挖掘机铲斗的制作方法

本发明涉及一种铲斗，更具体地说，涉及一种挖掘机铲斗。
背景技术：
：铲斗是挖掘机的常用属具。挖掘机的铲斗主要由斗底、左右侧的封板、轴座、主刀板构成。挖掘机使用铲斗进行土石方挖掘与装车等作业，在作业过程中，尤其是应用在岩石装车工况，作业过程中避免不了受到石头的冲撞和磨损。在矿山采掘行业中，采掘方式已经逐渐转变为挖掘机代替炸药，直接对物料进行开采，因此，需求能够对原生物料直接进行切削和挖掘的铲斗。传统的铲斗斗形已经适应很多工况，但是其主要应用在松散物料挖掘和装载上，而对于原生沉积物料(页岩、硬土)的开采和挖掘是不适应的，表现出阻力大、挖不动，最终导致挖掘机整机效率低、油耗高、操作舒适性差。其次，传统铲斗的斗底和侧面防磨结构都是由多块板拼焊而成，其诸多焊缝因直接与物料接触碰撞而容易开裂和磨损，引起防磨结构的可靠性性低；同时，防磨的位置和大小比较随意和多样，涉及板的规格多、通用性低，切割和焊接量大，生产成本较大，另外后期的维护便利性和成本同样较大。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是针对现有挖掘机铲斗难以适应原生沉积物料挖掘的问题，而提供一种挖掘机铲斗，适合用于原生沉积物料的挖掘。本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种挖掘机铲斗，包括铲斗主体，所述铲斗主体主要由主刀板、斗底板、位于斗底板两侧的封板、轴座焊接构成；所述斗底板是前部平面和后部双曲率圆弧面的弯板；所述封板包括侧刀板和在侧刀板后侧与侧刀板相焊接的侧封板，其特征在于：所述铲斗的参数如下：铲斗挖掘角θ1为：90°≤θ1≤94°；张开角θ2为：16°≤θ2≤20°；侧刀板刃角θ3为：40°≤θ3≤50°；倾斜角θ4为：0°＜θ4≤3°；宽深比w/d为：1≤w/d≤1.25，其中w为斗宽，d为斗深；外伸距l为：l≥0.6d；单位切削力1/(qv*w)：1/(qv*w)≥180n/mm2，其中qv为挖掘半径。上述挖掘机铲斗中，挖掘机铲斗还包括集成防磨结构，所述集成防磨结构由底部弯板和焊接在底部弯板两侧的侧板构成，所述底部弯板贴合在所述斗底板的下侧、侧板贴合在所述侧封板的外侧，底部弯板的前部直边紧靠所述主刀板的后侧边，侧板的前部直边紧靠所述侧刀板的后侧边，侧板的前部和上部通过锁紧连接件与侧封板固定连接，所述底部弯板的前部通过锁紧连接件与斗底板固定连接。相比传统铲斗中使用多块板拼接防磨结构，本发明中集成防磨结构的结构比较稳定，其用板材代替了大量焊缝，防磨性能比较均匀，同时减少了板材规格、下料成本。集成防磨结构通过锁紧连接件与铲斗主体连接，在集成防磨结构出现磨损或损坏时可整体更换，提高了集成防磨结构的通用性和后期维护便利性，同时提升了铲斗的使用寿命。锁紧连接件可以是螺栓、铆钉等，在集成防磨结构后期维护更换是便于拆卸。上述挖掘机铲斗中，所述底部弯板的后部最高点不超过斗深d与斗底的交点。进一步地，所述侧板的前部直边的长度为0.35-0.45的铲斗挖掘半径。所述侧板上部后端与所述底部弯板的后端齐平，侧板所在区域为铲斗在挖掘过程中主要磨损区域，侧板的前部直边的长度为0.35-0.45的铲斗挖掘半径，能够保护铲斗在挖掘过程中主要磨损区域不被快速磨损，进一步提升铲斗的耐用性。同时对非主要磨损不进行分布耐磨材料，可降低铲斗的重量，实现轻量化高能效设计。上述挖掘机铲斗中，所述底部弯板后端居中设置有矩形或梯形的缺口。进一步地，所述底部弯板上后端的缺口最低点不低于斗底板上两个圆弧的切点。所述缺口的宽度不小于0.4倍的铲斗宽度。铲斗在挖掘过程中与物料接触区域的受力从集成防磨结构前端的平面到第一段圆弧再到第二段圆弧区域依次减小，尤其在第二段圆弧中心部分基本与物料接触力明显减小，因此底部弯板上设置缺口，使得不影响防磨性能的情况下减少材料用量，降低铲斗重量。上述挖掘机铲斗中，所述底部弯板和侧板上设置有沿挖掘方向的凹槽。所述底部弯板的凹槽后端的高度不高于斗底板上两个圆弧的切点。防磨结构一方面需要可靠的防磨，一方面又要与物料更少的接触，以减小摩擦阻力，集成防磨结构的底部弯板和侧板上沿挖掘方向设置凹槽，降低集成防磨结构在挖掘作业时与物料的接触面积，降低挖掘阻力。本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过对铲斗的铲斗挖掘角、张开角、侧刀板刃角、外伸距、倾斜角、单位切削力优化，降低铲斗挖掘开采原生沉积物料的阻力，铲斗切削力大、切削速度快、作业能效高，铲斗的能效相比破碎锤作业提高25％以上，相比同规格的传统铲斗，能效提升60％以上。本发明中集成防磨结构用板材代替了大量焊缝，防磨性能比较均匀，结构稳定，减少了板材规格、降低下料成本。通过锁紧连接件与铲斗主体连接，实现集成防磨结构可整体更换，提高通用性和后期维护便利性。附图说明图1是本发明挖掘机铲斗的结构示意图。图2是本发明挖掘机铲斗的剖面示意图。图3是本发明挖掘机铲斗的俯视图。图4是本发明挖掘机铲斗中集成防磨结构的结构示意图。图5是本发明挖掘机铲斗中不同铲斗铲斗挖掘角下的作业轨迹曲线图。图6是本发明挖掘机铲斗中侧刀板刃角与铲斗受力的关系曲线图。图7是本发明挖掘机铲斗中铲斗前端随倾斜角变化的受力曲线图。图中零部件名称及序号：铲斗主体10、斗底板11、平面111、第一段圆弧112、第二段圆弧113、主刀板12、侧刀板13、侧封板14、侧齿15、斗齿16、轴座17、斗杆铰接点171、连杆铰接点172、集成防磨结构20、底部弯板21、侧板22、缺口23、底部凹槽24、侧面凹槽25。具体实施方式下面结合附图说明具体实施方案。如图1所示，本实施例中的挖掘机铲斗包括铲斗主体10和集成防磨结构20。铲斗主体10主要由由主刀板12、斗底板11、位于斗底板11两侧的封板、轴座17焊接构成，封板包括侧刀板13和在侧刀板13后侧与侧刀板相焊接的侧封板14，主刀板12上安装有斗齿16，侧刀板13上安装有侧齿15。轴座17上设置有两个铰接点，分别用于与斗杆铰接的斗杆铰接座171和用于与连杆铰接的连杆铰接座172，连杆与铲斗油缸和摆杆连接。如图2图3所示，斗底板11是前部平面111和后部双曲率圆弧面的弯板，斗底板11的前端与主刀板12连接。斗底板11后部的第一段圆弧112半径为r2,第二段圆弧113的半径为r1,两段圆弧的相切点为b点。铲斗的宽度为铲斗主体前端的宽度w。铲斗挖掘半径qv是指轴座上与挖掘机斗杆铰接的斗杆铰接点171至主刀板12前边沿的距离，斗深d是指斗底板11上至斗杆铰接点171与主刀板12前边沿连线的最大距离(图2中a点至qv之间的距离)，斗深与斗底的交点为a点。铲斗挖掘角θ1是指轴座上斗杆铰接点171和连杆铰接点172之间连线与斗杆铰接点171与主刀板前沿之间连线之间的夹角。张开角θ2是指铲斗的斗底板的前部平面111与铲斗轴座所在平面之间的夹角。侧刀板刃角θ3是指侧刀板下下部的切削刃与主刀板所在平面之间的夹角。倾斜角θ4是指铲斗两侧封板之间的夹角。外伸距l是主刀板12边缘到其与第二段圆弧113相切点的直线距离在本实施例中，铲斗挖掘角θ1为：90°≤θ1≤94°。铲斗挖掘角太小会减小物料在铲斗内的流动，见图5铲斗挖掘角θ1分别为98°和94°铲斗轨迹线对比。但是，过大会消耗更多无效的做功时间和能量，在相同的卸料姿态下，铲斗挖掘角θ1越大，卸料时油缸的回缩行程更大，会产生更多无效的能耗。表1示出了铲斗挖掘角与能效的关系，由此可知挖掘角度在90-94°时能效最高，且比较稳定，小于90°和大于94°能效都低于90-94°的能效，在98-102°保持稳定。表1.铲斗挖掘角与能效的关系铲斗挖掘角θ186°90°94°98°102°能效(kg/kj)2.4442.5632.5142.2912.277本实施例中，铲斗的张开角θ2为：16°≤θ2≤20°；该张开角度的取值，使得铲斗挖掘时切削后的物料快速填充铲斗，并且在运送至卸料堆时快速脱离铲斗下落。本实施例中，侧刀板刃角θ3为：40°≤θ3≤50°；侧刀板刃角太大，侧刀板参与切削程度越大，切削面积增加，从而使单位切削力下降；其他参数不变的情况下，不同的侧刀板刃角θ3的铲斗受力如图6所示，随着θ3增大，铲斗受力增大，意味着能耗增加。侧刀板刃角太小，则会影响物料填充效率。以50t挖掘机铲斗为例，侧刀板刃角大小对斗容和填充效率影响如下表。表2.侧刀板刃角与斗容和填充效率的关系侧刀板刃角θ340°45°55°60°填充效率(kg/s)300334368430本实施例中的铲斗是针对原生物料的剥离铲斗，因此侧重考虑保障能剥离的情况下再考虑斗容和填充速度。侧刀板刃角与能效的关系如下表2，由此可知侧刀板刃角在40-50°时能效最高，并且比较稳定，小于40°和大于50°能效都低于40-50°的能效。表3.侧刀板刃角与能效的关系侧刀板刃角35°40°45°50°55°60°能效(kg/kj)2.9873.3553.2983.3013.1883.173本实施例中，倾斜角θ4为：0°＜θ4≤3°；倾斜角的设计使铲斗由斗底到主刀板前端呈梯形设计，减小挖掘过程中铲斗后端参与挖掘，从而减小挖掘阻力，但过大，使得铲斗斗宽过大，切削阻力增加。图7是铲斗前端随倾斜角变化的受力曲线图，由曲线可知，当倾斜角超过3°后，铲斗前端的受力快速增加。因此，本实施例中将铲斗倾斜角设置为0°＜θ4≤3°，在减少挖掘阻力和和降低铲斗前端的受力两者之间达到最优。本实施例中，宽深比w/d为：1≤w/d≤1.25，其中w为斗宽，d为斗深；单位切削力1/(qv*w)：1/(qv*w)≥180n/mm2，其中qv为挖掘半径。保障铲斗主刀板处的切削力足够大，能够使物料剪切变形和切削。外伸距l为：l≥0.6d；使得铲斗插入物料的深度，从而提高切削效率。本实施例中，按照上述斗形参数范围要求设计的铲斗在原生物料的剥离工况下表现良好。经实地测试，相比破碎锤作业，效率提高20％，油耗下降8.5％，合计综合能效提高29％，相比同规格的传统铲斗，效率提高15％，油耗下降6.5％，合计综合能效提高22％。如图4所示，集成防磨结构20由底部弯板21和焊接在底部弯板21两侧的侧板22构成，如图1所示，底部弯板21贴合在斗底板11的下侧、侧板22贴合在侧封板14的外侧，底部弯板21的前部直边27紧靠主刀板12的后侧边。底部弯板的前部直边27紧靠主刀板12的后侧边，可以是底部弯板的前部直边27与主刀板12的后侧边直接接触连接，也可以是具有细小的间隙，或者主刀板12的后侧焊接有过渡板，过渡板的前侧面与主刀板12的后侧边连接，底部弯板的前部直边27与过渡板的后侧边邻接，底部弯板21的前部直边27通过过渡板间接与主刀板12的后侧边邻接。侧板22的前部直边28紧靠侧刀板13的后侧边，侧板22的前部和上部距离边缘一定距离处设有螺栓孔，底部弯板21的前部离边缘一定距离处设有螺栓孔29，在集成防磨结构20的侧板22和底部弯板21上的螺栓孔29中设置螺栓，使集成防磨结构20与铲斗主体10固定连接。在具体实施时，也可以在螺栓孔中设置铆钉，使集成防磨结构与铲斗主体固定连接。在本实施例中，底部弯板的后端26最高点不超过斗深与斗底的交点a。侧板22前部直边28的长度为0.35-0.45的铲斗挖掘半径qv。侧板上部后端与底部弯板的后端齐平。22侧板所在区域为铲斗在挖掘过程中主要磨损区域，侧板的前部直边的长度为0.35-0.45的铲斗挖掘半径，能够保护铲斗在挖掘过程中主要磨损区域不被快速磨损，进一步提升铲斗的耐用性。同时对非主要磨损不进行分布耐磨材料，可降低铲斗的重量，实现轻量化高能效设计。底部弯板21后端设置有矩形缺口23，该矩形缺口23最低点不低于斗底板上两个圆弧的切点b。缺口23的宽度不小于0.4倍的铲斗宽度w。底部弯板上的缺口在不影响防磨性能的情况下减少材料用量，降低铲斗重量。底部弯板上的缺口的形状也可以是梯形，其上部的宽度大于底部的宽度。底部弯板设置有沿挖掘方向的底部凹槽24，底部弯板上的底部凹槽24后端的高度不高于斗底板上第一段圆弧112与第二段圆弧113的切点b。侧板上设置有沿挖掘方向的凹槽25。在集成防磨结构20的底部弯板和侧板上沿挖掘方向设置凹槽，可降低集成防磨结构在挖掘作业时与物料的接触面积，降低挖掘阻力。本发明中集成防磨结构采用板材，构成上至具有少量焊缝，防磨性能比较均匀，结构稳定，减少了板材规格、降低下料成本。通过锁紧连接件与铲斗主体连接，实现集成防磨结构可整体更换，提高通用性和后期维护便利性。当前第1页12