РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(19) RU (11) 2 756 339 (13) C1 (51) МПК E02F 3/18 (2006.01) E02F 5/08 (2006.01)

(54) Рабочий орган траншейного экскаватора

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к технике создания землеройных машин.

В настоящее время известны траншейные экскаваторы с разными рабочими органами. Широкое применения при выполнении строительных работ нашли, в частности, траншейные экскаваторы, в которых рабочим органом служит замкнутая цепь, перемещаемая приводом, на которой установлены ковши (URL: www.baurum.ru/_library/?cat=earthworks_machines

&id=1208. Цепные траншейные экскаваторы / Справочник строителя (дата обращения 07.09.2020 г.)). Экскаваторы с подобными рабочими органами позволяют разрабатывать траншеи для укладки кабелей и трубопроводов малых диаметров глубиной до 1,6 м и шириной 0,2…0,4 м при строительстве жилых зданий и т.п. Продольное копание протяженных траншей под магистральные трубопроводы и большие промышленные объекты глубиной до 3 и более метров и шириной до 1…1,5 метров цепные рабочие органы выполнять не позволяют из-за недостаточной прочности и надежности.

Более надежными и прочными из траншейных экскаваторов являются такие, в которых рабочим органом служит ротор, выполненный в виде колеса диаметром D с приводом вращения, и n ковшей, размещенных вокруг колеса и соединенных с ним. Такой рабочий орган траншейного экскаватора, описанный, например, в книге «Б.Н. Абрамов, О.А. Лукашук. Многоковшовые экскаваторы: проектирование и расчет. – Екатеринбург: УрФУ. 2012», принят нами за прототип предлагаемого.

Особенностью прототипа является то, что все ковши размещены на колесе на одинаковых расстояниях R от его центра и с одинаковым угловым шагом α. Это обеспечивает простоту конструкции ротора и ее более высокие эксплуатационные качества (например, более высокую жесткость), чем цепи с ковшами.

Вместе с тем, недостатком рабочих органов траншейных экскаваторов, состоящих из роторов, выполненных в виде колеса с приводом вращения, является необходимость применения привода значительной мощности: 100 и более кВт.

Проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, в соответствии с этим, является снижение мощности привода ротора и создание рабочего органа экскаватора, обеспечивающего это.

В процессе работы экскаватора приводу его ротора приходится преодолевать значительные силы сопротивления, из которых главная – сила сопротивления грунта копанию P. Указанная сила, как известно из классической литературы по землеройным машинам (см., например, книгу «Д.И. Федоров. Рабочие органы землеройных машин. – М.: Машиностроение. 1990, стр. 7), может быть определена по формуле Н.Г. Домбровского

P=Kbh,

где K – удельное сопротивление грунта копанию, b и h соответственно ширина и толщина срезаемого ковшами пласта грунта. Уменьшив h или разделив его между ковшами, величину P можно снизить. Однако просто уменьшая h, приходится уменьшать и производительность экскаватора. Деление же h между ковшами снижения производительности за собой может не повлечь.

Учитывая изложенное, проблема, сформулированная выше, технически решается за счет того, что рабочий орган траншейного экскаватора, состоящий из ротора, выполненного в виде колеса диаметром D с приводом вращения, и n ковшей, размещенных вокруг колеса и соединенных с ним, отличается от прототипа тем, что ковши расположены относительно центра ротора и друг друга в соответствии с соотношениями

R_0=D/2+H; α_0=2π/n; α_j=R_(i-1)/R_i α_(j-1); R_i>R_(i-1),

где H – минимально допустимая высота ковша, i – порядковый номер ковша с [R_i>R]_0, равный 1, 2, …, n-1, j – порядковый номер углового шага между ковшами [α_J>α]_0, равный 1, 2, …, n-2, отсчитываемые против направления вращения ротора, R_0 – расстояние режущих кромок ковша минимальной высоты от центра ротора, α_0 – угловой шаг между ковшом с номером 1 и ковшом, предшествующим ему, R_i – расстояние режущих кромок i-го ковша от центра ротора, α_j – угловой шаг между i -ым и (i-1)-ым ковшами.

Схема предлагаемого рабочего органа траншейного экскаватора приведена на фиг. 1, где в качестве примера изображено его колесо с n=6 ковшами (привод колеса условно не показан).

Цифрами 0, 1, 2, 3, 4, 5 на фиг. 1 обозначены расстояния R_0, R_1, R_2, R_3, R_4, R_5 режущих кромок ковшей от центра ротора, цифрами 6 и 7, соответственно, величины D/2 и H, цифрами 8, 9, 10, 11 и 12 угловые шаги α_0, α_1, α_2, α_3, α_4 между ковшами. При изображении принято: D=100%; H≈25% от D/2; расстояние R_i последовательно увеличиваются на 3 % от R_0. Угловые шаги между ковшами таковы α_0=100%, α_1=97% от α_0, α_2=94,3% от α_0, , α_3=91,7% от α_0, α_4=89,3% от α_0. Широкой стрелкой на фиг. 1 показано направление вращения ротора при эксплуатации экскаватора.

В процессе эксплуатации предлагаемого рабочего органа пласт грунта, срезаемого ковшом, складывается из двух составляющих: определяемых вращением ротора и движением подачи экскаватора вдоль траншеи. Второе осуществляется с помощью тягача, не входящего в состав траншейного экскаватора, поэтому мощность привода вращения ротора экскаватора расходуется, главным образом, на первое – на срезание первой составляющей пласта. Чем меньше толщина этого пласта, тем меньше затрачиваемая мощность. В случае предлагаемого рабочего органа, показанного как пример на фиг. 1, пласт грунта, подлежащий срезанию, имеющий некоторую толщину L, делится между n=6 ковшами на слои одинаковой толщины и длины. Если у прототипа сила сопротивления грунта копанию, действующая на каждый ковш при вращении ротора, была равна P=KbL, то у ротора, приведенного на фиг. 1, она равна P=1/6 KbL. Поскольку толщины и длины срезаемых слоев грунта при этом остаются одинаковыми, объемы слоев, срезаемых ковшами при работе ротора, тоже одинаковы. Это в процессе эксплуатации ротора не нарушает его первоначальную балансировку. (Такая балансировка при изготовлении как прототипа, так и предлагаемого рабочего органа экскаватора обязательна!) Разумеется при работе траншейного экскаватора с предложенным рабочим органом может возникнуть необходимость увеличения подачи (скорости V его движения вдоль траншеи), но существенного увеличения потребляемой мощности тягача, осуществляющего подачу, это за собой не повлечет, т.к. зависимость PV=const при снижении Р допускает пропорциональное увеличение V.

В связи с изложенным, техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение мощности, потребляемой приводом рабочего органа траншейного роторного экскаватора, что является следствием разрешения сформулированной выше проблемы.

Формула изобретения

Рабочий орган траншейного экскаватора, состоящий из ротора, выполненного в виде колеса диаметром D с приводом вращения, и n ковшей, размещенных вокруг колеса и соединенных с ним, отличающийся тем, что ковши расположены относительно центра ротора и друг друга в соответствии с соотношениями

; ; ; ,

где H – минимально допустимая высота ковша, – порядковый номер ковша с , равный 1, 2, …, n-1, – порядковый номер углового шага между ковшами с , равный 1, 2, …, n-2, отсчитываемыми против направления вращения ротора, – расстояние режущих кромок ковша минимальной высоты от центра ротора, – угловой шаг между ковшом с номером 1 и ковшом, предшествующим ему, – расстояние режущих кромок -го ковша от центра ротора, – угловой шаг между -м и -м ковшами.

ИЗВЕЩЕНИЯ

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.11.2023

Дата внесения записи в Государственный реестр: 04.07.2024

Дата публикации и номер бюллетеня: 04.07.2024 Бюл. №19