專(zhuān)利名稱(chēng)：拉鏟挖土機(jī)的鏟斗、索具和裝置的制作方法
拉鏟挖土機(jī)的鏟斗、索具和裝置
背景技術(shù)：
拉鏟挖掘裝置已長(zhǎng)期在采礦和運(yùn)土作業(yè)中使用。與其它挖掘機(jī)不同，拉鏟鏟斗只 由鋼絲繩和鏈條控制并支承。在工作中，鏟斗的穩(wěn)定性和性能在很大程度上必然來(lái)自于鏟 斗結(jié)構(gòu)。在較小的鏟斗中，拉鏟挖土機(jī)工作中遇到的力不大且有效載荷小。利用這些鏟斗， 不需禁止工作，即可容易地補(bǔ)償力和有效載荷。即使小鏟斗設(shè)計(jì)得效率低，其裝滿時(shí)間的差 別也不大，因?yàn)殓P斗容量小。然而，隨著機(jī)器尺寸、礦山大小的增大以及希望產(chǎn)量更高，隨著 時(shí)間推移，拉鏟挖土機(jī)工作的鏟斗尺寸大大增大。在今天的礦山中，30立方碼級(jí)別或更大的 大拉鏟鏟斗很普遍，并且使用大至175立方碼的鏟斗。在大鏟斗中，設(shè)計(jì)的范例改變，這是 因?yàn)閷?duì)較小鏟斗的設(shè)計(jì)影響很大的待挖掘材料(例如地面)的剪切力與加在大鏟斗上的大 載荷相比變得不太重要了。這些鏟斗的擴(kuò)張和巨大，大的有效載荷，以及在挖掘循環(huán)過(guò)程中 由牽引鏈所加的非常大的力，都需要不同程度的考慮。然而，許多鏟斗設(shè)計(jì)還遵循不能優(yōu)化 鏟斗挖掘性能的不完善的舊規(guī)則。結(jié)果，在今天的拉鏟鏟斗中仍有許多問(wèn)題。由于沒(méi)有操縱桿或液壓缸用來(lái)將鏟斗推入地面中，因此重要的是當(dāng)拖拉繩將鏟斗 推向牽引車(chē)時(shí)，鏟斗能挖入和穿透地面。為了使產(chǎn)量最大，希望鏟斗盡快地深入地面中。許 多較老的鏟斗制成前端重以承受采礦的嚴(yán)酷條件。這種結(jié)構(gòu)將重心放在較高的前部分上， 這使得當(dāng)被拉向前時(shí)鏟斗向前翻倒在齒上。操作者需要特別小心操作這些鏟斗，以避免鏟 斗太向前傾翻和在其前端翻倒過(guò)來(lái)。即使鏟斗保持在挖掘位置，它仍會(huì)保持太向前傾斜，使 得在加載過(guò)程中材料破碎嚴(yán)重。另外，主要由于隆起的土堆，需要大的力拉這種傾斜的鏟斗 通過(guò)地面。另一方面，重心進(jìn)一步向后壁偏移的鏟斗會(huì)更漸近地和更困難地穿透，這導(dǎo)致裝 滿時(shí)間更長(zhǎng)和生產(chǎn)率降低。Briscoe的美國(guó)專(zhuān)利4791738公開(kāi)了增加拉動(dòng)致翻倒的概念， 它可減低鏟斗翻倒過(guò)來(lái)的危險(xiǎn)，同時(shí)可便于更好地更可靠地深入地面中。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)概 念可改善拉鏟工作，但鏟斗的穿透仍較平緩淺顯，因此為了裝滿，鏟斗的移動(dòng)需要增加。圖 7表示一個(gè)常規(guī)鏟斗的一個(gè)示例的地面G的概括化的穿透輪廓Pp拉鏟鏟斗帶有一個(gè)底壁，兩個(gè)從該底壁直立的相對(duì)的側(cè)壁和一個(gè)在側(cè)壁尾端的后 壁。這些壁共同形成開(kāi)放前端和收集土料的鏟斗空腔。帶有挖掘齒和護(hù)罩的唇部穿越底壁 的前端以增強(qiáng)穿透和挖掘，并減小鏟斗結(jié)構(gòu)的磨損。側(cè)壁一般由頂至底和由前至后形成錐 度，以便容易和加速傾倒收集的材料。在拉鏟鏟斗中的不完全傾倒會(huì)使材料帶回至下一挖 掘行程。這個(gè)問(wèn)題不但需要拖運(yùn)不需要的重量而且降低每個(gè)挖掘行程的產(chǎn)量，即，因?yàn)槔系?材料保留在鏟斗中，收集的新材料就少。在常規(guī)鏟斗中，收集的土料塊一般被有錐度的側(cè)壁迫使向內(nèi)和向上通過(guò)約一半至 三分之二的鏟斗向著后壁通過(guò)的行程，然后向著底壁和后壁落下。材料的這種成堆使得向 著鏟斗的前端形成一個(gè)土堆。在鏟斗內(nèi)形成這種土堆需要增大拉繩上的力，放慢裝滿速度 和在鏟斗前端聚集材料。一旦這種土堆達(dá)到一定的塊，它開(kāi)始像在鏟斗前端推動(dòng)材料向前 的推土機(jī)刮板一樣起作用。這種土堆通常也造成在鏟斗前端形成隆起的堆(即在拉鏟鏟斗 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設(shè)備(例如推土機(jī))定期地弄平，以避免妨礙拉繩和磨損拉繩。在另一些操作中，利用推土機(jī)或其它設(shè)備將隆起的 堆推離牽引車(chē)，以便在挖掘工作中，在遠(yuǎn)離牽引車(chē)的位置形成適當(dāng)?shù)淖枇?，使鏟斗可在挖掘 行程中移動(dòng)結(jié)束前完全裝滿。即，有時(shí)利用隆起的堆在接下來(lái)的挖掘過(guò)程中給鏟斗裝載，并 且為了裝滿鏟斗經(jīng)常是需要這些隆起的堆的。在現(xiàn)代拉鏟工作中，為了提供大的有效載荷和承受極大的負(fù)載和應(yīng)力，普通鏟斗 本身是巨大的結(jié)構(gòu)。為了減小磨損，一般鏟斗帶有各種磨損部件，這進(jìn)一步增加鏟斗的重 量。容納和控制這種大鏟斗的索具也是很笨重的。懸臂和牽引車(chē)設(shè)計(jì)成可適應(yīng)最大負(fù)荷， 該最大負(fù)荷為拉鏟鏟斗、磨損部件、索具和鏟斗內(nèi)的挖掘材料的重量的綜合。索具和拉鏟鏟 斗的重量越大，在拉鏟鏟斗內(nèi)保留的裝載土料的容量越小。雖然作了一些努力減小索具的 重量，但大都只是小增量的減小，或?qū)е鲁霈F(xiàn)其它不希望的問(wèn)題。另外，鏟斗和索具構(gòu)件暴露在當(dāng)這些部件與地面接觸時(shí)的污物，巖石和其它碎片 擦傷索具和拉鏟鏟斗的高度磨蝕性的環(huán)境中。索具元件之間的連接在這些彼此支承和受到 各種力的區(qū)域中也會(huì)磨損。因此，在使用一段時(shí)間后，拉鏟挖掘裝置必需進(jìn)行定期維修，以 檢查、更換或修理各種部件。在最現(xiàn)代化的裝置中有許多需要這種檢查、更換或修理的部 件，并需要很多的停工時(shí)間來(lái)完成需要的工作。這種停工時(shí)間減少產(chǎn)量并降低拉鏟工作的 效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及改進(jìn)的拉鏟挖土機(jī)的鏟斗、索具和裝置，特別地，但不是排外地，涉及 用于大型鏟斗工作用的改進(jìn)的拉鏟挖土機(jī)的鏟斗、索具和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，拉鏟鏟斗形成有新的構(gòu)造，它可以在干擾最小的狀態(tài)下 收集土料。這造成加在鏟斗和設(shè)備上的力和應(yīng)力減小，有效載荷增加，填充速度加快，以及 在一些工作中不太需要另外的設(shè)備。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，至少在拉鏟鏟斗的前端區(qū)域中的側(cè)壁設(shè)置有與垂直線 成大的向下錐度，優(yōu)選約為7-20度，以改善土料的收集。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，通過(guò)使高度與長(zhǎng)度之比、側(cè)壁的錐度、以及聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度 與鏟斗高度之比實(shí)現(xiàn)優(yōu)化平衡，使拉鏟鏟斗具有改進(jìn)的構(gòu)造和性能。在一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造中，鏟 斗的高度與長(zhǎng)度之比約為0. 4-0. 62，側(cè)壁的由頂至底的錐度與垂直線約為7-20度，而且聯(lián) 結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗高度之比至少約為0. 3。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，通過(guò)使聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比以及聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與 鏟斗高度之比實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，也可使拉鏟鏟斗具有改進(jìn)的構(gòu)造和性能。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通 過(guò)使聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比至少約為0. 2以及使聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗高度之比至少約 為0.3，形成拖線在礦車(chē)以下的拉角小于或等于45度的礦山中工作的容量至少為30立方碼 的鏟斗。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，拉鏟鏟斗包括至少約為鏟斗平均高度的四分之一的 提高的聯(lián)結(jié)位置。使用高的聯(lián)結(jié)裝置便于拉鏟鏟斗更深地穿透和挖掘。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，拉鏟鏟斗的側(cè)壁在鏟斗的后部區(qū)域中形成向上的錐 度，從而不需要橫撐桿及其相關(guān)聯(lián)的連桿和銷(xiāo)，同時(shí)還可將起重鏈與鏟斗的外部連接。這種 配置使鏟斗的填充和傾倒的破壞程度最小，而且避免起重鏈或鏟斗的磨損增加。取消橫撐桿也可少使用起重鏈。因此，鏟斗裝置中的鏟斗和索具的總重量減小，并且包括較少的在使 用過(guò)程中需要檢查和維修的部件。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，拉鏟鏟斗的側(cè)壁在前端區(qū)域中有向下的錐度且在后部 區(qū)域中有向上的錐度。在一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造中，過(guò)渡部分具有沿著鏟斗長(zhǎng)度大致為s形的構(gòu)型。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，拉鏟鏟斗根據(jù)以下關(guān)系工作，其中(a)聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度乘 以拖拉力與(b)重心長(zhǎng)度乘以鏟斗和有效載荷重量之比，在開(kāi)始穿透和挖掘過(guò)程中大于或 等于約1，而一旦鏟斗達(dá)到希望的穿透深度時(shí)就小于約1。為了提高對(duì)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)的了解，可參考下面的說(shuō)明以及描述與說(shuō)明與本 發(fā)明有關(guān)的各種結(jié)構(gòu)和概念的附圖。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，可更好地理解以上說(shuō)明和以下的詳細(xì)說(shuō)明。圖1為根據(jù)本發(fā)明的拉鏟鏟斗的透視圖。圖2為鏟斗的側(cè)視圖。圖3為鏟斗的正視圖。圖4為鏟斗的俯視圖。圖5為沿著圖4的5-5線所取的橫截面圖。圖6為備選聯(lián)結(jié)裝置的側(cè)視圖。圖7為表示常規(guī)鏟斗和根據(jù)本發(fā)明鏟斗的概括的穿透輪廓示意圖。圖8a-8c為表示常規(guī)鏟斗的概括的填充模式示意圖。圖9a_9c為表示根據(jù)本發(fā)明的鏟斗的一般化的填充模式的示意圖。圖10為包括根據(jù)本發(fā)明的備選拉鏟鏟斗的拉鏟裝置的透視圖。圖11和圖12的每個(gè)為備選鏟斗的透視圖。圖13為備選鏟斗的俯視圖。圖14為備選鏟斗的正視圖。圖15和16各為備選鏟斗的側(cè)視圖。圖17為備選鏟斗的后視圖。圖18為沿著圖15的18-18線所取的橫截面圖。圖19為沿著圖15的19-19線所取的橫截面圖。圖20為沿著圖15的20-20線所取的橫截面圖。圖21為沿著圖15的21-21線所取的橫截面圖。圖22為根據(jù)本發(fā)明的第二備選鏟斗的側(cè)視圖。圖23為第二備選鏟斗的半個(gè)俯視圖。圖24為第二備選鏟斗的半個(gè)正視圖。圖25為沿著圖23的25-25線所取的部分橫截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及性能加強(qiáng)的新穎的且改善的拉鏟鏟斗和裝置。與常規(guī)拉鏟工作相比， 新的設(shè)計(jì)對(duì)土料的破壞較少且效率更高地收集土料。雖然本發(fā)明的設(shè)計(jì)特別適用于鏟斗容
7量為30立方碼或更大的大拉鏟采礦工作，但它的各個(gè)方面對(duì)其它的拉鏟工作也有一些益 處。在本申請(qǐng)中，本發(fā)明的所發(fā)明的各個(gè)方面是針對(duì)一些示例性的拉鏟鏟斗設(shè)計(jì)說(shuō)明的，但 對(duì)各種鏟斗結(jié)構(gòu)也有用。另外，在本申請(qǐng)中，為了容易說(shuō)明，有時(shí)使用相對(duì)的術(shù)語(yǔ)，例如前， 后，上，下，水平，垂直等。然而，這些術(shù)語(yǔ)不能認(rèn)為是絕對(duì)的；在工作過(guò)程中，拉鏟鏟斗的取 向可以大大改變。在一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的拉鏟鏟斗10包括底壁12，側(cè)壁14和后壁16，形 成在挖掘工作中容納和收集土料的鏟斗空腔18 (圖1-5)。鏟斗的前面是開(kāi)放的，并以底壁 12和側(cè)壁14為邊界。沿著底壁12的前端設(shè)有唇部20。唇部20可簡(jiǎn)單地延伸跨過(guò)側(cè)壁14 之間的空腔18的寬度，或者也可在其末端21向上彎曲(如圖1所示)，形成側(cè)壁的前部部 分和底部部分。各種設(shè)計(jì)的挖掘齒22、護(hù)罩24和翼板26沿著唇部安裝，以改善挖掘和保護(hù) 唇部。接頭27固定在側(cè)壁14上，以便直接或間接地與起重鏈(未示出)連接。另外，接頭 27可以固定在所示位置的前面或后面，或固定在后壁16上。頰板28從唇部20向上突出，以形成側(cè)壁14前端的大部或全部。在所示的實(shí)施例 中，拱支承29和連接拱30設(shè)在頰板28的頂部。與傾倒繩(未示出)連接的錨支架32支 承在拱30上。然而，該拱可以省去或用不同方法形成，例如線性管拱。形成拉鏟鏟斗10的 前端的構(gòu)件20，28，29，30共同稱(chēng)為鏟斗環(huán)34。在本申請(qǐng)中，不論拱形狀如何或是否有拱，對(duì) 于鏟斗的這個(gè)前部都使用術(shù)語(yǔ)鏟斗環(huán)34。為了承受挖掘工作的嚴(yán)酷條件，優(yōu)選鏟斗環(huán)由較 重的構(gòu)件構(gòu)成。側(cè)壁14被認(rèn)為是鏟斗10的全部側(cè)面部分，在該示例中，該側(cè)面部分包括拱支承 29，頰板28，唇部20的末端21，以及在鏟斗環(huán)34和后壁16之間延伸的板部分35。在一個(gè)優(yōu) 選結(jié)構(gòu)中，當(dāng)鏟斗在水平面時(shí)，側(cè)壁14以與垂直線成至少約7度的角度θ成錐度向下(即 由頂至底)，并且優(yōu)選在與垂直線成約7-20度的范圍內(nèi)；即，當(dāng)側(cè)壁向著底壁12 (圖5)延 伸時(shí)，側(cè)壁14以約14-40度的夾角彼此相向地會(huì)聚。在最優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁與垂直線成 約9-15度形成錐度。在鏟斗10的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，相對(duì)于垂直線的角度θ為9. 6度。 在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，鏟斗10的高度每增加12英寸(30. 5cm)，每個(gè)側(cè)壁114向外延伸約2英寸 (5. 08cm)。雖然一些常規(guī)鏟斗的側(cè)壁具有由頂至底的錐度，但錐角較小，使得側(cè)壁較接近垂 直線。當(dāng)鏟斗深入地面和裝滿時(shí)，使用較大的側(cè)壁錐度為將土料收集在鏟斗空腔18中提供 了附加的側(cè)面間隙。對(duì)于給定的唇部尺寸，這個(gè)增加的側(cè)面間隙(即，橫過(guò)鏟斗的寬度)可 減小收集的材料的破壞及在空腔18中造成較小的土堆和土料的隆起，形成較小或沒(méi)有隆 起的堆，還可使收集在鏟斗空腔中的材料密度較大。唇部20和側(cè)壁14共同形成土料通過(guò)它進(jìn)入空腔18的前端開(kāi)口 58(圖1)。唇部 跨過(guò)鏟斗10寬度的伸長(zhǎng)部(即，唇部20在側(cè)壁14之間的伸長(zhǎng)部)與其齒22和護(hù)罩24 — 起，形成在挖掘工作開(kāi)始時(shí)首先被迫進(jìn)入地面中的特定表面區(qū)域。一般來(lái)說(shuō)，雖然齒、護(hù)罩 的形狀和數(shù)目與唇部的構(gòu)造也可影響驅(qū)動(dòng)鏟斗進(jìn)入地面所需的力，但唇部與其相應(yīng)的與地 面接合的工具22，24的表面區(qū)域越大，則驅(qū)動(dòng)鏟斗進(jìn)入地面就需要越多的力。在所有其它 條件相同的情況下，較短的唇部進(jìn)入地面需要的力較小，或者另一種說(shuō)法，相比于較長(zhǎng)的唇 部，它可更快和更容易深入地面。與錐度較小或沒(méi)有側(cè)壁錐度的常規(guī)鏟斗相比，通過(guò)提供與 垂直線成約7-20度左右的較大錐度的側(cè)壁14，對(duì)于一定的鏟斗寬度(即橫跨唇部)，前端因?yàn)閭?cè)面間隙較大，具有一定的前端開(kāi)口區(qū)域的由頂至底的側(cè)壁錐度 較大鏟斗不但更容易裝滿，而且還因?yàn)檩^短的唇部，在挖掘工作中更容易深入地面。仿效過(guò) 載時(shí)齒斷裂，當(dāng)側(cè)壁的角度θ超過(guò)約20度時(shí)，頰板的前沿在側(cè)向向外隔開(kāi)太遠(yuǎn)。這個(gè)現(xiàn)象 大大增加在鏟斗上的拖拉力，使填充減緩并降低性能。優(yōu)選的是，在鏟斗10的全長(zhǎng)上，側(cè)壁14相對(duì)于垂直線的由頂至底的錐度約為7-20 度。另外，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，側(cè)壁14沒(méi)有前至后的錐度(盡管可以提供這種錐度)。這 種結(jié)構(gòu)使收集在空腔18中的土料的破壞最小，可更快、更容易和改善鏟斗的裝滿。然而，即 使不在側(cè)壁的全長(zhǎng)上連續(xù)，也仍可實(shí)現(xiàn)較大的側(cè)壁由頂至底的錐度。雖然在后面更廣泛地 使用較大的錐度是優(yōu)選的，但至少在鏟斗環(huán)34中使用與垂直線成至少約7度的由頂至底的 側(cè)壁錐度可對(duì)本發(fā)明的填充和穿透有些好處。另外，甚至在鏟斗環(huán)34中，側(cè)壁14的一些部 分與垂直線的由頂至底的錐度可小于7度，只要前端區(qū)域的側(cè)壁(至少是環(huán)部分34)與垂 直線的錐度主要為至少約為7度即可。在任何情況下，側(cè)壁的前端區(qū)域在橫跨多于一半的 跨度上與垂直線有較大的至少約7度的錐度。側(cè)壁14形成頂部軌道60，該頂部軌道60可具有各種形狀。在所示實(shí)施例中，頂部 軌道60 —般為向著后壁16向下傾斜的一對(duì)線段(圖1和2)。頂部軌道60確定鏟斗10的 高度。高度H定義為(a)鏟斗靜止在水平面上時(shí)與唇部20連接的底壁12的內(nèi)表面52的 前邊緣54與(b)沿著頂部軌道60的平均位置之間的垂直距離，其中(b)排除了(i)拱支 承29 (或如果省去拱，則為其它傾倒繩支承)的任何垂直伸長(zhǎng)部62和(ii)任何被后壁16 削減的部分。圖2表示一個(gè)示例的高度尺寸H1，它成為用來(lái)確定平均高度H的高度尺寸的 集合。另外，圖22表示在鏟斗200中的削減部分264的一個(gè)示例；而這個(gè)削減是由向內(nèi)傾 斜的拐角形成的，該削減部分可以簡(jiǎn)單地為沒(méi)有向內(nèi)傾斜的拐角的削減的頂部軌道。在帶 有基本上為直的頂部軌道的鏟斗中，平均高度可由確定鏟斗容量中的平均高度的CIMA標(biāo) 準(zhǔn)確定(CIMA為建筑工業(yè)制造者協(xié)會(huì)，它現(xiàn)在是設(shè)備制造者協(xié)會(huì)的一部分)。在帶有高度彎 曲的或其它非常規(guī)的頂部軌道形狀的鏟斗中，頂部軌道的平均位置需要單獨(dú)計(jì)算。在頰板28的前端形成聯(lián)結(jié)裝置40，以便于與牽引鏈(未示出)連接，并且在這個(gè) 實(shí)施例中聯(lián)結(jié)裝置由多個(gè)部件構(gòu)成(圖2)。在這個(gè)實(shí)施例中，雖然可用其它結(jié)構(gòu)，但頰板 28向著唇部20和齒22的前端突出，以在前端位置形成聯(lián)結(jié)元件36。聯(lián)結(jié)元件36為放大 的、基本上圓柱形的結(jié)構(gòu)，它形成用于容納將聯(lián)結(jié)裝置伸長(zhǎng)部39與每個(gè)聯(lián)結(jié)元件36連接的 連接銷(xiāo)38的垂直通道37。聯(lián)結(jié)裝置伸長(zhǎng)部39形成用于容納直接或間接地與牽引鏈連接的 聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43的水平通道42。還可使用其它另外的結(jié)構(gòu)。例如，聯(lián)結(jié)裝置44為單獨(dú)聯(lián)結(jié)元件， 即，形成用于容納聯(lián)結(jié)銷(xiāo)49的水平通道48的頰板45的橫向放大部分可以用來(lái)代替多件聯(lián) 結(jié)裝置40(圖6)。在各種情況下，優(yōu)選聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43或49的位置足夠向前，以便在聯(lián)結(jié)銷(xiāo)，齒 或護(hù)罩的尖端，以及空鏟斗的重心之間形成大的角度(例如，接近或超過(guò)直角)。優(yōu)選的角 度和實(shí)際的傾倒點(diǎn)的精確尺寸取決于材料硬度、地面斜度和拉動(dòng)繩的拉動(dòng)角。在本申請(qǐng)中， 術(shù)語(yǔ)“拉動(dòng)繩(drag line)”表示連接牽引車(chē)和拉鏟鏟斗(即聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43)的直繩。該直繩可 與拉繩和鏈條重合，或者，如果障礙物(例如土層構(gòu)造)要求拉繩彎曲，可以不重合。聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43位于底壁16之上一稱(chēng)為聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp的距離處(圖2)，該距離hp定 義為(a)聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43的縱軸線50與(b)鏟斗靜止在水平面上時(shí)與唇部20連接的底壁12的 內(nèi)表面52的前端邊緣54之間的垂直距離(即，用于確定高度H的同一位置)。對(duì)于這個(gè)
9尺寸以及在本申請(qǐng)中討論的所有尺寸和關(guān)系，鏟斗被認(rèn)為包括挖掘工作中使用的所有磨損 部件。另外，對(duì)于這個(gè)尺寸，如果有不止一個(gè)水平聯(lián)結(jié)銷(xiāo)，則該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)為最接近鏟斗的聯(lián)結(jié) 裝置內(nèi)的水平銷(xiāo)。當(dāng)唇部20大致沿著一個(gè)平面時(shí)，沿著前端邊緣54的任何點(diǎn)都可以使用。 如果唇部是垂直彎曲的，可用平均位置。由于聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度\為一個(gè)垂直距離，則不論是否 使用聯(lián)結(jié)裝置伸長(zhǎng)部，或唇部是否有反向鏟、鏟、臺(tái)階狀或其它非線性形狀，它都不受聯(lián)結(jié) 銷(xiāo)向前突出的影響。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43在鏟斗上放置得高，以便使鏟斗更好地向前傾 倒，在挖掘行程開(kāi)始進(jìn)行更急劇地和更快地穿透運(yùn)動(dòng)。較高的聯(lián)結(jié)銷(xiāo)可形成使鏟斗圍繞齒 和/或護(hù)罩的尖端傾斜的較大力矩，使齒挖入土料中和迫使鏟斗深入地面。為了獲得這些 好處，聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43放置在聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp處，它優(yōu)選至少為鏟斗高度H的三個(gè)齒，即hp/H彡0. 3， 更優(yōu)選是hp/H彡0. 5。但對(duì)于一些鏟斗，這個(gè)比率可高達(dá)1. 0，甚至更高。如上所述，聯(lián)結(jié)裝置40由聯(lián)結(jié)元件36和聯(lián)結(jié)裝置伸長(zhǎng)部39構(gòu)成。聯(lián)結(jié)裝置伸長(zhǎng) 部39包括確定聯(lián)結(jié)銷(xiāo)43的通道42的橫向放大部分。同樣，聯(lián)結(jié)元件36由頰板28的確定 連接銷(xiāo)38的通道37的橫向放大部分構(gòu)成。在本申請(qǐng)中，聯(lián)結(jié)裝置40的這些橫向放大部分 稱(chēng)為聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)66 (圖1-4)。同樣，聯(lián)結(jié)裝置44是頰板45的確定聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)68的橫向放大 部分(圖6)。聯(lián)結(jié)裝置40將鏟斗10與牽引鏈(未示出)連接。在每個(gè)挖掘行程中，牽引 鏈將鏟斗拉向牽引車(chē)。由于聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)66 (或68)的橫向放大結(jié)構(gòu)和聯(lián)結(jié)裝置40 (或44)與 牽引鏈連接，聯(lián)結(jié)裝置40 (或44)對(duì)鏟斗的截深提出極限。即，橫向放大的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)66(或 68)形成阻止更深挖掘的較大垂直阻力。聯(lián)結(jié)裝置的高度有助于控制鏟斗裝滿的速度，因?yàn)?聯(lián)結(jié)裝置抵抗在挖掘過(guò)程中由唇部和齒所加的向下力。如果鏟斗裝滿太快，拉動(dòng)鏟斗需要 的力就會(huì)超過(guò)給定機(jī)器的拉動(dòng)能力。如果聯(lián)結(jié)裝置太低，則土料流入鏟斗的速度受限制，產(chǎn) 量降低。可以使用牽引鏈連接的另一凸出部分(例如鏈節(jié))來(lái)限制穿透。因此，為了使鏟斗挖掘得較深，較高的聯(lián)結(jié)裝置位置是優(yōu)選的。鏟斗深入地面較深 可較快裝滿，這樣，鏟斗性能較好。聯(lián)結(jié)高度h定義為(a)鏟斗靜止在水平面上時(shí)，與唇部 20連接的底壁12的內(nèi)表面52的前端邊緣54( S卩，用于確定高度H的同一位置)與(b)聯(lián) 結(jié)裝置40的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)66的最低位置70之間的垂直距離。在一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，聯(lián)結(jié)裝置高 度h與鏟斗高度H之比至少約為0. 20 (即h/H彡0. 2)。聯(lián)結(jié)高度h與鏟斗10的高度H之 比更優(yōu)選為彡0. 3，但可大于0. 5，甚至可達(dá)1. 0或更大。鏟斗的重心CG的位置及其有效載荷(如果有的話)也可影響鏟斗的性能。重心 長(zhǎng)度1為當(dāng)鏟斗靜止在水平面上時(shí)，挖掘齒22的最前尖端78與鏟斗10的重心CG之間的 水平距離(圖2)。本申請(qǐng)的重心CG被認(rèn)為就是鏟斗10的重心，而其有效載荷(如果有的 話)在鏟斗空腔18內(nèi)。在所示實(shí)施例中，鏟斗10有反向鏟唇部，使得靠近側(cè)壁14的齒22 比更靠中心的齒更向前突出。在該實(shí)施例中，重心長(zhǎng)度1從靠近側(cè)壁14的外齒22的尖端 23計(jì)算。在另一個(gè)位于中心的挖掘齒22比其它挖掘齒(未示出)更向前突出的鏟斗結(jié)構(gòu) 中，重心長(zhǎng)度1從位于中心的挖掘齒的尖端計(jì)算。當(dāng)挖掘材料收集在鏟斗10內(nèi)時(shí)，重心長(zhǎng) 度1改變。鏟斗空時(shí)的重心長(zhǎng)度1是鏟斗準(zhǔn)備挖掘用的，即，與地面接合的工具和其它磨損 部件在工作過(guò)程中連接好可使用的。參見(jiàn)圖1-5，所示鏟斗10是空的，并且重心CG位置與帶有相應(yīng)的磨損部件的空鏟 斗10的實(shí)際重心位置相對(duì)應(yīng)。然而，當(dāng)挖掘材料進(jìn)入空腔18中時(shí)，重心CG位置偏移，即由于收集挖掘材料，重心CG位置偏離鏟斗10的初始重心位置。在拉鏟鏟斗10中，為了實(shí)現(xiàn)理想的傾倒以使鏟斗快速深深地進(jìn)入地面中，在挖掘
行程開(kāi)始，下列關(guān)系是優(yōu)選的。
聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度χ拖拉力 >1 重心長(zhǎng)度X鏟斗和有效載荷重量-這個(gè)關(guān)系繼續(xù)直至鏟斗達(dá)到其理想的挖掘深度。在達(dá)到理想的穿透深度且鏟斗部 分裝滿后，鏟斗的這些因子的關(guān)系優(yōu)選改變至下列關(guān)系，鏟斗變水平，以便更持續(xù)和穩(wěn)定地 裝滿空腔18。
聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度X拖拉力,
重心高度X鏟斗和有效載荷重量
在一個(gè)示例中，鏟斗從第一個(gè)關(guān)系移至第二個(gè)關(guān)系，這時(shí)鏟斗被土料裝滿約20 %， 盡管其它量可用于其它鏟斗結(jié)構(gòu)。第二個(gè)關(guān)系優(yōu)選在鏟斗的挖掘全長(zhǎng)(即，等于鏟斗長(zhǎng)度 的距離)或更多上保持。換句話說(shuō)，這兩個(gè)關(guān)系只可用于分析在有效載荷相對(duì)于鏟斗運(yùn)動(dòng) 時(shí)的鏟斗。在停轉(zhuǎn)或接近停轉(zhuǎn)時(shí)，該關(guān)系不再適用。雖然可用任何單位，但對(duì)于兩個(gè)重量變 量和兩個(gè)距離變量必需用相同的單位。假定聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度\與挖掘材料是否在空腔18內(nèi)無(wú)關(guān)，但當(dāng)計(jì)算兩個(gè)關(guān)系時(shí)，聯(lián)結(jié) 銷(xiāo)高度hp的值仍保持相同。拖拉力涉及克服抵抗由鏟斗10收集的挖掘材料所需的力。換句話說(shuō)，拖拉力為在 挖掘行程中通過(guò)牽引鏈所加的推動(dòng)鏟斗10通過(guò)挖掘材料的力。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)挖掘材料收集 在鏟斗10內(nèi)時(shí)，拖拉力增加。結(jié)果，在每個(gè)關(guān)系中，用于拖拉力的值不同。如上所述，當(dāng)挖掘材料收集在鏟斗10內(nèi)時(shí)，重心長(zhǎng)度1改變。結(jié)果，對(duì)于挖掘行程 中的每個(gè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，用于重心長(zhǎng)度1的值在極大程度上是不同的。雖然重心CG位置隨著鏟斗 開(kāi)始裝滿而開(kāi)始向前偏移(即，重心長(zhǎng)度1開(kāi)始減小)，但一旦鏟斗達(dá)到一定的裝滿百分比 后，過(guò)程反向且向后偏移(即，向著后壁16)。假定從挖掘齒22的最前尖端至重心CG的距 離在大多數(shù)挖掘行程過(guò)程中由于挖掘材料收集在鏟斗10內(nèi)而一般會(huì)增加，重心長(zhǎng)度1的值 通常對(duì)第二個(gè)關(guān)系比對(duì)第一個(gè)關(guān)系大。當(dāng)鏟斗空時(shí)以及在鏟斗開(kāi)始深入和裝載過(guò)程中時(shí)，在第一個(gè)關(guān)系中使用的鏟斗和 有效載荷重量變量為鏟斗10的總重量。當(dāng)鏟斗10在開(kāi)始穿透后裝滿時(shí)，在第二個(gè)關(guān)系中 使用的鏟斗和有效載荷重量變量為鏟斗10和空腔18內(nèi)的挖掘材料的總重量。因此，在第 一個(gè)關(guān)系中用于鏟斗和有效載荷重量的值比在第二個(gè)關(guān)系中用于綜合的重量的值小。在兩 個(gè)關(guān)系中，鏟斗和有效載荷重量包括固定在鏟斗上的磨損部件，但不包括索具。根據(jù)以上的討論，聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp在第一和第二個(gè)關(guān)系之間保持常數(shù)，而拖拉力、 重心長(zhǎng)度1、以及鏟斗和有效載荷重量各自發(fā)生變化。雖然拖拉力在兩個(gè)關(guān)系之間增加，但 重心長(zhǎng)度1和鏟斗和有效載荷重量的乘積所增加的程度比拖拉力和聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度的乘積大 (即，有時(shí)不是在挖掘行程結(jié)束時(shí))。因此，在本發(fā)明中，第一個(gè)關(guān)系提供的值大于或等于1， 而第二個(gè)關(guān)系提供的值小于1。在該關(guān)系中設(shè)計(jì)的偏移使鏟斗有一個(gè)開(kāi)始穿透的定向和一 個(gè)不同的在開(kāi)始穿透后收集材料的定向。在本發(fā)明中，為了使鏟斗從傾斜狀態(tài)偏移至與挖
11掘平面(例如地平面)基本上水平的狀態(tài)，在鏟斗處于其希望的深入深度的點(diǎn)上，優(yōu)選從一 個(gè)關(guān)系粗略地變化至另一個(gè)關(guān)系。聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)66與地面接觸也可幫助鏟斗從傾斜狀態(tài)偏移 至水平狀態(tài)。在常規(guī)工作中，因?yàn)橥亮鲜占阽P斗中，它一般被驅(qū)動(dòng)向上和向內(nèi)。當(dāng)鏟斗裝滿 時(shí)，后收集的材料被驅(qū)動(dòng)向上跨過(guò)已收集的材料，使它形成一個(gè)堆，堆的高峰更接近前端開(kāi) 口而非后壁。在圖8a-8c中表示常規(guī)鏟斗的連續(xù)的概括化的填充模式fl，f2，f3，f4。開(kāi)始 進(jìn)入鏟斗的材料一般在鏟斗空腔中形成一個(gè)小堆。除了從該堆的頂部向后倒塌的材料外， 后裝的材料都堆在這個(gè)開(kāi)始的材料堆上和前部。即使鏟斗的后面部分沒(méi)有完全裝滿，收集 的材料的這種堆積對(duì)進(jìn)一步裝滿鏟斗也造成堵塞。鏟斗中和鏟斗前面中收集的材料堆阻礙 進(jìn)一步裝載，并大大增加繼續(xù)拉動(dòng)鏟斗通過(guò)地面需要的力。另外，當(dāng)提升鏟斗進(jìn)行傾倒時(shí)， 沿著填充線f3，f4收集的大部分材料從鏟斗前面掉失。在提升過(guò)程中，鏟斗前部中隆起的 材料連同材料從鏟斗前部明顯掉失一起，可以導(dǎo)致隆起的堆在鏟斗前部形成，該隆起的堆 可能需要用其它設(shè)備定期推平或推回去。在一種優(yōu)選的拉鏟鏟斗中，開(kāi)始時(shí)鏟斗向前傾斜，以快速穿透地面至深挖掘位置。 這樣，每次增加距離可將更大深度的材料裝入鏟斗中，鏟斗則被牽引鏈向前拉動(dòng)。一旦達(dá)到 希望的深度并且將特定最小量的材料裝入鏟斗中后(例如20%裝滿)，鏟斗偏移至水平，將 材料相對(duì)恒定地送入空腔18中。鏟斗的自動(dòng)校平可避免挖掘太遠(yuǎn)進(jìn)入地面使鏟斗堵塞，還 可避免過(guò)大的拖拉力，以及幫助以較小的干擾裝入土料-所有這些可使拉鏟生產(chǎn)力更高。 當(dāng)鏟斗裝載時(shí)，鏟斗的根部與地面接觸。如圖7所見(jiàn)，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的穿透輪廓P2表示鏟斗的穿透在較陡的角度下進(jìn) 行且比具有可比尺寸的常規(guī)鏟斗(在P1表示)更深地進(jìn)入地面中。利用較深的相對(duì)恒定 的切割(即，在平整后)裝載空腔18會(huì)導(dǎo)致更快地裝滿并使材料的破壞最小，因?yàn)閷?duì)于挖 掘行程的大部分，鏟斗可大量地裝載成幾個(gè)基本水平的堅(jiān)固層。與常規(guī)鏟斗的挖掘比較，圖 9a-9c中的連續(xù)的概括化填充模式f5，f6，f7表示土料初始裝滿鏟斗f5較連續(xù)，材料層的干 擾較少。接下來(lái)的下一個(gè)材料層f6開(kāi)始被驅(qū)動(dòng)向上，跨過(guò)開(kāi)始或先前的切割材料，形成新 層。最終裝載的有效載荷f7被迫使向上跨過(guò)開(kāi)始的各層。如波浪線所示，在裝載過(guò)程中， 后續(xù)的層變平，并且偏移下面層的前端部分。沒(méi)有給工業(yè)生產(chǎn)造成麻煩的鏟斗前面朝前的 堆中的材料大量堆積。另外，由于收集的材料受干擾較少，唇部前面的材料以比常規(guī)鏟斗中 更陡的角度剪斷，因此當(dāng)提升鏟斗時(shí)材料掉失較少。這可減少堆或就沒(méi)有隆起的堆。為了 得到完全的有效載荷，在接下來(lái)的工作中本發(fā)明的鏟斗不需要在隆起的堆上挖掘。通常，拉鏟鏟斗10的長(zhǎng)度L是空腔18的軸向伸長(zhǎng)的量度(圖2)。通常，理論上， 較短的鏟斗比較長(zhǎng)的鏟斗可更塊地裝滿，即如果所有條件相同，由于土料進(jìn)入鏟斗空腔必 需經(jīng)過(guò)的行程長(zhǎng)度不同，較短的鏟斗可比相同容量的較長(zhǎng)的鏟斗更快地裝滿。另外，鏟斗10 的長(zhǎng)度L也影響鏟斗的穩(wěn)定性、傾倒穿透能力和挖掘性能。一般認(rèn)為，挖掘性能和裝滿速度 是高度復(fù)雜的過(guò)程，它取決于許多因素，包括鏟斗結(jié)構(gòu)、收集的材料、鏟斗相對(duì)于礦車(chē)的位 置、正在挖掘的地表面的斜度、所用的與地面接合的工具的形式等。然而，盡管許多因素的 影響，在優(yōu)選的鏟斗結(jié)構(gòu)中，鏟斗長(zhǎng)度是要考慮的達(dá)到較高性能的鏟斗的一個(gè)因素。鏟斗長(zhǎng) 度L定義為(a)唇部20的前沿72的平均位置與(b)當(dāng)鏟斗在靜止在水平面上時(shí)空腔18 的最后位置74之間的水平距離。在帶有線性前沿的唇部中，沿著前沿的任何點(diǎn)都可用于確定鏟斗長(zhǎng)度。在反向鏟，鏟，弧狀、臺(tái)階狀或其它帶有非線性前沿的唇部中，前沿的平均位置 用來(lái)確定鏟斗長(zhǎng)度L。鏟斗10的最后部分74優(yōu)選在后壁16的中部，它沿著其內(nèi)表面76成 大致彎曲的凹的構(gòu)造。在常規(guī)拉鏟鏟斗中，土料的隆起還使材料放松，并且與材料的預(yù)先挖掘密度比較， 其密度減小。甚至當(dāng)材料形成會(huì)阻止進(jìn)一步裝滿和/或形成隆起的堆時(shí)，與預(yù)先挖掘的材 料比較，其總的密度仍較小。在本發(fā)明中，理論上的概念是將鏟斗送入地面中而不干擾收集 在鏟斗中的材料。這在實(shí)際工作中當(dāng)然是不可能的。但是，利用本發(fā)明的鏟斗可使收集的 材料的破壞最小。減小的破壞形成了比在常規(guī)鏟斗中更稠密的有效載荷，因此每個(gè)挖掘行 程可提供大的有效載荷。另外，在常規(guī)鏟斗中，普通橫撐桿沿著側(cè)壁頂部軌道沖擊鏟斗的頂部。但在本發(fā)明 中，由于較快地深入和裝滿速度，在一些情況下，鏟斗比放松起重機(jī)繩更快地挖入地面中和 裝滿。這可減小橫撐桿落下的沖擊多達(dá)90%。利用具有某些特點(diǎn)組合起來(lái)的拉鏟鏟斗，可達(dá)到希望的挖掘輪廓P2和填充模式 f5，f6，f7(圖7和9)。第一，至少沿著鏟斗10的前部且優(yōu)選沿著全長(zhǎng)，鏟斗10的側(cè)壁14 主要帶有與垂直線至少約為7度的由頂至底的錐度。另外，優(yōu)選的是，由頂至底的錐度在與 垂直線約7-20度范圍內(nèi)，更優(yōu)選與垂直線約為9-15度(圖5)。第二，鏟斗高度H與鏟斗長(zhǎng) 度L之比(即H/L)在0. 4-0. 62內(nèi)，優(yōu)選在0. 58-0. 62內(nèi)(圖2)。第三，聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp與 鏟斗高度H(即hp/H)之比優(yōu)選是等于或大于0. 3，更優(yōu)選是等于或大于0. 5。通常，用于在礦車(chē)之上或下至在礦車(chē)下不大于約25度的拉動(dòng)繩的任何重要的 挖掘的鏟斗，優(yōu)選其高度與長(zhǎng)度之比(H/L)在希望范圍的較高端(即約0.6和最優(yōu)選是 0. 58-0. 62)。在主要用于拉動(dòng)繩在礦車(chē)高度和礦車(chē)下不大于約40度之間的地方的挖掘時(shí) 的鏟斗中，高度與長(zhǎng)度之比(H/L)優(yōu)選約為0.5。高度與長(zhǎng)度之比在希望范圍的較低區(qū)域 (即約0.4)的鏟斗優(yōu)選保留用于在礦車(chē)之下的最深水平的挖掘。在大多數(shù)情況下，高度與 長(zhǎng)度之比(H/L)優(yōu)選為0. 5-0. 62，最優(yōu)選為0. 58-0. 62。常規(guī)拉鏟鏟斗帶有由頂至底的側(cè)壁錐度(雖然角度小于7度)；拉鏟鏟斗形成H/L 比為0. 4-0. 62 ；其它拉鏟鏟斗的聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp彡0. 3。然而，先前并沒(méi)有使用這些因素的 綜合。這些因素的綜合，與常規(guī)拉鏟鏟斗比較，產(chǎn)生優(yōu)秀的和意想不到的結(jié)果。本發(fā)明的鏟 斗裝載較快，有效載荷較大(借助于較大程度的裝滿和有效載荷的密度增加)和需要較少 的附加設(shè)備進(jìn)行工作(例如，消除或減小隆起的堆)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，拉鏟鏟斗10還具有聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度hp和鏟斗長(zhǎng)度L之比(即 hp/L)至少為約0.2(圖2)，最優(yōu)選大于或等于0.3。另外，鏟斗的聯(lián)結(jié)高度h和平均高度H 之比(即h/H)優(yōu)選至少為0.2，最優(yōu)選至少為0.3。鏟斗的聯(lián)結(jié)高度h和平均高度H之比 可高達(dá)1.0或更大。對(duì)于現(xiàn)代采礦工作，使用大拉鏟鏟斗，即容量為30立方碼或更大鏟斗是很普通 的。雖然大拉鏟鏟斗比小鏟斗的產(chǎn)量要高得多，但由于在工作過(guò)程中加在鏟斗上的負(fù)載和 應(yīng)力大得多和裝滿時(shí)間較長(zhǎng)，它們也有許多嚴(yán)重的裝載和穩(wěn)定性問(wèn)題。另外，大鏟斗的結(jié)構(gòu) 有效載荷容量的單位重量往往較小。結(jié)果，在較大鏟斗中，為了生產(chǎn)可如預(yù)期那樣有效工作 的鏟斗需要多得多的關(guān)注。這些大鏟斗通常在拉動(dòng)繩對(duì)礦車(chē)高度傾斜不低于約45度和在 礦車(chē)高度之上的傾斜不高于約30度的范圍中工作。根據(jù)本發(fā)明和在這些條件下工作的鏟斗能夠更快地裝滿，需要較小的動(dòng)力，增加每個(gè)挖掘行程的有效載荷，循環(huán)較快，鋼重量與 有效載荷重量之比率低，且在一些情況下可減少或消除用來(lái)抹平隆起的堆所需的附加的設(shè) 備。礦山也可實(shí)現(xiàn)更有效的采礦計(jì)劃或采礦順序。雖然本發(fā)明的各個(gè)方面特別適用于大的拉鏟采礦工作中，但通過(guò)將這些方面引入 其它拉鏟鏟斗工作中，哪怕是更有限的方式也可得到一些好處。本發(fā)明的各個(gè)方面可用于 較小的鏟斗中，但一般對(duì)鏟斗性能的影響較小。對(duì)于挖泥或材料作為稀漿開(kāi)采的一些磷酸 鹽采礦工作，通過(guò)包括本發(fā)明各方面，拉鏟鏟斗操作可獲得一些益處。然而，由于存在水，使 用本發(fā)明各方面的好處受限制。另外，一些礦產(chǎn)地(例如一些磷酸鹽礦)，拉鏟斗向上，與水 平線陡傾斜多達(dá)到60度。在這些結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)參數(shù)大大不同。例如，在這些條件下，拉繩一 般需要鄰近地與鏟斗重心對(duì)準(zhǔn)，以防止不小心將齒拉出地面外。然而，一些特點(diǎn)例如側(cè)壁的 較大的向下錐度和不存在橫撐桿(在下面更充分討論)對(duì)這些鏟斗也有一些好處。在另一個(gè)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明的鏟斗100具有從索具101可取消橫撐桿的構(gòu)造 (圖10-21)。鏟斗100包括底壁112，后壁116和一對(duì)側(cè)壁114，它們?cè)阽P斗100內(nèi)形成收集 挖掘材料的空腔118。每個(gè)側(cè)壁114包括前部區(qū)域115，中心區(qū)域117和后部區(qū)域119。唇 部120裝有多個(gè)挖掘齒122，該齒與地面接合，以破壞或取出土料，然后該土料收集在鏟斗 空腔118內(nèi)。拱130在側(cè)壁114之間和唇部120上延伸，然而該拱可以省去。為了使鏟斗 100與索具101連接，鏟斗100包括一對(duì)聯(lián)結(jié)裝置140，一對(duì)后連接點(diǎn)127 (例如耳軸)和一 對(duì)上連接點(diǎn)129(例如錨支架)。更具體地，聯(lián)結(jié)裝置140用于使?fàn)恳?02與側(cè)壁114的 前部區(qū)域115連接，后連接點(diǎn)127用于使起重鏈103與側(cè)壁114的后部區(qū)域119連接，而且 利用上連接點(diǎn)129使傾倒繩107與拱130連接。鏟斗100的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是與以上對(duì)鏟斗10所述一樣，其中側(cè)壁114在前部區(qū)域115 中的由頂至底成錐度。更具體地說(shuō)，側(cè)壁114在前部區(qū)域中，在頂部軌道160和側(cè)壁114的 底壁112之間由頂至底成錐度，優(yōu)選以與垂直線成至少約7度的角度θ。在一個(gè)優(yōu)選示例 中，側(cè)壁與垂直線成約14度的角度θ (圖19)。然而，與鏟斗10—樣，側(cè)壁114優(yōu)選具有約 7度至約20度的由頂至底的錐度。如圖21所示，鏟斗100還有一種結(jié)構(gòu)，其中側(cè)壁114在后部區(qū)域119中有向上 (艮P，由底至頂)的錐度，即側(cè)壁114在后部區(qū)域119中沿向上方向離開(kāi)底壁112會(huì)聚。側(cè) 壁優(yōu)選在接近后壁116的全高上形成錐度，但也可以只在其高度一部分上有向上的錐度。 連接點(diǎn)127在后部區(qū)域119中固定在側(cè)壁114的外表面上，以便直接或間接地與起重鏈103 連接。假定側(cè)壁114在后部區(qū)域119中的部分有向內(nèi)向著頂部軌道160的錐度，則起重鏈 103有向內(nèi)向著傾倒阻止組件105的角度。這樣，不需要橫撐桿來(lái)防止起重鏈與鏟斗過(guò)度接 觸。常規(guī)拉鏟鏟斗中的側(cè)壁沒(méi)有錐度或在形成起重鏈連接的后部區(qū)域中沒(méi)有由頂至 底的錐度。為了限制起重鏈擦傷或接觸側(cè)壁的程度，可使用橫撐桿為起重鏈賦予一個(gè)從拉 鏟鏟斗向上延伸的向外的角度。一般地，第一對(duì)起重鏈在向外角度方向從拉鏟鏟斗向上延 伸以連接橫撐桿，第二對(duì)起重鏈在向內(nèi)角度方向從橫撐桿向上延伸以連接可具有上部或輔 助橫撐桿的傾倒阻止組件。但在使用鏟斗100的拉鏟裝置中，因?yàn)閭?cè)壁114的由底至頂?shù)?錐度，沒(méi)有主橫撐桿。因此，賦予側(cè)壁114在后部區(qū)域119中的各部分以向上錐度可形成這 樣一種結(jié)構(gòu)，其中在沒(méi)有主或下橫撐桿的情況下，起重鏈103可有向內(nèi)的角度，以限制與側(cè)
14壁114的接觸或擦傷。通過(guò)從索具101除去橫撐桿及其相關(guān)聯(lián)的連桿和銷(xiāo)，索具中的構(gòu)件數(shù)目減少。與 常規(guī)拉鏟裝置中的四個(gè)分立的起重鏈相比，起重鏈103的總長(zhǎng)度較短。因此，通過(guò)省去橫撐 桿及其連桿和銷(xiāo)，以及通過(guò)縮短起重鏈103的總長(zhǎng)度，索具101的總重量減小。因而，側(cè)壁 114的向上錐度具有優(yōu)點(diǎn)，包括(a)構(gòu)件和構(gòu)件之間的連接數(shù)較少，(b)起重鏈103的總長(zhǎng) 度減小，和(c)總重量減小。在大鏟斗中，由這些改變引起的重量減小可達(dá)11000磅或更多。 索具重量的減小可以使用提供較大有效載荷的鏟斗。即使有效載荷增加也是很大的優(yōu) 點(diǎn)，因?yàn)橐恍┑V山除了維修和其它這種停工之外，拉鏟鏟斗是一天24小時(shí)，一星期7天連續(xù) 工作的。側(cè)壁114在后部區(qū)域119中的向上錐角可以變化很大。當(dāng)鏟斗靜止在水平面上時(shí)， 每個(gè)側(cè)壁114與垂直線的向上錐度的角度β優(yōu)選約為20度，但可在與垂直線約15-25度的 范圍內(nèi)，或可為一般足以減小起重鏈103和側(cè)壁114之間接觸的任何角度。優(yōu)選的是，由底 至頂?shù)腻F度盡可能限制在遠(yuǎn)后方，但足夠前，以避免鏟斗和起重鏈之間的過(guò)度接觸或沖突。如圖10-13所示，側(cè)壁114在中心區(qū)域117中的部分具有向外錐度和向內(nèi)錐度，以 形成在前部區(qū)域115中的向下錐度和在后部區(qū)域119中的向上錐度之間的過(guò)渡。(a)側(cè)壁 114在前部區(qū)域115中的向下錐度，(b)側(cè)壁部分114在中心區(qū)域117中的部分的過(guò)渡，和 (c)側(cè)壁114在后部區(qū)域119中的向上錐度的組合，沿著側(cè)壁114的長(zhǎng)度形成大致s形的曲 線。但是可用各種其它形狀形成過(guò)渡。然而，在中心區(qū)域117中，大致s形的曲線或其它大 致曲線或非角度構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)是平滑的過(guò)渡，這可減小在鏟斗100中的應(yīng)力集中和更好的裝 載和傾倒。鏟斗200為UDD型拉鏟鏟斗，即，它包括前部和后部起重繩(未示出)，以控制鏟 斗的提升和姿勢(shì)(圖22-24)。美國(guó)專(zhuān)利6705031中公開(kāi)了 UDD鏟斗裝置的一個(gè)示例。鏟 斗200具有底壁212，側(cè)壁214和后壁216。唇部220延伸跨過(guò)底壁212的前端，并且優(yōu)選 包括向上彎以與頰板228連接的端部103。頰板228向前突出，以形成作為橫向增大的輪轂 的聯(lián)結(jié)裝置244，以限定容納聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的水平通道。拱230在側(cè)壁之間延伸(雖然可以省去該 拱)，并支承用于連接前起重鏈的接頭232。側(cè)壁214優(yōu)選具有在前部區(qū)域215中的向下錐度和在后部區(qū)域219中的向上錐 度。向下(即，由頂至底)錐度與以上對(duì)鏟斗10和100所述的相同。向上(即，由底至頂) 錐度優(yōu)選只部分地于側(cè)壁在鏟斗后部區(qū)域中的高度上延伸。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)側(cè)壁214 包括作為大致三角形板的向內(nèi)傾斜的拐角部分225。拐角部分225優(yōu)選以約35度的角度 α向內(nèi)傾斜，但也可以約15-45度傾斜。與鏟斗100不同，不需要具有S形或其它形狀的 壁部分的中心過(guò)渡部分，盡管可設(shè)置不同的中心部分。另外，優(yōu)選前部部分延伸至拐角部分 225。側(cè)壁214在拐角部分225之外的其余部分優(yōu)選與垂直線成至少約7度的向下錐度。在一個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁與垂直線傾斜約14度的角度，但傾斜約7度至20度也可 使用。拐角部分225的下邊緣231優(yōu)選向下傾斜至接頭227，以便與后起重鏈連接。根據(jù) 挖掘情況的不同，后起重鏈優(yōu)選包括后起重鏈的前和后連接點(diǎn)241，243，但可以只具有一個(gè) 連接點(diǎn)。拐角部分225的向內(nèi)傾斜為后起重鏈提供間隙，因此可省去橫撐桿而得到如以上 對(duì)鏟斗100所述的同樣好處。雖然在所述的UDD拉鏟鏟斗200中利用向內(nèi)傾斜的拐角部 分形成向上錐度，也可形成帶有如在鏟斗100中公開(kāi)的中心過(guò)渡部分的完全或部分高度錐度。同樣，鏟斗100的向上錐度可由如對(duì)鏟斗200所述的向內(nèi)傾斜的拐角部分形成。向內(nèi) 傾斜的拐角使由底至頂錐度的延伸部分最小，這點(diǎn)是優(yōu)選的。但是，這種結(jié)構(gòu)對(duì)起重鏈連接 接近后壁的鏟斗最適合。在常規(guī)拉鏟鏟斗中(即，非UDD鏟斗)，起重鏈連接一般放在遠(yuǎn)前 端，以更好地平衡傾倒繩上的負(fù)載。在UDD鏟斗中，因?yàn)殓P斗的姿勢(shì)和傾倒由前端起重繩而 不是傾倒繩控制，因此起重鏈連接可在遠(yuǎn)后端。在拉鏟鏟斗中，優(yōu)選將本發(fā)明的各個(gè)特征一起使用。這些結(jié)構(gòu)可組合使用，可使操 作容易與性能最大化。但是，各個(gè)特征可以單獨(dú)使用或進(jìn)行有限的組合，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一 些好處。在上文和結(jié)合各種結(jié)構(gòu)的附圖中公開(kāi)了本發(fā)明。然而，說(shuō)明的目的是提供與本發(fā) 明有關(guān)的各種特征和概念的示例，不是限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在 不偏離本發(fā)明范圍的條件下，可對(duì)上述結(jié)構(gòu)作許多改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
一種拉鏟鏟斗，包括底壁，一對(duì)側(cè)壁，以及后壁，它們共同形成用于收集土料的空腔，每個(gè)側(cè)壁包括前部區(qū)域，側(cè)壁至少在該前部區(qū)域中具有向下的錐度，其中每個(gè)所述側(cè)壁與垂直線成至少約7度的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)所述側(cè)壁的前部區(qū)域與垂直線傾斜約9 度至約15度的角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)側(cè)壁包括后部區(qū)域，側(cè)壁在該后部區(qū)域 中具有向上的錐度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)所述側(cè)壁的后部區(qū)域處于約15度至約 20度的角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊緣 和與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，其中該后部區(qū)域中的向上的錐度基本上從該底部邊緣延 伸至該頂部軌道。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)所述側(cè)壁的后部區(qū)域中的向上錐度由該 側(cè)壁和該后壁之間的向內(nèi)傾斜的上拐角部分確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中基本上所有每個(gè)所述側(cè)壁都與垂直線成至少 約7度的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其具有高度，其中唇部固定在該底壁的前部邊緣上，該底壁包括作為該空腔一部分的內(nèi)表面，并且 該唇部包括前沿，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊緣和與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，該 高度為該前部邊緣上的該底壁的內(nèi)表面與頂部軌道之間的垂直距離的平均值，該頂部軌道 排除了該后壁上的任何削減以及拱支承或傾倒繩支承的向上延伸部，其中每個(gè)所述側(cè)壁支承著用于與牽引鏈連接的聯(lián)結(jié)銷(xiāo)，該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的高度為在該前部邊 緣上的該底壁的內(nèi)表面與該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的縱軸線之間的垂直距離，以及其中該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗高度之比至少約為0. 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拉鏟鏟斗，其具有長(zhǎng)度，其中該長(zhǎng)度為該前沿的平均前部位 置和該腔的最后位置之間的水平距離，其中該高度與長(zhǎng)度之比在約0. 4至約0. 62范圍之 間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉鏟鏟斗，其中該高度與長(zhǎng)度之比至少約為0.58。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉鏟鏟斗，其中該側(cè)壁沒(méi)有由前至后的錐度。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉鏟鏟斗，其中該空腔容量至少為30立方碼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的拉鏟鏟斗，其中聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比至少約為0.2。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的拉鏟鏟斗，其中聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比至少約為0.2。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拉鏟鏟斗，其中聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗高度之比至少約為0.5。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其具有長(zhǎng)度，其中唇部固定在該底壁的前部邊緣上，該底壁包括作為該空腔一部分的內(nèi)表面，并且 該唇部包括前沿，其中每個(gè)所述側(cè)壁支承著用于與牽引鏈連接的聯(lián)結(jié)銷(xiāo)，該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的高度為在該前部邊 緣上的該底壁的內(nèi)表面與該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的縱軸線之間的垂直距離，2其中該長(zhǎng)度為該前沿的平均前部位置和該腔的最后位置之間的水平距離，以及 其中該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比至少約為0. 2。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的拉鏟鏟斗，其中該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗長(zhǎng)度之比至少約為0. 3。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其具有高度和長(zhǎng)度，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊緣和與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，該 高度為該前部邊緣上的該底壁的內(nèi)表面與頂部軌道之間的垂直距離的平均值，該頂部軌道 排除了該后壁上的任何削減以及拱支承或傾倒繩支承的向上延伸部，其中唇部固定在該底壁的前部邊緣上并包括前沿，該長(zhǎng)度為該前沿的平均前部位置和 該腔的最后位置之間的水平距離，以及其中該鏟斗高度與鏟斗長(zhǎng)度之比為約0. 4至約0. 62范圍之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中該空腔的容量至少為30立方碼。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與前起重鏈連接的第一 接頭和與后起重鏈連接的第二接頭。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其包括高度，其中聯(lián)結(jié)裝置支承于每個(gè)側(cè)壁上，所述聯(lián)結(jié)裝置包括至少一個(gè)橫向增大的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)， 該聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)確定用于容納銷(xiāo)的通道，每個(gè)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)具有最低點(diǎn)，其中唇部固定在該底壁的前部邊緣上，該底壁包括作為該空腔一部分的內(nèi)表面， 其中聯(lián)結(jié)高度定義為在該聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)上的該最低點(diǎn)和在該前端邊緣上的底壁的內(nèi)表面 之間的垂直距離，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊緣和與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，該 高度為該前部邊緣上的該底壁的內(nèi)表面與頂部軌道之間的垂直距離的平均值，該頂部軌道 排除了該后壁上的任何削減以及拱支承或傾倒繩支承的向上延伸部，以及 其中聯(lián)結(jié)高度與鏟斗高度之比至少約為0. 25。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的拉鏟鏟斗，其中聯(lián)結(jié)高度與鏟斗高度之比至少約為0.3。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉鏟鏟斗，其中該側(cè)壁沒(méi)有由前至后的錐度。
24.—種拉鏟裝置，包括拉鏟鏟斗，包括底壁，一對(duì)側(cè)壁，以及后壁，它們共同形成用于收集土料的空腔，每個(gè) 側(cè)壁包括前部區(qū)域和后部區(qū)域，每個(gè)所述側(cè)壁具有作為該空腔一部分的內(nèi)表面以及相對(duì)的 外表面，在側(cè)壁該后部區(qū)域中具有向上的錐度，以及索具，該索具包括與每個(gè)所述側(cè)壁的前部區(qū)域連接的牽引鏈以及沿著該后部區(qū)域與每 個(gè)所述側(cè)壁的外表面連接的起重鏈。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中該起重鏈沒(méi)有橫向伸出該側(cè)壁之外的橫撐桿。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中每個(gè)所述側(cè)壁中的后部區(qū)域的角度在約15 度至約20度之間。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊 緣以及與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，其中該后部區(qū)域基本上從該底部邊緣延伸至該頂部 軌道。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中每個(gè)所述側(cè)壁的后部區(qū)域在該側(cè)壁和后壁 之間形成向內(nèi)傾斜的拐角部分，該向上的錐度由該拐角部分形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中該側(cè)壁至少在該前部區(qū)域中具有向下錐 度，每個(gè)所述側(cè)壁與垂直線成至少約7度的角度。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中每個(gè)所述側(cè)壁的該前部區(qū)域與垂直線成約 9度至約15度的角度。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的拉鏟裝置，其中該空腔的容量至少為30立方碼。
32.一種用于現(xiàn)場(chǎng)采礦的方法，包括提供拉鏟鏟斗，其具有高度，長(zhǎng)度，帶有內(nèi)表面的底壁，一對(duì)側(cè)壁，后壁，土料容量至少 為30立方碼的空腔，以及固定在底壁的前部邊緣上并包括前沿的唇部，其中每個(gè)所述側(cè)壁包括與該底壁連接的底部邊緣和與該底部邊緣相對(duì)的頂部軌道，該 高度為該前部邊緣上的該底壁的內(nèi)表面與頂部軌道之間的距離的平均值，該頂部軌道排除 了該后壁上的任何削減以及拱支承或傾倒繩支承的任何向上延伸部，其中每個(gè)側(cè)壁支承著與牽引鏈連接的聯(lián)結(jié)銷(xiāo)，該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的高度為在該前部邊緣上的該 底壁的內(nèi)表面和該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)的縱軸線之間的垂直距離，其中該長(zhǎng)度為該前沿的平均前部位置和該腔的最后位置之間的水平距離，其中該聯(lián)結(jié)銷(xiāo)高度與鏟斗高度之比至少約為0. 3，其中該鏟斗高度與鏟斗長(zhǎng)度之比約為0. 4至0. 62范圍之間，以及使用牽引車(chē)和拖拉繩，將拉力加在與拉鏟鏟斗連接的牽引鏈上，向前拉動(dòng)拉鏟鏟斗，將 土料收集在該空腔中，其中在聯(lián)結(jié)銷(xiāo)和該拖拉繩達(dá)到牽引車(chē)的點(diǎn)之間延伸的直的拖拉繩在 礦車(chē)下成不大于約45度的角度。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中該拉繩在礦車(chē)之上成不大于約30度的角度。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中每個(gè)側(cè)壁包括前部區(qū)域，側(cè)壁至少在該前部區(qū) 域中具有向下的錐度，其中每個(gè)所述側(cè)壁與垂直線成至少7度的角度。
全文摘要
拉鏟鏟斗，包括底壁，一對(duì)側(cè)壁，以及后壁，它們共同形成空腔。每個(gè)側(cè)壁至少在其前部區(qū)域中具有至少約7度的大的向下的錐度。在備選實(shí)施例中，每個(gè)側(cè)壁在其后部區(qū)域中具有向上的錐度，這樣不需要橫撐桿。該拉鏟鏟斗收集土料，且使土料的破碎程度最小。
文檔編號(hào)E02F3/60GK101918646SQ200980102544
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者史蒂文·D·希德, 肯尼斯·庫(kù)伯, 阿倫·B·利安 申請(qǐng)人:愛(ài)斯科公司