ГОРНОРЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2007 года по МПК E21C25/18 

Изобретение относится к горным машинам, точнее - к режущему инструменту горных машин (далее «режущий инструмент»), и может найти применение при подземной добыче, на добычных и проходческих комбайнах, струговых установках, на других горных и строительных машинах, оснащенных режущим инструментом.

Известны горнорежущие инструменты, выполненные в виде державки и закрепляемой на ней съемной режущей части в виде вставки, армированной пластинками, колпачками или кернами из твердого сплава. Например, струговый режущий инструмент, приведенный в /1/.

Вставка имеет хвостик, который жестко закрепляется в державке.

Недостатком такой конструкции горнорежущего инструмента является отсутствие его микроподатливости при встрече с включениями. Это приводит к снижению ударной прочности армировки режущего инструмента вследствие того, что импульс ударной нагрузки имеет относительно малый промежуток времени; а при наличии частых включений в забое - к относительно частым поломкам режущего инструмента.

Другим недостатком такого горнорежущего инструмента является отсутствие микроперемещений (микроподатливости) главной режущей кромки ответно направлению и координате приложения вектора равнодействующей реакции забоя.

Еще одним недостатком является постоянный рост площадки контакта задней грани реза с поверхностью забоя с ростом пути трения.

Увеличение площадки затупления, изменяет распределение усилий реакции забоя по задней грани, изменяет координаты приложения равнодействующей силы со стороны забоя, но эти изменения не учитываются из-за жесткости крепления вставки в державке. Передний угол, угол резания, задний угол - остаются неизменными. Это приводит к увеличению проекции площадки затупления по задней грани на плоскость забоя, и, следовательно, к увеличению отжимающих усилий (усилий подачи) и усилий резания, и как следствие - к увеличению удельной энергоемкости резания и снижению производительности.

Известен также режущий инструмент /2/, состоящий из державки и подвижной режущей головки, которая крепится в упругую опору державки.

В таком режущем инструменте обеспечивается упругое смещение режущей части вдоль оси режущего инструмента, что при пиковых и ударных нагрузках увеличивает ударную стойкость режущего инструмента. Такое техническое решение принято нами за прототип. Но решение по прототипу также обладает рядом недостатков:

а) резец не имеет податливости в направлении, перпендикулярном оси резца. При угле резания 90° такой режущий инструмент не имеет податливости от усилий, действующих на переднюю грань. При других углах резания податливость незначительна и преимущественно от действия усилий подачи, которые в незначительной степени влияют на ударную прочность режущего инструмента. Таким образом, для прототипа характерна неподатливость передней грани (передней поверхности) режущего инструмента при ударных нагрузках, при встрече резца с включениями. Отсутствие податливости приводит к относительно частым поломкам режущего инструмента;

б) у режущего инструмента по прототипу углы резания не изменяются при увеличении площадки затупления по задней грани резца.

С ростом площадки затупления в этом режущем инструменте увеличиваются потери на трение; для свободной системы подачи (при струговой выемке) увеличиваются отжимающие усилия, что приводит к уменьшению глубины резания, то есть к снижению производительности; к увеличению усилий резания и подачи, к увеличению удельной энергоемкости, то есть к снижению эксплуатационных качеств режущего инструмента.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных качеств режущего инструмента, заключающееся в увеличении сопротивляемости передней ·грани ударным нагрузкам, снижении среднего усилия резания, увеличении производительности горной машины, снижении удельной энергоемкости процесса резания.

Поставленная цель достигается тем, что горнорежущий инструмент, включающий державку и отделяемую режущую головку, выполнен так, что державка в части сопряжения с режущей головкой имеет форму клина с вершиной в виде цилиндрической поверхности с радиусом R, образующая которой перпендикулярна боковым граням режущей головки и оси горнорежущего инструмента. Режущая головка выполнена в виде полой трехгранной призмы, у которой одно из ребер является режущей кромкой, а между двумя другими ребрами выполнено отверстие в клиновидную полость, причем удаленное ребро этой полости имеет форму цилиндрической поверхности с радиусом R, образующая которой перпендикулярна боковым граням и оси горнорежущего инструмента. При этом угол сужения клиновидной полости режущей головки больше угла заострения клиновидной части державки на 5-10°, а режущая головка и державка сопрягаются по цилиндрическим поверхностям с радиусом R.

Крепление режущей головки на державке обеспечивается соединением клиновидных упругих элементов с поверхностями державки и режущей головки или может быть выполнено одним из известных способов, например штифтом, запрессованным в отверстие державки и выходящим в пазы на обеих боковых гранях резца. Крепление режущей головки на державке штифтом может быть совмещено с неразъемным соединением упругих элементов с державкой и режущей головкой в полостях между ними.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 схематически изображен заявляемый горнорежущий инструмент (вид сбоку);

на фиг. 2 - вид спереди фиг. 1;

на фиг. 3 - вариант закрепления режущей головки на державке;

на фиг. 4 - изменение углов на режущей головке.

Горнорежущий инструмент (см. фиг.1, 2) содержит режущую головку 1, которая закрепляется на клиновидном участке 2 державки 3. Вершина 4 клиновидного участка 2 имеет форму цилиндрической поверхности с радиусом R, образующая которой перпендикулярна боковым граням 5 клиновидного участка 2, имеющего прямоугольное сечение. Эта образующая перпендикулярна оси горнорежущего инструмента, перпендикулярна она также боковым граням резца, если они не имеют боковых углов заострения, и параллельна главной режущей кромке, если резец имеет прямоугольную твердосплавную плоскую армировку.

В полости между режущей головкой 1 и клиновидным участком 2 державки 3 размещен упругий элемент 6, например, из полиуретана.

Упругий элемент 6 имеет клиновидную форму и может быть расположен или только под передней стенкой призмы, то есть под передней гранью, или под передней и задней стенками призмы, то есть под передней и задней гранями режущей части, или под задней стенкой призмы.

Возможно выполнение заявляемого режущего инструмента со съемным упругим элементом, при замене режущей головки одновременно может быть заменен упругий элемент. В этом варианте режущая головка закреплена на державке штифтом 7.

Закрепляется режущая головка 1 на державке 2 путем приваривания (вулканизацией), или приклеивания обеих поверхностей к упругому элементу 6, либо известным методом: штифтом 7, с натягом закрепляемом в отверстии державки так, что штифт выходит в пазы на обоих боковых гранях режущей головки.

Работает заявляемый горнорежущий инструмент следующим образом. После установки и закрепления его в кулаке исполнительного органа комбайна или в проставке струга, он готов к работе.

При перемещении исполнительного органа на забой вектор равнодействующей реакции забоя изменяется в зависимости от соотношения составляющих усилия подачи (Y) и резания (Z), угол резания режущей головки будет автоматически ориентироваться встречно этому вектору, в пределах податливости повороту ее на державке. Вследствие этого будут минимизированы затраты на трение, усилие резания будут минимальны.

При встрече с твердым включением по передней грани режущая головка 1 автоматически повернется по поверхности с радиусом R, сжимая упругий элемент 6, тем самым увеличивая длительность импульса силы и повышая сопротивляемость твердого сплава, в целом увеличивая сопротивляемость режущего инструмента ударным нагрузкам.

При затуплении режущего инструмента вектор реакции забоя по задней грани сместится в направлении от главной режущей кромки, создавая этим момент поворота режущей головки. При повороте ее образуется новый задний угол, уже межу площадкой затупления и плоскостью забоя, тем самым уменьшая площадку трения по задней грани. В пределах ограничений поворота режущая головка будет автоматически ориентироваться встречно вектору равнодействующей реакции забоя, тем самым будут снижены потери на трение и снижены усилия резания и подачи.

Для добычного комбайна соотношение скорости подачи и скорости вращения исполнительного органа, а также координаты мгновенного расположения резца по длине серповидной стружки определяют направление вектора равнодействующей реакции забоя; резец заявленной конструкции будет автоматически ориентироваться встречно упомянутому вектору, при этом будут минимизированы потери на трение и удельная энергоемкость резания.

Для стругового режущего инструмента, особенно при строгании с относительно большими толщинами среза, вектор равнодействующей реакции забоя изменяется более существенно, так как на отдельных участках наблюдаются затягивающие усилия по передней грани. При этом увеличение площади затупления резцов приводит к потере производительности, что характерно для свободной подачи струговых установок /3/.

Заявляемое техническое решение обеспечивает относительно меньшую скорость роста площадки затупления с ростом пути трения, и, следовательно, затупление резцов меньше скажется на снижении производительности.

Таким образом, положительные качества доказаны:

а) по увеличению стойкости резцов, в частности стойкости от ударных нагрузок по передней грани;

б) по снижению интенсивности падения производительности, связанной с затуплением резцов;

в) по снижению влияния составляющей трения на усилие резания, усилие подачи, тяговое усилие.

Источники информации

1. Горные инструменты. М.Г.Крапивин, И.Я.Раков, Н.И.Сысоев. [Текст] / М.Г.Крапивин и другие. М.: Недра, 1990 г., стр.32, рис.2.7., резец РС1.РС2.

2. Сборник «Горное и нефтепромысловое машиностроение» [Текст] / Том 5. «Недра», 1978 г., стр.146.

3. Карабанов М.Г., Калмыков С.Д., Котов Э.П. «О влиянии конструкций резцов на площадки затупления» [Текст] / М.Г.Карабанов и другие. В сб. «Технология и техника выемки антрацитов», вып.12, Шахты, Шахт-НИУИ, 1978, с.80-93.

Изобретение относится к горнорежущему инструменту и может найти применение при подземной добыче полезного ископаемого и разрушении горных пород на добычных и проходческих комбайнах, струговых установках, а также на других горных и строительных машинах, оснащенных режущим инструментом. Позволяет улучшить эксплуатационные качества режущего инструмента. Инструмент состоит из державки и закрепляемой на ней режущей головки. Державка в части сопряжения с режущей головкой выполнена в форме клина с вершиной, имеющей форму цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна боковым граням режущей головки и оси горнорежущего инструмента. Режущая головка выполнена в форме полой трехгранной призмы, у которой одно из ребер является режущей кромкой, а между двумя другими ребрами выполнено отверстие в клиновидную полость. Удаленное ребро этой полости имеет форму цилиндрической поверхности, образующая которой перпендикулярна боковым граням. Угол сужения клиновидной полости режущей головки больше угла заострения клиновидной части державки на 5-10°. Между режущей головкой и державкой размещены клиновидные упругие элементы. 5 ил.

Горнорежущий инструмент, включающий державку, режущую головку, закрепляемую на державке, узел крепления режущей головки на державке, отличающийся тем, что державка в части сопряжения с режущей головкой выполнена в форме клина, так что вершина клиновидной части державки имеет форму цилиндрической поверхности с радиусом R, образующая которой перпендикулярна боковым граням режущей головки и оси горнорежущего инструмента, а режущая головка выполнена в форме полой трехгранной призмы, у которой одно из ребер является режущей кромкой, а между двумя другими ребрами выполнено отверстие в клиновидную полость, причем удаленное ребро этой полости имеет форму цилиндрической поверхности с радиусом R, образующая этой поверхности перпендикулярна боковым граням, при этом угол сужения клиновидной полости режущей головки больше угла заострения клиновидной части державки на 5-10°, при этом режущая головка и державка сопрягаются по цилиндрическим поверхностям с радиусом R, а крепление режущей головки на державке обеспечивается соединением клиновидных упругих элементов с поверхностями державки и режущей головки или штифтом, запрессованным в отверстие державки и выходящим в пазы на обеих боковых гранях резца.