挖掘機斗齒的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種挖掘機斗齒，其正反面及兩側(cè)面從齒尖向上至中段分布著凹凸圓弧曲面，凹凸圓弧曲面的包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，正反面對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心。對數(shù)螺旋線的引入，使得物料和斗齒工作表面的壓力角恒定，斗齒所受正壓力保持不變，有效避免由于正壓力過大引起的斷裂失效。而凹凸的圓弧曲面設(shè)計減少了斗齒與物料的接觸面積，從而有效地延長斗齒的壽命，并提高挖掘效率。
【專利說明】挖掘機斗齒
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型公開一種挖掘機斗齒，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于挖掘機配件制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種安裝在挖掘機鏟斗前端的挖掘機齒。
【背景技術(shù)】
[0002]挖掘機，又稱挖掘機械，是用鏟斗挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機械，從近幾年工程機械的發(fā)展來看，挖掘機的發(fā)展相對較快，挖掘機已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的工程機械之一。挖掘機斗齒是挖掘機的關(guān)鍵易損件，由于其在使用過程中直接與礦石、砂土、巖石等接觸，工作條件十分惡劣，使用壽命短，更換頻繁，消耗量巨大。
[0003]挖掘機的斗齒在接觸物料時，既承受沖擊作用，又承受彎矩作用，同時，斗齒尖部受到較大的沖擊滑動磨粒磨損，尖部表面常出現(xiàn)各式犁溝、變形，造成表面磨損或脫落。斗齒的失效類型有磨損失效和斷裂失效等，而磨損失效是斗齒失效的主要形式。因此，改善斗齒的磨損性能，提高斗齒的磨損壽命，是提高斗齒使用壽命的主要途徑。
[0004]目前，工程機械領(lǐng)域?qū)Χ俘X的研究很多，相關(guān)專家或?qū)W者提出了多種延長斗齒壽命的方法:如提高材料性能、添加合金元素、優(yōu)化制造工藝、對斗齒表面進行特殊處理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方法，不僅達不到預(yù)期效果，反而提高了斗齒的生產(chǎn)成本。
[0005]中國專利文獻CN203213189U公開一種帶有凸尖層的挖掘機斗齒，該實用新型的目的設(shè)計一種帶有凸尖層的挖掘機斗齒，設(shè)置在斗齒主體上的防護層，保護層為倒三角突刺的凸尖層，根據(jù)赫茲理論，倒三角的突刺很尖，即圓弧半徑Rl趨于0，在挖掘物料時，綜合曲率半徑R’很小(趨于0)，工作時倒三角尖點磨損，進而發(fā)生不規(guī)則磨損，受力變化很大，倒三角突刺被破壞，對于壽命的提高卻很有限。同時由于工作時有沖擊作用，倒三角突刺也極易被打斷，無法起到防護層耐磨損的作用，另外防護層的設(shè)置提高了斗齒的成本和制造難度。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供了一種挖掘機斗齒，通過對斗齒工作面的優(yōu)化設(shè)計，在不改變原有制造工藝的基礎(chǔ)上，利用摩擦學(xué)理論，改善斗齒的磨損性能，提高承受沖擊和彎矩能力，該斗齒的壽命較同等材料和同等制造工藝斗齒有顯著提高。
[0007]為達到上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種挖掘機斗齒，其固定安裝在挖掘機鏟斗前端，斗齒包含正反及兩側(cè)的工作面，斗齒的正反工作面分別沿對數(shù)螺旋線的走向延伸，對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心處。
[0009]進一步，斗齒兩側(cè)的工作面分別沿對數(shù)螺旋線的走向延伸。
[0010]進一步，所述斗齒的正反工作面及兩側(cè)工作面從齒尖向上至中段分布著凹凸曲面，凹凸曲面的包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，正反工作面對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心處，該中心為挖掘機鏟斗的旋轉(zhuǎn)中心。
[0011]進一步，所述對數(shù)螺旋線的走向角為20°?50°，優(yōu)選為25°?40°。
[0012]進一步,所述凹凸曲面的各凸面為圓弧凸面,每一圓弧凸面的半徑值在I?IOmm范圍內(nèi)。
[0013]進一步，所述凹凸曲面的各凹面為圓弧凹面，每一凹面的最大寬度為I?10mm。
[0014]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0015](I)斗齒主體正反面和側(cè)面的凹凸圓弧曲面包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線
[0016]I)對數(shù)螺旋線的引入，使得物料和斗齒工作表面的壓力角恒定，斗齒所受正壓力保持不變，有效避免由于正壓力過大引起的斷裂失效，改善斗齒的磨損性能，提高斗齒的壽命。設(shè)計過程中，可以根據(jù)不同的工況，設(shè)計不同走向角的對數(shù)螺旋線，保證斗齒所受正壓力在設(shè)計范圍內(nèi)以滿足不同的工況要求，特別是挖掘較大石頭和較硬的巖石塊等；
[0017]2)斗齒正反面的對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔的中心，此處為挖掘機伊斗的旋轉(zhuǎn)中心。
[0018](2)斗齒主體正反面和側(cè)面為光滑連接的凹凸圓弧曲面
[0019]I)凹凸的曲面設(shè)計減少了與物料的接觸面積，由面接觸變成線接觸，工作的摩擦阻力大大降低；
[0020]2)在保證斗齒強度的前提下，設(shè)計出不同工況對應(yīng)的凸出部分的圓弧半徑，使得物料在不同位置時，自鎖角變化大，有利于切入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型鏟斗及斗齒安裝示意圖，其包含斗齒正反面對數(shù)螺旋包絡(luò)線。
[0022]圖2是圖1中I處放大圖。
[0023]圖3是本實用新型斗齒側(cè)視圖。
[0024]圖4是圖3俯視圖。
[0025]圖5是圖3左視圖。
[0026]圖6是本實用新型受力示意圖。
[0027]圖7是本實用新型斗齒的凹凸曲面的圓弧凸面自鎖角示意圖。
[0028]圖8是本實用新型斗齒的凹凸曲面的另一直徑的圓弧凸面自鎖角示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0030]實施例:請參閱圖1至圖6，一種挖掘機斗齒，其固定安裝在挖掘機鏟斗I前端，斗齒2包含正反及兩側(cè)的工作面21、22、23、24，斗齒的正反工作面21、22分別沿對數(shù)螺旋線31,32的走向，對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗I的鉸接孔中心處100。
[0031]圖1至圖6，本實用新型斗齒2的正反工作面21、22及兩側(cè)工作面23、24從齒尖向上至中段分布著凹凸曲面，凹凸曲面的包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心處，該中心為挖掘機鏟斗的旋轉(zhuǎn)中心。所述對數(shù)螺旋線的走向角為20°?50° ,優(yōu)選為25°?40°。斗齒凹凸曲面的各凸面201為圓弧凸面,每一圓弧凸面的半徑值在I?IOmm范圍內(nèi)；凹凸曲面的各凹面202為圓弧凹面，每一凹面的最大寬度為1 ~10mm
[0032]本實用新型中，斗齒的正反工作面為主要的工作面，兩側(cè)中每一側(cè)工作面是由兩段弧面依次順接而成，如圖4所示，兩段弧面沿各自相對應(yīng)的對數(shù)螺旋線的走向延伸。
[0033]如圖1至圖5所示，本實用新型斗齒主體正反兩面21、22和兩側(cè)面23、24的圓弧曲面包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，對數(shù)螺旋線極坐標(biāo)方程為P=Be0rat'其中a為初始極徑，P為極徑，α為極徑與切線間的夾角，如圖1所示，新型斗齒的正反面的圓弧曲面包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，走向角25°即90° -a。由于圓弧凸面的間距較小，挖鉤較大物料時，進行受力分析，由圖6可得，在兩個不同位置時，由于自鎖角Φ1、Φ2恒定，物料作用于斗齒的正壓力保持恒定，避免形成無窮大的正壓力，有效的防止了斷裂失效，減少磨損。對數(shù)螺旋線的形狀和優(yōu)點為人們所熟知，但應(yīng)用在斗齒上屬首創(chuàng)。利用對數(shù)螺旋線的特殊之處，分析復(fù)雜的挖掘過程，結(jié)合摩擦學(xué)及微觀變形的重大發(fā)現(xiàn)，將對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的旋轉(zhuǎn)中心(圖1的100處)，創(chuàng)造性地解決了斗齒的斷裂問題。
[0034]對數(shù)螺旋線可根據(jù)實際工況，結(jié)合不同的斗齒規(guī)格進行設(shè)計。經(jīng)試驗，對數(shù)螺旋線走向角為20°~50°時的斗齒綜合性能較佳，既能有效的防止斷裂失效，又能輕松挖掘。
[0035]如圖1至圖5所示，斗齒的正反面和兩側(cè)面的中前段為凹凸圓弧曲面。凹凸圓弧曲面的設(shè)置，大大減少了挖掘時斗齒與物料的接觸面積(面接觸變成線接觸)，挖掘的摩擦阻力大大降低。
[0036]圖7及圖8是斗齒上直徑不同的兩種(凹凸曲面的)凸面與物料接觸示意圖，圖7中在Ml和M2兩處進行比較，經(jīng)分析，兩處的自鎖角變化大(由角β?變?yōu)榻铅?2)，物料受力發(fā)生突變，從Ml處至M2處，正壓力變大，在物料發(fā)生彈性變形后馬上出現(xiàn)塑性變形。根據(jù)實際工況，利用赫茲理論及對微觀變形的研究，可對圓弧凹凸面的凸面半徑進行設(shè)計。如圖7及圖8兩圖所示，兩圖的圓弧凸面的半徑值不同，分別為20mm和50mm，當(dāng)物料Wl和W2在圓弧凸面M和N上移動相同距離時(圖8中是從NI處至N2處，自鎖角對應(yīng)是^1和^2)，自鎖角的變化不同(角β2和角Υ2不同)。因此，可以在滿足斗齒凸面強度的前提下，對凸面半徑進行設(shè)計，讓物料在曲面不同位置的自鎖角變化率大，利于切入。同時，考慮到斗齒作業(yè)時物料與凸面圓弧表面接觸的位置，為防止斷裂失效，可對凹面進行設(shè)計。經(jīng)多個規(guī)格斗齒的試驗分析，圓弧凸面的半徑為I~IOmm,優(yōu)選為2~8mm,而凹面的寬度I~IOmm為較佳值，優(yōu)選為2~8mm。本實用新型中凹凸曲面可以設(shè)計為任意曲面，如正余弦函數(shù)曲線等，但圓弧曲面易加工。
[0037]本實用新型涉及一種挖掘機斗齒，其正反面及兩側(cè)面從齒尖向上至中段分布著凹凸圓弧曲面，凹凸圓弧曲面的包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心。對數(shù)螺旋線的引入，使得物料和斗齒工作表面的壓力角恒定，斗齒所受正壓力保持不變，有效避免由于正壓力過大引起的斷裂失效。對數(shù)螺旋線可以根據(jù)挖掘?qū)ο蟮牟煌M行設(shè)計，以滿足不同的工況要求。而凹凸的圓弧曲面設(shè)計減少了斗齒與物料的接觸面積，由面接觸變成線接觸，工作的摩擦阻力大大降低。在保證斗齒強度的前提下，可以設(shè)計出不同工況對應(yīng)的凸出部分的圓弧半徑，使得物料在不同位置時，自鎖角變化大，有利于切入。經(jīng)過原創(chuàng)設(shè)計的新型斗齒在不提高成本的前提下，有效地延長斗齒的壽命，提高挖掘效率。
[0038]綜合上述，該斗齒能達到設(shè)計目的。經(jīng)石礦裝機小批量考核，原有結(jié)構(gòu)斗齒使用壽命為4?5天，而新型斗齒的壽命則為8天以上，壽命提高了一倍以上，效果顯著。
[0039] 以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創(chuàng)作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。
【權(quán)利要求】
1.一種挖掘機斗齒，其固定安裝在挖掘機鏟斗前端，其特征在于:該斗齒包含正反及兩側(cè)的工作面，斗齒的正反工作面分別沿對數(shù)螺旋線的走向延伸，對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機斗齒，其特征在于:所述斗齒兩側(cè)的工作面分別沿對數(shù)螺旋線的走向延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機斗齒，其特征在于:所述斗齒的正反工作面及兩側(cè)工作面從齒尖向上至中段分布著凹凸曲面，凹凸曲面的包絡(luò)線為對數(shù)螺旋線，正反工作面對數(shù)螺旋線的極點設(shè)置在挖掘機鏟斗的鉸接孔中心處，該中心為挖掘機鏟斗的旋轉(zhuǎn)中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖掘機斗齒，其特征在于:所述對數(shù)螺旋線的走向角為20。?50°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的挖掘機斗齒，其特征在于:所述凹凸曲面的各凸面為圓弧凸面，每一圓弧凸面的半徑值在I?IOmm范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的挖掘機斗齒，其特征在于:所述凹凸曲面的各凹面為圓弧凹面，每一凹面的最大寬度為I?10mm。
【文檔編號】E02F9/28GK203701187SQ201420080673
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】許水電, 李延福, 湯舒雨, 林德淦, 黃小娟, 張元 , 和祥, 樊浩然, 李夢月, 張雙琪, 柳倩如, 劉小菲 申請人:廈門華承飛遠傳動科技有限公司