ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ (ТИП:Б-97) Российский патент 1998 года по МПК E02F9/28 E21C35/18 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оснащения рабочих органов горных и землеройных машин.

Известен породоразрушающий инструмент для хромоникельмолибденового стального литья, включающий хвостовик и клинообразную рабочую часть, образованную волнообразной передней поверхностью, оснащенной электродами в форме наростов с каплеобразным профилем и стабилизатором,задней волнообразной поверхностью, оснащенной выкалывающим элементом, фигурным продольным пазом,и боковыми поверхностями [1]
Недостатком аналога является то, что при работе только часть электромагнитной энергии выводится электродами из зоны смятия разрушаемой породы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является породоразрушающий инструмент из хромоникельмолибденового стального литья, включающий хвостовик и клинообразную рабочую часть, образованную волнообразной передней поверхностью, оснащенной электродами в форме наростов с каплеобразным профилем и стабилизатором, задней волнообразной поверхностью, оснащенной выкалывающим элементом, фигурным продольным пазом с дополнительными наклонными пазами, рассекателем потока и ультразвуковым генератором,и боковыми поверхностями, оснащенными электродами в форме наростов с каплеобразным профилем [2]
Недостатком прототипа является то, что электроды передней и боковых поверхностей за счет вывода электромагнитной энергии из зоны смятия разрушаемой породы предотвращают образование крупного абразива только на 60-80%
Цель изобретения повышение долговечности за счет увеличения надежности контактирования электродов с разрушаемой породой для вывода электромагнитной энергии из зоны смятия породы и предотвращения тем самым образования абразивных зерен.

Указанная цель достигается тем, что породоразрушающий инструмент из хромоникельмолибденового стального литья включает хвостовик и клинообразную рабочую часть, образованную волнообразной передней поверхностью, оснащенной электродами в форме наростов с каплеобразным профилем и стабилизатором; задней волнообразной поверхностью, оснащенной выкалывающим элементом, фигурным продольным пазом с дополнительными наклонными пазами, рассекателем потока и ультразвуковым генератором,и боковыми поверхностями,оснащенными электродами в форме наростов с каплеобразным профилем, причем электроды в форме наростов с каплеобразным профилем передней и боковых поверхностей снабжены поперечными изогнутыми под углом 90-160^o противоположно движению инструмента пазами прямоугольного сечения с шагом, равным 0,3-0,4 высоты H электродов; а электроды в форме наростов с каплеобразным профилем передней поверхности к тому же снабжены с обеих сторон расходящимися под углом в 8-20^o относительно продольной оси симметрии рядами цилиндрических наростов с диаметром и высотой, равной 0,2-0,3 высоты H электродов, и с шагом,равным 0,9-1,2 высоты H электродов, отстоящих на минимальном расстоянии "а" от боковых поверхностей электродов, равном высоте электродов H.

Сущность изобретения состоит в том, что предлагается увеличить площадь контакта электродов в форме наростов с каплеобразным профилем, выводящим электромагнитную энергию из диспергированной разрушенной массы породы зоны смятия, а также предотвратить флуктацию турболизированных вихрей в боковые стороны с поверхности электродов передней поверхности инструмента для мгновенного вывода электромагнитной энергии.

В настоящее время площадь контакта электродов -наростов с каплеобразным профилем недостаточна для мгновенного вывода электромагнитной энергии из зоны смятия разрушаемой массы. Так как пьезоэффекты на субзернах, например двуокиси кремния, в зоне смятия вызывают разогрев до 3500^oC, то происходит мгновенное спекание субзерен до зерен с габаритами 0,3-1,2 мм, которые являются наиболее опасным абразивом.

К тому же имеющиеся решения по предотвращению флуктуаций турбулизированных вихрей в поперечной плоскости как на поверхности электродов, так и в зоне установки электродов за счет, например, продольных пазов (патент СССР N 1799959) недостаточно эффективны. В результате некачественного контактирования турбулизированных вихрей с рабочей поверхностью инструмента не вся электромагнитная энергия выводится мгновенно, что приводит к спеканию субзерен в абразивные зерна.

Решение о создании своеобразного "протектора" на верхних поверхностях электродов в форме наростов с каплеобразным профилем, обеспечивающего к тому же направленное движение и "рифленого бордюра" из расходящихся рядов цилиндрических наростов с двух сторон электродов передней поверхности повышающих продольную направленность движения турбулизированного слоя позволяет предотвратить спекание субзерен в абразивные зерна на 95-100%
В плане точка пересечения осей расходящихся под углом 8-20^o рядов цилиндрических наростов должна находиться перед носком электрода передней поверхности на расстоянии "е", равном 7-14 высоты H электрода. При этом в расходящихся рядах устанавливаются от 2 до 3-х цилиндрических нароста с шагом, равным 0,9-1,2 высоты H электродов.

Как известно, субзерна, двигающиеся без флуктуаций по поверхности инструмента, обеспечивают упругую гидродинамическую смазку, то есть повышается долговечность инструмента.

Совокупность признаков позволяет получить существенное снижение абразивного износа в процессе эксплуатации породоразрушающего инструмента.

Отличительные признаки не обнаружены в известных технических решениях, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 дан общий вид породоразрушающего инструмента (коронки рыхлителя бульдозера) в изометрии; на фиг. 2 вид на породоразрушающий инструмент в плане сверху; на фиг. 3 профиль породоразрушающего инструмента, взаимодействующего с породой и пограничным турбулизированным слоем; на фиг. 4 вид в плане сверху на породоразрушающий инструмент, взаимодействующий с турбулизированными вихрями; на фиг. 5 профиль прототипа породоразрушающего инструмента, взаимодействующего с породой и пограничным турбулизированным слоем; на фиг. 6 вид в плане сверху на прототип породоразрушающего инструмента, взаимодействующего с турбулизированными вихрями, подверженными флуктуации в поперечной плоскости.

Породоразрушающий инструмент из хромоникельмолибденового стального литья 1 включает хвостовик 2 и клинообразную рабочую часть 3, образованную волнообразной передней поверхностью 4,оснащенной электродами в форме наростов с каплеобразным профилем 5 и стабилизатором 6, задней волнообразной поверхностью 7,оснащенной выкалывающим элементом 8, фигурным продольным пазом 9 с дополнительными наклонными пазами 10, рассекателем потока 11 и ультразвуковым генератором 12, и боковыми поверхностями 13,оснащенными электродами в форме наростов с каплеобразным профилем 14, причем электроды в форме наростов с каплеобразным профилем 5 и 14 передней и боковых поверхностей снабжены поперечными изогнутыми под углом ϕ 90-160^o противоположным движению инструмента пазами 15 прямоугольного сечения с шагом l, равным 0,3-0,4 высоты H электродов 5 или 14, а электроды в форме наростов с каплеобразным профилем 5 передней поверхности 4 к тому же снабжены с обеих сторон расходящимися под углом a 8-10^o относительно продольной оси симметрии рядами цилиндрических наростов 16 с диаметром d и высотой h, равными 0,2-0,3 высоты H электродов 5 или 14 с шагом b, равным 0,9-1,2 высоты H электродов 5 или 14, отстоящих на минимальном расстоянии "а" от боковых поверхностей 17 электродов 5, равном высоте H электродов 5.

В процессе работы породоразрушающий инструмент с геодинамическим профилем типа Б-97 из хромоникельмолибденового стального листа 1 внедряется в породу и формирует перед выкалывающим элементом 8 зону смятия 18, в которой из-за периодического сжатия субзерен диаметра 0,01-0,03 мм разрушаемой породы, например субзерен двуокиси кремния, возникает пьезоэффект. Перед электродами в форме наростов с каплеобразным профилем 5 или 14 передней 4 или боковых 13 поверхностей из-за возникновения повышенного давления инициируется турбулизация вихрей 19 из диспергированной массы и одновременно вызывается образование подслоя Кнудсена 20, который провоцирует флуктуацию 21 турбулизированных вихрей 19 в поперечной плоскости.

Изогнутость поперечных пазов 15, а также наличие расходящихся под углом a 8-20^o относительно продольной оси рядов цилиндрических наростов 17 с диаметром и высотой, равной 0,2-0,3 H и шагом,равным 0,9-1,2 H, отстоящих на минимальном расстоянии "а" от боковых поверхностей 18 электродов 5, обеспечивает стабилизацию движения вихрей 19 вдоль породоразрушающего инструмента, предотвращая их поперечную флуктуацию.

Поэтому создающееся электромагнитное поле, которое могло бы разогреть диспергированную массу в зоне смятия породы до 3500^oC, мгновенно выводится электродами 5 и 4 в форме наростов с каплеобразным профилем, так как обеспечивается повышенная поверхность контактирования и направленное движение турбулизированных вихрей 19 без флуктуации в поперечной плоскости. При этом температура разогрева диспергированной массы в зоне смятия снижается мгновенно до 600-800^oC, что предотвращает спекание субзерен пьезоэлектриков в зерна абразива диаметром 0,3-1,2 мм.

Тем самым предотвращаются и сдвиговые деформации в металле поверхностного слоя инструмента, связанные с высокотемпературным окислением.

В результате турбулизированные вихри 19 практически состоят на 95-100% из субзерен разрушаемой породы, что создает в совокупности с оксидами металла инструмента упругую гидродинамическую смазку, существенно уменьшающую величину сопротивления движению разрушаемой массы породы и увеличивающая долговечность породоразрушающего инструмента.

В среднем долговечность породоразрушающего инструмента увеличивается в 1,3-1,7 раз относительно долговечности прототипа и в 9-14 раз относительно долговечности серийных конструкций с клиновидным профилем отечественного и импортного производства.

Породоразрушающий инструмент относится к горной промышленности и может быть использован для оснащения рабочих органов горных и землеройных машин. Сущность изобретения: породоразрушающий инструмент имеет хвостовик и клинообразную рабочую часть с электродами в форме наростов с каплеобразным профилем и ультразвуковым генератором. Для повышения долговечности инструмента за счет снижения износа электроды в форме наростов с каплеобразным профилем имеют дополнительные пазы прямоугольного сечения, а также дополнительные цилиндрические наросты. 6 ил.

Породоразрушающий инструмент из хромоникельмолибденового стального литья, включающий хвостовик и клинообразную рабочую часть, образованную волнообразной передней поверхностью, оснащенной электродами в форме наростов с каплеобразным профилем и стабилизатором, задней волнообразной поверхностью, оснащенной выкалывающим элементом, фигурным продольным пазом с дополнительными наклонными пазами, рассекателем потока и ультразвуковым генератором, и боковыми поверхностями, оснащенными электродами в форме наростов с каплеобразным профилем, отличающийся тем, что электроды в форме наростов с каплеобразным профилем передней и боковых поверхностей снабжены поперечными изогнутыми под углом 90 160^o противоположным движению инструмента пазами прямоугольного сечения с шагом, равным 0,3 0,4 высоты электродов, а электроды в форме наростов с каплеобразным профилем передней поверхности к тому же снабжены с обеих сторон расходящимися под углом в 8 20^o относительно продольной оси симметрии рядами цилиндрических наростов с диаметром и высотой, равной 0,2 - 0,3 высоты электродов, и с шагом, равным 0,9 1,2 высоты электродов, отстоящих на минимальном расстоянии от боковых поверхностей электродов, равном высоте электродов.