Режущий узел с элементами качения и способ разборки Российский патент 2019 года по МПК E21C25/16 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к режущему узлу для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, содержащему конструкцию для поддержки вала, вал, по меньшей мере частично расположенный внутри конструкции для поддержки вала, и режущее устройство, расположенное на валу на конструкции для поддержки вала. Кроме того, изобретение относится к способу разборки режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны инструменты и головки инструментов для разработки горных пород, например, из US 7,182,407 В1 или из WO 02/066793 А1. Однако, во время проходки на вращающиеся режущие устройства действуют большие усилия, которые должны восприниматься соответствующим подшипниковым узлом. Из-за высоких усилий, возникающих в области применения, срок службы подшипникового узла обычно ограничен.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, и способа разборки режущего узла для врубовой машины, которые устраняют или уменьшают по меньшей мере один из вышеперечисленных упомянутых недостатков существующих решений. В частности, целью настоящего изобретения является создание режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, и способа разборки режущего узла для врубовой машины, что увеличивает срок службы подшипникового узла вала или конструкции для поддержки вала и/или обеспечивает эффективный подшипниковый узел вала или конструкцию для поддержки вала.

Согласно первому аспекту, задача решается с помощью режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, содержащего: конструкцию для поддержки вала, вал, по меньшей мере частично расположенный внутри указанной конструкции, режущее устройство, расположенное на валу или на указанной конструкции, и первый элемент качения, расположенный между указанной конструкцией и валом плавающим образом или с возможностью скольжения в осевом направлении, второй элемент качения, расположенный между указанной конструкцией и валом, причем линия, ортогональная наружной поверхности второго элемента качения, пересекает продольную ось вала в центральной плоскости первого элемента качения или в пределах диапазона +/- 25% осевой протяженности первого элемента качения от указанной центральной плоскости.

В частности, предпочтительно, линия, ортогональная наружной поверхности второго ролика второго элемента качения, пересекает продольную ось вала в центральной плоскости первого элемента качения или в пределах +/- 25% осевой протяженности первого элемента качения от указанной центральной плоскости.

Режущий узел для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, содержит конструкцию для поддержки вала и вал, по меньшей мере частично расположенный внутри указанной конструкции. Например, конструкция для поддержки вала может быть корпусом, окружающим вал, по меньшей мере частично. Кроме того, режущий узел содержит режущее устройство, которое может быть расположено на валу или на указанной конструкции. Режущее устройство предпочтительно расположено соосно с валом или с указанной конструкцией. Вал обычно имеет продольную протяженность и продольную ось. Режущее устройство может иметь форму режущего кольца, режущего диска или режущего элемента любой другой формы, пригодного для расположения на валу или на указанной конструкции, как описано в настоящем описании, для разрушения горной породы врубовой машиной.

Предпочтительно, режущее устройство соединено с валом или с конструкцией для поддержки вала с предотвращением вращения относительно вала, что означает соединение, предотвращающее скручивание, таким образом, что вращение, соответственно, вала или конструкции для поддержки вала приводит к соответствующему вращению режущего устройства для выполнения операции резания. Кроме того, предпочтительно, соединение режущего устройства с валом или с конструкцией для поддержки вала представляет собой разъемное соединение, которое позволяет удалить режущее устройство для замены на новое или на капитально отремонтированное.

Режущий узел дополнительно содержит два элемента качения, расположенные между конструкцией для поддержки вала и валом. Первый элемент качения расположен плавающим образом или с возможностью скольжения в осевом направлении. Таким образом, гарантируется, что первый элемент качения по существу не воспринимает нагрузку в осевом направлении.

Второй элемент качения предпочтительно расположен так, что (виртуальная) линия, ортогональная наружной поверхности этого элемента качения, предпочтительно второго ролика этого второго элемента качения, пересекает осевое направление вала режущего узла в центре плоскости первого элемента качения или в пределах +/- 25% осевой протяженности первого элемента качения от этой центральной плоскости. Под центральной плоскостью первого элемента качения понимается плоскость, ортогональная осевому направлению вала, которая делит пополам первый элемент качения в его осевой протяженности. Другими словами, наклон или кривизна или касательная к наружной поверхности второго элемента качения, предпочтительно, второго ролика этого второго элемента качения, такова, что линия, ортогональная этой наружной поверхности, пересекает осевое направление вала в некоторой точке, в частности, если смотреть в продольном поперечном сечении вдоль оси вала. Второй элемент качения теперь выполнен таким образом, что эта точка, где линия пересекает осевое направление, лежит в центральной плоскости первого элемента качения или близко перед ней или позади нее, как определено диапазоном +/- 25% осевой протяженности первого элемента качения от этой центральной плоскости. Предпочтительно, этот диапазон составляет +/- 20%, +/- 15%, +/- 10%, +/- 7,5%, +/- 5%, +/- 2,5% или +/- 1% от осевой протяженности первого элемента качения.

Первый и/или второй элементы качения предпочтительно выполнены в виде элементов с вращательной симметрией, расположенных соосно валу и дополнительно расположенных по окружности. Каждый из первого и/или второго элемента качения предпочтительно содержит несколько, соответственно, первых или вторых роликов, расположенных равноудаленно друг от друга в окружном направлении.

Режущий узел с первым и вторым элементами качения, как описано в настоящем документе, имеет то преимущество, что первый элемент качения по существу не воспринимает нагрузку в осевом направлении, тогда как второй элемент качения воспринимает такую нагрузку. Следовательно, первый элемент качения может быть эффективно рассчитан и выполнен, чтобы воспринимать в основном радиальные нагрузки. Четко определенные нагрузки гарантируют, что первый элемент качения может быть эффективно и надежно рассчитан на нагрузки, возникающие при нормальной работе режущего узла и, поэтому, срок службы первого элемента качения может быть увеличен.

Расположение второго элемента качения, как описано в настоящем документе, уменьшает величину радиальных нагрузок, действующих на второй элемент качения. При расчете подшипникового узла для режущего узла с первым элементом качения и вторым элементом качения, расположенными как описано в настоящем документе, также и для второго элемента качения нагрузки могут быть определены более четко, чем в существующих технических решениях, и, таким образом, срок службы второго элемента качения может быть увеличен. Кроме того, более четкое определение нагрузок для первого и второго элементов качения позволяет обеспечивать более эффективную конструкцию этих элементов качения таким образом, что увеличенный срок службы первого и второго элементов качения может быть достигнут при меньших затратах и/или уменьшенном установочном пространстве.

Кроме того, режущий узел с первым и вторым элементами качения имеет то преимущество, что разборку режущего узла, как и техническое обслуживание, в частности, проверку, обслуживание, замену и/или ремонт режущего узла или его частей, в частности, уплотнительного устройства и/или уплотнительного держателя и/или удаление режущего устройства и/или задней крышки, расположенной на валу и/или на конструкции для поддержки вала, можно выполнять в то время, как первый и второй элементы качения (и, предпочтительно, также и третий элемент качения) остаются установленными на своих местах между конструкцией для поддержки вала и валом. Другими словами, подшипниковый узел с первым и вторым элементами качения (и, возможно, третьим элементом качения) может оставаться установленным и на своем месте, тогда как режущее устройство и/или задняя крышка и/или уплотнительный держатель и/или уплотнительное устройство может быть разобрано, заменено, удалено или тому подобное.

В особенно предпочтительном варианте выполнения режущее устройство установлено на валу с возможностью отсоединения, но с предотвращением вращения относительно вала, при этом конструкция для поддержки вала зафиксирована. Предпочтительно, конструкция для поддержки вала зафиксирована относительно основного корпуса режущего модуля, причем режущий модуль может содержать по меньшей мере один режущий узел, как описано в настоящем документе. Кроме того, предпочтительно, чтобы вал мог приводиться в движение с возможностью вращения с помощью поворотного привода режущего узла, причем крутящий момент может быть передан от поворотного привода через вал режущему устройству для выполнения операции резания. В частности, может быть предпочтительным, чтобы соединение между режущим устройством и валом осуществлялось посредством запирающего устройства, как описано ниже.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, второй элемент качения расположен дальше от режущего устройства в осевом направлении вала, чем первый элемент качения.

Кроме того, предпочтительно, режущее устройство представляет собой консольное режущее кольцо. Консольное режущее кольцо предпочтительно имеет наружный радиальный конец и внутренний радиальный конец и, кроме того, предпочтительно наружную осевую концевую поверхность, примыкающую к наружному радиальному концу, и внутреннюю осевую концевую поверхность или внутреннюю осевую контактную поверхность, расположенную рядом с внутренним радиальным концом, причем наружный осевой конец и внутренняя осевая концевая поверхность предпочтительно параллельны друг другу. Диаметр наружного радиального конца предпочтительно больше диаметра внутреннего радиального конца.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, третий элемент качения расположен между конструкцией для поддержки вала и валом. Особенно предпочтительно, что (в то время как первый элемент качения сконструирован так, чтобы воспринимать по существу радиальные нагрузки, а второй элемент качения сконструирован так, чтобы по существу воспринимать осевые нагрузки, возникающие в результате операции резания, которые также могут называться толкающими усилиями) третий элемент качения выполнен и расположен с возможностью по существу передачи нагрузок в осевом направлении, которые можно назвать толкающими усилиями, то есть осевыми нагрузками в противоположном направлении, для которых в первую очередь предназначен второй элемент качения. Кроме того, предпочтительно, чтобы третий элемент качения был выполнен и расположен с возможностью смещения или приложения предварительного натяжения ко второму элементу качения.

Преимущество заключается в том, что для всех трех элементов качения четко определены нагрузки, и все три нагрузочных элемента могут быть рассчитаны и выполнены для их основных направлений передачи нагрузки, что позволяет увеличить срок службы, возможно, при уменьшенной стоимости и/или уменьшенном пространстве, занимаемом установкой.

В предпочтительном варианте выполнения третий элемент качения расположен дальше от режущего устройства в осевом направлении вала, чем первый элемент качения и второй элемент качения.

Предпочтительно также, третий элемент качения выполнен в виде элемента с вращательной симметрией, расположенного соосно валу и дополнительно расположенного по окружности. Третий элемент качения предпочтительно содержит несколько третьих роликов, расположенных равноудаленно друг от друга по окружности.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, третий элемент качения и второй элемент качения выполнены и расположены так, что направление наклона угла контакта и/или оси вращения второго элемента качения, предпочтительно, второго ролика второго элемента качения, отличается от направления наклона угла контакта и/или оси вращения третьего элемента качения, предпочтительно, третьих роликов третьего элемента качения. В этом варианте выполнения расположение второго и третьего элементов качения является таким, что облегчается или поддерживается разделение нагрузки осевых усилий в противоположном направлении (толкающие и тяговые усилия) между вторым и третьим элементами качения.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения центр сферы, образованной наружными поверхностями второго элемента качения, предпочтительно, второго ролика второго элемента качения, расположен в центральной плоскости первого элемента качения или в диапазоне +/- 25% от осевой протяженности первого элемента качения от указанной центральной плоскости. В этом варианте выполнения наружные поверхности второго элемента качения, предпочтительно, вторых роликов второго элемента качения, образуют сегмент сферы, так что (виртуальный) центр лежит внутри центральной плоскости первого элемента качения или внутри диапазона его осевой протяженности, как указано выше.

Особенно предпочтительно, второй элемент качения представляет собой сферический упорный подшипник. Кроме того, особенно предпочтительно, первый элемент качения представляет собой сферический или тороидальный роликовый подшипник. Кроме того, третий элемент качения предпочтительно представляет собой конический роликовый подшипник.

В соответствии с дополнительным аспектом, задача решается с помощью режущего модуля, содержащего два или большее количество режущих узлов, как описано в настоящем документе.

В соответствии с еще одним аспектом, задача решается ем создания способа разборки режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, предпочтительно режущего узла, как описано в настоящем документе, причем способ включает: использование режущего узла для врубовой машины, предпочтительно, режущего узла, как описано в настоящем документе, удаление режущего устройства и/или задней крышки, расположенной на валу и/или на конструкции для поддержки вала, повторную установку режущего устройства и/или задней крышки или установку нового режущего устройства и/или новой задней крышки, причем первый и второй элементы качения остаются установленными на своих местах между конструкцией для поддержки вала и валом в процессе разборки режущего узла.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения способа, третий элемент качения остается установленным на своем месте между конструкцией для поддержки вала и валом в процессе разборки режущего узла.

Предпочтительно, разборку можно выполнять для технического обслуживания режущего узла. Например, задачи по осмотру, техническому обслуживанию, замене и/или ремонту могут выполняться на режущем узле или на его частях, в частности, на уплотнительном устройстве и/или на уплотнительном держателе, предпочтительно, после удаления режущего устройства и/или задней крышки, расположенной на валу и/или на конструкции для поддержки вала и перед повторной установкой режущего устройства и/или задней крышки или установки нового режущего устройства и/или новой задней крышки.

Что касается преимуществ, предпочтительных вариантов выполнения и деталей способа и его предпочтительных вариантов выполнения, то ссылка дается на соответствующие аспекты и варианты выполнения, описанные выше в отношении режущего узла.

Кроме того, особенно предпочтительно, чтобы аспекты и варианты выполнения режущего узла, описанные выше, использовались в режущем узле, его аспектах и вариантах выполнения, как описано ниже, или были реализованы в сочетании с аспектами или вариантами выполнения режущего узла, как описано ниже.

В соответствии с первым предпочтительным комбинируемым аспектом, режущий узел для врубовой машины, предназначенной для резания поверхности горной породы, может содержать вал, выполненный с возможностью установки на машине с одним концом, проходящим от машины, и режущее устройство, расположенное в соединении с указанным проходящим концом вала, причем режущее устройство соединено с валом с возможностью отсоединения и с предотвращением вращения относительно вала с помощью запирающего узла, причем запирающий узел содержит первое запирающее устройство, расположенное и выполненное с возможностью передачи по существу осевых нагрузок, и второе запирающее устройство, расположенное и выполненное с возможностью передачи по существу радиальных нагрузок.

Режущее устройство режущего узла соединено с концом вала, проходящим от врубовой машины таким образом, который обеспечивает возможность отсоединения режущего устройства с вала, чтобы заменить режущее устройство или временно снять его, например, для капитального ремонта. В частности, это разъемное соединение позволяет удалять режущее устройство по существу неразрушающим образом. Например, в известном уровне техники было известно, что режущее устройство или по меньшей мере существенные его части необходимо разрезать на куски в мастерской для удаления с вала, чего можно избежать с помощью режущего узла, описанного в настоящем документе.

Кроме того, режущее устройство предпочтительно соединено с указанным проходящим концом вала с предотвращением вращения относительно вала. Соединение с предотвращением вращения относительно вала означает, что вращение вала также приводит к вращению самого режущего устройства, и наоборот. Такое предотвращающее скручивание соединение используется для передачи крутящего момента от вала к режущему устройству, чтобы вращать режущее устройство для выполнения операции резания.

Указанное предпочтительное разъемное соединение с предотвращением вращения относительно вала между режущим устройством и валом реализуется посредством запирающего узла, имеющего первое и второе запирающие устройства. Указанные два запирающих устройства расположены и выполнены таким образом, что осевые нагрузки передаются главным образом через первое запирающее устройство, а радиальные нагрузки передаются главным образом через второе запирающее устройство. В частности, первое запирающее устройство предпочтительно может быть расположено и выполнено для передачи по существу осевых нагрузок в противоположных направлениях. Предпочтительно, первое запирающее устройство и/или второе запирающее устройство имеют по существу кольцевую или окружную форму и, кроме того, предпочтительно, соосно окружают вал режущего узла.

Предпочтительно, вал установлен на врубовой машине и соединен с вращающимся приводом, выполненным и расположенным с возможностью приведения вала во вращательное движение для передачи крутящего момента режущему устройству для выполнения операции резания на поверхности горной породы. Режущее устройство предпочтительно расположено соосно с валом. Вал обычно имеет продольную протяженность и продольную ось. Режущее устройство может иметь форму режущего кольца, режущего диска или режущего элемента любой другой формы, подходящей для установки на вал, с возможностью отсоединения и с предотвращением вращения относительно вала с помощью запирающего узла, как описано в настоящем документе, для резания поверхности горной породы во врубовой машине. Вал предпочтительно, по меньшей мере частично, расположен внутри конструкции для поддержки вала. Кроме того, предпочтительно, между конструкцией для поддержки вала и валом установлены первый и второй элемент качения и, возможно, третий элемент качения, как описано ниже.

Использование двух запирающих устройств и их расположение и выполнение для передачи либо по существу осевых нагрузок (первое запирающее устройство), либо по существу радиальных нагрузок (второе запирающее устройство), имеет ряд преимуществ. Во-первых, запирающие устройства могут быть выполнены четко для их основного направления передачи нагрузки и, таким образом, срок службы может быть увеличен, в то время как вес и стоимость, а также пространство могут быть эффективно использованы и оптимизированы. Кроме того, использование двух запирающих устройств позволяет прикладывать начальные и заданные натяжения к двум запирающим устройствам поэтапно и чередующимся образом, как будет описано более подробно также в отношении способа сборки. Таким образом, путем использования двух запирающих устройств с различными основными или существенными направлениями передачи нагрузки, которые предпочтительно по существу являются ортогональными друг другу, можно облегчить установку режущего устройства на валу, а также облегчить удаление режущего устройства и размещение нового или реконструированного режущего устройства, и его соединение с валом.

Предпочтительно, первое и второе запирающие устройства расположены на расстоянии друг от друга в радиальном направлении. Более предпочтительно, первое запирающее устройство расположено радиально снаружи второго запирающего устройства. Первое и второе запирающие устройства также могут быть расположены на расстоянии друг от друга в осевом направлении, или же их осевая протяженность может перекрываться, по меньшей мере частично.

В предпочтительном варианте выполнения второе запирающее устройство расположено и выполнено с возможностью центрирования режущего устройства на валу и/или первое запирающее устройство расположено и выполнено с возможностью передачи изгибающих моментов. Расположение и выполнение первого запирающего устройства с возможностью передачи изгибающих моментов может явиться результатом, например, расположения и выполнения первого запирающего устройства с возможностью передачи по существу осевых нагрузок в противоположных направлениях и расположения первого запирающего устройства по существу окружным образом. Кроме того, предпочтительно, второе запирающее устройство, которое расположено и выполнено с возможностью передачи по существу радиальных нагрузок, также служит для центрирования режущего устройства на валу, поскольку передача радиальных нагрузок и центрирование режущего устройства на валу может быть эффективно выполнено с помощью того же самого запирающего устройства.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения первое запирающее устройство содержит один, два или большее количество крепежных элемента для крепления режущего устройства на валу. Предпочтительно, крепежные элементы для крепления режущего устройства на валу включены в первое запирающее устройство. Крепежные элементы предпочтительно расположены равноудаленно друг от друга в окружном направлении. Крепежные элементы могут представлять собой болты для сцепления сопряженных отверстий, предпочтительно проходящие через режущее устройство и проходящие в глухие отверстия на валу. Кроме того, предпочтительно, болты могут быть резьбовыми болтами для сцепления сопряженных резьбовых отверстий, предпочтительно, проходящими через режущее устройство и сопряженные резьбовые глухие отверстия на валу.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, второе запирающее устройство содержит конический запирающий узел, содержащий по меньшей мере один фиксирующий элемент для фиксации конической наружной поверхности и конической внутренней поверхности относительно друг друга. Конический запирающий узел представляет собой предпочтительный вариант выполнения второго запирающего устройства, подходящего для передачи по существу радиальных нагрузок и для центрирования режущего устройства на валу. Конический запирающий узел содержит по меньшей мере один фиксирующий элемент, предпочтительно два или большее количество фиксирующих элементов, для фиксации двух конических поверхностей относительно друг друга. Предпочтительно, предусмотрены фиксирующие элементы для фиксации внутренней и наружной конических поверхностей. Фиксирующие элементы предпочтительно расположены равноудаленно друг от друга по окружности. Предпочтительно, фиксирующие элементы представляют собой болты, предпочтительно, резьбовые болты, сопряженные с соответствующими резьбовыми отверстиями.

Коническая наружная поверхность и коническая внутренняя поверхность предпочтительно расположены соосно друг с другом и имеют противоположные направления конусности, что означает, что для одной из конических поверхностей ее диаметр увеличивается вдоль продольной оси вала, в противоположном направлении от другой конической поверхности, в котором увеличивается диаметр другой конической поверхности. Конические внутренние и наружные поверхности предпочтительно взаимодействуют друг с другом с помощью фрикционной посадки и/или запирающей посадки.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения конический запирающий узел содержит запирающее кольцо, которое может быть внутренним запирающим кольцом, содержащим коническую наружную поверхность. Запирающее кольцо предпочтительно представляет собой элемент конического запирающего узла, который выполнен с возможностью удаления с вала и/или с режущего устройства, и может быть расположен с режущим устройством на валу во время сборки.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения конический запирающий узел содержит дополнительное запирающее кольцо, которое может быть наружным запирающим кольцом, имеющим коническую внутреннюю поверхность. Кроме того, это дополнительное запирающее кольцо предпочтительно может быть элементом конического запирающего узла, который выполнен с возможностью удаления с вала и/или с режущего устройства, и может быть расположен вместе с режущим устройством на валу во время сборки.

В сочетании двух предыдущих вариантов выполнения конический запирающий узел может содержать, например, внутреннее запирающее кольцо, имеющее коническую наружную поверхность, и наружное запирающее кольцо, содержащее коническую внутреннюю поверхность. Тогда конический запирающий узел содержит два запирающих кольца, содержащих две конические поверхности.

В качестве альтернативы, может быть предпочтительным, чтобы коническая внутренняя поверхность была выполнена на режущем устройстве. В этом варианте выполнения конический запирающий узел содержит только внутреннее запирающее кольцо, содержащее коническую наружную поверхность, тогда как коническая внутренняя поверхность конического запирающего узла выполнена на режущем устройстве. Например, режущее устройство может иметь внутреннее, кольцеобразное отверстие, в котором выполнена коническая внутренняя поверхность. В этом варианте выполнения в процессе сборки в качестве съемного элемента конического запирающего узла должно быть помещено только одно внутреннее запирающее кольцо, тогда как коническая внутренняя поверхность образуется вместе с режущим устройством во время размещения.

В качестве дополнительной возможности, может быть предпочтительным, чтобы коническая наружная поверхность была выполнена на валу. Предпочтительно, это сочетается с вариантом выполнения, в котором конический запирающий узел содержит наружное запирающее кольцо, имеющее коническую внутреннюю поверхность. В этом случае наружное запирающее кольцо предпочтительно представляет собой съемный элемент, который может быть установлен во время сборки на валу вместе с режущим устройством. Коническая наружная поверхность, взаимодействующая с конической внутренней поверхностью на наружном запирающем кольце, может быть выполнена на наружной поверхности, предпочтительно на конце вала, продолжающемся от машины, где должно быть размещено режущее устройство.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения, режущее устройство и вал контактируют друг с другом в секциях стыкового соединения. Предпочтительно режущее устройство и вал контактируют друг с другом в секциях стыкового соединения в области первого запирающего устройства или вокруг него. Этот контакт в виде стыкового соединения особенно предпочтителен для передачи осевых нагрузок между режущим устройством и валом в направлении, приводящем в контакт режущее устройство и вал, который также можно назвать толкающим усилием. Поэтому стыковое соединение может быть предусмотрено для восприятия таких толкающих усилий, в дополнение или вместо других средств для передачи осевых нагрузок. Например, крепежные элементы для крепления режущего устройства к валу первого запирающего устройства могут быть предназначены для передачи осевых нагрузок определенной величины, в частности осевых нагрузок в направлении, в котором режущее устройство оттягивается от врубовой машины (тяговое усилие). Как правило, во врубовой машине для разрушения горной породы, в качестве осевых нагрузок толкающие усилия, возникающие при нормальном использовании режущего устройства, будут намного выше, чем тяговые усилия, возникающие при нормальном использовании. Поэтому особенно предпочтительным является использование крепежных элементов, предназначенных для безопасной и надежной передачи в осевом направлении тяговых усилий, возникающих при нормальном использовании, и обеспечения стыкового соединения для передачи более высоких осевых нагрузок в направлении толкающих усилий, возникающих при нормальных рабочих условиях.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения изобретения, на валу с возможностью отсоединения размещен уплотнительный держатель для размещения по меньшей мере части уплотнительного устройства. Предпочтительно, уплотнительный держатель может быть удален с вала для замены уплотнительного устройства или его частей и/или для замены или капитального ремонта уплотнительного держателя. Предпочтительно, уплотнительный держатель может быть удален, когда режущее устройство удалено, но не может быть удален до тех пор, пока режущее устройство установлено на валу.

Кроме того, предпочтительно, уплотнительный держатель закреплен на валу и/или на режущем устройстве с предотвращением вращения относительно них. Уплотнительный держатель предпочтительно установлен на валу и/или на режущем устройстве с предотвращением скручивания, что означает, что вращение вала и/или режущего устройства также приводит к соответствующему вращению уплотнительного держателя. Предпочтительно, эта установка уплотнительного держателя на валу и/или на режущем устройстве с предотвращением вращения реализуется с помощью подходящих установочных элементов, например, штифтами, болтами и т.п.Предпочтительно, множество таких установочных элементов расположено равноудаленно друг от друга в окружном направлении. Кроме того, предпочтительно, уплотнительный держатель герметично установлен относительно вала. В частности, уплотнительный держатель может быть герметично установлен относительно вала с помощью уплотнительного держателя, такого как уплотнительное кольцо.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения режущее устройство представляет собой консольное режущее кольцо. Консольное режущее кольцо предпочтительно имеет наружный радиальный конец и внутренний радиальный конец и, кроме того, предпочтительно наружную осевую концевую поверхность, расположенную рядом с наружным радиальным концом, и внутреннюю осевую концевую поверхность или внутреннюю осевую контактную поверхность, расположенную рядом с внутренним радиальным концом, причем наружный осевой конец и внутренняя осевая концевая поверхность предпочтительно параллельны друг другу. Диаметр наружного радиального конца предпочтительно больше диаметра внутреннего радиального конца.

В соответствии с еще одним комбинируемым аспектом, режущий модуль содержит два или большее количество режущих узлов, таких, как описано в настоящем документе.

В соответствии с еще одним комбинируемым аспектом предлагается способ сборки режущего узла для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, предпочтительно режущего узла, как описано в настоящем документе, причем способ предпочтительно включает:

использование вала, который выполнен с возможностью установки на машине и один конец которого проходит от машины, и режущего устройства,

присоединение режущего устройства к валу с возможностью отсоединения и с предотвращением вращения относительно вала с помощью запирающего устройства путем

приложения начального натяжения ко второму запирающему устройству,

приложения начального натяжения к первому запирающему устройству,

приложения заданного натяжения ко второму запирающему устройству,

приложения заданного натяжения к первому запирающему устройству.

Что касается преимуществ, предпочтительных вариантов выполнения и деталей способа и его предпочтительных вариантов выполнения, ссылка делается на соответствующие аспекты и варианты выполнения режущего узла, описанного выше.

Кроме того, ниже приводятся некоторые пояснения относительно способа, которые, в свою очередь, также могут служить в качестве ссылки в отношении преимуществ, предпочтительных вариантов выполнения и деталей режущего узла, как описано выше, где это применимо.

Предпочтительно, способ сборки режущего узла включает этапы, упомянутые выше, причем этапы присоединения режущего устройства к валу с возможностью отсоединения и с предотвращением вращения относительно вала с помощью запирающего устройства, выполняют в указанном выше порядке, а именно, в первую очередь, прикладывают начальное натяжение ко второму запирающему устройству, во-вторых, прикладывают начальное натяжение к первому запирающему устройству, в-третьих, прикладывают заданное натяжение ко второму запирающему устройству и, наконец, прикладывают заданное натяжение к первому запирающему устройству.

Соблюдая этот порядок приложения начальных и заданных натяжений к первому и второму запирающим устройствам, можно гарантировать, что, во-первых, режущее устройство правильно центрировано на валу, а затем режущее устройство вставлено на место для передачи осевых нагрузок, прикладывая начальное натяжение к первому запирающему устройству перед приложением окончательного заданного натяжения к обоим запирающим устройствам. Кроме того, при первом приложении заданного натяжения ко второму запирающему устройству можно гарантировать, что и тогда, когда прикладывают заданное натяжение, режущее устройство будет отцентрировано на валу и не будет деформировано.

Предпочтительно, до того, как начальное натяжение прикладывают ко второму запирающему устройству, второе запирающее устройство и режущее устройство располагают на валу. Кроме того, предпочтительно, когда начальное натяжение прикладывают к первому запирающему устройству, первое запирающее устройство расположено на месте.

В настоящем документе начальное натяжение следует понимать как натяжение менее 50% от заданного натяжения. Кроме того, заданное натяжение в настоящем документе следует понимать как максимальное натяжение, которое должно быть приложено, соответственно, к первому и второму запирающим устройствам при нормальных рабочих условиях. В случае, когда первое и/или второе запирающие устройства содержат резьбовой болт, взаимодействующий с сопряженными резьбовыми отверстиями, например, начальное натяжение и заданное натяжение могут быть крутящими моментами. Кроме того, начальное натяжение и заданное натяжение первого запирающего устройства могут отличаться от начального натяжения и заданного натяжения второго запирающего устройства.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения ниже описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг. 1 изображает продольный разрез иллюстративного варианта выполнения режущего узла вдоль сечения А-А, показанного на Фиг. 2,

Фиг. 2 изображает поперечный разрез режущего узла, выполненного в соответствии с Фиг. 1,

Фиг. 3 изображает часть вида сверху режущего узла, выполненного в соответствии с Фиг. 1, и

Фиг. 4 изображает продольный разрез режущего узла с указанием центральной плоскости первого элемента качения и центра сферы, образованной наружными поверхностями вторых роликов второго элемента качения.

На Фиг. 1-4 показан иллюстративный вариант выполнения режущего узла 1 для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, содержащего вал 100 и конструкцию 10 для поддержки вала в форме корпуса. Вал 100, по меньшей мере частично, расположен внутри конструкции 10 и имеет конец 102, проходящий от машины, с режущим устройством 200, и задний конец 101 для установки вала 100 на машину. Задний конец 101 вала 100 снабжен шайбой 22 предварительного натяжения, которая соединена с задним концом 101 вала 100 с помощью натяжных болтов 23. На заднем конце 20 режущего узла 1 задняя крышка 21 герметично, через уплотнительное кольцо 24, соединена с конструкцией 10, закрывающей задний конец 101 вала 100 шайбой 22 предварительного натяжения. Конструкция 10 содержит несколько отверстий 11 для соединения конструкции для поддержки вала с врубовой машиной для резания поверхности горной породы.

Вал 100 имеет центральное полое внутреннее пространство 110 и продольную ось X или осевое направление. Центральное пространство 110 закрыто концевым элементом 120. Между валом 100 и конструкцией 10, первый элемент 510 качения расположен плавающим образом или с возможностью скольжения в осевом направлении. Кроме того, второй элемент 520 качения расположен между конструкцией 10 и валом 100. Кроме того, дополнительный, но предпочтительный третий элемент 530 качения расположен между конструкцией 10 и валом 100. Второй элемент 520 качения расположен дальше от режущего устройства 200 в осевом направлении или вдоль продольной оси X вала 100, чем первый элемент 510 качения. Третий элемент 530 качения расположен дальше от режущего устройства 200 в осевом направлении или вдоль продольной оси X вала 100, чем первый элемент 510 качения и второй элемент 520 качения.

В показанном в настоящем документе иллюстративном варианте выполнения первый элемент 510 качения представляет собой тороидальный роликовый подшипник, второй элемент 520 качения представляет собой сферический упорный подшипник, а третий элемент 530 качения представляет собой конический роликовый подшипник. Первый элемент качения 510 содержит первые ролики 511, окруженные канавками 512, 513 внутреннего и наружного кольца. Второй элемент 520 качения содержит вторые ролики 521, шайбы 522, 523 и корпус 524. Третий элемент 530 качения содержит третьи ролики 531, внутренние и наружные кольца 532, 533 и корпус 534.

На указанном конце 102 вала 100 режущее устройство 200 присоединено к валу 100 с помощью запирающего узла 800 с возможностью удаления и с предотвращением вращения относительно вала. Запирающий узел 800 содержит первое запирающее устройство 300, расположенное и выполненное с возможностью передачи по существу осевых нагрузок, и второе запирающее устройство 400, расположенное и выполненное с возможностью передачи по существу радиальных нагрузок. Первое и второе запирающие устройства 300, 400 расположены радиально на расстоянии друг от друга, причем первое запирающее устройство 300 расположено радиально снаружи от второго запирающего устройства 400.

Первое запирающее устройство 300 содержит крепежные элементы для крепления режущего устройства 200 к валу 100. В настоящем примере крепежные элементы представляют собой крепежные болты, проходящие через сопряженные отверстия 290 в режущем устройстве 200 и проходящие в глухие отверстия 190 на валу 100. Крепежные элементы могут представлять собой резьбовые болты и взаимодействовать с сопряженной резьбой в отверстиях 290 и 190 в режущем устройстве 200 и валу 100. Предпочтительно, крепежные элементы расположены равноудаленно друг от друга по окружности.

Кроме того, режущее устройство 200 и вал 100 контактируют друг с другом в секциях стыкового соединения 103 в области первого запирающего устройства 300 или вокруг него. В частности, внутренняя осевая концевая поверхность или внутренняя осевая контактная поверхность 240 режущего устройства 200 контактирует с соответствующей контактной поверхностью на валу 100 для создания стыкового соединения 103. Это стыковое соединение обеспечивает эффективный способ передачи осевых нагрузок в направлении толкания от режущего устройства 200 к валу 100. Это может быть выгодным для увеличения мощности для передачи осевых нагрузок в направлении толкающих усилий в дополнение к способности передавать осевые нагрузки в обоих осевых направлениях (толкающие и тяговые усилия), обеспечиваемые, например, крепежными элементами в виде резьбовых болтов. Это особенно выгодно, поскольку во время обычных рабочих условий режущих узлов для врубовых машин для разрушения горной породы толкающие усилия, которые необходимо передать от режущего устройства 200 валу 100, обычно значительно выше, чем тяговые усилия, которые должны быть переданы в противоположном направлении. Таким образом, путем выполнения стыкового соединения 103, в дополнение к крепежным элементам на первом запирающем устройстве 300, может быть обеспечена эффективная передача осевой нагрузки.

Кроме того, благодаря расположению и выполнению с возможностью передачи осевых нагрузок в противоположных направлениях, первое запирающее устройство 300 также расположено и выполнено с возможностью передачи изгибающих моментов, так как, в частности, из-за относительно большого диаметра первого запирающего устройства 300 по сравнению со вторым запирающим устройством 400, возникающие изгибающие моменты можно разделить на положительные и отрицательные осевые усилия, возникающие на двух противоположных крепежных элементах.

В примере, показанном на Фиг. 1-4, второе запирающее устройство 400 содержит конический запирающий узел 420, содержащий фиксирующие элементы 410 для фиксации конической наружной поверхности и конической внутренней поверхности относительно друг друга. В примере конического запирающего узла 420, показанного в настоящем документе, конический запирающий узел 420 содержит внутреннее запирающее кольцо 422, имеющее коническую наружную поверхность, и наружное запирающее кольцо 421, имеющее коническую внутреннюю поверхность. Тем не менее, в альтернативном варианте выполнения коническая внутренняя поверхность может быть сформирована на режущем устройстве 200, причем в этом случае нет необходимости в наружном запирающем кольце. С помощью фиксирующих элементов 410, которые предпочтительно расположены равноудаленно друг от друга в окружном направлении, внутренняя и наружная конические поверхности могут быть зафиксированы друг относительно друга, центрируя, тем самым, режущее устройство 200 на валу 100. Кроме того, конический запирающий узел 420 эффективно передает радиальные нагрузки между режущим устройством 200 и валом 100.

Этот запирающий узел 800 с первым и вторым запирающими устройствами 300 и 400 имеет то преимущество, что режущее устройство 200 может быть удалено практически неразрушающим способом, а также капитально отремонтировано и повторно установлено или заменено новым режущим устройством, без необходимости транспортировки режущего узла 1 в мастерскую, а оставляя режущий узел 1 установленным на врубовой машине и заменяя только режущее устройство 200 прямо на месте.

При замене режущего устройства 200, в частности, установке режущего устройства 200 на вал 100, предпочтительно располагать второе запирающее устройство 400 и режущее устройство 200 на валу и располагать первое запирающее устройство 300 на своем месте. В частности, предпочтительно, следующие этапы выполняют в следующем порядке: во-первых, прикладывают начальное натяжение ко второму запирающему устройству, которое предпочтительно составляет менее 50% от заданного натяжения второго запирающего устройства, во-вторых, прикладывают начальное натяжение к первому запирающему устройству, которое предпочтительно составляет менее 50% от заданного натяжения первого запирающего устройства, в-третьих, прикладывают заданное натяжение ко второму запирающему устройству, и, наконец, прикладывают заданное натяжение к первому запирающему устройству. Заданное натяжение первого и второго запирающих устройств (и, соответственно, начальное натяжение первого и второго запирающих устройств) может отличаться и зависит от типа запирающих устройств, используемых в качестве первого и второго запирающих устройств и, в частности, типа фиксирующих или крепежных элементов, используемого в первом и втором запирающих устройствах.

Путем установки режущего устройства на валу таким способом, может быть гарантировано, что второе запирающее устройство 400 правильно центрирует режущее устройство 200 на валу 100, причем одновременно соединение на первом запирающем устройстве правильно создают на месте для правильной передачи осевых нагрузок.

Конструкция подшипника с первым, вторым и третьим элементами 510, 520, 530 качения была рассчитана таким образом, чтобы обеспечить более четко определенные нагрузки для каждого элемента качения, чем в известном уровне техники, и позволяет более точно рассчитывать и изготавливать подшипники, что приводит к более длительному сроку службы подшипника. Первый элемент 510 качения выполнен плавающим или с возможностью скольжения в осевом направлении так, что первый элемент 510 качения по существу передает радиальные нагрузки. Осевые нагрузки передаются главным образом вторым и третьим элементами 520, 530 качения.

Третий элемент 530 качения и второй элемент 520 качения выполнены и расположены так, что направление наклона угла контакта и/или оси вращения вторых роликов 521 второго элемента 520 качения отличается от направления наклона угла контакта и/или оси вращения третьих роликов 531 третьего элемента 530 качения. Таким образом, третий элемент 530 качения в основном служит для восприятия осевых усилий в направлении, противоположном усилиям, которые в основном воспринимаются вторым элементом 520 качения. Кроме того, третий элемент 530 качения служит для предварительного натяжения или смещения второго элемента 520 качения.

Чтобы добиться того, чтобы второй элемент 520 качения в основном служил для восприятия осевых нагрузок, и чтобы радиальные нагрузки в основном воспринимались первым элементом 510 качения, линия, ортогональная наружной поверхности второго ролика 521 второго элемента 520 качения, пересекает продольную ось X вала 100 в центральной плоскости 519 первого элемента 510 качения, как можно видеть на Фиг. 4. В частности, поскольку второй элемент 520 качения является сферическим упорным подшипником, в продольном разрезе наружные поверхности вторых роликов 521 образуют (виртуальную) сферу 528 с (виртуальным) центром Р. В примере, показанном в настоящем документе, этот (виртуальный) центр Р (виртуальной) сферы 528, образованной наружными поверхностями второго ролика 521 второго элемента 520 качения, лежит на продольной оси X и внутри (виртуальной) центральной плоскости 519 первого элемента 510 качения, как можно видеть на Фиг. 4. В качестве альтернативы, хорошие результаты также достигаются в случае, когда центр Р сферы 528 лежит в пределах +/- 25% или меньше, как описано выше, от осевой протяженности первого элемента 510 качения, в частности, его первых роликов 511, от этой центральной плоскости. Другими словами, центр Р сферы 528 может отклоняться от центральной плоскости 519 вдоль продольной оси X вала 100 в некоторой степени в пределах указанного выше диапазона.

Предпочтительно, чтобы все три элемента 510, 520, 530 качения оставались установленными на своих местах между конструкцией 10 и валом во время разборки режущего узла, например, при удалении и/или повторной установке режущего устройства и/или уплотнительного устройства и/или уплотнительного держателя.

Режущее устройство 200 в показанном в настоящем документе варианте выполнения представляет собой режущее кольцо, но может также иметь форму, например, режущего диска. Предпочтительно, режущее устройство представляет собой консольное режущее кольцо. Как показано в варианте выполнения на чертежах, режущее устройство 200 имеет наружный радиальный конец 210 и внутренний радиальный конец 220, причем радиус наружного радиального конца 210 больше радиуса внутреннего радиального конца 220. Рядом с наружным радиальным концом расположена наружная осевая концевая поверхность 230, а рядом с внутренним радиальным концом 220 расположена внутренняя осевая концевая поверхность или внутренняя осевая контактная поверхность 240. Предпочтительно, наружная осевая концевая поверхность 230 и внутренняя осевая концевая поверхность 240 параллельны друг другу.

Режущий узел 1 дополнительно содержит уплотнительный держатель 700, который неподвижно закреплен на валу 100. В показанном в настоящем документе варианте выполнения уплотнительный держатель 700 имеет кольцевую форму и прикреплен к валу 100 с предотвращением вращения относительно вала с помощью штифтов 720 и герметично установлен относительно вала 100 с помощью уплотнительного кольца 710. Уплотнительный держатель 700 служит для поддержки по меньшей мере части уплотнительного устройства 600. Уплотнительное устройство 600 в показанном в настоящем документе варианте выполнения содержит два уплотнительных кольца 611, 612, герметизирующих конструкцию 10 и уплотнительный держатель 700 с валом 100. Путем установки уплотнительного держателя 700 с возможностью удаления на валу, можно разобрать, в частности, провести техническое обслуживание, например, замену или капитальный ремонт, уплотнительного устройства 600 или его части легко и без разрушения. В показанном в настоящем документе варианте выполнения сначала необходимо удалить режущее кольцо 200, прежде чем можно будет снять уплотнительный держатель 700.

На Фиг. 1-4 показан предпочтительный пример режущего узла со съемным режущим кольцом 200, присоединенным посредством запирающего устройства 800, и со специальным подшипниковым узлом с первым и вторым элементами 510, 520 качения и, предпочтительным, но необязательным, элементом 530 качения. Несмотря на то, что на чертежах эти аспекты показаны в комбинации, различные аспекты, описанные в настоящем документе, также могут применяться по отдельности.

Группа изобретений относится к режущему узлу для врубовой машины, режущему модулю, способу разборки режущего узла для врубовой машины. Техническим результатом является увеличение срока службы подшипникового узла. Режущий узел для врубовой машины предназначен для разрушения горной породы и содержит конструкцию для поддержки вала, вал, по меньшей мере частично расположенный внутри указанной конструкции, режущее устройство, расположенное на валу или на указанной конструкции, и первый подшипник качения, расположенный между указанной конструкцией и валом плавающим образом или с возможностью скольжения в осевом направлении, второй подшипник качения, расположенный между указанной конструкцией и валом. Виртуальная линия, ортогональная наружной поверхности второго ролика указанного второго подшипника качения, пересекает продольную ось вала в центральной плоскости первого подшипника качения или в пределах +/- 25% осевой протяженности первого подшипника качения от указанной центральной плоскости. Режущий модуль содержит два или большее количество режущих узлов. Способ разборки режущего узла для врубовой машины включает удаление режущего устройства и/или задней крышки, установленных на валу и/или на конструкции для поддержки вала. Также способ включает повторную установку режущего устройства и/или задней крышки или установку нового режущего устройства и/или новой задней крышки. При этом первый и второй подшипники качения остаются установленными на своих местах между указанной конструкцией и валом во время разборки режущего узла. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Режущий узел (1) для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, содержащий: конструкцию (10) для поддержки вала, вал (100), по меньшей мере частично расположенный внутри указанной конструкции (10), режущее устройство (200), расположенное на валу (100) или на указанной конструкции (10), и первый подшипник (510) качения, расположенный между указанной конструкцией (10) и валом (100) плавающим образом или с возможностью скольжения в осевом направлении, второй подшипник (520) качения, расположенный между указанной конструкцией (10) и валом (100), отличающийся тем, что виртуальная линия (529), ортогональная наружной поверхности второго ролика (521) указанного второго подшипника (520) качения, пересекает продольную ось (Х) вала (100) в центральной плоскости (519) первого подшипника (510) качения или в пределах +/- 25% осевой протяженности первого подшипника (510) качения от указанной центральной плоскости (519).

2. Режущий узел (1) по п.1, отличающийся тем, что режущее устройство установлено на указанном валу с возможностью отсоединения, но с предотвращением вращения относительно вала, а указанная конструкция для поддержки вала закреплена.

3. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что второй подшипник (520) качения расположен дальше от режущего устройства (200) в осевом направлении вала (100), чем первый подшипник (510) качения.

4. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что режущее устройство (200) представляет собой консольное режущее кольцо.

5. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что между указанной конструкцией (10) и валом (100) расположен третий подшипник (530) качения.

6. Режущий узел (1) по п.5, отличающийся тем, что третий подшипник (530) качения расположен дальше от режущего устройства (200) в осевом направлении вала (100), чем первый подшипник (510) качения и второй подшипник (520) качения.

7. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.5 и 6, отличающийся тем, что третий подшипник (530) качения и второй подшипник (520) качения выполнены и расположены так, что направление наклона угла контакта и/или осей вращения второго подшипника (520) качения отличается от направления наклона угла контакта и/или осей вращения третьего подшипника (530) качения.

8. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что центр (Р) виртуальной сферы (528), образованной наружной поверхностью второго ролика (521) указанного второго подшипника (520) качения, расположен внутри центральной плоскости (519) первого подшипника (510) качения или в пределах +/- 25% осевой протяженности первого подшипника (510) качения от центральной плоскости (519).

9. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что второй подшипник (520) качения представляет собой сферический упорный подшипник.

10. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.1-9, отличающийся тем, что первый подшипник (510) качения представляет собой сферический или тороидальный роликовый подшипник.

11. Режущий узел (1) по меньшей мере по одному из пп.4-9, отличающийся тем, что третий подшипник (530) качения представляет собой конический роликовый подшипник.

12. Режущий модуль, содержащий два или большее количество режущих узлов (1), выполненных по меньшей мере по одному из пп.1-11.

13. Способ разборки режущего узла (1) для врубовой машины, предназначенной для разрушения горной породы, выполненного по меньшей мере по одному из предшествующих пунктов, причем способ включает: удаление режущего устройства (200) и/или задней крышки (21), установленных на валу (100) и/или на конструкции (10) для поддержки вала, повторную установку режущего устройства (200) и/или задней крышки (21) или установку нового режущего устройства (200) и/или новой задней крышки (21), причем первый и второй подшипники (510, 520) качения остаются установленными на своих местах между указанной конструкцией (10) и валом (100) во время разборки режущего узла (1).

14. Способ по п.13, в котором третий подшипник (530) качения остается установленным на своем месте между указанной конструкцией (10) и валом (100) во время разборки режущего узла (1).