САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИЙСЯ РЕЗЕЦ С УСТРОЙСТВОМ КРЕПЛЕНИЯ НА ИСПОЛНИТЕЛЬНОМ ОРГАНЕ МАШИНЫ
SELF-ALIGNING CUTTER WITH FASTENING DEVICE ON MACHINE EXECUTIVE BODY

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к горнодобывающей и строительной отраслям. Оно может быть использовано в планетарно-дисковых или корончатых исполнительных органах проходческо-очистных комбайнов для разрушения горного массива.
Известен резцедержатель, закрепленный на исполнительном органе, включающий жестко в нем закрепленный резец. Резцедержатель выполнен в виде основания, в котором закреплена удерживающая резец полая надставка, в направлении подачи инструмента резцедержатель перед удерживающей резец надставкой имеет 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 (патент РФ №2347907 от 27.02.2009 г.).
Недостатком известного 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 нерациональному резанию из-за изгибающих усилий на головку резца, снижению ресурса устройства, увеличению энергоемкости разрушения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является 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. 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 продольном 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 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. Данное устройство выбрано в качестве прототипа (патент №2602435 от 24.10.2016 г.).
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого устройства, - закрепленный на исполнительном органе машины корпус резцедержателя, выполненный монолитным со сквозным отверстием под резец и пазами; пружинная чека-фиксатор, установленная в пазах корпуса; подшипниковая втулка, впрессованная в сквозное отверстие корпуса; резец, установленный в корпусе резцедержателя с возможностью самоустанавливания в процессе резания без отклонений от линии резания.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются: сложность конструкции резцедержателя, обусловленная переменным сечением корпуса и наличием двух сквозных отверстий в нем; вероятность заклинивания корпуса резцедержателя в результате попадания штыба из отбитой породы между резцедержателем и исполнительным органом, а также воздействия значительных изгибающих нагрузок на ось вращения резцедержателя и подшипниковую втулку. Заклинивание корпуса резцедержателя может вызвать нерациональный процесс резания, связанный с тем, что во время разрушения горной породы резец будет перемещаться в пространстве в соответствии с траекторией, определяемой только кинематикой исполнительного органа. Следствием заклинивания корпуса резцедержателя являются возникновение значительных боковых нагрузок на головную часть резца, нерациональное резание из-за воздействия изгибающих напряжений на резец, снижение ресурса устройства, увеличение энергоемкости процесса разрушения.
Задачей изобретения является снижение энергоемкости процесса разрушения горных пород при упрощении конструкции устройства, и увеличении надежности и работоспособности.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном устройстве, включающем закрепленный на исполнительном органе машины корпус резцедержателя, выполненный монолитным со сквозным отверстием под резец и пазами, установленную в пазах корпуса пружинную чеку-фиксатор, подшипниковую втулку, впрессованную в сквозное отверстие корпуса, резец, установленный в корпусе резцедержателя с возможностью самоустанавливания в процессе резания без отклонений от линии резания, согласно изобретению резец состоит из цилиндрического хвостовика с круговой проточкой под пружинную чеку-фиксатор и головной части с передней режущей кромкой, которая смещена относительно оси цилиндрического хвостовика на величину некоторого положительного эксцентриситета, при этом резец установлен с возможностью самоустанавливания путем поворота относительно оси цилиндрического хвостовика, резец закреплен в резцедержателе через подшипниковую втулку и зафиксирован за круговую проточку хвостовика пружинной чекой-фиксатором, установленной в разделенные межпазной перегородкой пазы резцедержателя, при этом корпус резцедержателя жестко закреплен на исполнительном органе машины.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - резец состоит из цилиндрического хвостовика с круговой проточкой под пружинную чеку-фиксатор и головной части с передней режущей кромкой, которая смещена относительно оси цилиндрического хвостовика на величину некоторого положительного эксцентриситета; резец установлен с возможностью самоустанавливания путем поворота относительно оси цилиндрического хвостовика; пазы корпуса резцедержателя разделены межпазной перегородкой; резец закреплен в резцедержателе через подшипниковую втулку и зафиксирован за круговую проточку хвостовика пружинной чекой-фиксатором, установленной в пазы резцедержателя поверх межпазной перегородки; корпус резцедержателя жестко закреплен на исполнительном органе машины.
Использование поворотного резца и неподвижного, жестко закрепленного резцедержателя уменьшает риск заклинивания устройства штыбом, упрощает конструкцию устройства, улучшает условия для самоустановки резца вдоль линии резания, что позволяет уменьшить боковые нагрузки на головную часть резца, снизить удельные энергозатраты процесса разрушения горных пород, увеличить работоспособность и надежность устройства.
Предлагаемое устройство иллюстрируется схемами, представленными на фиг. 1-6.
На фиг. 1 показан самоустанавливающийся резец с радиальной головной частью, размещенный в устройстве крепления (резцедержателе) на исполнительном органе горной машины, вид сбоку.
На фиг. 2 показан самоустанавливающийся резец с радиальной головной частью, размещенный в устройстве крепления (резцедержателе) на исполнительном органе горной машины, вид сверху.
На фиг. 3 показан самоустанавливающийся резец с тангенциальной головной частью, размещенный в устройстве крепления (резцедержателе) на исполнительном органе горной машины, вид сбоку.
На фиг. 4 показан самоустанавливающийся резец с тангенциальной головной частью, размещенный в устройстве крепления (резцедержателе) на исполнительном органе горной машины, вид сверху.
На фиг. 5 схематически показаны моменты и силы, обусловливающие самоустанавливание резца в устройстве крепления (резцедержателе) на исполнительном органе горной машины в соответствии с задаваемой траекторией резания:
I - в направлении, совпадающем с направлением траектории движения исполнительного органа горной машины до взаимодействия резца с горным массивом;
II - в направлении, совпадающем с измененной траекторией передвижения исполнительного органа горной машины в момент взаимодействия резца с горным массивом.
На фиг. 6 схематически показано сечение корпуса резцедержателя с установленными в нем резцом и фиксатором в плоскости, совпадающей с плоскостью круговой проточки на цилиндрическом хвостовике резца.
Самоустанавливающийся резец с устройством крепления на исполнительном органе машины содержит резец 1, в конструкцию которого входит цилиндрический хвостовик 2 и головная часть 3. Режущая кромка 4 головной части 3 резца 1 выполнена с некоторым положительным эксцентриситетом «ε» (фиг. 1, 3, 5) относительно оси цилиндрического хвостовика 2. В цилиндрическом хвостовике 2 резца 1 выполнена круговая проточка 5. Резец вставлен в сквозное отверстие 6 резцедержателя 7 через запрессованную подшипниковую втулку 8 и закреплен за проточку 5 в цилиндрическом хвостовике 2 чекой-фиксатором 9, которая вставлена в пазы 10 корпуса резцедержателя 7 поверх межпазной перегородки 11. Резец 1 установлен с возможностью самоустанавливания путем поворота относительно оси цилиндрического хвостовика 2. Резцедержатель 7 жестко соединен с исполнительным органом 12 горной машины, например, сваркой. Корпус резцедержателя выполнен монолитным. Головная часть 3 резца 1 может быть конструктивно выполнена тангенциальной (фиг. 1, 2) или радиальной 1' (фиг. 3, 4).
Устройство работает следующим образом.
После компоновки устройства (1-9) (фиг. 1-4) горная машина (не показана) подходит к массиву горной породы. При этом резец находится в первоначальном положении (до взаимодействия резца с породой) на оси «О-О'» (фиг. 5), а исполнительный орган (не показан) - в положении, например, указанном стрелкой «П».
3
3
П
3
П
В момент взаимодействия режущей кромки 4 резца 1 или 1' с горной породой (не показано), при установлении резца по направлению стрелки «П'» появляется усилие резания - стрелка «Z» (фиг. 5). Наличие положительного эксцентриситета (режущая кромка 4 резца находится на расстоянии «ε» (фиг. 1, 3, 5) от оси цилиндрического хвостовика 2 резца) обусловливает возникновения плеча «l» усилия резания «Z» и, как следствие, возникновение момента поворота, равного М=Z×l. Под действием момента М реализуется поворот резца-флюгера относительно оси цилиндрического хвостовика 2 на некоторый угол у и установка резца 1 или 1' вдоль линии резания в направлении подачи инструмента по стрелке «П» (фиг. 5) (оси «О-О"»). Следствием установки резца 1 или 1' вдоль линии резания является уравновешивания боковых сил, действующих на режущую кромку 4.
Пружинная чека-фиксатор 9 установлена в пазах 10 корпуса резцедержателя 7 поверх межпазной перегородки 11. Подшипниковая втулка 8 выполнена из материала с низким коэффициентом трения, например, латуни, снижает трение при повороте цилиндрического хвостовика 2 резца 1 или 1' на некоторый угол γ.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает рациональные режимы резания, исключающие боковые изгибающие нагрузки на головную часть резца и снижение удельных энергозатрат процесса разрушения горной породы. По сравнению с прототипом существенно упрощается конструкция резцедержателя, что обуславливает снижение затрат на изготовление устройства и повышение его надежности. Существенно уменьшается вероятность заклинивания устройства в результате попадания штыба, что повышает надежность и работоспособность предлагаемого устройства.