РЕЗЕЦ ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК E21C35/18 

Изобретение относится к резцам для разрушения угля и горных пород и может быть использовано преимущественно в горных машинах, предназначенных для работы по смешанным углепородным и породным забоям слабой и средней крепости горных пород.

Известен резец ШБМ2С-1-1-04, предназначенный для оснащения исполнительных органов проходческих комбайнов по угольным и соляным забоям, на торцевых частях шнековых исполнительных органов очистных комбайнов, на разрушающих инструментах буровых станков (Крапивин М.Г. Раков И.Я. Сысоев Н.И. Горные инструменты. М. "Недра", 1990, с. 38, рис. 2.9).

Резец включает головку, армированную твердосплавной пластиной с передней гранью плоской формы, главную режущую кромку в виде прямой линии, боковые режущие кромки также в виде прямых линий, выполненные под острым углом к продольной оси резца в сторону главной режущей кромки и хвостовик.

Недостатками известного резца является низкая стойкость и прочность твердосплавной пластины, главной режущей кромки и уголков, соединяющих главные и боковые режущие кромки, недостаточная прочность корпуса ниже основания твердосплавной пластины, что приводит к его истиранию, износу, уменьшению размеров, а, следовательно, к изгибанию и разрушению резца.

Известен резец РК-8Б предназначенный для забоев с присечкой пород с коэффициентом крепости f до 5 (В.Г.Михайлов, М.Г.Крапивин. Горные инструменты. М. "Недра", 1970, с. 33, рис.16б). Твердосплавная пластина режущей головки имеет закругленную главную режущую кромку, а круглый конусный хвостовик резца выполнен повышенной прочности.

У обоих вышеназванных резцов державки практически отсутствуют и головки резцов с твердосплавными пластинами непосредственно переходят в круглые конусные хвостовики, что отрицательно сказывается на производительности разрушения горного массива. Кроме того твердосплавные пластины с плоскими передними гранями часто разрушаются.

Известен резец ЭР2.80, предназначенный для оснащения очистных угольных комбайнов, имеющих в качестве исполнительного органа барабаны с вертикальной осью вращения для выемки углей любой абразивности и крепости, крепость возможных породных включений до f=3 (М.Г.Крапивин, И.Я.Раков и Н.И.Сысоев. Горные инструменты. М. "Недра", 1990, с. 26, рис. 2.6). Применяется на конвейеростругах и проходческих комбайнах. Пластина твердого сплава имеет клиновидную переднюю поверхность с ребром клина, выполненным по продольной оси твердосплавной пластины, главной режущей кромкой в виде ломаной линии с острым углом у вершины пера.

Недостатком известного резца является неоптимальность геометрических параметров и вида передней грани твердосплавной пластины, а также выполнения главных режущих и боковых кромок относительно друг друга, в том числе недостаточная прочность главной режущей кромки у вершины пластины и уголков, соединяющих главные режущие и боковые кромки, передняя грань пластины у которых выполнена плоской, что снижает плоскость резца, требует его замены, следовательно, снижается производительность горной массы.

Известен резец для разрушения угля и горных пород (а.с. N 495436, кл. Е 25/38, 1971 г.), включающий головку, армированную твердосплавной пластиной с центральным продольным выступом на передней грани и главной режущей кромкой скругленной формы с целью уменьшения энергоемкости разрушения горного массива и уменьшения сопротивления выходу разрушенной горной массы из зоны разрушения.

Недостатками известного резца являются неоптимальность геометрических параметров передней грани твердосплавной пластины и износ державки резца ниже пластины.

Целью предлагаемого изобретения является: повышение стойкости в производительности резца. Повышение стойкости резца достигается как по главной режущей кромке, так и по передней грани у главной режущей кромки, в месте наиболее нагруженном при разрушении горного массива; повышение прочности передней грани на переходе боковых режущих кромок в боковые скалывающие кромки повышение прочности уголков твердосплавной пластины, служащих для подрезания расширения прорезаемой цели до размеров, превышающих размеры державки ниже основания твердосплавной пластины; повышение износостойкости и прочности державки ниже основания твердосплавной пластины, т.к. глубина прорезаемой режущей головки резца канавки щели превышает длину твердосплавной пластины; расширение области применения резца. Так как заявленный резец предназначен для разрушения горного массива путем резания отрезания (берцовые фрезы, торцевые части шнеков, отрезные диски, разрушающие элементы при бурении скважин), то эффективной конструкции и оптимальности параметров режуще-разрушающей части резца придается главное, первостепенное значение с учетом сохранения режущей способности при высокой прочности. Кроме того необходимо увеличить долговечность работы резца без частого восстановления и замены его, глубину срезаемой рабочим органом стружки, т.е. повысить производительность разрушения горного массива. В резце с передней гранью выпуклой формы в виде нескольких клинов повышенная прочность твердосплавной пластины объясняется способностью при взаимодействии с горной породой смещать равнодействующую сил от вершин главных и боковых режущих кромок в наиболее прочную срединную часть твердосплавной пластины и уменьшать разрушающее действие изгибающего момента на формирование напряжений в твердосплавной пластине.

Сущность изобретения состоит в том, что в резце для горных машин, включающем разрушающую головку армированную твердосплавной пластиной с главной режущей кромкой выпуклой криволинейной формы, боковыми кромками в виде выпуклой ломаной линии, выполненными под острым углом к продольной оси резца в противоположных направлениях, передней гранью плосковыпуклой формы, державку и хвостовик передняя грань разрушающей части твердосплавной пластины выполнена в виде тройного тупоугольного клина с пересечением ребер в одной точке, лежащей на главном продольном ребре на уровне точек перегиба линий боковых кромок.

Кроме того главное продольное ребро может быть образовано пересечением двух наклонных плоскостей с цилиндрической поверхностью малого радиуса, соответствующего радиусу закругления главной режущей кромки.

А также в зависимости от физико-механических параметров горного массива отношение радиуса скругления главной режущей кромки к ширине твердосплавной пластины по точкам перегиба может составлять 0,4-0,8, передний угол по главному продольному ребру может быть выполнен положительным, нулевым или отрицательным, а угол поворота граней главного продольного клина относительно задней грани твердосплавной пластины составляет не более 30^o.

С целью упрочнения резца, повышения прочности закрепления твердосплавной пластины на державке путем повышения общей поверхности паяного соединения нижняя наклонная плоская передняя часть твердосплавной пластины в форме треугольника входит в паз державки, а державка выполнена расширяющейся в направлении от основания твердосплавной пластины к хвостовику резца, при этом отношение углов конусности расширяющейся части державки и боковых главных режущих кромок составляет от 0,2 до 0,4, причем передняя грань державки ниже твердосплавной пластины соответствует по форме разрушающей части передней грани пластины по продольному клину и является ее продолжением.

Cущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показаны три типоразмера твердосплавной вставки; на фиг.2 два вида резца (общий и сбоку) с цилиндрическим сечением хвостовика, а на фиг.3 с прямоугольным сечением хвостовика. На разрушающей головке 1 резца (фиг.2 и 3), установлена твердосплавная пластина 2 с главной режущей кромкой 3 выпуклой криволинейной формы, боковыми кромками 4 и 5 в виде выпуклой ломаной линии, выполненными под острыми углами β и β₁, фиг.1 к продольной оси резца в противоположных направлениях, передней гранью 6 плосковыпуклой формы, державку 7 и хвостовик 8, фиг. 2, 3. Передняя грань выполнена в виде тройного клина с пересечением ребер 9, фиг. 1 в одной точке 10, лежащей на главном продольном ребре 11 (фиг. 2, 3) на уровне точек перегиба 12 линий боковых кромок 4 и 5. Нижняя наклонная плоская передняя часть 13 твердосплавной пластины 2 (у основания) в форме треугольника входит в паз державки 7. На передней грани державки, расширяющейся в направлении от основания твердосплавной пластины 3 к хвостовику 8, фиг.2, 3, выполнен клин 14, соответствующий по форме разрушающей части передней грани пластины 3 и являющейся ее продолжением по продольному клину.

Резец работает следующим образом. Главная режущая кромка, выполненная выпуклой криволинейной формы с опережением в вершине и оптимальными геометрическими параметрами клином внедряется в горный массив, что обеспечивает более высокую прочность передней грани, предотвращающей не только выкрашивание по главной режущей кромке и позволяет ей более продолжительное время оставаться острой, а следовательно сохранять высокие режущие свойства, но и устранить сколы твердого сплава, табл.1.

По условию высокой прочности заявляемого резца целесообразно выполнять в виде клина не на всю длину твердосплавной глубины контакта передней грани с горным массивом, толщина срезаемой стружки и сохранения прочности твердосплавной пластины под действием изгибающего момента. При разрушении горного массива резцом глубина прорезаемой канавки достигает 40-60 мм, поэтому наряду с геометрическими параметрами твердосплавной пластины у вершины, по главным и боковым режущим кромкам большую роль играет и прочность пластины по передней грани у боковых подрезающих, расширяющих cкалывающих углов твердосплавной пластины, позволяющих прорезать в горном массиве канавку увеличенного по ширине размера при внедрении резца в горный массив, и подрезать стенки канавки при движении заглубленного в горный массив резца, почти у самого основания канавки, что значительно ослабляет прочность целичков между канавками и способствует их разрушению, значительно уменьшает боковые усилия трения резцом о горный массив, предохраняет державку, ниже твердосплавной пластины, от износа-истирания и вследствие этого уменьшает выход резцов из строя. Поэтому передняя грань твердосплавной пластины в направлении от вершин этих двух боковых подрезных уголков к продольной оси резца выполнена также в виде тупоугольных клинов, что значительно повышает их прочность. Выполнение твердосплавной пластины с передней гранью в виде тройного тупоугольного клина с пересечением их ребер в одной точке, в наиболее толстой, прочной части пластины, позволяет концентрировать возникающие изгибающие напряжения именно в этом прочном месте твердосплавной пластины, в точке, лежащей на главном продольном ребре, что значительно повышает прочность твердосплавной пластины, а следовательно, и долговечность работы резца.

Одним из важных признаков, обеспечивающих внедрение резца с минимальными оптимальными затратами энергии в горный массив и разрушение его, а также сохранение целостности державки от износа является соотношение углов конусности, относительно продольной оси резца, боковых главных режущих кромок β твердосплавной пластины и боковых граней державки j, табл.2.

В зависимости от физико-механических параметров разрушаемых углей или горных пород существует оптимальный угол b как сточки зрения внедрения, так и перекрытия защиты державки от износа, так и угол j с точки зрения прочности державки у основания твердосплавной пластины.

При минимальной величине отношений j/β=0,1, что соответствует практически увеличению угла поворота b боковых режущих кромок развороту их, при этом ширина прорезаемой в горном массиве канавки получается больше большого основания державки и прекращается ее истирание, но при этом, вследствие увеличения размеров по ширине твердосплавной пластины в точках перегиба боковых кромок, происходит затруднение внедрения широкого резца в горный массив, увеличение энергоемкости разрушения горного массива. Причем уголки твердосплавной пластины, вершины которых находятся в точках перегиба боковых кромок, становятся более острыми менее прочными, что также отрицательно влияет на прочность твердосплавной пластины.

Оптимальные величины отношений j/β=0,2-0,4 обеспечивают выполнение резца более узким, хорошее внедрение его в горный массив.

Чрезмерное увеличение этой величины, равной 0,5, делает резец по твердосплавной пластине слишком узким, что обеспечивает хорошее внедрение резца в горный массив, но при этом резко снижается его прочность, кроме того резко возрастает износ державки ниже твердосплавной пластины, что приводит к ее излому и выходу резца из строя, т.к. державка становится незащищенной твердым сплавом размеры державки по ширине больше размеров твердосплавной пластины по ширине.

Все вышеприведенное говорит о том, что оптимальные формы передней грани и ее геометрические параметры обеспечивают успешное разрушение в режиме резания скалывания горного массива с минимальными энергозатратами при сохранении высоких износостойких и прочностных свойств заявляемого резца и, следовательно, увеличение его долговечности и производительности.

Использование: преимущественно в горных машинах, предназначенных для разрушения угольного и угольно-породного массивов. Сущность изобретения: резец для горных машин, включающий головку, армированную твердосплавной пластиной с главной режущей кромкой выпуклой криволинейной формы, передней гранью плоско-выпуклой формы, боковыми кромками в виде выпуклой ломаной линии. Новым в резце является то, что передняя грань разрушающей части твердосплавной пластины выполнена в виде тройного тупоугольного клина с пересечением ребер в одной точке, лежащей на главном продольном ребре на уровне точек перегиба линий боковых кромок. Положительный эффект: повышение производительности разрушения и долговечности работы резца. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

1. Резец для горных машин, включающий разрушающую головку, армированную твердосплавной пластиной с главной режущей кромкой выпуклой криволинейной формы, боковыми кромками в виде выпуклой ломаной линии, выполненными под острым углом к продольной оси резца в противоположных направлениях, передней гранью плосковыпуклой формы, державку и хвостовик, отличающийся тем, что передняя грань разрушающей части твердосплавной пластины выполнена в виде тройного тупоугольного клина с пересечением ребер в одной точке, лежащей на главном продольном ребре на уровне точек перегиба линий боковых кромок. 2. Резец по п.1, отличающийся тем, что главное продольное ребро образовано пересечением двух наклонных плоскостей с цилиндрической поверхностью малого радиуса, соответствующего радиусу скругления главной режущей кромки резца. 3. Резец по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в зависимости от физико-механических параметров горного массива отношение радиуса скругления главной режущей кромки к ширине твердосплавной пластины по точкам перегиба составляет 0,4 0,8. 4. Резец по пп.1 3, отличающийся тем, что в зависимости от физико-механических параметров горного массива передний угол по главному продольному ребру твердосплавной пластины, а также угол установки пластины на разрушающей головке резца могут быть выполнены положительными, нулевыми или отрицательными. 5. Резец по пп.1 4, отличающийся тем, что угол поворота граней главного продольного клина относительно задней грани твердосплавной пластины составляет не более 30^o. 6. Резец по пп.1 5, отличающийся тем, что нижняя наклонная плоская передняя часть твердосплавной пластины в форме треугольника входит в паз державки. 7. Резец по пп.1 6, отличающийся тем, что державка выполнена расширяющейся в направлении от основания твердосплавной пластины к хвостовику резца. 8. Резец по пп. 1 7, отличающийся тем, что отношение углов конусности расширяющейся части державки и боковых главных режущих кромок составляет 0,2
0,4. 9. Резец по пп.1 8, отличающийся тем, что передняя грань державки ниже твердосплавной пластины соответствует по форме разрушающей части передней грани пластины по продольному клину и является ее продолжением. 10. Резец по пп.1 9, отличающийся тем, что в зависимости от предназначения, типов рабочего органа горной машины хвостовик резца может быть выполнен в сечении круглым, прямоугольным или иной формы.