Опорная рама шагающего экскаватора

Опорная база (рама) шагающего экскаватора. Может быть использована как опорная часть в выемочно-погрузочных машинах, предназначенных для добычи или перемещения полезных ископаемых. Суть изобретения: в опорной раме (базе) шагающего экскаватора, выполненная в виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей, соединенных посредством крепежа и содержащей нижний опорный настил, верхний настил с кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец и утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную, наружную вертикальную кольцевую стенку, установленную между ними в зоне установки нижнего рельсового круга и систему взаимно пересекающихся вертикальных продольных и поперечных стенок, образующих пространственную раму, разбивающую опорную плиту на отдельные секции, опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, по середине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образовании разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом, составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом в нахлестку и скреплены призонными (пасованными) болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальных боковых стенок выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами. Вертикальные стенки в центральной части в зоне установки центральной цапфы выполнены из более толстого металлопроката, чем основные несущие вертикальные стенки. Основные несущие элементы металлоконструкций, например, верхний и нижний настилы, вертикальные кольцевые и прямолинейные стенки выполнены из стали с высокими механическими свойствами, позволяющими эксплуатировать опорную базу при низких отрицательных температурах, например, до -60°C. На нижней опорной части нижнего настила по периметру базы в зоне наружной кольцевой стенки дополнительно приварен защитный кольцевой платик, например, из высокопрочной стали. Технический результат: повышен конструктивный ресурс рамы противостоять усталостному разрушению. Полезный результат: повышена долговечность опорной рамы.

Полезная модель относится к горным машинам, а точнее к составным опорным рамам экскаваторов, преимущественно в шагающих экскаваторах-драглайнах, и может быть использована в выемочно-погрузочных машинах, предназначенных для перемещения полезных ископаемых.

Известна конструкция опорной рамы (базы) экскаватора ЭШ-15/90, которая по конструкции представляет собой круглую плиту (пространственную металлоконструкцию), состоящую из системы равномерно расположенных по кругу радиальных балок, пересекающихся системой концентрично расположенных круговых балок. Поясами круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данная конструкция рамы делится монтажными стыками на одну центральную и двенадцать радиальных секций (см., например, книгу: Х.А. Винокурский «Стальные конструкции в тяжелом машиностроении», МАШГИЗ, Москва - Свердловск, 1960 г. - фиг. 131, стр. 256-257).

К недостаткам известной опорной рамы следует отнести большое количество монтажных частей, что повышает сложность ее изготовления и увеличивает сроки монтажа у заказчика.

Известна также конструкция опорной рамы (базы) шагающего экскаватора-драглайна ЭШ-10/70, ЭШ 13/50, ЭШ-11/70 или ЭШ 14/50, которая по конструкции представляет собой круглую плиту, состоящую из системы равномерно расположенных по кругу радиальных балок, пересекающихся системой концентрично расположенных круговых балок. Поясами круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данная конструкция рамы делится монтажными стыками на одну центральную и три радиальных секции, соединяемыми при помощи высокопрочного крепежа, (см. например, КАТАЛОГ МП «МОНТОРЕМ», «Запасные части к экскаватору ЭШ 10/70А (ЭШ 13/50)», Кемерово, 1992 г.) (см. описание патента на полезную модель РФ 96584, E02F 9/10).

К недостаткам известной рамы следует отнести сложность ее монтажа, а также необходимость постоянного контроля затяжки высокопрочного крепежа в монтажных стыках, подвергающихся интенсивному воздействию изгибающих моментов, а также необходимость выполнения дополнительной подготовки монтажных стыков на монтаже у заказчика.

Известна конструкция опорной рамы экскаватора ЭШ-14/75 или ЭШ-25/100, которая по конструкции представляет собой круглую плиту, состоящую из системы пересекающихся между собой продольных и поперечных балок, пересекающихся между собой, из системы радиальных балок и круговой наружной балки. Поясами продольных, поперечных, круговой и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы. Данные конструкции рам состоят из пяти частей с четырьмя параллельными монтажными стыками, выполненными с применением высокопрочного крепежа, (см. например, книгу Х.А. Винокурский «Стальные конструкции в тяжелом машиностроении», Москва - Свердловск. «МАШГИЗ», 1960. рис. 132, стр. 257-258).

Данная полезная модель по совокупности существенных признаков может быть принята в качестве наиболее близкого аналога (прототипа).

Известная и заявляемая опорная рама содержат следующие существенные и сходные признаки: опорная круглая плита, состоящая из расположенной внутри наружной кольцевой балки системы пересекающихся между собой продольных и поперечных балок. Поясами продольных, поперечных, круговых и радиальных балок являются нижний и верхний листы или настилы рамы.

К недостаткам прототипа можно отнести его низкую надежность и долговечность, которая является следствием низкой сопротивляемости изгибающим моментам, возникающим в процессе копания или шагания экскаватора, которая обусловлена тем, что опорная рама разделена монтажными стыками на пять параллельных частей. Кроме того, места сопряжения отдельных частей опорной рамы (монтажные стыки) подвергаются в процессе эксплуатации интенсивному износу, что также снижает долговечность опорной рамы.

В основу полезной модели поставлена задача - повысить долговечность и надежность опорной рамы шагающего экскаватора путем повышения ее жесткости, и за счет технического результата, заключающегося в повышении конструктивных ресурсов рамы противостоять усталостному разрушению.

Для обеспечения заявленного технического результата в опорной раме (базе) шагающего экскаватора, выполненной в виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей, соединенных посредством крепежных элементов и содержащей нижний опорный настил, верхний настил с кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец и утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную, а также расположенные между ними наружную вертикальную кольцевую стенку в зоне установки нижнего рельсового круга и систему взаимно пересекающихся вертикальных продольных и поперечных стенок, образующих пространственную раму, разбивающую опорную плиту на отдельные секции, опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, по середине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образовании разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом, составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом в нахлестку и скреплены призонными (пасованными) болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальных боковых стенок выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами.

Между отличительными признаками полезной модели и техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

За счет того, что опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, по середине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образовании разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом, составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом в нахлестку и скреплены призонными (пасованными) болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальных боковых стенок выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами, обеспечено повышение конструктивного ресурса рамы противостоять усталостному разрушению под воздействием внешних нагрузок, повышена надежность и обеспечена безотказная работа опорной рамы шагающего экскаватора в условиях циклических нагрузок.

Дополнительный полезный результат, состоящий в повышении прочности центральной части опорной рамы экскаватора, обеспечен тем, что вертикальные стенки в центральной части в зоне установки центральной цапфы выполнены из более толстого металлопроката, чем основные несущие вертикальные стенки,

Выполнение основных несущих элементов металлоконструкций, например, верхнего и нижнего настилов, вертикальных кольцевых и прямолинейных стенок из стали с высокими механическими свойствами, обеспечило эксплуатацию опорной базы экскаватора-драглайна при низких отрицательных температурах, например, до -60°C.

Приварка дополнительного защитного кольцевого платика из высокопрочной стали на наружной опорной части нижнего настила, расположенного по периметру опорной базы в зоне наружной кольцевой стенки повысила износостойкость и срок службы нижнего настила, подверженного интенсивному абразивному износу при шагании экскаватора.

Указанный полезный результат невозможно получить, если из перечисленной совокупности существенных признаков исключить какой-либо.

Полезная модель является промышленно применимой, поскольку на ПАО НКМЗ разработана рабочая документация и изготовлена опорная база шагающего экскаватора с применением заявленного технического решения.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 показан общий вид рамы в аксонометрии с частично удаленным верхним настилом для иллюстрирования ее внутренней структуры;

на фиг. 2 - сечение A-A на фиг. 1;

на фиг. 3 - вид Б.

Опорная рама шагающего экскаватора, выполнена виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей 1, 2 и 3 (см. фиг.1, 2 и 3). Части 1, 2 и 3 круглой плиты опорной рамы соединены между собой при помощи крепежных элементов.

Верхний настил металлоконструкции частей 1, 2 и 3 опорной рамы образован листами 4, 5 и 6. Листы 4, 5 и 6 верхнего настила снабжены кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец, а также утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную. Нижний настил металлоконструкции частей 1, 2 и 3 опорной рамы образован листами 7, 8 и 9.

Вертикальные дугообразные листы 10, 11, 12, и 13, расположенные в зоне установки нижнего рельсового круга, между листами 4, 5, 6 верхнего настила и листами 7,8 и 9 нижнего настила, образуют наружную вертикальную кольцевую стенку 14.

Внутреннее пространство частей 1, 2 и 3 опорной рамы разделено на отдельные секции при помощи взаимно перпендикулярных и равномерно распределенных пяти вертикальных продольных стенок 15 и пяти поперечных стенок 16, образующих силовую пространственную раму.

Отличиями заявленной полезной модели являются:

- составные части 1, 2 и 3 опорной базы образованы разделением круглой плиты вертикальными параллельными плоскостями В-Г и Д-Е, проходящими вдоль двух крайних вертикальных продольных стенок 15. Указанные плоскости разделяют вышеупомянутую круглую опорную плиту на центральную часть 3 и две одинаковые боковые части 1 и 2, при этом в центральной части расположены 5 продольных вертикальных стенок 15 и центральные части пяти поперечных стенок 16. Концевые части вертикальных поперечных стенок 16 размещены в боковых частях 1 и 2.

- опорная рама дополнительно снабжена вертикальной кольцевой стенкой 17, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой стенке 14, под верхними листами 4, 5, 6 верхнего настила в зоне монтажа зубчатого венца и состоящей из четырех дугообразных вертикальных стенок 18, 19, 20 и 21, сопряженных с вертикальными продольными стенками 15 и вертикальными поперечными стенками 16.

- в угловых секторах каждой боковой части 1 или 2, образованных вертикальными листами наружной кольцевой стенки 10, 12, соответственно и крайними поперечными вертикальными стенками 16 дополнительно приварены радиальные стенки 22;

- на внутренней поверхности листов 7, 8 и 9 нижнего настила, по посередине каждой секции, образованных продольными вертикальными стенками 15 и поперечными вертикальными стенками 16, дополнительно приварены ребра жесткости 23;

- центральные части вертикальных продольных стенок 15 и средняя часть поперечных стенок 16, центральной части 3, в зоне установки центральной цапфы, выполнены из более толстого металлопроката.

Все вышеперечисленные отличительные признаки обеспечили повышение конструктивного ресурса опорной рамы шагающего экскаватора противостоять усталостному разрушению под воздействием внешних нагрузок, повысили надежность и обеспечили ее безотказную работу в условиях циклических нагрузок.

Выполнение сопряжения составных частей 1, 2 и 3 в зонах верхнего и нижнего настилов в нахлестку и скрепление их призонными (пасованными) болтами 24, а крепление частей 1 2 и 3 в местах сопряжения их с вертикальными боковыми стенками высокопрочными болтами 25 и электрозаклепками кроме повышения надежности, обеспечило дополнительный полезный результат, состоящий в повышении монтажной готовности опорной базы, снижении затрат на монтаж и сокращение времени монтажа.

Изготовление основных несущих элементов металлоконструкций, а именно, листов 4, 5 и 6 верхнего настила и листов 7, 8 и 9 нижнего настила, вертикальных кольцевых стенок 14 и 17, продольных вертикальных стенок 15, поперечных вертикальных стенок 16 и радиальных вертикальных стенок 22 из стали с высокими механическими свойствами, обеспечило эксплуатацию опорной рамы при низких отрицательных температурах, например, до -60°C.

Для увеличения срока службы наружной поверхности листов 7, 8 и 9 нижнего настила, по периметру опорной рамы, в зоне наружной кольцевой стенки 14, дополнительно приварен защитный кольцевой платик 26 из высокопрочной стали.

Работает опорная рама шагающего экскаватора следующим образом. Для нее характерны два случая нагружения внешними силами: первый случай работа экскаватора в обычном режиме - копание и второй случай - перемещение - «шагание» шагающего экскаватора.

В процессе копания экскаватора, возникающие циклические знакопеременные усилия и изгибающие моменты от массы вращающейся поворотной платформы со стрелой с канатами и ковшом с грузом воспринимаются всеми элементами опорной рамы: листами 4, 5 и 6 верхнего настила, листами 7, 8 и 9 нижнего настила, вертикальными дугообразными листами 10, 11, 12, и 13 образующими наружную вертикальную кольцевую стенку 14, вертикальными дугообразными стенками 18, 19, 20 и 21, образующими вертикальную кольцевую стенку 17, установленную концентрично наружной вертикальной кольцевой стенке 14, вертикальными продольными стенками 15, поперечными стенками 16 и радиальными стенками 22, ребрами жесткости 23, а также призонными (пасованными) болтами 24, высокопрочными болтами 25 и электрозаклепками 26

При «шагании» шагающего экскаватора, усилия и изгибающие моменты возникающие от массы поворотной платформы с механизмами, стрелы экскаватора, ковша с грузом также воспринимаются всеми выше перечисленными силовыми элементами металлоконструкции опорной рамы, а истирающие усилия, возникающие на наружной кромке нижнего настила воспринимаются защитным кольцевым платиком 27.

На Новокраматорском машиностроительном заводе по заявляемой полезной модели выполнен рабочий проект и изготовлены опорные базы шагающих экскаваторов с использованием заявленного технического решения.

1. Опорная рама шагающего экскаватора, выполненная в виде круглой плиты, состоящей из отдельных транспортабельных частей, соединенных посредством крепежных элементов, и содержащей нижний опорный настил, верхний настил с кольцевыми приварными постелями под нижний рельсовый круг и зубчатый венец и утолщенным вварным цельным опорным листом под цапфу центральную, наружную вертикальную кольцевую стенку, расположенную между ними в зоне установки нижнего рельсового круга, и систему взаимно пересекающихся вертикальных продольных и поперечных стенок, образующих пространственную раму, разбивающую опорную плиту на отдельные секции, отличающаяся тем, что опорная плита снабжена вертикальной кольцевой стенкой, установленной концентрично наружной вертикальной кольцевой наружной стенке и сопряжена с вертикальными продольными и поперечными стенками и дополнительными ребрами жесткости, приваренными на нижнем настиле, посередине между вертикальными стенками, а вышеупомянутые составные части образованы разделением круговой плиты вертикальными параллельными плоскостями, проходящими вдоль продольных стенок из условия образования двух одинаковых боковых частей и расположенной между ними центральной части, при этом составные части в зонах верхнего и нижнего настилов сопряжены друг с другом внахлестку и скреплены призонными - пасованными болтами, а крепления частей в местах сопряжения их с вертикальными боковыми стенами выполнены в виде высокопрочных болтов и электрозаклепок, кроме того, угловые секции боковых частей круговой плиты дополнительно снабжены радиальными стенками, сопряженными с кольцевыми стенками и верхним и нижним настилами.

2. Опорная рама шагающего экскаватора по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальные стенки в центральной части в зоне установки центральной цапфы выполнены из более толстого металлопроката, чем основные несущие вертикальные стенки.

3. Опорная рама шагающего экскаватора по п. 1, отличающаяся тем, что основные несущие элементы металлоконструкций, например верхний и нижний настилы, вертикальные кольцевые и прямолинейные стенки выполнены из стали с высокими механическими свойствами из условия обеспечения эксплуатации опорной рамы при низких отрицательных температурах, например, до -60°С.

4. Опорная рама шагающего экскаватора по п. 1, отличающаяся тем, что на наружной опорной части нижнего настила по периметру базы в зоне наружной кольцевой стенки дополнительно приварен защитный кольцевой платик, например, из высокопрочной стали.