УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
ATTACHMENT POINT OF MINE CUTTING TOOL

Изобретение относится к горным машинам, точнее к узлам крепления горнорежущего инструмента на исполнительных органах горных машин, и может найти применение на добычных и проходческих комбайнах, струговых установках и других породоразрушающих горных машинах.
Известны узлы крепления горнорежущего инструмента, выполненные в виде державки (кулака) и закрепляемого на ней резца (режущей вставки), состоящего из режущей части, армированной пластинами твердого сплава, и хвостовика. При этом хвостовик резца входит в державку по конусной или цилиндрической поверхности. Например, узел крепления стругового режущего инструмента /1/ (Горные инструменты / М.Г.Крапивин, И.Я.Раков, Н.И.Сысоев. М; «Недра», 1990 г., стр.32). Износ режущей части резца по задней грани ограничивает длительность его эксплуатации и определяет необходимость использовать режущую вставку с притуплением (до предельного значения), при этом увеличивается удельная энергоемкость резания, увеличиваются усилия резания и подачи.
Ряд преимуществ имеет узел крепления горнорежущего инструмента со съемной режущей вставкой, имеющей хвостовик и конусную режущую часть. Такие режущие вставки могут переставляться в державке с поворотом, обеспечивая увеличение ресурса режущего инструмента, снижение усилий резания и удельной энергоемкости резания, обеспечивая самозаточку режущей части.
Известен также узел крепления горнорежущего инструмента, в державке которого размещена режущая вставка с возможностью вращения, при этом форма ее режущей части имеет форму конуса. Например, узел крепления с автоматическим поворотом резца, содержащий зубчатую втулку с размещенным в ней резцом 121 (Патент США №3833265). Благодаря наличию зубчатой втулки, взаимодействующей с горной массой, происходит поворот резца при работе горной машины и его самозатачивание. Однако применение зубчатой втулки увеличивает общую нагрузку на державку и вызывает дополнительное увеличение потерь на трение. Это устройство автоматического поворота резца работоспособно только при работе резцов на исполнительных органах вращательного типа (например, в виде короны или шнека), так как при этом поверхность взаимодействия зубчатой части механизма с породой находятся под необходимым для разворота резца углом. В случае использования такого технического решения на стругах поворот резца не обеспечивается из-за отсутствия вращающего взаимодействия зубчатой втулки и резца с угольным забоем.
Данное техническое решение принято нами за прототип. Целью предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на резание и увеличение ресурса горнорежущего инструмента.
Поставленная цель достигается тем, что узел крепления горнорежущего инструмента снабжен механизмом поворота, кинематически связанным с хвостовиком режущей вставки и выполненным в виде механического триггера, обеспечивающего поворот резца вокруг оси при нажатии на его режущую часть сил со стороны забоя.
В варианте исполнения механизм поворота режущей вставки выполнен в виде вложенных друг в друга трех втулок, снабженных радиальными выступами, оканчивающимися аксиальными скосами (механизм, используемый в шариковых ручках). Внутренняя втулка подпружинена и кинематически связана с хвостовиком резца, скосы наружной и внутренней втулок, средней и наружной втулок попарно ответно ориентированы, а радиальные выступы средней и внутренней втулки вложены радиальными выступами в наружную втулку.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 - устройство в разобранном виде;
на фиг.2 - разрез его на фиг.1 по А-А;
на фиг.3 - разрез его на фиг.1 по Б-Б;
на фиг 4 - разрез его на фиг.1 по В-В;
на фиг.5 схематически изображен узел крепления горнорежущего инструмента, обеспечивающий автоматический поворот резца от действия сил резания;
на фиг 6 - схема взаимодействия выступов втулок.
Узел крепления горнорежущего инструмента, включающий державку (кулак) 2, закрепляемую на исполнительном органе горной машины; резец, имеющий конусную режущую часть и хвостовик 1, закрепляемый в державке с возможностью вращения. На хвостовике резца 1 выполнена кольцевая канавка 3, в которую введен штопорный винт 4, благодаря чему резец может свободно поворачиваться вокруг своей оси. Так как ширина канавки 3 больше толщины винта, хвостовик резца 1 может смещаться вдоль своей оси. На хвостовике резца 1 и державке 2 выполнены упорные ответные поверхности 5 и 6, а в концевой части хвостовика выполнен канал 7 с квадратным сечением. Внутрь канала 7 введен с небольшим радиальным зазором стержень с квадратным сечением 8. Этот стержень 8 является продолжением наружной донной части стаканообразной втулки 9, снабженной четырьмя радиальными выступами 10, на которых выполнены аксиальные (вдоль оси втулки) скосы 11 под углом в 45°. Втулка 9 подпружинена изнутри пружиной 12, которая упирается в седло 13 и регулировочный винт 14, вкрученный в корпус 15 и застопоренный контргайкой 16. Втулка 9 размещена внутри втулки 17. Последняя снабжена восемью радиальными выступами 18, концевые части 19 которых скошены накрест под углом в 45°. Внутри втулки 17 смонтирована шайба 20. Втулка 17 размещена внутри втулки 21, снабженной восемью аксиальными разрезами 22 со скосами 23 под углом в 45° и закреплена в корпусе 15 винтами 24 и 25. Между державкой 2 и корпусом 15 проложена резиновая прокладка 26, защищающая внутреннюю полость корпуса 15 от загрязнения, а между хвостовиком резца 1 и втулкой 17 проложена шайба 27. Между втулкой 17 и втулкой 9 смонтирована пружина 28, которая слабее пружины 12. Скосы 23 наружной и скосы 11 внутренней втулок, скосы концевых частей 19 средней и скосы 11 внутренней втулок ответно ориентированы, так что при осевом их перемещении скосы взаимодействуют друг с другом. Радиальные выступы 18 средней и радиальные выступы 10 внутренней втулок вложены между радиальными выступами наружной втулки в аксиальные разрезы 22. В собранном состоянии устройства ход Г державки 1 до соприкосновения упорных поверхностей 5 и 6 меньше хода Д шайбы 20 до втулки 9, ход Д больше высоты Е выступов 10, а высота Ж аксиальных разрезов 22 больше хода Д. Ширина от стенки кольцевой канавки 3 до винта 4 больше хода Г, а ход Д больше хода И дна канала 7 до стержня с квадратным сечением 8.
Вышеописанный механизм в виде вложенных друг в друга трех втулок, выполненных с радиальными выступами и аксиальными скосами, по существу является механическим триггером - устройством, срабатывающим при нажатии и проворачивающимся при обратном движении. В заявляемом узле крепления горнорежущего инструмента механизм поворота может быть выполнен другим - аналогичным механизмом, например одним из механизмов, используемых в шариковых ручках.
Работает заявляемый узел крепления горнорежущего инструмента следующим образом. В исходном состоянии, когда резец взаимодействует с угольным забоем, детали устройства занимают положение, изображенное на фиг 5. Во время взаимодействия резца с забоем вдоль оси резца создается усилие, перемещающее резец с хвостовиком 1 вовнутрь державки 2, по стрелке К на величину хода Г, после чего усилие от забоя воспринимается державкой 2 через поверхности 5 и 6, и осуществляется силовое замыкание хвостовика 1 резца с державки 2. При этом хвостовик резца 1 перемещает втулку 17, которая выступами 18 отжимает выступы 10 втулки 9 за пределы аксиального разреза 22. Под действием пружины 12 скосы 11 скользят по кольцевым частям 19, и втулка 9 стремится повернуться вокруг своей оси, выбирая небольшой зазор между стержнем с квадратным сечением 8 и каналом 7 в хвостовике 1 резца.
Поскольку пружина 12 зажата усилием резания, поворот резца вокруг собственной оси не происходит. При спаде усилия, приложенного к резцу, например, когда закончилось отделение массива угля от забоя, усилием пружины 12 втулка 9 посылается вперед и скосы 11 ее выступов 10 скользят по скосам 23, осуществляя поворот стержня с квадратным сечением 8 и хвостовика резца 1 вокруг своей оси. Пружина 28 возвращает втулку 17 в исходное положение, и выступы 18 уходят в аксиальные разрезы 22 вместе с выступами 10; втулка 9 довершает поворот хвостовика резца 1 вокруг своей оси. При повторном перемещении хвостовика резца от усилия и последующем снятии усилия описанный процесс поворота резца вокруг оси повторяется. Винт 14 позволяет регулировать усилие поворота хвостовика путем изменения степени поджатия пружины 12.
Так как процесс резания горных пород характеризуется стохастически чередующимися большими и малыми сколами, резец, сжимая пружину в момент крупного скола, приводит к срабатыванию механического триггера, и после спада усилия резец выдвигается в исходное положение и поворачивается. Величина упругого вдавливания резца в державку для обеспечения срабатывания механизма поворота резца составляет 3-5 мм. Для большинства породоразрушающих машин - это величина колебания средней глубины резания, что не имеет заметного влияния на процесс резания. Работа заявляемого узла крепления горнорежущего инструмента обеспечивает автоматический поворот резца, что определяет ряд его достоинств. Поскольку поверхность твердосплавной армировки изнашивается со всех сторон, процесс затупления до предельных площадок более продолжителен, усилия резания - меньше, удельная энергоемкость резания - меньше, ресурс работы резца - больше, удельный расход резцов на 1 т добычи - меньше, время простоя на замену режущего инструмента - меньше. Равномерность износа конусной режущей части резца способствует повышению ее надежности.
Литература.
1. М.Г.Крапивин. Горные инструменты [Текст] / М.Г.Крапивин И.Я.,Раков, Н.И.Сысоев. М.: «Недра», 1990 г., стр.32.
2. Патент США №3833265.