ТАНГЕНЦИАЛЬНЫЙ ПОВОРОТНЫЙ РЕЗЕЦ Российский патент 2003 года по МПК E21C35/18 

Изобретение относится к горному делу, а конкретнее, к резцам для очистных и проходческих комбайнов.

Известен вращающийся или поворотный резец типа РКС [1, стр. 51, рис. 3.16, б], применяемый на проходческих комбайнах. Схема установки резцов РКС 1 показана в [2, стр. 18, рис. 1.4], там же на стр. 18 даны основные параметры этих резцов: угол заострения, диаметр, осевой вылет.

Недостатком таких резцов является то обстоятельство, что вследствие износа стального корпуса керн твердого сплава обнажается и выпадает или выкрашивается [1, стр. 51, строки со второй сверху].

Наиболее близким к заявленному можно отнести тангенциальный поворотный резец, описанный в ([3], стр. 5, рис.3). Он содержит корпус, твердосплавную вставку, опорно-поворотную часть для установки в кулаке рабочего органа комбайна.

Недостатком такого резца является выполнение рабочей части твердосплавной вставки - заостренной, т.е. в виде поверхности содержащей коническую точку. Известно ([4] , стр.640, 13-ая строка снизу), что поверхности, реализуемые физически, могут лишаться касательной плоскости в так называемых конических точках. Такие точки всегда являются концентраторами напряжений в физическом теле и тела, не имеющие в таких точках площади сечения, не могут сопротивляться воздействию нагрузок, что приводит к разрушению тел.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение на рабочих поверхностях резцов концентраторов напряжений. В основе нового решения лежит идея исключения на лезвии резца конических точек. Это может быть достигнуто выполнением поверхности вставки в таком виде, при котором на ней исключаются конические точки, т.е. она во всех сечениях описывается монотонной функцией в широком смысле ([5],стр. 275, 6-ая строка сверху и сноска внизу страницы). Такие поверхности называют гладкими (см. [6], стр. 159 в статье "гладкость", 10-ая строка сверху).

Использование в качестве воздействующей поверхности - сферической не целесообразно в связи с ее малой гауссовой кривизной в месте контакта ([5], стр. 263, 15-ая строка сверху). Необходимо применять более "острые" поверхности. Такой острой поверхностью в физическом теле может быть выбран вытянутый полуэллипсоид вращения ([5] стр.229, рис.214, и стр.228, первая и вторая строки под рис.212). Основными параметрами вытянутого эллипсоида являются его полуоси "а" и "с", причем для такого эллипсоида всегда а<с, ([5] стр. 228, первая строка под рис. 212). Чем более с/а тем, естественно, "острее" становится физическое тело. Оптимальным для использования в тангенциальном повортном резце может быть принято отношение с/а вблизи значения 2, т.е. от 1,8 до 2,2. Посадочная часть вставки должна обеспечивать надежное закрепление ее в корпусе резца. Представляется целесообразным выполнить ее в виде усеченного конуса, причем угол конусности α должен обеспечивать упругое самоторможение вставки в корпусе. Известно ([7] стр.266, 7-ая строка снизу), что углами самоторможения металлических соединений являются в среднем углы не более 3^o. В связи с этим целесообразно использовать угол конусности вставки для ее закрепления путем пайки или путем обеспечения натяга - в диапазоне 0^o<α≤3^o.

Решение задачи достигается тем, что в тангенциальном повортном резце, включающем корпус, твердосплавную вставку, опорно-поворотную часть и хвостовик, твердосплавная вставка выполнена двухступенчатой, причем одна из ступеней - рабочая имеет гладкую поверхность в виде вытянутого полуэллипсоида вращения с отношением полуосей с/а, равным 1,8..2,2, а вторая ступень - посадочная представляет собой усеченный конус с углом конусности 0^o<α≤3^o.

Предлагаемый тангенциальный поворотный резец показан на чертеже, где обозначены: O₁O₁ - геометрическая ось резца, 1 - корпус резца, 2 - твердосплавная вставка, 3 - опорно-повортная часть резца, 4 - хвостовик с замком для удержания резца в опорном кулаке, 2' - рабочая ступень твердосплавной вставки, взаимодействующая с разрушаемой средой, 2" - посадочная ступень твердосплавной вставки, для установления в корпус резца и закрепления вставки в нем за счет припаивания ее или посадки с натягом. Рабочая ступень вставки выполняется как физическое тело вращения с гладкой поверхностью, не имеющей так называемых конических точек, причем эта рабочая ступень имеет форму вытянутого полуэллипсоида вращения с полуосями "а" и "с". Цилиндрическая часть корпуса имеет диаметр D₁, опорно-поворотная часть имеет диаметр D₂, основание вставки имеет диаметр d, угол конусности посадочной ступени α. Полный вытянутый эллипсоид вращения очерчен штрихами, линия XX - есть линия резания резца, Q - массив разрушаемой среды.

Работает резец следующим образом. Вместе с удерживающим его на рабочем органе комбайна кулаком резец своей рабочей ступенью 2' движется по линии XX, воздействуя на массив Q и разрушая его. При этом твердосплавная вставка 2 удерживается в корпусе резца 1 за счет припоя или посадки с натягом ее посадочной ступени. В связи с тем, что рабочая поверхность вставки выполняется гладкой, т.е. не содержит конических точек, она не подвержена разрушению.

Источники информации
1. Крапивин М.Г. Горные инструменты. - 2-е, переработанное и доп. - М.: Недра, 1979. - 263 с.

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И., Горные и транспортные машины и комплексы. - М.: Недра, 1991. - 304 с.

3. ГОСТ Р 51047 - 97. Резцы для очистных и проходческих комбайнов. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1997.

4. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. - Издание десятое, стереотипное. - М.: Наука, 1973.

5. Бронштейн И.Н., Семендеев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. - Издание восьмое, стереотипное. М.: Государственное издательство физико-математической литературы,1959 г.

6. Математика. Большой энциклопедический словарь. М.: Научное издательство "Большая Российская Энциклопедия", 1998.

7. Алимов С. Д. , Дворников Л.Т. Бурильные машины. М.: Машиностроение, 1976. - 296 с.

Изобретение относится к горному делу, а конкретнее к инструменту, применяемому на проходческих горных комбайнах. Поворотный резец содержит в своем составе корпус, твердосплавную вставку, опорно-поворотную часть и хвостовик. Твердосплавная вставка выполнена двухступенчатой, одна из ступеней - рабочая имеет гладкую поверхность в виде вытянутого полуэллипсоида вращения с отношением полуосей, равным 1,8-2,2, а вторая ступень - посадочная представляет собой усеченный конус с углом конусности 0^o<α≤3^o. Повышается надежность работы резца. 1 ил.

Тангенциальный поворотный резец, включающий корпус, твердосплавную вставку, опорно-повортную часть и хвостовик, отличающийся тем, что его твердосплавная вставка выполнена двухступенчатой, причем одна из ступеней - рабочая имеет гладкую поверхность в виде вытянутого полуэллипсоида вращения с отношением полуосей равным 1,8-2,2, а вторая ступень - посадочная представляет собой усеченный конус с углом конусности 0^o<α≤3^o.