РЕЖУЩАЯ ГОЛОВКА С СЕГМЕНТИРОВАННЫМ РЕЖУЩИМ ДИСКОМ
CUTTING HEAD WITH SEGMENTED CUTTING DISC

Перекрестная ссылка на родственные заявки
[1] Данная заявка испрашивает приоритет находящихся на одновременном рассмотрении поданных ранее предварительных патентных заявок США № 62/342,438, поданной 27 мая 2016 г., № 62/342,254, поданной 27 мая 2016 г., и № 62/446,799, поданной 16 января 2017 г. Полное содержание этих документов включено в данный документ посредством ссылки.
Уровень техники
[2] Настоящее изобретение относится к машинам для проходки или выемки горной породы и, в частности, к режущему механизму для проходки или выемки горной породы.
[3] Горные машины могут содержать в качестве части режущий диск для резания и удаления горной породы и/или минерала. Режущий диск может вращаться и проходить по выработке для разработки плоскости забоя под малым углом для генерирования срезающих сил, обуславливающих растрескивание горной породы. Режущий диск имеет множество зубцов или зубков, установленных на периферии диска.
Раскрытие изобретения
[4] В одном аспекте режущее устройство для взаимодействия с плоскостью забоя включает в себя дисковый корпус, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси вращения, и множество периферийных частей, съемно прикрепленных к дисковому корпусу. Каждая из периферийных частей включает в себя множество режущих зубцов, установленных на периферийной кромке. Периферийная кромка каждой периферийной части совмещена с периферийными кромками смежных периферийных частей.
[5] В другом аспекте режущая головка для взаимодействия со стенкой из породы включает в себя стрелу, выполненную с возможностью подвески на раме, приводной механизм, и режущее устройство, подвешенное на стреле и приводимое в действие приводным механизмом. Режущее устройство включает в себя дисковый корпус, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси вращения, и множество периферийных частей, съемно прикрепленных к дисковому корпусу. Каждая из периферийных частей включает в себя множество режущих зубцов, установленных на периферийной кромке. Периферийная кромка каждой периферийной част совмещена с периферийными кромками смежных периферийных частей.
[6] В другом аспекте режущее устройство для взаимодействия с плоскостью забоя включает в себя дисковый корпус, закрепленный с возможностью вращения вокруг оси вращения, и режущий элемент, закрепленный на дисковом корпусе. Режущий элемент включает в себя периферийную кромку и множество режущих зубцов, установленных вдоль периферийной кромки, и периферийная кромка имеет круглую форму. Режущий элемент образован, как множество режущих частей, независимо и съемно прикрепленных к дисковому корпусу, каждая из режущих частей несет несколько режущих зубцов.
[7] В другом аспекте обеспечен способ для техобслуживания режущего устройства для горной машины. Режущее устройство включает в себя множество режущих частей, закрепленных на дисковом корпусе, и каждая режущая часть включает в себя множество режущих зубцов, установленных вдоль периферийной кромки. Способ включает в себя отсоединение одной из режущих частей от дискового корпуса, и скрепление сменной режущей части с дисковым корпусов в положении, ранее занимаемом одной режущей частью.
[8] Другие аспекты изобретения должны стать понятными из подробного описания и прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
[9] На фиг. 1 показана в изометрии горная машина.
[10] На фиг. 2 показана в изометрии режущая головка.
[11] На фиг. 3 показана разобранная режущая головка фиг. 2.
[12] На фиг. 4 показано сечение режущей головки фиг. 2 по линии 4-4.
[13] На фиг. 5 показан в изометрии режущий диск.
[14] На фиг. 6 показана в изометрии основная опора режущего диска фиг. 5.
[15] На фиг. 7A показан первый вид в изометрии режущего сегмента.
[16] На фиг. 7B показан второй вид в изометрии режущего сегмента фиг. 7A.
[17] На фиг. 8 показан с увеличением вид в изометрии режущего сегмента, скрепленного с основной опорой фиг. 5.
[18] На фиг. 9 показан с увеличением вид сбоку режущего сегмента, скрепленного с основной опорой фиг. 8.
[19] На фиг. 10 показан в изометрии режущий сегмент, скрепленный с основной опорой фиг. 8.
[20] На фиг. 11 показана разобранная основная опора фиг. 8 и один режущий сегмент.
[21] На фиг. 12 показан вид с сечением режущего диска фиг. 5.
[22] Перед подробным описанием любых вариантов осуществления изобретения следует пояснить, что изобретение не ограничено в заявке деталями конструкции и устройством компонентов, изложенными в следующем описании или проиллюстрированными на прилагаемых чертежах. Изобретение предполагает возможность других вариантов осуществления, а также реализацию на практике различными путями. Также следует понимать, что фразеология и терминология, применяемая в данном документе, служит для описания и не должна считаться ограничивающей. Применение терминов ʺвключающий в себяʺ, ʺсодержащийʺ и ʺимеющийʺ, а также их вариаций в данном документе охватывает позиции, перечисленные ниже в данном документе и их эквиваленты, а также дополнительные позиции. Термины ʺсмонтированныйʺ, ʺсоединенныйʺ и ʺсцепленныйʺ, а также их вариации применены в широком смысле и заключают в себе как варианты прямого, так и непрямого монтажа, соединения и сцепления. Кроме того, ʺсоединенныйʺ, ʺсцепленныйʺ не ограничены физическими или механическими соединениями или сцеплениями и могут включать в себя электрические или гидравлические соединения или сцепления. Электронные коммуникации и сообщения могут также быть выполнены с применением любых известных средств, в том числе прямых соединений, беспроводных соединений и т.д.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[23] На фиг. 1 показана горная машина 10 (например, машина для проходки штрека), включающая в себя раму или шасси 14, стрелу 18, и режущую головку 22, подвешенную на стреле 18 для взаимодействия с горной породой и ее удаления с плоскости забоя (не показано). Шасси 14 закреплено на приводной системе, включающей в себя устройства передвижения по грунту, такие как гусеничная ходовая часть или гусеницы 30 для перемещения шасси 14 по несущей поверхности или полу. Шасси 14 включает в себя первый или передний конец и второй или задний конец, и продольная ось 26 шасси проходит между передним концом и задним концом. В показанном варианте осуществления, шасси 14 дополнительно включает в себя загребающую головку 32, установленную смежно с рабочим горизонтом выработки, вблизи режущей головки 22. Загребающая головка 32 включает в себя платформу 34 и вращающиеся элементы 38, которые направляют вырубленный материал с платформы 34 на конвейер 42. В некоторых вариантах осуществления, шасси 14 могут также включать в себя рукояти для направления вырубленного материала на платформу 34. В показанном вариант осуществления, горная машина 10 включает в себя одну режущую головку; в других вариантах осуществления машина 10 может включать в себя многочисленные режущие головки.
[24] В некоторых вариантах осуществления стрела 18 может быть подвешена на шасси 14 на поворотной платформе или вертлюжном соединении с возможностью вращения вокруг оси 56 поворота перпендикулярной оси 26 шасси (например, вертикальной оси перпендикулярной опорной поверхности) для поворота стрелы 18 в плоскости, в общем параллельной оси 26 шасси (например, горизонтальной плоскости, параллельной опорной поверхности).
[25] Как показано на фиг. 2-4, режущая головка 22 включает в себя кожух 52, соединенный c концом стрелы 18 (фиг. 1), узел 54 вибратора (фиг. 4) и узел 58 режущего диска. Режущая головка 22 проходит вдоль оси A режущей головки. В показанном варианте осуществления, кожух 52 включает в себя цилиндрический участок 60 и рычаг 62, соединенный c концом цилиндрического участка 60. В показанном варианте осуществления, рычаг 62 включает в себя монтажный участок или вал 64 (фиг. 3 и 4), несущий узел 58 режущего диска. В показанном на фиг. 4 варианте осуществления, узел 54 вибратора включает в себя эксцентричную массу 70 вибратора, соединенную c валом 74, поддерживаемым для вращения (например, подшипниками 76) в рычаге 62, и двигатель 78 для приведения во вращение вала 74 и массы 70 вибратора. Вращение массы 70 вибратора обуславливает колебания режущей головки 22 (в том числе, узла 58 режущего диска). В показанном варианте осуществления, узел 58 режущего диска закреплен с возможностью свободного вращения.
[26] В некоторых вариантах осуществления узел 58 режущего диска приводится во вращение вокруг продольной оси A, и продольная ось A колеблется от фиксированного запястного шарнира. В некоторых вариантах осуществления режущая головка и диск могут работать способом одинаковым с горной машиной, раскрытой в публикации заявки на патент США 2014/0077578, поданной 16 сентября 2013 г., в целом включена в виде ссылки в данном документе. В других вариантах осуществления режущая головка и диск работают способом одинаковым с режущим механизмом, раскрытым в патенте США 7,934,776, опубликованном 3 мая 2011 г., в целом включен в состав в виде ссылки в данном документе. В других вариантах осуществления режущий диск может приводиться во вращение другим способом.
[27] Как показано на фиг. 3 и 5, узел 58 режущего диска включает в себя несущий элемент 86 (фиг. 3) и режущий диск 90, включающий в себя корпус или основную опору 94 и режущий элемент или режущее кольцо 96, закрепленное на основной опоре 94. В показанном варианте осуществления, основная опора 94 соединена c концом несущего элемента 86 посредством сужающегося стыковочного устройства и удерживается на месте болтовым соединением. В других вариантах осуществления можно применять соединения других типов (например, крепежные элементы, удерживающие штифты, запирающие планки, и т.д.) на месте болтового соединения. В показанном варианте осуществления, несущий элемент 86 закреплен с возможностью свободного вращения относительно вала 64 на подшипниках 106 (фиг. 4, например, роликовых подшипниках). Для вращения узла 58 режущего диска отсутствуют помехи, также нет его принудительного приведения во вращение за исключением вращения от наведенных колебаний, обусловленных массой 70 вибратора, и/или реактивных сил, передаваемых на режущую головку 22 с плоскости забоя. Режущий элемент 96 включает в себя множество независимо съемных периферийных частей или режущих сегментов 102.
[28] Как показано на фиг. 6, основная опора 94 включает в себя планарную торцевую поверхность 110 и множество принимающих сегменты участков 114 установленных по периметру. В показанном варианте осуществления, каждый принимающий сегмент участок 114 образован в общем планарной поверхностью 118, ориентированной под некоторым углом относительно торцевой поверхности 110. Каждый принимающий сегмент участок 114 включает в себя паз 122, проходящий по меньшей мере частично через планарную поверхность 118 и ориентированный ортогонально относительно планарной поверхности 118. Каждый из принимающих сегмент участков 114 ограничен уступом 126, образованным на пересечении принимающего сегмент участка 114 и торцевой поверхности 110.
[29] В показанном варианте осуществления, основная опора 94 включает в себя восемь принимающих сегмент участков 114, установленных по периметру, и каждый из принимающих сегмент участков 114 имеет одинаковые размеры и форму с другими участками 114. Соответственно, основная опора 94 может принимают равное число режущих сегментов 102 (т.e., восемь режущих сегментов 102). Как показано на фиг. 5, каждый режущий сегмент 102 проходит угол 116 вокруг оси диска 90. В показанном варианте осуществления, каждый режущий сегмент 102 проходит угол приблизительно 45 градусов; в других вариантах осуществления режущий элемент 96 может включать в себя отличающееся число сегментов, и сегменты могут проходить угол между приблизительно 30 градусов и приблизительно 120 градусов.
[30] В других вариантах осуществления основная опора может включать в себя меньше или больше принимающих сегменты участков, и число режущих сегментов равно числу принимающих сегменты участков. В дополнение, аспекты принимающих сегменты участков 114, включающих в себя планарные поверхности 118 и пазы 122, могут варьироваться в размерах и/или форме, и могут также варьироваться в размере и/или форме по отношению друг к другу (т.e., один принимающий сегмент участок может отличаться от одного или нескольких других принимающих сегменты участков; один режущий сегмент может отличаться от одного или нескольких других режущих сегментов).
[31] Как также показано на фиг. 6, основная опора 94 включает в себя удерживающие элементы 130. В показанном варианте осуществления, удерживающие элементы 130 расположены на торцевой поверхности 110, и каждый удерживающий элемент 130 включает в себя канал 130a, проходящий через основную опору 94 под некоторым углом относительно торцевой поверхности 110 в направлении, приблизительно параллельном планарной поверхности 118 соответствующего принимающего сегмент участка 114. Иначе говоря, в показанном варианте осуществления, каждый канал 130a пересекает связанный принимающий режущий сегмент паз 122 и ориентирован ортогонально по отношению к пазу 122. В показанном варианте осуществления, канал 130a включает в себя первое отверстие 132 на торцевой поверхности 110 и второе отверстие 136 на периферийной поверхности основной опоры 94.
[32] Основная опора 94 может также включать в себя каналы или трубы (не показано) которые сообщаются по текучей среде c источником текучей среды, расположенным на горной машине или вынесенным от нее, для подачи текучей среды на режущий диск 90. Подача текучей среды может обеспечивать смазку и/или уменьшать тепловую нагрузку. Трубы могут дозированно подавать текучую среду на режущие сегменты 102 и/или вокруг них для смазки и охлаждения участков режущего диска 90, которые взаимодействуют с плоскостью забоя.
[33] Как показано на фиг. 7A и 7B, каждый режущий сегмент 102 включает в себя соединительный выступ 134, проходящий от корпуса 138. Корпус 138 включает в себя нижнюю поверхность 142, наружную стенку 146, и скошенную внутреннюю стенку 150. Наружная стенка 146 и скошенная внутренняя стенка 150 проходят друг к другу и пересекаются на периферийной кромке или опорном кольце 154. Внутренний участок корпуса 138 включает в себя упорный выступ или бурт 140 для зацепления уступа 126 основной опоры 94. Опорное кольцо 154 включает в себя отверстия 158 (фиг. 7A), проходящие в корпус 138. Корпус 138 дополнительно включает в себя первую торцевую поверхность 148 и вторую торцевую поверхность 152. Режущие сегменты 102 установлены по окружности периметра основной опоры 94 с соприкосновением концами так, что первая торцевая поверхность 148 одного сегмента 102 установлена смежно с второй торцевой поверхностью 152 смежного сегмента 102. Опорное кольцо 154 смежных режущих сегментов 102 выставляют, обеспечивая, по существу непрерывную режущую кромку по окружности периметра основной опоры 94 (то есть, режущая кромка является непрерывной за исключением промежутков, которые могут возникать на стыках между смежными режущими сегментами 102).
[34] Как показано на фиг. 8, каждый канал 158 принимает режущий зубок или режущий зубец 162. Режущие зубцы 162 установлены в плоскости 164 резания (фиг. 4). Режущие зубцы 162 могут быть выполнены из материала, имеющего высокую твердость (например, карбида). В показанном варианте осуществления, опорное кольцо 154 каждого режущего сегмента 102 включает в себя приблизительно четырнадцать каналов 158 разнесенных по окружности с регулярными интервалами; в других вариантах осуществления опорное кольцо 154 может включать в себя больше или меньше каналов 158, и/или каналы 158 могут быть разнесены с нерегулярными интервалами по опорному кольцу 154. В примере осуществления каждый канал 158 выполнен с возможностью приема режущего зубка, как описано в предварительной патентной заявке США № 62/342,254, поданной 27 мая 2016 г. Каждый режущий зубец 162 может включать в себя основную часть (не показано), установленную в канале 158, и концевую часть 160, имеющую режущую пластину (например, кромку или острие). Концевая часть выступает из канала 158 для взаимодействия с плоскостью забоя. Режущие пластины могут быть ориентированы под некоторым углом относительно оси вращения узла 58 режущего диска.
[35] В другом примере осуществления опорное кольцо 154 может включать в себя каналы многих типов или размеров, выполненные с возможностью приема режущих зубцов 162 или изнашиваемых элементов отличающихся типов. Каналы могут быть отнесены друг от друга или сменять друг друга, или быть попеременно размещены на отличающихся поверхностях режущего сегмента. Изнашиваемые элементы могут быть, например, по существу одинаковыми с изнашиваемыми зубками, описанными в предварительной патентной заявке США № 62/342,438, поданной 27 мая 2016 г.
[36] Как показано на фиг. 7B, каждый режущий сегмент 102 удерживается основной опорой 94 или скрепляется с ней соединительным выступом 134. Соединительный выступ 134 устанавливают в одном из принимающих режущий сегмент пазов 122 (фиг. 6) основной опоры 94. В показанном варианте осуществления, соединительный выступ 134 является в общем цилиндрическим. Соединительный выступ 134 проходит от нижней поверхности 142 режущего сегмента 102, и апертура 166 проходит поперечно через соединительный выступ 134.
[36] Режущий сегмент 102 дополнительно включает в себя множество отверстий 174 для экстракции, расположенных на нижней поверхности 142, которые функционально связаны с каналами 158. В показанном варианте осуществления, отверстия 174 для экстракции совмещены с каналами 158, чтобы можно было удалять индивидуальные режущие зубцы 162 из каналов 158 с использованием отверстий 174 для экстракции. Отверстия 174 для экстракции также меньше диаметром, чем каналы 158, так что режущие зубцы 162 надежно удерживаются в каналах 158 без слишком глубокого вставления или уплотнения в отверстие 174 для экстракции. В других вариантах осуществления отверстия 174 для экстракции могут иметь отличающийся диаметр и/или отверстия 174 для экстракции может быть расположены на отличающихся местах на режущем сегменте 102. В других вариантах осуществления канал 158 может быть глухим каналом без отверстия для экстракции. Например, каналы 158 можно выполнять на металлорежущем станке, проходящими до заданной глубины, без сообщения с отверстиями на противоположной стороне режущего сегмента.
[38] В показанном варианте осуществления, каждый режущий сегмент 102 является одинаковым с другими. В других вариантах осуществления режущие сегменты могут быть отличающимися. Например, режущие сегменты могут быть сконструированы из отличающихся материалов, иметь отличающуюся геометрию и/или могут включать в себя режущие зубки отличающегося количества и типов. Также, режущие сегменты могут быть скреплены с основной опорой 94 другим способом.
[39] В показанном на фиг. 8 и 9 варианте осуществления, режущие зубцы 162 разнесены с регулярными интервалами по периферийной кромке 154. Продольная ось B (фиг. 9) режущих зубцов 162 ориентирована под некоторым углом относительно плоскости, образованной торцевой поверхностью 110 основной опоры 94. В частности, угол C (фиг. 9) величиной между приблизительно 0 градусов и приблизительно 90 градусов образован между торцевой поверхностью 110 и продольной осью B каждого из режущих зубцов 162. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность 110 по существу перпендикулярна продольной оси A режущей головки 22. В дополнение, режущие зубцы 162 установлены так, что режущая кромка ориентирована в направлении радиально наружу от продольной оси A режущей головки 22.
[40] Как показано на фиг. 11 и 12, соединительный выступ 134 вставляется в принимающий сегмент с резцами паз 122 и устанавливается так, что апертура 166 выступа совмещается с удерживающим элементом 130. Бурт 140 режущего сегмента, 102 упирается в уступ 126 основной опоры 94, дополнительно обеспечивая надлежащее выставление выступа 134 в пазу 122. В показанном варианте осуществления, режущий сегмент 102 скрепляют удерживающим или крепежным элементом 182 (например, штифтом, болтом, винтом и т.д.), проходящей через канал удерживающего элемента 130 вдоль оси D. Крепежный элемент проходит через отверстие 166 режущего сегмента 102 и через участок основной опоры 94, при этом блокируя режущий сегмент 102 с основной опорой 94 (фиг. 12).
[41] В других вариантах осуществления режущий сегмент 102 может быть скреплен с основной опорой 94 другим способом. Например, можно применять запирающие планки, зажимы, болтовые соединения, установочные пазы, шлицы, выступы, эксцентриковый зажим, пружинный зажим, гидравлический зажим, посадку с натягом, посадка с притиранием, экспансивные стыки, и/или сужающиеся стыки. Удерживающий элемент 130 содействует блокированию /прикреплению режущего сегмента 102 к основной опоре 94 и может также обеспечивать дополнительное преимущество, такое как помощь в совмещении режущего сегмента, 102 и перемещение режущего сегмента 102 в упор с основной опорой 94 для обеспечения надежного сцепления.
[42] В показанном варианте осуществления, сцепление между режущим сегментом 102 и основной опорой 94 обеспечивает и во многих случаях оптимизирует передачу нагрузки на основную опору 94, когда ржущие зубцы 162 взаимодействуют с плоскостью забоя. Например, взаимодействие между уступом 126 основной опоры 94 и режущим сегментом 102 помогает предотвращать вращение режущего сегмента 102 вокруг выступа 134. Данное взаимодействие также обеспечивает большую поверхность для распределения нагрузки, производимой на режущем сегменте 102, что в свою очередь минимизирует нагрузку, передаваемую на удерживающую деталь 182 и улучшает долговечность режущих сегментов 102 и удерживающей детали 182.
[43] В работе узел 58 режущего диска приводится во взаимодействие с плоскостью забоя. В показанном варианте осуществления, масса 70 вибратора приводится в действие двигателем 78, обуславливая эксцентричные колебания режущей головки 22. Режущая головка 22 может перемещаться вокруг запястного шарнира стрелы 18 (фиг. 1), а узел 58 режущего диска может свободно вращаться относительно горной машины 10. Комбинация свободного вращения узла 58 режущего диска и колебаний обеспечивает эффективное удаление горной породы с плоскости забоя, когда режущие зубцы 162 передают силы на плоскость забоя.
[44] Съемные режущие сегменты 102 обеспечивают замену индивидуальных режущих сегментов 102, когда такие сегменты получают повреждения или деградируют, не требуя замены всего режущего элемента 96 или режущего диска 90. В дополнение, режущие сегменты 102 могут становиться ʹмодульнымиʹ, при это сегменты можно удалить и заменить для приспособления узла 58 режущего диска к частному варианту применения. Например, режущие сегменты 102 из отличающихся материалов или режущие сегменты 102 с отличающимися режущими зубцами 162 можно применять в отличающихся вариантах работы (например, отличающихся композициях плоскости забоя, отличающихся условиях окружающей среды и т.д.). В дополнение, рабочий размер режущего диска 90 можно модифицировать без изменения основной опоры 94, например, заменяя режущие сегменты 102 меньшими или большими сегментами режущего устройства на основной опоре 94, или заменяя сегментами режущего устройства, включающими в себя периферийные кромки, имеющие отличающийся диаметр.
[44] Хотя некоторые аспекты описаны подробно со ссылками на некоторые варианты осуществления, существуют вариации и модификации в объеме и сущности одного или нескольких описанных независимых аспектов. Различные признаки и преимущества изложены ниже в формуле изобретения.