Патентное исследование с целью модернизации гидравлического экскаватора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова"

Кафедра: "Подъемно-транспортных и дорожных машин"

Специальность: "Наземные транспортно-технологические комплексы"

Расчетно-графическое задание

Патентное исследование с целью модернизации

Выполнил:

cт. гр. НК-31 Красовский К.Э.

Проверил:

Прокопенко В.С.

Белгород 2015



Содержание

• Введение

1. Общие сведения о процессе создания новой техники

• 1.1 Выявление потребностей в создании новой техники
• 1.2 Основные этапы создания машин
• 1.2.1 Прогнозирование конструкций машин
• 1.2.2 Проектирование машин
• 1.2.3 Подготовка к выпуску новых машин
• 1.2.4 Освоение производства новых конструкций машин
• 1.3 Методы создания производственных машин на базе унификации
• 1.4 Исходные материалы для проектирования

2. Характеристика объекта исследования

• 2.1 Общие сведения
• 2.1.1 Назначение и область применения одноковшового экскаватора
• 2.1.2 Анализ конструкций и технических характеристик отечественных и зарубежных машин
• 2.1.3 Устройство и принцип действия одноковшового экскаватора

3. Патентное исследование и анализ его результатов

• 3.1 Изобретательная деятельность и ее роль в создании новой техники
• 3.2 Цель и задачи проведения патентных исследований
• 3.3 Методика проведения патентных исследований
• 3.4 Патентное исследование
• Вывод по результатам патентного исследования
• Список литературы

машина экскаватор одноковшовый патентный

Введение

Строительное и дорожное машиностроение является базой, на которой создается обеспечение механизации строительства и производства строительных материалов. В то же время как один из разделов машиностроения оно в своей деятельности подчиняется общим его законам и техническим направлениям Несмотря на индивидуальность каждой машины по назначению, типоразмерности, конструктивному выполнению и другим особенностям, существуют общие положения и закономерности, применяемые при создании любой машины. Многие из этих положений, возникающие по мере технического развития машиностроения, изучаются как отдельные проблемы, органически не связанные между собой и машиностроением в целом.

Основная цель учебного пособия - объединить в единое целое, как разрозненные установившиеся положения, так и вновь возникающие проблемы при создании машин. Ставится задача создания у изучающего эту дисциплину определенного устойчивого представления о номенклатуре, последовательности процессов, о путях решения возникающих при этом задач, которые определяют создание качественных машин, отвечающих потребностям народного хозяйства.

Изучение основных положений создания новой техники в условиях развития научно-технического и социального процессов являются основной задачей данной дисциплины, что способствует:

- выработке у будущих специалистов навыков выполнения проектно-конструкторской и технической документации, использования системы стандартов в РФ и Международных стандартов, а также вопросов, касающихся унификации машин и оборудования и методики ее осуществления;

- привитию навыков художественного конструирования изделий и создания оптимальной среды для деятельности человека в условиях эксплуатации машин и механизмов с позиции эргономики, охраны труда и внешней среды;

- выработке знаний и умений по вопросам изобретательской и патентно-лицензионной деятельности;

- освоению основ научно-исследовательской и инженерной деятельности с применением вычислительной техники и измерительной аппаратуры.



1. Общие сведения о процессе создания новой техники

1.1 Выявление потребностей в создании новой техники

Значение машин для человеческого общества чрезвычайно велико. Уровень производства машин и их техническое совершенство - основные показатели развития всех отраслей народного хозяйства, основа технического прогресса всякой страны и соответственно материального благосостояния и культурного развития ее населения.

На всех этапах своего развития потребность в создании новых машин вызывалась необходимостью освобождения людей от тяжелого физического труда, увеличения производительности, улучшения качества изготовляемой продукции и снижения ее себестоимости.

С целью выявления потребностей в создании новых машин и совершенствовании существующих средств механизации и автоматизации необходимо создание системы информации с обработкой полученных данных о работе машинных парков. Поток этой информации должен быть непрерывным, с минимальным разрывом во времени между событием и получением информации. К сожалению, подобные системы в нашей стране лишь в некоторых отраслях машиностроения, а в большинстве случаев накопление информации о необходимости совершенствования машин, либо создания новых приходит стихийно в течении длительного периода, что несомненно тормозит технический процесс.

1.2 Основные этапы создания машин

Весь комплекс работ по создания новых машин требует выполнения большого объема работ как в области проектных, научных и технических разработок, так и в области подготовки и освоения производства этих машин.

Целесообразно процесс создания новой конструкции машины разделить на следующие этапы: прогнозирование, проектирование, подготовка производства и освоение новых машин.

Рассмотрим кратко содержание указанных этапов.

1.2.1 Прогнозирование конструкций машин

Одним из основных положений научного прогнозирования является утверждение о вероятности совершения события на основании анализа событий, которые уже произошли. Под инженерным прогнозированием понимают научно обоснованную информацию, отражающей в виде вероятностной категории потенциальные возможности развития техники и возможные варианты конструктивных решений

Исходя из масштабов объектов прогнозирования, различают: мировые, государственные, межотраслевые, отраслевые прогнозы развития машин отдельных классов и прогнозы развития отдельных элементов машин.

С точки зрения времени утверждения различают: долгосрочные (свыше 10 лет), среднесрочные (5-10 лет) и краткосрочные (до 5 лет) прогнозы.

Существующие методы прогнозирования делятся на три группы: эвристические, математические и комбинированные.

Эвристические методы основаны на использовании мнений специалистов в соответствующих областях техники, характер которых не может быть формализован. Они основаны на экспертных оценках, составлении сценариев, классификациях, аналогах. Метод носит субъектный характер и во многом зависит от выбора экспертов, принципа опроса, оценки точности результатов. Используется при отсутствии достаточной информации о прошлом данного технического направления.

Математические методы основаны на использовании приемов формального описания изучаемого процесса. В зависимости от вида математического описания эта группа методов подразделяется на методы экстраполяции для которых математическим аппаратом являются методы максимального правдоподобия и метода моделирования, основанное на решении математических уравнений.

Метод экстраполяции основывается на переносе динамики событий и состояний, имевших место в недалеком прошлом на будущее; метод используется при краткосрочном прогнозировании в областях техники, где не предвидится существенных качественных изменений в ее развитии. Методом экстраполяции можно решить задачи двух типов:

- статические, в которых анализируется связь между главным признаком машины и другими ее параметрами без учета фактора времени;

- динамические, в которых непременной составляющей уравнений является фактор времени.

При использовании метода моделирования анализ исходных данных ведут на модели исследуемого объекта, выполненной в соответствии с требованием теории подобия. При этом наиболее общим и строгим является метод математического моделирования. Целесообразно, однако, проводить как математическое, так и физическое моделирование.

В целом прогнозирование конструкций новых машин можно рассматривать как часть научно-исследовательской работы направленной на подбор и подготовку исходного материала необходимого для разработки технического задания на проектирование.

1.2.2 Проектирование машин

В создании новой техники важное место отводится ее разработчикам, ибо на стадии проектирования машин представляются широкие возможности оптимизировать конструкцию машины и на основании анализа ряда вариантов технических решений выбрать наилучший. Решение подобной задачи возможно лишь при хорошем знании теории и современных методов расчета и проектирования машин и оборудования.

При создании новой техники разработке оптимальных решений способствуют новые приемы и методы конструирования, основанные на системе подхода к анализу и оценке технических и технико-экономических проблем, возникающих в процессе проектирования, применения методов математического моделирования и исследования процессов, использование вычислительной техники для автоматизации проектно0конструкторских работ.

Проектирование определяется как процесс целенаправленной человеческой деятельности, включающий взаимосвязанный комплекс работ, завершающийся созданием промышленной продукции или соответствующей технологии производства новой продукции, удовлетворяющих потребности общества.

Проектирование предшествует выпуску серийной продукции и включает: проведение теоретических и экспериментальных исследований, разработку проектной и конструкторской документации, создание и испытание опытных образцов.

Главной составляющей процесса проектирования является творческое мышление основанное на законах и категориях диалектики, логики и теории познания с использованием достижений науки и техники.

Процесс творческого проектирования характеризуется следующими основными положениями:

- новые решения появляются как результат постепенного приближения к цели;

- решение сложной задачи проходит путь от общих положений к частным;

- нахождение правильных решений на основе существующих положений должно базироваться на рассмотрении их в новом аспекте;

- традиционные решения в определенной ситуации затрудняют нахождение новых решений в случае изменения ситуации;

- решения, эффективные ранее, могут стать тормозом, если не соответствуют новой ситуации.

В процессе проектирования, как в творческом мыслительном процессе, используют такие операции, как:

- сравнение, устанавливающее сходство или различия объектов;

- анализ, при котором объект расчленяют и выделяют его свойства;

- синтез, в процессе которого отдельные объекты объединяют в определенное целое;

- абстрагирование - отвлечение от несущественных свойств объекта, что упрощает задачу, но снижает точность ее решения;

- аналогия, которая позволяет переносить некоторые свойства одних объектов на другие.

Актуальная задача в области повышения эффективности организации процесса проектирования - сочетание индивидуальных принципов творческого мышления личности с требованиями творческой работы в условиях коллектива имеющего общую цель.

Как правило, процесс проектирования начинают от абстрактного мышления и, затем, переходят к конкретному. При этом, прежде всего, следует выделить главные положения, существенные обстоятельства рассмотреть возможные принципиальные конструктивные решения. Затем анализируют каждый вариант, выявляя недостатки, пытаясь их исправить, уменьшить. В результате принимают тот вариант, который имеет меньше всего недостатков по основным параметрам: принципиальным, источнику энергии, габаритам, кинематическим, силовым и т.д. Только после этого приступают к изображению конструкции, выполняя соответствующие расчеты.

Основная задача проектирования - разработка конструкций машин и технологических процессов, обеспечивающих оптимальное выполнение требований производства при максимально возможной экономии материалов, энергетических и трудовых ресурсов.

Конечная цель проектирования - разработка технической документации, отвечающей требованиям технического задания и позволяющей осуществлять промышленное изготовление машины и ее надежную эксплуатацию. При этом результаты творческого мыслительного процесса конструкторов воплощается в чертежах

1.2.3 Подготовка к выпуску новых машин

Система технологической подготовки к выпуску продукции предусматривает применение прогрессивных типовых техпроцессов, стандартной технологической оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и управления работ. При технологической подготовке производства решаются следующие задачи:

- обработка конструкции машины на технологичность;

- разработка техпроцессов изготовления и контроля заготовок, деталей и сборок, начиная с получения исходных материалов и заготовок и кончая упаковкой готовой продукции;

- типизация и нормализация техпроцессов и техоснастки;

- установление технических норм времени, расхода материалов и оснастки на изготовление машины;

- проектирование специального и нормализированного инструмента и оснастки для изготовления, контроля и сборки деталей и узлов машин;

- изготовление и доводка запроектированной оснасти;

- проектирование и изготовление специального и нестандартного оборудования, средств механизации и автоматизации технологических процессов, транспортных средств;

- расчет потребного оборудования и его планировка;

- расчет производственной мощности цеха, участка, линии;

- доводка техпроцессов, наладка оборудования и оснастки.

Главная и самая ответственная часть подготовки производства - проектирование технологических процессов и конструирование технологической оснастки. На долю проектирования и изготовления технологического оснащения приходится до 80% общей трудоемкости и до 90% общей продолжительности цикла подготовки производства новой конструкции машины.

Одним из важнейших направлений сокращения сроков технологической подготовки производства является типизация конструктивных элементов машин, которая обеспечивает высокую степень, конструктивно-технологической преемственности новой машины и позволяет использовать унифицированную технологическую оснастку.

1.2.4 Освоение производства новых конструкций машин

При освоении производства новых моделей машин решаются следующие задачи:

- достижение объема выпуска в соответствии с проектной мощностью предприятия;

- обеспечение требуемого стабильного качества;

- достижение проектной трудоемкости изготовления на всех стадиях производства.

При перестройке производства используют два метода - с остановом производства и без останова.

Наиболее широкое распространение нашел второй метод, который эффективно используется при условии, когда новая модель машины относится к тому же конструктивному ряду, что и предшествующая.

Основой этого метода является постепенное последовательное освоение производства отдельных элементов машины, монтируемых взамен старых деталей. На продолжительность процессов освоения производства новой машины значительное влияние оказывает уровень отработки конструкторской документации данной машины, из чего можно сделать вывод, насколько важным и ответственным является процесс проектирования новых машин во всем процесс их создания.



1.3 Методы создания производственных машин на базе унификации

В настоящее время для создания на базе исходной модели машины ряда ее производных различного или одинакового назначения, но с различными техническими показателями, существует несколько направлений. Не все эти направления универсальны, и каждый из приводимых ниже методов создания производных унифицированных машин применим только к определенным категориям машин, их экономический эффект может быть различен. Возможно также сочетание и параллельное применение нескольких методов (комбинированные методы).

Секционирование - метод, заключающийся в разделении машины на одинаковые секции и образовании производных этой машины набором унифицированных секций. Экономичность образования машин этим методом мало страдает от введения отдельных нестандартных секций, необходимых для приспособления длины машины к местным условиям.

Примеры секционирования:

1) Ленточные, скребковые, цепные транспортеры - построение каркаса машины из секций и составление машин различной длины с новым несущим полотном;

2) Ковшовые элеваторы, пластинчатые транспортеры - изменение длины несущего полотна изъятием или добавлением унифицированных секций - звеньев этого полотна.

Метод изменения линейных размеров используется с целью повышения или снижения производительности машины путем увеличения или уменьшения длины рабочего органа при сохранении формы его поперечного сечения применительно к машинам роторного типа, например, шестеренчатые и лопастные насосы, вальцевые машины, роторные дробилки, барабанные питатели и другие, производительность которых пропорциональна длине их рабочего органа - ротора. Унифицируются при этом только торцевые крышки корпусов ротора и некоторые вспомогательные детали. Главный же экономический эффект достигается за счет сохранения технологического оборудования для обработки элементов рабочего органа.

Метод базового агрегата заключается в использовании базового агрегата, превращаемого в машины различного назначения путем присоединения к нему специального сменного оборудования. Метод широко используется в строительных и дорожных машинах (бульдозеры, экскаваторы, самоходные краны, погрузчики, укладчики и др.), где в качестве базового агрегата применяется тракторное или автомобильное шасси, выпускаемого серийно.

Дополнительные устройства, необходимые для присоединения различного сменного оборудования, в свою очередь, могут быть унифицированы (коробки отбора мощности, лебедки, реверсы, тормозные устройства, механизмы управления и др.).

Компаундирование - это метод, заключающийся в параллельном соединении машин или их агрегатов с целью увеличения мощности или производительности установки. Метод осуществляется с помощью:

1) Установки спариваемых (одинаковых) машин рядом как независимых агрегатов, например, установка судовых или авиационных двигателей, работающих каждый на свой винт и позволяющих увеличивать мощность, улучшать маневренность, повышать надежность машин;

2) Установки машин, связанных друг с другом синхронизирующими или транспортными устройствами: установка параллельно в технологической линии одинаковых машин (дробилок), имеющих меньшую чем линия, производительность; при этом технологический поток вначале разделяют в соответствии с количеством параллельно установленных машин, а затем снова соединяют в один;

3) Конструктивного объединения отдельных машин в один агрегат путем их сдваивания или страивания на общей станине, что позволяет увеличить производительность пропорционально количеству установленных машин; пример - шлифовально-затирочная установка для отделки панелей перекрытия на подвижной раме с несколькими вращающимися шлифовальными машинами.

Модифицирование - это метод, заключающийся в переделке машины с целью приспособления ее к иным условиям работы, операциям и видам продукции без изменения основной конструкции. Метод может быть использован в случаях работы машины в различных климатических условиях (тропического или арктического исполнения) и сводится к замене материалов деталей и узлов машины, а также при необходимости облегчения машины путем замены тяжелых сплавов (чугуна) легкими (алюминиевыми).

Агрегатирование - метод, заключающийся в создании машин путем сочетания унифицированных агрегатов как автономных узлов, устанавливаемых в различном числе и комбинациях на общей станине. Например, агрегатные металлообрабатывающие станки, созданные на основе унифицированных блоков - обрабатывающих блоков, поворотных столов, механизмов синхронизации и других; использование стандартизованных узлов и агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью: редукторов, насосов, коробок скоростей, механизмов управления и так далее, а также заимствование отдельных узлов агрегатов с серийно изготовляемых изделий.

Этот метод позволяет сократить сроки и стоимость проектирования и изготовления машин, упростить обслуживание и ремонт, сократить затраты на их проведение.

Комплексная стандартизация. Этот метод используется для агрегатов простейшего типа (теплообменников, отстойников, смесительных установок), в которых простота конструкции позволяет стандартизировать все или почти все элементы этих агрегатов по типоразмерам, такие, например, как обечайки, днища, крышки, люки, стойки, лапы крепления,

теплообменники, приводы мешалок, дозаторы и т.д. Из стандартных деталей, унифицированных узлов и покупного оборудования можно компоновать агрегаты: с одинаковым рабочим процессом, но с различными размерами и производительностью; одного и того же назначения, но с другими параметрами рабочего процесса (давление, вакуум, температура); различного назначения и с различным рабочим процессом.

Унифицированные ряды - это метод, заключающийся в образовании производных машин разной мощности или производительности путем изменения числа главных рабочих органов и их применения в различных сочетаниях.

Такие ряды машин называются семейством, гаммой или серией.

Примеров образования унифицированного ряда машин может служить создание: рядов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания на основе унифицированной цилиндровой или частично шатунно-поршневой группы; рядов роторных машин путем изменения числа унифицированных операционных блоков (ковшей роторного экскаватора, молотков и бит в дробилках ударного действия и др.), от которых зависит производительность этих машин.

При этом, наряду с изменением числа операционных блоков на роторных машинах можно менять и их конструкцию, приспосабливая, таким образом, машину к выполнению различных операций. Это пример сочетания метода унифицированных рядов с методом агрегатирования.

Рассмотренные методы образования или создания машин и их рядов на базе унификации не являются универсальным и всеобъемлющими. Каждый из них применим у ограниченной категории машин.

Многие машины по конструкции не допускают образования производных; нецелесообразно создавать производные ряды для специализированных машин, машин большой мощности и других, относящихся к категории единичного производства.

Особое значение рассмотренные методы унификации и создания производных рядов имеют в обеспечении технологичности машин и их удешевлении.

Однако технологичность не может служить определяющим началом конструирования, она лишь должна обеспечить главное направление конструирования - повышения качества машин, их надежности и экономического эффекта.

1.4 Исходные материалы для проектирования

Исходными материалами могут служить:

- Техническое задание. Безусловно, главный и основополагающий исходный материал. В техническом задании определяются основные параметры будущей машины (габариты, требуемая производительность и. т.д.), область её применения и условия, в которых машина будет работать.

- Техническое предложение. Техническое предложение разрабатывается на основе технического задания. Оно представляет собой сумму всех конструкторских решений, позволяющих выполнить техническое задание в полном объёме, а так же конструкторской документации к каждому представленному решению.

- Научно-исследовательская работа. При конструировании новой машины проверяются научно-исследовательские работы в области применения будущей машины (или в смежных отраслях) на предмет внедрения полученных данных такой работы в конструкцию разрабатываемой машины.

Либо принять за основу экспериментальный образец, полученный ранее на основе научно-исследовательской работы.

- Изобретение. Так же не следует обходить вниманием, сделанные ранее изобретения в отрасли применения будущей машины, так как многие решения являются удачными с экономической и технической стороны.

Кроме того следует помнить, что изобретательская деятельность является основополагающей для развития научно-технического прогресса.

- Зарубежные образцы машин. Одним из способов выполнения технического задания является копирование зарубежного аналога требуемой машины. Может производиться копирование, как отдельного агрегата машины, так и всей машины в целом, но с внесением незначительных изменений в конструкцию или технические характеристики.



2. Характеристика объекта исследования

2.1 Общие сведения

Одноковшовые экскаваторы предназначены для выполнения земляных, карьерных и вскрышных работ. Ими копают грунты I--IV групп и разрыхленные скальные породы, грузят грунт в транспортные средства или переносят в отвал.

Одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного действия. Рабочий цикл экскаватора состоит из последовательных операций копания (резания с набором грунта в ковш), поворота ковша из забоя, выгрузки грунта и обратного поворота в забой.

Одноковшовые экскаваторы различаются: по емкости ковша; по назначению и области применения; по виду рабочего оборудования; по типу ходового устройства; по количеству установленных двигателей и типу силовой установки; по углу поворота относительно своей вертикальной оси; по системе управления и другим признакам.

2.1.1 Назначение и область применения одноковшового экскаватора

Одноковшовые экскаваторы различаются:

- по емкости ковша;

- по назначению и области применения; по виду рабочего оборудования;

- по типу ходового устройства;

- по количеству установленных двигателей и типу силовой установки;

- по углу поворота относительно своей вертикальной оси;

- по системе управления и другим признакам.

По назначению и области применения одноковшовые экскаваторы можно разделить на четыре типа.

Экскаваторы строительные общего назначения находят самое широкое применение в промышленном и жилищном строительстве.

Экскаваторы карьерные гусеничные используются для добычи полезных ископаемых на открытых разработках и в карьерах. Машины этого типа обозначаются ЭКГ.

Экскаваторы вскрышные гусеничные предназначены для производства вскрышных работ на угольных разрезах и открытых разработках в горнорудной промышленности. Такие машины обозначаются ЭВГ.

Шагающие драглайны ЭШ выделяются в отдельную группу; они применяются преимущественно в гидротехническом строительстве для разработки и отсыпки в отвал грунтов I-IV групп, а также на вскрышных работах в угольной и горнорудной промышленности:

а) прямая лопата - для разработки грунтов, расположенных выше уровня стоянки экскаватора;

б) обратная лопата - для разработки грунтов, находящихся ниже уровня стоянки экскаватора (применяется преимущественно для рытья небольших котлованов и траншей);

в) драглайн - для разработки грунтов, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора (применяется при рытье глубоких котлованов и широких траншей, при возведении насыпей, на вскрышных и других работах);

г) грейфер для рытья колодцев, узких и глубоких котлованов;

д) струг - для планировочных работ в специфических условиях (когда невозможно применить более производительные землеройно-транспортные машины);

е) скребок - засыпатель на стреле струга;

ж) засыпатель на стреле драглайна;

з) копер для забивки свай;

и) дизель - молот для разработки мерзлых грунтов;

к) корчеватель пней.

Кроме перечисленного оборудования на экскаваторах используют крановое оборудование, трамбующие плиты, клиновые и шаровые рыхлители для разрушения мерзлых грунтов или для разделки негабаритного камня в карьерах.

2.1.2 Анализ конструкций и технических характеристик отечественных и зарубежных машин

Основные технические характеристики российских и зарубежных одноковшовых экскаваторов

Фирма, модель машины	Параметры	Масса экскаватора, т.	Вместимость основного ковша (СЕСЕ), м3	Глубина копания, м	Высота выгрузки, м	Мощность двигателя, квт	Скорость передвижения, км/ч	Давление на грунт Мпа
Россия
АО "ТЗЗ" г.Тверь	ЕТ-25	27	1,4	6,48	7	155	3,4	0,055
ЗАО "КЭЗ"	ЭО-4228	26,5	1,11	6,52	6,52	132,4	4,5	0,054
ТЯЖЭКС	ЭО-5225	38,3	1,85	6,5	5,9	220	4,5	0,08
Германия
LIEBHERR	R902	18,8	0,9	5,8	6	81	3,4	0,046
	R932.HD-S	26	1,15	6,41	6,71	120	3,4	0,052
	R310B	38,2	1,8	6,7	5,5	150	2,5	0,08
Япония
KOMATSU	РС150	14,7	0,55	6,05	5,09	73,5	3,9	0,046
	РС220	22	0,9	6,7	5,97	110	3,4	0,048
	РС400	40	1,6	7,73	6,56	198,5	4,3	0,075
HITACHI	ЕХ150	14,5	0,55	6,05	5,21	70	4,8	0,046
	ЕХ270	26	1	7,23	6,1	121	4,6	0,054
	ЕХ400	41	1,6	7,8	6,58	205	5	0,076
США - Франция
CASE-POCLAIN	1288LC	26,2	1,24	6,4	6,5	127,6	4	0,053
Англия
JCB	240LC	23,9	0,95	5,24	6,08	111	5	0,048

Вывод: В ходе проведения работы мы отобрали 5 производителей одноковшовых экскаваторов различных стран. Для их сравнения мы воспользовались семью показателями такими как: масса экскаватора, вместимость основного ковша, глубина копания, высота выгрузки, мощность двигателя, скорость передвижения, давление на грунт. Нельзя сказать, что какой-либо из вышепредставленных экскаваторов в целом колоссально превосходит своих конкурентов, т.к. у каждого свои преимущества и недостатки. Например, отечественный экскаватор ЗАО "КЭЗ" ЭО-4228 хорошо подойдёт для выполнения больших объемов работ на грунтах 1-4 категории и предварительно разрыхлённых скальных и мёрзлых грунтах 5-6 категорий, а также для погрузки грунта и сыпучих материалов. А зарубежные экскаваторы немецкой марки LIEBHERR R932.HD-S и японской марки HITACHI ЕХ270 менее энергозатратны в отличие от отечественного ЗАО "КЭЗ" ЭО-4228, но при этом немного менее производительны по некоторым критериям. При сравнении отечественных экскаваторов с производителями английской марки JCB 240L и французско-американской марки CASE-POCLAIN 1288LC возникают те же самые выводы, что и с предыдущими марками. В настоящее время отечественные экскаваторы не намного отстают от зарубежных экскаваторов и в некоторых сравнениях даже незначительно превосходят по некоторым критериям производительности, а по энергозатратам зарубежные марки экскаваторов на значительный процент превосходят отечественные.

2.1.3 Устройство и принцип действия одноковшового экскаватора

Одноковшовый экскаватор состоит из следующих основных частей: ходового устройства (гусеничного, пневмоколесного или шагающего) - 1; силового привода и механизмов, установленных на поворотной платформе - 3 и рабочего оборудования (стрелы, рукоятки, ковша) - 2.



Ходовое устройство воспринимает и передает на основание (грунт) нагрузки от массы машины и нагрузки, возникающие при работе, а также обеспечивает передвижение экскаватора.

Ходовое устройство экскаваторов бывает следующих типов:

Г - гусеничное с минимально допустимой опорной поверхностью гусениц;

ГУ - гусеничное с увеличенной опорной поверхностью гусениц, предназначенное для работы на грунтах с низкой несущей способностью;

П - пневмоколесное, позволяющее увеличить мобильность экскаватора, облегчить и ускорить его переброску собственным ходом с одного строительного объекта на другой;

Ш - специальное шасси автомобильного типа, отличающееся от типа П тем, что, кроме двигателя, установленного на поворотной части экскаватора, на шасси установлен более мощный двигатель, обеспечивающий передвижение экскаватора с большой скоростью; ходовое устройство типа Ш имеет прочную и низкую специальную раму, отличающуюся по конструкции от рамы шасси грузового автомобиля;

А - шасси грузового автомобиля;

Тр - тракторное (обычно используют пневмоколесные тракторы).

Поворотная часть состоит из поворотной платформы с механизмами и силовым оборудованием и рабочего оборудования.

Поворотная платформа опирается через специальное роликовое опорно-поворотное устройство на раму ходового устройства и может поворачиваться относительно него в горизонтальной плоскости. Одна и та же поворотная платформа может быть установлена на ходовые устройства различных типов.

В зависимости от угла поворота поворотной платформы в горизонтальной плоскости экскаваторы называют полноповоротными или неполноповоротными.

Поворотная часть полноповоротного экскаватора может вращаться вокруг вертикальной оси на неограниченный угол.

Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора, содержащий рабочий орган (например, ковш, крюк или грейфер, с помощью которого копают грунт, поднимают груз, захватывают сыпучие и кусковые материалы) и обеспечивающий его действие в зоне работы экскаватора.

Основной рабочий орган экскаватора - ковш - предназначен для копания, удерживания при перемещении и разгрузки грунта или другого материала. Копанием называется одновременное срезание грунта и заполнение им ковша. Срезаемая часть грунта называется стружкой.

Рабочий цикл экскаватора состоит из следующих операций:

Собственно копание грунта (срезание грунта и заполнение им ковша).

Выведение ковша с грунтом из забоя, чтобы обеспечить возможность беспрепятственного поворота платформы.

Перемещение заполненного грунтом ковша к месту разгрузки, для чего или поворачивают платформу с рабочим оборудованием (у полноповоротных), или только рабочее оборудование (у неполноповоротных машин).

Разгрузка грунта из ковша в отвал или в транспортное средство.

Перемещение ковша (поворот платформы) к забою.

Опускание ковша для подготовки к следующей операции копания.



3. Патентное исследование и анализ его результатов

3.1 Изобретательная деятельность и ее роль в создании новой техники

Изобретение признается техническое решение в любой области, относящееся к продукту или способу, обладающее новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.

Изобретение является новым, если оно неизвестно из уровня техники.

Изобретение имеет изобретательский уровень, если оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. Уровень техники включает любые общедоступные в мире сведения до даты приобретения изобретения.

Изобретение является промышленно применимым, если оно может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении и других отраслях деятельности.

Изобретение решает задачи, возникающие в сфере практической деятельности и обусловленные определенной потребностью, как необходимостью устранения выявленных недостатков в существующих машинах и технологиях с целью их усовершенствования или создания новых машин и технологий.

Изобретение - итог большой целеустремленной творческой работы, направленной на решение известной задачи, которая считается решенной при следующих условиях:

1) если оно содержит указания на технические средства решения задачи;

2) если решение раскрывает принципиально важные моменты;

3) если решение осуществимо, т.е. пригодно для использования и может быть внедрено и многократно воспроизведено и использовано.

Объектами изобретения признаются технические решения в любой области, относящиеся к продукту (устройству, веществу) или способу (процессу осуществления действий над материальным объектом с помощью материальных средств).

Изобретениями, в соответствии с законом, не считаются:

-открытия, а также научные теории и математические методы;

-решения, касающиеся только внешнего вида изделия и направленные на удовлетворение эстетических потребностей;

- программы для ЭВМ;

- решения, заключающиеся только в предоставлении информации.

Право автора на изобретение принадлежит физическому лицу, трудом которого создано изобретение. Если в создании участвовало несколько физических лиц, то все они считаются авторами данного изобретения.

3.2 Цель и задачи проведения патентных исследований

Патент - документ, удостоверяющий признание заявленного технического решения изобретением, приоритет изобретения, авторство на изобретение и исключительное право патентообладателя на изобретение.

Патент на изобретение действует в течение 20 лет со дня поступления заявки в федеральный орган исполнительной власти. При этом правовая охрана, представляемая патентом, распространяется только на то, что предусмотрено формулой изобретения.

В соответствии с законом патент на изобретение выдается автору изобретения: работодателю, в случае создания изобретения работником в связи с выполнением своих трудовых обязанностей или конкретного задания работодателя.

В случае, если работодатель в течении четырех месяцев с момента уведомления об изобретении не подаст заявку на выдачу патента на изобретение в ФОИВИС, право на получение патента будет принадлежать автору изобретения.



3.3 Методика проведения патентных исследований

В общем случае содержание патентных исследований может составлять следующее:

- исследование технического уровня объектов хозяйственной деятельности, выявление тенденций, обоснование прогноза их развития;

- исследование состояния рынков данной продукции, сложившейся патентной ситуации, характера национального производства в странах исследования;

- исследование требований потребителей к продукции и услугам;

- исследование направлений научно-исследовательской и производственной деятельности организаций и фирм, которые действуют или могут действовать на рынке исследуемой продукции;

- анализ коммерческой деятельности, включая лицензионную деятельность разработчиков (организаций и фирм), производителей (поставщиков) продукции и фирм, предоставляющих услуги, их патентной политики для выявления конкурентов, потенциальных контрагентов, лицензиаров и лицензиатов, партнеров по сотрудничеству; ГОСТ Р 15.011-96 Система разработки и постановки продукции на производство

- выявление торговых марок (товарных знаков), используемых фирмой-конкурентом;

- анализ деятельности хозяйствующего субъекта; выбор оптимальных направлений развития его научно-технической, производственной и коммерческой деятельности, патентной и технической политики и обоснование мероприятий по их реализации;

- обоснование конкретных требований по совершенствованию существующей и созданию новой продукции и технологии, а также организации выполнения услуг; обоснование конкретных требований по обеспечению эффективности применения и конкурентоспособности продукции и услуг; обоснование проведения необходимых для этого работ и требований к их результатам;

- технико-экономический анализ и обоснование выбора технических, художественно-конструкторских решений (из числа известных объектов промышленной собственности), отвечающих требованиям создания новых и совершенствования существующих объектов техники и услуг;

- обоснование предложений о целесообразности разработки новых объектов промышленной собственности для использования в объектах техники, обеспечивающих достижение технических показателей, предусмотренных в техническом задании (тактико-техническом задании);

- выявление технических, художественно-конструкторских, программных и других решений, созданных в процессе выполнения НИР и ОКР с целью отнесения их к охраноспособным объектам интеллектуальной собственности, в том числе промышленной;

- обоснование целесообразности правовой охраны объектов интеллектуальной собственности (в том числе промышленной) в стране и за рубежом, выбор стран патентования; регистрации;

- исследование патентной чистоты объектов техники (экспертиза объектов техники на патентную чистоту, обоснование мер по обеспечению их патентной чистоты и беспрепятственному производству и реализации объектов техники в стране и за рубежом); - анализ конкурентоспособности объектов хозяйственной деятельности, эффективности их использования по назначению, соответствия тенденциям и прогнозу развития;

- выявление и отбор объектов лицензий и услуг типа инжиниринг;

- исследование условий реализации объектов хозяйственной деятельности, обоснование мер по их оптимизации;

- обоснование целесообразности и форм проведения в стране и за рубежом коммерческих мероприятий по реализации объектов хозяйственной деятельности, по закупке и продаже лицензий, оборудования, сырья, комплектующих изделий и т.д.;

- разработка рекомендаций по использованию товарных знаков при осуществлении коммерческой деятельности;

- проведение других работ, отвечающих интересам хозяйствующих субъектов.

Конкретное содержание патентных исследований определяют в зависимости от характера проводимой работы, стадий жизненного цикла или этапов работ на стадиях жизненного цикла объекта техники, результатов анализа деятельности хозяйствующего субъекта.

Порядок проведения патентных исследований включает:

- определение задач патентных исследований, видов исследований и методов их проведения и разработку задания на проведение патентных исследований;

- определение требований к поиску патентной и другой документации, разработку регламента поиска;

- поиск и отбор патентной и другой документации в соответствии с утвержденным регламентом и оформление отчета о поиске; - систематизацию и анализ отобранной документации; - обоснование решений задач патентными исследованиями; обоснование предложений по дальнейшей деятельности хозяйствующего субъекта, подготовка выводов и рекомендаций;

- оформление результатов исследований в виде отчета о патентных исследованиях.

Задание на проведение патентных исследований разрабатывают применительно к работе в целом и (или) отдельному ее этапу по приложению А.

В задание включают:

- наименование и шифр работы, при необходимости этап работы, срок выполнения работы или этапа и конкретные задачи патентных исследований, которые должны быть выполнены для обоснования принимаемых решений по обеспечению конечного результата работ (этапа), включающих своей составной частью патентные исследования. Определение задач патентных исследований проводят на основе анализа целей, характера работы в целом, ее элементов, номенклатура которых установлена для каждого этапа работы стандартами ЕСКД, СРПП и другими нормативными документами, а также анализа производственной и коммерческой деятельности хозяйствующего субъекта, включая необходимость реализации предложений по результатам патентных исследований, выполненных на предшествующих этапах работы;

- календарный план, определяющий конкретные виды исследований, обеспечивающих решение задач, включенных в задание, сроки их выполнения, исполнителей, в том числе привлекаемых к проведению патентных исследований сторонних организаций, а также отчетные документы, которые должны быть подготовлены.

Регламент поиска разрабатывают подразделения - исполнители работы и патентное подразделение в соответствии с заданием на проведение патентных исследований применительно к работе в целом и (или) к каждому ее этапу, при выполнении которых необходимы патентные исследования, по приложению Б.

В регламенте приводят обоснование его требований.

При обосновании требований к поиску исходят из необходимости обеспечения достоверности результатов патентных исследований, учитывая наличие и ГОСТ Р 15.011-96 Система разработки и постановки продукции на производство состояние информационно-поисковых систем и технических средств поиска, а также его объем, решают вопрос о привлечении сторонних организаций для выполнения поиска.

По результатам проведенного поиска отбирают информацию для дальнейшего анализа и составляют отчет о поиске.



3.4 Патентное исследование

Патент №1

Ковш карьерного гидравлического экскаватора

Изобретение относится к горным машинам, используемым при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а более конкретно к гидравлическим карьерным экскаваторам с рабочим оборудованием типа обратная лопата. Техническим результатом является создание ковша гидравлического карьерного экскаватора, обладающего высокими прочностными характеристиками посредством применения оптимальных материалов и методов обработки, позволяющих сократить цикл изготовления, а также упрощение ремонта ковша. Ковш содержит переднюю стенку, на которой болтами закреплены зубья, заднюю и две боковые стенки. Передняя стенка и зубья выполнены литыми из высокомарганцевой аустенитной стали, задняя стенка выполнена цельнолитой с проушинами подвески ковша из стали высокой вязкости и прочности при низких температурах, снабжена фиксатором оси подвески ковша в виде цилиндрического стержня, верхняя часть которого выполнена в виде усеченного конуса, угол между образующими конуса и цилиндра ~15°, боковые стенки выполнены из низколегированной стали для ответственных листовых конструкций, каждая боковая стенка снабжена парой накладок из высокомарганцевой аустенитной стали, установленных на торцах боковой поверхности. 3 ил.

Обратная лопата является наиболее универсальным рабочим оборудованием, обеспечивает высокую точность позиционирования ковша и обычно используются ковши, разгружающиеся опрокидыванием.

Известно рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскаватора содержащее рукоять, на которой шарнирно установлен ковш. Ковш состоит из подвижной задней стенки, днища и боковых стенок. На подвижной задней части выполнены гнезда, в которые входят фиксаторы, установленные на боковых стенках ковша. Фиксирование задней стенки ковша позволяет избежать частичной разгрузки ковша от грунта при его разработке и таким образом повышается производительность экскаватора.

Известен гидравлический карьерный экскаватор обратная лопата RH 340, TEREX | О&K, ковш которого состоит из верхней части - задней стенки ковша, нижней - передней части ковша и боковых стенок. Ковш и составляющие его части выполнены сварными. Конструкция ковша снабжена такими упрочняющими элементами, как пластины из сверхпрочного материала для защиты внутренней и наружной поверхности задней и передней стенки; зубья, состоящие из адаптера и коронки из сверхпрочного материала, из такого же материала покрытие режущей кромки между зубьями и сверхпрочное покрытие боковых стенок ковша.

Но в процессе эксплуатации, особенно на грунтах IV и V категории, этого упрочнения бывает недостаточно, ковш служит не более полугода, происходит абразивный износ передней стенки и обламываются коронки зубьев.

В качестве прототипа выбран ковш гидравлического карьерного экскаватора (Кириллов К. "Ковши "обратная лопата" (Сменное рабочее оборудование гидравлических экскаваторов), ж. "Основные средства", 2008 г., №10"), состоящий из задней стенки, двух боковых стенок, передней стенки с козырьком и зубьев в виде адаптор - коронка. Все детали ковша соединены между собой сваркой. Ковш изготовлен из маркированной сертифицированной стали, которая раскраивается на современном аппарате газокислородной резки. На листогибочном станке придают соответствующую форму задней стенке ковша. Сварку ковша производят сварочными полуавтоматами. Используют вильчатые зубья, которые болтами крепят к режущей кромке, или коронки, надеваемые на адаптеры, приваренные к ковшу и зафиксированные специальным штифтом.

Длительность эксплуатации тяжелых ковшей карьерных экскаваторов зависит от технологии производства. На интенсивность износа рабочего оборудования (зубьев, коронок, режущей кромки ковша) влияют: свойства и структура поверхностного слоя металла (химический состав стали), взаимодействующего с обрабатываемым материалом; термоупрочнение (способы термообработки, способы формообразования, применяемые методы изготовления - поковка или литье); свойства обрабатываемого материала (твердость, прочность, размер частиц, степень однородности).

К недостаткам ковша-прототипа, части которого соединены сваркой, даже при выборе стали с оптимальными прочностными характеристиками, относятся: коробление изделия, возникающее при малой скорости сварки за счет большой зоны разогрева металла, локальная неоднородность шва и выгорание легирующих компонентов из сплавов в зоне сварки во время окислительных процессов. Это существенно снижает прочностные характеристики ковша, а учитывая вышеуказанные недостатки зубьев (адаптор - коронка), ковши часто выходят из строя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание ковша гидравлического карьерного экскаватора, обладающего высокими прочностными характеристикам посредством применения оптимальных материалов и методов обработки, позволяющих сократить цикл изготовления, а также упрощение ремонта ковша.

Техническая задача решается посредством выполнения ковша карьерного гидравлического экскаватора в виде конструкции, содержащей заднюю и боковые стенки, а также переднюю стенку, на которой болтами закреплены зубья, литые из высокомарганцевой аустенитной стали; задняя стенка ковша выполнена цельнолитой с проушинами подвески ковша из стали высокой вязкости и прочности при низких температурах, снабжена фиксатором оси подвески ковша в виде цилиндрического стержня, верхняя часть которого выполнена в виде усеченного конуса, угол между образующими конуса и цилиндра ~ 15°. Боковые стенки выполнены из низколегированной стали для ответственных листовых конструкций, каждая боковая стенка снабжена парой накладок из высокомарганцевой аустенитной стали, установленных на торцах боковой поверхности.

Ковш, основные узлы которого, а именно передняя стенка и зубья, изготовлены цельнолитыми из высокомарганцевой аустенитной стали, а задняя стенка выполнена цельнолитой с проушинами из стали высокой вязкости и прочности при низких температурах, обладает высоким сопротивлением к абразивному износу в сочетании с пластичностью и прочностью. Цельнолитые конструкции задней и передней стенок, в отличии от известных аналогов, не подвергаются деформациям при сварке, следовательно, металл сохраняет свою структуру, что увеличивает долговечность ковша. Область наибольших напряжений ковша - это сварное соединение задней и передней стенок, поэтому выбраны стали, сварку которых можно проводить в широком диапазоне, в том числе и низких, температур, причем сварной шов на этих сталях не требует дополнительной термообработки (отпуска).

Использование низколегированной стали для ответственных листовых конструкций для боковых стенок позволяет получить качественное сварное соединение литосварной конструкции ковша, к которому предъявляются требования высокой вязкости и прочности. А использование накладок из высокомарганцевой аустенитной стали предохраняет от истирания боковые стенки.

В целом, конструкция ковша экскаватора, основные части которого выполнены литыми, а сварные соединения использованы минимально, по сравнению с известными аналогами, обладает большей жесткостью и менее подвержена деформациям, т.е. обладает большей прочностью и долговечностью.

Ковш подвергается износу при ударе и скольжении по породе практически по всей поверхности, а наибольшие усилия возникают на зубьях и режущей кромке, учитывая размеры и мощность ковшей карьерных экскаваторов, выполнение зубьев цельнолитыми и наличие накладок на боковых стенках упрощает ремонт и сокращает его сроки.

Выполнение задней стенки цельнолитой с проушинами подвески ковша позволяет получить жесткую конструкцию, снизить напряжение в точках соединения и обеспечивает соосность проушин, чего достаточно сложно добиться при их наваривании.

Выполнение верхней части фиксатора в виде усеченного конуса облегчает его установку в отверстие на задней стенке, а угол между образующими основания и верхней части фиксатора ~15° является оптимальным.

Таким образом, сочетание материалов и выполнение частей позволяют получить ковш гидравлического карьерного экскаватора, обладающего высокими прочностными характеристиками, что соответствует технической задаче.