Conjunto de desgaste (10) para un borde de excavación de una excavadora,

que comprende:

un adaptador (14) que presenta un extremo de montaje trasero (21) que se ha de asegurar al borde de excavación y un apéndice (18) que se extiende hacia delante, incluyendo el apéndice (18) una superficie de soporte frontal (32), unas paredes convergentes (24, 26) que convergen hacia la superficie de soporte frontal (32), unas paredes laterales (28, 30) que se extienden entre las paredes convergentes, y una superficie lateral (37) formada en un rebaje (40) a lo largo de una de las paredes laterales, inclinándose axialmente la superficie lateral (37) con respecto al eje longitudinal (X) del apéndice;

un elemento de desgaste (12) que incluye un extremo libre (51) que sobresale hacia delante y una cavidad (53) que se abre hacia atrás para recibir el apéndice (18), estando definida la cavidad (53) por un superficie frontal (63), unas superficies convergentes (55, 57) que convergen hacia la superficie frontal (63), unas superficies laterales (59, 61) que se extienden entre las superficies convergentes, y una superficie lateral (69) formada en un saliente hacia dentro (67) a lo largo de una de las superficies laterales, inclinándose axialmente la superficie lateral (69) con respecto al eje longitudinal (X) de tal modo que la superficie lateral (69) se extienda hacia atrás y hacia fuera de la superficie convergente que está orientada generalmente en la misma dirección, estando abierto el rebaje (40) para recibir el saliente (67) durante el ensamblaje de tal modo que la superficie lateral (69) de la cavidad entre en contacto con la superficie lateral (37) en el apéndice (18) para producir en uso una fuerza de resistencia (B2) que presenta un componente que tiende a tirar del elemento de desgaste (12) hacia atrás sobre el apéndice (18) para una carga vertical (P2) que se aplique centralmente al extremo libre (51) del elemento de desgaste (12) en una dirección generalmente opuesta a la dirección en la que está orientada la superficie lateral (69) de la cavidad,

caracterizado porque el saliente (67) está definido por la superficie lateral (69) y una superficie interior (71) que diverge hacia fuera desde la superficie lateral (69) para encajar dentro del rebaje (40) definido por la superficie lateral (37) y un flanco divergente (34) en el apéndice (18)

Elemento y conjunto de desgaste.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto de desgaste y, especialmente, a un conjunto de desgaste para su utilización con un equipo de minería, excavación y movimiento de tierras. El diseño inventivo es particularmente muy adecuado para un diente de excavación, pero puede usarse también para soportar otros elementos de desgaste.

Antecedentes de la invención

En la minería y la construcción, se disponen típicamente elementos de desgaste a lo largo del borde de excavación del equipo para proteger el cucharón o similar y/o para coger y descomponer la tierra que se va a acumular. En consecuencia, las piezas de desgaste están sometidas a condiciones altamente abrasivas y experimentan un considerable desgaste. Las piezas de desgaste deben sustituirse entonces sobre una base periódica.

Con el fin de minimizar la pérdida de material debido a la sustitución de piezas desgastadas, los conjuntos de desgaste se fabrican típicamente como dos o más componentes separables, incluyendo un adaptador y un elemento de desgaste. El adaptador se sujeta al borde de excavación por soldadura, sujeción mecánica o fundición a lo largo de un borde del dispositivo de excavación para presentar un apéndice que sobresale hacia delante para soportar el elemento de desgaste. El elemento de desgaste presenta una cavidad que es recibida sobre el apéndice y un extremo de trabajo delantero. En una punta, el extremo de trabajo es típicamente un borde de excavación estrechado. El elemento de desgaste envuelve sustancialmente el apéndice del adaptador y tiende así a proteger al apéndice frente al desgaste. Por ejemplo, dependiendo de una variedad de factores, generalmente pueden montarse de forma sucesiva de cinco a veinte puntas en un único adaptador antes de que el adaptador llegue a desgastarse y a necesitar sustitución. Para acomodar la sustitución del elemento de desgaste en el campo, el elemento de desgaste es asegurado usualmente al apéndice del adaptador por un bloqueo liberable (por ejemplo, un pasador de bloqueo).

Los conjuntos de desgaste utilizados en minería, excavación y construcción y, particularmente, los sistemas de diente de excavación están sometidos a grandes y variadas fuerzas aplicadas en todas las direcciones. Como resultado, las puntas y otros elementos de desgaste deben asegurarse firmemente al adaptador para resistir las cargas axiales, verticales, inversas y laterales, así como los impactos, vibraciones y otras clases de fuerzas. Las cargas verticales han sido particularmente problemáticas, ya que se generan grandes fuerzas de par que tienden a "hacer girar" el elemento de desgaste hacia delante en el adaptador y a veces dan como resultado la expulsión del elemento. Aunque las paredes del apéndice del adaptador proporcionan soporte para el elemento de desgaste, el bloqueo en la mayoría de los casos juega también un gran papel en la retención de la punta y la resistencia de las cargas, particularmente fuerzas de par e inversas.

En un sistema de diente convencional 1 (figura 22), el apéndice 2 del adaptador y la cavidad complementaria 3 en la punta 4 están configurados en forma de cuña e incluyen superficies superior e inferior convergentes 2a, 2b, 3a, 3b. Una carga central hacia abajo P aplicada en el extremo libre 4a de la punta 4 aplicará una fuerza de par que tiende a hacer girar la punta 4 en el apéndice 2. La carga P se transmite generalmente al (y es resistida) por el lado superior de la extremidad 2c del apéndice que hace contacto con el extremo delantero 3c de la cavidad 3 (fuerza de reacción A) y por el lado inferior de una parte de base 2d del apéndice que hace contacto con la base o el extremo trasero 4d de la punta 4 (fuerza de reacción B). Estas fuerzas de reacción forman un movimiento contrarrestante para resistir el par formado por la fuerza P. Como puede apreciarse, grandes fuerzas verticales pueden crear fuerzas de expulsión sustanciales. Además, los impactos, la vibración, el desgaste y la presencia de finos, etc., agravan la dificultad de resistir elevadas fuerzas de expulsión.

En el presente ejemplo de una carga central hacia abajo P, la componente vertical de la fuerza de reacción A, en general, equivale a la carga hacia abajo P más la componente vertical de la fuerza de reacción B. Sin embargo, debido a las paredes convergentes del apéndice, la componente horizontal de cada una de las fuerzas de reacción A y B es en una dirección hacia delante que tiende a empujar la punta fuera del apéndice. En la medida en que estas fuerzas no son resistidas directamente por la geometría y la fricción del apéndice y la cavidad, son resistidas como fuerzas de cizalladura por el pasador de bloqueo. La aplicación repetida de altas cargas de cizalladura puede imponer tensiones inaceptablemente altas sobre el pasador de bloqueo y dar como resultado su rotura.

Además, en dichos dientes convencionales, el pasador de bloqueo es típicamente martilleado para llevarlo a su sitio y es sujeto de forma apretada por fuerzas de fricción aplicadas principalmente por la ubicación de los orificios en la punta con relación al orificio del apéndice de adaptador. Sin embargo, el desgaste de la punta y el adaptador tenderá a liberar la conexión e incrementarán el riesgo de perder el pasador de bloqueo. En consecuencia, el pasador de bloqueo es a menudo dispuesto inicialmente de forma muy apretada en la abertura definida para aplazar el momento en que se desarrolle una holgura excesiva. El pasador de bloqueo debe luego meterse y sacarse de la abertura por golpes repetidos de martillo grande. Esto puede ser una tarea problemática y que consuma tiempo, especialmente en los dientes dimensionados con mayor tamaño.

Un elastómero de absorción se ha colocado frecuentemente enfrente del pasador de bloqueo en un esfuerzo por mantener un encaje apretado entre la punta y el adaptador cuando el desgaste comienza a desarrollarse. Aunque el elastómero funciona para tirar de la punta hacia el adaptador, reduce también la posibilidad del bloqueo para resistir el par y las fuerzas inversas aplicados. Estas cargas tienden a imponer más tensión en el elastómero de la que éste puede resistir. Como resultado, durante la utilización, el excesivo trabajo del elastómero puede dar como resultado su fallo prematuro y la pérdida del pasador de bloqueo, lo que entonces da como resultado la pérdida de la punta.

La pérdida de una punta debido al fallo del pasador, holgura o problemas del elastómero no sólo da como resultado la pérdida prematura de la punta y el desgaste del apéndice del adaptador, sino que también posibles daños en la maquinaria que puede estar procesando el material excavado, particularmente en una operación de minería. Además, puesto que el adaptador está soldado frecuentemente en su sitio, la sustitución de un adaptador da como resultado un tiempo de inactividad para el equipo de excavación.

Se ha desarrollado una variedad de diferentes diseños de punta y apéndice para incrementar la estabilidad del acoplamiento de punta-adaptador, reducir las fuerzas que tienden a expulsar la punta y aminorar la carga sobre el bloqueo.

En un diseño de diente 1' (figura 23), el extremo delantero del apéndice 2' y la cavidad 3' están provistos cada uno de ellos de una configuración cuadrada que tiene planos estabilizadores superior e inferior 5', 6'. A causa del plano estabilizador 5', una carga central hacia abajo P' sobre el extremo libre 4c' de la punta 4' se transmitirá a la extremidad 2a' del apéndice para generar una fuerza de reacción vertical A' que no tiene generalmente una componente horizontal sustancial que tienda a expulsar la punta del apéndice. No obstante, la fuerza de reacción B' generará todavía una componente horizontal sustancial hacia delante en la parte trasera de la punta que tiende a empujar la punta desde el apéndice. Aunque este diseño mejora la estabilidad de la punta sobre el sistema de diente convencional, aplica todavía una fuerza de expulsión sustancial y puede imponer altas fuerzas de cizalladura sobre el bloqueo.

En otro diseño, tal como el descrito en la patente US nº 5.709.043 de Jones et al., el apéndice y la cavidad están provistos cada uno de una sección cuadrada delantera y de unas superficies de soporte traseras que son sustancialmente paralelas al eje longitudinal del diente. En esta construcción, el efecto combinado de los planos estabilizadores delanteros y las superficies de soporte paralelas crean fuerzas de reacción en la extremidad y en la base del apéndice que son generalmente sólo verticales. Dichas fuerzas de reacción...

1. Conjunto de desgaste (10) para un borde de excavación de una excavadora, que comprende:

un adaptador (14) que presenta un extremo de montaje trasero (21) que se ha de asegurar al borde de excavación y un apéndice (18) que se extiende hacia delante, incluyendo el apéndice (18) una superficie de soporte frontal (32), unas paredes convergentes (24, 26) que convergen hacia la superficie de soporte frontal (32), unas paredes laterales (28, 30) que se extienden entre las paredes convergentes, y una superficie lateral (37) formada en un rebaje (40) a lo largo de una de las paredes laterales, inclinándose axialmente la superficie lateral (37) con respecto al eje longitudinal (X) del apéndice;

un elemento de desgaste (12) que incluye un extremo libre (51) que sobresale hacia delante y una cavidad (53) que se abre hacia atrás para recibir el apéndice (18), estando definida la cavidad (53) por un superficie frontal (63), unas superficies convergentes (55, 57) que convergen hacia la superficie frontal (63), unas superficies laterales (59, 61) que se extienden entre las superficies convergentes, y una superficie lateral (69) formada en un saliente hacia dentro (67) a lo largo de una de las superficies laterales, inclinándose axialmente la superficie lateral (69) con respecto al eje longitudinal (X) de tal modo que la superficie lateral (69) se extienda hacia atrás y hacia fuera de la superficie convergente que está orientada generalmente en la misma dirección, estando abierto el rebaje (40) para recibir el saliente (67) durante el ensamblaje de tal modo que la superficie lateral (69) de la cavidad entre en contacto con la superficie lateral (37) en el apéndice (18) para producir en uso una fuerza de resistencia (B2) que presenta un componente que tiende a tirar del elemento de desgaste (12) hacia atrás sobre el apéndice (18) para una carga vertical (P2) que se aplique centralmente al extremo libre (51) del elemento de desgaste (12) en una dirección generalmente opuesta a la dirección en la que está orientada la superficie lateral (69) de la cavidad,

caracterizado porque el saliente (67) está definido por la superficie lateral (69) y una superficie interior (71) que diverge hacia fuera desde la superficie lateral (69) para encajar dentro del rebaje (40) definido por la superficie lateral (37) y un flanco divergente (34) en el apéndice (18).

2. Conjunto de desgaste (10) según la reivindicación 1, en el que la cavidad (53) incluye unos planos de estabilización (78, 79) hacia delante de las superficies convergentes (55, 57) para acoplarse con los correspondientes planos (44, 46) del apéndice (18), extendiéndose los planos de estabilización (78, 79) sustancialmente paralelos al eje longitudinal (X) con el fin de producir una fuerza de resistencia (A2) que sea sustancialmente opuesta a la carga vertical (P2).

3. Conjunto de desgaste (10) según la reivindicación 2, en el que la superficie frontal (63) de la cavidad (53) proporciona una superficie de soporte ancha que se extiende entre los planos de estabilización (78, 79).

4. Conjunto de desgaste (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además que una de dichas superficies laterales (69) se extienda a lo largo de cada una de dichas superficies laterales (59, 61) de la cavidad (53) para entrar en contacto con una superficie lateral correspondiente (37) del apéndice (18).

5. Conjunto de desgaste (10) según la reivindicación 4, en el que una primera de dichas superficies laterales (69) de la cavidad (53) está orientada generalmente hacia una primera de las superficies convergentes (55) y una segunda de dichas superficies laterales (69) está orientada hacia una segunda de las superficies convergentes (57).

6. Conjunto de desgaste (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que cada una de dichas superficies laterales (69) de la cavidad es una cara lineal.

7. Conjunto de desgaste (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que cada una de dichas superficies laterales (69) del receptáculo es una cara no lineal.

8. Conjunto de desgaste (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye un bloqueo liberable (16) que se acopla al apéndice (18) y al elemento de desgaste (12) para asegurar de forma amovible el elemento de desgaste (12) al apéndice (18).