Устройство для крепления резца на исполнительном органе машины
Владельцы патента RU 2602435:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к горнодобывающей и строительной отраслям. Технический результат - расширение конструктивных и функциональных возможностей, снижение энергоемкости процесса разрушения, увеличение работоспособности резца и резцедержателя. Устройство для крепления резцов включает закрепленный на исполнительном органе корпус резцедержателя, выполненный с выступающей частью перед резцом, с отверстием под резец, резец, жестко закрепленный в корпусе резцедержателя и отверстием под вставной элемент, вставной элемент, соединяющий исполнительный орган с корпусом резцедержателя. Корпус резцедержателя выполнен монолитным, в выступающей перед резцом части корпуса резцедержателя выполнено сквозное отверстие с заглушкой сверху, в которое впрессована подшипниковая втулка. В качестве вставного элемента выполнена ось крестообразной формы в сечении, горизонтальная составляющая которой - упор, жестко закрепленный на исполнительном органе сваркой. Корпус резцедержателя закреплен на оси крестообразной формы в сечении с возможностью поворота относительно оси на заданный угол в вертикальном сквозном отверстии. Ось крестообразной формы в сечении установлена в корпусе резцедержателя с эксцентриситетом относительно кромки резца. На боковой поверхности оси над горизонтальной составляющей выполнена круговая проточка под фиксатор в виде пружинной чеки, жестко закрепленной в пазах корпуса резцедержателя. 6 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к горнодобывающей и строительной отраслям. Оно может быть использовано для закрепления резцов в исполнительных органах, например, проходческо-очистных комбайнов с планетарно-дисковыми или корончатыми исполнительными органами, преимущественно, для разрушения горного массива перекрестными резами.
Известно устройство для крепления резцов горных машин (а.с. №385034, МПК E21C 25/46, от 28.09.1970 г.), состоящее из корпуса резцедержателя, державки на корпусе, шарнира и амортизатора. Державка имеет гнездо для установки резца. В отверстие корпуса вставлена ось-шарнир и амортизатор, выполненный в виде пружины. Один конец пружины крепится к торцевой стенке корпуса, а другой - в буртике шарнира. Фиксация шарнира с амортизатором в корпусе резцедержателя осуществляется с помощью пружинного кольца. Резцедержатель жестко соединен с резцом, а корпус соединен с резцом через жестко соединительную державку. Подвижность резцедержателя, податливость проявляется только при встрече резца с более твердым включением в породе, обеспечивая резцу возможность обхода этого включения. Предполагается, что если включение занимает большой объем или порода твердая, то устройство не может быть использовано (например, при добыче калийных солей). На резец будут действовать боковые нагрузки, которые быстро выведут его из строя. Устройство не обеспечит рациональных режимов резания твердых пород, тем более при перекрестном резании.
Известно устройство для крепления резца (а.с. №615215, МПК E21C 25/46, от 16.04.1976 г.), включающее закрепленный на исполнительном органе корпус, в котором размещен резцедержатель с пазом под подпружиненный резец, упругий фиксатор с продольной осью, перпендикулярной оси паза, установленный в резцедержателе и опорную втулку. Резцедержатель выполнен с направляющим выступом, имеющим отверстие под фиксатор, и опорную втулку и установлен с возможностью перемещения в направлении продольной оси фиксатора. Устройство имеет ограничение в направлении перемещения и усложнено конструктивно для использования его при резании пород с большой твердостью и при обеспечении самоустановки резца в направлении заданной линии резания (преимущественно при резании перекрестным способом твердых пород с обеспечением рациональных режимов резания, т.е. строго в соответствии с заданной линией резания).
Известно устройство (а.с. №281350, МПК E21C 25/46, от 21.07.1960 г.) для крепления резцов, содержащее резец, резцедержатель, стопорное кольцо, кулак, приваренный к корпусу исполнительного органа. Резцедержатель установлен на оси, закрепленной в кулаке. Нижний конец резцедержателя снабжен упругим элементом. Под действием нагрузки на резец резцедержатель поворачивается на определенный угол относительно оси за счет наличия упругого элемента на хвостовике резцедержателя и наличия зазора между резцедержателем и корпусом кулака. Устройство усложнено связью элементов и количеством этих элементов. Подвижность резцедержателя обеспечивает перемещение резца только в положения вверх-вниз. Перераспределение нагрузки с резца на резцедержатель и кулак, удерживающий резцедержатель, не позволяет обеспечить рациональные режимы резания при разрушении горных пород, особенно перекрестным резанием.
В качестве прототипа выбрано устройство (пат. №2347907, МПК E21C 35/16, от 06.10.2005 г.), как наиболее близкое заявляемому по техническому решению и положительному эффекту, включающее базовую часть - исполнительный орган в виде фрезы, на которой закреплен резцедержатель с жестко закрепленным резцом в нем.
Резцедержатель выполнен в виде основания, в котором закреплена удерживающая резец полая надставка, в направлении подачи инструмента резцедержатель перед удерживающей резец надставкой имеется выступ. Основание имеет стружколом. В передней области имеется вставной элемент, установленный в исполнительном органе и основании резцедержателя в глухих отверстиях, и жестко закреплен в них. Поверхности исполнительного органа и основания резцедержателя без зазора контактируют друг с другом, плотно присоединяясь друг к другу.
Недостатками устройства является: жесткое крепление резцедержателя к исполнительному органу через вставной элемент и одновременно - жесткое соединение резца с резцедержателем, что приводит к нерациональному процессу резания, связанному с тем, что во время разрушения горной породы резцы перемещаются в пространстве в соответствии с траекторией, определяемой кинематикой привода машины, на которой закреплен исполнительный орган и соответственно резцедержатели с резцами в них, и их конструктивными параметрами. При этом резцы и резцедержатель в процессе разрушения массива горной породы не изменяют свое положение относительно первоначально заданного положения на исполнительном органе, меняется только траектория резания, что приводит к значительному увеличению нагрузки на головку резца, нерациональному резанию из-за изгибающих напряжений на головку резца, поломкам при боковых нагрузках на резец, снижению ресурса устройства, увеличению энергоемкости разрушения.
Задачей технического решения изобретения является расширение конструктивных и функциональных возможностей устройства, снижение энергоемкости процесса разрушения, увеличение работоспособности резца и резцедержателя.
Технический результат изобретения достигается тем, что, как и в известном устройстве, содержащем корпус резцедержателя с выступающей частью перед резцом, закрепленный на исполнительном органе, с отверстиями под резец, жестко закрепленный в корпусе и под вставной элемент, соединяющий исполнительный орган с корпусом резцедержателя, согласно изобретению корпус резцедержателя выполнен монолитным, в выступающей перед резцом части корпуса резцедержателя выполнено вертикальное сквозное отверстие с заглушкой сверху, в которое впрессована подшипниковая втулка; в качестве вставного элемента выполнена ось крестообразной формы в сечении, горизонтальная составляющая которой служит упором, который сваркой закреплен на исполнительном органе, а корпус резцедержателя - с возможностью поворота относительно оси в вертикальном сквозном отверстии над упором, упор образует зазор между корпусом резцедержателя и поверхностью исполнительного органа; ось крестообразной формы в сечении установлена в корпусе резцедержателя относительно кромки резца с эксцентриситетом, над упором на боковой поверхности оси выполнена круговая проточка под фиксатор, выполненный в виде пружинной чеки, жестко закрепленной в пазах корпуса резцедержателя.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал существенные отличия. В качестве базовой части - исполнительного органа - использован любой исполнительный орган горных машин. Наиболее эффективно устройство проявляет себя при разрушении массива горных пород перекрестными резами, так как позволяет резцедержателю (в отличие от прототипа) четко функционировать как поворотный, самоустанавливающийся. Поворотный - относительно исполнительного органа на любой угол в перпендикулярном радиальному направлении. Самоустанавливающийся - сам четко устанавливается под углом в соответствии с заданной линией резания.
Указанные перемещения устройства реализуются за счет того, что в корпусе резцедержателя, где перед резцом имеется выступающая часть, в сквозном вертикальном отверстии размещен вставной элемент - ось крестообразной формы в сечении, которая жестко соединена с исполнительным органом, но с возможностью поворота корпуса резцедержателя относительно этой оси, и смещена от кромки резца на расстояние, обеспечивающее резцедержателю положительный эксцентриситет (осуществляемый в направлении подачи инструмента в процессе резания), а также за счет наличия упора - горизонтальной составляющей на оси крестообразной формы в сечении, выполненного в виде шайбы, который обеспечивает зазор между корпусом резцедержателя и поверхностью исполнительного органа для реализации поворотных действий корпуса резцедержателя и автоматической установки в заданном направлении его и, соответственно, резца в процессе разрушения породы. При этом наличие жестко впрессованной подшипниковой втулки в сквозном вертикальном отверстии под ось обеспечивает снижение коэффициента трения при повороте корпуса резцедержателя относительно верхней части оси над упором, что повышает ресурс резцедержателя.
Исполнительный орган в процессе разрушения горных пород, независимо от их твердости, может передвигаться в любом заданном направлении в рабочем пространстве, тогда как корпус резцедержателя, с жестко удерживаемым в нем резцом в момент или период взаимодействия, например, горной породы с режущей кромкой резца всегда поворачивается без отклонений в строго заданном направлении - по траектории резания, что способствует снижению удельной энергоемкости процесса разрушения горного массива.
При этом пружинная чека, закрепленная в проточке на вертикальной части оси, четко фиксирует корпус резцедержателя на ней при повороте, возвращая его в исходное положение после завершений разрушения, например, породы резцом по всей длине резания.
Упор, горизонтальная составляющая оси, выполнен как единое целое с вертикальной частью оси крестообразной формы в сечении в виде шайбы для разделения поверхностей и образования зазора между нижней поверхностью корпуса резцедержателя и верхней поверхностью исполнительного органа для более качественной реализации поворотных функций корпуса резцедержателя, при этом уменьшается площадь контакта резцедержателя с поверхностью исполнительного органа и снижаются силы трения между ними, что способствует увеличению работоспособности и ресурса резца, и резцедержателя.
Для предотвращения попадания кусков, например, породы в процессе резания в вертикальное отверстие в выступающей части резцедержателя, а также для улучшения ремонтопригодности системы и упрощения сборки устройства оно выполнено сквозным и с заглушкой сверху. Устройство выполнено с возможностью закрепления в резцедержателе тангенциальных или радиальных установленных резцов, что позволяет расширить конструктивные и функциональные возможности устройства.
На основании изложенного заявляемое изобретение имеет техническое решение, ново и имеет изобретательский уровень, так как оно не известно из уровня техники и для специалистов оно явным образом не следует из уровня техники с более ранним приоритетом. Оно промышленно применимо, так как не требует для своего выполнения новых материалов и может быть использовано, например, в горнодобывающей, строительной промышленностях.
На фиг. 1 схематически показано устройство с тангенциальным размещенным резцом в корпусе резцедержателя, самоустанавливающегося на исполнительном органе, вид сбоку.
На фиг. 2 схематически показан корпус резцедержателя с резцом на фиг. 1, вид сверху.
На фиг. 3 схематически показано устройство с радиальным размещенным резцом в корпусе резцедержателя, самоустанавливающегося на исполнительном органе, вид сбоку.
На фиг. 4 схематически показан корпус резцедержателя с резцом на фиг. 3, вид сверху.
На фиг. 5 схематически показаны моменты установки корпуса резцедержателя с резцом в соответствии с задаваемой траекторией резания:
I - в направлении, совпадающем с направлением траектории движения горной машины до взаимодействия резца с горным массивом;
II - в направлении, совпадающем с измененной траекторией передвижения горной машины в момент взаимодействия резца с горным массивом.
На фиг. 6 схематически показана ось крестообразной формы в сечении.
Устройство содержит: монолитный корпус (1) резцедержателя переменного сечения, в одной части (2) которого выполнено сквозное отверстие (3) под жестко закрепленный в нем тангенциальный (4) (фиг. 1, 2) или радиальный (4′) резец (фиг. 3, 4); в другой, выступающей перед резцом части (5) выполнено вертикальное сквозное отверстие(6) под ось крестообразной формы в сечении, в которое запрессована подшипниковая втулка (7) и которое сверху закрыто заглушкой (8); в сквозное отверстие (6) вставлена ось крестообразной формы в сечении (9) с возможностью поворота относительно нее корпуса резцедержателя; горизонтальная составляющая оси выполнена как упор (10), например, в виде шайбы; на боковой поверхности оси над упором выполнена круговая проточка (11) (фиг. 6), в которую введен фиксатор (12) в виде пружинной чеки и закреплен в пазах (13) корпуса резцедержателя; при этом вертикальная часть оси (9) под упором (10) вставлена в отверстие (14) исполнительного органа (15), а горизонтальная составляющая оси - упор (10) - жестко соединен с исполнительным органом (15) сваркой, образуя зазор (16) между корпусом резцедержателя (1) и исполнительным органом (15). Ось (9) крестообразной формы в сечении размещена в сквозном отверстии (6) перпендикулярно плоскости основания корпуса резцедержателя и расположена от режущей кромки резца с некоторым положительным эксцентриситетом ε (фиг. 1, 5).
Устройство работает следующим образом. После компоновки устройства (1-16) (фиг. 1-4) горная машина (не показана) подходит к массиву горной породы. При этом корпус резцедержателя с резцом находятся в первоначальном положении (до взаимодействия резца с породой) на оси «O-O′» (фиг. 5), а исполнительный орган (не показан) - в положении, например, указанном стрелкой «П».
В момент взаимодействия режущей кромки резца (4 или 4′) с горной породой (не показано), при установлении исполнительного органа (15) по направлению стрелки «П′» появляется усилие резания - стрелка «Z3» (фиг. 5) - параллельно стрелки «П» за счет наличия положительного эксцентриситета режущая кромка резца находится на расстоянии «ε» (фиг. 1, 3, 5) от вставного элемента - оси (9) крестообразной формы в сечении, установленной в выступающей части (5) корпуса резцедержателя, и возникновения момента поворота, равного МП=Z3×l. За счет этого и наличия горизонтальной составляющей оси в качестве упора (10) между корпусом резцедержателя (1) и исполнительным органом (15), образующего зазор между ними и дающего возможность легко реализовать поворот вокруг оси (9) крестообразной формы в сечении корпусу резцедержателя до совпадения оси «Z3» резца (4 или 4′) с направлением подачи инструмента по стрелке «П′» (фиг. 5) (оси «О-О″»). Таким образом, за счет установки корпуса резцедержателя на исполнительном органе, с жестко закрепленным в нем резцом, но с возможностью поворачиваться (угол γ) под нагрузкой (фиг. 2, 4) относительно вставного элемента - оси (9) крестообразной формы в сечении (фиг. 5, поз. II) - «О-О″» (при давлении на резец) и приходить в исходное положение без нагрузки (фиг. 5, п. I) - «О-О′» - «l» (горная машина или исполнительный орган отходят от массива для, например, смены траектории перемещения - перекрестное резание, смена местоположения и так далее) за счет фиксатора (12) и наличия положительного эксцентриситета «ε» резец (4 или 4′) будет воздействовать, например, на горную породу по строго заданной линии резания, обеспечивая тем самым рациональные режимы разрушения и исключая боковые изгибающие нагрузки на головку резца. При этом снижается энергоемкость процесса разрушения, увеличивается работоспособность и ресурс резца и резцедержателя.
Предложенное устройство имеет преимущества перед прототипом:
- резцедержатель установлен на исполнительном органе машины с возможностью поворота относительно вставного элемента - оси крестообразной формы в сечении с упором, закрепленным жестко на исполнительном органе, что позволяет устройству задавать угол поворота корпусу резцедержателя, а положительный эксцентриситет - автоматически рационально установиться резцу по заданной линии резания, расширяя возможности устройства;
- самоустанавливаемость корпуса резцедержателя с резцом в процессе, например, разрушения массива горной породы позволяет гарантировать качественное, без отклонений проведение процесса резания вдоль всей линии намеченной схемы разрушения. И в связи с этим впервые позволяет эффективно проводить разрушение массива горных пород любой твердости непрерывными перекрестными резами циклоидного направления с пересечениями траекторий под углом 90° и другими углами во всех частях забоя, что позволяет расширить конструктивные и функциональные возможности устройства;
- устройство позволяет снизить энергоемкость разрушения;
- устройство позволяет значительно повысить работоспособность как тангенциального, так и радиального типа резцов.
Устройство для крепления резцов, включающее закрепленный на исполнительном органе корпус резцедержателя, выполненный с выступающей частью перед резцом, с отверстием под резец, резец, жестко закрепленный в корпусе резцедержателя и отверстием под вставной элемент, вставной элемент, соединяющий исполнительный орган с корпусом резцедержателя, отличающийся тем, что корпус резцедержателя выполнен монолитным, в выступающий перед резцом части корпуса резцедержателя выполнено сквозное отверстие с заглушкой сверху, в которое впрессована подшипниковая втулка, в качестве вставного элемента выполнена ось крестообразной формы в сечении, горизонтальная составляющая которой - упор, жестко закрепленный на исполнительном органе сваркой, корпус резцедержателя закреплен на оси крестообразной формы в сечении с возможностью поворота относительно оси на заданный угол в вертикальном сквозном отверстии, ось крестообразной формы в сечении установлена в корпусе резцедержателя с эксцентриситетом относительно кромки резца, на боковой поверхности оси над горизонтальной составляющей выполнена круговая проточка под фиксатор в виде пружинной чеки, жестко закрепленной в пазах корпуса резцедержателя.
