устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов

Формула изобретения

1. Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов, включающее резцедержатель с каналом и с передней торцевой поверхностью, резец, который содержит рабочую головку с опорной поверхностью и установленный в канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси хвостовик, и приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя, отличающееся тем, что приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя выполнено в виде выемки для улавливания штыба, которая расположена на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя выполнено с по меньшей мере одной дополнительной выемкой для улавливания штыба, которая расположена на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что основная и дополнительная выемки для улавливания штыба расположены концентрично.

4. Устройство по одному из пп. 1 3, отличающееся тем, что выемка для улавливания штыба имеет в сечении плоскостью, перпендикулярной к продольной оси устройства, форму кругового кольца.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что расположенные на передней торцевой поверхности резцедержателя или на опорной поверхности рабочей головки резца основание и дополнительная выемки для улавливания штыба имеют в сечении плоскостью, перпендикулярной к продольной оси устройства, форму сектора кругового кольца и их продольные оси расположены на одной окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии устройства.

6. Устройство по одному из пп. 1-5, отличающееся тем, что оно имеет опорный элемент, который расположен между рабочей головкой резца и резцедержателем.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что опорный элемент выполнен в виде кольца и установлен на хвостовике резца с возможностью поворота относительно резца и резцедержателя и с возможностью взаимодействия с передней торцевой поверхностью резцедержателя и с опорной поверхностью рабочей головки резца.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что кольцо выполнено с выемкой для улавливания штыба, которая расположена на одной из его торцевых поверхностей.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что кольцо выполнено с дополнительной выемкой для улавливания штыба, которая расположена на его другой торцевой поверхности.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что опорный элемент размещен в расположенной на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки выемке для улавливания штыба.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что опорный элемент имеет в поперечном сечении Г-образную форму.

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что опорный элемент имеет в поперечном сечении Т-образную форму.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что опорный элемент имеет в поперечном сечении П-образную форму.

14. Устройство по одному из пп. 6 13, отличающееся тем, что опорный элемент выполнен из антифрикционного материала.

15. Устройство по одному из пп.1 14, отличающееся тем, что выемка для улавливания штыба имеет в поперечном сечении форму прямоугольника.

16. Устройство по одному из пп.1 14, отличающееся тем, что выемка для улавливания штыба имеет в поперечном сечении форму треугольника.

17. Устройство по одному из пп.1 14, отличающееся тем, что выемка для улавливания штыба имеет в поперечном сечении форму сегмента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для разрушения минеральных и искусственных материалов, и может быть использовано в исполнительных органах добычных и проходческих комбайнов при добыче полезных ископаемых и образовании выработок в грунте, а также в рабочих органах строительно-дорожных машин при строительстве и ремонте дорог.

Известно устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов, которое содержит резцедержатель с каналом и с передней торцевой поверхностью, резец, который содержит рабочую головку и установленный в канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси хвостовик, и приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя (а.с. СССР N 1461907, кл. E 21 C 35/18, опубл. 1989).

Приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя выполнено в виде втулки с выполненным по ее длине вырезом, который расположен по винтовой линии. При этом втулка имеет расположенные на ее торцах буртики, которые взаимодействуют с торцевыми поверхностями резцедержателя. Хвостовик резца имеет кольцевую проточку для взаимодействия с буртиком втулки. При взаимодействии резца с разрушаемым материалом втулка растягивается и сжимается, что позволяет удалять штыб из выреза во втулке. Однако процесс удаления штыба из канала в резцедержателе значительно усложняется при попадании штыба в зазор между внутренней боковой поверхностью втулки и наружной боковой поверхностью хвостовика резца. В этом случае попавшие в указанный зазор частицы разрушенного материала препятствуют вращению хвостовика в канале резцедержателя, что приводит к одностороннему износу рабочей головки резца и, следовательно, к сокращению срока службы устройства в целом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов, включающее резцедержатель с каналом и с передней торцевой поверхностью, резец, который содержит рабочую головку с опорной поверхностью и установленный в канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси хвостовик, и приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя (патент США N 4603911, кл. E 21 C 35/18, опубл. 1986).

Известное устройство устраняет недостатки описанного аналога и обеспечивает предотвращение попадания мелких частиц разрушенного материала в зазор между хвостовиком резца и стенками канала в резцедержателе путем создания лабиринтного уплотнения на входе в зазор, что обеспечивает свободное вращение резца в резцедеражтеле в процессе разрушения материала. Приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя выполнено в виде размещенной в канале резцедержателя втулки с опорным выступом кольцевой формы на ее переднем торце и выполненной на опорной поверхности рабочей головки кольцевой выемки для размещения опорного выступа на втулке. К недостаткам известного устройства можно отнести его конструктивную сложность, что ведет к необоснованному повышению стоимости его изготовления за счет появления дополнительных деталей втулки и узла соединения втулки с резцедержателем и за счет необходимости дополнительной обработки резцедержателя для обеспечения закрепления втулки в резцедержателе. При этом использование такой конструкции приспособления для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя приводит к увеличению металлоемкости устройства в целом.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по расширению арсенала устройств для разрушения минеральных и искусственных материалов. Технический результат, который может быть получен при реализации заявленного изобретения, заключается в упрощении конструкции устройства за счет сокращения числа его деталей при одновременном сохранении высоких эксплуатационных характеристик устройства.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для разрушения минеральных и искусственных материалов, включающем резцедержатель с каналом и с передней торцевой поверхностью, резец, который содержит рабочую головку с опорной поверхностью и установленный в канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси хвостовик, и приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя, последнее выполнено в виде выемки для улавливания штыба, которая расположена на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки резца. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что:

приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя выполнено с по меньшей мере одной дополнительной выемкой для улавливания штыба, которая расположена на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки резца. Наличие дополнительных выемок на указанных поверхностях позволяет увеличить суммарный объем емкости для размещения частиц разрушенного материала, что снизит вероятность попадания штыба в канал резцедержателя;

основная и дополнительная выемки для улавливания штыба расположены концентрично. Такой вариант расположения указанных выемок позволяет осуществить дополнительное улавливание мельчайших частиц разрушенного материала, т. е. поставить на пути перемещения штыба еще один заслон, что обеспечивает улучшение вращения хвостовика резца в канале резцедержателя и снижает абразивный износ указанных деталей при вращении;

выемка для улавливания штыба имеет в сечении плоскостью, перпендикулярной к продольной оси устройства, форму кругового кольца. Такая форма указанной выемки позволяет упростить технологию изготовления устройства за счет обеспечения возможности менее трудоемкой механической обработки деталей устройства;

расположенные на передней торцевой поверхности резцедержателя или на опорной поверхности рабочей головки резца основная и дополнительная выемки для улавливания штыба имеют в сечении плоскостью, перпендикулярной к продольной оси устройства, форму сектора кругового кольца и их продольные оси расположена на одной окружности, центр которой лежит на продольной оси симметрии устройства; при таком варианте конструктивного выполнения устройства обеспечивается возможность сохранения его прочностных характеристик при меньшей материалоемкости изделия;

устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов выполнено с опорным элементом, который расположен между рабочей головкой резца и резцедержателем. Хотя при таком варианте конструктивного выполнения устройства увеличивается количество зазоров, через которые возможно поступление частиц разрушенного материала в канал резцедержателя, но при этом улучшается вращение резца относительно резцедержателя за счет уменьшения трения между сопряженными поверхностями деталей устройства и за счет улучшения центрирования хвостовика резца относительно канала в резцедержателе, что в итоге позволяет говорить об улучшении условий эксплуатации устройства;

опорный элемент выполнен в виде кольца и установлен на хвостовике резца с возможностью поворота относительно резца и резцедержателя и с возможностью взаимодействия с передней торцевой поверхностью резцедержателя и с опорной поверхностью рабочей головки резца; выполнение опорного элемента в виде кольца позволяет значительно упростить конструкцию устройства и снизить затраты на его изготовление;

кольцо может быть выполнено с выемкой для улавливания штыба, которая расположена на одной из его торцевых поверхностей, и с дополнительной выемкой для улавливания штыба, которая расположена на его другой торцевой поверхности; выполнение указанных выемок на кольце позволяет уменьшить проникновение частиц разрушенного материала через зазоры между торцевыми поверхностями кольца и соответственно передней торцевой поверхностью резцедержателя и опорной поверхностью рабочей головки резца;

опорный элемент размещен в расположенной на передней торцевой поверхности резцедержателя и/или на опорной поверхности рабочей головки резца выемке для улавливания штыба; при таком расположении опорного элемента появляется возможность несколько уменьшить габариты устройства по высоте и несколько улучшить его прочностные характеристики;

опорный элемент может иметь в поперечном сечении Г-образную, Т-образную и П-образную формы; такие варианты конструктивного выполнения опорного элемента позволяют снизить возможность проникновения штыба в канал резцедержателя за счет создания лабиринтного уплотнения в зазоре между сопрягаемыми деталями устройства, а также уменьшить величину сил трения за счет уменьшения площади контактирующих между собой деталей;

опорный элемент выполнен из антифрикционного материала, что позволяет снизить величину коэффициента трения и, следовательно, интенсифицировать процесс вращения резца относительно резцедержателя;

выемка для улавливания штыба может иметь в поперечном сечении форму прямоугольника, треугольника или сегмента; указанные формы выполнения выемки для улавливания штыба обеспечивают минимальные затраты на обработку соответствующих деталей устройства, что приводит к снижению стоимости устройства.

На фиг.1 изображено устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 один из вариантов конструктивного выполнения приспособления для предотвращения попадания разрушенного материала в канал резцедержателя; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг. 5 устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов с опорным элементом; на фиг. 6 один из вариантов конструктивного выполнения опорного элемента; на фиг. 7 один из вариантов конструктивного выполнения опорного элемента; на фиг. 8 один из вариантов конструктивного выполнения опорного элемента.

Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов содержит резцедержатель 1 с каналом 2 и с передней торцевой поверхностью 3. Резец содержит рабочую головку 4 с опорной поверхностью 5 и хвостовик 6. Хвостовик 6 установлен в канале 2 резцедержателя 1 с возможностью поворота вокруг своей продольной оси. На переднем торце рабочей головки 4 может быть закреплена вставка 7 из твердосплавного материала. От выпадения из канала 2 резцедержателя 1 резец удерживается с помощью стопорного элемента 8, который может быть выполнен, например, в виде разрезного кольца (фиг.1). Для размещения стопорного элемента 8 на хвостовике 6 резца может быть выполнена проточка 9. Устройство имеет приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал 2 резцедержателя 1, которое выполнено в виде выемки 10 для улавливания штыба. Выемка 10 для улавливания штыба расположена на передней торцевой поверхности 3 резцедержателя 1 (фиг.1) и/или на опорной поверхности 5 рабочей головки 4 резца (фиг.3). При этом стенки выемки 10 для улавливания штыба и соответственно передняя торцевая поверхность 3 резцедержателя 1 или опорная поверхность 5 рабочей головки 4 резца образуют полость 11 для сбора штыба.

Приспособление для предотвращения попадания разрушенного материала в канал 2 резцедержателя 1 может быть выполнено с по меньшей мере одной дополнительной выемкой 12 для улавливания штыба (фиг.2, 3 и 4), которая расположена на передней торцевой поверхности 3 резцедержателя 1 (фиг.2) и/или на опорной поверхности 5 рабочей головки 4 резца (фиг.3 и 4). При этом стенки дополнительной выемки 12 для улавливания штыба и соответственно передняя торцевая поверхность 3 резцедержателя 1 или опорная поверхность 5 рабочей головки 4 резца образуют дополнительную полость 13 для сбора штыба.

Основная выемка 10 для улавливания штыба и дополнительная выемка 12 для улавливания штыба могут быть расположены концентрично (фиг.4).

Основная 10 и дополнительная 12 выемки для улавливания штыба могут иметь любую форму. Наиболее предпочтительно такое выполнение устройства для разрушения минеральных и искусственных материалов, при котором основная выемка 10 для улавливания штыба имеют в сечении плоскостью, перпендикулярной к продольной оси устройства, форму кругового кольца (фиг.4).

Расположенные на передней торцевой поверхности 3 резцедержателя 1 или на опорной поверхности 5 рабочей головки 4 резца основная 10 и дополнительная 12 выемки для улавливания штыба могут иметь в сечении плоскостью (А-А), перпендикулярной к продольной оси устройства, форму сектора кругового кольца (фиг.2). В этом случае продольные оси основной 10 и дополнительной 12 выемок для улавливания штыба должны быть расположены на одной окружности 14, центр которой лежит на продольной оси симметрии устройства.

Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов может быть выполнено с опорным элементом 15. Опорный элемент 15 расположен между рабочей головкой 4 резца и резцедержателем. Опорный элемент 15 установлен с возможностью взаимодействия с передней торцевой поверхностью 3 резцедержателя 1 и с опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 резца и выполняет функции промежуточной опоры между рабочей головкой 4 резца и резцедержателем 1. Конструкция опорного элемента 15 может быть разнообразной. Так, например, опорный элемент 15 может быть выполнен в виде одного или нескольких тел вращения и соединен с рабочей головкой 4 резца или с резцедержателем 1.

Наиболее предпочтительным является вариант конструктивного выполнения опорного элемента 15, при котором он выполнен в виде кольца (фиг.5) и установлен на хвостовике 6 резца с возможностью поворота относительно резца и резцедержателя 1. При этом опорный элемент 15 в виде кольца установлен с возможностью взаимодействия с передней торцевой поверхностью 3 резца 1 и с опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 резца.

Опорный элемент 15 в виде кольца может быть выполнен с выемкой 16 для улавливания штыба, которая расположена на одной из его торцевых поверхностей (фиг. 5). При этом стенки выемки 16 в опорном элементе 15 и соответственно передняя торцевая поверхность 3 резцедержателя 1 или опорная поверхность 5 рабочей головки 4 резца образуют полость 17 для сбора штыба. В данном примере выполнения (фиг.5) полость 17 образована стенками выемки 16 для улавливания штыба и передней торцевой поверхностью 3 на резцедержателе 1.

Опорный элемент 15 в виде кольца может быть выполнен с дополнительной выемкой 18 для улавливания штыба, которая расположена на его другой торцевой поверхности (фиг.5). При этом стенки выемки 18 в опорном элементе 15 и соответственно передняя торцевая поверхность 3 резцедержателя 1 или опорная поверхность 5 рабочей головки 4 резца образуют полость 19 для сбора штыба. В представленном примере (фиг.5) выполнения устройства по описываемому варианту полость 19 образована стенками дополнительной выемки 18 для улавливания штыба и опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 резца.

Опорный элемент 15 может быть размещен в расположенной на передней торцевой поверхности 3 резцедержателя 1 (фиг.6-8) и/или на опорной поверхности 5 рабочей головки 4 резца (на чертежах не показано) выемке 10 для улавливания штыба. Не исключен такой вариант конструктивного выполнения устройства, при котором устройство может иметь несколько опорных элементов 15 (на чертежах не показано). При этом один или несколько опорных элементов 15 могут быть размещены в дополнительной выемке 11 для улавливания штыба (на чертежах не показано) или одновременно в основной 10 и в дополнительной 11 выемках для улавливания штыба. При этом форма одного или нескольких опорных элементов 15 повторяет форму соответствующей выемки 10 и/или 11 для улавливания штыба, в которых они размещены.

Опорный элемент 15 может иметь разнообразную форму. При варианте конструктивного выполнения, когда опорный элемент 15 размещен в выемке 10 или 11 для улавливания штыба, целесообразно такое его выполнение, при котором он имеет в поперечном сечении Г-образную форму (фиг.6). При этом опорный элемент 15 своим основанием 20 опирается на дно выемки 10 для улавливания штыба, а торец его другого основания 21 установлен с возможностью взаимодействия с опорной поверхностью 5 рабочей головки 4.

Опорный элемент 15 может иметь в поперечном сечении Т-образную форму. При этом горизонтальное основание 22 опорного элемента 15 размещено в выемке 10 для улавливания штыба, а вертикальное основание 23 опорного элемента 15 своим торцом установлено с возможностью взаимодействия с опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 (фиг.7).

Опорный элемент 15 может иметь в поперечном сечении П-образную форму (фиг. 8). При этом торцы вертикальных оснований 24 опорного элемента 15 установлены с возможностью взаимодействия с дном выемки 10 для улавливания штыба, а наружная поверхность горизонтального основания 25 опорного элемента 15 установлена с возможностью взаимодействия с опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 резца.

Предпочтительно выполнение опорного элемента 15 из антифрикционного материала. В качестве антифрикционного материала может быть использована, например, водостойкая композиция на основе клеев холодного отверждения Стык-5, Стык-3-8, Спрут-4, Спрут-5М и Спрут-9М, в которые добавлены наполнители - графит, дисульфит молибдена, окислы меди, фторопласт с окисью меди. В качестве материала для изготовления опорного элемента 15 могут быть использованы известные эпоксидные и другие клеевые композиции антифрикционного назначения.

Выемка 10, 12, 16 и 18 для улавливания штыба может иметь в поперечном сечении любую форму. Наиболее целесообразным является такой вариант выполнения указанной выемки, при котором она имеет в поперечном сечении форму треугольника (фиг.1, 3 и 5), форму прямоугольника (фиг.3-8) или форму сегмента (фиг.3).

Устройство для разрушения минеральных и искусственных материалов работает следующим образом.

При движении исполнительного органа (на чертеже не показан), на котором закреплен с помощью разъемного или неразъемного соединения резцедержатель 1, во взаимодействие с разрушаемым материалом вступает рабочая головка 4 резца с вставкой 7 из твердосплавного материала. В результате воздействия внешних сил, возникающих в процессе взаимодействия резца с разрушаемым материалом, резец может поворачиваться относительно резцедержателя 1. Для обеспечения такого поворота хвостовик 6 резца установлен в канале 2 резцедержателя 1 с возможностью поворота вокруг своей продольной оси симметрии, то есть между наружной боковой поверхностью хвостовика 6 резца и стенками канала 2 в резцедержателе имеется кольцевой зазор, который и обеспечивает возможность указанного вращения резца. Непременным условием эффективной работы поворотного резца, а именно к этому типу породоразрушающего инструмента можно отнести используемый резец, в процессе разрушения материала является непрерывность его поворота вокруг продольной оси. В противном случае при прекращении вращения резца на рабочей головке 4 и вставке 7 из твердосплавного материала образуются площадки износа, препятствующие его дальнейшему вращению, и резец начинает работать как обычный тангенциальный, причем не с лучшими геометрическими параметрами. В принципе поворот резца происходит в основном в результате различных сочетаний составляющих усилия, действующего на резец в процессе его взаимодействия с разрушаемым материалом. При этом немаловажную роль играют боковые усилия. Для улучшения поворота резца его располагают под некоторым углом к плоскости, нормальной к поверхности резания и проходящей через направление перемещения резца или через вектор скорости. На интенсивность поворота резца оказывают влияние свойства разрушаемого материала и в первую очередь пластичность, параметры режима разрушения (глубина, шаг и скорость резания) и геометрия инструмента (форма и размеры вставки 7 из твердосплавного материала и размеры рабочей головки 4). Однако в ряде случаев наличие угла разворота оказывается недостаточным условием для обеспечения более или менее равномерного поворота резца. Так попадание частиц разрушенного материала в кольцевой зазор, образованный стенками канала 2 в резцедержателе 1 и наружной боковой поверхностью хвостовика 6 резца, приводит к заклиниванию последнего и, следовательно, к прекращению вращения резца относительно резцедержателя 1.

В заявленном устройстве частицы разрушенного материала (штыб) могут попасть в указанный зазор по кольцевому каналу, который образован передней торцевой поверхностью 3 резцедержателя 1 и опорной поверхностью 4 рабочей головки 4 резца. Перемещаясь по указанному каналу, частицы разрушенного в процессе работы устройства материала дополнительно измельчаются под действием силы, которая прижимает рабочую головку 4 резца ее опорной поверхностью 5 к резцедержателю 1, и на своем пути попадают в полость 11 для сбора штыба, которая образована стенками выемки 10 для улавливания штыба и соответственно передней торцевой поверхностью 3 резцедержателя 1 или опорной поверхностью 5 рабочей головки 4 резца (в зависимости от того на какой поверхности расположена выемка 10 для улавливания штыба). В указанной полости штыб скапливается и не попадает в зазор, образованный стенками канала 2 в резцедержателе 1 и наружной боковой поверхностью хвостовика 6 резца, то есть частицы разрушенного материала не препятствуют вращению хвостовика 6 резца в канале 2 резцедержателя 1. Наличие дополнительной полости 13 для сбора штыба позволяет увеличить суммарный объем емкости для размещения частиц разрушенного материала, что существенно снизит вероятность попадания штыба в канал 2 резцедержателя 1. Указанные выше разнообразные формы основной выемки 10 и дополнительной выемки 12 и варианты их взаимного расположения позволяют сократить как объем, так и размер частиц разрушенного материала, проникающих через кольцевой канал в указанный зазор.

Варианты конструктивного выполнения устройства для разрушения минеральных и искусственных материалов, в которых предусмотрена установка опорного элемента 15, позволяют снизить трение между рабочей головкой 4 резца и резцедержателем 1. При этом в одном из вариантов конструктивного выполнения устройства опорный элемент 15 выполняет одновременно функции опоры скольжения и приспособления для предотвращения попадания разрушенного материала в канал 2 резцедержателя.