CN101768992B - 挖掘齿组件、齿座及斗齿 - Google Patents

Abstract

一种挖掘齿组件、齿座及斗齿，该挖掘齿组件包括该齿座及斗齿，并包括锁定件，斗齿后部提供有腔体，齿座前端提供有齿座头，斗齿的腔体和齿座头通过锁定件稳固地组合在一起，齿座头的上部提供有第一过渡连接面、第一配合面和第三配合面，齿座头的下部提供有第二过渡连接面、第二配合面和第四配合面，第一配合面和第三配合面通过第一过渡连接面连接，第二配合面和第四配合面通过第二过渡连接面连接，第一配合面和第二配合面分别与齿座头的中心轴线成预定的角度，第三配合面和第四配合面分别与齿座头的中心轴线平行，斗齿的腔体的内表面提供有分别与前述配合面接触的多个配合面。

Description

挖掘齿组件、齿座及斗齿

技术领域

本发明涉及一种属于工程机械或矿山机械中起挖掘作用的部件，尤其涉及一种斗齿和齿座的固定连接结构。

背景技术

工程机械、矿山机械领域的挖掘机、装载机、采矿机通过铲斗进行挖掘或装载的作业，铲斗起切削物料并装载物料的作用。铲斗承受巨大的磨损，如其前端未加任何保护措施的话将很快被磨钝甚至破损，而它又被要求在较长时间内高效工作，所以在绝大多数情况下会在铲斗工作边安装一种挖掘齿组件或耐磨板，其目的：一是保护铲斗工作端不被过早、过快磨损；二是增加铲斗前端的锋利程度，增强铲斗的切削、装载能力；三是通过更换已磨损失效的挖掘齿组件的一部分或耐磨板，使铲斗工作端保持锋利、高效的状态，同时降低使用成本。

通常挖掘齿组件设计成几部分，如斗齿、齿座和锁定件，斗齿后部带有腔体，齿座前端有一突出(齿座头)可以容纳于斗齿的腔体中，通过锁定件使斗齿腔体和齿座头稳固的组合在一起，当需要更换时，通过拆除锁定件使斗齿腔体和齿座头分离，达到更换其中一部分的目的，通常这种锁定件被设计成可重复使用多次的构件。

铲斗的工作环境非常恶劣，其前端的挖掘齿组件要承受挖斗施加给它的巨大而多变的力，且这些力的方向是多维的。因此，斗齿必须可靠地固定在齿座上，以承受轴向载荷、竖向载荷、侧向载荷、冲击力、扭转力、振动力等。

由于挖掘齿组件在作业过程中主要受轴向载荷、竖向载荷、侧向载荷引起的扭矩力和冲击力，斗齿与齿座相互间的连接结构是业内设计人员创新的重点，这种连接结构通常又叫配合结构。配合结构较高的稳定度、足够的组合强度、易拆装性是业内设计人员追求的目标。

如申请号CN01816786.1的《挖斗齿的咬合系统》中国专利申请，斗齿两侧有外伸耳片，可容纳于位于齿座上和该耳片呈互补关系的凹槽中，耳片具有一定的倾斜结构。该倾斜结构的优点是提供了较大杠杆臂，保持了较高的稳定度的同时，在一定程度上降低了耳片分离断裂的风险。该倾斜结构的缺点是没能避免垂直于耳片倾斜结构的破坏力所带来的不利影响，耳片断裂的情况不能完全避免，一旦耳片断裂斗齿即会和齿座分离而丢失。

申请号为CN200510097064.9的《耐磨组件及耐磨构件》专利，描述了一种结构：通过设置在两边侧壁上的滑轨来平衡斗齿所受的外力，达到稳定的目的。优点是有效降低了斗齿脱出力，大幅降低了斗齿施加给销子的剪切力。缺点是两侧滑轨受力面方向互为相反，不能同时受力，抗扭矩能力一般，单边滑轨的循环受力易在滑轨根部形成应力集中而使原有结构受到破坏。

申请号为CN200380109779.0的《用于耕耘机械工具的易损件的可拆式安装的易损件系统》专利，公布了一种配合结构，通过设置与纵轴呈不同角度的配合面来平衡斗齿多维方向上的作用力，优点是：两侧设置了阻止斗齿推进的凹凸块，消除了当斗齿腔体在齿座斜面推进时产生的垂直于纵轴的分力，另与纵轴呈不同角度设置的配合面也减小了斗齿脱出力，使销子所受的剪切力大为下降，换句话说即减小了斗齿内部结构的破坏力，延长了销子的使用寿命。缺点是对抗斗齿挖掘过程中产生的扭矩能力不足，应力会集中于斗齿内腔圆角或销孔附近而产生破坏。

申请号为CN02126120.2的专利《挖掘用的铲斗的齿的固定构造》公布一种销子固定构造，通过一钢质弹簧片卡箍于销子一端，压缩在齿座孔中，依靠压缩反作用力产生的摩擦力固定于齿座空内的某个位置。优点是固定方便，价格低廉。缺点一是弹簧片在挖掘过程中一旦疲劳失效将会造成斗齿的丢失，二是为保证足够的摩擦力，弹簧片于齿座孔间的尺寸过盈量较大，拆装过程需要大力敲击，安装不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种挖掘齿组件、齿座及斗齿，该斗齿在受多维作用力时能保持较高的稳定性和并与该齿座组成具有足够的组合强度的挖掘齿组件，同时斗齿的脱离分力施加给齿座和斗齿的锁定件剪切力很小。

实现了前述目的的一种挖掘齿组件，包括斗齿、齿座和锁定件，斗齿后部提供有腔体，齿座前端提供有齿座头，该齿座头容纳于斗齿的腔体中，斗齿的腔体和齿座头通过锁定件稳固地组合在一起，斗齿的腔体具有与齿座头的外表面互补的内表面，其特点是，齿座头的上部提供有第一过渡连接面、第一配合面和第三配合面，齿座头的下部提供有第二过渡连接面、第二配合面和第四配合面，第一配合面和第三配合面通过第一过渡连接面连接，第二配合面和第四配合面通过第二过渡连接面连接，第一配合面和第二配合面分别与齿座头的中心轴线成预定的角度，第三配合面和第四配合面分别与齿座头的中心轴线平行，第三配合面和第四配合面分别连接齿座头的前端面，斗齿的腔体的内表面提供有分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面接触的多个配合面。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，第一配合面和第二配合面都是弧形面，第三配合面和第四配合面都是平面。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，第一配合面和第二配合面以中心轴线为对称轴对称，第三配合面和第四配合面也以中心轴线为对称轴对称。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，斗齿的腔体的内表面提供的所述配合面分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面完全贴合。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，齿座的两侧部分别提供有凹槽，斗齿的腔体的两侧部分别提供有凸轨，该凸轨容纳于该凹槽中，并且该凸轨与该凹槽接触。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，斗齿的腔体的两侧部分别提供有凹槽，齿座的两侧部分别提供有凸轨，该凸轨容纳于该凹槽中，并且该凸轨与该凹槽接触。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，斗齿的腔体的两侧部是平面，齿座的两侧部也是平面。

所述的挖掘齿组件，其进一步的特点是，锁定件包括销子和橡胶环，齿座和斗齿配合后形成连接孔，销子放置在该连接孔中，橡胶环箍住销子并在该连接孔中受到压缩，从而使得销子保持在该连接孔中，进而形成在齿座和斗齿的脱离方向的约束。

实现了前述目的齿座，其前端提供有齿座头，其特点是，齿座头的上部提供有第一过渡连接面、第一配合面和第三配合面，齿座头的下部提供有第二过渡连接面、第二配合面和第四配合面，第一配合面和第三配合面通过第一过渡连接面连接，第二配合面和第四配合面通过第二过渡连接面连接，第一配合面和第二配合面分别与齿座头的中心轴线成预定的角度，第三配合面和第四配合面分别与齿座头的中心轴线平行，第三配合面和第四配合面分别连接齿座头的前端面。

实现了前述目的斗齿，其后端提供有腔体，用于与前述的齿座相配合，其特点是，腔体的内表面提供有分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面接触的多个配合面。

前述的挖掘齿组件、齿座和斗齿具有这样的优点：装配之后的斗齿和齿座之间只有沿一个方向是自由非约束的，沿该方向的约束是通过锁定件给定，所以为保证装配的稳定性，平行于该方向的挖掘分力(脱出力)是需重点考虑的，挖掘过程中，斗齿得到齿座的齿座头的配合面支撑后，在斗齿的空腔的配合面产生作用力，这些作用力与负载形成平衡关系，因为第三、第四配合面与中心轴线平行，因此第三、第四配合面所产生的作用力垂直于斗齿空腔内的配合面，不产生沿中心轴线方向上的分力(脱出力)，将而第一、第二配合面产生的作用力在垂直于中心轴线方向的分力将维持在较小的水平，该较小的分力传递给锁定件的剪切力也会比较小，锁定件被剪断破坏或在剪切力作用下剧烈的磨损的可能性大为降低，从而保证了包括齿座、斗齿、锁定件的挖掘齿组件的稳定性和使用安全性。

附图说明

图1是本发明的挖掘齿组件的一实施例的分解视图。

图2是图1中的齿座的立体图。

图3是图2所示的齿座的侧向视图。

图4是图1中的斗齿的局部剖视图。

图5是图1的装配后的斗齿和齿座的半剖视图。

图6是沿图5中B-B线的剖视图。

图7显示受到偏置载荷的挖掘齿组件的一实施例。

图8显示了受到偏置载荷的挖掘齿组件中斗齿的受力情况。

图9是图8中C处的受力分析图。

图10显示了斗齿的一实施例的受力情况。

图11显示了斗齿的另一实施例的受力情况。

图12显示了本发明的挖掘齿组件的一实施例中的锁定件的立体图。

图13是图12中的锁定件的分解视图。

具体实施方式

如图1、图2和图4所示，挖掘齿组件的一实施例包括齿座1、斗齿2、销子3和橡胶环4，齿座1的前端提供有齿座头10，斗齿2的后端提供有腔体20，腔体20。再如图5所示，齿座头10容纳于腔体20中，斗齿2的腔体20和齿座头10通过锁定件稳固地组合在一起。

如图2和图3所示，齿座头10的上部提供有第一配合面13、第一过渡连接面15和第三配合面11，齿座头10的下部提供有第二过渡连接面16、第二配合面14和第四配合面12，第一配合面13和第三配合面11通过第一过渡连接面15连接，第二配合面14和第四配合面12通过第二过渡连接面16连接，第一配合面13和第二配合面14分别与齿座头10的中心轴线(即图1、图4、图5和图7中的X轴线)成预定的角度，第三配合面11和第四配合面12分别与齿座头10的中心轴线平行，第三配合面11和第四配合面12分别连接齿座头10的前端面17。如图4所示，斗齿2的腔体20的内表面提供有分别与第一配合面13、第二配合面14、第三配合面11以及第四配合面12接触的多个配合面13’、14’、11’以及12’。

斗齿2的腔体20的内表面还提供有分别对应第一过渡连接面15、第二过渡连接面16的配合面15’、16’。过渡连接面15、16与配合面15’、16’不接触，即它们之间存在间隙。为便于简化描述，下面第一配合面13、第二配合面14、第三配合面11以及第四配合面12分别简称配合面13、14、11及12。

根据装配原理可知，斗齿2和齿座1之间只有沿X轴线方向是自由非约束的，沿X轴线方向的约束是通过插入销子3给定，所以为保证装配的稳定性，平行于沿X轴线方向的挖掘分力(脱出力)是需重点考虑的，挖掘过程中受力如图5所示(以斗齿2为受力分析对象)，图5中的阴影部分表示铲斗唇板7。斗齿2受外力为F1(是经过简化后的力)，可见斗齿2得到配合面11、14支撑后，在配合面11’产生作用力F2，在配合面14’产生作用力F3，并且有F2＝F1+F3的关系。因为配合面11、11’与X轴线平行，作用力F2垂直于配合面11、11’，不产生沿X轴线方向上的分力(脱出力)。将作用力F3分解成相互垂直的分力F4、F5，分力F4的方向平行于X轴线，可以看出分力F4将维持在较小的水平，分力F4传递给销子3的剪切力也会比较小，销子3被剪断破坏或在剪切力作用下剧烈的磨损的可能性大为降低，从而保证了齿座1、斗齿2、销子3组合而成的挖掘齿组件的稳定性和使用安全性。

齿座1、斗齿2的前述配合面沿X轴方向对称设置，当斗齿2受力方向和F1方向相反时，也存在上述受力关系，只是作用面改换为对称的另一面。

同时参照图1和图3，作为一优选结构，齿座1两侧部分别设有凹槽21、23，对应地，如图6所示，斗齿2的腔体20的两侧边有凸轨31、33。

继续参照图5和图6，配合状态时，凸轨31、33工作受力如图所示，当斗齿2受挖掘力F1时，配合面11、11’，14、14’接触受力的同时，凹槽和凸轨21、31，23、33也同时接触，受力F6、F6’，接触点产生的分力为F7、F8和F7’、F8’。那么可以这样理解，此时的斗齿2的力学关系式为：F2＝F1+F3+F6+F6’，换句话说，凹槽21、23和凸轨31、33分担了配合面14、14’所承受的力，这样使配合结构间受力更为均衡；另，凹槽21、23和凸轨31、33所形成的配合面积使整个配合结构配合面积增大，那么在同等受力状况下，受力配合面的增大意味着摩擦力的增大，这部分力将进一步抵消脱出力，使斗齿2与齿座1的配合稳定性、使用安全性进一步加强。

另一种优选结构：如图11所示，齿座1的两侧部设置凸轨31、33，对应地，斗齿2的两侧设置与之互补的凹槽21、23，也同样存在前述的受力模式，同样存在相似的结构优势。

如图7所示，当斗齿2在挖掘过程中受到偏置载荷P时，斗齿2将向齿座1传递扭矩。斗齿2受力偏离轴向中心轴线X即会出现偏置载荷，这种情况几乎伴随斗齿2的每个挖掘动作过程，所以偏置载荷P也是斗齿2设计需重点考虑的问题。

斗齿2受偏置载荷P时，将有一个绕X轴向的扭矩M在配合结构上传递，对应图5中的B-B线剖面位置，图8显示了一斗齿的实施例的剖面，在图8所示的实施例中，斗齿的两侧边不设置凹槽或凸轨，此时假设齿座1固定不动，由于制造误差，齿座1和斗齿2之间存在配合间隙，斗齿2将会绕X轴转动，转动到某个位置会因配合面的接触而卡止，接触点为35、36，如图8所示，齿座1的配合面13、14和斗齿2的配合面13’、14’都为曲面，这种曲面型配合面比平面型配合面具有如下优点：

一是在同等规格下(业内以斗齿宽度作为规格标准)，曲面的面积大于平面，所以曲面的受力面积大于平面，单位面积内的载荷就小，受力更趋均匀；

二是如图9所示，OA表示平面型配合面，OA1区域所在曲线表示本发明的曲面型配合面，OB表示另一个连接面，OA与OB垂直，当受同等扭矩M时，则有P1＝P3的关系，P1是配合面OA1受到的作用力，P3是配合面OA受到的作用力，P1在作用点A1分成N1、N2，N1与OA1垂直，N2与A1点所在圆弧相切，那么就有N1＜P3，取OA＝OA1，则O点所受扭矩力作用为P3*OA＞N1*OA1；所以曲面配合面的设计体现出对圆角35、36更小的作用力，降低了斗齿受破坏的可能。

图10、11显示了具有凸轨或凹槽的斗齿，因两侧设置有凹槽或凸轨，斗齿2和齿座1之间的配合面除了接触点13、14、13’、14’外，还有接触点21、31、23、33，这样进一步分散了扭矩产生的破坏力，进一步加强配合结构的稳定性和安全性。

如图12和13所示，橡胶环4利用其受压缩可回弹的特性箍住销子3，齿座1与斗齿2配合后形成连接孔30(如图7所示)，销子放置在该连接孔30中，箍住销子3的橡胶环4受到连接孔30的压缩，从而使得销子3保持在该连接孔30中，进而形成在齿座2和斗齿1的脱离方向(相当于是X方向)的约束。橡胶环3具有耐腐蚀的特性，能适应不同的挖掘工况而不会失去它原有的特性，这点是普通钢质弹簧片所不能比拟的，另橡胶的柔性能吸收、缓冲挖掘过程中的震动，使销子能稳定保持于合适的位置。

Claims (6)

1.一种挖掘齿组件，包括斗齿、齿座和锁定件，斗齿后部提供有腔体，齿座前端提供有齿座头，该齿座头容纳于斗齿的腔体中，斗齿的腔体和齿座头通过锁定件稳固地组合在一起，斗齿的腔体具有与齿座头的外表面互补的内表面，其特征在于，齿座头的上部提供有第一过渡连接面、第一配合面和第三配合面，齿座头的下部提供有第二过渡连接面、第二配合面和第四配合面，第一配合面和第三配合面通过第一过渡连接面连接，第二配合面和第四配合面通过第二过渡连接面连接，第一配合面和第二配合面分别与齿座头的中心轴线成预定的角度，第三配合面和第四配合面分别与齿座头的中心轴线平行，第三配合面和第四配合面分别连接齿座头的前端面，斗齿的腔体的内表面提供有分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面接触的多个配合面，第一配合面和第二配合面都是在宽度方向上弯曲的弧形面，第一配合面和第二配合面以中心轴线为对称轴对称，第三配合面和第四配合面也以中心轴线为对称轴对称；

锁定件包括销子和橡胶环，齿座和斗齿配合后形成在宽度方向上延伸的连接孔，销子放置在该连接孔中，橡胶环箍住销子并在该连接孔中受到压缩，从而使得销子保持在该连接孔中，进而形成在齿座和斗齿的脱离方向的约束。

2.如权利要求1所述的挖掘齿组件，其特征在于，第三配合面和第四配合面也是弧形面。

3.如权利要求2所述的挖掘齿组件，其特征在于，斗齿的腔体的内表面提供的所述配合面分别与第一配合面、第二配合面、第三配合面以及第四配合面完全贴合。

4.如权利要求1所述的挖掘齿组件，其特征在于，齿座的两侧部分别提供有凹槽，斗齿的腔体的两侧部分别提供有凸轨，该凸轨容纳于该凹槽中，并且该凸轨与该凹槽接触。

5.如权利要求1所述的挖掘齿组件，其特征在于，斗齿的腔体的两侧部分别提供有凹槽，齿座的两侧部分别提供有凸轨，该凸轨容纳于该凹槽中，并且该凸轨与该凹槽接触。

6.如权利要求1所述的挖掘齿组件，其特征在于，斗齿的腔体的两侧部是平面，齿座的两侧部也是平面。

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