2. Известен цельнолитой самовнедряющийся зуб ковша [2], включающий клинообразную рабочую часть с прямолинейными рабочими поверхностями, включающую ребра усиления и режущую грань, смещенную относительно продольной оси зуба вниз, и хвостовую часть в виде вилки для закрепления на корпусе ковша. Верхняя и нижняя рабочие поверхности зуба имеют малый угол заострения между собой и обеспечивают самозатачивание в процессе эксплуатации, так как режущая кромка на протяжении всей эксплуатации остается относительно тонкой. Наклон режущей кромки вниз так же снижает ее быстрое затупление, так как такое направление соответствует потоку грунта, наполняющего ковш. Однако рабочие поверхности этого зуба так же обходятся грунтом практически по касательной, что не приводит к упрочнению поверхностного слоя марганцовистой стали, из которой изготовлен зуб. Таким образом, не достигается долговечность работы этого зуба.2. A well-known cast self-embedding bucket tooth [2], including a wedge-shaped working part with straight working surfaces, including reinforcement ribs and a cutting edge displaced downward relative to the longitudinal axis of the tooth, and a tail part in the form of a fork for fixing on the bucket body. The upper and lower working surfaces of the tooth have a small angle of sharpening between themselves and provide self-sharpening during operation, since the cutting edge remains relatively thin throughout the entire operation. The downward inclination of the cutting edge also reduces its rapid blunting, since this direction corresponds to the flow of soil filling the bucket. However, the working surfaces of this tooth are also treated with soil almost tangentially, which does not lead to hardening of the surface layer of manganese steel from which the tooth is made. Thus, the durability of the work of this tooth is not achieved.

3. Известен цельнолитой зуб ковша [3], включающий клинообразную рабочую часть с криволинейными рабочими поверхностями, включающую ребра усиления и режущую грань, смещенную относительно продольной оси зуба, увеличенную переходную часть с внутренней полостью, выходящей на опорную поверхность, и хвостовую часть в виде вилки, дополнительно усиленную ребрами, для закрепления на корпусе ковша. Данная конструкция взята авторами за прототип. Данный зуб имеет преимущество над ранее рассмотренными конструкциями в том, что наиболее подходящий для процесса черпания профиль рабочих поверхностей, при этом конструкция не лишена следующих недостатков. Увеличенная длина зуба из-за развитой переходной части, в которой размещена технологическая полость, как и сама полость увеличивают общую нагруженность конструкции. Полость сделана для лучшей прокаливаемости материала при термообработке, но она значительно снижает площадь опирания в зоне контакта зуба с передней стенкой, что существенно повышает нагрузки в этом месте. Вытянутая за счет развитой переходной части вперед рабочая часть увеличивает изгибные нагрузки на зуб, которые выламывают его хвостовую часть из заделки, что требует дополнительного усиления ребрами хвостовых элементов. В отличие от предлагаемой конструкции рабочие поверхности зуба никак не реализуют эффект наклепа в материале, не реализована футеровка зуба частичками грунта, нет самозатачивания в процессе эксплуатации.3. A well-known cast bucket tooth [3], including a wedge-shaped working part with curved working surfaces, including reinforcement ribs and a cutting edge displaced relative to the longitudinal axis of the tooth, an enlarged transition part with an internal cavity facing the supporting surface, and a tail part in the form of a fork , additionally reinforced with ribs, for fixing on the bucket body. This design is taken by the authors as a prototype. This tooth has an advantage over the previously considered designs in that the profile of working surfaces is the most suitable for the digging process, while the design is not without the following disadvantages. The increased length of the tooth due to the developed transitional part, in which the technological cavity is located, as well as the cavity itself, increase the overall loading of the structure. The cavity is made for better hardenability of the material during heat treatment, but it significantly reduces the area of support in the zone of contact between the tooth and the front wall, which significantly increases the load in this place. The working part elongated forward due to the developed transition part increases the bending loads on the tooth, which break out its tail part from the seal, which requires additional reinforcement of the tail elements with ribs. In contrast to the proposed design, the working surfaces of the tooth do not in any way realize the effect of hardening in the material, the lining of the tooth with soil particles is not implemented, and there is no self-sharpening during operation.

3. Раскрытие полезной модели.3. Disclosure of utility model.

Целью полезной модели является увеличение эффективности работы карьерных экскаваторов при одновременном сокращении эксплуатационных затрат.The purpose of the utility model is to increase the efficiency of mining shovels while reducing operating costs.

Техническими результатами являются повышение износостойкости, увеличение срока службы и длительное сохранение эффективности резания рабочего органа экскаватора.The technical results are an increase in wear resistance, an increase in service life and a long-term preservation of the cutting efficiency of the working body of the excavator.

Указанная цель и результаты достигаются зубом ковша, выполненным в соответствии с формулой полезной модели, применением современных материалов, а также в сочетании с обеспечением заданных технических требований и соблюдением технологии изготовления.The specified goal and results are achieved with a bucket tooth made in accordance with the formula of the utility model, using modern materials, as well as in combination with the provision of specified technical requirements and compliance with manufacturing technology.

4. Краткое описание чертежей.4. Brief description of the drawings.

Признаки и преимущества настоящей полезной модели станут очевидными из следующего описания технической сущности ее осуществления и прилагаемых к описанию рисунков со сквозной нумерацией, на которых:The features and advantages of this utility model will become apparent from the following description of the technical essence of its implementation and the drawings attached to the description with continuous numbering, on which:

- на фиг. 1 изображен чертеж уширенного зуба ковша,- in Fig. 1 shows a drawing of a broadened bucket tooth,

- на фиг. 2 изображен уширенный зуб ковша, вид общий,- in Fig. 2 shows a broadened bucket tooth, general view,

- на фиг. 3 изображен уширенный зуб ковша, изометрия,- in Fig. 3 shows a broadened bucket tooth, isometric,

- на фиг. 4 изображен чертеж зуба ковша с «крыльями»,- in Fig. 4 shows a drawing of a bucket tooth with "wings",

- на фиг. 5 изображен зуб ковша с «крыльями», вид общий.- in Fig. 5 shows a bucket tooth with "wings", a general view.

- на фиг. 6 изображен зуб ковша с «крыльями», изометрия,- in Fig. 6 shows a bucket tooth with "wings", isometric,

- на фиг. 7 изображена схема футеровки зуба грунтом при эксплуатации,- in Fig. 7 shows a diagram of the tooth lining with soil during operation,

- на фиг. 8 изображена схема процесса самозатачивания зуба.- in Fig. 8 shows a diagram of the self-sharpening process of a tooth.

5. Осуществление полезной модели.5. Implementation of the utility model.

1. Конструкция предлагаемого цельнолитого зуба ковша в двух вариантах исполнения представлена на фиг.1-3 (уширенный зуб) и на фиг. 4-6 (зуб с «крыльями»). Усиленный зуб ковша выполнен цельнолитым и состоит из носовой (рабочей) части в форме клина, плавно переходящей в хвостовую часть в форме вилки, предназначенной для закрепления на корпусе ковша. Носовая часть образована выпуклой верхней 1 (фиг. 2, 5) и вогнутой нижней 2 рабочими поверхностями зуба. Ось рабочего клина, проходящая через острие носовой части зуба 3 и центр радиуса поверхности опирания зуба 4, отклонена вниз от оси хвостовой части на угол α=5-10° (фиг. 1, 4). Верхняя рабочая поверхность зуба состоит из центрального ребра 5, выгнутого наружу радиусом R₁=2000-2500 мм, и двух симметричных ступенчатых поверхностей по бокам, образованных 3-5 плоскими ступеньками 6, наклоненными по отношению к оси хвостовой части на угол β=20-30°. Перепад между ступеньками составляет h=20-40 мм. Нижняя рабочая поверхность зуба состоит из двух боковых ребер 7, вогнутых внутрь радиусом R₂=1000-1500 мм, и расположенной между ними выемки 8 (облегчения), вогнутой внутрь радиусом R₃=500-900 мм. Конструктивные особенности хвостовой части зуба варьируются в зависимости от конструкции ковша, на который устанавливается зуб. В зависимости от конструкции режущей кромки ковша ширина носовой части зуба может выполняться на 20-50 мм больше хвостовой части (t₁>t₂, фиг. 1), либо выполняться равной хвостовой части (t₁=t₂, фиг. 4) с выполнением на ширину t₃ (фиг. 4) дополнительных уширяющих боковых элементов 13 (фиг. 5), называемых «крылья» и предохраняющих режущую кромку ковша.1. The design of the proposed one-piece cast bucket tooth in two versions is shown in Fig.1-3 (widened tooth) and in Fig. 4-6 (tooth with "wings"). Reinforced bucket tooth is made of one-piece cast and consists of a nose (working) part in the form of a wedge, smoothly turning into a tail part in the form of a fork, designed to be fixed on the bucket body. The nose part is formed by a convex upper 1 (Fig. 2, 5) and a concave lower 2 by the working surfaces of the tooth. The axis of the working wedge, passing through the tip of the nose of the tooth 3 and the center of the radius of the surface of the support of the tooth 4, is deflected downward from the axis of the tail by an angle α=5-10° (Fig. 1, 4). The upper working surface of the tooth consists of a central rib 5, curved outward with a radius R ₁ =2000-2500 mm, and two symmetrical stepped surfaces on the sides, formed by 3-5 flat steps 6, inclined with respect to the axis of the tail part at an angle β=20- 30°. The difference between the steps is h=20-40 mm. The lower working surface of the tooth consists of two lateral ribs 7, concave inward with a radius R ₂ =1000-1500 mm, and recess 8 (lightening) located between them, concave inward with a radius R ₃ =500-900 mm. The design features of the tail of the tooth vary depending on the design of the bucket on which the tooth is installed. Depending on the design of the cutting edge of the bucket, the width of the nose of the tooth can be 20-50 mm larger than the tail (t ₁ >t ₂ , Fig. 1), or be equal to the tail (t ₁ \u003d t ₂ , Fig. 4) with execution on the width t ₃ (Fig. 4) additional broadening side elements 13 (Fig. 5), called "wings" and protecting the cutting edge of the bucket.

2. Верхний 9 и нижний 10 элементы хвостовой части зуба в центре имеют прямоугольные площадки 11, здесь выполнены 2 сквозных отверстия 12 для крепления зуба на передней стенке ковша. При установке на ковш зуб надевается вилкой хвостовой части на переднюю стенку ковша, охватывая ее с обеих сторон, в указанные отверстия вставляют прутки соответствующего диаметра, затем прутки загибают сверху и снизу.2. The upper 9 and lower 10 elements of the tail part of the tooth in the center have rectangular areas 11, 2 through holes 12 are made here for fastening the tooth on the front wall of the bucket. When installed on a bucket, the tooth is put on the front wall of the bucket with a fork of the tail part, covering it from both sides, bars of the appropriate diameter are inserted into the indicated holes, then the bars are bent from above and below.

3. Усиленный зуб ковша может быть выполнен литым из трех марок современных износостойких сталей, каждая из которых превосходит сталь 110Г13Л по механическим свойствам, а сталь одной из марок обеспечивает до 1,5 раз более быстрый и активный процесс наклепа при ударно-абразивном изнашивании по сравнению со сталью Гадфильда. Конструкция детали учитывает требования литейной технологии и обеспечивание хорошую прокаливаемость при термообработке.3. The reinforced bucket tooth can be cast from three grades of modern wear-resistant steels, each of which is superior to 110G13L steel in terms of mechanical properties, and steel of one of the grades provides up to 1.5 times faster and more active hardening process during shock-abrasive wear compared to with Hadfield steel. The design of the part takes into account the requirements of foundry technology and ensuring good hardenability during heat treatment.

4. Зубья работают следующим образом. В начале черпания зубья ковша внедряются в предварительно разрыхленный взрывом массив породы или грунт. Ковш перемещается от основания забоя к его верхней кромке, при этом разрушаемая порода перемещается вдоль верхней и нижней рабочих поверхностей зубьев и передней стенки ковша, постепенно наполняя ковш экскаватора. После выхода ковша из массива грунта и отделения части породы от массива рабочее оборудование экскаватора поворачивают и переносят к месту разгрузки. При внедрении в породу и в процессе черпания верхние (1 и 6) и нижние (2)рабочие поверхности зуба интенсивно истираются о породу под действием абразивного износа и ударов крупных фрагментов породы.4. The teeth work as follows. At the beginning of digging, the teeth of the bucket are introduced into the rock mass or soil previously loosened by the explosion. The bucket moves from the base of the face to its upper edge, while the destroyed rock moves along the upper and lower working surfaces of the teeth and the front wall of the bucket, gradually filling the excavator bucket. After the bucket exits the soil massif and part of the rock is separated from the massif, the working equipment of the excavator is turned and transferred to the unloading site. When penetrating into the rock and in the process of digging, the upper (1 and 6) and lower (2) working surfaces of the tooth are intensively abraded against the rock under the action of abrasive wear and impacts of large rock fragments.

Предложенная конструкция усиленного зуба ковша выгодно отличается от аналогов, приведенных в источниках [1], [2] и [3] тем, что верхняя рабочая поверхность зуба выполнена ступенчатой. За счет применения такой формы рабочей поверхности достигаются следующие преимущества:The proposed design of the reinforced bucket tooth compares favorably with analogues given in the sources [1], [2] and [3] in that the upper working surface of the tooth is stepped. By using this shape of the working surface, the following advantages are achieved:

- процесс наклепа рабочей поверхности идет более интенсивно из-за того, что при общем сохранении высоты вертикального сечения зуба рабочая поверхность наклонена к потоку грунта под большим углом (фиг. 7), а значит нормальная составляющая ударной нагрузки выше, что приводит к большей деформации поверхностных слоев и их более интенсивной нагартовке. В отличие от касательного прохода грунта вдоль рабочей поверхности, при котором в марганцовистой стали наклепа почти не происходит и идет простое истирание поверхности без ее упрочнения;- the hardening process of the working surface is more intensive due to the fact that, while maintaining the height of the vertical section of the tooth, the working surface is inclined to the soil flow at a large angle (Fig. 7), which means that the normal component of the shock load is higher, which leads to greater deformation of the surface layers and their more intense work hardening. In contrast to the tangential passage of soil along the working surface, in which almost no hardening occurs in manganese steel and there is a simple abrasion of the surface without hardening;

- в процессе копания часть грунта забивается в выемки между ступеньками рабочей поверхности, тем самым производится естественная «футеровка» рабочей поверхности зуба грунтом, частично исключающая прямой контакт рабочей поверхности зуба с перемещаемым над ней грунтом, тем самым снижается абразивный износ зуба;- in the process of digging, part of the soil is driven into the recesses between the steps of the working surface, thereby producing a natural "lining" of the working surface of the tooth with soil, partially excluding direct contact between the working surface of the tooth and the soil moving above it, thereby reducing the abrasive wear of the tooth;

- в процессе эксплуатации зуба происходит износ его рабочих поверхностей, но в отличие от обычных зубьев, где на каждой стадии износа режущая кромка зуба становится все более тупой и закругленной, режущая кромка усиленного зуба ступенчатой формы имеет до 2-3 участков «запрограммированного» износа, на которых профиль зуба восстанавливается при поэтапном стирании ступенек. Затупление режущей кромки зуба из-за этого также идет медленнее. За счет этого снижаются напорные усилия при внедрении зуба в породу, что благоприятно сказывается на общей нагруженности зуба и передней стенки ковша, а также снижает вероятность поломки как зуба, так и стенки.- during the operation of the tooth, its working surfaces wear out, but unlike conventional teeth, where at each stage of wear the cutting edge of the tooth becomes more and more blunt and rounded, the cutting edge of the reinforced stepped tooth has up to 2-3 areas of “programmed” wear, on which the tooth profile is restored by gradually erasing the steps. The blunting of the cutting edge of the tooth is also slower because of this. Due to this, pressure forces are reduced during the introduction of the tooth into the rock, which favorably affects the overall load on the tooth and the front wall of the bucket, and also reduces the likelihood of breakage of both the tooth and the wall.

Благодаря вышеуказанным преимуществам и в сочетании с применением современных износостойких сталей можно значительно повысить стойкость и долговечность зуба по сравнению с существующими аналогами.Thanks to the above advantages, and in combination with the use of modern wear-resistant steels, it is possible to significantly increase the resistance and durability of the tooth compared to existing analogues.

Источники информацииSources of information

1. Зуб ковша экскаватора. Патент РФ МПК E02F 9/28 №2107779. - Заявл. 14.06.1996. - Опубл. 27.03.1998. Авторы: Сычев К.К., Ершов Г.У., Ивочкин В.А.1. Excavator bucket tooth. RF patent IPC E02F 9/28 No. 2107779. - Appl. 06/14/1996. - Published. 03/27/1998. Authors: Sychev K.K., Ershov G.U., Ivochkin V.A.

2. Зуб ковша экскаватора. Патент РФ МПК E02F 9/28 №2167980. - Заявл. 12.10.2000. - Опубл. 27.05.2001. Авторы: Соболев В.Ф., Кудинов С.Я.2. Excavator bucket tooth. RF patent IPC E02F 9/28 No. 2167980. - Appl. 10/12/2000. - Published. May 27, 2001. Authors: Sobolev V.F., Kudinov S.Ya.

3. Зуб ковша экскаватора. Патент РФ МПК E02F 9/28 №2671014. - Заявл. 06.07.2017. - Опубл. 29.10.2018. Авторы: Соколов Г.А., Липатов А.А., Рубина О.Ф.3. Excavator bucket tooth. RF patent IPC E02F 9/28 No. 2671014. - Appl. 07/06/2017. - Published. 10/29/2018. Authors: Sokolov G.A., Lipatov A.A., Rubina O.F.

Claims

1. Reinforced bucket tooth - a solid cast tooth, consisting of a nose (working) part in the form of a wedge, smoothly turning into a tail in the form of a fork, designed to be fixed on the bucket body, the nose is formed by a convex upper and concave lower working surfaces of the tooth, characterized in that that the upper working surface of the tooth consists of a central rib 5, curved outward with a radius Rl=2000-2500 mm, and two symmetrical stepped surfaces 6 on the sides, formed by 3-5 flat steps, made with a difference h=20-40 mm and inclined along relation to the axis of the tail part at an angle β=20-30°.

2. Bucket tooth reinforced according to claim 1, characterized in that the working part is deflected downward from the axis of the tail part by an angle α=5-10°.

3. Bucket tooth reinforced according to claim 1, characterized in that the lower working surface of the tooth consists of two side ribs 7, concave inward with a radius R2=1000-1500 mm and recess 8 located between them (lightening), concave inward with a radius R3=500 -900 mm.

4. Bucket tooth reinforced according to claim 1, characterized in that additional protective side elements 13 (Fig. 5), called "wings", are made on the side surfaces of the tooth.