Патент на изобретение №2204000
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) НОЖ СТРОИТЕЛЬНО-ДОРОЖНОЙ МАШИНЫ
(57) Реферат: Изобретение относится к области горного дела и строительства, в частности к ножам строительно-дорожных машин, предназначенным для очистки поверхностей от загрязнения, а также для разрушения твердых и абразивных материалов, и может быть использовано на отвалах бульдозеров, снегоочистителей. Нож строительно-дорожной машины включает корпус с узлом для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины и соединенный с корпусом режущий инструмент в виде установленных относительно друг друга с одинаковым интервалом по всей длине корпуса пластин четырехугольной формы с расположенными в одной плоскости режущими кромками. Нож снабжен вкладышами, каждый из которых расположен между смежными пластинами, а пластины выполнены из твердосплавного материала. Корпус выполнен с расположенным на его торце продольным пазом для размещения пластин и вкладышей, а каждый вкладыш соединен с корпусом. Длина вкладыша по продольной оси паза составляет не менее 0,15 и не более 0,65 длины пластины по той же оси. Повышается срок службы ножа, снижается энергоемкость процесса разрушения. 10 з.п. ф-лы, 7 ил. Изобретение относится к области горного дела и строительства, в частности к ножам строительно-дорожных машин, предназначенным для очистки поверхностей от загрязнения, а также для разрушения твердых и абразивных материалов, и может быть использовано на отвалах бульдозеров, автогрейдеров или снегоочистителей для удаления льда и/или снега с дорог или дорожных покрытий, например автомобильных дорог или взлетно-посадочных полос аэродромов, а также при выполнении земляных работ при строительстве дорог и сооружении промышленных или гражданских объектов. Известен нож строительно-дорожной машины, а именно снегоочистителя, который содержит корпус с узлом для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины и режущий инструмент в виде установленных по всей длине корпуса пластин четырехугольной формы (см., например, авторское свидетельство СССР (SU) 1696640, кл. Е 01 Н 5/06, опубл. 1991 г.). К недостаткам известного устройства, позволяющего осуществлять эффективное удаление свежевыпавшего неуплотненного снега с очищаемой поверхности, можно отнести его относительно низкую производительность при удалении с очищаемой поверхности относительно твердых материалов, например льда. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что режущий инструмент имеет непрерывную по всей длине отвала режущую кромку и, следовательно, большую площадь контакта с разрушаемым материалом. По этой причине будет затруднено внедрение режущего инструмента в ледяную поверхность, то есть режущий инструмент будет скользить по льду, не разрушая его. Приложение к режущему инструменту большего усилия путем принудительного заглубления рабочего органа строительно-дорожной машины позволит улучшить внедрение режущего инструмента в разрушаемый материал, но повлечет за собой повреждение очищаемой поверхности, что недопустимо. Кроме того, к недостаткам известного устройства можно отнести его относительно низкую надежность работы, обусловленную повышенным износом режущего инструмента при взаимодействии с более твердым разрушаемым материалом (льдом). Известен рабочий инструмент строительно-дорожной машины, который предназначен для очистки поверхности преимущественно от льда и/или снега и содержит корпус с узлом для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины и соединенный с корпусом режущий инструмент в виде установленных друг относительно друга с одинаковым интервалом по всей длине корпуса резцов с рабочей головкой из твердосплавного материала (см., например, заявку Финляндии (FI) 86319, кл. Е 01 Н 5/00, опубл.1992). Конструкция указанного рабочего инструмента частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку разрушение материала при очистке поверхности осуществляется сколом, а не резанием, а взаимодействующая с разрушаемым материалом рабочая головка выполнена из твердосплавного материала. Торцевая поверхность рабочей головки согласно известному техническому решению может иметь плоскую или сферическую форму. При такой практически плоской форме торцевой поверхности рабочей головки для внедрения инструмента в разрушаемый материал необходимо приложить достаточно большое усилие, поскольку известно, что величина усилия, необходимого для внедрения в материал тела (в данном случае рабочей головки) пропорциональна площади контакта указанного тела с разрушаемым материалом. Таким образом, к одному из недостатков известного рабочего инструмента можно отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса очистки. Кроме того, поскольку в качестве режущего инструмента в известном устройстве используются резцы, то конструктивно невозможно обеспечить расположение резцов на корпусе с оптимальным интервалом, обеспечивающим качественную очистку поверхности. То есть в процессе очистки поверхности ото льда или снега между смежными резцами образуются неразрушенные участки льда и, как следствие, – борозды на очищаемой поверхности. Указанное обстоятельство снижает качество очистки поверхности. На основании изложенного к недостаткам известного рабочего инструмента строительно-дорожной машины можно отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса очистки поверхности, а также невозможность обеспечения достаточной чистоты очищаемой поверхности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является нож строительно-дорожной машины, включающий корпус с узлом для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины и соединенный с корпусом режущий инструмент в виде установленных друг относительно друга с одинаковым интервалом по всей длине корпуса пластин четырехугольной формы с расположенными в одной плоскости режущими кромками (см., например, авторское свидетельство СССР (SU) 1157185, кл. Е 02 F 9/28, опубл. 1985). К недостаткам известного устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога, можно отнести недостаточно эффективное удаление с очищаемой поверхности загрязнений, содержащих твердые и высокоабразивные включения, например, в удаляемом с дорожного покрытия льде и/или снеге могут содержаться песок и/или гранитная крошка. Данный недостаток обусловлен тем обстоятельством, что при малом интервале расположения пластин режущего инструмента нож строительно-дорожной машины не сможет эффективно внедряться в указанное загрязнение и, следовательно, на покрытии останется неразрушенное загрязнение. При большом интервале расположения пластин режущего инструмента нож строительно-дорожной машины будет оставлять на очищаемой поверхности выступы из не разрушенного материала и, следовательно, очищаемая поверхность будет неровной и потребует повторной очистки. Кроме того, к недостаткам известного ножа можно отнести его относительно низкую эксплуатационную надежность, вызванную повышенным износом режущего инструмента при его взаимодействии с загрязнением, содержащим твердые и высокоабразивные включения. Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого ножа строительно-дорожной машины, который обеспечивал бы возможность качественной очистки поверхности от загрязнений, содержащих твердые и высокоабразивные включения, за счет оптимизации расстановки режущего инструмента, повышения его эксплуатационной надежности при одновременном снижении затрат на изготовление. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в снижении энергоемкости процесса разрушения загрязнений на очищаемой поверхности, при одновременном повышении срока службы ножа строительно-дорожной машины и экономии твердосплавного материала, идущего на изготовление режущего инструмента. Поставленная задача решена за счет того, что нож строительно-дорожной машины, который содержит корпус с узлом для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины и соединенный с корпусом режущий инструмент в виде установленных друг относительно друга с одинаковым интервалом по всей длине корпуса пластин четырехугольной формы с расположенными в одной плоскости режущими кромками, снабжен вкладышами, каждый из которых расположен между смежными пластинами, а пластины выполнены из твердосплавного материала, при этом корпус выполнен с расположенным на его торце продольным пазом для размещения пластин и вкладышей, а каждый вкладыш соединен с корпусом, причем длина вкладыша по продольной оси паза составляет не менее 0,15 и не более 0,65 длины пластины по той же оси. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что корпус выполнен в виде, по меньшей мере, двух секций. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет дополнительно снизить затраты на изготовление ножа и упростить его ремонт в процессе эксплуатации. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вкладыш имеет форму цилиндра вращения. Использование вкладыша указанной формы позволяет несколько упростить технологию изготовления и сборки ножа. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что продольная ось цилиндра вращения, определяющего форму вкладыша, расположена параллельно продольной оси паза. При таком варианте компоновочного решения появляется возможность получения дополнительного эффекта, заключающегося в повышении надежности соединения пластин с корпусом. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что максимальная высота вкладыша не превышает глубины продольного паза, что позволяет повысить качество очистки поверхности от загрязнения. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вкладыш выполнен в виде, по меньшей мере, двух секций. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет упростить технологию сборки ножа. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вкладыш соединен с корпусом посредством пайки, что позволяет увеличить срок службы ножа за счет повышения надежности соединения указанных элементов. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что вкладыш соединен с соответствующей пластиной посредством пайки, что позволяет увеличить срок службы ножа за счет повышения надежности соединения указанных элементов. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что каждая пластина соединена с корпусом посредством пайки, что позволяет увеличить срок службы ножа за счет повышения надежности соединения указанных элементов. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что высота выступающей из продольного паза части пластины составляет не менее 0,1 от высоты последней. При таком варианте конструктивного выполнения ножа повышается срок его службы при одновременном сохранении прочностных характеристик соединения. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что он имеет дополнительный режущий инструмент, который расположен на корпусе симметрично относительно основного режущего инструмента. Такой вариант конструктивного выполнения ножа строительно-дорожной машины позволяет при некотором увеличении себестоимости изготовления существенно увеличить срок его службы без капитального ремонта. На фиг.1 изображен общий вид ножа строительно-дорожной машины; на фиг.2 – разрез по А-А на фиг.1, на фиг.3 -разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 – фрагмент расстановки режущего инструмента на корпусе; на фиг.5 – разрез по В-В на фиг.4; на фиг.6 – разрез по В-В на фиг 4 при варианте выполнения вкладыша из двух секций; на фиг.7 – разрез по А-А на фиг.1 при варианте выполнения ножа с дополнительным режущим инструментом. Нож строительно-дорожной машины содержит корпус 1, который может быть выполнен, например, в виде плиты прямоугольной формы. Корпус 1 выполнен с узлом 2 для его крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины. Узел 2 для крепления корпуса 1 к рабочему органу строительно-дорожной машины может быть выполнен, например, в виде монтажных отверстий и крепежных элементов. В рабочем органе (не изображен) строительно-дорожной машины выполнены соответствующие монтажные отверстия для размещения крепежных элементов узла 2. Под рабочим органом строительно-дорожной машины обычно понимают отвал бульдозера, автогрейдера или плужного снегоочистителя. Корпус 1 соединен с рабочим органом строительно-дорожной машины неразъемным или предпочтительно разъемным соединением. По одному из вариантов конструктивного выполнения ножа его корпус 1 может быть выполнен в виде, по меньшей мере, двух секций, что позволяет снизить затраты на ремонт ножа и повысить надежность крепления режущего инструмента на его корпусе 1 за счет повышения технологичности сборки. Так, на фиг.1 изображен нож, корпус 1 которого выполнен в виде трех секций. В этом случае все секции корпуса 1 однотипны и каждая из них имеет узел 2 для ее крепления к рабочему органу строительно-дорожной машины, что позволяет осуществить выборочную замену вышедшей из строя секции корпуса 1. Нож строительно-дорожной машины включает режущий инструмент, который выполнен в виде установленных друг относительно друга с одинаковым интервалом пластин 3 четырехугольной формы с расположенными в одной плоскости режущими кромками 4. Пластины 3 выполнены из твердосплавного материла, в качестве которого могут быть использованы, например, металлокерамические вольфрамокобальтовые сплавы, содержащие 90-94% карбида вольфрама и 6-10% кобальта. Нож строительно-дорожной машины содержит вкладыши 5, каждый из которых расположен между смежными пластинами 3. Вкладыш 5 одновременно выполняет функции дистанционного элемента, обеспечивающего заданную точность расстановки пластин 3 по всей длине корпуса 1 с определенным интервалом, и функции защитного элемента, обеспечивающего защиту соединения пластин 3 с корпусом 1 ножа. Вкладыш 5 может быть выполнен из твердосплавного материала, аналогичному тому, который используется для изготовления пластин 3 режущего инструмента. Корпус 1 ножа выполнен с расположенным на его торце продольным пазом 6, который предназначен для размещения пластин 3 и вкладышей 5. Пластины 3, образующие режущий инструмент ножа, установлены в продольном пазу 6 корпуса 1 и могут быть соединены с последним, например, с помощью металлических штифтов (не изображены). Наиболее предпочтительным является такой вариант, при котором соединение пластин 3 с корпусом 1 осуществлено посредством пайки. Вкладыши 5 также установлены в продольном пазе 6 корпуса 1 и могут быть соединены с последним, например, с помощью резьбового соединения (на чертежах не изображено). Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения указанного соединения, при котором соединение вкладышей 5 с корпусом 1 осуществлено посредством пайки. Опытным путем установлено, что длина (А) каждого вкладыша 5 по продольной оси 7 паза 6 должна составлять не менее 0,15 и не более 0,65 длины (В) пластины 3 по той же оси 7, то есть должно выполнятся следующее условие: 0,65 В  А0,15 В. При выходе значения длины (А) вкладыша 5 за нижний предел указанного выше соотношения существенно ухудшаются условия внедрения режущего инструмента ножа в разрушаемый материал (загрязнение) и одновременно возрастает себестоимость изготовления ножа за счет увеличения расхода твердосплавного материала. При выходе значения длины (А) вкладыша 5 за верхний предел указанного выше соотношения существенно ухудшается качество очистки поверхности за счет образования выступов из неразрушенного материала в промежутке между смежными пластинами 3. Конкретная величина соотношения между указанными геометрическими характеристиками деталей ножа выбирается из указанного диапазона в зависимости от длины (В) пластины 3 и физико-механических свойств разрушаемого материала. Так, например, при выборе по конструктивным соображениям длины (В) пластины 3 из твердосплавного материала равной 30 мм длина (А) вкладыша 5 должна составлять при условии очистки поверхности от загрязнений, содержащих твердые включения, соответственно 9 мм.
Вкладыш 5 может иметь любую геометрическую форму – многогранника, например, призмы или цилиндра. Наиболее предпочтительным является такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором вкладыш 5 имеет форму цилиндра вращения (фиг.3). При этом продольная ось цилиндра вращения, определяющего форму вкладыша 5, может быть расположена перпендикулярно или параллельно продольной оси 7 паза 6. Целесообразно, чтобы продольная ось цилиндра вращения, определяющего форму вкладыша 5, была расположена параллельно продольной оси 7 паза 6, то есть основания цилиндра вращения были бы ориентированы в сторону боковых торцов смежных пластин 3. Предпочтительно также, чтобы максимальная высота вкладыша 5 вне зависимости от его геометрической формы не превышала глубины продольного паза 6 в корпусе 1, то есть установленный в продольном пазу 6 корпуса 1 вкладыш 5 не выступал за торец корпуса 1, что позволяет наиболее эффективно защитить вкладыш 5 от абразивного износа. Вкладыш 5 может быть выполнен в виде, по меньшей мере, двух секций. Пример такого варианта конструктивного выполнения указанного элемента устройства приведен на фиг. 6. Каждый вкладыш 5 может быть соединен с соответствующей пластиной 3 посредством пайки.
Часть установленной в продольном пазу 6 корпуса и соединенной с последним пластины 3 из твердосплавного материала, на которой расположена режущая кромка 4, выступает за торец корпуса 1. Предпочтительно, чтобы высота (С) выступающей из продольного паза 6 части пластины 3 из твердосплавного материала составляла бы не менее 0,1 высоты (D) пластины 3, то есть соблюдалось следующее условие: С0,1D (фиг.2). Указанное соотношение получено эмпирическим путем. При выходе значения высоты (С) за нижний предел указанного соотношения в процессе эксплуатации происходит увеличение нагрузок на режущий инструмент и интенсивный износ корпуса 1 ножа разрушаемым материалом, что приводит к снижению прочности соединения пластины 3 с корпусом 1 и, следовательно, к уменьшению срока службы ножа. Конкретное значение указанного параметра выбирают в зависимости от геометрических параметров пластины 3 /ее длины (В), высоты и толщины/, длины (А) вкладыша 5 и физико-механических свойств разрушаемого материала. Так, например, при выборе по конструктивным соображениям пластины 3 из твердосплавного материала, высота (D) которой составляет 15 мм, высота (С) выступающей из продольного паза 6 корпуса 1 части пластины 3 должна составлять 3 мм.
Нож строительно-дорожной машины может быть выполнен с дополнительным режущим инструментом (фиг. 7), который расположен на корпусе 1 симметрично относительно основного режущего инструмента и предназначен для использования после износа основного режущего инструмента, что позволяет увеличить срок службы ножа вдвое. Дополнительный режущий инструмент имеет такую же конструкцию, как и основной режущий инструмент. Для размещения дополнительного режущего инструмента на верхнем торце корпуса 1 по всей его длине выполнен дополнительный продольный паз 8, в котором размещены дополнительные пластины 9 из твердосплавного материала и дополнительные вкладыши (не показаны). Схема расстановки дополнительных пластин 9 и дополнительных вкладышей в дополнительном продольном пазу 8 аналогична схеме расстановки соответствующих элементов основного режущего инструмента.
Нож строительно-дорожной машины работает следующим образом.
Оператор строительно-дорожной машины с пульта управления (не показан) опускает рабочий орган (отвал) из транспортного положения в рабочее положение. В “плавающем” положении, то есть под действием веса рабочего органа, пластины 3 из твердосплавного материала своими режущими кромками 4 вступают во взаимодействие с разрушаемым материалом, например с ледовым и/или снежным покрытием. Под действием веса рабочего органа пластины 3 и частично корпус 1 ножа заглубляются в разрушаемый материал на величину, которая определяется величиной удельного давления ножа на разрушаемый материал. После заглубления ножа в разрушаемый материал на определенную величину процесс внедрения рабочего органа строительно-дорожной машины в разрушаемый материал прекращается. При дальнейшем перемещении рабочего органа строительно-дорожной машины по очищаемой поверхности пластины 3 из твердосплавного материала осуществляют разрушение заданного слоя льда и/или снега на дорожном покрытии резанием. Разрушенный материал накапливается перед рабочим органом строительно-дорожной машины и транспортируется последним с очищаемого покрытия. Благодаря выбору оптимального соотношения между длиной (А) вкладыша 5 и длиной (В) пластины 3 лед и/или снег, находящийся в промежутке между смежными пластинами 3 и не подвергающийся прямому воздействию режущих кромок 4 пластин 3, также будет разрушаться путем его скола с образованием после прохождения ножа ровной поверхности.
В процессе эксплуатации разрушенный материал воздействует на пластины 3 и корпус 1, что приводит к их абразивному износу. При этом корпус 1 ножа будет изнашиваться более интенсивно, чем режущий инструмент, поскольку его пластины 3 выполнены из твердосплавного материала. При достижении определенного износа ножа соединение пластин 3 режущего инструмента с корпусом 1 ножа ослабнет, что приведет к отрыву пластин 3 от корпуса 1. В этом случае вышедшую из строя секцию или секции корпуса 1 ножа с помощью узла 2 отсоединяют от рабочего органа строительно-дорожной машины и заменяют новой или новыми. При использовании ножа с дополнительным режущим инструментом после выхода из строя секции или секций корпуса 1 ножа последнюю отсоединяют от рабочего органа строительно-дорожной машины, разворачивают на 180o и соединяют с рабочим органом. После этого продолжают работу. В результате такой замены во взаимодействие с разрушаемым материалом вступают пластины 9 дополнительного режущего инструмента, а изношенный основной режущий инструмент занимает нерабочее положение, в котором до такой замены находился дополнительный режущий инструмент.
Формула изобретения
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
