СОСТАВНОЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН Российский патент 2012 года по МПК E21C35/18 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к составным резцам поворотного типа для разрушения минеральных и искусственных материалов с широким диапазоном крепости и абразивности, и может быть использовано при проведении горных выработок или при добыче полезных ископаемых с помощью горных комбайнов, а также при проведении дорожно-строительных работ, связанных с разрушением искусственных материалов, например асфальто-бетонных покрытий.

Известен цельный тангенциальный поворотный резец (патент US 3499685, опубл. 10.03.1970), который содержит державку цилиндрической формы и головную рабочую часть цилиндро-конической формы, армированную на переднем торце твердосплавной вставкой.

Резец обладает рядом недостатков. Так, в процессе эксплуатации головная часть контактирует с разрушаемой средой, вследствие чего подвергается высокому абразивному изнашиванию и разрушающим напряжениям, которые, в конечном счете, становятся причинами выхода породоразрушающего инструмента из строя. Вместе с тем, державка резца остается практически неизношенной. Тем самым замена всего резца представляется нерациональной с точки зрения неэкономичного использования дорогостоящего металла - закаленной легированной стали. Непременным условием эффективной работы поворотного резца в процессе резания горных пород является непрерывность его вращения вокруг продольной оси. Однако весьма часты случаи заклинивания резца (прекращение его поворота) в результате попадания частиц разрушенной горной породы в зазор между державкой и каналом резцедержателя, что, в свою очередь, приводит к возникновению одностороннего характера изнашивания. При этом резец начинает работать как обычный тангенциальный, вдобавок не с лучшими геометрическими параметрами.

Известен резец для горных машин (патент RU 2201504, опубл. 27.03.2003), включающий цилиндрическую державку и рабочую головку, снабженную твердосплавным керном. Рабочая головка резца выполнена сменной, с цилиндрической частью и усеченной конической частью и соединена с цилиндрической державкой резца шкворнем, жестко связанным с одной стороны с рабочей головкой, а с другой - винтовой сцепкой с правой трапецеидальной резьбой.

Недостатком является относительно небольшой диаметр шкворня по сравнению с диаметром цилиндрической части рабочей головки, что понижает прочность резца при восприятии изгибающих нагрузок и может стать причиной преждевременного выхода породоразрушающего инструмента из строя вследствие его поломки. Кроме того, сменная головка по причине резьбового соединения не имеет возможности свободного вращения относительно державки резца и тем самым вращается весь резец, что нежелательно, поскольку при этом изнашиваются трущиеся поверхности державки и канала резцедержателя. Износ последнего требует более частого и трудоемкого ремонта исполнительного органа, связанного с заменой резцедержателей.

Известен резец для горных машин (патент RU 2055191, опубл. 27.02.1996), включающий державку со сквозным продольным каналом, рабочую головку с твердосплавной вставкой и с размещенным в сквозном продольном канале державки хвостовиком и стопорный элемент для фиксации рабочей головки в сквозном продольном канале державки. Стопорный элемент выполнен в виде стержня, который одним своим концом соединен с хвостовиком рабочей головки посредством неразъемного соединения, а свободный конец стержня крепят с хвостовиком державки сваркой или его деформированием.

Недостатком является трудность монтажа и демонтажа резцов, обусловленная сравнительно большими затратами времени и применением специального оборудования и инструмента (для монтажа: сварочного аппарата, паяльника, гибочного инструмента, для демонтажа: дрель, молоток, зубило) с приложением определенных усилий в сложных подземных условиях. Отсутствие вращения рабочей головки по одному из конструктивных исполнений патента (неразъемное соединение типа сварки, пайки) приводит к рассмотренной выше проблеме.

Известен составной поворотный резец (патент US 5261499, опубл. 16.11.1993), принятый за прототип, который включает державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками и рабочую головку с твердосплавной вставкой. Державка в передней части имеет продольно расположенный выступ, на котором располагается стопорный элемент - упругое пружинное кольцо с внутренними радиально выступающими бугорками, совпадающими с кольцевой канавкой на выступе державки. В свою очередь, на задней поверхности рабочей головки выполнено продольное цилиндрическое углубление. При сборке резца рабочая головка надевается на выступ державки, в результате чего пружинное кольцо сжимается и входит в плотный контакт с боковой поверхностью углубления. За счет сил трения образуется неразъемное соединение с возможностью свободного вращения головки резца относительно державки. В другом варианте исполнения конструктивные элементы стыкующихся частей меняются местами: радиально выступающие бугорки выполнены на внешней поверхности стопорного элемента - пружинного кольца - и при сборке входят в зацепление с кольцевой канавкой, расположенной внутри углубления рабочей головки.

Недостатком является сложность в демонтаже породоразрушающего инструмента, для чего необходимо применение специального съемного инструмента. Такие работы занимают относительно продолжительное время, в связи с чем снижается эксплуатационная производительность горного комбайна.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого составного резца, заключается в повышении эксплуатационной технологичности конструкции, связанной с заменой изношенной рабочей части резца, за счет уменьшения времени на монтаж/демонтаж и отказа от использования специального инструмента. Вместе с тем такой резец гарантирует надежность крепления составных частей между собой, которая определяется низкой вероятностью самопроизвольного их разъединения в процессе работы.

Технический результат изобретения достигается тем, что в составном резце для горных машин, включающем державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками, размещенную на передней части державки сменную рабочую головку, армированную твердосплавной вставкой и имеющую в задней торцевой поверхности цилиндрическое углубление, и стопорный элемент для фиксации сменной рабочей головки от продольного перемещения относительно державки, согласно изобретению стопорный элемент выполнен в форме радиальных выступов на боковой поверхности передней части державки, размещенных в кольцевой канавке цилиндрического углубления сменной рабочей головки, при этом на боковой поверхности этого углубления выполнены соответствующие продольные пазы, также в боковой поверхности сменной рабочей головки выполнено резьбовое отверстие, в которое вкручен установочный винт, перекрывающий один из продольных пазов.

Промежуточная часть державки может быть выполнена квадратного или шестигранного поперечного сечения.

Сущность устройства поясняется прилагаемыми чертежами. На чертежах изображено: фиг.1 - составной поворотный резец при установке его на исполнительном органе горной машины; фиг.2 - составной поворотный резец, изображенный по частям; фиг.3 - вид А на торцевую поверхность передней части державки резца и вид Б на заднюю торцевую поверхность сменной рабочей головки.

Составной резец 1 для горных машин включает сменную рабочую головку 10, оканчивающуюся закрепленной в ней твердосплавной вставкой 11, и державку 2. Державка 2 представляет собой тело вращения и выполнена ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками: хвостовой 3, промежуточной 4 и передней 5. В хвостовой части 3 державки 2 имеется кольцевая проточка 6 для размещения в ней разрезного стопорного кольца 25, при помощи которого резец закрепляется в резцедержателе 26 исполнительного органа 30. На боковой поверхности передней части 5 державки 2 выполнены радиально расположенные выступы 7, количество которых может быть выбрано по усмотрению разработчика. Наиболее предпочтительно иметь два выступа с углом между ними, равным 165-175°, что обеспечивает хорошую надежность крепления. Сменная рабочая головка 10 также представляет собой тело вращения и может иметь любую известную для нее в практике геометрическую форму. В задней торцевой поверхности 12 рабочей головки 10 выполнено цилиндрическое углубление 13, в конце которого имеется кольцевая канавка 14. В соответствии с количеством и расположением радиальных выступов 7 державки 2 в углублении 13 головки 10 резца изготовлены продольные пазы 15.

Сборка резца 1 осуществляется следующим образом: сменная рабочая головка 10 надевается на державку 2 так, чтобы продольные пазы 15 совпали с радиальными выступами 7 на державке 2. В крайнем положении, когда задняя торцевая поверхность 12 головки 10 резца упрется в передней торец 8 промежуточной части 4 державки 2, радиальные выступы 7 окажутся в кольцевой канавке 14 цилиндрического углубления 13. Тем самым обеспечивается свободное вращение сменной головки 10 вокруг своей продольной оси относительно державки 2. При разрушении горной породы на режущий инструмент со стороны забоя действует сжимающее усилие Р, препятствующее самопроизвольному разъединению рабочей головки 10 с державкой 2 резца. При отсутствии нагрузок на резец в момент холостого хода рабочая головка 10 от продольного перемещения удерживается при помощи радиальных выступов 7 державки 2, однако существует вероятность совпадения выступов 7 с продольными пазами 15 головки 10, в результате чего произойдет самопроизвольное разъединение составных частей поворотного резца. Для снижения такой вероятности выступы 7 выполняются таким образом, что делят окружность державки 2 на разные участки. При соблюдении этого условия совпадение выступов 7 с пазами 15 происходит не чаще одного раза за оборот головки 10 резца. Для полного исключения возможности выпадения сменной рабочей головки 10 в конструкции составного резца 1 можно предусматривать стопорный установочный винт 20, который вкручивается в отверстие 16, просверленное в боковой поверхности головки 10, и перекрывает один из продольных пазов 15. Наличие резьбового соединения обеспечивает простоту замены изношенной сменной рабочей головки 10, а также гарантирует требуемый зазор между установочным элементом 20 и боковой поверхностью передней части 5 державки 2, необходимый для исключения возникающего из-за трения заклинивания данной головки 10.

Собранный составной резец 1 размещается в канале 27 резцедержателя 26 и крепится в нем посредством любого известного способа. Принципиально возможно два варианта закрепления: свободного и жесткого. В первом случае (например, при помощи стопорного кольца, как показано на фиг.1) державка 3 резца имеет возможность свободно поворачиваться по отношению к резцедержателю 26, что несколько улучшает условия работы породоразрушающего инструмента, создавая дополнительное вращение. Причем нетрудно заметить, что вращение будет происходить в месте с наименьшим сопротивлением. Однако такое закрепление приводит к нежелательному износу канала 27 резцедержателя 26. С другой стороны, использование жесткого крепления (например, резьбового) фиксирует державку 3 резца и тем самым позволяет исключить подобный износ, что, в конечном счете, повышает ресурс работы резцедержателя 26. Для той же цели в конструкции составного резца 1 предусмотрен промежуточный участок державки 4, который в момент монтажа размещается в углублении 28 на передней поверхности резцедержателя 26 и защищает его от изнашивания, возникающего в результате трения при вращении рабочей головки 10. Выполнение промежуточной части 4, например, квадратного или шестигранного поперечного сечения и углубления 28 той же формы в резцедержателе 26 позволит также получить жесткое закрепление резца 1.

В процессе работы происходит перемещение закрепленного на исполнительном органе 30 (например, коронке проходческого комбайна) резцового блока таким образом, что резец 1 режущей частью вступает во взаимодействие с горной породой и осуществляет ее разрушение. Под воздействием внешних сил, возникающих в процессе резания, головная часть 10 резца может поворачиваться вокруг своей продольной оси относительно державки 2. Это обуславливает равномерный износ твердосплавного наконечника 11 и рабочей головки 10 в процессе эксплуатации. В случае достижения износа своей предельной величины резец следует заменить. Применение составной конструкции, рассмотренной в данном патенте, позволяет сэкономить металл путем многократного использования державки 2 резца и замены только отработанной сменной рабочей головки 10. Для снятия вышедшей из строя рабочей головки 10 достаточно выкрутить стопорный установочный винт 20. Поэтому по сравнению с известными техническими решениями демонтаж изношенной части не требует больших затрат времени и (или) применения сложного оборудования и инструмента, что в конечном счете снижает трудоемкость работ. Кроме того, составной резец 1 позволяет использовать целый ряд сменных рабочих головок 10 с различными конструктивными и геометрическими параметрами. Тем самым предоставляется возможность более гибкого выбора рациональных параметров режущего инструмента для разрушения пород с учетом физико-технических свойств последних.

Таким образом, устройство составного резца обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к составным резцам поворотного типа для разрушения минеральных и искусственных материалов. Техническим результатом является повышение эксплуатационной технологичности конструкции, связанной с заменой изношенной рабочей части резца. Составной резец включает державку и размещенную на ее передней части сменную рабочую головку с твердосплавной вставкой. Для крепления составных частей в задней торцевой поверхности сменной рабочей головки выполнено цилиндрическое углубление. Сменная рабочая головка имеет возможность свободного вращения относительно державки вокруг своей продольной оси. От перемещения вдоль этой оси она удерживается стопорным элементом, выполненным в форме радиальных выступов на боковой поверхности передней части державки. В углублении сменной головки для ее свободного вращения предусмотрена кольцевая канавка, а для захода в эту канавку выступов державки изготовлены соответствующие пазы. От выпадения при совпадении выступов державки с продольными пазами сменная рабочая головка удерживается установочным винтом. Винт вкручивается в резьбовое отверстие, просверленное в боковой поверхности головки, и перекрывает один из продольных пазов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Составной резец для горных машин, включающий державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками, размещенную на передней части державки сменную рабочую головку, армированную твердосплавной вставкой и имеющую в задней торцевой поверхности цилиндрическое углубление, и стопорный элемент для фиксации сменной рабочей головки от продольного перемещения относительно державки, отличающийся тем, что стопорный элемент выполнен в форме радиальных выступов на боковой поверхности передней части державки, размещенных в кольцевой канавке цилиндрического углубления сменной рабочей головки, при этом на боковой поверхности этого углубления выполнены соответствующие продольные пазы, также в боковой поверхности сменной рабочей головки выполнено резьбовое отверстие, в которое вкручен установочный винт, перекрывающий один из продольных пазов.

2. Резец по п.1, отличающийся тем, что промежуточная часть державки выполнена квадратного или шестигранного поперечного сечения.