МАШИНА, НЕСУЩАЯ РЕЖУЩЕЕ ГОРНУЮ ПОРОДУ УСТРОЙСТВО Российский патент 2021 года по МПК E21C27/24 E21C25/06 E21C25/16 E21C31/10 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[01] Данная заявка испрашивает приоритет находящихся на одновременном рассмотрении поданных ранее предварительных патентных заявок США 62/398,744, подана 23 сентября 2016 г., 62/398,717, подана 23 сентября 2016 г., и 62/398,834, подана 23 сентября 2016 г. Полное содержание этих документов включено в данный документ посредством ссылки.

Уровень техники

[02] Настоящее изобретение относится к машинам для проходки или выемки горной породы и, в частности, к режущему устройству машины для проходки или выемки горной породы.

[03] Проходка и выемка твердой горной породы обычно требует передачи большой энергии на участок плоскости забоя для генерирования раскалывания горной породы. Одна обычная методика содержит применение режущей головки, с многочисленными разрушающими породу зубками. Вследствие твердости горной породы зубки требуют частой замены, что приводит к длительному простою машины и перерыве в горных работах. Другая методика содержит бурение многочисленных шпуров в плоскость забоя, закладку взрывных устройств в шпуры и подрыв устройств. Силы взрыва раскалывают горную породу, обломки горной породы затем удаляют, и плоскость забоя готовят для новой операции бурения. Данная методика является затратной по времени и подвергает операторов значительному риску травм вследствие применения взрывчатых веществ (ВВ) и ослабления структуры окружающей породы. В другой методике применяют шарошку (шарошки), которая перекатывается или вращается вокруг оси параллельной плоскости забоя, передавая большие силы на горную породу для обеспечения раскалывания.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[04] В одном аспекте машина для выемки горной породы содержит раму, режущее устройство и стрелу. Режущее устройство содержит режущий диск, имеющий режущую кромку причем режущий диск может вращаться вокруг оси режущего устройства. Стрела несет режущее устройство и содержит первый конец, второй конец и ось стрелы, по существу, параллельную оси режущего устройства. Стрела, кроме того, содержит первую часть и вторую часть. Первая часть соединена c рамой для поворота вокруг первой поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением. Вторая часть соединена c режущим устройством, и вторая часть является поворачиваемой вокруг второй поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением.

[05] В другом аспекте машина для выемки горной породы содержит шасси, стрелу, которую несет шасси, режущее устройство, которое несет стрела, и стабилизатор. Шасси содержит по меньшей мере одно устройство фрикционного привода. Режущее устройство содержит режущий диск, имеющий режущую кромку, и режущий диск может вращаться вокруг оси режущего устройства. Стабилизатор несет шасси относительно поверхности горной выработки. Стабилизатор содержит подушку, исполнительный механизм и несущий элемент. Подушка выполнена с возможностью взаимодействия с поверхностью горной выработки, и исполнительный механизм содержит первый конец, соединенный c шасси и второй конец, соединенный c подушкой. Несущий элемент содержит первый конец, соединенный c шасси, и второй конец, соединенный по меньшей мере с одним из подушки и исполнительного механизма.

[06] Другие аспекты должны стать понятны из подробного описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[07] На фиг. 1A показана в изометрии горная машина.

[08] На фиг. 1B показаны в изометрии шасси и врубовая рама горной машины фиг. 1A.

[09] На фиг. 1C показана в изометрии горная машина фиг. 1A со стабилизаторами в первом положении.

[10] На фиг. 1D показана в изометрии горная машина фиг. 1A со стабилизаторами во втором положении.

[11] На фиг. 1E показан вид сбоку стрелы и резцовой головки.

[12] На фиг. 1F показан вид сбоку горной машины фиг. 1A со стрелой в поднятом положении.

[13] На фиг. 1G показан вид сбоку горной машины фиг. 1A со стрелой в выровненном положении.

[14] На фиг. 1H показан вид сбоку горной машины фиг. 1A со стрелой в опущенном положении.

[15] На фиг. 1I показан вид сбоку горной машины фиг. 1A с запястной частью в первом нижнем положении.

[16] На фиг. 1J показан вид сбоку горной машины фиг. 1A с запястной частью во втором нижнем положении.

[17] На фиг. 1K показано в изометрии шасси со стабилизаторами другого варианта осуществления.

[18] На фиг. 2 показан вид сбоку резцовой головки.

[19] На фиг. 3 показано сечение резцовой головки фиг. 2, по линии 3-3 на фиг. 1A.

[20] На фиг. 4 показана разобранная резцовая головка фиг. 2.

[21] На фиг. 5 показана разобранная часть резцовой головки фиг. 4.

[22] На фиг. 6 показана разобранная часть резцовой головки фиг. 2.

[23] На фиг. 7 показана разобранная часть резцовой головки фиг. 6.

[24] На фиг. 8 схематично показана резцовая головка фиг. 2, взаимодействующая с плоскостью забоя.

[25] На фиг. 9 показана в изометрии резцовая головка другого варианта осуществления.

[26] На фиг. 10 показано сечение резцовой головки фиг. 9, по линии 10-10.

[27] На фиг. 11 показано продольное сечение резцовой головки фиг. 9 и стрелы одного варианта осуществления.

[28] На фиг. 12 показана в изометрии резцовая головка другого варианта осуществления.

[29] На фиг. 13 показано продольное сечение резцовой головки фиг. 12 по линии 13-13.

[30] На фиг. 14 показана в изометрии резцовая головка другого варианта осуществления.

[31] На фиг. 15 показано продольное сечение резцовой головки фиг. 12, по линии 15-15.

[32] На фиг. 16 показано продольное сечение резцовой головки фиг. 12 по линии 15-15.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[33] Перед подробным описанием любых вариантов осуществления изобретения следует пояснить, что изобретение не ограничено в заявке деталями конструкции и устройством компонентов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на прилагаемых чертежах. Изобретение предполагает возможность других вариантов осуществления, а также реализацию на практике различными путями. Также следует понимать, что фразеология и терминология, применяемая в данном документе, служит для описания и не должна считаться ограничивающей. Применение терминов ʺвключающий в себяʺ, ʺсодержащийʺ и ʺимеющийʺ, а также их вариаций в данном документе охватывает позиции, перечисленные ниже в данном документе и их эквиваленты, а также дополнительные позиции. Термины ʺсмонтированныйʺ, ʺсоединенныйʺ и ʺсцепленныйʺ, а также их вариации применены в широком смысле и заключают в себе как варианты прямого, так и непрямого монтажа, соединения и сцепления. Кроме того, ʺсоединенныйʺ, ʺсцепленныйʺ не ограничены физическими или механическими соединениями или сцеплениями и могут содержать электрические или гидравлические соединения или сцепления. Электронные коммуникации и сообщения могут также быть выполнены с применением любых известных средств, в том числе прямых соединений, беспроводных соединений и т.д.

[34] В дополнение, следует понимать, что варианты осуществления изобретения могут содержать агрегатное обеспечение, программное обеспечение и электронные компоненты или модули, которые для рассмотрения можно показать и описать, как если большинство компонентов реализовано только в агрегатном обеспечении. Вместе с тем, специалисту в данной области техники на основе прочтения данного подробного описания должно быть ясно, что по меньшей мере в одном варианте осуществления аспекты изобретения можно реализовать в программном обеспечении (например, сохраненными на не транзиторном машиночитаемом носителе), исполняемым одним или несколькими блоками обработки, такими как микропроцессор, специализированные интегральные микросхемы (ʺASICʺ) или другое электронное средство. При этом следует отметить, что множество средств, основанных на агрегатном обеспечении и программном обеспечении, а также множество отличающихся конструктивных компонентов можно использовать для реализации изобретения. Например, ʺконтроллерыʺ, описанные в заявке могут содержать один или несколько электронных процессоров или блоков обработки, один или несколько модулей машиночитаемых носителей, один или несколько интерфейсов ввода/вывода и различные соединения (например, системную шину), соединяющие компоненты.

[35] На фиг. 1A показана машина для выемки горной породы или горная машина 10 (например, штрековая проходческая машина), содержащая шасси 14, стрелу 18, устройство выемки горной породы или режущее устройство или резцовую головку 22 для взаимодействия с плоскостью 30 забоя (фиг. 1G) и систему 34 перемещения материала. В показанном варианте осуществления, шасси 14 установлено на устройстве фрикционного привода (например, гусеничной ходовой части 38) для перемещения относительно пола (не показано). В показанном варианте осуществления, гусеничная ходовая часть 38 содержит гусеницы 42 с роликовыми катками для распределения веса машины и минимизации тяговой мощности и износа. Ролики вдоль нижней ветви гусениц 42 создают нижние силы сопротивления и поддерживают машину 10 при ее перемещении. В некоторых вариантах осуществления гусеничной ходовой частью 38 можно управлять для перемещения машины 10 со скоростями приблизительно от 20 метров в минуту. В других вариантах осуществления, на гусеничной ходовой части 38 машина может перемещаться с меньшими или большими скоростями. Шасси 14 содержит первый или передний конец и второй или задний конец, и продольная ось 50 шасси проходит между передним концом и задним концом.

[36] В показанном варианте осуществления, стрела 18 установлена на поворотной платформе, или поворотном столе, или вертлюжном соединении 54 для поворота относительно шасси 14. Вертлюжное соединение 54 установлено для вращения (например, с помощью поворотного подшипника, не показано) вокруг оси 58 вертлюга перпендикулярной оси 50 шасси (например, оси 58 вертлюга перпендикулярной опорной поверхности) для поворота стрелы 18 в плоскости в общем параллельной оси 50 шасси (например, плоскости параллельной опорной поверхности). В показанном варианте осуществления, поворотные исполнительные механизмы или цилиндры 66 выдвигаются и убираются для поворота вертлюжного соединения 54 и стрелы 18 вокруг оси 58 вертлюга.

[37] Как показано на фиг. 1B, вертлюжное соединение 54, стрела 18, резцовая головка 22 и система 34 перемещения материала закреплены на обычной врубовой раме 52, которая является перемещаемой относительно шасси 14. В показанном варианте осуществления, врубовая рама 52 содержит проходящие вбок выступы 56, принимаемые в пазы 60 шасси 14. Выступы 56 могут перемещаться (например, катиться или скользить) в пазах 60, и гидравлические исполнительные механизмы (например, цилиндры 40) соединены между шасси 14 и врубовой рамой 52 для перемещения врубовой рамы 52. В других вариантах осуществления перемещение врубовой рамы 52 может быть выполнено другим способом. Перемещение врубовой рамы 52 обеспечивает резцовой головке 22 и системе 34 перемещения материала перемещение параллельно оси 50 шасси и продвижение к плоскости 30 забоя, когда шасси 14 остается закрепленным на месте относительно грунта. В некоторых вариантах осуществления врубовая рама 52 обеспечивает резцовой головке 22 полное продвижение на 1 метр относительно шасси 14 до перемещения/ перестановки шасси 14; в других вариантах осуществления полное врубовое расстояние может быть больше или меньше. В некоторых вариантах осуществления, убирание врубовой рамы 52, когда машина 10 перемещается на гусеничной ходовой части 38, обеспечивает предпочтительное положение центра тяжести для перемещения.

[38] Установка вертлюжного соединения 54 на врубовой раме 52 уменьшает потребность в дополнительных вспомогательных компонентах и несущей конструкции сзади стрелы 18, требуемых для стрел других типов и конфигураций. Соответственно, электрические и гидравлические двигатели, насосы, клапаны и трубы можно напрямую устанавливать на стреле 18, обеспечивая более простую, компактную и надежную машину.

[39] Как показано на фиг. 1C и 1D, стабилизирующие устройства соединены c шасси 14 для избирательного скрепления шасси 14 с поверхностью горной выработки (например, полом или кровлей горной выработки). Стабилизирующие устройства могут поднимать шасси 14 для разгрузки гусеничной ходовой части 38 и удержания шасси 14 в общем уравновешенным во время операций резания, при этом поддерживая шасси 14 с противодействием нагрузкам, обусловленным приложением режущих сил головкой 22 режущего устройства (фиг. 1A). В показанном варианте осуществления, стабилизирующие устройства содержат домкраты 62 и стабилизаторы 64. Домкраты 62 выдвигаются вниз от шасси 14 для взаимодействия с несущей поверхностью или полом, и домкраты 62 установлены смежно с каждым из четырех углов шасси 14. Домкраты 62 можно независимо приводить в действие для выравнивания шасси 14 или его позиционирования в требуемой ориентации. В других вариантах осуществления домкраты могут выдвигаться в другом направлении, и меньше или больше домкратов 62 может быть соединено c шасси 14.

[40] Стабилизаторы 64 проходят вверх от шасси 14 для взаимодействия с кровлей или нависающей поверхностью стены. Каждый стабилизатор 64 содержит подушку 68 для взаимодействия с поверхностью, гидравлический цилиндр 72, и опорное звено или подкос 76. Гидравлический цилиндр 72 содержит один конец, шарнирно соединенный c подушкой 68, и другой конец, шарнирно соединенный c шасси 14. Подкос 76 содержит один конец, шарнирно соединенный c подушкой 68 и с одним концом гидравлического цилиндра 72, а также другой конец, шарнирно соединенный c шасси 14. В показанном варианте осуществления, каждый подкос 76 является телескопическим и может удлиняться, когда гидравлический цилиндр 72 поднимает подушку 68. Воздействие аномалий или дефектов в поверхности кровли можно предотвратить, регулируя длину телескопически перемещающегося подкоса 76 до приложения нагрузки на подушку 68, упирающуюся в поверхность. Приведение в действие гидравлического цилиндра 72 обуславливает взаимодействие соответствующей подушки 68 с поверхностью кровли и приложение нагрузки на нее, при этом увеличиваются реактивные нагрузки, производимые домкратами 62 в противоположном направлении (на пол). Подкос 76 обеспечивает стабильность и распределяет часть реактивной силы на другой участок шасси 14.

[41] Как показано на фиг. 1K, в другом варианте осуществления нижний конец гидравлического цилиндра 472 соединен с возможностью поворота c шасси 14 в другом месте, при этом обеспечена требуемая конфигурация распределения стабилизирующей нагрузки с домкратами 62. В дополнение, телескопическое звено или подкос 478 (например, гидравлический цилиндр) соединен между подушками 468 стабилизаторов 464 для предотвращения бокового перемещения подушек 468, когда подушки 468 нагружены при установке в упор с поверхностью горной выработки. Кроме того, каждый подкос 476 может быть соединен с возможностью поворота c соответствующей подушкой 468 сферическим соединением, и подкос 478 может быть соединен с возможностью поворота c подушками 468 и распорками 476 сферическими соединениями. Каждый подкос 476 может содержать торсионно гибкий участок 480 (например, для обеспечения заданного диапазона поворотного перемещения подкоса 476). Стабилизаторы 464 можно независимо приводить в действие для взаимодействия с поверхностью кровли, даже если поверхность неровная.

[42] В процессе работы гусеничная ходовая часть 38 перемещает машину 10 в требуемое положение, а домкраты 62 и стабилизаторы 64 приводят в действие для выравнивания шасси 14 и фиксации или крепления машины в упор с полом и/или кровлей. Врубовую раму 52 можно продвигать вперед (например, с помощью цилиндров 40) в направлении параллельном оси 50 шасси (фиг. 1) к стенке горной породы или пласту или врубать в них. После каждого прохода для резания врубовую раму 52 можно продвигать вперед на расстояние приблизительно равное глубине резания за один проход (например, 50 мм, 100 мм). Нагрузки от резания можно передавать на грунт через стабилизирующие устройства.

[43] Как также показано на фиг. 1A, система 34 перемещения материала содержит лопату или загребающую головку 42 и конвейер 44. Загребающая головка 42 содержит лоток или платформу 46, а также вращающиеся рукояти 48. При продвижении вперед в процессе проходки вырубленный материал надвигается на платформу 46, и вращающиеся рукояти 48 перемещают вырубленный материал на конвейер 44 для транспортировки материала к заднему концу машины 10. В других вариантах осуществления рукояти могут скользить по части платформы 46 или обметать ее (без вращения) для направления вырубленного материала на конвейер 44. Конвейер 44 может быть цепным конвейером, приводимым в движение одной или несколькими звездочками. В показанном варианте осуществления, конвейер 44 соединен c загребающей головкой 42 и установлен для перемещения с загребающей головкой 42 относительно шасси 14.

[44] Как показано на фиг. 1A, стрела 18 содержит первую или базовую часть 70, вторую или запястную часть 74, несущую резцовую головку 22, и промежуточную часть 78, расположенную между базовой частью 70 и запястной частью 74. В показанном варианте осуществления, базовая часть 70 соединена с возможностью поворота c вертлюжным соединением 54 (например, шарнирным соединением), и базовую часть 70 поворачивают или ʺперемещают меняя вылетʺ относительно вертлюжного соединения 54 первые исполнительные механизмы 80 (например, гидравлические цилиндры). Выдвижение и убирание первых исполнительных механизмов 80 поворачивает базовую часть 70 вокруг оси поворота для изменения вылета или первой поворотной оси 82. Первая поворотная ось 82 может быть расположена поперек оси 54 вертлюга, так что выдвижение и убирание первых исполнительных механизмов 80 обуславливает перемещение базовой части 70 между верхним положением и нижним положением. В дополнение, промежуточная часть 78 соединена с возможностью поворота c базовой частью 70 (например, шарнирным соединением), и промежуточную часть 78 поворачивают относительно базовой части 70 вторые исполнительные механизмы 84 (например, вторые гидравлические цилиндры). Выдвижение и убирание вторых исполнительных механизмов 84 поворачивает промежуточная часть 78 вокруг второй поворотной оси 86, смещенной от первой поворотной оси 82. В показанном варианте осуществления с элементами стрелы, ориентированными, как показано, вторая поворотная ось 86, по существу, является перпендикулярной горизонтальной оси или первой поворотной оси 82.

[45] В других вариантах осуществления (не показано), базовую часть стрелы можно вместо описанного выше соединять c рамой и устанавливать с возможностью поворота вокруг поперечной оси или оси поворота меняющего вылет, и вертлюжное соединение может быть выполнено на части стрелы. Понятно, что другие варианты осуществления могут включать в себя различные конфигурации шарнирно-сочлененных частей для стрелы.

[46] Кроме того, запястная часть 74 содержит проушины 90 (фиг. 2), соединяемые с возможностью поворота c промежуточной частью 78 (например, шарнирным соединением). Запястную часть 74 поворачивают относительно промежуточной части 78 запястные исполнительные механизмы 92 (например, гидравлические цилиндры). Выдвижение и убирание запястных исполнительных механизмов 92 поворачивает запястную часть 74 вокруг запястной оси 94, смещенной от первой поворотной оси 82 и второй поворотной оси 86. В показанном варианте осуществления, вторая поворотная ось 86, является по существу, перпендикулярной первой поворотной оси 82 и, по существу, перпендикулярной запястной оси 94.

[47] Как показано на фиг. 1E-1H, в некоторых вариантах осуществления, стрела 18 может иметь установлена по одной прямой с базовой частью 70, промежуточной частью 78 и запястной частью 74. Стрела 18 может оставаться в данной конфигурации, выровненной по одной оси или в прямой конфигурации значительную часть времени процесса резания, и положением резцовой головки 22 можно в основном управлять, приводя в действие поворотные исполнительные механизмы 66 (фиг. 1F) и меняющие вылет стрелы исполнительные механизмы 80. Как показано на фиг. 1I и 1J, при резании ниже нижнего предела для конфигурация прямой стрелы, меняющий вылет стрелы угол (т.e., ориентацию базовой части 70 относительно вертлюжного соединения 54) можно сохранять на его нижнем пределе, когда запястные исполнительные механизмы 92 поворачивают запястную часть 74 в шарнире или меняют ее вылет. В некоторых вариантах осуществления запястную часть 74 можно поворачивать в шарнире или менять ее вылет, даже когда базовая часть 70 расположена выше нижнего предела конфигурации прямой стрелы. В некоторых вариантах осуществления базовую часть 70 можно поворачивать вокруг первой поворотной оси 82 в интервале приблизительно на 11 градусов ниже горизонтали и приблизительно на 35 градусов выше горизонтали. В некоторых вариантах осуществления запястную часть 74 можно поворачивать относительно промежуточной части 78 вокруг запястной оси 94 приблизительно на 50 градусов, обеспечивая значительную дополнительную подвижность.

[48] В варианте осуществления фиг. 1E показано, что первую поворотную ось 82 и запястную ось 94 можно установить по прямой линии 96, соосными с головкой 22 режущего устройства, при этом обеспечивая переход между резанием посредством приведения в действие меняющих вылет стрелы исполнительных механизмов 80 и резанием посредством приведения в действие запястных исполнительных механизмов 92. В других вариантах осуществления можно применять комбинацию управления вылетом стрелы и запястья. Также, запястная часть 74 и промежуточная часть 78 стрелы 18 и их соответствующие исполнительные механизмы обеспечивают функцию упругости или смещения для действия механизма подвески во время резания. Исполнительные механизмы 80, 84, 92 могут поворачивать части стрелы для обеспечения требуемого профиля резания, и могут также действовать, как пружины, для противодействия силам резания, передаваемым на стрелу 18.

[49] В варианте осуществления фиг. 1J показано, что дальнюю запястную часть 74 можно наклонить вниз для позиционирования резцовой головки 22 вблизи пола, также подтянув режущий диск 102 близко к передней кромке лопаты 42. Нижние поверхности стрелы 18 также сохраняют значительный просвет относительно лопаты 42, содействуя подаче материала по лопате 42 и на конвейер 44 (фиг. 1A). Крутой угол поворота для запястной части 74 и ее непосредственная близость между режущим элементом и передней кромкой платформы 46 лопаты помогает погрузке вырубленного материала на платформу 46. Крутой угол поворота обеспечивает профиль забой-пол, который напоминает округление большого радиуса для предотвращения защемления материала между передней кромкой лопаты 42 и поверхностью 30 забоя. Пол можно подрубать, например, с помощью дополнительного снижения базовой части 70 и уменьшения наклона запястной части 74. Стрела 18 является компактной, а также весьма эксплуатационно гибкой и легко поворачивающейся для обеспечения резцовой головке 22 проникновения через ранее подрубленный материал, упавший на пол, для перемещения материала от плоскости 30 забоя и очистки пространства. Также, поскольку обе, лопата 42 и стрела 18 смонтированы на врубовой раме 52, относительная геометрия между компонентами сохраняется, вне зависимости от положения врубовой рамы 52.

[50] Как показано на фиг. 2, резцовая головка 22 содержит кожух 98, установленный на конце запястной части 74 и дистанцированный от промежуточной части 78 (фиг. 1). В показанном варианте осуществления кожух 98 выполнен, как отдельная конструкция, съемно соединенная c запястной частью 74 (например, крепежными элементами). Резцовая головка 22 установлена смежно с дальним концом стрелы 18 (фиг. 1). Как показано на фиг. 2 и 3, резцовая головка 22 содержит режущий элемент или резец или режущий диск 102, имеющий периферийную кромку 106, и множество резцов 110 установлены вдоль периферийной кромки 106. Периферийная кромка 106 может иметь круглый (например, кольцевой) профиль с резцами 110, ориентированными в общей плоскости или режущей плоскости 114.

[51] Как показано на фиг. 3, режущий диск 102 жестко соединен c несущим устройством 122, которое установлено на валу 126. Вал 126 содержит первую часть 138 и вторую часть 140. Первая часть 138 установлена для вращения относительно кожуха 98 на одном или нескольких подшипниках 134 вала (например, подшипниках с коническими роликами), и первая часть 138 вращается вокруг первой оси 142. Вторая часть 140 вала 126 проходит вдоль второй оси 144, которая является наклонной или не параллельной первой оси 142. В показанном варианте осуществления вторая ось 144 образует острый угол 146 относительно первой оси 142.

[52] В некоторых вариантах осуществления угол 146 имеет величину больше приблизительно 0 градусов и меньше приблизительно 25 градусов. В некоторых вариантах осуществления угол 146 имеет величину в диапазоне от приблизительно 1 градуса и приблизительно 15 градусов. В некоторых вариантах осуществления угол 146 имеет величину в диапазоне от приблизительно 1 градуса и приблизительно 10 градусов. В некоторых вариантах осуществления угол 146 имеет величину в диапазоне от приблизительно 1 градуса и приблизительно 7 градусов. В некоторых вариантах осуществления угол 146 имеет величину приблизительно 3 градуса.

[53] Вторая часть 140 несет несущее устройство 122 и режущий диск 102 для вращения вокруг второй оси 144. В частности, несущее устройство 122 установлено для вращения относительно вала 126 на подшипниках 148 несущего устройства (например, подшипниках с коническими роликами). В показанном варианте осуществления, вторая ось 144 представляет собой ось резания, вокруг которой вращается режущий диск 102, и вторая ось 144 является перпендикулярной плоскости 114 резания. Также, в показанном варианте осуществления, вторая ось 144 пересекает первую ось 142 на центре передней поверхности режущего диска 102 или на центре плоскости 114 резания, образованной резцами 110.

[54] В кожухе 98 смежно с первой частью 138 вала 126 установлен элемент 150 создания вынужденных колебаний. Элемент 150 создания вынужденных колебаний содержит вал 154 вибратора и эксцентричную массу 158, установленную на валу 154 вибратора. Вал 154 вибратора и эксцентричная масса 158 могут быть установлены в корпусе 162 вибратора. Вал 154 вибратора установлен для вращения относительно корпуса 162 вибратора на подшипниках 166 вибратора (например, подшипниках качения, таких как сферические подшипники качения, компактные выравнивающие подшипники качения, и/или тороидальные подшипники качения). Вал 154 вибратора соединен c двигателем 170 вибратора, и вал 154 вибратора приводится во вращение вокруг оси 174 вибратора. Эксцентричная масса 158 смещена от оси 174 вибратора. В показанном варианте осуществления, ось 174 вибратора выполнена соосной с первой осью 142. В других вариантах осуществления ось 174 вибратора может быть ориентирована параллельной и смещенной от первой оси 142. В других вариантах осуществления ось 174 вибратора может быть наклонена или ориентирована под некоторым углом наклона относительно первой оси 142. Ось 174 вибратора может также быть установлена и смещенной и наклонной относительно первой оси 142.

[55] В показанном варианте осуществления, двигатель 170 вибратора установлен на запястной части 74, и вал 154 вибратора соединен с выходным валом двигателя 170 вибратора соединительной муфтой 178, проходящей между концом вала 154 вибратора и двигателем 170 вибратора. Также, в показанном варианте осуществления, корпус 162 вибратора содержит многочисленные секции (162a, 162b, 162c) скрепленные друг с другом и скрепленные с валом 126. То есть, корпус 162 вибратора вращается с валом 126 и установлен для вращения относительно кожуха 98. В других вариантах осуществления корпус 162 вибратора может быть выполнен, как одно целое с валом 126.

[56] Вращение эксцентричной массы 158 вокруг оси 174 вибратора создает эксцентричные колебания в кожухе 98, вале 126, несущем устройстве 122 и режущем диске 102. В некоторых вариантах осуществления элемент 150 создания вынужденных колебаний и резцовая головка 22 являются одинаковыми с элементом создания вынужденных колебаний и резцами, описанными в публикации патентной заявки США 2014/0077578, опубликованной 20 марта 2014 г., полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки. В показанном варианте осуществления, несущее устройство 122 и режущий диск 102 могут свободно вращаться относительно вала 126; то есть, режущий диск 102 не имеет препятствий для вращения и не приводится во вращение принудительно ничем, кроме наведенных колебаний, вызванных элементом 150 создания вынужденных колебаний и/или реактивных сил, передаваемых на режущий диск 102 от плоскости 30 забоя. В других вариантах осуществления, в которых ось 174 вибратора смещена и/или наклонена относительно первой оси 142, вращение эксцентричной массы 158 должно вызывать принудительные колебания или колебания в обоих, радиальном направлении (перпендикулярном первой оси 142) и аксиальном направлении (параллельном первой оси 142).

[57] В конфигурации выровненной стрелы, описанной выше и показанной на фиг. 1E, ось 174 вибратора может быть соосной с запястной осью 94 и первой поворотной осью 82. Режущий диск 102 может обеспечивать просвет относительно плоскости 30 забоя, как в случае поворота стрелы 18 вокруг первой поворотной оси 82 в выровненной конфигурации, так и если базовая часть 70 блокирована и запястная часть 74 поворачивается.

[58] Как показано на фиг. 6 и 7, конец корпуса 162 вибратора скреплен с зубчатой поверхностью 190 (например, прямозубой шестерней, зубчатым ремнем, и т.д.). В дополнение, резцовая головка 22 содержит второй двигатель 194, установленный смежно с концом корпуса 162 вибратора. Второй двигатель 194 содержит выходной вал (не показано), соединенный c ведущей шестерней 198, которая сопрягается или сцепляется с зубчатой поверхностью 190. При работе второй двигатель 194 приводит во вращение ведущую шестерню 198, при этом вращая зубчатую поверхность 190. Вращение зубчатой поверхности 190 вращает корпус 162 вибратора и вал 126 вокруг первой оси 142. В результате, вторая часть 140 вала 126 также вращается, при этом изменяя ориентацию второй оси 144, вокруг которой вращается режущий диск 102. Например, режущий диск 102 на фиг. 3 ориентирован для резания в направлении вниз; для регулирования просвета режущего устройства для изменения направление резания (например, на направление вверх) вал 126 можно повернуть на 180 градусов.

[59] В показанном варианте осуществления, вторая ось 144 пересекает первую ось 142 на центре передней поверхности режущего диска 102 (т.e., центре плоскости 114 резания, образованной периферийной кромкой 106 в показанном варианте осуществления), или весьма близко к центру плоскости 114. В результате, центр режущего диска 102 остается в фиксированном (или близком к фиксированному) относительном положении, когда вал 126 вращается, предотвращая прямолинейное перемещение режущего диска 102, когда вал 126 вращается. В других вариантах осуществления может существовать небольшое смещение между осями 142, 144.

[60] Также, в показанном варианте осуществления, резцовая головка 22 содержит поворотный патрубок или гидравлический вертлюг 206 для обеспечения сообщения по текучей среде между гидравлическим источником и компонентами в резцовой головке 22. Вертлюг 206 могут передавать текучие среды разных типов, в том числе смазку, рабочую жидкость гидросистемы, воду или другую среду для смывания разрушенной горной породы и/или охлаждения режущего диска 102. В некоторых вариантах осуществления вертлюг 206 установлен между двигателем 170 вибратора и валом 154 вибратора, и соединительное устройство 178 проходит через вертлюг 206. В других вариантах осуществления компоненты могут быть установлены иным способом.

[61] На фиг. 8 схематично показана резцовая головка 22, взаимодействующая с плоскостью 30 забоя в конфигурации для подрубания. Режущий диск 102 проходит поперек длины плоскости 30 забоя в направлении 214 резания. Передняя часть 218 режущего диска 102 контактирует с плоскостью 30 забоя в контактной точке. Плоскость 114 резания, которая ориентирована перпендикулярно второй оси 144, в общем образует острый угол 222 относительно касательной к плоскости 30 забоя, так что задняя часть 226 режущего диска 102 (т.e., часть диска, которая установлена за передней частью 218 по отношению к направлению 214 резания) дистанцирована от плоскости 30 забоя. Угол 222 обеспечивает просвет между плоскостью 30 забоя и задней частью 226.

[62] С помощью поворота вала 126 оператор может модифицировать ориентацию второй оси 144 и, следовательно, ориентацию режущего диска 102. Некоторая плоскость (например, плоскость сечения фиг. 3), содержащая обе, первую ось 142 и вторую ось 144 также имеет ширину или диаметр 202 периферийной кромки 106. Диаметр 202 проходит между точкой на режущем диске 102, ближайшей к поверхности 30 относительно первой оси 142 (т.e., передней части 218) и точкой на режущем диске 102, самой удаленной от поверхности 30 относительно первой оси 142 (т.e., задней части 226). Для резания в требуемом направлении оператор поворачивает вал 126 так, что плоскость, содержащая первую ось 142 и вторую ось 144 совмещается с требуемым направлением резания.

[63] Резцовая головка 22 является многонаправленной, способной к эффективному резанию в любом направлении и к изменению направления резания. Контроллер может координировать прямолинейное перемещение режущего диска 102 по поверхности 30 и поворот второй части 140 вала 126 во время изменений направления резания для предотвращения аксиальной интерференции между режущим диском 102 и поверхностью 30. В дополнение, конструкция стрелы 18 с многочисленными осями поворота является компактной и эксплуатационно гибкой, упрощающей подвеску и управление запястной частью 74 и уменьшающей частоту, с которой требует реконфигурирования положение и ориентация резцовой головки 22.

[64] Хотя пересечение первой оси 142 и второй оси 144 описано выше, как расположенное в центре плоскости 114 резания, возможно смещение пересечения осей 142, 144 на небольшое расстояние от плоскости 114 резания. При таком условии центр плоскости 114 резания должен перемещаться с перемещением вала 126, приводя к небольшому прямолинейному перемещению режущего диска 102. Режущий диск 102 может продолжать резать горную породу при таком условии, и характеристики резания могут меняться в зависимости от величины смещения между точкой пересечения и плоскостью 114 резания, а также характеристик горной породы, подлежащей резанию (например, удельной энергии или энергии, требуемой для выемки единицы объема горной породы).

[65] На фиг. 9 и 10 показана резцовая головка 22 отдельно от стрелы. Как показано на фиг. 10, корпус 562 вибратора может иметь форму и конструкцию отличающиеся от корпуса 162 вибратора, описанного выше и показанного на фиг. 3. В дополнение, на фиг. 11 показана резцовая головка 422, соединенная c запястной частью 474 другого варианта осуществления. Вместо проушин запястная часть 474 содержит вал 490, который установлен для поворота относительно стационарной секции 492. Соединительная муфта 574 длиннее соединительной муфты 174, описанной выше и показанной на фиг. 3 для обеспечения дополнительного расстояния между двигателем 170 вибратора и валом 154 вибратора.

[66] На фиг. 12 и 13 показана резцовая головка 822 другого варианта осуществления. Многие аспекты резцовой головки 822 являются одинаковыми с резцовой головкой 22, и одинаковые элементы указаны одинаковыми ссылочными позициями, плюс 800. Резцовая головка 822 содержит двигатель 970 вибратора, который установлен на кожухе 898, а не на части стрелы. В дополнение, второй двигатель 994 установлен снаружи кожуха 898 вместо установки смежно с концом кожуха 898.

[67] На фиг. 14 и 15 показана резцовая головка 1222 другого варианта осуществления. Многие аспекты резцовой головки 1222 являются одинаковыми с резцовой головкой 22, и одинаковые элементы указаны одинаковыми ссылочными позициями, плюс 1200.

[68] Как показано на фиг. 15, резцовая головка 1222 содержит один двигатель 1370 для приведения во вращение вала 1354 вибратора, вращающего эксцентричную массу 1358 вокруг оси 1374 вибратора. Внутри резцовая головка 1222 дополнительно содержит вал 1326, несущий режущий диск 1302. В частности, вал 1326 содержит первую часть 1338 и вторую часть 1340. Первая часть 1338 установлена для вращении (например, на подшипниках 1334 вала) относительно кожуха 1298. Первая часть 1338 проходит вдоль первой оси 1342, и вторая часть 1340 проходит вдоль второй оси 1344, которая является наклонной или не параллельной относительно первой оси 1342. В показанном варианте осуществления, вторая ось 1344 образует острый угол 1346 с первой осью 1342. Режущий диск 1302 соединен c несущим устройством 1322, которое установлено для вращения на второй части 1340. В показанном варианте осуществления, несущее устройство 1322 не напрямую приводится во вращение, но установлено для свободного вращения относительно второй части 1340 (например, на подшипниках 1348 несущего устройства).

[69] В показанном варианте осуществления, кожух 1298 может быть соединен c корпусом 1362 вибратора (например, с помощью переходной пластины 1364), но первая часть 1338 вала 1326 (например, первый конец или ближний конец вала 1326) не напрямую скреплена для вращении с корпусом 1362 вибратора. Вал 1326 не напрямую приводится во вращение но вместо этого установлен для свободного вращения относительно кожуха 1298 и относительно корпуса 1362 вибратора. В показанном варианте осуществления, вал 1326 вращается вокруг оси (например, первой оси 1342), которая соосна с осью 1374 вибратора. В других вариантах осуществления ось вращения вала 1326 может быть смещена и/или наклонена относительно оси 1374 вибратора. Также, в показанном варианте осуществления, объединенный центр тяжести второй части 1340 вала 1326 и компонентов, закрепленных на нем (например, режущего диска 1302, несущего устройства 1322, подшипников 1348 несущего устройства, и т.д.) лежит на оси соосной с первой осью 1342.

[70] Резцовая головка 1222 не содержит второй двигатель для приведения во вращение вала 1326. Часть вала 1326, несущая режущий диск 1302 (т.e., вторая часть 1340) является наклонной или не параллельной относительно первой части 1338. Как показано на фиг. 16, поскольку режущий диск 1302 является свободно вращающимся вокруг второй оси 1344, радиальный компонент реактивной силы F резания действует на вторую часть 1340 в точке, где вторая ось 1344 пересекает плоскость резания 1314 диска 1302. В результате, любая радиальная нагрузка, приложенная на режущий диск 1302, такая как реактивные силы, обусловленные ударами режущего диска 1302 по пласту горной породы, должна создавать момент на валу 1326 и обуславливать поворот вала 1326 вокруг первой оси 1342, чтобы ориентировать вторую часть 1340 в сторону от приложенной силы. Абсолютная величина момента равна радиальному компоненту силы F резания, умноженному на расстояние D между линией действия силы F резания (т.e., пересечения второй оси 1344 с плоскостью 1314 резания) и пересечения первой оси 1342 с плоскостью 1314 резания. Произведение радиального компонента и расстояния D дает крутящий момент T управления направлением движения. Передняя часть 1418 режущего диска 1302 (т.e., часть диска 1302, которая выступает дальше всего в направлении параллельном первой оси 1342) поэтому автоматически ориентируется для взаимодействия с горной породой, даже если направление хода резцовой головки 1222 меняется. Понятно, что радиальный компонент реактивной силы может не быть точно совмещен с направлением хода во все моменты времени, но эти две позиции должны, по существу, выравниваться. Также возможно генерирование некоторого трения подшипниками 1334 вала, которое может создавать сопротивление небольшим изменениям в направлении хода. Подшипники 1334 вала также создают реактивные силы R1, R2 на валу 1326 в ответ на силу F резания.

[71] Как также показано на фиг. 15, резцовая головка 1222 дополнительно содержит одно или несколько распыляющих сопел 1404, гидравлический вертлюг 1406 и проход 1408 для текучей среды через вал 1326. В показанном варианте осуществления, гидравлический вертлюг 1406 принимает текучую среду для распыления, такую как вода, из источника текучей среды (например, насоса, не показано). Проход 1408 для текучей среды обеспечивает сообщение по текучей среде между вертлюгом 1406 и распыляющим соплом 1404, установленным на валу 1326 смежно с режущим диском 1302. Текучую среду под давлением распыляют из сопла 1404. В показанном варианте осуществления, сопло 1404 скреплено с концом вала 1326 и ориентировано к передней части 1418 диска 1302. Когда вал 1326 вращается, сопло 1404 должно сохранять свою ориентацию для эмитирования текучей среды к направлению удара.

[72] Головка 1222 режущего устройства исключает необходимость второго двигателя и сопутствующих гидравлических компонентов, а также содержит простые механические компоненты для достижения функции ʺуправления направлением движенияʺ. В дополнение, можно применять режущий диск 1302 меньшего диаметра, и управление стрелой (фиг. 1), несущей резцовую головку 1222 является менее сложным.

[73] Хотя режущие устройства описаны выше для горной машины (например, штрековой проходческой машины), понятно, что один или несколько независимых аспектов режущих устройств и/или других компонентов могут быть встроены в машину другого типа и/или могут быть закреплены на стреле машины другого типа. Примеры машин других типов могут включать в себя (но без ограничения этим) буровые установки, проходческие комбайны, туннелепроходческие или буровые машины, горные машины непрерывной разработки, машины разработки длинными забоями и экскаваторы.

[74] Хотя различные аспекты описаны подробно со ссылками на некоторые варианты осуществления, существуют вариации и модификации в объеме и сущности одного или нескольких описанных независимых аспектов. Различные признаки и преимущества изложены ниже в формуле изобретения.

Изобретение относится к машинам для проходки или выемки горной породы. Технический результат – компактность, эксплуатационная гибкость и легкость поворачивания стрелы. Машина для выемки горной породы содержит: раму, режущее устройство, стрелу, несущую режущее устройство и устройство создания колебаний. Режущее устройство включает в себя вал и режущий диск, имеющий режущую кромку, причем режущий диск установлен с возможностью свободного вращения относительно вала вокруг оси режущего устройства. Стрела содержит первый конец, второй конец и ось стрелы, при этом стрела содержит первую часть и вторую часть. При этом первая часть соединена c рамой поворота вокруг первой поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением, а вторая часть соединена c режущим устройством. Кроме того, вторая часть является поворачиваемой вокруг второй поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением. Устройство создания колебаний содержит вал вибратора и эксцентричную массу, расположенную смежно с концом вала режущего устройства с возможностью вращения вокруг оси вибратора так, что вращение вала вибратора и эксцентричная масса создают колебания вала и режущего диска. 10 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Машина для выемки горной породы, содержащая:

раму;

режущее устройство, включающее в себя вал и режущий диск, имеющий режущую кромку, причем режущий диск установлен с возможностью свободного вращения относительно вала вокруг оси режущего устройства; и

стрелу, несущую режущее устройство, причем стрела содержит первый конец, второй конец и ось стрелы, при этом стрела содержит первую часть и вторую часть, первая часть соединена c рамой для поворота вокруг первой поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением, вторая часть соединена c режущим устройством, вторая часть является поворачиваемой вокруг второй поворотной оси между поднятым положением и опущенным положением, и

устройство создания колебаний, содержащее вал вибратора и эксцентричную массу, расположенную смежно с концом вала режущего устройства с возможностью вращения вокруг оси вибратора так, что вращение вала вибратора и эксцентричная масса создают колебания вала режущего устройства и режущего диска.

2. Машина по п. 1, в которой первая часть стрелы содержит базовую часть и промежуточную часть, соединенную между базовой частью и второй частью, причем промежуточная часть является поворачиваемой относительно базовой части вокруг третьей поворотной оси, ориентированной под углом наклона относительно первой поворотной оси.

3. Машина по п. 1 или 2, дополнительно содержащая шасси, включающее в себя устройство фрикционного привода для взаимодействия с несущей поверхностью, причем шасси содержит передний конец и задний конец и ось шасси проходит между ними, рама закреплена на шасси для перемещения в направлении параллельном оси шасси.

4. Машина по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая устройство для перемещения материала, включающее в себя лопату, принимающую вырубленный материал из пространства впереди рамы относительно направления продвижения вперед, при этом лопата содержит переднюю кромку, при этом режущее устройство может быть расположено смежно с передней кромкой лопаты.

5. Машина по любому из пп. 1-4, в которой первый конец стрелы соединен c рамой поворотной муфтой, которая является поворачиваемой вокруг оси для перемещения стрелы в поперечном направлении.

6. Машина по любому из пп. 1-5, в которой первая часть является поворачиваемой вокруг первой поворотной оси на угол по меньшей мере тридцать градусов, при этом вторая часть является поворачиваемой вокруг второй поворотной оси на угол по меньшей мере 45 градусов и является поворачиваемой независимо от поворота первой части.

7. Машина по любому из пп. 1-6, в которой вал установлен на второй части для вращения вокруг оси вала, при этом ось стрелы пересекает первую поворотную ось и вторую поворотную ось, ось стрелы является соосной с осью вала, когда стрела имеет прямую конфигурацию.

8. Машина по любому из пп. 1-7, дополнительно содержащая первый исполнительный механизм для поворота стрелы вокруг первой поворотной оси и второй исполнительный механизм для поворота второй части вокруг второй поворотной оси, при этом вторым исполнительным механизмом можно управлять для поворота второй части, когда первый исполнительный механизм достигает максимального или минимального выдвижения.

9. Машина по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащая первый исполнительный механизм для поворота стрелы вокруг первой поворотной оси и второй исполнительный механизм для поворота второй части вокруг второй поворотной оси, при этом первый исполнительный механизм и второй исполнительный механизм содержат гидравлические цилиндры для смещения первой части и второй части стрелы против реактивных сил, действующих на стрелу от горной породы.

10. Машина по любому из пп. 1-9, в которой вал включает в себя первую часть и вторую часть, соединенную с концом первой части, причем первая часть может вращаться вокруг оси вала, вторая часть проходит вдоль второй оси, наклонной относительно оси вала, причем режущий диск установлен на второй части для вращения вокруг оси режущего устройства.

11. Машина по любому из пп. 1-10, в которой вал установлен с возможностью свободного вращения относительно стрелы.