JPH02501838A - 掘削機の掘削バケットの歯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 掘削機の掘削パケットの歯 技術分野 本発明は掘削機などの土壌移動機械に関するものであり、特に掘削機の掘削パケ ットの歯に関するものである。

背景技術 掘削機の掘削パケットの歯は、作動中に強度の摩耗と　゛重い衝撃および静荷重 を受ける掘削機の作動部材であって、これらの要因がその耐用年数を決定する。

掘削パケットの歯は２つの主機能を有する。すなわち歯が岩石中に進入する際に 岩石を破壊すると共に、破砕された岩石粒子を掘削パケットの中に案内する。掘 削パケットの歯の構造が衝撃荷重の特性と大きさとを決定し、掘削機のすべての 組立体と機構の信頼性に影響し、結局は掘削機の生産性を決定する。また摩耗し あるいは変形した歯の取り替えは非常に面倒で時間のかかる工程である。例えば それぞれ約５００ｋｇの重量の６〜７本の歯のセットの交換には８時間を要する 。従って、掘削機の掘削パケットの歯の耐用年数の延長の問題は非常に重要な問 題である。

掘削機の掘削パケットの歯が岩石の中に進入する際に、岩石粒子の流れが歯の表 面に沿って移動し、歯の比較的短いスタート部分で岩石粒子は層流を成す。岩石 粒子流が歯の表面を離れた時、岩石中への歯の進入抵抗が著しく増大し、２０〜 ４０倍になる。この抵抗を低下させるため、岩石粒子の層流が歯を離れる部分に 隣接した歯表面部分が凹形に形成される。この部分において岩石粒子流は層流か ら乱流に変化し、歯の上側面の凹形部分に隣接した岩石粒子境界層の中に渦を形 成す。粗大な岩石粒子の大部分が境界層の渦の上方を移動する。従って歯の摩耗 度は境界層中の岩石粒子の運動特性によって決定さ相互に一定角度に延在する２ 面によって画成されたクサビ状輪郭を有する掘削機の掘削パケットの歯（米国特 許第３，９５９．９０１号）が公知である。その上側面は、リッジによって相互 に分離された２つの波形部分を有する。

この歯の先端は尖りまたは比較的小さい曲率半径を有する。歯の上側面の波形は 、この上側面の摩耗度を低下させる。しかし歯の尖った先端が岩石の中に進入し 、多量のダストと２６〜５０關の粒径の非常に微細な粒子を形成しながら岩石を 破砕する。多量のダストと微細粒子が歯の上側面と接触するので、その摩耗度は 比較的高く、実質的に歯の耐用年数を短縮させる。また岩石は大きな衝撃荷重に よって破砕され、これも掘削機の掘削パケットの歯の耐用年数を短縮させる事を 注意しなければならない。

端面に横方向にグループを備えた掘削機の掘削パケットの歯も公知であり、この グループは岩石の破砕に際して歯に加えられる衝撃荷重を低下させる。このグル ープは岩石中の歯の端面から約０．２３７ｍの距離に破砕エネルギーを集中し、 また歯の端面の直前に緻密なダスト粒子コアが形成され、その結果、このコアの 変形によって衝撃荷重を低下させ、また岩石本体から約０．２３７ｍの岩石ブロ ックの分離を開始する。

破砕された岩石の体積の２０〜２５％が０．０２５〜０．０３５ｍのサイズの粒 子状であり、ダスト粒子の含有量は２乃至４％であり、残分は粒径０．０８ｍま たはこれ以上の粗大粒子である事が格付はデータから知られている。

また相互に一定角度を成す２面によって画成されたクサビ状輪郭を有し、少なく とも一方の面が波形面を成し、１つの凹形部分によって相互に接続された少なく とも２凸形部分を備え、前記の２面は端面によって相互に接続され、この端面が 歯の横方向に延在するグループを備える掘削機の掘削パケットの歯（米国、特許 第１．１４６，４４２号）が公知である。歯の上側面と下側面が波形を成し、波 形面の輪郭は正弦形に近く、凹形部分の表面に沿ったダスト粒子から成る境界層 の運動は乱流であって滑りを伴うので、歯の上側面が強度の摩耗を受ける。さら に境界層の滑りに際して下側面に圧力サージが生じ、下側面の摩耗を増大させる 。

発明の開示 本発明の目的は、凹形部分における境界層のダスト粒子乱流運動を実際上滑りな しで生じる事によって低摩耗度を保証する事のできる歯輪郭の歯面を有する掘削 機の掘削パケットの歯を提供するにある。

相互に一定角度を成す２面によって画成されたクサビ形輪郭を有する掘削機の掘 削パケットの歯であって、少なくともその一方の面が１つの凹形部分によって相 互に接続された少なくとも２つの凸形部分を備えた波形を成し、前記の２面が端 面において接合し、この端面の中に歯の横方向に延在するグループが存在するよ うに成された掘削機の掘削パケットの歯において、端面の背後の少なくとも１つ の第１凹形部分の内部の波形面の輪郭は最短下降線として形成されているように 成された掘削機の掘削パケットの歯によって前記の目的は達成される。

掘削機の掘削パケットの歯において、端面の背後の最初の２凸形部分の波形面の 輪郭はサイクロイドとして形成され、このサイクロイドの母日の半径は前記凹形 部分の最短下降線の母日の半径に等しく、またサイクロイドの底辺の成す角度（ β）は１００乃至１２０°の範囲内にある事が好ましい。

好ましくは、前記グループは端面の背後の波形面の第１凸形部分に対して円筒面 によって接続され、この円筒面の曲率半径は波形面の第１凹形部分の最短下降線 の母円の半径に等しい。

好ましくは、凹形部分の最短下降線の母日の半径は０．０１乃至０．０１５ｍの 範囲内にある。

好ましくは、波形面に少なくとも３凸形部分が備えられる場合、歯の本体の中に 通り孔が備えられ、この通り孔の軸線はグループの軸線に対して平行であり、ま た相互に一定角度を成す面から実質的に等間隔に配置され、波形面の第２凹形部 分に対向し、また前記通り孔の半径は凹形部分の最短下降線の母日の半径に等し い。

最短下降線として形成された輪郭を有する波形面の凹形部分の故に、掘削機の掘 削パケットの歯の摩耗度が少なくとも１／２に減少される。この場合、回転体が 最短下降線に沿って滑りなしで移動するからである。すなわち、境界層のダスト 粒子の回転渦が凹形部分の面に沿って滑りなしで移動し、摩耗は実質的に回転摩 擦作用によってのみ生じるからである。また境界層は歯面を離れる事なく、破砕 さ、れた岩石の粗大粒子との接触から歯面を防護する事を注意しなければならな い。

掘削機の掘削パケットの歯の歯面の凸形部分の輪郭をサイクロイド形となし、そ の母日の半径を最短下降線の母日の半径とし、またサイクロイドの底辺の角度を １００〜１２０”とした事により、境界層のダスト粒子が層流を成す歯面部分の 長さを最大に成す事ができる。

サイクロイド形の凸形部分と最短下降線状の凹形部分との遷移が正確に粒子層流 の分離可能点において生じ、これは境界層が層流から乱流に変化する事によって 歯面から離間する事を防止する。

端面のグループと歯の波形面とを平滑に接続する事によって、前記コアと歯の端 面との間の境界層において形成されるダスト粒子を連続的に歯の波形面に供給す る事ができ、歯の摩耗を低下させる。

境界層の厚さは歯の波形面の輪郭、すなわちその凸形部分と凹形部分の長さと曲 率に依存するので、最短下降線の曲率を決定する母日の半径が０．０１〜０．０ １５ｍの範囲内にあれば、ダスト粒子の境界層の厚さは約０．０１〜０．０１５ ｍの範囲内となる。この境界層の厚さの場合、２５〜３５關サイズの破砕岩石の 粗大粒子は境界層に隣接して配置されて境界層に沿って移動し、境界層を破壊し ないので、歯面の摩耗を生じない。

掘削機の掘削パケットの歯の中に通り孔を備える事により、孔の面がグループと して作用するので、摩耗した掘削機の掘削パケットの歯の岩石中への進入力を最 大限低下させる事ができ、従って歯の耐用年数を延長させる。

図面の簡単な説明 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。付図において、 第１図は本発明による掘削機の掘削パケットの面全体の斜視図、 第２図は本発明の掘削機の掘削パケットの歯の長手力断面図、 第３図は端面の近傍に２つの凸形部分を有する掘削機の掘削パケットの歯の部分 拡大断面図、また第４図は３つの凸形部分と通り孔とを有する実施態様の第３図 と類似の図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明による掘削機の掘削パケットの歯は、本体１と歯を掘削機の掘削パケット ジョー（図示されず）に取り付けるためのシャンク２とを有する。シャンク２の 設計は、掘削パケットの設計または掘削機の型によって決定される。この実施態 様において、歯は単パケット式ストリッピング掘削機用に設計されている。シャ ンク２は、パケット（図示されず）に取り付けられた時にファスナーを受けるた めの孔３を有する馬蹄形を成す。

この掘削パケットの歯はクサビ状輪郭を有し、この輪郭は相互に一定角度を成す ２面によって画成される。上側面４と下側面５が端面６によって相互に接続され ている。それぞれ上側面４と下側面５に対する接線ＭとＮの成す角度α（第２図 ）が破砕される岩石の摩擦角に大体等しくなければならない。この角度は、剥離 される岩石に対応して２７″〜３５＠である。

端面６に、歯の横方向に延在する溝７が配備されている（第１図）。この実施態 様の単パケット式ストリッピング掘削機の歯の幅は約０．２ｍである。

相互に一定角度を成す面４，５の少なくとも一方が波形を有する。第１図の実施 態様においては、上側面４が波形を成す。

波形を有する上側面４は１つの四部によって相互に接続された少なくとも２つの 凸形部分を有する。第１図に図示の歯の実施態様においては、上側面４は３凸形 部分８．９．１０と３凹形部分１１，１２．１３とを有する。

凸形部分の数は２〜５とし、歯のサイズに依存する。同一曲率の凹形部分の数は 最大３とする。凹形部分１１によって相互に接続された隣接凸形部分８．９は同 一曲率を有し、凸形部分１０の曲率はその３〜４倍である。凸形部分８．９．１ ０の輪郭は種々であって、正弦状、放物線状、または双曲線状とする事ができる 。凹形部分１１．１２．１３の輪郭は、これらの部分に沿ってダスト粒子の境界 層が滑りのない乱流をもって移動する事ができるように最短下降線の形状を有す る。

この実施態様の掘削機の掘削パケットの歯の下側面は大曲率半径の凹形を有する 。高硬度土壌中で作動する掘削パケットの歯の場合、下側面は最短下降線の輪郭 の凹形部分を有する波形を成す事が好ましい。

第１図に図示の歯の実施態様において、端面６の背後の最初の２凸形部分８．９ の波形面の輪郭はサイクロイドであって、その間の凹形部分１１の輪郭は最短下 降線である。サイクロイドの母日の半径Ｒ（第３図）は、最短下降線の母日の半 径Ｒに等しい。サイクロイドの底辺ｇとｋの成す角度βは１００〜１２０”の範 囲内にある。

い。角度βの値は破砕される岩石の摩擦角に依存する。

低摩擦角を有する岩石については角度βは低い。端面６の溝７の輪郭は、最短下 降線の母日の半径に等しい半径Ｒを有する円の円弧状を成す。満７の深さｈは最 短下降線の母日の直径の１／３〜１／４倍の範囲内にある。満７の歯の上側面４ および下側面５と円筒面によって平滑に接続し、これらの円筒面の曲率半径は凹 形部分１１の最短下降線の母日の半径Ｒに等しい。溝７の上縁と上側面４の凸形 部分８との平滑な接続により、端面６の境界層から上側面４へのダスト粒子の連 続的供給が保証される。上側面４の接線Ｐと端面６の接線Ｑとの成す角度γは、 溝７の下縁の摩損を低減させるために約９０″とする。

掘削パケットの歯の摩耗度を最小限に成す凹形部分１１の最短下降線の母日の半 径Ｒは０．０１〜０．０１５ｍの範囲内にある。摩擦角が大であるほど、最短下 降線の母日の半径Ｒが大になる事に注意しなければならない。最短下降線の母日 の半径Ｒがこの半径Ｒに大体等しいダスト粒子境界層の厚さを決定する。この層 の厚さは、境界層に沿って移動する破砕岩石の粗大な粒子が境界層の連続性を破 壊する事なく、また歯の表面と接触しないように選定される。歯が岩石体の中に 進入する時、約０．２３７ｍの長さを有する岩石ブロックが岩石体から分離され 、このブロックは主として０．　０８ｍまたはこれ以上のサイズの粗大粒子を含 有し、また２５〜３５ｍ＋ａの微細粒子または中粒子と小量（２〜４％）のダス ト粒子とを含有する事を出願人は実験的に発見した。

微細粒子と中サイズ粒子が境界層の上を移動するので、０．０１〜０．０１５ｍ の範囲内の厚さの境界層が歯表面を微細粒子および中サイズ粒子との接触から防 止するから、歯の耐用年数が延長される。

第４図に図示の実施態様の掘削パケットの歯の耐用年数を延長するため、その上 面４は追加の第３凸形部分１４を有し、この凸形部分１４は母日半径Ｒの最短下 降線状の凹形部分１５によって凸形部分９と接続される。

凸形部分１４は、凹形部分１１と１５の最短下降線の母日半径Ｒに等しい母日半 径Ｒを有するサイクロイド状を成す。このサイクロイドの底辺ｄと凸形部分９の サイクロイドの底辺にとの成す角度φは２１０℃である。この掘削パケットの歯 の中に通り孔１６が作られる。この通り孔は掘削パケットの上側面４と下側面５ とから大体等距離に配置され、第２凹形部分１５に対向し、またこの孔１６の軸 線Ｏは溝７と平行に走っている。孔１６の半径Ｒは凸形部分１１および１５の最 短下降線の母日の半径Ｒに等しく、０．０１〜０．０１５ｍである。

本発明による掘削パケットの歯は下記のように作動する。掘削パケットの歯が２ ．７〜９ｔｆの力をもって岩石の中に深く進入する時、端面６（第１図）の正面 の岩石内部に、約０．２ｍに等しい歯の幅に沿って三次元応力状態の少なくとも ３区域が形成され、約０．２３７ｍの距離に複数の亀裂が形成される。各区域に おいて溝７の直前に緻密なダスト粒子コアが形成され、このコアが回転して各三 次元応力状態区域の表面に沿って亀裂を形成し始め、これらの区域が混合してそ の内部の岩石粒子を岩石本体から分離させる。掘削ソケットの歯が新しい岩石部 分と接触するまで、破砕された岩石内部で運動し続ける際に、破砕された粒子が 歯の上側面に沿ってパケット（図示されず）の中に移動する。破砕された岩石、 ダスト粒子、０．０２５〜０．０３５ｍのサイズの微細粒子および中サイズ粒子 と、０．０３５ｒｎ以上のサイズの粗大粒子とを含む。

ダスト粒子は境界層を成し、この境界層は掘削パケットの歯の上側面と接触し、 この上側面に沿って動く。

溝７の直前で形成されるダスト粒子が溝７から層流の形で凸形部８に向かって移 動し、つぎに凹形部１１に移動し、この凹形部において境界層のダスト粒子流が 乱流に変化する。この凹形部１１の輪郭は最短下降線の形状を成すので、滑りを 伴わない渦の運動を保証し、従って凹形部１１と歯の上側面４および下側面５の 摩耗度を低下させる。つぎに境界層のダスト粒子の乱流が凸形部９に近接し、こ の凸形部においては凸形部８における乱流より早い速度の層流に変化するので、 つぎの凹形部１２における境界層のダスト粒子乱流の回転速度を増大する。

ダスト粒子が凸形部と凹形部８，１１，９：１２．１０゜１３に沿って移動する 際に、境界層は歯の上側面４から離れない。従ってこの上側面４の摩耗度は低く 、実際上境界層の層流も乱流も同様の作用を与える。

歯の上側面４に沿った境界層の運動が分離なしに生じるので、歯の下側面５に対 する圧力サージが存在せず、従って歯の下側面５の摩耗を低下させる。

サイズ０．０２５〜０．０３５ｍの微細粒子および中サイズ粒子が境界層の上を 移動する。凹形部１１．１２゜１３の輪郭は０．０１〜０．０１５ｍの母日半径 を有する最短下降線の形を成し、これらの凹形部１１．　１２゜１３上の境界層 の厚さは０．０１〜０．０１５ｍの範囲内にあるので、微細粒子と中サイズ粒子 は境界層の連続性を乱す事なく、歯の上側面４と接触しないでこの境界層の上を 移動するので、歯の摩耗度を低下させ、その寿命を延長させる。本発明による掘 削パケットの歯は単一パケット式掘削機の１組の７本の歯の耐用年数を少なくと も１．　７ｍＩｎ、ｍストリッピング仕事まで増大させる。

第４図に図示の掘削機の掘削パケットの歯の実施態様は歯の耐用年数を少な（と も２０％増大させる。歯がその孔１６まで完全に摩耗した時に、この孔の表面が 摩耗した歯の岩石中への進入力を低下させるからである。従岩石体の中に、溝７ の正面に形成される区域と同様の三次元応力状態区域を形成する。掘削パケット の１組７本の歯の耐用年数が２　、　２　ｏ＋Ｉｎ、　ｒｄストリッピング仕事 に達する事を出願人は実験的に発見した。

産業上の利用可能性 本発明による掘削機の掘削パケットの歯は、単一パケット型掘削機についても、 また露天掘による鉱床の掘削用のホイール型掘削機についても使用する事ができ る。

またこの歯は道路の建設用掘削機およびストリッピング用掘削機として使用する 事もできる。

国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．相互に一定角度を成す２面（４，５）によって画成されたクサビ形輪郭を有 する掘削機の掘削バケットの歯であって、少なくともその一方の面が１つの凹形 部分（１１）によって相互に接続された少なくとも２つの凸形部分（８，９）を 備えた波形を成し、前記の２面が端面（６）において接合し、この端面の中に歯 の横方向に延在する溝（７）が存在するように成された掘削機の掘削バケットの 歯において、端面（６）の背後の少なくとも１つの第１凹形部分（１１）の内部 の波形面（４）の輪郭は最短下降線として形成されている事を特徴とする掘削機 の掘削バケットの歯。
2. ２．端面（６）の背後の最初の２凸形部分（８，９）の波形面（４）の輪郭はサ イクロイドとして形成され、このサイクロイドの母円の半径は前記凹形部分（１ １）内部の最短下降線の母円の半径に等しく、またサイクロイドの底辺の成す角 度（β）は１００乃至１２０°の範囲内にある事を特徴とする請求項１に記載の 掘削機の掘削バケットの歯。
3. ３．前記溝（７）は端面（６）の背後の波形面（４）の第１凸形部分（８）に対 して円筒面によって接続され、この円筒面の曲率半径は波形面（４）の第１凹形 部分（１１）の最短下降線の母円の半径に等しい事を特徴とする請求項２に記載 の掘削機の掘削バケットの歯。
4. ４．凹形部分（１１）の最短下降線の母円の半径は０．０１乃至０．０１５ｍの 範囲内にある事を特徴とする請求項１または２または３に記載の掘削機の掘削バ ケットの歯。
5. ５．波形面（４）に少なくとも３凸形部分（８，９，１４）が備えられる場合、 歯の本体の中に通り孔（１６）が備えられ、この通り孔（１６）の軸線は溝（７ ）の軸線に対して平行であり、また相互に一定角度を成す面（４，５）から実質 的に等間隔に配置され、波形面（４）の第２凹形部分（１５）に対向し、また前 記通り孔（１６）の半径は凹形部分（１１）の最短下降線の母円の半径に等しい 事を特徴とする請求項４に記載の掘削機の掘削バケットの歯。