Шарошечный узел для подрезающей машины
CONE ROLLER FOR UNDERCUTTING MACHINE

Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к шарошечному узлу, устанавливаемому на режущей головке подрезающей врубовой машины и, в частности, но и не исключительно, к шарошечному узлу, в котором режущее кольцо, с возможностью отсоединения, закреплено в радиальном и осевом направлениях на валу узла с помощью клиновидной части установочного держателя.
Уровень техники
Разработано большое разнообразие типов врубовых машин для различных применений при разрушении скальных пород для строительства шахт, таких как горизонтальные выработки, тоннели, подземные дороги и тому подобное. Подрезающие машины по существу предназначены для подрезания твердых скальных пород, имеющих предел прочности выше 120 МПа. Машины используют технику подрезания, в которой вращаемые режущие инструменты прижимают к скальной породе и перемещают вдоль нее для создания канавки, которая способствует преодолению прочности скальной породы.
Обычно подрезающая машина содержит комплект шарошек, установленных в режущей головке, которая может подниматься вверх в режиме подрезания. Каждая шарошка содержит режущее кольцо, установленное, с возможностью вращения, на опорном валу, который может вращаться вокруг своей центральной оси. Режущие кольца являются изнашиваемыми деталями и регулярно требуют замены через определенные интервалы времени, так как они изнашиваются под действием агрессивного контакта с твердой горной породой. Были предложены различные устройства для прикрепления режущих колец к режущим головкам, и примеры описаны в международных публикациях WO 03/089762, WO 03/106814 и WO 2009/036781.
Однако существующие крепежные устройства имеют недостатки, обусловленные несколькими причинами. В частности, пути передачи усилия в существующих конструкциях не оптимизированы и по существу содержат передачу через крепежные болты, которые используются для присоединения режущего кольца к валу. Режущие кольца во время использования подвержены значительным силам и механическим напряжениям, которые передаются через болты, и болты обычно повреждаются, или ослабляется крепление кольца. Дополнительно, некоторые существующие крепежные устройства в попытке обеспечить надежное соединение, являются очень сложными. Поэтому по существу существенными являются время и затраты труда на замену изношенных режущих колец на одной машине, обычно несущей 24 шарошечных узла. Соответственно, общая производительность машины и эффективность уменьшаются. Таким образом, имеется потребность в крепежном устройстве для обеспечения надежного и прочного прикрепления режущих колец в дополнение к их быстрому прикреплению и замене на подрезающей машине.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание простого и надежного устройства для установки, с возможностью отсоединения, режущего кольца в режущей головке подрезающей врубовой машины, выполненного с возможностью выдерживать значительные силовые нагрузки, передаваемые через указанное устройство во время резки породы. Дополнительной целью является создание установочного устройства, имеющего сравнительно простую конструкцию и содержащего минимальное количество составных частей, чтобы создать возможность быстрой замены изношенных режущих колец.
Эти цели достигнуты путем создания надежной системы крепления кольца подрезающего диска, имеющей клиновидную часть, специально приспособленную для обеспечения блокировки режущего кольца в осевом и радиальном направлениях на радиально внутреннем валу, к которому кольцо прикреплено с возможностью отсоединения. Клиновидная часть является преимущественной для обеспечения надежного фрикционного контакта между кольцом и валом и для действия в качестве канала передачи силы непосредственно между кольцом и установочным валом. В частности, клиновидная часть полностью устраняет нежелательную прямую передачу усилий нагрузки через вспомогательные области установки или крепления, такие как болты или винты.
Предложенная система крепления режущего кольца может быть изготовлена в виде выполненного за одно целое элемента, включающего клиновидную часть, которая может быть удобно установлена в положении установки в радиальном положении между областью вала и режущим кольцом и выведена из этого положения. Предложенный выполненный за одно целое элемент выполнен с обеспечением удержания клиновидной части в неподвижном закрепленном положении в радиальном направлении между режущим кольцом и валом с помощью набора болтов или винтов. Такие болты или винты обеспечивают фиксацию положения и стабилизацию только клиновидной части. То есть благодаря конфигурации по меньшей мере одного из режущего диска, клиновидной части и вала передача усилий нагрузки через болты или винты сводится к минимуму или устраняется.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложен шарошечный узел, устанавливаемый на режущую головку подрезающей врубовой машины и содержащий вал, имеющий продольную ось и установочную область, расположенную на переднем конце вала или направленную к нему и имеющую установочную поверхность, обращенную в радиальном наружном направлении; режущее кольцо, имеющее режущую область, наружную в радиальном направлении, и стопорную поверхность, обращенную в радиальном внутреннем направлении и располагаемую напротив указанной установочной поверхности, причем по меньшей мере часть стопорной поверхности и/или установочной поверхности проходит под углом к указанной оси; установочный держатель, прикрепляемый к валу и предназначенный для установки режущего кольца в шарошечном узле с возможностью отсоединения, причем указанный узел отличается тем, что держатель содержит клиновидную часть, имеющую первую контактную поверхность, обращенную в радиальном наружном направлении, и вторую контактную поверхность, обращенную в радиальном внутреннем направлении, причем эти первая и вторая поверхности проходят противоположно друг другу в осевом направлении с упором соответственно в указанную стопорную поверхность и указанную установочную поверхность, причем первая и/или вторая поверхности проходят под наклоном к указанной оси комплементарно стопорной поверхности и/или установочной поверхности, причем клиновидная часть выполнена с возможностью заклинивания в радиальном направлении между режущим кольцом и установочной областью для блокировки режущего кольца в шарошечном узле с возможностью отсоединения.
Дополнительно, клиновидная часть может быть полностью кольцеобразной, по меньшей мере частично кольцеобразной или не кольцеобразной. Когда клиновидная часть является кольцеобразной частично, корпус клиновидной части может быть разделен одной или несколькими щелями с образованием одной или нескольких секций клиновидной части, расположенных в окружном направлении. То есть клиновидная часть может быть полным кольцом или может быть разрезным кольцом, разделенным на несколько сегментов (в окружном направлении). Предпочтительно, клиновидная часть имеет несколько щелей, каждая из которых проходит в осевом и радиальном направлениях через клиновидную часть, которая, по меньшей мере частично, разделена в окружном направлении с образованием клиновидных пальцев. Предпочтительно клиновидная часть выполнена с такой степенью радиального сжатия, чтобы достичь сильного фрикционного контакта между противоположными поверхностями клиновидной части и соответствующими поверхностями режущего кольца и установочной области вала.
Предпочтительно, держатель и клиновидная часть выполнены в виде единого целого. Дополнительно, области держателя могут быть выполнены из первого материала, а клиновидная часть может быть выполнена из второго материала, которые имеют отличающиеся соответствующие твердость и сопротивление сжатию. Такая конфигурация создает держатель, имеющий оптимизированные физические и механические свойства для достижения необходимого высокого фрикционного блокирующего контакта между режущим кольцом и валом.
Дополнительно, держатель может иметь центральное утолщение, а клиновидная часть может быть по существу кольцевой и проходить по периферии вокруг центрального утолщения. Дополнительно, держатель может иметь упругую шейку, расположенную в радиальном направлении между клиновидной частью и центральным утолщением. Дополнительно, толщина упругой шейки в осевом направлении может быть меньше, чем осевая толщина утолщения. Дополнительно, упругая шейка может не иметь уменьшенную радиальную толщину и может быть образована областью держателя, которая соединяет клиновидную часть и центральное утолщение. Шейка, в соответствии с изобретением, является предпочтительной для обеспечения упругого предварительного натяжения и необходимой поджимающей силы для толкания клиновидной части в полный фрикционный сопряженный контакт с режущим кольцом и валом.
Дополнительно, осевая длина клиновидной части может быть больше, чем осевая длина центрального утолщения. Дополнительно, осевая длина клиновидной части может быть примерно равна осевой длине центрального утолщения.
Дополнительно, стопорная поверхность и первая контактная поверхность проходят наклонно к оси, а установочная поверхность и вторая поверхность проходят по существу параллельно оси. Дополнительно, стопорная поверхность и первая контактная поверхность проходят ортогонально к оси, и установочная поверхность и вторая поверхность проходят ортогонально к оси. Дополнительно, угол, под которым первая контактная поверхность и стопорная поверхность проходят ортогонально к оси, больше, чем угол второй поверхности и установочной поверхности (по отношению к оси). Дополнительно, угол, под которым первая поверхность и стопорная поверхность проходят относительно оси, может быть в пределах от 5 до 20°, от 8 до 18°, или от 10 до 15°.
Дополнительно, угол, под которым вторая контактная поверхность и установочная поверхность проходят относительно оси, может быть в пределах от 0 до 5°, от 0 до 4°, или от 0,5 до 3°.
Предпочтительно, по меньшей мере один из следующих элементов: установочная область, режущее кольцо и клиновидная часть, или эти элементы в комбинации имеют такие размеры, что между задней в осевом направлении торцевой поверхностью клиновидной части и обращенной вперед в осевом направлении упорной поверхностью вала, от которого вперед в осевом направлении проходит установочная область, имеется осевой зазор. Осевой зазор обеспечивает преимущество, так как создается область, в которую клиновидная часть может «расти» вдоль оси, когда она подвергается осевой сжимающей нагрузке со стороны режущего кольца. Соответственно, такая нагрузка увеличивает фрикционную блокировку клиновидной части в ее установленном положении и устраняет возникновение любых нежелательных осевых срезывающих сил между клиновидной частью и установочной областью, которые в противном случае могут вызвать выход назад клиновидной части из ее установленного положения.
Предпочтительно, держатель и клиновидная часть выполнены в виде, по меньшей мере, неполного кольца. В соответствии с таким вариантом выполнения, клиновидная часть эффективно образует целиком весь держатель. Дополнительно, предложенный узел может дополнительно содержать несколько установочных болтов, которые должны проходить через установочный держатель в вал для зажатия клиновидной части в радиальном направлении между режущим кольцом и установочной областью. Понятно, что держатель, в соответствии с изобретением, может быть закреплен на валу с помощью других крепежных деталей, таких как шпильки, винты или другие механические фиксаторы.
Дополнительно, клиновидная часть может иметь отверстия для приема болтов. В качестве альтернативы, центральное утолщение может иметь отверстия для приема болтов. Там, где клиновидная часть не имеет отверстий для приема монтажных болтов, предпочтительно, что в клиновидной части отсутствуют какие либо отверстия или полости в радиальном направлении между первой и второй контактными поверхностями, так что она является непрерывно сплошной в радиальном направлении между первой и второй контактными поверхностями. Соответственно, корпус клиновидной части механически оптимизирован с обеспечением максимального увеличения сжимающего усилия держателя в этой установочной области для увеличения фрикционного контакта между держателем, режущим кольцом и валом. Такая конфигурация является предпочтительной для устранения нежелательного ослабления режущего кольца, когда оно подвергается действию сил нагрузки во время резки породы.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предложена режущая головка подрезающей врубовой машины, содержащая множество шарошечных узлов, соответствующих пунктам прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения, предложена врубовая машина, содержащая по меньшей мере одну режущую головку, такую, как описано здесь, причем указанная по меньшей мере одна режущая головка содержит множество шарошечных узлов.
Дополнительно, указанная по меньшей мере одна режущая головка установлена на кронштейне, прикрепленном к врубовой машине с помощью соответствующего исполнительного механизма для обеспечения поворотного движения кронштейна. Дополнительно, врубовая машина может содержать две или большее количество режущих головок, каждая из которых установлена на соответствующем кронштейне и выполнена с возможностью независимого вращательного движения относительно других головок.
Краткое описание чертежей
Конкретное осуществление настоящего изобретения ниже описано только в виде примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии передвижного режущего устройства, предназначенного для создания туннелей или подземных горных выработок и имеющего установленные спереди режущие головки, каждая из которых имеет группу шарошечных узлов, соответствующих конкретному осуществлению настоящего изобретения;
Фиг. 2 изображает в аксонометрии шарошечный узел, который может быть установлен в одной из режущих головок устройства, показанного на фиг. 1, в соответствии с первым вариантом выполнения;
Фиг. 3 изображает разрез по линии А-А шарошечного узла, показанного на фиг. 2;
Фиг. 4 изображает вид сзади в аксонометрии держателя, предназначенного для прикрепления режущего кольца к шарошечному узлу, показанному на фиг. 3;
Фиг. 5 изображает вид спереди в аксонометрии держателя, показанного на фиг. 4;
Фиг. 6 изображает вид в аксонометрии шарошечного узла, который может быть установлен на одной из режущих головок устройства, показанного на фиг. 1, в соответствии со вторым вариантом выполнения;
Фиг. 7 изображает разрез по линии В-В шарошечного узла, показанного на фиг. 6;
Фиг. 8 изображает вид спереди в аксонометрии держателя, предназначенного для прикрепления режущего кольца к узлу, показанному на фиг. 6;
Фиг. 9 изображает вид сзади в аксонометрии держателя, показанного на фиг. 8;
Фиг. 10 изображает вид в аксонометрии шарошечного узла, который может быть установлен на одной из режущих головок устройства, показанного на фиг. 1, в соответствии с третьим вариантом выполнения;
Фиг. 11 изображает разрез по линии С-С шарошечного узла, показанного на фиг. 10;
Фиг. 12 изображает вид спереди в аксонометрии держателя, предназначенного для прикрепления режущего кольца к узлу, показанному на фиг. 10;
Фиг. 13 изображает вид сзади в аксонометрии держателя, показанного на фиг. 12.
Подробное описание предпочтительного варианта выполнения изобретения
На фиг. 1 изображено режущее устройство 10, предназначенное для врезания в твердую породу при разработке месторождений для создания штолен, подземных горных выработок и тому подобное, для создания подземной сети шахты. Устройство 10 предназначено для работы в режиме зарубки, в котором множество вращающихся шарошечных узлов 13 прижимают к твердой породе для создания канавки или выемки и затем поворачивают вертикально вверх таким образом, чтобы преодолеть уменьшенную силу растяжения непосредственно над канавкой и отколоть кусок породы. Соответственно, устройство 10 оптимизировано для продвижения вперед в породу с использованием меньшего усилия и энергии, по существу требуемой для традиционных режущих устройств компрессионного типа, в которых используются режущие долота или резцы, установленные на вращающихся головках.
Устройство 10 содержит главную раму 11а (или шасси), которая поддерживает салазки 11b, выполненные с возможность скольжения вперед и назад вдоль передней части шасси 11а. В передней зоне салазок 11b установлена пара поворотных кронштейнов 12, выполненных с возможностью независимого поворота вокруг по существу горизонтальной оси поворота и по существу вертикальной оси поворота. На внешнем конце каждого кронштейна 12 установлена соответствующая режущая головка 15, которая путем вращения вокруг соответствующих горизонтальной и вертикальной осей вращения может подниматься в вертикальной плоскости (вверх и вниз) и поворачиваться в горизонтальной плоскости (из стороны в сторону). Каждая режущая головка 15 содержит множество шарошечных узлов 13, на каждом из которых с возможностью вращения установлено соответствующее режущее кольцо 14 (иначе называемое шарошкой). Очевидно, что устройство 10 также содержит дополнительные узлы, соединенные с традиционным подрезающим устройством, содержащим, в частности, электродвигатель, поддомкрачивающие опоры, рельсовые пути и т.д.
На фиг. 2-5 каждый шарошечный узел 13 содержит основной корпус 43, который образует основание для прикрепления узла 13 к режущей головке 15 с помощью крепежных болтов (не показаны), которые проходят через часть корпуса 43. Корпус 43 внутри поддерживает вращающийся вал 22, который вращается вокруг оси 21, проходящей центрально в продольном направлении через шарошечный узел 13. Корпус 43 дополнительно содержит комплект внутренних подшипников (на показаны) для поддержки вала 22 в нужном положении.
В шарошечном узле, ориентированном так, как изображено на фиг. 2, режущее кольцо 14 является самой передней частью узла 13, а корпус 43 является его самой задней частью. Режущее кольцо 14 содержит область 16, радиально расположенную на наружном периметре и предназначенную для установки множества закаленных режущих зубцов (не показаны) внутри соответствующих монтажных углублений 18. Вал 22 содержит установочную область 23, расположенную спереди в осевом направлении и предназначенную для позиционной поддержки режущего кольца 14 в его переднем установочном положении с помощью радиальной внутренней области 20 режущего кольца 14. Установочная область 23, соответствующая конкретному осуществлению, выполнена в виде расширенного в радиальном направлении кольца (или фланца), выступающего вперед в осевом направлении от передней торцевой поверхности 31 вала 22, так что передняя поверхность 31 вала углублена в осевом направлении относительно передней торцевой кольцевой поверхности 19 установочной области 23. Кольцевая установочная поверхность 30 ориентирована таким образом, что она обращена в радиальном наружном направлении в установочной области 23 и проходит в осевом направлении назад от кольцеобразной поверхности 19. Установочная поверхность 30 оканчивается на своем осевом заднем конце обращенной вперед в осевом направлении кольцеобразной упорной поверхностью 38, образованной частью вала 22. Упорная поверхность 38 и по существу круглая передняя поверхность 31 вала расположены по существу перпендикулярно оси 21, в то время как установочная поверхность 30 по существу расположена параллельно оси 21. От передней поверхности 31 в вал 22 проходят в осевом направлении отверстия 34, расположенные на расстоянии друг от друга в окружном направлении (вокруг оси 21) радиально внутри установочной области 23.
Установочная область 23 вала обеспечивает непрямую установку кольцеобразного режущего кольца 14. Прямая установка режущего кольца 14 достигается с помощью установочного держателя, обозначенного в целом номером 17 позиции. Держатель 17 содержит по существу дискообразное центральное утолщение 25. Утолщение 25 имеет по существу плоскую заднюю поверхность 39, обращенную назад в осевом направлении, и переднюю поверхность 44, обращенную вперед в осевом направлении. Вокруг утолщения 25 проходит в окружном направлении кольцеобразная клиновидная часть 24, соединенная с утолщением 25 промежуточной кольцеобразной шейкой 32 (образующей непрерывное радиальное соединение с утолщением 25). Клиновидная часть 24 проходит вдоль оси на расстояние, превышающее соответствующую осевую толщину утолщения 25. Соответственно, обращенная вперед передняя поверхность 45 клиновидной части 24 расположена по оси впереди передней лицевой поверхности 44 утолщения, а кольцеобразная обращенная назад в осевом направлении торцевая поверхность 37 клиновидной части 24 расположена по оси позади задней поверхности 39 утолщения. По меньшей мере, область шейки 32 имеет осевую толщину, которая уменьшена по отношению к осевой толщине утолщения 25. Это обеспечивает некоторую степень изгиба, позволяющую клиновидной части 24 изгибаться в осевом и радиальном направлениях относительно утолщения 25. Центральное утолщение 25 дополнительно имеет набор отверстий 26, совмещенных с отверстиями 34 вала. Держатель 17, с возможностью отсоединения, прикреплен к валу 22 с помощью крепежных болтов 33, вставленных в отверстия 26 и 34 и закрепленных в этом положении с помощью взаимодействующей резьбы, как будет понятно. Соответственно, когда болты 33 закреплены на месте, задняя поверхность 39 утолщения удерживается в контакте с передней поверхностью 31 вала.
Клиновидная часть 24 имеет кольцеобразную первую поверхность 27, обращенную в наружном радиальном направлении, и противоположную ей соответствующую кольцеобразную вторую поверхность 28, обращенную во внутреннем радиальном направлении. Первая поверхность 27 ориентирована под углом к оси 21, тогда как вторая поверхность 28 ориентирована примерно параллельно оси 21, ограничивая таким образом клиновидную форму профиля клиновидной части 24 между задней торцевой поверхностью 37 и передней поверхностью 45. Соответственно, радиальная толщина клиновидной части 24 увеличивается (равномерно) от ее заднего конца к ее переднему концу в осевом направлении.
Режущее кольцо 14 имеет соответствующую кольцеобразную стопорную поверхность 29, обращенную во внутреннем радиальном направлении, располагаемую по существу напротив установочной поверхности 30 вала, обращенной в наружном радиальном направлении. Клиновидная часть 24 выполнена с возможностью заклинивания в осевом и радиальном направлениях между режущим кольцом 14 и установочной областью 23. Соответственно, первая поверхность 27 клиновидной части предназначена для плотного контакта с фрикционной посадкой со стопорной поверхностью 29 режущего кольца, а вторая поверхность 28 клиновидной части предназначена для плотного контакта с фрикционной посадкой с установочной поверхностью 30.
Во время сборки режущего кольца 14 на шарошечном узле 13 кольцо 14 сначала располагают поверх установочной области 23 вала. Затем держатель 17 перемещают в нужное положение, а противоположные поверхности 31 и 29 прижимают друг к другу путем введения крепежных болтов в отверстия 26 и 34. Установка болтов 33 в отверстиях 34 вводит кольцеобразную часть 24 в заклинивающее соединение в радиальном направлении между установочной областью 23 вала и режущим кольцом 14 благодаря поджимающей силе шейки 32. Благодаря комплементарной ориентации соответствующих фрикционных контактных поверхностей 27, 28, 29 и 30, режущее кольцо 14 заблокировано на месте и установлено на валу 22 с помощью держателя 17 и, в частности, кольцеобразной клиновидной части 24. Клиновидная часть 24 предпочтительна для непосредственной передачи всех нагрузочных усилий, передаваемых режущему кольцу 14, в вал 22 через установочную область 23. В частности, когда режущее кольцо 14 установлено исключительно на валу 22 через фрикционное блокирующее воздействие клиновидной части 24, все осевые и радиальные силы передаются через клиновидную часть 24 (через фрикционные контактные поверхности 27, 28, 29 и 30) и в установочную область 23, таким образом устраняя или уменьшая, насколько это возможно, передачу таких сил непосредственно между режущим кольцом 14 и валом 22. Дополнительно, представленная конфигурация держателя 17, имеющего периферическую клиновидную часть 24, также предпочтительна для устранения передачи нагрузочных сил через крепежные болты 33. То есть, болты 33 расположены радиально внутри клиновидной части 24 и отделены от нее, так что они эффективно изолированы от передачи нагрузочных усилий от режущего кольца 14.
Понятно, что во время использования клиновидная часть 24 может деформироваться, в частности, сжиматься в радиальном направлении и удлиняться в осевом направлении. Соответственно, клиновидная часть 24 и установочная область 23 имеют такие размеры и такую форму, чтобы по существу образовался небольшой кольцевой зазор между задней торцевой поверхностью 37 клиновидной части и обращенной вперед упорной поверхностью 38 вала 22. Соответственно, клиновидная часть 24 способна «расти» в осевом направлении в пределах области, расположенной в радиальном направлении между режущим кольцом 14 и областью 23. Дополнительно, гибкая шейка 12 выполнена с обеспечением возможности изгибания держателя 17 между утолщением 25 и клиновидной частью 24 для того, чтобы компенсировать такой рост в осевом направлении. Однако, шейка 32 весьма крепкая, чтобы обеспечить осевую поджимающую силу для толкания и удержания клиновидной части 24 в ее заблокированном положении между режущим кольцом 14 и установочной областью 23.
Как показано конкретно на фиг. 4 и 5, клиновидная часть 24 может рассматриваться как, по меньшей мере, частично разделенная в окружном направлении щелями 36, которые проходят в осевом и радиальном направлениях через клиновидную часть 24 между первой и второй поверхностями 27, 28 и задней торцевой поверхностью 37 и передней поверхностью 45. Соответственно, клиновидная часть 24 может рассматриваться как содержащая несколько клиновидных пальцев 35, распределенных в окружном направлении вокруг оси 21. Пальцы 35 дают возможность клиновидной части 24 упруго изгибаться в радиальном направлении, когда она зажата между режущим кольцом 14 и установочной областью 23 вала.
Держатель 17 дополнительно имеет второй набор отверстий 47, расположенных радиально в области шейки 32. Отверстия 47 предназначены для приема ослабленных болтов (через совместно действующие винтовые резьбы). Такие болты (не показаны) могут быть вставлены через держатель 17 напротив торцевой поверхности 19 установочной области. Эта конфигурация создает средство для принудительного извлечения клиновидной части 24 из пространства между режущим кольцом 14 и областью 23. Естественно, перед принудительным извлечением клиновидной части 24 (с помощью ослабляющих болтов) сначала нужно удалить крепежный болт 33 из отверстия 34.
Второй вариант выполнения шарошечного узла описан со ссылкой на фиг. 6-9, а третий вариант выполнения описан со ссылкой на фиг. 10-13. Узлы и номера позиций описанных здесь вариантов выполнения являются одинаковыми и соответствуют друг другу. Однако, как описано далее, форма, конструкция и конфигурация держателя 17, а также форма и конфигурация установочной области 23 вала являются различными в каждом варианте выполнения.
В соответствии со вторым вариантом выполнения, показанным на фиг. 6-9, держатель 17 выполнен как по существу круглое кольцо с сечением клиновидной формы, имеющее торцевую поверхность 37, обращенную назад в осевом направлении, и противоположную торцевую поверхность 42, обращенную вперед в осевом направлении. Держатель 17, в отличие от первого варианта выполнения (фиг. 2-5), не имеет центрального утолщения. Как таковой, держатель 17 выполнен так, что он полностью перекрывает вдоль оси осевую концевую область вала 22, так что передняя поверхность 42 держателя заглублена вдоль оси относительно передней поверхности 31 вала. В соответствии со вторым вариантом выполнения, клиновидная часть 24 образует держатель 17, в котором первая и вторая поверхности 27 и 28, обращенные в радиальном направлении наружу и внутрь, проходят в осевом направлении между задней поверхностью 37 и передней поверхностью 42. Отверстия 26 проходят в осевом направлении через клиновидную часть 24 радиально между первой и второй поверхностями 27, 28 и в осевом направлении между задней торцевой поверхностью 37 и передней поверхностью 42.
Установочная область 23 вала, в соответствии со вторым вариантом выполнения, выполнена в виде по существу цилиндрической осевой концевой области вала 22. Дополнительно, установочная поверхность 30, обращенная в радиальном наружном направлении, расположена с незначительным наклоном относительно оси 21, так что она расширяется в радиальном наружном направлении от передней поверхности 31 вала к упорной поверхности 38 (которая проходит перпендикулярно оси 21). Соответственно, первая поверхность 28 клиновидной части 24, обращенная в радиальном внутреннем направлении, также расположена с небольшим наклоном к оси 21. Как описано со ссылкой на первый вариант выполнения, первая поверхность 27 клиновидной части и стопорная поверхность 29 режущего кольца расположены с наклоном к оси 21, так что они наклонены относительно второй поверхности 28 клиновидной части и установочной поверхности 30. Соответственно, для всех описанных здесь вариантов выполнения площадь торцевой поверхности 37 клиновидной части, обращенной назад, меньше, чем соответствующая площадь передней поверхности 42 клиновидной части.
Угол, под которым первая поверхность 27 проходит относительно оси 21, больше, чем такой же угол, образованный второй поверхностью 28, так что поперечное сечение клиновидной части 24 в осевой плоскости не симметрично. В соответствии с дополнительными модификациями второго варианта выполнения, вторая поверхность 28 клиновидной части и установочная поверхность 30 могут быть расположены так, что они проходят по существу параллельно оси 21.
Как и в первом варианте выполнения, клиновидное кольцо второго варианта выполнения выполнено с возможностью установки радиально между режущим кольцом 14 и установочной областью 23 и заклинивания там, чтобы обеспечивать исключительно средство прикрепления режущего кольца 14 к шарошечному узлу 13. Соответственно, все осевые и радиальные силы должны передаваться от режущего кольца 14 на вал 22 исключительно через клиновидную часть 24, которая удерживается на месте с помощью крепежных болтов 33, вставленных в отверстия 34 и 26. Как описано выше, во втором варианте выполнения болты 33 расположены так, что они проходят через клиновидную часть 24. Соответственно, понятно, что относительно малый процент сил может передаваться через болты 33 от режущего кольца 14 к валу 22. Однако, клиновидная часть 24, удерживаемая в радиально сжатом и зафиксированном положении между режущим кольцом 14 и валом 22, может передавать значительную часть (почти все) нагрузочных сил. Важно, что ни одна часть режущего кольца 14 не проходит в осевом направлении в непосредственном контакте с валом 22, что в противном случае создавало бы неблагоприятные условия для создания прямой передачи силы в радиальном направлении. Как описано выше, между задней торцевой поверхностью 37 клиновидной части и упорной поверхностью 38 вала образуется небольшой осевой зазор, обеспечивающий возможностью некоторого роста клиновидной части 24 в осевом направлении, когда она сжата при использовании. Соответственно, предотвращено «опускание вниз» (упор в дно) клиновидной части 24 в радиальной области между режущим кольцом 14 и установочной областью 23, которое иначе могло бы уменьшить фрикционное блокирующее действие держателя 17 и создать нежелательную передачу нагрузочной силы через болты 33.
Как показано на фиг. 8 и 9, клиновидная часть 24 выполнена в виде разрезного кольца, в котором одна щель проходит полностью в осевом и радиальном направлениях через часть 24 между соответствующими поверхностями 27, 28, 37 и 42. Кроме этого, несколько частичных щелей проходят в осевом и радиальном направлениях через клиновидную часть 24. В частности, частичные щели 36 проходят радиально от первой поверхности 27 по направлению, но не полностью до конца, ко второй поверхности 28, обращенной внутрь в радиальном направлении. Частичные щели 36 и полная щель 40 образуют клиновые пальцы 35, которые могут сжиматься вместе в радиальном и окружном направлениях, когда держатель 17 прижат к валу 22 с помощью болтов 33, как описано со ссылкой на первый вариант выполнения. Это сжимающее действие обеспечивает надежную осевую и радиальную блокировку клиновидной части 24 и максимально увеличенный фрикционный контакт между противоположными парами поверхностей 27, 29 и 28, 30.
Третий вариант выполнения представленного изобретения описан со ссылкой на фиг. 10-13. Третий вариант выполнения соответствует второму варианту выполнения, показанному на фиг. 6-9, и содержит, по существу, такие же компоненты и конфигурацию, при этом номера позиций и компоненты соответствуют друг другу. Держатель 17, соответствующий третьему варианту выполнения, незначительно отличается от держателя 17 второго варианта выполнения. Однако, оба держателя 17 имеют такой же по существу кольцеобразный профиль, обеспечивающий возможность размещения кольцеобразного режущего кольца 14 на по существу цилиндрической установочной области 23 вала вокруг нее (представляющей самый передний конец вала 22 в осевом направлении). Первая и вторая поверхности 27, 28 держателя 17 третьего варианта выполнения расположены так, как описано в связи со вторым вариантом выполнения, так что они наклонены к оси 21 и по существу пересекают друг друга, образуя клиновидную часть, толщина которой в радиальном направлении увеличивается от задней поверхности 37 к передней поверхности 42. В соответствии с обоими вариантами выполнения, вторым и третьим, угол ориентация первой поверхности 27 больше, чем у второй поверхности 28 (относительно оси 21). Такое расположение является предпочтительным для создания требуемой блокировки и фрикционного захвата между режущим кольцом 14 и клиновидной частью 24 на радиально наружной области держателя 17. Держатель 17, соответствующий третьему варианту выполнения, отличается от держателя по второму варианту выполнения тем, что имеет первый радиальный наружный кольцеобразный выступ 41, который проходит вперед в осевом направлении от передней поверхности 42 клиновидной части. Второй кольцевой выступ 46 выступает из передней поверхности 42 клиновидной части на ее радиальной внутренней области. Выступы 41 и 46 расположены соответственно на самом наружном и самом внутреннем периметрах держателя 17, и осевая длина внутреннего выступа 46 меньше, чем у наружного выступа 41. Однако оба выступа 41 и 46, внутренний и наружный, увеличивают осевую длину первой и второй поверхностей 27 и 28 с тем, чтобы увеличить площадь поверхности контакта между клиновидной частью 24 и режущим кольцом 14. Выступы 41 и 46 выполнены с возможностью деформироваться радиально внутрь, когда клиновидная часть 24 зажата радиально между режущим кольцом 14 и областью 23 с помощью болтов 33, вставленных в отверстия 34. Соответственно, радиальная и осевая блокировка клиновидной части 24 и, соответственно, режущего кольца 14, усилена благодаря увеличению площади поверхности контакта, обеспеченному выступами 41, 46. Как описано выше, между задней поверхностью 37 клиновидной части и упорной поверхностью 38 вала поддерживается небольшой осевой зазор для предотвращения «опускания вниз» (упора в дно) клиновидной части к валу 22, которое иначе могло бы уменьшить фрикционное блокирующее действие держателя 17. Держатель 17, соответствующий третьему варианту выполнения, имеет такую же отдельную полную щель 40 и частичные щели 36, так что он может сжиматься в обоих направлениях - в радиальном и окружном, как описано выше.
Для освобождения клиновидной части 24 во втором и в третьем вариантах выполнения, по меньшей мере, один специально приспособленный освобождающий болт (не показан) вставляют в отверстия 26 и 34. Первая осевая часть стержня таких болтов может быть больше обычного размера относительно отверстий 26 держателя, а вторая осевая концевая часть болтов может быть меньшего размера относительно отверстий 34 вала. Соответственно, когда освобождающие болты проталкиваются в держатель 17, они могут упереться в конец отверстий 34 вала, так что при продолжении их вращения клиновидная часть 24 вытягивается из своего заклиненного и заблокированного положения между кольцом 14 и установочной областью 23.
В соответствии с различными вариантами выполнения, угол, под которым первая поверхность 27 клиновидной части проходит относительно оси 21, находится в диапазоне от 10 до 15°. Дополнительно, угол, под которым вторая поверхность 28 клиновидной части проходит по отношению к оси 21, находится в диапазоне от 0 до 5°. И в частности, от 0,5 до 3°. Такая конфигурация является предпочтительной для обеспечения баланса между достижением достаточной радиальной и осевой блокировкой режущего кольца 14 на валу 22 и обеспечением возможности удобной установки держателя 17 в его заблокированное положение радиально между режущим кольцом 14 и валом 22 и демонтажа держателя 17 из указанного положения.
Различные варианты выполнения изобретения являются преимущественными для достижения максимального усилия, при котором режущее кольцо 14 заблокировано радиально и в осевом направлении на валу 22. Это блокирующее действие достигается с помощью противоположных первой и второй поверхностей 27, 28, обращенных соответственно наружу и внутрь в радиальном направлении. Когда клиновидная часть заклинена на месте между режущим кольцом 14 и установочной областью 23, нагрузочные силы могут передаваться в радиальном направлении через клиновидную часть 24 через противоположные первую и вторую клиновые поверхности 27, 28. Важно то, что первая и вторая поверхности 27 и 28 расположены таким образом, что они противоположны в радиальном направлении (обращены в радиальном направлении в противоположные стороны) и так, что они расположены в одном положении по оси, перекрывая друг друга в осевом направлении и образуя главную часть клиновидной части 24 вместе с торцевой поверхностью 37 и поверхностью 45. То есть первая и вторая поверхности 27, 28 не «расположены в шахматном порядке» в осевом направлении или не «смещены в осевом направлении друг относительно друга», что, иначе, препятствовало бы непосредственно радиальной передаче блокирующих усилий в том же соответствующем осевом положении немедленно и непосредственно радиально внутри режущего кольца 14. В соответствии со всеми описанными здесь вариантами выполнения, режущее кольцо не содержит выступающих в осевом направлении частей, которые были бы расположены в непосредственном контакте с какой-либо областью вала 22. Соответственно, полная осевая длина режущего кольца 14 в его радиально внутренней области отделена от вала 22 (установочной области 23) упорным контактом с клиновидной частью 24.
Изобретение является также преимущественным для создания установочного устройства для режущего кольца 14, которое дает возможность удобной и быстрой замены изношенных режущих колец 14 с использованием двухступенчатого способа разборки, описанного выше. Установка или замена кольца 14 может быть удобно выполнена путем простого прикрепления держателя 17 к передней поверхности 31 вала, так чтобы вставить клиновидную часть 24 в ее заблокированное в осевом и радиальном направлениях положение радиально между кольцом 14 и установочной областью 23 вала.