分案申請說明

本申請是申請?zhí)柺?01110361876.5、申請日是2011年11月15日、發(fā)明名稱是“用于重型機械的滾子轉(zhuǎn)盤組件”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2010年11月16日提交的美國臨時專利申請no.61/414,344的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該申請的整個內(nèi)容通過引用合并于此。

本發(fā)明涉及用于如在采礦操作和建筑中經(jīng)常使用的重型機械、比如拉鏟挖掘機、動力挖掘機等的滾子轉(zhuǎn)盤組件的滾子和軌道構(gòu)造。

背景技術(shù)：

在重型運土設(shè)備、比如用于采礦的拉鏟挖掘機或動力挖掘機中，上部結(jié)構(gòu)通過滾子轉(zhuǎn)盤組件以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐在下部結(jié)構(gòu)上。懸臂通常從上部結(jié)構(gòu)延伸且在懸臂的上端設(shè)置有滑輪。起升鋼絲繩取決于應(yīng)用一般從滑輪向下延伸到鏟斗或戽斗。在拉鏟挖掘機應(yīng)用中，鏟斗也通過牽索連接到上部結(jié)構(gòu)。起升鋼絲繩和牽索都能夠控制鏟斗的運動。拉鏟挖掘機的下部結(jié)構(gòu)通常安裝在用于在地面上運動的履帶行走部分或步移式礦車機構(gòu)上。滾子轉(zhuǎn)盤組件可包括聯(lián)接到上部結(jié)構(gòu)的上環(huán)形軌道、聯(lián)接到下部結(jié)構(gòu)的下環(huán)形軌道以及定位在環(huán)形軌道之間的滾子。軌道能夠是分段的。滾子通常為錐形的，使它們的較大直徑位于徑向向外部分處。

施加到滾子轉(zhuǎn)盤組件的錐形滾子的垂直載荷引起推力載荷，該推力載荷趨向于徑向向外地對滾子施力。這些載荷根據(jù)被執(zhí)行的操作改變，且能夠在挖掘操作期間急劇地增加。為了抵消這些徑向力，一些滾子轉(zhuǎn)盤組件設(shè)有在其內(nèi)端具有凸緣的滾子，通常稱為凸緣滾子。凸緣可以抵靠下和/或上環(huán)形軌道的內(nèi)邊緣，從而抵抗?jié)L子徑向向外移動的趨勢。在某些已知的軸承組件中，凸緣和環(huán)形軌道之間的接觸能夠?qū)е庐a(chǎn)生非常高的應(yīng)力的高度集中的點接觸或線接觸。此外，當(dāng)與施加到鏟斗或戽斗的載荷相關(guān)的傾覆力矩與上部結(jié)構(gòu)相對于下部結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)組合時，滾子轉(zhuǎn)盤組件內(nèi)的滾子可能變得移位。在某些加載情形中，凸緣的邊緣可能接觸下軌道的上表面或上軌道的下表面。這樣的移位和不期望的滾子和軌道之間的接觸能夠進(jìn)一步加重點加載或線加載且導(dǎo)致在相關(guān)聯(lián)的部件上產(chǎn)生顯著地大的應(yīng)力。結(jié)果，滾子轉(zhuǎn)盤部件的接觸表面，尤其是軌道上的接觸表面，可能因剝落或清鏟而劣化，這最終能夠?qū)е聺L子轉(zhuǎn)盤組件的失效。

在重型運土設(shè)備中的滾子轉(zhuǎn)盤組件的直徑測得從3米至大于20米。高達(dá)幾百公噸的非常大的載荷可通過軸承組件傳遞到下部結(jié)構(gòu)，且懸臂上的載荷產(chǎn)生的傾覆力矩能夠在小段的軸承組件上產(chǎn)生高度集中的應(yīng)力。而且，沿滾子轉(zhuǎn)盤的給定的弧長的加載在比如挖掘、卸料、運輸?shù)鹊牟僮髌陂g能夠是不均勻的。在動態(tài)的非均勻加載情況下，滾子轉(zhuǎn)盤組件的滾子可相對于軌道扭轉(zhuǎn)或變形，進(jìn)一步使載荷集中在小的接觸區(qū)域且引起成本高昂的失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在某些實施方式中，重型運土機械包括：下部結(jié)構(gòu)；上部結(jié)構(gòu)，所述上部結(jié)構(gòu)由下部結(jié)構(gòu)支撐并能相對于下部結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)；大體環(huán)形的下軌道，所述下軌道安裝在下部結(jié)構(gòu)上；大體環(huán)形的上軌道，所述上軌道安裝在上部結(jié)構(gòu)上；以及多個錐形的滾子，其接合并定位在上軌道和下軌道之間。多個錐形滾動中的每個都包括具有加大端、減小端以及在加大端和減小端之間延伸的滾子表面的大體截頭錐形主體部分。主體部分限定滾子軸線。多個錐形滾子中的每個還包括從主體部分的減小端徑向延伸且包括面向加大端的凸形的凸緣接觸表面的凸緣部分。

在其他實施方式中，用于重型機械的滾子轉(zhuǎn)盤組件的錐形滾子包括具有加大端、減小端以及在加大端和減小端之間延伸的滾子表面的大體截頭錐形主體部分。主體部分限定滾子軸線。錐形滾子還包括從主體部分的減小端徑向延伸且包括面向加大端的凸形的凸緣接觸表面的凸緣部分。

在再一個實施方式中，用于重型機械的滾子轉(zhuǎn)盤組件將重型機械的上部結(jié)構(gòu)以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐在重型機械的下部結(jié)構(gòu)上方。滾子轉(zhuǎn)盤組件包括錐形滾子，錐形滾子包括具有加大端、減小端以及在加大端和減小端之間延伸的滾子表面的大體截頭錐形主體部分。主體部分限定滾子軸線。錐形滾子還包括從主體部分的減小端徑向延伸且包括面向加大端的凸形的凸緣接觸表面的凸緣部分。滾子轉(zhuǎn)盤組件還包括下軌道。下軌道包括上表面以及內(nèi)軌道表面，滾子表面沿所述上表面滾動。下軌道包括在內(nèi)軌道表面和上表面之間的過渡段。過渡段包括由凸緣接觸表面接觸的成角度部分。

附圖說明

圖1是包括滾子轉(zhuǎn)盤組件的拉鏟挖掘機的正視圖。

圖2是圖1的拉鏟挖掘機的滾子轉(zhuǎn)盤組件的俯視圖。

圖3是圖2的滾子轉(zhuǎn)盤組件的一部分的放大的剖視圖。

圖4是沿圖3的線a-a截取的局部剖視圖。

圖5是沿圖3的線b-b截取的局部剖視圖，且顯示了圖2的滾子轉(zhuǎn)盤組件的滾子的剖面。

圖6a是類似于圖5的剖視圖，示出了與滾子轉(zhuǎn)盤組件的上軌道部分和下軌道部分對齊的滾子。

圖6b是圖6a的圈住部分的放大的剖視圖，顯示了當(dāng)滾子與下軌道部分對齊時滾子和下軌道部分之間的接合。

圖7是圖5的滾子的凸緣和滾動表面區(qū)域的放大的剖視圖。

圖8是圖2的滾子轉(zhuǎn)盤組件的下軌道部分的俯視圖。

圖9是沿圖8的線b-b截取的剖視圖。

圖10是顯示了圖9的圈住部分的放大的剖視圖。

圖11是圖8的下軌道部分的透視圖。

圖12是類似于圖7的放大剖視圖，但也顯示了圖8的下軌道部分。

圖13a是類似于圖6a的剖視圖，但示出了處于相對于滾子轉(zhuǎn)盤組件的上軌道部分和下軌道部分的移位位置中的滾子。

圖13b是圖13a的圈住部分的放大的剖視圖，顯示了當(dāng)滾子與下軌道部分對齊時滾子和下軌道部分之間的接合。

上面指定的附圖不必按比例繪制。應(yīng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不局限于在下面的說明中提出的或在上述附圖中圖示的部件的結(jié)構(gòu)和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實施方式且能夠以各種方式實踐或?qū)嵤?。而且，?yīng)理解，此處使用的短語和術(shù)語是用于說明的目的且不應(yīng)認(rèn)為是限制性的。

具體實施方式

圖1圖示了拉鏟挖掘機2，該拉鏟挖掘機包括下部結(jié)構(gòu)、框架、礦車或基部4(其可以為履帶式驅(qū)動機構(gòu)或步移式礦車)和以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐在基部4上方的上部結(jié)構(gòu)、框架或操作室6。懸臂7從操作室6伸出且支撐鏟斗8。結(jié)合懸臂7，使用一系列滑輪、導(dǎo)向裝置和線來沿地面操縱鏟斗8，用于挖掘和采礦操作。在基部4和操作室6之間聯(lián)接了滾子轉(zhuǎn)盤組件10，且該滾子轉(zhuǎn)盤組件10以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐操作室6用于圍繞中心軸線12旋轉(zhuǎn)。操作室6相對于基部4的旋轉(zhuǎn)也用來在挖掘和采礦操作期間操縱懸臂7和鏟斗8。盡管前述說明具體地指拉鏟挖掘機，但是應(yīng)理解，此處進(jìn)一步論述的滾子轉(zhuǎn)盤組件10可用于其他應(yīng)用比如動力挖掘機、起重機等，其中上部結(jié)構(gòu)或操作室6相對于下部結(jié)構(gòu)或基部4旋轉(zhuǎn)。

也參考圖2至圖5和圖6a，滾子轉(zhuǎn)盤組件10包括通過內(nèi)滾子帶15、外滾子帶16以及襯套和銷組件18的組件聯(lián)接在一起的多個錐形滾子14，襯套和銷組件18將滾子14以可旋轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到內(nèi)滾子帶15和外滾子帶16。如圖6a中進(jìn)一步顯示的，滾子14設(shè)置在下軌道部分20和上軌道部分22之間。下軌道部分20聯(lián)接到基部4，而上軌道部分22聯(lián)接到操作室6。當(dāng)操作室6相對于基部4旋轉(zhuǎn)時，上軌道隨操作室6圍繞中心軸線12旋轉(zhuǎn)，從而使?jié)L子14沿下軌道部分20的上表面24和上軌道部分22的下表面26滾動。上軌道部分22的一些構(gòu)造包括允許潤滑劑被提供到上軌道部分22的下表面26的潤滑劑通道28(參見圖6a)。

參考圖5和圖6a，每個滾子14限定用于接納將滾子14聯(lián)接到內(nèi)滾子帶15和外滾子帶16的襯套和銷組件18的中心孔30。中心孔30又限定滾子軸線32，當(dāng)上軌道部分22相對于下軌道部分20圍繞中心軸線12(參見圖1)旋轉(zhuǎn)時滾子14圍繞滾子軸線32旋轉(zhuǎn)。每個滾子14包括從滾子14的內(nèi)端(相對于中心軸線12)徑向向外(相對于滾子軸線32)延伸的凸緣34。滾子14還成錐形且限定大體截頭錐形滾動表面36，該截頭錐形滾動表面具有鄰近凸緣34的減小直徑部分38和在滾子14的外端(相對于中心軸線12)處的加大直徑部分40。

下軌道部分20的上表面24和上軌道部分22的下表面26每個均以大體與截頭錐形滾動表面36的角度對應(yīng)的角度設(shè)定。結(jié)果，從上部結(jié)構(gòu)6施加到上軌道部分22的軸向定向的載荷趨向于徑向向外對滾子14施力(例如，圖5和圖6a的右側(cè))。如圖6b所示，如果滾子14由于加載而顯著地向外運動，則凸緣34將接觸下軌道部分20。具體地，凸緣將接觸內(nèi)軌道表面42的成角度部分62，從而進(jìn)一步限制滾子14的徑向向外運動。在動態(tài)的非均勻加載下，滾子14可能扭轉(zhuǎn)或變形，這能夠減小滾子14和下和/或上軌道部分20、22之間的接觸面積，從而不期望地增大部件之間的接觸應(yīng)力。如下所述，凸緣34、滾動表面36和內(nèi)軌道表面42被構(gòu)造成減小當(dāng)凸緣34接觸內(nèi)軌道表面42時由滾子14和下軌道部分20受到的應(yīng)力。

圖7是滾子14的凸緣34和滾動表面36的區(qū)域的詳細(xì)圖。對于下面對滾子14的幾何形狀的描述，術(shù)語“徑向地”、“周向地”和“軸向地”是相對于圖6a圖示的滾子軸線32而言的。滾子14包括面向中心軸線12(參見圖1)的大體平的軸向面向的內(nèi)端表面44。凸緣34限定以基本上直角與環(huán)形端表面44相交的大體圓柱形外表面46。在某些實施方式中，圓柱形外表面46通過在圓柱形外表面46和環(huán)形端表面44之間提供半徑49(圖7虛線所示)而融合到環(huán)形端表面44中。圓柱形外表面46限定成角度的、弧面的且凸形的凸緣接觸表面50的徑向外邊緣。在某些實施方式中，圓柱形外表面46通過在圓柱形外表面46和凸緣接觸表面50之間提供半徑48(圖7虛線所示)而融合到凸形的凸緣接觸表面50中。凸緣接觸表面50經(jīng)由內(nèi)半徑52過渡到滾動表面36，滾動表面36包括內(nèi)邊緣離隙部分54、中心部分56和外邊緣離隙部分58。

當(dāng)在圖7中的剖面中觀察時，凸緣接觸表面50限定從內(nèi)半徑52延伸到圓柱形外表面46的弧或曲線?？蓮幕〉膬?nèi)端至弧的外端繪出弦線60，當(dāng)半徑48存在時，該弧的外端由弧與圓柱形外表面46的延伸部相交的點限定。弦線60限定相對于基準(zhǔn)平面p的角度a1，該基準(zhǔn)平面p垂直于滾子軸線32(為了繪圖清楚起見，基準(zhǔn)平面p被示出為與內(nèi)端表面44共面；然而，應(yīng)理解，在所有實施方式中，內(nèi)端表面44可以不垂直于滾子軸線32)。在某些實施方式中，角度a1在約1度和約5度之間。在其他實施方式中，角度a1在約1.5度和約4.25度之間。在別的其他實施方式中，角度a1在約2度和約3.5度之間。通常，具有更大直徑的滾子轉(zhuǎn)盤組件與相對較小值的角度a1相關(guān)聯(lián)，而具有較小直徑的滾子轉(zhuǎn)盤組件與相對較大值的角度a1相關(guān)聯(lián)。凸緣接觸表面50的隆起也提供隆起高度h，該隆起高度h定義為凸緣接觸表面50和弦線60之間的最大距離。在某些實施方式中，隆起高度h在約0.010英寸和約0.040英寸之間。在其他實施方式中，隆起高度h在約0.020英寸和約0.030英寸之間。根據(jù)所選的具體幾何形狀，最大隆起高度h可出現(xiàn)在沿凸緣接觸表面的不同位置處。

滾動表面36盡管為大體截頭錐形，但是也是略微凸形的且包括內(nèi)邊緣離隙部分54和外邊緣離隙部分58。在圖7中從左軸向地移動到右，中心部分56的直徑以基本恒定的比率增加。如所示，內(nèi)邊緣離隙部分54和外邊緣離隙部分58每個均徑向向內(nèi)且遠(yuǎn)離從中心部分56延伸的切線l1偏離。每個邊緣離隙部分54、58都均包括在軸向方向的長度d，且離隙值r定義為邊緣離隙部分54、58和切線l1之間的最大距離。在某些實施方式中，長度d在離隙值r的約150倍和約400倍之間。在其他實施方式中，長度d在離隙值r的約200倍和約300倍之間。在別的其他實施方式中，長度d約為離隙值r的250倍。應(yīng)理解，對于內(nèi)邊緣離隙部分54和外邊緣離隙部分58，d和r的值以及d和r的相對值不必相同。優(yōu)選地，滾動表面36的中心部分56與內(nèi)邊緣離隙部分54和外邊緣離隙部分58之間的過渡點q是平滑的以除去可能使施加到滾子14或施加到下軌道部分20或上軌道部分22(參見圖6a)的應(yīng)力增大的任何尖銳的邊緣。

參考圖8至圖11，下軌道部分20包括與凸緣接觸表面50(參見圖6b)配合以減小滾子14和下軌道部分20中的應(yīng)力的特征。盡管此處僅論述了下軌道部分20，但是應(yīng)理解，下軌道部分20的與凸緣接觸表面50配合的特征也可設(shè)置在上軌道部分22上。如圖8所示，每個下軌道部分20基本上為拱形的，具有與滾子轉(zhuǎn)盤組件10的直徑對應(yīng)的曲率。如圖6b和圖9至圖11所示，下軌道部分20的內(nèi)軌道表面42與上表面24之間的過渡段包括大體平的(當(dāng)在剖面中觀察時)成角度部分62和軌道半徑64。如圖10所示，成角度部分62限定相對于內(nèi)軌道表面42的其余部分的角度a2和第一過渡點t1。成角度部分62還限定在成角度部分62和軌道半徑64之間的第二過渡點t2。在某些實施方式中，角度a2在約2度和約5度之間，在其他實施方式中，角度a2在約3.5度和約4.25度之間。在其他實施方式中，角度a2約為4度。角度a2不必與角度a1相同。在某些實施方式中，軌道半徑64約為0.25英寸。在其他實施方式中，軌道半徑64高達(dá)0.50英寸。

圖6b和圖12圖示了滾子14的與下軌道部分20的內(nèi)軌道表面42的成角度部分62接觸的凸緣34。如所示，凸緣接觸表面50在第一過渡點t1和第二過渡點t2之間的位置接觸成角度部分62。當(dāng)滾子14與下軌道部分20正確地對準(zhǔn)時，凸緣接觸表面50在成角度部分62的從過渡點t1向上約1/3路徑處接觸成角度部分。凸形的凸緣接觸表面50和成角度部分62的結(jié)合產(chǎn)生以較均勻的方式分布應(yīng)力的較大的橢圓形接觸區(qū)域。而且，當(dāng)部件因連續(xù)使用而磨損時，成角度部分62往往會形成非常輕微的凹面，該凹面能夠進(jìn)一步增大接觸面積，該增大的接觸面積進(jìn)一步減小部件上的應(yīng)力。

參考圖13a和圖13b，拉鏟挖掘機2經(jīng)歷的某些加載情形能夠?qū)е聺L子14與下軌道部分20和上軌道部分22之間的移位。當(dāng)經(jīng)歷這種移位時，凸緣接觸表面50和成角度部分62之間的接觸區(qū)域向上朝第二過渡點t2移動，使得接觸近似地分布在成角度部分62的上半部。隆起的且成角度的凸緣接觸表面50、成角度部分62、內(nèi)邊緣離隙部分54以及內(nèi)半徑52和軌道半徑64的相對半徑的結(jié)合通常確保凸緣34和下軌道部分20之間的所有接觸以凸緣接觸表面50在第一過渡點t1和第二過渡點t2之間接觸成角度部分62而發(fā)生，從而減小凸緣34和下軌道部分20中的應(yīng)力。

盡管上述幾何形狀的不同組合可取決于滾子轉(zhuǎn)盤組件的直徑、滾子的直徑和長度、滾子的錐度以及特定的載荷情況等被融合到給定的滾子轉(zhuǎn)盤組件，但是滾子轉(zhuǎn)盤組件10的一個具體實施方式融合有：包括具有約2度的角度a1、約0.030英寸的隆起高度h和約為離隙值r的250倍的邊緣離隙長度d的滾子凸緣34；以及具有約4度的角度a2和約0.25英寸的半徑64的下軌道部分20。