горная машина с движущимися дисковыми резцами (варианты)

Формула изобретения

1. Горная машина, содержащая

режущий механизм, который содержит

консоль,

первый эксцентрически вращаемый дисковый резец, установленный на консоли и предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом,

второй эксцентрически вращаемый дисковый резец, установленный на консоли, расположенный на расстоянии от первого дискового резца и предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом,

платформу,

опорный стержень, соединяющий консоль с платформой с возможностью поворота консоли относительно платформы, и

привод для поворота указанной консоли из стороны в сторону.

2. Горная машина по п.1, в которой каждый из указанных дисковых резцов вводится в разрабатываемый материал посредством указанной консоли.

3. Горная машина по п.1, в которой указанный дисковый резец вводится в разрабатываемый материал путем поворота указанной консоли.

4. Горная машина по п.1, в которой указанный первый дисковый резец расположен так, что входит в контакт с разрабатываемой породой первым при повороте консоли в разрабатываемую породу.

5. Горная машина по п.1, в которой привод содержит гидравлический цилиндр, установленный между консолью и платформой.

6. Горная машина по п.1, в которой оси каждого из дисковых резцов не расположены в одной плоскости.

7. Горная машина, содержащая

режущий механизм, который содержит

платформу,

консоль, имеющую продольную ось и конец и установленную на платформе с возможностью поворота из стороны в сторону,

привод для поворота консоли из стороны в сторону,

первый эксцентрически вращаемый дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли, указанный первый дисковый резец приводится во вращение вокруг оси, расположенной под углом к указанной продольной оси консоли,

второй эксцентрически вращаемый дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли на расстоянии от первого дискового резца, указанный второй дисковый резец приводится во вращение вокруг оси, параллельной указанной продольной оси консоли, и

третий дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли на расстоянии от второго дискового резца, указанный третий дисковый резец установлен с возможностью вращения вокруг оси, расположенной под углом как к указанной продольной оси консоли, так и к оси первого дискового резца.

8. Горная машина по п.7, в которой каждый из указанных дисковых резцов вводится в разрабатываемый материал посредством указанной консоли.

9. Горная машина по п.7, в которой первый дисковый резец находится в самом нижнем положении и расположен так, что входит в контакт с разрабатываемой породой первым при повороте консоли в разрабатываемую породу.

10. Горная машина по п.7, в которой каждый из дисковых резцов приводится во вращение с помощью установочного вала, и вращение установочного вала приводит к эксцентрическому вращению дискового резца.

11. Горная машина по п.7, в которой привод содержит гидравлический цилиндр, установленный между консолью и платформой.

12. Горная машина по п.7, в которой оси каждого из дисковых резцов не расположены в одной плоскости.

13. Горная машина по п.7, в которой привод содержит электрический двигатель, выполненный с возможностью поворота консоли.

14. Горная машина по п.7, дополнительно содержащая врубовую головку, установленную на консоли и имеющую большую массу, причем каждый дисковый резец расположен во врубовой головке.

15. Горная машина по п.14, дополнительно содержащая упругую прокладку, расположенную между врубовой головкой и консолью с обеспечением изоляции консоли от вибрации врубовой головки.

16. Горная машина по п.7, дополнительно содержащая направляющую, причем платформа консоли установлена на направляющей с возможностью скольжения.

17. Горная машина, включающая

режущий механизм, который содержит

платформу,

консоль, имеющую конец и установленную на платформе с возможностью поворота из стороны в сторону,

привод, соединенный с консолью для поворота консоли из стороны в сторону,

первый эксцентрически вращаемый дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли,

второй эксцентрически вращаемый дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли на расстоянии от первого дискового резца, и

третий эксцентрически вращаемый дисковый резец, предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом и установленный на указанном конце консоли на расстоянии от указанного второго дискового резца,

причем указанные три дисковых резца имеют ось резания, которая, проходя через все три резца, перпендикулярна продольной оси консоли и отклонена от перпендикуляра к полу выработки.

18. Горная машина по п.17, в которой плоскость резания каждого вращающегося дискового резца расположена под углом относительно следующего дискового резца.

19. Горная машина по п.17, в которой каждый из указанных дисковых резцов вводится в разрабатываемый материал посредством указанной консоли.

20. Горная машина по п.17, в которой указанный дисковый резец вводится в разрабатываемый материал путем поворота указанной консоли.

21. Горная машина по п.20, в которой первый дисковый резец находится в самом нижнем положении и расположен так, что входит в контакт с разрабатываемой породой первым при повороте консоли в разрабатываемую породу.

22. Горная машина по п.17, в которой каждый из дисковых резцов приводится во вращение с помощью установочного вала, и вращение установочного вала приводит к эксцентрическому вращению дискового резца.

23. Горная машина по п.17, в которой привод содержит гидравлический цилиндр, установленный между консолью и платформой.

24. Горная машина по п.17, в которой привод содержит электрический двигатель, выполненный с возможностью поворота консоли.

25. Горная машина по п.17, дополнительно содержащая врубовую головку, установленную на консоли и имеющую большую массу, причем каждый дисковый резец расположен во врубовой головке.

26. Горная машина по п.25, дополнительно содержащая упругую прокладку, расположенную между врубовой головкой и консолью с обеспечением изоляции консоли от вибрации врубовой головки.

27. Горная машина по п.17, дополнительно содержащая направляющую, причем платформа консоли установлена на направляющей с возможностью скольжения.

28. Горная машина по п.17, в которой оси каждого из дисковых резцов не расположены в одной плоскости.

29. Горная машина, содержащая

режущий механизм, который содержит

платформу,

консоль, имеющую конец и установленную на платформе с возможностью поворота из стороны в сторону,

привод для поворота консоли из стороны в сторону,

первый дисковый резец, установленный на указанном конце консоли и предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом,

второй дисковый резец, установленный на указанном конце консоли на расстоянии от указанного первого дискового резца и предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом, и

третий дисковый резец, установленный на указанном конце консоли на расстоянии от указанных первого и второго дисковых резцов и предназначенный для взаимодействия с разрабатываемым материалом,

причем указанные три дисковых резца прорезают разрабатываемый материал на равную глубину,

причем первый дисковый резец находится в самом нижнем положении и расположен так, что входит в контакт с разрабатываемой породой первым, раньше остальных дисковых резцов.

30. Горная машина по п.29, в которой каждый из указанных дисковых резцов вводится в разрабатываемый материал посредством указанной консоли.

31. Горная машина по п.29, в которой указанный дисковый резец вводится в разрабатываемый материал путем поворота указанной консоли.

32. Горная машина по п.29, в которой каждый из указанных дисковых резцов приводится во вращение с помощью установочного вала, и вращение установочного вала приводит к эксцентрическому вращению дискового резца.

33. Горная машина по п.29, в которой каждый из дисковых резцов приводится во вращение с помощью установочного вала, и вращение установочного вала приводит к эксцентрическому вращению дискового резца.

34. Горная машина по п.29, в которой к краю каждого дискового резца прикреплены режущие элементы.

35. Горная машина по п.29, в которой привод содержит гидравлический цилиндр, установленный между консолью и платформой.

36. Горная машина по п.29, в которой привод содержит электрический двигатель, выполненный с возможностью поворота консоли.

37. Горная машина по п.29, дополнительно содержащая врубовую головку, установленную на консоли и имеющую большую массу, причем каждый дисковый резец расположен во врубовой головке.

38. Горная машина по п.37, дополнительно содержащая упругую прокладку, расположенную между врубовой головкой и консолью с обеспечением изоляции консоли от вибрации врубовой головки.

39. Горная машина по п.29, дополнительно содержащая направляющую, причем платформа консоли установлена на направляющей с возможностью скольжения.

40. Горная машина по п.29, в которой оси каждого из дисковых резцов не расположены в одной плоскости.

41. Горная машина, включающая

режущий механизм, который содержит

платформу,

консоль, имеющую конец и установленную на платформе с возможностью поворота,

привод для поворота консоли из стороны в сторону,

первый дисковый резец, установленный на указанной консоли,

второй дисковый резец, установленный на указанной консоли на расстоянии от указанного первого дискового резца, и

третий дисковый резец, установленный на указанной консоли на расстоянии от указанных дисковых резцов, первого и второго, причем при повороте консоли в разрабатываемую породу каждый из трех дисковых резцов входит в контакт с породой под углом атаки, образованным между режущей кромкой и разрабатываемой породой, причем угол атаки для всех трех дисковых резцов составляет 10°.

Описание изобретения к патенту

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к горной машине, которая, в частности, может использоваться для разработки твердых горных пород.

Традиционно разработка твердых горных пород в горной и строительной промышленности ведется одним из двух способов, к которым относится взрывная разработка и разработка с использованием вращающихся кромочных дисковых резцов. При взрывном способе разработки в разрабатываемой породе пробуривают систему шурфов относительно небольшого диаметра, куда закладывают взрывчатое вещество. Затем производят взрывы в определенной последовательности для дробления требуемого объема породы, которую затем перемещают с использованием соответствующего погрузочного и транспортировочного оборудования. Перед взрывными работами осуществляют эвакуацию всего персонала с места разработки. Взрывные работы производят циклами до полной выработки требуемого объема породы.

Цикличность этого процесса и взрывная природа дробления породы в настоящее время препятствуют автоматизации взрывных работ, что не позволяет такому способу соответствовать современным требованиям непрерывности работы и повышения производительности. Кроме того, из-за трудно предсказуемых размеров получаемых частей породы затрудняется последовательная переработка.

Механическое дробление породы, уже используемое в настоящее время, устраняет необходимость применения взрывчатых веществ. Хорошо известен такой способ дробления с использованием вращающихся кромочных дисковых резцов. Такой способ позволил автоматизировать процесс разработки, в том числе использовать преимущества оборудования для разработки, управляемого дистанционно. Однако вращающиеся дисковые резцы требуют приложения очень большого усилия для разрушения и дробления разрабатываемой породы. Например, величина среднего усилия, прикладываемого к одному резцу, составляет около 50 тонн, при этом максимальное усилие, как правило, более чем в два раза превышает указанную величину. Обычно множество резцов проходит породу по близко расположенным параллельным путям, при этом количество резцов в группе равно 50. Оборудование подобного типа может весить более 800 тонн, а потребляемая электрическая мощность составляет тысячи киловатт. По существу, такое оборудование экономически целесообразно использовать только для реализации больших проектов, таких как строительство туннелей для водоснабжения и электроснабжения. Кроме того, разработка, осуществляемая таким оборудованием, в целом ограничена, как правило, круглым поперечным сечением.

В патенте США № 6561590, Sugden, 13.05.2003, описано режущее устройство, которое устраняет по меньшей мере один недостаток известных режущих устройств. Указанное устройство (называемое устройством Сагдена) используется в описанном ниже изобретении. Оно представляет собой режущее устройство ротационного (дискового) подрубающего типа, обеспечивающее улучшенную выемку с поверхности породы и являющееся относительно экономичным в изготовлении и эксплуатации.

Устройство Сагдена обладает реактивной массой достаточной величины для поглощения усилий, которые прилагаются к породе дисковым резцом в течение каждого цикла колебаний, при минимальном или незначительном перемещении устройства или его опорной конструкции. В указанном устройстве приложение силы осуществляется, как правило, под углом к поверхности породы, что вызывает разрушение породы при растяжении, а не дробление. Усилие этого разрушения при растяжении, прилагаемое к породе, существенно ниже, чем усилие, требуемое для дробления, что позволяет соответственно снизить величину реактивной массы по сравнению с известным оборудованием для разработки породы. Дисковый резец устройства Сагдена предпочтительно установлен на опорную конструкцию таким образом, что реактивная масса может поглощать периодические и пиковые усилия, действующие на дисковый резец, в то время как опорная конструкция обеспечивает возвратное усилие, сравнимое со средним усилием, действующим на дисковый резец.

Устройство Сагдена, как правило, требует приложения существенно меньших усилий по сравнению с известным оборудованием для разработки породы. Уменьшаются по меньшей мере нормальные усилия и порядок величин других составляющих. Благодаря таким небольшим величинам усилий можно использовать опорную конструкцию, выполненную в виде консоли или стрелы, посредством которой кромка дискового резца вводится в контакт с породой под любым требуемым углом и осуществляется управление положением дискового резца в любом направлении. В частности, при разработке длинными забоями дисковый резец или их группа может быть установлена так, чтобы проходить длину поверхности забоя и продвигаться в основном направлении разработки при каждом проходе. Устройство Сагдена преимущественно обеспечивает вхождение кромки дискового резца в поверхность забоя из предварительно разработанного в длинном забое штрека или предварительно пробуренных отверстий для доступа, или же путем воздействия на породу под небольшим углом к поверхности до достижения необходимой глубины прохода. При установке дискового резца на подвижную стрелу обеспечивается возможность перемещения резцов относительно поверхности породы для разработки этой поверхности с любой требуемой геометрией.

Режущее устройство, описанное в патенте США № 6561590, Sugden, не ограничено одним дисковым резцом. Например, режущее устройство может содержать три дисковых резца, расположенных в одной плоскости, но под углом приблизительно 45° друг к другу. Такое расположение позволяет образовать режущую поверхность определенной формы, при этом скорость выемки породы значительно увеличивается. В этом случае каждый дисковый резец приводится в движение отдельным приводным средством. Несколько дисковых резцов удобно использовать для работы в длинном забое.

Также в вышеуказанном патенте отмечено, что режущее устройство подходит для ряда режущих операций и операций по разработке породы и соответствующего оборудования, например, для разработки длинными забоями, при использовании самоходных горных машин, проходческих комбайнов, буро-сбоечных станков, буровых установок и в целом при разработке твердых горных пород.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание горной машины с эффективным использованием эксцентрически вращаемого диска для разработки горных пород.

Настоящее изобретение представляет собой горную машину, содержащую режущий механизм, который содержит консоль, значительный груз весом более 450 кг (тысячи фунтов), прикрепленный к указанной консоли, и первый дисковый резец, который взаимодействует с разрабатываемой породой и установлен на узле первого дискового резца, предназначенном для его эксцентрического вращения и установленном внутри указанного груза. Горная машина также содержит второй дисковый резец, который расположена на расстоянии от узла первого дискового резца, взаимодействует с разрабатываемой породой и установлен на узле второго дискового резца, предназначенном для его эксцентрического вращения и установленном внутри груза.

В настоящем изобретении также предложена такая горная машина с первым дисковым резцом, вращаемым вокруг оси, расположенной под углом к продольной оси консоли, и вторым дисковым резцом, вращаемым вокруг оси, расположенной параллельно продольной оси консоли. Указанная горная машина также содержит третий дисковый резец, взаимодействующий с разрабатываемой породой и установленный на конце консоли на расстоянии от второго дискового резца посредством узла третьего дискового резца, предназначенного для его эксцентрического вращения, с возможностью вращения вокруг оси, расположенной под углом к продольной оси консоли и оси первого дискового резца.

В настоящем изобретении также предложена такая горная машина с тремя дисковыми резцами, имеющими ось резания, которая, проходя через все три резца, перпендикулярна продольной оси консоли, и которые разнесены по этой оси резания, которая отклонена от перпендикуляра к полу выработки. В настоящем изобретении также описана горная машина, содержащая три дисковых резца, которые прорезают разрабатываемый материал на равную глубину. В настоящем изобретении также описана горная машина, которая содержит средство определения изменения скорости вращения дискового резца.

В настоящем изобретении также описана горная машина, которая содержит переднюю платформу, заднюю платформу, средства, расположенные между передней и задней платформами с возможностью удлинения и укорочения, а также средства анкерного крепления задней платформы, содержащие буры, проходящие в пол выработки. Дополнительно могут использоваться гидравлические или механические опоры, установленные машинным способом, расположенные в различных местоположениях между полом и потолком выработки.

В настоящем изобретении также описан способ управления горной машиной, содержащей консоль, резец, установленный на консоли, средства установки консоли на передней платформе с возможностью поворота из стороны в сторону, и средства поворота консоли из стороны в сторону, включающий этапы выдвижения консоли к разрабатываемому материалу на первое расстояние в приращениях, поворота консоли для вырубки указанного материала и последующего выдвижения консоли к разрабатываемому материалу на второе расстояние в приращениях, которое превышает указанное первое расстояние.

В настоящем изобретении также описана горная машина, содержащая режущий механизм, который содержит консоль, средства установки консоли на передней платформе с возможностью поворота из стороны в сторону в горизонтальной плоскости, содержащие поворотное средство, предназначенное для вертикального перемещения консоли вверх и вниз, которое содержит двойной опорный стержень, содержащий верхний стержень и нижний стержень, корпус верхнего сферического подшипника, в который входит указанный верхний стержень, корпус нижнего сферического подшипника, в который входит указанный нижний стержень, верхний сферический подшипник, расположенный между указанным корпусом верхнего сферического подшипника и указанным опорным стержнем, и нижний сферический подшипник, расположенный между указанным корпусом нижнего сферического подшипника и указанным опорным стержнем, при этом указанное поворотное средство содержит рычаг, присоединенный к указанному корпусу нижнего сферического подшипника. Предложенное устройство может использоваться для резки и выемки очень твердых пород, обеспечивая при этом значительное уменьшение прилагаемых усилий и существенное увеличение производительности каждого дискового резца при снижении мощности, затрачиваемой на выемку единицы объема породы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 показывает разрез узла дискового резца.

Фиг.2 схематично иллюстрирует работу узла дискового резца при разработке поверхности породы.

Фиг.3 показывает вид в аксонометрии предложенного режущего механизма.

Фиг.4 показывает схематический вид в аксонометрии образца вырубки, полученного с использованием узлов дисковых резцов в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 показывает в аксонометрии режущий механизм, изображенный на фиг.3, в разобранном виде.

Фиг.6 показывает частичный разрез участка врубовой головки режущего механизма, изображенного на фиг.3.

Фиг.7 показывает увеличенный разрез участка установки врубовой головки на крепежную скобу консоли.

Фиг.8 показывает схематический вид сверху горной машины в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 показывает вид в аксонометрии механизма поворотного крепления консоли на передней платформе горной машины, показанной на фиг.8.

Фиг.10 показывает разрез поворотного механизма и консоли, показанных на фиг.9.

Фиг.11 показывает разрез бура, используемого для крепления горной машины, показанной на фиг.8.

Перед подробным описанием одного из вариантов выполнения изобретения следует отметить, что данное изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и расположением компонентов, приведенных в нижеследующем описании или проиллюстрированных на чертежах. Настоящее изобретение имеет и другие варианты выполнения и может быть реализовано различными способами. Также необходимо понимать, что терминология, используемая в настоящей заявке, применяется лишь для описания и не ограничивает настоящее изобретение. Использование терминов «включающий» и «содержащий» и их вариантов в данном документе предполагает наличие перечисленных далее компонентов и их эквивалентов, а также и других компонентов. Использование термина «состоящий из» и его вариантов предполагает наличие только перечисленных далее компонентов и их эквивалентов. Кроме того, следует понимать, что такие термины как «вперед», «назад», «влево», «вправо», «вверх», «вниз» и т.д. приведены для удобства восприятия чертежей и не ограничивают настоящее изобретение.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показан разрез узла дискового резца. Узел 10 содержит установочный узел 11 и ротационный дисковый резец 12. Узел 11 содержит установочный вал 13, который установлен с возможностью вращения в корпусе 14, который может иметь большую массу или присоединяться к такой массе для гашения ударных нагрузок. Поэтому корпус 14 может выполняться из тяжелого металла или присоединяться к элементу из такого металла. Установочный вал имеет приводную часть 18 вала и приводную часть 20 диска.

Горная машина или машина для разработки породы в соответствии с настоящим изобретением содержит дисковый резец 12 и отличается тем, что дисковый резец вращается эксцентрически. Величина эксцентриситета прямо пропорциональна величине смещения оси приводной части диска относительно центра оси приводной части вала, при этом указанная величина в целом невелика. Предпочтительно дисковый резец 12 эксцентрически вращается с относительно небольшой амплитудой и на большой частоте - около 3000 оборотов в минуту.

Движение, посредством которого дисковый резец 12 приводится в действие, осуществляется таким образом, чтобы воздействовать на породу, как правило, под углом, вызывая ее разрушение при растяжении, так что обломки отделяются от поверхности породы. Этим настоящее изобретение отличается от вращающихся кромочных дисковых резцов, которые прикладывают усилие перпендикулярно поверхности породы для образования поперечных трещин с последующим образованием обломков породы. Величина усилия, необходимого для разрушение при растяжении в породе для смещения обломка породы при использовании предложенного узла дискового резца, меньше, чем величина усилия, необходимого для выемки того же количества породы при использовании известных резцов. Таким образом, предложенное устройство является намного более эффективным с точки зрения энергопотребления.

Дисковый резец 12 узла 10 предпочтительно имеет круглый край. Резец 12 содержит расположенные отдельно режущие элементы 16, предпочтительно выполненных из карбида вольфрама, которые прикреплены к круглому краю резца. Край резца 12 расположен с возможностью свободного вращения относительно его колебательного движения, так что он может вращаться навстречу поверхности разрабатываемой породы. Таким образом, все части режущей кромки все более выходят из контакта с породой и могут охлаждаться, и износ получается равномерным. Благодаря относительно низкому контактному усилию, степень износа меньше, чем у резцов с подвижной кромкой.

Более конкретно, колебательное или эксцентрическое движение резцов 12 может быть вызвано любым подходящим способом. В предпочтительном устройстве резец 12 устанавливается с возможностью вращения на приводную часть 18 вала, приводимую в движение соответствующим приводным средством (не показано), и на приводную часть 20 диска, как описано ниже. Ось вращения приводной части 18 вала смещена относительно приводной части 20 диска, что приводит к эксцентрическому вращению резца 12. На разрезе, показанном на фиг.1, видно, что приводная часть 20 диска имеет большую толщину под центральной осью приводной части 18 вала. Центральная ось резца 12 и приводной части 20 его диска смещена относительно оси части 18 на величину порядка всего лишь нескольких миллиметров. Величина смещения определяет величину колебательного (эксцентрического) перемещения дискового резца 12. В результате этого эксцентрического перемещения резец 12 действует на разрабатываемую породу подобно отбойному молотку.

В альтернативных конструкциях (не показаны) резец 12 может одновременно с эксцентрическим движением перемещаться из стороны в сторону путем отклонения оси вращения ведомой части относительно оси установочной части резца 12, как описано в патенте США № 6561590.

Резец 12 установлен в узле 10 резца с помощью установочного ротора 36. Установочный узел 11 содержит корпус 14, имеющий опорную часть 19 вала. Корпус 14 также поддерживает установочный ротор 36. Продольная ось части 19 совпадает с осью вала 13. Вал 13 установлен с возможностью вращения внутри части 19 с использованием подшипников 15 и 17 любого подходящего типа и несущей способности. Подшипники 15 и 17 могут устанавливаться любым подходящим способом, известным для специалиста в данной области.

Один конец 21 части 19 имеет плоскую проходящую в радиальном направлении поверхность 23. К внешнему краю поверхности 23 прикреплена кольцевая накладка 25 для удержания диска. Установочный ротор 36 диска содержит один конец 26 и также имеет плоскую проходящую в радиальном направлении поверхность 27. Конец 26 установочного ротора 36 расположен смежно с одним концом 21 части 19, так что указанные концы 21 и 26 плотно примыкают друг к другу с целью поддержания установочного ротора 36 и резца 12 при вращательном движении последнего относительно опорной части 19 вала. Конец 26 установочного ротора 36 удерживается на месте накладкой 25, которая проходит над частью внешнего края конца 21 установочной головки диска. Для обеспечения возможности эксцентрического движения установочного ротора 36 и резца 12 относительно накладки 25, между концом 21 установочного ротора 36 и накладкой 25 имеется зазор соответствующей величины. Смазочные отверстия (на чертежах не показаны) образуют масляную пленку между соответствующими плоскими поверхностями 23 и 27, а также подают смазку к другим движущимся частям узла 10 резца. Резец 12 устанавливается на установочный ротор 36 с использованием подходящих крепежных средств, таких как резьбовые соединители 37. Резец 12 может быть снят с узла 10 путем удаления соединителей 37 для замены или ремонта.

Резец 12 установлен с возможностью свободного вращения на приводной части 20 диска посредством сферического роликового подшипника 39, расположенного между уступом 40 и стенкой 41 установочного ротора 36. Большой подшипник 39 расположен непосредственно на линии действия нагрузки резца 12 и, таким образом, воспринимает большую часть радиальной нагрузки резца. Разные подшипники, используемые в узле 10 резца, могут относиться к различным типам, однако предпочтительно являются антифрикционными роликовыми подшипниками, а также могут быть гидродинамическими или гидростатическими.

При ударном воздействии резца на разрабатываемую породу он стремится к вращению. Постоянная скорость вращения указывает на то, что разрушение породы осуществляется должным образом, а изменение скорости вращения указывает на неправильное разрушение породы, как, например, при слишком быстром погружении резца 12 в разрабатываемую породу. Для определения таких нарушений устройство 10 также содержит средства определения изменения скорости при любом вращении дискового резца. В частности, в предпочтительном варианте выполнения используется постоянный магнит 40, прикрепленный к установочному ротору 36 и расположенный внутри него смежно с краем конца 26. Кроме того, датчик Холла 42 прикреплен к концу 21 опорной части 19 вала и расположен внутри нее смежно с концом 21, так что постоянный магнит 40 проходит вблизи датчика 42 при вращении установочного ротора 36 относительно опорной части 19. В результате этого генерируется импульс, и измерение временного промежутка между импульсами с использованием контрольного устройства 44 позволяет определить изменение скорости вращения резца 12. При определении изменения режим работы устройства 10 может быть изменен, чтобы снова получить постоянную скорость вращения резца 12. Величина этой постоянной скорости может принимать произвольные или заданные предпочтительные значения. В альтернативных вариантах выполнения (не показаны), может использоваться более одного постоянного магнита, и может определяться направление вращения дискового резца.

Перемещение резца 12 оказывает ударное воздействие на поверхность разрабатываемой породы, что приводит к ее разрушению при растяжении. Как видно на Фиг.2, движение резца 12 приводит режущий наконечник или кромку 58 во взаимодействие с породой 56 при колебательном движении в точке 59 породы. Такое эксцентрическое движение вызывает перемещение резца 12 в направлении, по существу перпендикулярном оси А-А установочного вала 13. В результате такого эксцентрического движения режущая кромка 58 ударяет по участку 59 в направлении S, так что образуется обломок 60 породы, как показано на чертеже. Будущие обломки обозначены на чертеже пунктирными линиями 61. Воздействие резца 12 на поверхность 59 аналогично воздействию зубила, когда оно создает растягивающие напряжения в хрупком материале, таком как горная порода, которая в результате эффективно разрушается при растяжении. Линия направления S ударного воздействия дискового резца на поверхность 59 разрабатываемой породы в обратную сторону проходит через подшипник 39.

На фиг.3, 5 и 8 показана горная машина 100 (см. фиг.8) в соответствии с настоящим изобретением. Машина 100 содержит режущий механизм 104, имеющий консоль 108 с концом 112 (см. фиг.5), первый дисковый резец 116, установленный на конце 112 консоли через поглощающую деталь 127 большой массы (см. фиг.5) с возможностью взаимодействия с разрабатываемым материалом. Режущий механизм 104 также содержит второй дисковый резец 120, установленный на конце 112 консоли на расстоянии от первого резца 116 с возможностью взаимодействия с разрабатываемым материалом, и третий дисковый резец 124, установленный на конце 112 консоли на расстоянии от резцов 116 и 120 с возможностью взаимодействия с разрабатываемым материалом. В частности, каждый резец 116, 120 и 124, как описано выше, является частью режущего устройства, соответственно, 117, 121 и 125 (см. фиг.5).

Резцы 116, 120 и 124 установлены с возможностью перемещения внутрь разрабатываемой породы. Таким образом, горная машина 100 устанавливается, например, на колеса, рельсы, гусеницы или направляющие (не показаны), и предпочтительно, чтобы эти средства воспринимали средние прикладываемые дисковым резцом усилия, в то время как поглощающая деталь 127 большой массы (см. фиг.5) воспринимала бы пиковые усилия, как описано ниже.

В частности, как показано на фиг.8, режущий механизм 104 также содержит средство введения дискового резца в разрабатываемый материал, содержащее переднюю платформу 128, заднюю платформу 130, поворотное средство 132 для установки консоли с возможностью поворота из стороны в сторону в горизонтальной плоскости на передней платформе 128, а также удлиняющиеся и укорачивающиеся средства, расположенные между передней и задней платформами, в виде пары раздельно расположенных гидравлических цилиндров 136, предназначенных для перемещения передней платформы 128 вперед (к разрабатываемому материалу) относительно задней платформы 130, когда последняя жестко закреплена, и перемещения задней платформы 130 вперед к передней платформе 128, когда жестко закреплена передняя платформа. Конвейер 145 и/или вакуумная система (не показана) могут располагаться под дисковыми резцами с одной стороны машины 100, как схематически показано на фиг.8, для удаления выработанного материала.

В частности, горная машина 100 содержит средства закрепления передней и задней платформ, имеющие буры 144, прикрепленные к соответствующим платформам и проходящие в пол выработки. Дополнительно могут использоваться установленные машинным способом гидравлические или механические опоры (не показаны), расположенные в различных местах между полом и потолком выработки. Более конкретно, как показано на фиг.11, буры 144 обеспечивают крепление машины 10 к полу 301 выработки с использованием полого бура 303 для внедрения в материал пола перпендикулярно его среднему уровню на глубину приблизительно 150 мм (6 дюймов). После этого стационарный бур действует как анкерный стержень с сердечником 302 из нетронутого материала пола, обеспечивающим дополнительную стабильность закрепления. Цилиндрический держатель 304 бура действует в качестве направляющей при бурении, а когда анкерный бур 303 достигает максимальной глубины, держатель 304 действует также как опора для минимизации изгибающего момента, который может действовать на полый бур 303 вследствие усилий, действующих на машину 10 в направлении, параллельном полу, путем заключения внутри него полого бура 303 с материалом пола на большую часть полной длины бура.

Полый бур 303 приводится во вращение электрическим приводом 305 (хотя в других вариантах выполнения (не показаны) может использоваться гидравлический бур) с использованием шлицевого соединения вала 306 привода с верхней частью полого бура 303. Роликовый подшипник 307 в виде одинарного сферического подшипника обеспечивает введение и выведение полого бура 303 из пола при вращении. Удерживающий кольцевой зажим 308 прижимает полый бур к внутренней дорожке роликового подшипника 307. Привод 305 размещен в цилиндрическом контейнере 309, который выдвигает и убирает его назад вместе с прикрепленным полым буром 303 с помощью роликового подшипника 307. Гидравлический цилиндр 310, проходящий между соответствующей платформой и приводом 305, выдвигает и убирает назад привод 305 вместе с прикрепленным полым буром 303 с помощью цилиндрического контейнера 309 и его съемной крышки 311 посредством штока 312 поршня, присоединенного к крышке 311 с помощью устройства 313 со штифтом и шплинтом, при этом цилиндр 310 присоединен к соответствующей платформе. Длина и крепление цилиндра и штока выбираются таким образом, чтобы обеспечить минимальные выдвижение и перемещение назад, эквивалентные тем, которые получаются в результате сложения заданной максимальной глубины прохождения бура и расстояния между нижним концом цилиндрического держателя 304 бура и полом.

Привод 305 удерживается от поворота благодаря реактивному моменту, создаваемому в цилиндрическом контейнере 309 по меньшей мере одним установочным штифтом 316, который прижимает привод 305 к закрепленной болтами крышке 311. Крышка 311 удерживается от поворота в держателе 304 бура посредством выполненного на ней выступа, взаимодействующего с ответным продольным пазом 317, выполненным в верхней части внутренней стенки держателя 304 бура, с обеспечением возможности выдвижения и перемещения назад привода и бура. Длина паза 317 подобрана так, чтобы обеспечивалось перемещение бура 303 от полностью выдвинутого до полностью втянутого положения, как описано выше. Дно паза 317 и закрепленная болтами крышка 318 цилиндрического держателя бура выполняют функцию механических ограничителей при выдвижении и перемещении назад привода и полого бура.

Цилиндрический держатель 304 бура обеспечивает выступ для крепления анкерного бура 300 с помощью болтов к конструкции горной машины 314. Отверстие в крышке 311 позволяет подводить электропитание и сигналы 315 управления для вращения привода.

Каждый дисковый резец 116, 120 и 124 перемещается в разрабатываемый материал с помощью консоли 108 путем ее поворота посредством первого и второго гидравлических цилиндров, соответственно, 160 и 164, расположенных между консолью 108 и передней платформой 128. В других вариантах выполнения (не показаны) для поворота консоли 108 может использоваться гидравлический или электрический привод, позволяющий увеличивать скорость поворота консоли. Консоль 108 также может поступательно перемещаться относительно передней платформы 128 благодаря ее установке ее самой, а также ее поворотного средства 132 и цилиндров 160 и 164 на платформе 168 консоли, выполненной с возможностью скольжения по направляющей (не показана) на платформе 128 параллельно поверхности разрабатываемого материала. Цилиндры 172, соединяющие платформу 168 консоли с передней платформой 128 перемещают консоль 108 относительно последней.

Масса каждого дискового резца довольно сильно уступает массе детали 127, предназначенной для поглощения нагрузок. Нагрузке, действующей на каждый дисковый резец при взаимодействии с поверхностью горной породы при колебательном движении, противодействует или поглощает ее инерция детали 127 с большой массой, а не консоль 108 или другая опорная конструкция.

В частности, как показано на фиг.3 и 5, режущий механизм 104 содержит консоль 108, деталь 127 с большой массой в виде врубовой головки и кронштейн 176 для присоединения врубовой головки 127 к консоли 108. Врубовая головка 127 является корпусом, в котором расположены три узла 10 дискового резца. В частности, во врубовой головке выполнены три отверстия 180, 182 и 184, в каждом из которых традиционным способом расположено по одному дисковому резцу, соответственно, 116, 120 и 124, вместе с их узлами. Внутренний объем врубовой головки, окружающий указанные три отверстия, заполнен тяжелым материалом, таким как введенный в него или предварительно отлитый свинец 186, как проиллюстрировано на разрезе врубовой головки на фиг.6. Водоструйное сопло 129 (см. фиг.3 и 5) установлено смежно с передней поверхностью каждого дискового резца в направлении резки породы. Наличие трех эксцентрически движущихся дисковых резцов, разделяющих общий тяжелый вес, позволяет снизить общий вес машины 100 и сделать ее более ее компактной. В предпочтительном варианте выполнения между указанными тремя дисковыми резцами распределяется нагрузка, составляющая около 6 тонн, при этом диаметр каждой резца равен приблизительно 35 сантиметрам. В других вариантах выполнения могут использоваться дисковые резцы меньшего или большего размера.

Кронштейн 176 прикреплен к консоли 108 любым подходящим способом (не показано), например сваркой. Кронштейн 176 прикреплен к врубовой головке 127 с использованием двух П-образных элементов 140 и 192. В каждый такой элемент входит фланец 194, выполненный на врубовой головке 127, и фланец 196, выполненный на кронштейне 176, для прикрепления врубовой головки 127 к кронштейну 176. Как показано на фиг.7, между врубовой головкой 127 и кронштейном 176 расположена упругая прокладка 200 для изоляции вибрации врубовой головки от консоли 108.

Как показано на фиг.9 и 10, средство 132 поворотной установки консоли 108 для ее поворота из стороны в сторону в горизонтальной плоскости содержит шарнир 204 для вертикального перемещения сверху вниз консоли 108. Поворотное средство 132 содержит двойной опорный стержень 208, состоящий из верхнего стержня 209, присоединенного к верхней части консоли 108, и нижнего стержня 210, присоединенного к ее нижней части. В частности, поворотное средство 204 содержит корпус 216 верхнего сферического подшипника и корпус 224 нижнего сферического подшипника. Консоль 108 устанавливается на верхнем стержне 209 с использованием верхнего сферического подшипника 211, расположенного между его корпусом 216 и верхним стержнем 209, и устанавливается на нижнем стержне 210 с использованием нижнего сферического подшипника 213, расположенного между его корпусом и нижним стержнем 210. Каждый корпус 216 и 224 удерживается неподвижно относительно платформы 168 консоли с использованием держателей 228 и 232, как схематично показано на фиг.10.

Для выполнения вертикального перемещения консоли 108 вверх и вниз средство 204 содержит рычаг 234, присоединенный к корпусу 224 нижнего сферического подшипника, стержень 236, присоединенный к рычагу 234 и прикрепленный шарнирно своим основанием на платформе 168, и средство поворота указанного рычага, выполненное в виде гидравлического цилиндра 237, установленного между верхней частью стержня 236 и платформой консоли для поворота корпуса 224 нижнего сферического подшипника и, таким образом, поворота консоли 108. Аналогичные рычаг и стержень, присоединенные к платформе 168 (не показаны), прикреплены к противоположной стороне корпуса 224 нижнего сферического подшипника, образуя, таким образом, фиксированную точку поворота для описанного узла.

Для получения равномерных вырезов 243 в разрабатываемом материале, как показано на фиг.4, консоль 108 имеет продольную ось 242, как показано на фиг.3, и второй дисковый резец 120 вращается вокруг оси, которая по меньшей мере параллельна продольной оси 242 консоли (или совпадает с ней, как в проиллюстрированном варианте), а первый дисковый резец 116 вращается вокруг оси 246, расположенной под углом к продольной оси 242 консоли, при этом третий дисковый резец 124 вращается вокруг оси 250, расположенной под углом к продольной оси 242 консоли и под углом к оси 246 первого дискового резца. Углы между осями дисковых резцов также ясны из ориентации узлов дисковых резцов, показанной на фиг.5.

Прямая, проведенная через все три дисковых резца, определяет ось 256 резания, которая является перпендикулярной к продольной оси 242 консоли, а все три дисковых резца разнесены вдоль оси 256 резания.

Ось 256 резания отклонена от перпендикуляра к полу выработки так, что первый или самый нижний резец 116 входит в контакт с разрабатываемой породой первым, когда консоль, показанная на фиг.3, поворачивается по часовой стрелке. Это приводит к тому, что удаленные резцом 116 обломки породы падают на пол выработки. Затем, когда второй резец 120 входит в контакт с разрабатываемой породой, пространство под ним уже освобождено первым резцом 116, так что и под вторым резцом 120 есть пространство для падения на пол выработки обломков породы. То же самое и для третьего резца 124. Таким образом, ведущий резец 116 находится в самом нижнем положении, что позволяет увеличить срок службы резцов и обеспечивает отсутствие повторного разрушения расположенными первыми по направлению обработки резцами материала, уже выработанного следующими резцами.

Кроме того, плоскость резания каждого дискового резца расположена под углом относительно следующего дискового резца по оси 256. Вследствие этого каждый дисковый резец приближается к разрабатываемой породе для воздействия всегда под углом 10 градусов для получения оптимального объема обломков породы.

Кроме того, дисковые резцы расположены таким образом, что все они делают в разрабатываемой породе равные углубления. Это позволяет избежать неравномерностей в разрабатываемой породе, которые могут затруднять продвижение горной машины 100.

При работе горной машины 100 консоль 108 выдвигается с помощью гидравлических цилиндров 136 к разрабатываемой породе на первое расстояние в приращениях, поворачивается для обработки материала и затем выдвигается к разрабатываемой породе на второе расстояние в приращениях, причем второе расстояние больше первого. В результате минимизируется контакт между врубовой головкой 127 и разрабатываемой породой.

Режущее устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает более экономичную разработку горной породы, поскольку оно может иметь меньший вес по сравнению с известным оборудованием подобного типа. Предполагаемый общий вес предложенного устройства, включая опорную консоль, составляет примерно 30 тонн. Это означает, что такое устройство потенциально имеет существенно более низкую стоимость производства и эксплуатации по сравнению с известным оборудованием. Снижение веса обеспечивается, главным образом, благодаря усовершенствованному способу проходки породы, который является результатом использования колебательного движения подрубающего дискового резца, что позволяет снизить требуемое усилие. Таким образом, горная машина подвергается меньшим нагрузкам, и поэтому требуется существенно меньшее усилие для достижения эффективного разрушения породы. Кроме того, ударные нагрузки, возникающие в процессе резания, относительно невелики и не вызывают значительного разрушения окружающей породы, снижая, таким образом, вероятность обрушения породы и величину необходимой для разрабатываемых поверхностей опоры. Более того, общий вес устройства и величина создаваемой ударной нагрузки позволяют устанавливать его на средство транспортировки для перемещения в разрабатываемую породу.

Различные другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из приведенной ниже формулы изобретения.