РЕЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО С СУЖАЮЩИМСЯ РЕЖУЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ
CUTTING DEVICE WITH NARROWING CUTTING ELEMENT

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет по ранее поданной родственной предварительной заявке США №. 62/342,438, поданной 27 мая 2016 г., предварительной заявке США №. 62/342,254, поданной 27 мая 2016 г., и предварительной заявке на патент США №. 62/446,799, поданной 16 января 2017 г. Полное содержание этих документов включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Уровень техники
[0002] Настоящее изобретение относится к машинам для горных работ или разработке месторождений и, более конкретно, к режущим устройствам машины для горных работ или разработке месторождений.
[0003] Горные машины могут содержать вращающийся режущий диск для зацепления горных пород и стенок для резки и удаления породы и/или минерала. Режущий диск может вращаться и приводиться в движение для подрубания породы под узким углом относительно плоскости горной выработки, генерируя срезывающие усилия для вызывания раздробления породы. Каждый режущий диск имеет множество долото или кнопок.
Раскрытие изобретения
[0004] В одном аспекте режущее устройство для резки породы включает в себя диск и множество режущих элементов, закрепленных на диске. Диск установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения, и диск включает в себя периферийную кромку, проходящую вокруг оси вращения. Множество режущих элементов расположено на расстоянии друг от друга по периферийной кромке диска и расположено в плоскости резания. Каждый из режущих элементов включает в себя основной участок и режущий участок, включающий в себя режущую кромку, и режущий участок имеет ширину большую ширины основного участка.
[0005] В другом аспекте режущая головка для горной машины включает в себя стрелу, выполненную с возможностью поддержания на раме, приводной механизм и режущее устройство, поддерживаемое на стреле и приводимое в действие приводным механизмом. Режущее устройство включает в себя диск и множество режущих элементов, закрепленных на диске. Диск установлен с возможностью вращения вокруг оси вращения, и диск включает в себя периферийную кромку, проходящую вокруг оси вращения. Множество режущих элементов расположено на расстоянии друг от друга по периферийной кромке диска и расположено в плоскости резания. Каждый из режущих элементов включает в себя основной участок и режущий участок, включающий в себя режущую кромку. Режущий участок имеет ширину, которая больше ширины основного участка.
[0006] Другие признаки и аспекты будут понятны при рассмотрении нижеследующего подробного описания и сопроводительных чертежей.
Краткое описание чертежей
[0007] Фиг.1 - общий вид горной машины.
[0008] Фиг.2 - общий вид режущей головки.
[0009] Фиг.2A - вид в разрезе режущей головки на фиг.2, если смотреть по линии 2A-2A разреза.
[0010] Фиг.3 - вид сверху режущего диска.
[0011] Фиг.4 - увеличенный вид сверху участка режущего диска на фиг.3.
[0012] Фиг.5 - общий вид режущего долото.
[0013] Фиг.6 - первый вид сбоку режущего долото на фиг.5.
[0014] Фиг.7 - первый вид сбоку режущего долото на фиг.5.
[0015] Фиг.8 - второй вид сбоку режущего долото на фиг.5.
[0016] Фиг.9 - вид сверху режущего долото на фиг.5.
[0017] Фиг.10 - вид в поперечном разрезе режущего диска на фиг.3, если смотреть по линии 10-10 разреза.
[0018] Фиг.11 - вид в поперечном разрезе режущего диска на фиг.4, если смотреть по линии 11-11 разреза.
[0019] фиг.12 - вид в поперечном разрезе режущего диска в соответствии с другим вариантом осуществления.
[0020] Фиг.13 - общий вид инструмента для удаления долота.
[0021] Перед подробным объяснением любых вариантов осуществления следует понимать, что изобретение не ограничивается при его применении элементами конструкции и расположением компонентов, описанными в нижеследующем описании или показанными на чертежах. Раскрытие обеспечивает другие варианты осуществления и может быть осуществлено на практике или выполнено различными способами. Кроме того, следует понимать, что фразеология и терминология, используемые в данном документе, предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование «включающий в себя», «содержащий» или «имеющий» и их варианты в данном документе означает включение элементов, перечисленных в дальнейшем, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов. Термины «установленный», «соединенный» или «связанный» широко используются и включают как непосредственную, так и косвенную установку, соединение или связь. Кроме того, «соединенный» или «связанный» не ограничиваются физическими или механическими соединениями или связями и могут включать в себя электрические или гидравлические соединения или связи или непосредственно или косвенно. Кроме того, электронные сообщения или уведомления могут выполняться с помощью известных средств, включающих в себя соединения, беспроводные соединения и т.д.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[0022] На фиг.1 изображен пример горной машины 10, включающей в себя раму 14, стрелу 18 и режущую головку 22, поддерживаемую на стреле 18 для зацепления стенки шахты. Рама 14 включает в себя систему привода, включающую в себя тяговые устройства, такие как гусеницы 30, для перемещения рамы 14 через опорную поверхность или рабочий горизонт шахты. В изображенном варианте осуществления рама 14 дополнительно включает в себя загребающую переднюю часть 32, расположенную рядом с рабочим горизонтом шахты в непосредственной близости от режущей головки 22. Загребающая передняя часть 32 включает в себя платформу 34 и вращающиеся элементы 38, которые направляют отрезанный материал с платформы 34 на конвейер 42. В некоторых вариантах осуществления рама 14 может также включать в себя загребающие лапы для направления отрезанного материала на платформу 34. В изображенном варианте осуществления горная машина 10 включает в себя единственную режущую головку 22, в других вариантах осуществления машина 10 может включать в себя множество режущих головок.
[0023] Как показано на фиг.2, режущая головка 22 включает в себя режущий диск 50, имеющий наружную кромку или периферийную кромку 54, и режущий диск 50 зацепляется со стенкой шахты (не показана) для удаления породы со стены. В изображенном варианте осуществления режущая головка 22 дополнительно включает в себя держатель 58 и кронштейн 62. Диск 50 соединен с держателем 58, который установлен с возможностью вращения (например, поддерживается подшипниками 64, показанными на фиг.2A) относительно кронштейна 62 вокруг оси 66 вращения. В изображенном варианте осуществления режущий диск 50 и/или держатель 58 свободно вращаются относительно кронштейна 62. Как показано на фиг.2A, в изображенном варианте осуществления кронштейн 62 включает в себя вал 70, поддерживающий держатель 58, и режущая головка 22 дополнительно включает в себя обмотку возбуждения в сборе для вызывания колебания режущей головки 22. Обмотка возбуждения в сборе включает в себя эксцентриковый груз 80 обмотки возбуждения, соединенный с валом 82 и установленный с возможностью вращения на кронштейне 62, и электродвигатель 84 для механического приведения во вращения груза 80 обмотки возбуждения. Вращение груза 80 обмотки возбуждения заставляет режущую головку 22 (включая режущий диск 50) колебаться.
[0024] В некоторых вариантах осуществления режущая головка и диск могут работать подобно режущей головке и диску горной машины, раскрытой в публикации заявки №. 2014/0077578 на патент США, поданной 16 сентября 2013 г., полное содержание которой включено в данную заявку согласно ссылке. В других вариантах осуществления режущая головка и диск работают подобно режущему механизму, раскрытому в патенте США №. 7,934,776, опубликованном 3 мая 2011 г., полное содержание которого включено в данную заявку согласно ссылке. В других вариантах осуществления режущий диск может приводиться во вращение другим способом.
[0025] Как показано на фиг.2 и 3, режущий диск 50 включает в себя основную опору 74, закрепленную на держателе 58, и режущее кольцо 78, проходящее вокруг основной опоры 74. Режущее кольцо 78 образует периферийную кромку 54, расположенную в плоскости 86 (фиг.2A). В изображенном варианте осуществления периферийная кромка 54 образована на соединении между торцевой поверхностью 90 (фиг.3) режущего кольца 78 (например, дистальным концом диска 50) и наружной боковой поверхностью или периферийной поверхностью 94 режущего кольца 78. В некоторых вариантах осуществления плоскость 86 копланарна торцевой поверхности 90 режущего кольца 78 и перпендикулярна к оси 66 вращения (фиг.2) режущего диска 50. Периферийная поверхность 94 может иметь, по существу, цилиндрическую или усечено-коническую форму и может проходить вокруг оси 66 вращения.
[0026] Как показано на фиг.3 и 4, множество режущих элементов или режущих кнопок или режущих долото 102 расположены по периферийной кромке 54 и расположены на расстоянии друг от друга (например, на одинаковом расстоянии). В изображенном варианте осуществления периферийная кромка 54 включает в себя множество просверленных отверстий 106 (фиг.10), и каждое из режущих долото 102 расположено в соответствующем просверленном отверстии 106. Основная опор 74 и/или режущее кольцо 78 могут быть образованы из жестких материалов (например, стали и/или других материалов), и режущие долото 102 могут быть образованы из материала, имеющего высокую твердость (например, карбида).
[0027] Как показано на фиг.3, в изображенном варианте осуществления режущее кольцо 78 может быть образовано в виде множества радиальных режущих секций 110 соединенных независимо и с возможностью съема с основной опорой 74 (например, с помощью крепежных элементов, быстроразъемного соединения и т.д.). Каждая из режущих секций 110 поддерживает некоторую часть режущих долото 102. В изображенном варианте осуществления режущие секции 110 соединены с основной опорой 74 и расположены вокруг оси 66 вращения (фиг.2), таким образом, образуя круглый или закругленный профиль. В других вариантах осуществления режущие секции 110 могут быть расположены другим способом. С точки зрения съема режущих секций 110 описан модульный режущий диск 50, позволяющий отдельно заменять изношенные или поврежденные режущие секции 111 без необходимости замены всего диска, уменьшая нерабочее время вследствие технического обслуживания и ремонта. Однако, в других вариантах осуществления режущее кольцо 78 может быть образовано в виде отдельного одинарного элемента, поддерживающего режущие долото 102.
[0028] Как показано на фиг.5 и 6, каждое режущее долото 102 включает в себя первый участок или основной участок 124, второй участок или промежуточный участок 128 и третий участок или режущий участок 132. Основной участок 124 включает в себя основной конец 136, образующий первый конец режущего долото 102, и режущий участок 132 включает в себя режущий конец или режущую кромку 138, образующую второй конец режущего долото 102. Продольная ось 140 проходит между основным концом 136 и режущей кромкой 138. В изображенном варианте осуществления основной участок 124 имеет цилиндрическую форму. Суммарная высота основного участка 124, переходного участка 128 и режущего участка 132 образует высоту H (фиг.6). В некоторых вариантах осуществления высота H составляет приблизительно 20-40 мм. В некоторых вариантах осуществления высота H составляет приблизительно 25-35 мм. В некоторых вариантах осуществления высота H составляет приблизительно 31 мм.
[0029] Основной участок 124 расположен в соответствующем просверленном отверстии 106 (фиг.10) режущего кольца 78. Основной участок 124 включает в себя наружную поверхность 142 с шириной D2. Наружная поверхность 142 граничит с сужающимся основным концом 136 и переходным участком 128. Переходный участок 128 включает в себя сужающуюся или наклонную поверхность 150, проходящую наружу от наружной поверхности 142 основного участка 124. Наклонная поверхность 150 граничит с основным участком 124 и заплечиком 154. Заплечик 154 имеет ширину D1, которая больше ширины D2 наружной поверхности 142.
[0030] В изображенном варианте осуществления наружная поверхность 142 и заплечик 154 имеют круглый профиль, и значения D1 и D2 ширины являются диаметрами соответствующих участков. В некоторых вариантах осуществления заплечик 154 имеет диаметр D1 приблизительно 12-20 мм. В некоторых вариантах осуществления заплечик 154 имеет диаметр D1 приблизительно 16 мм. В некоторых вариантах осуществления наружная поверхность 142 имеет диаметр D2 приблизительно 7-13 мм. В некоторых вариантах осуществления наружная поверхность 142 имеет диаметр D2 приблизительно 10 мм. В других конструкциях одно или более из этих значений ширины могут иметь другие размеры.
[0031] Как показано на фиг.7-9, в изображенном варианте осуществления режущий участок 132 включает в себя долотообразную форму. То есть, режущий участок 132 включает в себя пару основных долотчатых поверхностей 166, проходящих от заплечика 154 до режущей кромки 138. Основные долотчатые поверхности 166 расположены под углом относительно друг друга, и каждая основная поверхность 166 образует угол A относительно продольной оси 140. В некоторых вариантах осуществления угол A составляет приблизительно 37-48°. В некоторых вариантах осуществления угол A составляет приблизительно 42°. Как показано на фиг.8, режущий участок 132 также включает в себя пару неосновных поверхностей 170, проходящих от заплечика 154 до режущей кромки 138 на каждой стороне основных долотчатых поверхностей 166. Неосновные поверхности 170 расположены под углом относительно друг друга, и каждая неосновная поверхность 170 образует угол B относительно продольной оси 140. В некоторых вариантах осуществления угол B составляет приблизительно 27-38°. В некоторых вариантах осуществления угол B составляет приблизительно 33°. Переход между основными долотчатыми поверхностями 166 и неосновными поверхностями 170 может включать в себя закругленную или скошенную поверхность 178 (фиг.9). В других вариантах осуществления режущий участок может иметь другую геометрию (например, сужающуюся, параболическую, баллистическую и т.д.).
[0032] Как показано на фиг.10, каждое режущее долото 102 размещено в соответствующем просверленном отверстии 106 периферийной кромки 54. В изображенном варианте осуществления основной участок 124 и переходный участок 128 размещены в сужающемся просверленном отверстии 106. Продольная ось 140 долото 102 может быть ориентирована под острым углом относительно оси 66 поворота (фиг.2) и/или относительно торцевой поверхности 90 режущего кольца 78. Режущие кромки 138 режущих долото 102 могут быть расположены в плоскости резания.
[0033] Как показано на фиг.11, в изображенном варианте осуществления наклонная поверхность 150 переходного участка 128 зацепляется с соответствующим сужающимся участком или конической фаской 182 в сужающемся просверленном отверстии 106, в то время как заплечик 154 и режущий участок 132 выступают от просверленного отверстия 106 над поверхностью диска 50. Режущие участки 132 долото 102 зацепляют плоскость горной выработки (не показана) во время работы режущей головки 22. Зацепление переходного участка 128 и конической фаски 182 образует большую площадь поверхности для распределения реактивных сил, приложенных к долото 102, и уменьшения напряжений при изгибе, испытываемых долото 162.
[0034] Как показано на фиг.11, режущие долото 102 размещены в просверленных отверстиях 106 режущего диска 50. Сужающаяся геометрия режущих долото 102 и просверленных отверстий 106 уменьшает необходимый зазор, необходимый между режущими участками 132 соседних долото 102, обеспечивая расположение соседних долото 102 рядом друг с другом, и обеспечивая высокую плотность режущих долото 102 на единицу площади поверхности по периферийной кромке 54 режущего диска 50. Геометрия также уменьшает напряжения при изгибе в режущих долото 102 и увеличивает срок службы. Кроме того, геометрия долото 102 увеличивает площадь поверхности режущих участков 132, которые зацепляются с плоскостью горной выработки во время работы.
[0035] Как показано на фиг.12, в некоторых вариантах осуществления просверленные отверстия 106 проходят через режущее кольцо 78, и отверстие 190 для удаления расположено рядом с задней поверхностью режущего кольца 78. Отверстие 190 для удаления находится в сообщении с просверленным отверстием 106. Сила F может быть приложена к основному концу 136 долото 102 через отверстие 190 для удаления для выталкивания режущего долото 102 из просверленного отверстия 106. Эта сила F может быть гидравлической силой, механической силой, пневматической силой или любой другой подходящей силой для удаления режущего долото 102. Например, инструмент 198 (фиг.13) может включать в себя конец 202, который вставляется через отверстие 190 для удаления для контакта с основным концом 136 режущего долото 102. Инструмент 198 может приводиться в действие гидравлическим прессом для удаления режущего долото 102. Долото 102 могут удаляться из режущего кольца 78, позволяя пользователю заменять отдельные долото 102, которые являются поврежденными или изношенными.
[0036] Хотя конкретные аспекты были описаны подробно со ссылкой на конкретные варианты осуществления, изменения и модификации имеют место в пределах объема и сущности одного или более независимых аспектов, как описано. Различные признаки и преимущества описаны в нижеследующей формуле изобретения.