[发明专利]拉铲挖土机的铲斗、索具和装置

说明书

背景技术

拉铲挖掘装置已长期在采矿和运土作业中使用。与其它挖掘机不同，拉铲铲斗只由钢丝绳和链条控制并支承。在工作中，铲斗的稳定性和性能在很大程度上必然来自于铲斗结构。

在较小的铲斗中，拉铲挖土机工作中遇到的力不大且有效载荷小。利用这些铲斗，不需禁止工作，即可容易地补偿力和有效载荷。即使小铲斗设计得效率低，其装满时间的差别也不大，因为铲斗容量小。然而，随着机器尺寸、矿山大小的增大以及希望产量更高，随着时间推移，拉铲挖土机工作的铲斗尺寸大大增大。在今天的矿山中，30立方码级别或更大的大拉铲铲斗很普遍，并且使用大至175立方码的铲斗。在大铲斗中，设计的范例改变，这是因为对较小铲斗的设计影响很大的待挖掘材料(例如地面)的剪切力与加在大铲斗上的大载荷相比变得不太重要了。这些铲斗的扩张和巨大，大的有效载荷，以及在挖掘循环过程中由牵引链所加的非常大的力，都需要不同程度的考虑。然而，许多铲斗设计还遵循不能优化铲斗挖掘性能的不完善的旧规则。结果，在今天的拉铲铲斗中仍有许多问题。

由于没有操纵杆或液压缸用来将铲斗推入地面中，因此重要的是当拖拉绳将铲斗推向牵引车时，铲斗能挖入和穿透地面。为了使产量最大，希望铲斗尽快地深入地面中。许多较老的铲斗制成前端重以承受采矿的严酷条件。这种结构将重心放在较高的前部分上，这使得当被拉向前时铲斗向前翻倒在齿上。操作者需要特别小心操作这些铲斗，以避免铲斗太向前倾翻和在其前端翻倒过来。即使铲斗保持在挖掘位置，它仍会保持太向前倾斜，使得在加载过程中材料破碎严重。另外，主要由于隆起的土堆，需要大的力拉这种倾斜的铲斗通过地面。另一方面，重心进一步向后壁偏移的铲斗会更渐近地和更困难地穿透，这导致装满时间更长和生产率降低。Briscoe的美国专利4791738公开了增加拉动致翻倒的概念，它可减低铲斗翻倒过来的危险，同时可便于更好地更可靠地深入地面中。虽然这个设计概念可改善拉铲工作，但铲斗的穿透仍较平缓浅显，因此为了装满，铲斗的移动需要增加。图7表示一个常规铲斗的一个示例的地面G的概括化的穿透轮廓P₁。

拉铲铲斗带有一个底壁，两个从该底壁直立的相对的侧壁和一个在侧壁尾端的后壁。这些壁共同形成开放前端和收集土料的铲斗空腔。带有挖掘齿和护罩的唇部穿越底壁的前端以增强穿透和挖掘，并减小铲斗结构的磨损。侧壁一般由顶至底和由前至后形成锥度，以便容易和加速倾倒收集的材料。在拉铲铲斗中的不完全倾倒会使材料带回至下一挖掘行程。这个问题不但需要拖运不需要的重量而且降低每个挖掘行程的产量，即，因为老的材料保留在铲斗中，收集的新材料就少。

在常规铲斗中，收集的土料块一般被有锥度的侧壁迫使向内和向上通过约一半至三分之二的铲斗向着后壁通过的行程，然后向着底壁和后壁落下。材料的这种成堆使得向着铲斗的前端形成一个土堆。在铲斗内形成这种土堆需要增大拉绳上的力，放慢装满速度和在铲斗前端聚集材料。一旦这种土堆达到一定的块，它开始像在铲斗前端推动材料向前的推土机刮板一样起作用。这种土堆通常也造成在铲斗前端形成隆起的堆(即在拉铲铲斗前端堆起和向前隆起的污物)。在一些操作中，隆起的堆需要用其它设备(例如推土机)定期地弄平，以避免妨碍拉绳和磨损拉绳。在另一些操作中，利用推土机或其它设备将隆起的堆推离牵引车，以便在挖掘工作中，在远离牵引车的位置形成适当的阻力，使铲斗可在挖掘行程中移动结束前完全装满。即，有时利用隆起的堆在接下来的挖掘过程中给铲斗装载，并且为了装满铲斗经常是需要这些隆起的堆的。

在现代拉铲工作中，为了提供大的有效载荷和承受极大的负载和应力，普通铲斗本身是巨大的结构。为了减小磨损，一般铲斗带有各种磨损部件，这进一步增加铲斗的重量。容纳和控制这种大铲斗的索具也是很笨重的。悬臂和牵引车设计成可适应最大负荷，该最大负荷为拉铲铲斗、磨损部件、索具和铲斗内的挖掘材料的重量的综合。索具和拉铲铲斗的重量越大，在拉铲铲斗内保留的装载土料的容量越小。虽然作了一些努力减小索具的重量，但大都只是小增量的减小，或导致出现其它不希望的问题。

另外，铲斗和索具构件暴露在当这些部件与地面接触时的污物，岩石和其它碎片擦伤索具和拉铲铲斗的高度磨蚀性的环境中。索具元件之间的连接在这些彼此支承和受到各种力的区域中也会磨损。因此，在使用一段时间后，拉铲挖掘装置必需进行定期维修，以检查、更换或修理各种部件。在最现代化的装置中有许多需要这种检查、更换或修理的部件，并需要很多的停工时间来完成需要的工作。这种停工时间减少产量并降低拉铲工作的效率。

发明内容