АДАПТИВНЫЙ УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
ADAPTIVE UNIT FOR FIXATION OF ROCK-CUTTING TOOL

Изобретение относится к горным машинам, точнее к горнорежущему инструменту, к узлу его крепления на исполнительном органе горной машины, и может найти применение на добычных и проходческих комбайнах, струговых установках и других породоразрушающих горных машинах, а также в металлообработке для чернового точения.
Известно крепление горнорежущего инструмента, выполненное в виде державки на исполнительном органе и закрепляемого в ней резца, при этом хвостовик резца входит в державку по конусной поверхности и жестко закрепляется в державке. Например, крепление горнорежущего инструмента /1/ (Горные инструменты / М.Г.Крапивин, И.Я.Раков, Н.И.Сысоев. - М.:"Недра", 1990 г., стр.32, рис.2.7). Резец армирован пластинками твердого сплава.
Недостатком такой конструкции горнорежущего инструмента является отсутствие микроподатливости резца при встрече с включениями, отсутствие микроперемещений главной режущей кромки при ударных нагрузках, которые могут приводить к разрушению твердосплавной армировки резцов. При разработке углей с твердыми включениями и (или) при увеличенной глубине резания это приводит к высокому расходу горнорежущего инструмента и простоям, связанным с его заменой.
Известны также крепления горнорежущего инструмента, в которых резец крепится в державке с возможностью продольного перемещения в державке и подпружинен с тыльной части хвостовика, что обеспечивает податливость резца вдоль его оси. При этом продольная податливость резца при завышенных нагрузках возможна только при тангенциальном креплении реза на исполнительном органе. Например, крепление штыревого режущего инструмента /2/ (Сборник «Горное и нефтепромысловое машиностроение»/ Том 5, «Недра», 1978 г., - стр.146); или, например, дискового резца /3/ (а.с. СССР №1573158, МКИ С 25/38. Опуб. в БИ №236 от 30.05.88).
Такое решение принято нами за прототип.
В прототипе резец упруго микроперемещается при пиковых и ударных нагрузках только вдоль оси державки, то есть частично выполняет функции упругого демпфера и проявляется в некотором увеличении стойкости режущей части горнорежущего инструмента.
При этом прототип обладает существенным недостатком - отсутствует податливость от усилий, действующих перпендикулярно оси резца, особенно это проявляется в радиальных схемах крепления штыревых резцов. По прототипу не обеспечивается упругое демпфирование при ударных нагрузках от составляющей резания и боковой составляющей, перпендикулярных оси резца.
Особенно это важно на струговом исполнительном органе, на котором при высоких скоростях резания наблюдаются высокие ударные нагрузки на режущий инструмент. Указанный недостаток проявляется в том, что в условиях повышенной крепости разрушаемого массива и (или) при наличии большого числа включений стойкость режущего инструмента по конструкции прототипа будет относительно невысокой.
Другим недостатком технического решения по прототипу является наличие в тангенциальных схемах крепления штырьевых резцов значительного угла между осью резца (направлением упругой податливости) и направлением вектора действия усилия резания, а так как пиковые или ударные нагрузки действуют преимущественно в направлении усилия резания, то упругий элемент гасит эти нагрузки только частично. При установке резцов с передним углом в 90 град, усилия резания, боковые усилия в конструкции узла крепления горнорежущего инструмента по прототипу не демпфированы, так как в ней предусмотрена податливость только от усилий подачи, которые не приводят к поломкам армировки резцов из твердого сплава.
К недостаткам технического решения по прототипу относится также наличие пары трения между державкой (кулаком) и резцом (вставкой), что снижает надежность его работы из-за «прикипания» хвостовика резца в кулаке в случае технического простоя режущего органа.
К недостаткам относится также фактор постепенного разбития отверстия под хвостовик резца в кулаке вследствие наличия необходимого технического зазора между ними и действия знакопеременных сил, перпендикулярных оси резца (оси податливости).
Целью заявляемого технического решения является устранение вышеназванных недостатков и придания узлу крепления горнорежущего инструмента адаптивных качеств, обеспечивающих улучшение эксплуатационных показателей режущего инструмента и, прежде всего, повышение ударной стойкости режущей части и увеличение надежности узла крепления горнорежущего инструмента, снижение простоев на замену режущего инструмента.
Указанный технический результат достигается тем, что в узле крепления горнорежущего инструмента, включающем кулак (резцедержавку) с отверстием и упругий элемент, сопрягаемый с хвостовиком резца, упругий элемент размещается между поверхностью хвостовика резца и поверхностью отверстия под хвостовик в резцедержавке (кулаке), при этом упругий элемент заключен между внутренней и внешней обоймами так, что поверхность внешней обоймы сопрягается с поверхностью под резец, а поверхность внутренней обоймы сопрягается с поверхностью хвостовика резца. Форма поверхности хвостовика не обязательно повторяет форму отверстия под хвостовик.
Пример выполнения заявляемого узла крепления горнорежущего инструмента приведен на чертежах, где:
На фиг.1 изображен вид резцедержавки с тангенциальным резцом в сечении по плоскости, проходящей вдоль оси резца и перпендикулярной плоскости забоя.
На фиг.2 представлено сечение узла крепления горнорежущего инструмента на фиг.1 по плоскости, перпендикулярной оси резца.
На фиг.3 - сечение узла крепления радиального резца с хвостовиком прямоугольного сечения,
На фиг.4 - прямоугольное сечение хвостовика резца.
На фиг.5 - ассиметричное сечение упругого элемента.
Узел крепления горнорежущего инструмента содержит резец 1 с хвостовиком 2, который размещается во внутренней обойме 6 узла крепления, которая неразъемно соединена с упругим элементом 5, неразъемно заключенным между внешней 4 и внутренней 6 обоймами. Внешняя обойма 4 вставлена в отверстие резцедержавки 3. Сечение обоймы может быть и прямоугольное, и круглое. В зависимости от типа горной машины деталь 3, в которую закрепляются резцы, принято именовать: кулаком, или державкой, или проставкой, или резцедержавкой. Далее используем термин «державка».
Обоймы, внешняя 4 и внутренняя 6, могут быть конусной формы с переменной площадью сечения или цилиндрической; хвостовик резца в соответствии с конструкцией резца может иметь круглое, прямоугольное или овальное сечение. Упругий элемент между обоймами может быть запрессован, закреплен вулканизацией или приклеен к внешней и внутренней обоймам и может иметь цилиндрическую или конусную форму, иметь переменное сечение. Материал упругого элемента - резина, полиуретан, каучук, капрон, металл в виде цилиндрической пружины и др.
Конструктивно возможны варианты исполнения заявляемого узла крепления горнорежущего инструмента:
а) упругий элемент по длине хвостовика резца может быть выполненным сечением (фиг.1) или с переменным сечением (фиг.2).
б) упругий элемент может быть выполнен в сечении симметричным (фиг.2, 4) или ассиметричным, например смещенным в направлении силы резания (фиг.5).
в) внутренняя поверхность обоймы может отличаться от ее внешней поверхности по форме (фиг.5, поз.6).
Внешняя обойма съемно закрепляется в державке и может иметь дополнительный фиксатор.
При подготовке к работе горнорежущего инструмента в державку 3 вставляется и фиксируется заявляемый узел крепления, состоящий из обойм 4, 6 и закрепленного между ними упругого элемента 5, затем во внутреннюю обойму вставляется хвостовик 2 резца 1 и фиксируется в державке любым из известных способов (резьбовым, сухариками, пружиной).
Закрепленный резец и узел его крепления готовы к работе.
При движении резца 1 на него будет действовать сила реакции забоя, которую принято рассматривать по составляющим: усилие резания, усилие подачи и боковое усилие. Все три составляющие будут вызывать микроперемещение оси резца, сглаживая ударные нагрузки, тем самым повышая его стойкость. Резец обладает также упругой микроподатливостью на вращение режущей кромки вокруг оси резца. Этот фактор также будет способствовать увеличению ударной стойкости армировки резца.
После предельного затупления резца 1 он извлекается для замены либо из обоймы 6, либо вместе с обоймами из державки 3.
Узел, включающий обоймы и упругий элемент между ними, - узел многократного применения. Он может переставляться с вращением на несколько градусов для сохранения упругой податливости.
Технико-экономические преимущества заявляемого узла крепления заключаются в том, что режущая часть резца приобретает податливость не только вдоль от резца, но и по всем направлениям действия реакции забоя, а также от внешнего вращающего момента, тем самым достигается увеличение времени действия ударной нагрузки при резании и снижение усилия удара. Возможность микроперемещений режущей части, обеспечиваемая заявляемым узлом крепления, придает режущей части способность адаптивно, т.е. адекватно вектору равнодействующей нагрузок, незначительно перемещаться в противоположную сторону от нагрузки, уменьшая ее проявления.
Применение заявляемого узла крепления горнорежущего инструмента обеспечит увеличение ударной стойкости армировки режущего инструмента (пластин из твердого сплава) при работе по крепким породам и углям с включениями, увеличение ресурса режущего инструмента, уменьшение времени простоя на замену поломанного режущего инструмента. Заявляемый узел крепления, обеспечивающий возможность микроперемещений режущей части горнорежущего инструмента, косвенно обеспечит снижение температурных нагрузок на режущие кромки резца.
При этом увеличивается возможность повышения производительности за счет некоторого увеличения нагрузок, например, путем увеличением глубины резания или увеличения скорости резания, когда динамические нагрузки на режущий инструмент наиболее опасны.
По сравнению с известными аналогами заявляемый адаптивный узел крепления горнорежущего инструмента более эффективен при разрушении крепких пород и углей с включениями. Чем крепче разрушаемая горная порода и (или) чем больше твердых включений, тем более эффективно применение заявляемого технического решения.
Литература
1. М.Г.Крапивин. Горные инструменты / М.Г.Крапивин, И.Я. Раков, Н.И.Сысоев. - М., Недра, 1990. - 32 с. (рис.2.7).
2. Сборник “Горное и нефтепромысловое машиностроение” / Том 5. Недра, 1978. - 146 с.
3. А.с. СССР №1573158, МКИ E21C 25/38. Публик. в БИ №23; от 30.05.88 (п.п.2).