СОСТАВНОЙ РЕЗЕЦ ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к составным резцам поворотного типа для разрушения минеральных и искусственных материалов с широким диапазоном крепости и абразивности и может быть использовано при проведении горных выработок или при добыче полезных ископаемых с помощью горных комбайнов, а также при проведении дорожно-строительных работ, связанных с разрушением искусственных материалов, например асфальто-бетонных покрытий.
Известен цельный тангенциальный поворотный резец (патент US 3499685, опубл. 10.03.1970), который содержит державку цилиндрической формы и головную рабочую часть цилиндро-конической формы, армированную на переднем торце твердосплавной вставкой.
Резец обладает рядом недостатков. Так, в процессе эксплуатации головная часть контактирует с разрушаемой средой, вследствие чего подвергается высокому абразивному изнашиванию и разрушающим напряжениям, которые, в конечном счете, становятся причинами выхода породоразрушающего инструмента из строя. Вместе с тем державка резца остается практически неизношенной. Тем самым замена всего резца представляется нерациональной с точки зрения неэкономичного использования дорогостоящего металла - закаленной легированной стали. Непременным условием эффективной работы поворотного резца в процессе резания горных пород является непрерывность его вращения вокруг продольной оси. Однако, весьма часты случаи заклинивания резца (прекращение его поворота) в результате попадания частиц разрушенной горной породы в зазор между державкой и каналом резцедержателя, что, в свою очередь, приводит к возникновению одностороннего характера изнашивания. При этом резец начинает работать как обычный тангенциальный, вдобавок не с лучшими геометрическими параметрами.
Известен резец для горных машин (патент RU 2201504, опубл. 27.03.2003), включающий цилиндрическую державку и рабочую головку, снабженную твердосплавным керном. Рабочая головка резца выполнена сменной, с цилиндрической частью и усеченной конической частью и соединена с цилиндрической державкой резца шкворнем, жестко связанным с одной стороны с рабочей головкой, а с другой - винтовой сцепкой с правой трапецеидальной резьбой.
Недостатком является относительно небольшой диаметр шкворня по сравнению с диаметром цилиндрической части рабочей головки, что понижает прочность резца при восприятии изгибающих нагрузок и может стать причиной преждевременного выхода породоразрушающего инструмента из строя вследствие его поломки. Кроме того сменная головка по причине резьбового соединения не имеет возможности свободного вращения относительно державки резца и тем самым вращается весь резец, что нежелательно, поскольку при этом изнашиваются трущиеся поверхности державки и канала резцедержателя. Износ последнего требует более частого и трудоемкого ремонта исполнительного органа, связанного с заменой резцедержателей.
Известен резец для горных машин (патент RU 2055191, опубл. 27.02.1996), включающий державку со сквозным продольным каналом, рабочую головку с твердосплавной вставкой и с размещенным в сквозном продольном канале державки хвостовиком и стопорный элемент для фиксации рабочей головки в сквозном продольном канале державки. Стопорный элемент выполнен в виде стержня, который одним своим концом соединен с хвостовиком рабочей головки посредством неразъемного соединения, а свободный конец стержня крепят с хвостовиком державки сваркой или его деформированием.
Недостатком является трудность монтажа и демонтажа резцов, обусловленная сравнительно большими затратами времени и применением специального оборудования и инструмента (для монтажа: сварочного аппарата, паяльника, гибочного инструмента; для демонтажа: дрель, молоток, зубило) с приложением определенных усилий в сложных подземных условиях. Отсутствие вращения рабочей головки по одному из конструктивных исполнений патента (неразъемное соединение типа сварки, пайки) приводит к рассмотренной выше проблеме.
Известен составной поворотный резец (патент US 5261499, опубл. 16.11.1993), принятый за прототип, который включает державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками и рабочую головку с тведосплавной вставкой. Державка в передней части имеет продольно расположенный выступ, на котором располагается стопорный элемент - упругое пружинное кольцо с внутренними радиально выступающими бугорками, совпадающими с кольцевой канавкой на выступе державки. В свою очередь на задней поверхности рабочей головки выполнено продольное цилиндрическое углубление. При сборке резца рабочая головка надевается на выступ державки, в результате чего пружинное кольцо сжимается и входит в плотный контакт с боковой поверхностью углубления. За счет сил трения образуется неразъемное соединение с возможностью свободного вращения головки резца относительно державки. В другом варианте исполнения конструктивные элементы стыкующихся частей меняются местами: радиально выступающие бугорки выполнены на внешней поверхности стопорного элемента - пружинного кольца и при сборке входят в зацепление с кольцевой канавкой, расположенной внутри углубления рабочей головки.
Недостатком является сложность в демонтаже породоразрушающего инструмента, для чего необходимо применение специального съемного инструмента. Такие работы занимают относительно продолжительное время, в связи с чем снижается эксплуатационная производительность горного комбайна.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого составного резца, заключается в повышении эксплуатационной технологичности конструкции, связанной с заменой изношенной рабочей части резца, за счет уменьшения времени на монтаж/демонтаж и отказа от использования специального инструмента. Вместе с тем такой резец гарантирует надежность крепления составных частей между собой, которая определяется низкой вероятностью самопроизвольного их разъединения в процессе работы.
Технический результат изобретения достигается тем, что в составном резце для горных машин, включающем державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками, размещенную на передней части державки сменную рабочую головку, армированную твердосплавной вставкой и имеющую в задней торцевой поверхности цилиндрическое углубление, и стопорный элемент для фиксации рабочей головки от продольного перемещения относительно державки, согласно изобретению стопорный элемент выполнен в виде стопорного установочного винта, который размещен в отверстии с резьбой в своей верхней части, выполненном в боковой поверхности сменной рабочей головки, и входит в кольцевую канавку в передней части державки.
Промежуточная часть державки может быть выполнена квадратного или шестигранного поперечного сечения.
Сущность устройства поясняется прилагаемыми чертежами. На чертежах изображено: фиг.1 - составной поворотный резец при установке его на исполнительном органе горной машины; фиг.2 - составной поворотный резец, изображенный по частям; фиг.3 - поперечный разрез В-В сменной рабочей головки резца.
Составной резец 1 для горных машин включает сменную рабочую головку 10, оканчивающуюся закрепленной в ней твердосплавной вставкой 11 и державку 2. Державка 2 представляет собой тело вращения и выполнена ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками: хвостовой 3, промежуточной 4 и передней 5. В хвостовой части 3 державки 2 имеется кольцевая проточка 6 для размещения в ней разрезного стопорного кольца 25, при помощи которого резец закрепляется в резцедержателе 26 исполнительного органа 30. На боковой поверхности передней части 5 державки 2 выполнена кольцевая канавка 7. Сменная рабочая головка 10 также представляет собой тело вращения и может иметь любую известную для нее в практике геометрическую форму. В ее задней торцевой поверхности 12 выполнено цилиндрическое углубление 13. Для закрепления сменной головки 10 в ее боковой поверхности просверлено отверстие 14 с резьбой в верхней части.
Сборка резца 1 осуществляется следующим образом: сменная рабочая головка 10 надевается на державку 2 и упирается своей задней торцевой поверхностью 12 в передней торец 8 промежуточной части 4 державки 2. В этом крайнем положении отверстие 14 совпадет с кольцевой канавкой 7. После чего в отверстие 14 вкручивается стопорный установочный винт 20, который будет препятствовать продольному перемещению сменной рабочей головки 10 и вместе с тем позволит ей свободно вращаться вокруг своей оси относительно державки 2 резца.
Собранный составной резец 1 размещается в канале 27 резцедержателя 26 и крепится в нем посредством любого известного способа. Принципиально возможно два варианта закрепления: свободного и жесткого. В первом случае (например, при помощи стопорного кольца как показано на фиг.1) державка 3 резца имеет возможность свободно поворачиваться по отношению к резцедержателю 26, что несколько улучшает условия работы породоразрушающего инструмента, создавая дополнительное вращение. Причем нетрудно заметить, что вращение будет происходить в месте с наименьшим сопротивлением. Однако такое закрепление приводит к нежелательному износу канала 27 резцедержателя 26. С другой стороны, использование жесткого крепления (например, резьбового) фиксирует державку 3 резца и тем самым позволяет исключить подобный износ, что, в конечном счете, повышает ресурс работы резцедержателя 26. Для той же цели в конструкции составного резца 1 предусмотрен промежуточный участок державки 4, который в момент монтажа размещается в углублении 28 на передней поверхности резцедержателя 26 и защищает его от изнашивания, возникающего в результате трения при вращении рабочей головки 10. Выполнение промежуточной части 4, например, квадратного или шестигранного поперечного сечения и углубления 28 той же формы в резцедержателе 26 позволит также получить жесткое закрепление резца 1.
В процессе работы происходит перемещение закрепленного на исполнительном органе 30 (например, коронке проходческого комбайна) резцового блока таким образом, что резец 1 режущей частью вступает во взаимодействие с горной породой и осуществляет ее разрушение. Под воздействием внешних сил, возникающих в процессе резания, головная часть 10 резца может поворачиваться вокруг своей продольной оси относительно державки 2. Это обуславливает равномерный износ твердосплавного наконечника 11 и рабочей головки 10 в процессе эксплуатации. В случае достижения износа своей предельной величины, резец следует заменить. Применение составной конструкции, рассмотренной в данном патенте, позволяет сэкономить металл путем многократного использования державки 2 резца и замены только отработанной сменной рабочей головки 10. Для снятия вышедшей из строя рабочей головки 10 достаточно выкрутить стопорный установочный винт 20. Поэтому по сравнению с известными техническими решениями демонтаж изношенной части не требует больших затрат времени и (или) применения сложного оборудования и инструмента, что в конечном счете снижает трудоемкость работ. Кроме того, составной резец 1 позволяет использовать целый ряд сменных рабочих головок 10 с различными конструктивными и геометрическими параметрами. Тем самым предоставляется возможность более гибкого выбора рациональных параметров режущего инструмента для разрушения пород с учетом физико-технических свойств последних.
Таким образом, устройство составного резца обеспечивает достижение заявленного технического результата.