Втулка резцедержателя
Изобретение относится к горной промышленности. Технический результат – предотвращение износа держателей или корпуса резцов. Втулка резцедержателя включает головку, хвостовик и сквозное отверстие, проходящее через головку и хвостовик. Головка имеет переднюю и заднюю части и включает центральную часть, имеющую переднюю грань, сужающуюся к передней части, и заднюю грань. Хвостовик соединен с задней гранью центральной части головки и выступает назад из нее и установлен в держателе или корпусе фрезы горной машины посадкой с натягом или фрикционной посадкой. Внутри сквозного отверстия находится хвостовик резца. Головка дополнительно включает опорный элемент, передняя грань или опорная поверхность которого выступает сбоку за переднюю поверхность центральной части и заднюю грань, которая при использовании упирается в переднюю грань держателя. Опорный элемент, закрепленный на центральной части и отсоединяемый от нее, для облегчения извлечения втулки резцедержателя из держателя или корпуса фрезы путем приложения противоположно расположенных сил к хвостовику втулки резцедержателя и к передней грани опорного элемента, что заставляет опорный элемент отделяться от центральной части головки и извлекать хвостовик из корпуса держателя или корпуса фрезы. 7 з.п. ф-лы, 14 ил.
Это изобретение относится к горной промышленности. В частности, оно относится к втулке резцедержателя. Кроме того, оно относится к способу и инструменту, которые используются при снятии втулки резцедержателя с держателя втулки.
Изобретателям известно горнодобывающее оборудование, которое включает в себя вращающуюся режущую головку, на которой установлено множество резцов в разнесенных друг от друга местах. Режущая головка включает в себя множество держателей или корпусов фрез, зафиксированных на ней в разнесенных друг от друга местах, обычно с помощью сварки, и на которые могут устанавливаться резцы. Ввиду значительного износа резцы имеют ограниченный срок службы и требуют регулярной замены. Резцы обычно включают в себя коническую головку и стержень, соединенный с головкой и выступающий из нее. Чтобы предотвратить чрезмерный износ держателей или корпуса резцов, в резцедержателях обычно устанавливаются втулки, а резцы устанавливаются в эти втулки.
Втулка включает головку и удлиненный стержень, выступающий из головки. Через головку и хвостовик проходит сквозное отверстие. Хвостовик резца входит в отверстие втулки и удерживается пружинным стопорным кольцом.
Головка втулки резцедержателя выполнена таким образом, что ее поперечные размеры увеличиваются в направлении от переднего конца втулки, а хвостовик выступает из заднего конца головки. При использовании хвостовик втулки устанавливается с натягом или фрикционной посадкой в отверстие держателя, а задняя поверхность головки, из которой выходит хвостовик, образует гнездо, которое упирается в сопряженную поверхность соответствующего держателя и препятствует осевому перемещению втулки в держателе. Размеры головки выбираются таким образом, чтобы ее тыльная плоскость имела диаметр, который, по существу, соответствует диаметру держателя, и служила для отбрасывания материала, сколотого резцом, от держателя для предотвращения абразивного износа держателя.
Резцы являются основными изнашиваемыми элементами и требуют регулярной замены. Однако, как минимум, головки втулок также подвергаются износу, иногда называемому износом металла, и для снижения риска износа или повреждения держателей, втулки необходимо периодически заменять, хотя и реже, чем резцы.
Однако, из-за плотной посадки хвостовика втулки в соответствующем держателе, а также из-за конструкции режущей головки, могут возникнуть трудности при извлечении изношенной втулки из соответствующего держателя. Один из способов извлечения втулок связан с использованием дорогостоящего и сложного оборудования, которое не предназначено для жестких условий, которые особенно часто возникают в шахте. Задний или свободный конец хвостовика втулки обычно выступает из конца держателя, и другой способ удаления втулок - удар молотком по свободному концу. Из-за конструкции режущей головки не всегда легко получить доступ к заднему свободному концу втулки для ее удаления с помощью удара молотка. Кроме того, с точки зрения безопасности нежелательно удалять втулку с помощью молотка, поскольку это может привести к травмам персонала и возникновению искр, что в такой среде, как угольная шахта, может быть чрезвычайно опасным.
Настоящее изобретение направлено конкретно на втулку резцедержателя (pick sleeve), которая сконструирована таким образом, чтобы облегчить ее замену. В то время как большая часть предшествующего уровня техники направлена на продление срока службы втулки резцедержателя, см. в этой связи заявку на патент США 2011/0241407 Fader и др., которая обеспечивает износостойкие элементы из твердого износостойкого материала, такого как цементированный карбид, расположенные на передней грани блока держателя и/или втулки держателя. Хотя это может значительно увеличить срок службы втулки резцедержателя, это не облегчает ее снятие, когда это требуется. Еще одним примером предшествующего уровня техники, который направлен на продление срока службы втулки резцедержателя, является патент США №5931542 Britzke. Britzke использует устройство для предотвращения износа, которое включает, по существу цилиндрическую износостойкую шайбу и, по существу цилиндрическую стопорную втулку. Шайба и втулка вставлены между зубком врубовой машины (cutting bit) и колодкой машины (machine block), чтобы противостоять износу из-за осевой нагрузки между зубком врубовой машины и колодкой, а также вращения зубка в отверстии и колодке машины.
Проблема удаления втулки резцедержателя из держателя описана в заявке на патент США 2016/0102550 Paros. Однако решение, предложенное Paros, заключается в нанесении эластомерного покрытия, которое снижает риск коррозии металлических поверхностей, тем самым облегчая удаление втулки резцедержателя.
Целью настоящего изобретения является создание средств, которые, по мнению изобретателей, решают вышеуказанные проблемы.
Согласно одному аспекту изобретения предложена втулка резцедержателя, которая включает:
головку, включающую центральную часть, имеющую наружную поверхность, и опорный элемент (bearing member), закрепленный на центральной части и отсоединяемый от нее, а также определяющий опорную поверхность, через которую к опорному элементу может быть приложена нагрузка;
хвостовик, который соединен с центральной частью головки и выступает из нее и который может быть установлен в держателе или корпусе фрезы горной машины; и
сквозное отверстие, проходящее через головку и хвостовик, внутри которого находится хвостовик резца.
Опорная поверхность может выступать в поперечном направлении за внешнюю поверхность центральной части.
В одном из вариантов изобретения центральная часть и опорный элемент могут быть выполнены как отдельные части и скреплены вместе. В предпочтительном варианте изобретения опорный элемент запрессовывается в центральную часть.
В другом варианте изобретения центральная часть и опорный элемент могут быть частями единой конструкции, т.е. они могут быть выполнены из единой заготовки материала. Между центральной частью и опорным элементом обеспечена зона ослабления для облегчения отсоединения опорного элемента от центральной части.
Центральная часть головки и хвостовик могут быть частями единой конструкции, т.е. они могут быть выполнены как одно целое.
Внешняя поверхность центральной части может иметь форму усеченного конуса и сужаться к передней части головки.
Опорный элемент может быть кольцевым, а опорная поверхность может быть конической и, по существу, непрерывно расширяться вместе с наружной поверхностью центральной части, образуя продолжение.
Задняя поверхность опорного элемента может образовывать выступ, который при использовании упирается в поверхность держателя, в котором установлена втулка.
В предпочтительном варианте реализации изобретения задняя поверхность опорного элемента и задняя поверхность центральной части могут лежать в плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки, и которые вместе образуют выступ. Данный выступ при использовании упирается в поверхность держателя, в котором установлена втулка.
В соответствии с другим аспектом изобретения предоставляется способ снятия втулки резцедержателя, описанного выше типа, из втулки резцедержателя или корпуса фрезы, который является частью режущей головки и который включает в себя трубчатый корпус, внутри которого хвостовик резца имеет фрикционную посадку или посадку с натягом, причем способ включает приложение противоположно направленных сил к хвостовику втулки и к опорному элементу, что заставляет опорный элемент отделяться от центральной части головки и извлекать хвостовик из корпуса держателя втулки.
В соответствии с еще одним аспектом изобретения, предоставляется инструмент для извлечения втулки резцедержателя, описанного выше типа, из держателя втулки или резцедержателя, который образует часть режущей головки и который включает трубчатый корпус, внутри которого находится хвостовик втулки, имеющий посадку с натягом или фрикционную посадку. В состав инструмента входят:
вытяжной элемент;
соединительное устройство, посредством которого усилие может передаваться от вытяжного элемента к втулке резцедержателя в направлении, которое выталкивает хвостовик втулки резцедержателя из держателя втулки;
зацепляющая головка, которая определяет контактную поверхность, сконфигурированную так, чтобы упираться в опорную поверхность опорного элемента; а также
устройство перемещения, при котором вытягивающий элемент и зацепляющая головка могут быть смещены относительно друг друга, чтобы прикладывать извлекающую нагрузку к хвостовику втулки резцедержателя и вытеснить хвостовик втулки резцедержателя из держателя втулки.
Вытягивающий элемент может быть выполнен в виде съемного вала.
Съемный вал может иметь проксимальный конец и дистальный конец, причем вал спроектирован так, чтобы его можно было вставить через отверстие втулки резцедержателя таким образом, чтобы проксимальный конец выступал из головки втулки резцедержателя, а дистальный конец выступал из хвостовика втулки резцедержателя, соединительное устройство включает в себя элемент, зацепляющий хвостовик, который разборно монтируется на части съемного вала, прилегающей к дистальному концу, выступающему из хвостовика, и который выполнен с возможностью упора в свободный или задний конец хвостовика для приложения к нему осевой нагрузки. Зацепляющий элемент хвостовика может быть выполнен в виде стопорного кольца, которое может быть установлено на съемном валу.
Контактная поверхность зацепляющей головки может быть кольцевой и прилегать к опорной поверхности опорного элемента.
В одном варианте реализации изобретения устройство перемещения может включать соответствующие резьбы, выполненные на съемном валу и зацепляющей головке таким образом, что относительное вращение между съемным валом и зацепляющей головкой приводит к относительному продольному смещению, тем самым прикладывая противоположно направленные усилия к хвостовику и опорному элементу.
В другом варианте реализации изобретения относительное перемещение съемного вала и зацепляющей головки может осуществляться гидравлически. С этой целью устройство перемещения может включать в себя поршень и цилиндр с гидравлическим приводом. Съемный вал может быть соединен с поршнем поршневого и цилиндрического устройства, а зацепляющая головка может быть соединена с цилиндром поршневого и цилиндрического устройства или составлять его часть.
Инструмент может включать промежуточный элемент, определяющий контактную поверхность, выполненную с возможностью примыкания к опорной поверхности опорного элемента, и противоположно расположенную вторую контактную поверхность, выполненную с возможностью зацепления с сопряженной контактной поверхностью на зацепляющей головке, причем вторая контактная поверхность и сопряженная поверхность на зацепляющей головке имеют частично сферическую форму.
Описание изобретения в качестве примера со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи.
На чертежах:
На рис. 1 показан трехмерный вид втулки резцедержателя в соответствии с изобретением;
На рис. 2 показан вид продольного сечения втулки резцедержателя, изображенной на Рис. 1;
На рис. 3 показан вид поперечного сечения опорного элемента, входящего в состав втулки резцедержателя на Рис. 1;
На рис. 4 показан продольный разрез втулки резцедержателя в соответствии с настоящим изобретением, извлекаемой из держателя или корпуса фрезы горной машины с использованием инструмента для извлечения втулки резцедержателя заявленным в настоящем изобретением;
На рис. 5 показан продольный разрез съемного вала, который составляет часть инструмента, показанного на рис. 4;
На рис. 6 показан вид спереди стопорного кольца, которое разборно монтируется на съемном валу, изображенном на рис. 4;
На рис. 7 показано сечение зацепляющей головки, входящей в состав инструмента на рис. 4;
На рис. 8 показано продольное сечение другого инструмента в соответствии с изобретением;
На рис. 9-12 показаны сечения других вариантов выполнения опорного кольца;
На рис. 13 показан вид спереди другого опорного кольца в соответствии с изобретением; и
На рис. 14 показан вид в продольном разрезе еще одного инструмента в соответствии с изобретением.
На чертежах позицией 10 обозначена втулка резцедержателя. Втулка резцедержателя 10 включает головку, обозначенную позицией 12, и хвостовик, обозначенный позицией 14.
Втулка 10 имеет продольную ось 16 и отверстие 18, проходящее в осевом направлении через втулку резцедержателя 10 и выходящее с противоположного конца.
Головка 12 включает центральную часть, обозначенную позицией 20, которая в показанном варианте реализации имеет форму усеченного конуса, и опорный элемент, обозначенный позицией 22, который прикреплен к центральной части 20.
В показанном варианте реализации опорный элемент 22 выполнен в виде отдельного кольца и запрессован в центральную часть 20.
В частности, центральная часть 20 имеет усеченно-коническую переднюю грань 26, которая сужается к передней части 12.1 головки 12. Центральная часть 20 дополнительно включает заднюю поверхность 28, которая лежит в плоскости, перпендикулярной оси 16. Кольцевая поверхность 30 проходит между передней гранью 26 и задней гранью 28. В показанном варианте кольцевая поверхность 30 включает уступ.
Опорный элемент 22 включает в себя усеченно-коническую переднюю грань 32, плоскую заднюю грань 34 и внутреннюю поверхность 36, которая проходит между передней гранью 32 и задней гранью 34. Внутренняя поверхность 36 имеет форму и размеры, обеспечивающие посадку с натягом на промежуточной поверхности 30. Когда опорный элемент 22 установлен на центральной части 20, передняя грань 32 образует продолжение передней грани 26, а задняя грань 34 лежит в одной плоскости и образует кольцевое продолжение задней грани 28.
Хвостовик 14 соединен с задней гранью 28 центральной части 20, выступает из нее и может быть установлен в держателе или корпусе фрезы 38 (рис. 4) горной машины обычным способом.
Как лучше всего видно на чертеже рис. 4, держатель 38 выполнен в виде втулки, которая крепится к поверхности вращающейся режущей головки. Когда втулка резцедержателя 10 установлена в держателе 38, хвостовик 14 проходит через отверстие 40 в держателе. Задняя грань 28 центральной части 20 и задняя грань 34 опорного элемента 22 вместе образуют кольцевой выступ, который окружает хвостовик 14 и упирается в кольцевую грань 42 держателя 38. Резец (не показан) установлен в отверстии 18 обычным образом так, что он выступает вперед из головки 12.
Когда режущая головка вращается, резцы контактируют с разрабатываемым материалом и измельчают его. Передние грани 26 и 32 вместе образуют поверхность, которая отбрасывает сколотый материал от держателя 38, предотвращая его чрезмерный износ.
Когда резец изношен, его извлекают из втулки резцедержателя 10 обычным способом и заменяют новым резцом.
Однако материал, отбрасываемый передними гранями 26, 32, приводит к значительному износу головки 12. Когда износ достигает максимального уровня, и требуется заменить втулку резцедержателя 10 на новую, используется инструмент, который обозначается позицией 50 на рис. 4 в прилагаемых чертежах. На чертежах, рис. 5-7, изображен инструмент 50, который включает в себя съемный вал, обозначенный позицией 52, соединительное приспособление, обозначенное позицией 54, зацепляющую головку 55 и устройство перемещения, обозначенное позицией 56.
Съемный вал 52 имеет проксимальный конец 58 и дистальный конец 60. Съемный вал 52 имеет такие размеры, что дальний конец 60 может быть вставлен в отверстие 18, выходящего из головки 12, так что ближний конец 58 выступает из головки 12 втулки резцедержателя 10, а дальний конец 60 выступает из свободного конца хвостовика 14, то есть с противоположного конца от головки 12.
Соединительное устройство 54 включает кольцевую проточку 62, которая предусмотрена на съемном валу 52, находящуюся на дистальном конце 60, так что, когда съемный вал 52 вставляется через отверстие втулки резцедержателя, проточка 62 оказывается в части вала, выступающей из хвостовика 12, примыкающего к концу хвостовика, из которого выступает съемный вал. Соединительное устройство 14 дополнительно включает стопорное кольцо 64, которое может быть съемным и установлено в проточку 62 таким образом, что он образует кольцевой выступ, который упирается в свободный конец хвостовика 14.
Зацепляющая головка 55 определяет контактную поверхность 66, которая спроектирована так, чтобы упираться в переднюю поверхность 32 опорного элемента 22, как показано на чертеже рис. 4.
В показанном варианте реализации зацепляющая головка 55 имеет приблизительно цилиндрическую форму и имеет внутреннюю резьбу 68 на проходящем через нее отверстии. Часть съемного вала 52, находящаяся на проксимальном конце 58, имеет увеличенный диаметр и имеет наружную резьбу 70, которая соединяется с резьбой 68. На проксимальном конце 58 съемного вала 52 предусмотрен приводной элемент 72, который приводится в зацепление с помощью вращающегося инструмента, например, усилитель крутящего момента (не показан).
Для извлечения втулки резцедержателя 10 из держателя 18 снимают резец, если он установлен во втулке. Затем съемный вал 52 вставляется через отверстие 18 таким образом, чтобы дальний конец 60 выступал из хвостовика 14. Затем стопорное кольцо 64 устанавливается в проточке 62, образуя упор или выступ, упирающийся в свободный конец стержня 14 и препятствующий извлечению съемного вала 52 из втулки резцедержателя 60. Затем зацепляющая головка 55 навинчивается на съемный вал 52 таким образом, что контактная поверхность 66 упирается в переднюю поверхность 32 опорного элемента 22.
С помощью усилителя крутящего момента съемный вал 52 вращается относительно зацепляющей головки 55, вызывая продольное смещение в направлении съемного вала 52 в направлении стрелки 74. Следует иметь в виду, что к зацепляющей головке 55 будет приложена равная и противоположная сила, которая будет стремиться толкать опорный элемент 22 в направлении, противоположном направлению стрелки 74. Однако смещение опорного элемента 22 в направлении, противоположном направлению стрелки 74, блокируется торцом 42 держателя 38, в который он упирается. По мере продолжения относительного вращения между съемным валом 52 и зацепляющей головкой 55 опорный элемент 22 отделяется от центральной части 20 головки 12, позволяя перемещать втулку резцедержателя 10, за исключением опорного элемента 22, в направлении стрелки 74 и из держателя 58.
После того, как втулка резцедержателя 10 будет удалена, новая втулка резцедержателя может быть установлена в держатель обычным способом.
Как показано на чертеже рис. 7, на зацепляющей головке 55 может быть предусмотрен выступающий установочный штифт 76. Штифт фиксируется в соответствующем углублении на держателе 38, что препятствует вращению зацепляющей головки 55 и допускает относительное вращение между съемным валом 52 и зацепляющей головкой 55.
Следует иметь в виду, что поверхность 32 опорного элемента 22, к которой примыкает зацепляющая головка, не обязательно должна иметь форму усеченного конуса. В связи с этим различные варианты выполнения формы грани 32 показаны на чертежах рис. 9-12.
Кроме того, опорный элемент 22 не обязательно должен быть запрессован вплотную к центральной части 20. Например, как показано на чертеже рис. 12, опорный элемент 12 может быть снабжен резьбой 77, которая с помощью винта входит в зацепление с сопряженной резьбой на центральной части 20. Когда осевые нагрузки приложены к опорному элементу 22 и хвостовику 14 в противоположных направлениях описанным выше способом резьбы будут развинчиваться, позволяя отделить опорный элемент 22 от центральной части 20.
Кроме того, опорный элемент 22 и центральная часть 20 могут быть частями единой конструкции, т.е. они могут быть выполнены из единой заготовки материала. Между центральной частью 20 и опорным элементом 22 может быть предусмотрена зона ослабления, например, в виде кольцевой выемки, которая заставляет материал, соединяющий опорный элемент 22 с центральной частью 20, образовывать зону слабого соединения, разрушающуюся при воздействии требуемой осевой нагрузки.
Кроме того, вместо изготовления из единой заготовки материала, как показано на чертеже рис. 13, опорный элемент, обычно обозначаемый позицией 86, может быть выполнен в виде сегментов 88, которые соединены вместе.
В варианте, показанном на чертеже рис. 8, позиция 90 относится к другому инструменту в соответствии с изобретением и, если не указано иное, та же самая используемая выше позиция, обозначает аналогичные детали. В этом варианте реализации устройство перемещения 56 включает поршень и цилиндр с гидравлическим приводом, обычно обозначенные позицией 92. Устройство 92 включает в себя цилиндр 94 и поршень 96, который установлен внутри цилиндра для возвратного движения цилиндра 94. Съемный вал 52 соединен с поршнем 96 таким образом, что он выступает из цилиндра 94. Конец цилиндра 94, из которого выступает съемный вал 52, определяет контактную поверхность 66, которая упирается в опорный элемент 22 описанным выше способом.
Следовательно, при использовании, чтобы извлечь втулку резцедержателя 10 с помощью инструмента 90, поршень 92 перемещается в полностью выдвинутое положение. Съемный вал 52 вставлен в отверстие 18, а стопорное кольцо 64 установлено в проточке 62, как описано выше. В этом положении конец цилиндра 94, определяющий контактную поверхность 66, будет упираться в опорный элемент 22 или находиться на небольшом расстоянии от него. Затем в цилиндр 94 вводится гидравлическая жидкость под давлением, чтобы сместить поршень 96 в сторону втянутого положения, тем самым извлекая втулку резцедержателя 10 из держателя 38, как описано выше.
В другом варианте реализации изобретения, показанном на рис. 14, позиция 120 относится к другому инструменту в соответствии с изобретением, и, если не указано иное, те же самые используемые выше позиции, обозначают аналогичные детали. В данном варианте реализации изобретения инструмент 120, помимо гидравлически приводимого в действие поршневого цилиндрического устройства 92, включает промежуточный элемент, обычно обозначаемый контрольной цифрой 122. Промежуточный элемент 122 имеет открытый конец и на одном его конце образует контактную поверхность 66, которая сконфигурирована так, чтобы упираться в опорное кольцо 22 описанным выше способом. На другом конце промежуточного элемента 120 предусмотрена противоположно ориентированная контактная поверхность 124. Конец цилиндра 94 определяет дополнительную контактную поверхность 126, причем контактные поверхности 124, 126 обычно имеют частично сферическую форму.
Инструмент 120 используется в основном таким же образом, как и инструмент 90, описанный выше. Однако, промежуточный элемент 122 расположен между цилиндром 94 и опорным элементом 22. Наличие сферических контактных поверхностей 124, 126 детали позволяет работать инструменту 120 даже при незначительном угловом рассогласовании между осью расположения поршневого цилиндра и осью 16.
Изобретатели считают, что изобретение облегчит замену изношенных втулок резцедержателей 10 экономически эффективным и безопасным способом.
1. Втулка резцедержателя, включающая:
головку, имеющую переднюю и заднюю части и включающую центральную часть, имеющую переднюю грань, сужающуюся к передней части, и заднюю грань;
хвостовик, который соединен с задней гранью центральной части головки и выступает назад из нее и который установлен в держателе или корпусе фрезы горной машины посадкой с натягом или фрикционной посадкой; и
сквозное отверстие, проходящее через головку и хвостовик, внутри которого находится хвостовик резца, головка дополнительно включает опорный элемент, передняя грань или опорная поверхность которого выступает сбоку за переднюю поверхность центральной части и заднюю грань, которая при использовании упирается в переднюю грань держателя, опорный элемент, закрепленный на центральной части и отсоединяемый от нее для облегчения извлечения втулки резцедержателя из держателя или корпуса фрезы путем приложения противоположно расположенных сил к хвостовику втулки резцедержателя и к передней грани опорного элемента, что заставляет опорный элемент отделяться от центральной части головки и извлекать хвостовик из корпуса держателя или корпуса фрезы.
2. Втулка резцедержателя по п. 1, в которой центральная часть и опорный элемент выполнены как отдельные части и закреплены вместе.
3. Втулка резцедержателя по п. 2, в которой опорный элемент запрессован в центральную часть.
4. Втулка резцедержателя по п. 1, в которой центральная часть головки и хвостовик выполнены в виде единой конструкции.
5. Втулка резцедержателя по п. 1, в которой передняя грань центральной части имеет усеченно-коническую форму и сужается к передней части головки.
6. Втулка резцедержателя по п. 5, в которой опорный элемент имеет кольцевую форму, а опорная поверхность имеет коническую форму и непрерывно стыкуется с передней гранью центральной части и образует ее продолжение.
7. Втулка резцедержателя по п. 1, в которой задняя грань опорного элемента образует выступ, который при использовании упирается в поверхность держателя, в котором установлена втулка резцедержателя.
8. Втулка резцедержателя по п. 1, в которой задняя грань опорного элемента и задняя грань центральной части лежат в плоскости, перпендикулярной продольной оси втулки резцедержателя, и образующие выступ, который при использовании упирается в поверхность держателя, в котором установлена втулка резцедержателя.
