ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ГОРНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21C35/187 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к исполнительным органам проходческих и выемочных горных комбайнов, и может быть использовано при образовании выработок в горных породах.

Известен исполнительный орган горной машины, в котором подачу орошающей жидкости для охлаждения породоразрушающего инструмента и подавления пылеобразования на забое осуществляют непосредственно ко всем породоразрушающим инструментам режущей коронки (исполнительного органа горной машины) и непрерывно в процессе разрушения материала. Для ограничения количества орошающей жидкости, выходящей из сопел, в последних предусмотрена установка стержней, которые несколько сужают проходное сечение сопел (патент США N 4786111, кл. E 21 C 35/22, опубл. 1988).

К недостаткам известного устройства, с помощью которого реализуется предлагаемая технология, можно отнести повышенный расход орошающей жидкости, который обусловлен тем фактом, что подачу орошающей жидкости осуществляют ко всем породоразрушающим инструментам, в том числе и к тем, которые не находятся в контакте с разрушаемым материалом, то есть не требуют охлаждения. При этом уменьшение проходного сечения сопел не обеспечивает снижения расхода орошающей жидкости в достаточном объеме.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому техническому результату является исполнительный орган горной машины, который содержит корпус, закрепленные на корпусе резцедержатели, каждый из которых выполнен с продольным каналом для размещения державки резца и с рабочей камерой, каналы для подвода орошающей жидкости, каждый из которых сообщен с соответствующей рабочей камерой, резцы, каждый из которых установлен в продольном канале соответствующего резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения, каналы для подачи орошающей жидкости на забой, каждый из которых образован наружной боковой поверхностью державки резца и поверхностью стенок продольного канала в соответствующем резцедержателе, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях и запорные приспособления для перекрытия каналов для подачи орошающей жидкости (патент РФ N 2060387, кл. E 21 C 35/187, опубл. 1996).

Известное устройство частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку подача орошающей жидкости осуществляется только к тем породоразрушающим инструментам (резцам), которые находятся в контакте с разрушаемым материалом, нагреваются и требуют охлаждения. К недостаткам устройства можно отнести недостаточно эффективное охлаждение режущей части резца, поскольку орошающая жидкость, выходя из кольцевого канала, принимает его форму. Образованная орошающей жидкостью, кольцевая завеса эффективно подавляет пылеобразование на забой, но не позволяет осуществить охлаждение режущей части резца, поскольку непосредственно на режущую часть резца попадают только отраженные от забоя частицы орошающей жидкости. Указанное обстоятельство приводит к повышенному нагреву резца и, следовательно, к его преждевременному выходу из строя, что снижает эксплуатационную надежность исполнительного органа в целом.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого исполнительного органа горной машины, который обеспечивал бы высокоэффективное охлаждение резцов при одновременном сохранении оптимального пылеподавления продуктов разрушения. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в увеличении срока службы резцов за счет обеспечения охлаждения их режущей части.

Поставленная задача решена за счет того, что в исполнительном органе горной машины, которая включает корпус, закрепленные на корпусе резцедержатели, каждый из которых выполнен с продольным каналом для размещения державки резца и с рабочей камерой, каналы для подвода орошающей жидкости, каждый из которых сообщен с соответствующей рабочей камерой, резцы, каждый из которых установлен в продольном канале соответствующего резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения, каналы для подачи орошающей жидкости на забой, каждый из которых образован наружной боковой поверхностью державки резца и поверхностью стенок продольного канала в соответствующем резцедержателе, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях и запорные приспособления для перекрытия каналов для подачи орошающей жидкости, каждый резцедержатель выполнен с по меньшей мере одним дополнительным каналом для подачи орошающей жидкости на режущую часть по меньшей мере одного смежного резца, при этом каждый дополнительный канал сообщен с соответствующим каналом для подачи орошающей жидкости на забой и расположен под углом к последнему.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что в исполнительном органе горной машины каждое запорное приспособление выполнено в виде уплотнительного элемента, а каждая державка резца выполнена с проточкой для размещения соответствующего уплотнительного элемента, при этом уплотнительный элемент установлен с возможностью перекрытия входа канала для подачи орошающей жидкости на забой при отсутствии взаимодействия режущей части резца с разрушаемым материалом. При таком варианте конструктивного выполнения запорного приспособления обеспечивается простое и надежное перекрытие основного и дополнительного каналов для подачи орошающей жидкости соответственно на забой и на режущую часть резца при выходе резца из контакта с разрушаемым материалом.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что в исполнительном органе горной машины каждый резцедержатель выполнен с размещенным в рабочей камере и установленным на выходе соответствующего канала для подвода орошающей жидкости обратным клапаном, при этом державка резца установлена с возможностью взаимодействия с запорным органом обратного клапана для открытия последнего при взаимодействии режущей части резца с разрушаемым материалом. При таком варианте конструктивного выполнения исполнительного органа снижается расход орошающей жидкости в случае отрыва резцедержателя от корпуса исполнительного органа, поскольку обратный клапан перекрывает доступ орошающей жидкости в рабочую камеру.

На фиг. 1 изображен исполнительный орган горной машины; на фиг. 2 - резцедержатель с тангенциальным резцом, имеющим державку цилиндрической формы; на фиг. 3 - резцедержатель с радиальным резцом, имеющим державку призматической формы; на фиг. 4 - резцедержатель с тангенциальным резцом, имеющим державку цилиндрической формы; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 3 и на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 4.

Исполнительный орган горной машины содержит корпус 1, который может иметь форму тела вращения, например, цилиндра или конуса (на чертежах не изображен) или быть выполнен в виде шнека (фиг. 1). Корпус 1 может быть выполнен в виде единой детали или состоять из обечайки 2 и закрепленных на ее наружной поверхности лопастей 3. На корпусе 1 исполнительного органа закреплены с помощью разъемного, например посредством болтов или шпилек (на чертежах не изображены), или с помощью неразъемного соединения, например посредством сварки, резцедержатели 4. Резцедержатели 4 расположены на корпусе 1 исполнительного органа в определенном порядке, который определяется выбранной схемой разрушения материала. Наиболее предпочтительно расположение резцедержателей 4 на корпусе 1 по одной или нескольким винтовым линиям. В корпусе каждого резцедержателя 4 выполнен продольный канал 5 для размещения державки резца, например сквозной канал, и рабочая камера 6. Рабочая камера 6 может быть образована, например, поверхностью стенок расточки, выполненной в продольном канале 5, и наружной поверхностью корпуса 1. В корпусе 1 исполнительного органа выполнены каналы 7 для подвода орошающей жидкости, каждый из которых сообщен с соответствующей рабочей камерой 6. Каналы 7 для подвода орошающей жидкости гидравлически соединены с источником для подачи орошающей жидкости под давлением (на чертежах не изображен), который может быть выполнен, например, в виде водяного насоса. Выходной патрубок водяного насоса может быть сообщен с каналами 7 для подвода орошающей жидкости, например, с помощью трубопроводов (на чертежах не изображены), которые для защиты от механических повреждений продуктами разрушения могут быть закрыты ограждением (на чертежах не изображено). В каждом продольном канале 5 установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения резец 8. Выпадению резца 8 из продольного канала 5 резцедержателя 4 при перемещениях корпуса 1 исполнительного органа препятствует приспособление для фиксации резцов 8 в резцедержателях 4, которое может быть выполнено, например, для поворотных резцов в виде упругой втулки (на чертежах не изображена), которая может быть размещена в проточке на державке 9 резца 8, и для неповоротных резцов, например, в виде стержня 10 (фиг. 3), который установлен в поперечном канале 11 резцедержателя 4 с возможностью взаимодействия со стенками паза 12, выполненного в державке 9 резца 8. Наружная боковая поверхность державки 9 каждого резца 8 и поверхность стенок продольного канала 5 в соответствующем резцедержателе 4 образуют канал 13 для подачи орошающей жидкости на забой, который имеет преимущественно кольцевую форму. В рабочей камере 6 или в канале 7 для подвода орошающей жидкости размещено запорное приспособление для перекрытия канала 13 для подачи орошающей жидкости на забой. Запорное приспособление может быть выполнено, например, в виде гидравлического клапана (на чертежах не изображен), запорный орган которого кинематически связан с державкой 9 резца 8, установлен с возможностью перекрытия по управляющему сигналу соответствующего канала 13 и иметь любую известную конструкцию. В корпусе каждого резцедержателя 4 выполнен, по меньшей мере один, дополнительный канал 14 для подачи орошающей жидкости на режущую часть 15, по меньшей мере одного, смежного резца 8. Каждый дополнительный канал 14 для подачи орошающей жидкости на режущую часть 15 одного из смежных резцов 8 сообщен с соответствующим каналом 13 для подачи орошающей жидкости на забой и расположен под углом к последнему. На выходе дополнительного канала 14 может быть установлен сопловой аппарат (на чертежах не изображен), который обеспечивает формирование компактной струи орошающей жидкости, направленной на режущую часть 15 смежного резца 8, что обеспечивает его эффективное охлаждение. Следует отметить, что в зависимости от схемы расстановки резцов 8 на корпусе 1 исполнительного органа в корпусе каждого резцедержателя 4 может быть выполнено несколько дополнительных каналов 14 и, следовательно, режущая часть 15 каждого резца 8 может охлаждаться несколькими струями орошающей жидкости.

Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения исполнительного органа, при котором запорное приспособление для перекрытия канала 13 для подачи орошающей жидкости выполнено в виде размещенного в рабочей камере 6 уплотнительного элемента 16. При этом державка 9 каждого резца 8 выполнена с проточкой 17 для размещения уплотнительного элемента 16. Уплотнительный элемент 16 установлен с возможностью перекрытия входа канала 13 для подачи орошающей жидкости на забой при отсутствии взаимодействия режущей части 15 резца 8 с разрушаемым материалом. В этом случае приспособление для фиксации резцов в резцедержателях целесообразно выполнить в виде кольцевого элемента 18, который установлен в проточке 17 на державке 9. При этом уплотнительный элемент 16 установлен между кольцевым элементом 18 и торцевой стенкой проточки 17 с возможностью совместного перемещения с державкой 9 резца 8. Уплотнительные элементы 16 могут быть выполнены из упругого эластичного материала, например, резины. Каждый уплотнительный элемент 16 может быть выполнен в виде кольца, наружный диаметр которого равен диаметру продольного канала 5 для размещения державки 9 резца 8, а его внутренний диаметр равен наружному диаметру кольцевой проточки 17 на державке 9.

Один из вариантов конструктивного выполнения исполнительного органа горной машины предусматривает выполнение каждого резцедержателя 4 с размещенным в рабочей камере 6 и установленным на выходе соответствующего канала 7 для подвода орошающей жидкости обратным клапаном 19, корпус которого закреплен в гнезде, выполненном на корпусе 1 исполнительного органа. Соединение корпуса обратного клапана 19 с корпусом 1 исполнительного органа может быть выполнено, например, в виде резьбового соединения. Державка 9 резца 8 установлена с возможностью взаимодействия своим торцом с запорным органом 20 обратного клапана 19 для открытия последнего при взаимодействии режущей части 15 резца 8 с разрушаемым материалом. Запорный орган 20 подпружинен относительно корпуса обратного клапана 19 и может быть выполнен, например, в виде шарика. Следует отметить, что расстояние между торцевой поверхностью державки 9 каждого резца 8 и торцевой поверхностью запорного органа 20 обратного клапана по продольной оси симметрии резца 8 при максимальном выходе соответствующего резца 8 из продольного канала 5 в корпусе резцедержателя 4 должно превышать расстояние между опорной поверхностью резца 8 и опорной поверхностью резцедержателя 4 по той же оси.

При установке на исполнительном органе поворотных резцов 8 их державка 9 может быть выполнена цилиндрической формы (фиг. 2) и установлена с возможностью вращения вокруг своей продольной оси симметрии. При этом продольный канал 5 для размещения державки 9 в резцедержателе 4 также может иметь цилиндрическую форму и зазор между его стенками и наружной боковой поверхностью коаксиально размещенной в нем державки 9 образует канал 13 для подачи орошающей жидкости на забой кольцевой формы. Продольный канал 5 в резцедержателе 4 может быть выполнен с расположенной на его выходе расточкой 21 (фиг. 4), которая предназначена для размещения хвостовика режущей части 15 резца 8. Диаметр расточки 21 превышает диаметр хвостовика режущей части 15 резца 8. На опорной поверхности расточки 21 могут быть выполнены радиальные пазы 22, которые предназначены для прохода орошающей жидкости из кольцевого канала 13 между державкой 9 и стенками продольного канала 5 в выпускной канал 23 кольцевой формы, образованный стенками расточки 21 и наружной боковой поверхностью хвостовика режущей части 15 резца. При другом варианте конструктивного выполнения указанного узла в расточке 21 может быть установлена сменная шайба 24 (фиг. 6) с радиальными пазами 25, которые выполняют аналогичные функции. Количество радиальных пазов 22 и 25 соответственно в расточке 21 и/или сменной шайбе 24 должно быть не менее четырех и они должны быть равномерно расположены по периметру, обеспечивая равномерное поступление орошающей жидкости в выпускной канал 23. Длина расточки 21 в продольном канале 5 по его продольной оси симметрии предпочтительно должна превышать длину хвостовика режущей части 15 резца 8 по той же оси.

При установке на исполнительном органе горной машины неповоротных резцов 8, контур поперечного сечения державок 9 которых имеет форму прямоугольника (фиг. 3), контур канала 13 для подачи орошающей жидкости на забой имеет, преимущественно, кольцевую прямоугольную форму. При этом указанный канал 13 образован наружной боковой поверхностью державки 9 резца 8 и стенками продольного канала 5 в корпусе резцедержателя 4. Резец 8 целесообразно выполнить с упорным выступом 26, который расположен с возможностью взаимодействия с передней торцевой поверхностью 27 на корпусе резцедержателя 4. Стержень 11, обеспечивающий удержание резца 8 в резцедержателе 4, может быть выполнен с продольным пазом 28 для размещения уплотнительного элемента 16 (фиг. 3 и 5). При этом продольный паз 28 обращен к корпусу 1 исполнительного органа и его длина по продольной оси симметрии стержня 11 превышает длину продольного канала 5 в корпусе резцедержателя 4 по той же оси. При использовании на исполнительном органе неповоротных резцов 8 с державками, имеющими в поперечном сечении прямоугольную форму, уплотнительный элемент 16 закреплен в продольном пазу 28 стержня 10 и установлен с возможностью взаимодействия с торцом паза 12 в державке 9 при осевом перемещении резца 8. Уплотнительный элемент 16 может быть выполнен из упругого материала и иметь форму призмы. Поперечное сечение продольного паза 28, в стержне 10 соответствует поперечному сечению уплотнительного элемента 16 и может иметь форму прямоугольника, или треугольника, вершина которого ориентирована в направлении к продольной оси симметрии стержня 10, или трапеции, большее основание которой ориентировано в направлении к продольной оси симметрии стержня 11. Вход дополнительного канала 14 в корпусе резцедержателя 4 может быть расположен в полости, образованной стенками поперечного канала 11 в корпусе резцедержателя 4 и стенками паза 12 в державке 9 резца 8.

На режущей части 15 каждого резца 8 может быть закреплена вставка 29 из твердосплавного материала, например, с помощью пайки. Исполнительный орган горной машины работает следующим образом. При перемещении корпуса 1 исполнительного органа, например, при его одновременном вращении вокруг его продольной оси симметрии и поступательном перемещении во взаимодействие с разрушаемым материалом последовательно вступают резцы 8. При взаимодействии режущей части 15 соответствующего резца 8 с разрушаемым материалом происходит разрушение последнего. При этом под действием осевой нагрузки, возникающей при взаимодействии резца 8 с разрушаемым материалом, державка 9 резца 8 перемещается в продольном канале 5 корпуса резцедержателя 4. Предварительно включают источник для подачи орошающей жидкости и орошающая жидкость, в качестве которой может быть использована, например, вода, под давлением поступает по соответствующим трубопроводам через каналы 7 для подвода орошающей жидкости в каждую рабочую камеру 6. При отсутствии взаимодействия режущей части 15 резца 8 с разрушаемым материалом поступлению орошающей жидкости из рабочей камеры 6 в соответствующий канал 13 для подачи орошающей жидкости на забой препятствует запорное приспособление, которое перекрывает вход соответствующего канала 13. При взаимодействии режущей части 15 одного или группы резцов 8 с разрушаемым материалом под действием осевой нагрузки резец перемещается в продольном канале 5 в корпусе резцедержателя 4. Вместе с державкой 9 резца 8 перемещается и кинематически связанное с ней уплотнительный элемент 16 запорного приспособления, который открывает проход орошающей жидкости в канал 13 из рабочей камеры 6. При открытом проходе орошающей жидкости из каждой рабочей камеры 6 орошающая жидкость под давлением поступает в соответствующий канал 13 для подачи орошающей жидкости на забой. Из каждого канала 13 часть орошающей жидкости поступает кольцевой струей непосредственно на забой, осуществляя пылеподавление и предотвращая искрообразование в зоне взаимодействия резца 8 с разрушаемым материалом, а часть ее через, по меньшей мере один, дополнительный канал 14 поступает на режущую часть 15, по меньшей мере одного, смежного резца 8, осуществляя его охлаждение. При этом соотношение между расходами орошающей жидкости, поступающей для пылеподавления на забое и для охлаждения резца 8, определяется экспериментально в зависимости от физико-механических свойств разрушаемого материала, типа породоразрушающего инструмента, схемы расстановки породоразрушающих инструментов на корпусе 1 исполнительного органа горной машины и других параметров. Следует отметить, что изменение указанного соотношения расходов орошающей жидкости может быть произведено путем изменения проходного сечения соответственно канала 13 для подачи орошающей жидкости на забой или дополнительных каналов 14 путем установки в них регулируемых дросселей (на чертежах не изображены). При выходе режущей части 15 соответствующего резца 8 из взаимодействия с разрушаемым материалом осевая нагрузка на резец снижается до минимума и под действием давления орошающей жидкости на расположенный в рабочей камере 6 торец державки 9 резца 8 последний перемещается в продольном канале 5 корпуса резцедержателя 4. Указанное перемещение происходит до перекрытия уплотнительным элементом 16 запорного приспособления входа в канал 13 для подачи орошающей жидкости на забой. При дальнейшем перемещении корпуса 1 исполнительного органа процесс подачи и прекращения подачи орошающей жидкости к резцу 8 или группе резцов 8 будет чередоваться в зависимости от того, находится ли данный резец 8 или группа резцов 8 во взаимодействии с разрушаемым материалом или нет.

При варианте конструктивного выполнения исполнительного органа горной машины, при котором каждый резцедержатель 4 выполнен с обратным клапаном 19, схема подачи орошающей жидкости на забой и на охлаждение резцов 8 не изменится, поскольку под действием нагрузки при осевом перемещении резца 8 он торцом своей державки 9 воздействует на запорный орган 20 обратного клапана 19 и открывает проход орошающей жидкости из канала 7 в соответствующую рабочую камеру 6. Однако, в случае отрыва корпуса резцедержателя 4 от корпуса 1 исполнительного органа или при потере резца 8, например, из-за поломки приспособления для фиксации резцов 8 в резцедержателях 4, то есть в том случае, когда уплотнительный элемент 16 запорного приспособления не обеспечивает перекрытие входа канала 13, под действием давления орошающей жидкости и пружины запорный орган 20 обратного клапана 19 перекрывает выход соответствующего канала 7 для подвода орошающей жидкости. При этом прекращается поступление орошающей жидкости из канала 7 в рабочую камеру 6, что предотвращает утечки орошающей жидкости при отрыве резцедержателя 4 от корпуса 1 исполнительного органа и позволяет продолжить работу исполнительного органа без падения давления в системе подачи орошающей жидкости.

Сущность изобретения: исполнительный орган горной машины содержит корпус, резцедержатели, каналы для подвода и для подачи орошающей жидкости, резцы с державками, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях и запорные приспособления для перекрытия каналов для подачи орошающей жидкости. Резцедержатели закреплены на корпусе. Каждый резцедержатель выполнен с продольным каналом для размещения державки резца и с рабочей камерой. Каждый канал для подвода орошающей жидкости сообщен с соответствующей рабочей камерой. Каждый резец установлен в продольном канале соответствующего резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения. Каждый канал для подачи орошающей жидкости образован наружной боковой поверхностью державки резца и поверхностью стенок продольного канала в соответствующем резцедержателе. Каждый резцедержатель выполнен с, по меньшей мере одним, дополнительным каналом для подачи орошающей жидкости на режущую часть по меньшей мере одного, смежного резца. Каждый дополнительный канал сообщен с соответствующим каналом для подачи орошающей жидкости на забой и расположен под углом к последнему. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Исполнительный орган горной машины, включающий корпус, закрепленные на корпусе резцедержатели, каждый из которых выполнен с продольным каналом для размещения державки резца и с рабочей камерой, каналы для подвода орошающей жидкости, каждый из которых сообщен с соответствующей рабочей камерой, резцы, каждый из которых установлен в продольном канале соответствующего резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения, каналы для подачи орошающей жидкости на забой, каждый из которых образован наружной боковой поверхностью державки резца и поверхностью стенок продольного канала в соответствующем резцедержателе, приспособления для фиксации резцов в резцедержателях и запорные приспособления для перекрытия каналов для подачи орошающей жидкости, отличающийся тем, что каждый резцедержатель выполнен с по меньшей мере одним дополнительным каналом для подачи орошающей жидкости на режущую часть по меньшей мере одного смежного резца, при этом каждый дополнительный канал сообщен с соответствующим каналом для подачи орошающей жидкости на забой и расположен под углом к последнему. 2. Исполнительный орган по п.1, отличающийся тем, что каждое запорное приспособление выполнено в виде уплотнительного элемента, а каждая державка резца выполнена с проточкой для размещения соответствующего уплотнительного элемента, при этом уплотнительный элемент установлен с возможностью перекрытия входа канала для подачи орошающей жидкости на забой при отсутствии взаимодействия режущей части резца с разрушаемым материалом. 3. Исполнительный орган по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждый резцедержатель выполнен с размещенным в рабочей камере и установленным на выходе соответствующего канала для подвода орошающей жидкости обратным клапаном, при этом державка резца установлена с возможностью взаимодействия с запорным органом обратного клапана для открытия последнего при взаимодействии режущей части резца с разрушаемым материалом.