Режущее устройство с элементами износа
Изобретение относится к комбайнам для горных работ или разработки месторождений, и более конкретно к режущему механизму для комбайна для горных работ или разработки месторождений. Техническим результатом является противодействие износу режущего устройства. Режущее устройство для резания породы содержит диск, вращающийся вокруг оси вращения и включающий периферийный край, множество режущих элементов, прикрепленных к диску, причем режущие элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска, и множество элементов износа, прикрепленных к диску, причем элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов, при этом элементы износа выполнены из материала с твердостью, превышающей твердость режущих элементов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] В данной заявке испрашивается приоритет по ранее поданным, совместно рассматриваемым предварительной заявке на патент США 62/342,438, поданной 27 мая 2016 г., предварительной заявке на патент США 62/342,254, поданной 27 мая 2016 г., и предварительной заявке на патент США 62/446,799, поданной 16 января 2017 г. Содержание данных документов в их полном объеме включено сюда путем ссылки.
Уровень техники
[0002] Настоящее изобретение относится к комбайнам для горных работ или разработки месторождений и более конкретно к режущему механизму для комбайна для горных работ или разработки месторождений.
[0003] Горные комбайны могут содержать режущие диски для контакта со стенками подземной выработки для вырезания и выемки породы и/или минерала. Режущий диск выполнен с возможностью приведения во вращение и в движение для подрезания стенки горной выработки под небольшим углом, создавая сдвигающие усилия, вызывающие разрушение породы. Каждый режущий диск содержит множество зубков, расположенных на периферии диска.
Сущность изобретения
[0004] В одном аспекте, описано режущее устройство для резания породы, содержащее множество режущих элементов и множество элементов износа. Упомянутый диск вращается вокруг оси вращения и включает периферийный край, множество режущих элементов прикреплены к диску и расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска. множество элементов износа прикреплены к диску, и элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов.
[0005] В другом аспекте, режущая головка для выемки породы из стенки горной выработки включает стрелу, выполненную с возможностью закрепления на раме, приводной механизм и режущее устройство, закрепленное на стеле и приводимое в движение посредством приводного механизма, режущее устройство включает в себя диск, множество режущих элементов и множество элементов износа. Упомянутый диск вращается вокруг оси вращения и включает периферийный край, множество режущих элементов прикреплены к диску и расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска, множество элементов износа прикреплены к диску, и элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов.
[0006] В другом аспекте, режущее устройство включает диск, множество режущих элементов и множество элементов износа. Упомянутый диск вращается вокруг оси вращения, и упомянутый диск включает периферийный край, множество режущих элементов прикреплены к диску, и режущие элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска. Каждый из режущих элементов выступает из диска в первом направлении на первое расстояние. Множество элементов износа прикреплены к диску, и элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов. Каждый из элементов износа выступает из диска в первом направлении на второе расстояние, меньшее, чем первое расстояние.
[0007] Другие признаки и аспекты станут очевидными при изучении приведенного ниже подробного описания и сопроводительных чертежей.
Краткое описание чертежей
[0008] Фиг.1 представляет собой перспективный вид горного комбайна.
[0009] Фиг.2 представляет собой перспективный вид режущей головки горного комбайна.
[0010] Фиг.2А представляет собой вид в разрезе режущей головки, показанной на фиг.2, если смотреть в разрезе 2А-2А.
[0011] Фиг.3 представляет собой перспективный вид с разрезом режущего диска для режущей головки, показанной на фиг.2, если смотреть в направлении разреза 3-3.
[0012] Фиг.4 представляет собой вид сбоку части режущего диска, показанного на фиг.3.
[0013] Фиг.5 представляет собой вид сверху части режущего диска, показанного на фиг.3.
[0014] Фиг.6 представляет собой вид с разрезом режущего диска, показанного на фиг.3, если смотреть в направлении разреза 6-6 в соответствии с фиг.4.
[0015] Фиг.7 представляет собой перспективный вид зубка износа.
[0016] Фиг.8 представляет собой перспективный вид режущего зубка.
[0017] Фиг.9 представляет собой перспективный вид с разрезом режущего диска в соответствии с другим вариантом осуществления.
[0018] Фиг.10 представляет собой вид сбоку части режущего диска, показанного на фиг.9.
[0019] Фиг.11 представляет собой вид сверху части режущего диска, показанного на фиг.9.
[0020] Фиг.12 представляет собой увеличенный разрез режущего диска, показанного на фиг.11, если смотреть в направлении разреза 12-12.
[0021] Фиг.13 представляет собой перспективный вид с разрезом режущего диска в соответствии с другим вариантом осуществления.
[0022] Фиг.14 представляет собой вид сбоку части режущего диска, показанного на фиг.13.
[0023] Прежде чем будут подробно описаны варианты осуществления, необходимо понимать, что изобретение не ограничено в его применении деталями конструкции и расположением элементов, изложенными в приведенном ниже описании или показанными в приведенных ниже чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и возможность реализации или осуществления разными способами. Кроме того, необходимо понимать, что формулировки и термины, используемые в данном документе, приведены с целью описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Используемые в данном документе слова «включающий», «содержащий» или «имеющий» и их производные охватывают перечисленные за ними элементы и их эквиваленты, а также дополнительные элементы. Термины «закрепленный», «соединенный» и «связанный» используются в широком смысле и охватывают как прямое, так и непрямое закрепление, соединение и связь. Кроме того, термины «соединенный» и «связанный» не ограничены физическими или механическими соединениями или связями и могут включать электрические или гидравлические соединения или связи, либо прямые либо непрямые. Кроме того, электронные связи и сообщения могут осуществляться с использованием любых известных средств, включающих прямые соединения, беспроводные соединения и др.
Подробное описание изобретения
[0024] Фиг.1 показывает примерный горный комбайн 10, включающий раму 14, стрелу 18 и режущую головку 22, закрепленную на стреле 18 для контакта со стенкой горной выработки. Рама 14 включает в себя систему привода, включающую в себя тяговые устройства, такие как гусеницы 30, для перемещения рамы 14 по опорной поверхности или рабочему горизонту горной выработки. В показанном варианте осуществления рама 14 дополнительно включает загребающую переднюю часть 32, расположенную около рабочего горизонта горной выработки рядом с режущей головкой 22. Загребающая передняя часть 32 включает платформу 34 и вращающиеся элементы 38, которые направляют вырезанный материал с платформы 34 на конвейер 42. В некоторых вариантах осуществления, рама 14 может также включать в себя лапы для направления вырезанного материала на платформу 34. В показанном варианте осуществления, горный комбайн 10 включает одну режущую головку, в других вариантах осуществления комбайн 10 может включать множество режущих головок.
[0025] Как показано на фиг.2 и 3, режущая головка 22 включает в себя режущий диск 50, содержащий наружный край или периферийный край 54, и режущий диск 50 контактирует со стенкой горной выработки (не показанной), чтобы извлекать породу из стенки. В показанном варианте осуществления, режущая головка 22 дополнительно включает держатель 58 и кронштейн 62. Диск 50 соединен с держателем 58, который выполнен с возможностью вращения (например, посредством подшипников 64, см. фиг.2А) относительно кронштейна 62 вокруг оси вращения 66. В показанном варианте осуществления, режущий диск 50 и/или держатель 58 выполнены с возможностью свободного вращения относительно кронштейна 62. Как показано на фиг.2А, в показанном варианте осуществления, кронштейн 62 включает вал 70, поддерживающий держатель 58, и режущая головка 22 дополнительно включает возбуждающий узел для возбуждения колебаний режущей головки 22. Упомянутый возбуждающий узел включает эксцентрическую возбуждающую массу 80, связанную с валом 82 и выполненную с возможностью вращения на кронштейне 62, и электродвигатель 84 для механического приведения во вращение возбуждающей массы 80. Вращение возбуждающей массы 80 вызывает колебание режущей головки 22 (включающей в себя режущий диск 50).
[0026] В некоторых вариантах осуществления, режущая головка и диск могут функционировать так же, как режущая головка и диска горного комбайна, раскрытого в публикации № 2014/0077578 заявки на патент США, поданной 16 сентября 2013 г., содержание которой в его полном объеме включено в данный документ посредством ссылки. В других вариантах осуществления, режущая головка и диск функционируют так же, как режущий механизм, раскрытый в патенте США 7,934,776, опубликованном 3 мая 2011 г., содержание которого в его полном объеме включено сюда путем ссылки. В других вариантах осуществления, режущий диск может приводиться во вращение другим способом.
[0027] Как показано на фиг.2 и 3, режущий диск 50 включает основную опору 74, прикрепленную к держателю 58, и режущее кольцо 78, проходящее вокруг основной опоры 74. Режущее кольцо 78 образует периферийный край 54, расположенный в пределах плоскости 86 (фиг.6). В показанном варианте осуществления, периферийный край 54 образован на стыке между торцевой поверхностью 90 (фиг.3) режущего кольца 78 (например, дистального конца диска 50) и наружной боковой поверхностью или периферийной поверхностью 94 режущего кольца 78. В некоторых вариантах осуществления, плоскость 86 является копланарной с торцевой поверхностью 90 режущего кольца 78 и перпендикулярной оси вращения 66 (фиг.2) режущего диска 50. Периферийная поверхность 94 может иметь по существу цилиндрическую форму или форму усеченного конуса и может проходить вокруг оси вращения 66. В некоторых вариантах осуществления, режущее кольцо 78 может быть выполнено в виде множества радиальных участков, независимо прикрепленных к основной опоре 74.
[0028] Режущее кольцо 78 включает множество отверстий 102 (фиг.3), расположенных вдоль периферийного края 54. Отверстия 102 приспособлены для приема режущих элементов или режущих пальцев или режущих зубков 114. Кроме того, диск 50 включает элементы износа или пальцы износа или зубки 118 износа. В показанном варианте осуществления, режущий диск 50 выполнен из твердых материалов, таких как сталь или другие металлы. Режущие зубки 114 выполнены из первого материала, а зубки 118 износа выполнены из второго материала. В некоторых вариантах осуществления, упомянутый второй материал тверже, чем упомянутый первый материал. Зубки 118 износа противодействуют износу структуры режущего кольца 78 и/или основной опоры 74, и потенциально режущих зубков 114, вызываемому контактом между режущим диском 50 и пластом породы.
[0029] Ссылаясь далее на фиг.3-6, режущие зубки 114 расположены с одинаковыми интервалами вдоль периферийного края 54 режущего кольца 78. В показанном варианте осуществления, каждый зубок 118 износа размещен на периферийном крае 54 и расположен непосредственно между двумя смежными режущими зубками 114, и режущие зубки 114 и зубки 118 износа периодически чередуются вдоль периметра диска 50. В других вариантах осуществления, режущие зубки 114 и зубки 118 износа могут быть размещены в другой последовательности.
[0030] Как показано на фиг.6, каждый зубок 118 износа включает продольную ось 122, ориентированную под острым углом А относительно плоскости 86. В некоторых вариантах осуществления, угол А находится в пределах от приблизительно 0 градусов до приблизительно 90 градусов. Кроме того, каждый режущий зубок 114 включает продольную ось 126, ориентированную под острым углом В относительно плоскости 86 резания. В показанном варианте осуществления, продольная ось 126 каждого режущего зубка и продольная ось 122 каждого зубка 118 износа ориентированы под по существу одинаковым углом. Продольные оси 122, 126 проходят через периферийный край 54.
[0031] В показанном варианте осуществления, каждый режущий зубок 114 выступает от поверхности режущего кольца 78 на расстояние D1, а зубки 118 износа проходят в сторону от режущего кольца 78 на расстояние D2. В показанном варианте осуществления расстояние D1 больше, чем расстояние D2. Другими словами, режущие зубки 114 могут выступать от режущего диска 50 больше, чем зубки 118 износа. Кроме того, каждое из расстояний D1 и D2 может иметь радиальную составляющую и осевую составляющую. Используемый в данном документе термин «радиальный» обозначает направление, которое перпендикулярно или по существу перпендикулярно оси вращения 66, а термин «аксиальный» обозначает направление, которое параллельно или по существу параллельно оси вращения 66. Радиальная составляющая расстояния D1 может быть больше, чем радиальная составляющая расстояния D2, и/или осевая составляющая расстояния D1 может быть больше, чем осевая составляющая расстояния D2.
[0032] Со ссылкой на фиг.7 и 8, каждый зубок 118 износа включает основную часть или цилиндрическую часть 134 и концевые части 138 (фиг.7). В показанном варианте осуществления, каждая концевая часть 138 имеет полусферическую или куполообразную форму. Цилиндрическая часть 134 выполнена и приспособлена для размещения в режущем диске 50 (например, в пределах одного из множества отверстий 106, см. фиг.6), при этом одна из концевых частей 138 выступает из режущего диска 50 так, чтобы контактировать со стенкой горной выработки. В некоторых вариантах осуществления, цилиндрическая часть 134 имеет диаметр, находящийся в пределах от приблизительно 4 мм до приблизительно 10 мм. В некоторых вариантах осуществления диаметр цилиндрической части 134 приблизительно равен 7 мм. Кроме того, в других конструкциях, зубок 118 износа может иметь баллистическую форму, параболическую форму или любую другую форму, признанную пригодной для данного применения.
[0033] Как показано на фиг.8, в показанном варианте осуществления каждый режущий зубок 114 включает основную часть или цилиндрическую часть 142 и концевую часть 146, содержащую две преимущественно плоские поверхности 150, соединенные вдоль вершины или края 154, и продольная ось 126 каждого режущего зубка 114 проходит через цилиндрическую часть 142 и край 154. В других вариантах осуществления концевая часть 146 может иметь другую форму (например, коническую, параболическую, баллистическую и др.). Цилиндрическая часть 142 расположена в пределах одного из отверстий 102 (фиг.3) в режущем диске 50, и край 154 каждого режущего зубка 114 выступает из отверстия 102 так, чтобы контактировать со стенкой горной выработки. В некоторых вариантах осуществления, цилиндрическая часть 142 имеет диаметр, находящийся в пределах от приблизительно 12 мм до приблизительно 20 мм. В некоторых вариантах осуществления, диаметр цилиндрической части 142 приблизительно равен 16 мм. Когда режущие зубки 114 размещаются в отверстиях 102, края 154 смещены от и преимущественно выровнены с периферийным краем 54 режущего диска 50. Края 154 ориентированы под углом относительно оси вращения 66 режущего диска 50.
[0034] С продолженной ссылкой на фиг.7 и 8, в некоторых вариантах осуществления, зубки 118 износа выполнены из более твердого материала, чем режущие зубки 114. В одной примерной конструкции, зубки 118 износа могут быть выполнены из карбида и по меньшей мере часть режущих зубков 114, такая как концевая часть 146, может быть выполнена из карбида (например, более мягкого карбида, чем зубки 118 износа). В других вариантах осуществления, зубки 118 износа и/или режущие зубки 114 могут быть выполнены из других материалов. Расположение и материал зубков 118 износа предпочтительно уменьшает износ режущих зубков 114, когда режущие зубки 114 контактируют с пластом породы во время работы, при этом также предотвращая повреждение самого режущего диска 50 во время работы. Кроме того, соответствующие размеры и твердость режущих зубков 114 и зубков 118 износа установлены так, чтобы изнашиваться с заданными интенсивностями, в результате чего каждый из режущих зубков 114 и зубков 118 износа имеет по существу одинаковый срок эксплуатации. То есть режущие зубки 114 и зубки 118 износа уменьшаются до по существу плоскости, расположенной на одном уровне с режущим диском 50 с примерно одинаковой интенсивностью.
[0035] Фиг.9-12 показывают режущий диск 450 в соответствии с другим вариантом осуществления. Режущий диск 450 подобен режущему диску 50, описанному выше со ссылкой на фиг.3-6, и одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями плюс 400. Режущие зубки 514 расположены с одинаковыми интервалами вдоль периферийного края 454 режущего кольца 478, а зубки 518 износа расположены не непосредственно между режущими зубками 514 вдоль периферийного края 454, а вдоль плоской торцевой поверхности 490 режущего кольца 478. В показанном варианте осуществления, каждый зубок 518 износа расположен между смежными режущими зубками 514, но на расстоянии от края 454. Каждый из режущих зубков 514 и зубков 518 износа по существу подобен режущим зубкам 114 и зубкам 118 износа, описанным выше. Необходимо отметить, что расположение зубков 518 износа в соответствии с данной конструкцией может быть использовано вместо или совместно с расположением зубков 118 износа из конструкции, показанной на фиг.3-6.
[0036] Расположение зубков 518 износа на торцевой поверхности 490 позволяет зубкам 518 износа принимать осевую нагрузку на режущий диск 450 от стенки горной выработки во время работы. Следовательно, зубки 518 износа предотвращают также износ торцевой поверхности 190 режущего кольца 478. В показанном варианте осуществления, зубки 518 износа выступают за пределы режущих зубков 514 в осевом направлении (фиг.12). В некоторых конструкциях режущие зубки 514 могут первоначально выступать в осевом направлении от режущего диска 450 за пределы зубков 518 износа, так что режущие зубки 514 изнашиваются в осевом направлении, пока они не достигают уровня зубков 518 износа. Когда зубки 518 износа выступают на такое же (или большее) осевое расстояние, как и режущие зубки 514, зубки 518 износа уменьшаются и изнашиваются, принимая часть нагрузки при резании. В результате зубки 518 износа способны замедлять износ режущих зубков 514, увеличивая срок службы режущего диска 450 (фиг.12).
[0037] Фиг.13-14 показывают режущий диск 850 в соответствии с третьим вариантом осуществления. Режущий диск 850 подобен режущему диску 450, описанному выше, и одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями плюс 400. Режущий диск 850 включает режущие зубки 914, расположенные с одинаковыми интервалами вдоль периферийного края 894 режущего кольца 878, а зубки 918 износа расположены как на торцевой поверхности 890 режущего кольца 878, так и на боковой или периферийной поверхности 894 режущего кольца 878. Каждый из режущих зубков 914 и зубков 918 износа по существу подобен режущим зубкам 114 и зубкам 118 износа, описанным выше. Необходимо отметить, что размещение зубков 918 износа в соответствии с данной конструкцией может быть использовано вместо или совместно с размещением зубков 118 износа из конструкции, показанной на фиг.3-6. Кроме того, в других вариантах осуществления (не показанных), зубки 918 износа могут быть расположены только на боковой поверхности 894 режущего диска 950.
[0038] С продолженной ссылкой на фиг.13-14, расположение зубков 918 износа аналогичным образом позволяет зубкам 918 износа, расположенным на торцевой поверхности 890 принимать осевую нагрузку на режущий диск 850 от стенки горной выработки во время работы. Зубки 918 износа, расположенные на боковой или периферийной поверхности 894 режущего диска 850, минимизируют проникновение режущих зубков 914 в стенку горной выработки, чтобы уменьшать негативное воздействие больших, повторяющихся ударных усилий на режущие зубки 914. Кроме того, зубки 918 износа увеличивают поверхность контакта для режущего диска 850, тем самым уменьшая общий износ режущих зубков 814 и режущего диска 850.
[0039] Хотя различные аспекты описаны подробно со ссылкой на некоторые варианты осуществления, существуют изменения и модификации в пределах объема и сущности одного или более описанных независимых аспектов. Различные признаки и преимущества изложены в формуле изобретения.
1. Режущее устройство для резания породы, содержащее:
диск, вращающийся вокруг оси вращения и включающий периферийный край;
множество режущих элементов, прикрепленных к диску, причем режущие элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска; и
множество элементов износа, прикрепленных к диску, причем элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов, при этом элементы износа выполнены из материала с твердостью, превышающей твердость режущих элементов.
2. Режущее устройство по п. 1, в котором режущие элементы выступают от диска в первом направлении на первое расстояние, и при этом элементы износа выступают от диска в первом направлении на второе расстояние, меньшее, чем первое расстояние.
3. Режущее устройство по п. 2, в котором первое направление ориентировано по существу параллельно оси вращения.
4. Режущее устройство по п. 1, в котором каждый элемент износа расположен между смежными режущими элементами.
5. Режущее устройство по п. 1, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на периферийном крае диска, при этом каждый элемент износа на периферийном крае расположен между двумя смежными режущими элементами.
6. Режущее устройство по п. 1, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на расстоянии от периферийного края и размещены в плоскости, ориентированной по существу перпендикулярно оси вращения.
7. Режущее устройство по п. 1, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на расстоянии от периферийного края и размещены на периферийной поверхности, проходящей вокруг оси вращения.
8. Режущая головка для выемки породы из стенки горной выработки, причем упомянутая режущая головка содержит:
стрелу, выполненную с возможностью закрепления на раме;
приводной механизм; и
режущее устройство, закрепленное на стреле и приводимое в движение посредством приводного механизма, причем режущее устройство включает
диск, вращающийся вокруг оси вращения и включающий периферийный край,
множество режущих элементов, прикрепленных к диску, причем режущие элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска, и
множество элементов износа, прикрепленных к диску, причем элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов, при этом элементы износа имеют твердость, превышающую твердость режущих элементов.
9. Режущая головка по п. 8, в которой режущие элементы выступают от поверхности диска в первом направлении на первое расстояние, а элементы износа выступают от поверхности диска в первом направлении на второе расстояние, меньшее первого расстояния.
10. Режущая головка по п. 9, в которой первое направление ориентировано по существу параллельно оси вращения.
11. Режущая головка по п. 8, в которой по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на периферийном крае диска, причем каждый элемент износа на периферийном крае расположен между двумя смежными режущими элементами.
12. Режущая головка по п. 8, в которой по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на расстоянии от периферийного края и размещены в плоскости, ориентированной по существу перпендикулярно оси вращения.
13. Режущая головка по п. 8, в которой по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены на расстоянии от периферийного края и размещены на периферийной поверхности, проходящей вокруг оси вращения.
14. Режущее устройство, содержащее:
диск, вращающийся вокруг оси вращения и включающий периферийный край;
множество режущих элементов, прикрепленных к диску, причем режущие элементы расположены на расстоянии друг от друга вдоль периферийного края диска, при этом каждый из режущих элементов выступает от диска в первом направлении на первое расстояние; и
множество элементов износа, прикрепленных к диску, причем элементы износа расположены на расстоянии друг от друга и от режущих элементов, при этом по меньшей мере некоторые из элементов износа смещены от периферийного края либо в направлении, параллельном оси вращения, либо в направлении, перпендикулярном оси вращения.
15. Режущее устройство по п. 14, в котором каждый из режущих элементов имеет первую твердость, при этом каждый из элементов износа имеет вторую твердость, превышающую первую твердость.
16. Режущее устройство по п. 14, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа ориентированы так, чтобы выступать от диска в направлении по существу параллельном оси вращения.
17. Режущее устройство по п. 14, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа ориентированы так, чтобы выступать от диска в направлении по существу перпендикулярном оси вращения.
18. Режущее устройство по п. 14, в котором по меньшей мере некоторые из элементов износа расположены поочередно с упомянутыми режущими элементами.
