RU2448247C1

RU2448247C1 - Composite cutter for mining machines

Info

Publication number: RU2448247C1
Application number: RU2010148945/03A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Болобов (RU); Виктор Иванович Болобов; Виктор Васильевич Габов (RU); Виктор Васильевич Габов; Михаил Павлович Талеров (RU); Михаил Павлович Талеров; Константин Павлович Талеров (RU); Константин Павлович Талеров
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-04-20

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: composite cutter includes holder and replaceable working head with hard-alloy insert, which is arranged on its front part. Cylindrical cavity is made in rear end surface of replaceable working head in order to fix component parts. Replaceable working head has the possibility of free rotation relative to the holder about its longitudinal axis. It is retained against movement along that axis with locking member made in the form of radial projections on side surface of front holder part. Annular groove is provided in the cavity of replaceable head for its free rotation, and the corresponding slots are made for the holder projections to enter that groove. Replaceable working head is retained against falling out, when holder projections coincide with longitudinal slots, with a setting screw. Screw is screwed into threaded hole drilled in side surface of the head and covers one of longitudinal slots.

EFFECT: improving maintainability of the design, which is related to replacement of worn-out working part of the cutter.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к составным резцам поворотного типа для разрушения минеральных и искусственных материалов с широким диапазоном крепости и абразивности, и может быть использовано при проведении горных выработок или при добыче полезных ископаемых с помощью горных комбайнов, а также при проведении дорожно-строительных работ, связанных с разрушением искусственных материалов, например асфальто-бетонных покрытий.The invention relates to the mining industry, in particular to composite rotary cutters for the destruction of mineral and artificial materials with a wide range of strength and abrasiveness, and can be used during mining or when mining with the help of mountain combines, as well as during road construction work related to the destruction of artificial materials, such as asphalt-concrete coatings.

Известен цельный тангенциальный поворотный резец (патент US 3499685, опубл. 10.03.1970), который содержит державку цилиндрической формы и головную рабочую часть цилиндро-конической формы, армированную на переднем торце твердосплавной вставкой.Known integral tangential rotary cutter (patent US 3499685, publ. 10.03.1970), which contains a cylindrical holder and the head of the cylinder-conical shape, reinforced at the front end with a carbide insert.

Резец обладает рядом недостатков. Так, в процессе эксплуатации головная часть контактирует с разрушаемой средой, вследствие чего подвергается высокому абразивному изнашиванию и разрушающим напряжениям, которые, в конечном счете, становятся причинами выхода породоразрушающего инструмента из строя. Вместе с тем, державка резца остается практически неизношенной. Тем самым замена всего резца представляется нерациональной с точки зрения неэкономичного использования дорогостоящего металла - закаленной легированной стали. Непременным условием эффективной работы поворотного резца в процессе резания горных пород является непрерывность его вращения вокруг продольной оси. Однако весьма часты случаи заклинивания резца (прекращение его поворота) в результате попадания частиц разрушенной горной породы в зазор между державкой и каналом резцедержателя, что, в свою очередь, приводит к возникновению одностороннего характера изнашивания. При этом резец начинает работать как обычный тангенциальный, вдобавок не с лучшими геометрическими параметрами.The cutter has several disadvantages. So, during operation, the head part is in contact with the destructible medium, as a result of which it undergoes high abrasive wear and destructive stresses, which, ultimately, cause the rock-cutting tool to fail. However, the toolholder remains almost worn out. Thus, the replacement of the entire cutter seems irrational from the point of view of the uneconomical use of expensive metal - hardened alloy steel. An indispensable condition for the effective operation of the rotary cutter in the process of cutting rocks is the continuity of its rotation around the longitudinal axis. However, cases of jamming of the cutter (termination of its rotation) as a result of particles of destroyed rock falling into the gap between the holder and the channel of the tool holder are very frequent, which, in turn, leads to the appearance of a one-sided nature of wear. In this case, the cutter begins to work as a normal tangential, in addition, not with the best geometric parameters.

Известен резец для горных машин (патент RU 2201504, опубл. 27.03.2003), включающий цилиндрическую державку и рабочую головку, снабженную твердосплавным керном. Рабочая головка резца выполнена сменной, с цилиндрической частью и усеченной конической частью и соединена с цилиндрической державкой резца шкворнем, жестко связанным с одной стороны с рабочей головкой, а с другой - винтовой сцепкой с правой трапецеидальной резьбой.Known cutter for mining machines (patent RU 2201504, publ. 03/27/2003), including a cylindrical holder and a working head equipped with carbide core. The working head of the cutter is removable, with a cylindrical part and a truncated conical part and connected to the cylindrical holder of the cutter by a pivot, rigidly connected on one side to the working head, and on the other, by a screw coupling with a right trapezoidal thread.

Недостатком является относительно небольшой диаметр шкворня по сравнению с диаметром цилиндрической части рабочей головки, что понижает прочность резца при восприятии изгибающих нагрузок и может стать причиной преждевременного выхода породоразрушающего инструмента из строя вследствие его поломки. Кроме того, сменная головка по причине резьбового соединения не имеет возможности свободного вращения относительно державки резца и тем самым вращается весь резец, что нежелательно, поскольку при этом изнашиваются трущиеся поверхности державки и канала резцедержателя. Износ последнего требует более частого и трудоемкого ремонта исполнительного органа, связанного с заменой резцедержателей.The disadvantage is the relatively small diameter of the kingpin compared to the diameter of the cylindrical part of the working head, which reduces the strength of the cutter during the perception of bending loads and can cause premature failure of the rock cutting tool due to breakage. In addition, the replaceable head, due to the threaded connection, does not have the possibility of free rotation relative to the tool holder and thereby the entire tool rotates, which is undesirable since the friction surfaces of the tool holder and the tool holder channel wear out. Depreciation of the latter requires more frequent and laborious repairs of the executive body associated with the replacement of tool holders.

Известен резец для горных машин (патент RU 2055191, опубл. 27.02.1996), включающий державку со сквозным продольным каналом, рабочую головку с твердосплавной вставкой и с размещенным в сквозном продольном канале державки хвостовиком и стопорный элемент для фиксации рабочей головки в сквозном продольном канале державки. Стопорный элемент выполнен в виде стержня, который одним своим концом соединен с хвостовиком рабочей головки посредством неразъемного соединения, а свободный конец стержня крепят с хвостовиком державки сваркой или его деформированием.Known cutter for mining machines (patent RU 2055191, publ. 02.27.1996), comprising a holder with a through longitudinal channel, a working head with a carbide insert and a shank placed in a through longitudinal channel of the holder and a locking element for fixing the working head in the through longitudinal channel of the holder . The locking element is made in the form of a rod, which at one end is connected to the shank of the working head by means of an integral connection, and the free end of the rod is attached to the shank of the holder by welding or its deformation.

Недостатком является трудность монтажа и демонтажа резцов, обусловленная сравнительно большими затратами времени и применением специального оборудования и инструмента (для монтажа: сварочного аппарата, паяльника, гибочного инструмента, для демонтажа: дрель, молоток, зубило) с приложением определенных усилий в сложных подземных условиях. Отсутствие вращения рабочей головки по одному из конструктивных исполнений патента (неразъемное соединение типа сварки, пайки) приводит к рассмотренной выше проблеме.The disadvantage is the difficulty of mounting and dismounting the cutters, due to the relatively large time and the use of special equipment and tools (for mounting: a welding machine, soldering iron, bending tool, for dismantling: a drill, hammer, chisel) with the application of certain forces in difficult underground conditions. The lack of rotation of the working head according to one of the design versions of the patent (one-piece connection such as welding, soldering) leads to the problem discussed above.

Известен составной поворотный резец (патент US 5261499, опубл. 16.11.1993), принятый за прототип, который включает державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками и рабочую головку с твердосплавной вставкой. Державка в передней части имеет продольно расположенный выступ, на котором располагается стопорный элемент - упругое пружинное кольцо с внутренними радиально выступающими бугорками, совпадающими с кольцевой канавкой на выступе державки. В свою очередь, на задней поверхности рабочей головки выполнено продольное цилиндрическое углубление. При сборке резца рабочая головка надевается на выступ державки, в результате чего пружинное кольцо сжимается и входит в плотный контакт с боковой поверхностью углубления. За счет сил трения образуется неразъемное соединение с возможностью свободного вращения головки резца относительно державки. В другом варианте исполнения конструктивные элементы стыкующихся частей меняются местами: радиально выступающие бугорки выполнены на внешней поверхности стопорного элемента - пружинного кольца - и при сборке входят в зацепление с кольцевой канавкой, расположенной внутри углубления рабочей головки.Known composite rotary cutter (patent US 5261499, publ. 16.11.1993), adopted as a prototype, which includes a step holder with three cylindrical sections and a working head with carbide insert. The holder in the front part has a longitudinally located protrusion on which the locking element is located - an elastic spring ring with radially protruding inner tubercles coinciding with the annular groove on the protrusion of the holder. In turn, a longitudinal cylindrical recess is made on the rear surface of the working head. When assembling the cutter, the working head is put on the protrusion of the holder, as a result of which the spring ring is compressed and comes into close contact with the side surface of the recess. Due to the friction forces, an integral connection is formed with the possibility of free rotation of the cutter head relative to the holder. In another embodiment, the structural elements of the mating parts are interchanged: radially protruding tubercles are made on the outer surface of the locking element - the spring ring - and when assembled, they engage with the annular groove located inside the recess of the working head.

Недостатком является сложность в демонтаже породоразрушающего инструмента, для чего необходимо применение специального съемного инструмента. Такие работы занимают относительно продолжительное время, в связи с чем снижается эксплуатационная производительность горного комбайна.The disadvantage is the difficulty in dismantling the rock cutting tool, which requires the use of a special removable tool. Such work takes a relatively long time, in connection with which the operational productivity of a mining combine is reduced.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого составного резца, заключается в повышении эксплуатационной технологичности конструкции, связанной с заменой изношенной рабочей части резца, за счет уменьшения времени на монтаж/демонтаж и отказа от использования специального инструмента. Вместе с тем такой резец гарантирует надежность крепления составных частей между собой, которая определяется низкой вероятностью самопроизвольного их разъединения в процессе работы.The technical result obtained by using the proposed composite cutter is to increase the operational manufacturability of the structure associated with the replacement of the worn working part of the cutter, by reducing the time for installation / dismantling and refusal to use a special tool. At the same time, such a cutter guarantees the reliability of fastening the components together, which is determined by the low probability of their spontaneous separation during operation.

Технический результат изобретения достигается тем, что в составном резце для горных машин, включающем державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками, размещенную на передней части державки сменную рабочую головку, армированную твердосплавной вставкой и имеющую в задней торцевой поверхности цилиндрическое углубление, и стопорный элемент для фиксации сменной рабочей головки от продольного перемещения относительно державки, согласно изобретению стопорный элемент выполнен в форме радиальных выступов на боковой поверхности передней части державки, размещенных в кольцевой канавке цилиндрического углубления сменной рабочей головки, при этом на боковой поверхности этого углубления выполнены соответствующие продольные пазы, также в боковой поверхности сменной рабочей головки выполнено резьбовое отверстие, в которое вкручен установочный винт, перекрывающий один из продольных пазов.The technical result of the invention is achieved in that in a composite cutter for mining machines, comprising a step-shaped holder with three cylindrical sections, a replaceable working head placed on the front of the holder, reinforced with a carbide insert and having a cylindrical recess in the rear end surface, and a locking element for fixing the replaceable the working head from longitudinal movement relative to the holder, according to the invention, the locking element is made in the form of radial protrusions on the side surface ti front portion of the holder arranged in the annular groove of the cylindrical recess replaceable working head, wherein on the lateral surface of the recess formed corresponding longitudinal grooves in the side surface of interchangeable working head a threaded hole into which the threaded setscrew overlapping one of the longitudinal grooves.

Промежуточная часть державки может быть выполнена квадратного или шестигранного поперечного сечения.The intermediate part of the holder can be made square or hexagonal cross-section.

Сущность устройства поясняется прилагаемыми чертежами. На чертежах изображено: фиг.1 - составной поворотный резец при установке его на исполнительном органе горной машины; фиг.2 - составной поворотный резец, изображенный по частям; фиг.3 - вид А на торцевую поверхность передней части державки резца и вид Б на заднюю торцевую поверхность сменной рабочей головки.The essence of the device is illustrated by the accompanying drawings. The drawings show: figure 1 - composite rotary cutter when installing it on the executive body of the mining machine; figure 2 is a composite rotary cutter depicted in parts; figure 3 - view A on the end surface of the front of the tool holder and view B on the rear end surface of the replaceable working head.

Составной резец 1 для горных машин включает сменную рабочую головку 10, оканчивающуюся закрепленной в ней твердосплавной вставкой 11, и державку 2. Державка 2 представляет собой тело вращения и выполнена ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками: хвостовой 3, промежуточной 4 и передней 5. В хвостовой части 3 державки 2 имеется кольцевая проточка 6 для размещения в ней разрезного стопорного кольца 25, при помощи которого резец закрепляется в резцедержателе 26 исполнительного органа 30. На боковой поверхности передней части 5 державки 2 выполнены радиально расположенные выступы 7, количество которых может быть выбрано по усмотрению разработчика. Наиболее предпочтительно иметь два выступа с углом между ними, равным 165-175°, что обеспечивает хорошую надежность крепления. Сменная рабочая головка 10 также представляет собой тело вращения и может иметь любую известную для нее в практике геометрическую форму. В задней торцевой поверхности 12 рабочей головки 10 выполнено цилиндрическое углубление 13, в конце которого имеется кольцевая канавка 14. В соответствии с количеством и расположением радиальных выступов 7 державки 2 в углублении 13 головки 10 резца изготовлены продольные пазы 15.The composite cutter 1 for mining machines includes a replaceable working head 10 ending in a carbide insert 11 fixed therein and a holder 2. The holder 2 is a rotation body and is made in a stepped form with three cylindrical sections: tail 3, intermediate 4 and front 5. In the tail part 3 of the holder 2 there is an annular groove 6 for placement of a split retaining ring 25 in it, with the help of which the cutter is fixed in the tool holder 26 of the executive body 30. On the side surface of the front part 5 of the holder 2 issue Radially arranged projections 7 are filled, the number of which can be selected at the discretion of the developer. It is most preferable to have two protrusions with an angle between them equal to 165-175 °, which ensures good reliability of fastening. The replaceable working head 10 also represents a body of revolution and can have any geometric shape known to it in practice. In the rear end surface 12 of the working head 10, a cylindrical recess 13 is made, at the end of which there is an annular groove 14. In accordance with the number and location of the radial protrusions 7 of the holder 2, longitudinal grooves 15 are made in the recess 13 of the cutter head 10.

Сборка резца 1 осуществляется следующим образом: сменная рабочая головка 10 надевается на державку 2 так, чтобы продольные пазы 15 совпали с радиальными выступами 7 на державке 2. В крайнем положении, когда задняя торцевая поверхность 12 головки 10 резца упрется в передней торец 8 промежуточной части 4 державки 2, радиальные выступы 7 окажутся в кольцевой канавке 14 цилиндрического углубления 13. Тем самым обеспечивается свободное вращение сменной головки 10 вокруг своей продольной оси относительно державки 2. При разрушении горной породы на режущий инструмент со стороны забоя действует сжимающее усилие Р, препятствующее самопроизвольному разъединению рабочей головки 10 с державкой 2 резца. При отсутствии нагрузок на резец в момент холостого хода рабочая головка 10 от продольного перемещения удерживается при помощи радиальных выступов 7 державки 2, однако существует вероятность совпадения выступов 7 с продольными пазами 15 головки 10, в результате чего произойдет самопроизвольное разъединение составных частей поворотного резца. Для снижения такой вероятности выступы 7 выполняются таким образом, что делят окружность державки 2 на разные участки. При соблюдении этого условия совпадение выступов 7 с пазами 15 происходит не чаще одного раза за оборот головки 10 резца. Для полного исключения возможности выпадения сменной рабочей головки 10 в конструкции составного резца 1 можно предусматривать стопорный установочный винт 20, который вкручивается в отверстие 16, просверленное в боковой поверхности головки 10, и перекрывает один из продольных пазов 15. Наличие резьбового соединения обеспечивает простоту замены изношенной сменной рабочей головки 10, а также гарантирует требуемый зазор между установочным элементом 20 и боковой поверхностью передней части 5 державки 2, необходимый для исключения возникающего из-за трения заклинивания данной головки 10.The assembly of the cutter 1 is carried out as follows: the replaceable working head 10 is put on the holder 2 so that the longitudinal grooves 15 coincide with the radial protrusions 7 on the holder 2. In the extreme position, when the rear end surface 12 of the head 10 of the cutter abuts in the front end 8 of the intermediate part 4 the holder 2, the radial protrusions 7 will be in the annular groove 14 of the cylindrical recess 13. This ensures free rotation of the replaceable head 10 around its longitudinal axis relative to the holder 2. When the destruction of the rock on the cutting from the bottom tool acting compressive force F, preventing the spontaneous separation of the working head 10 to the tool holder 2 incisor. In the absence of loads on the cutter at idle, the working head 10 is prevented from longitudinal movement by means of radial protrusions 7 of the holder 2, however, there is a possibility that the protrusions 7 coincide with the longitudinal grooves 15 of the head 10, as a result of which the components of the rotary cutter spontaneously disconnect. To reduce this probability, the protrusions 7 are made in such a way that they divide the circumference of the holder 2 into different sections. Under this condition, the coincidence of the protrusions 7 with the grooves 15 occurs no more than once per revolution of the head 10 of the cutter. To completely eliminate the possibility of a removable working head 10 falling out, it is possible to include a locking set screw 20 in the construction of the composite cutter 1, which is screwed into the hole 16 drilled in the lateral surface of the head 10 and overlaps one of the longitudinal grooves 15. The threaded connection makes it easy to replace a worn replaceable the working head 10, and also guarantees the required clearance between the mounting element 20 and the side surface of the front part 5 of the holder 2, necessary to eliminate the arising and -this frictional jamming of the head 10.

Собранный составной резец 1 размещается в канале 27 резцедержателя 26 и крепится в нем посредством любого известного способа. Принципиально возможно два варианта закрепления: свободного и жесткого. В первом случае (например, при помощи стопорного кольца, как показано на фиг.1) державка 3 резца имеет возможность свободно поворачиваться по отношению к резцедержателю 26, что несколько улучшает условия работы породоразрушающего инструмента, создавая дополнительное вращение. Причем нетрудно заметить, что вращение будет происходить в месте с наименьшим сопротивлением. Однако такое закрепление приводит к нежелательному износу канала 27 резцедержателя 26. С другой стороны, использование жесткого крепления (например, резьбового) фиксирует державку 3 резца и тем самым позволяет исключить подобный износ, что, в конечном счете, повышает ресурс работы резцедержателя 26. Для той же цели в конструкции составного резца 1 предусмотрен промежуточный участок державки 4, который в момент монтажа размещается в углублении 28 на передней поверхности резцедержателя 26 и защищает его от изнашивания, возникающего в результате трения при вращении рабочей головки 10. Выполнение промежуточной части 4, например, квадратного или шестигранного поперечного сечения и углубления 28 той же формы в резцедержателе 26 позволит также получить жесткое закрепление резца 1.The assembled composite cutter 1 is placed in the channel 27 of the tool holder 26 and is mounted in it by any known method. In principle, two fixing options are possible: free and hard. In the first case (for example, using a retaining ring, as shown in Fig. 1), the tool holder 3 can rotate freely with respect to the tool holder 26, which somewhat improves the working conditions of the rock cutting tool, creating additional rotation. Moreover, it is easy to see that the rotation will occur in a place with the least resistance. However, such a fastening leads to undesirable wear of the channel 27 of the tool holder 26. On the other hand, the use of a rigid fastener (for example, a threaded one) fixes the tool holder 3 and thereby eliminates such wear, which ultimately increases the life of the tool holder 26. for the same purpose, in the construction of the composite cutter 1, an intermediate section of the holder 4 is provided, which at the time of installation is located in the recess 28 on the front surface of the tool holder 26 and protects it from wear resulting friction during rotation of the working head 10. The implementation of the intermediate part 4, for example, a square or hexagonal cross-section and a recess 28 of the same shape in the tool holder 26 will also allow for rigid fixing of the cutter 1.

В процессе работы происходит перемещение закрепленного на исполнительном органе 30 (например, коронке проходческого комбайна) резцового блока таким образом, что резец 1 режущей частью вступает во взаимодействие с горной породой и осуществляет ее разрушение. Под воздействием внешних сил, возникающих в процессе резания, головная часть 10 резца может поворачиваться вокруг своей продольной оси относительно державки 2. Это обуславливает равномерный износ твердосплавного наконечника 11 и рабочей головки 10 в процессе эксплуатации. В случае достижения износа своей предельной величины резец следует заменить. Применение составной конструкции, рассмотренной в данном патенте, позволяет сэкономить металл путем многократного использования державки 2 резца и замены только отработанной сменной рабочей головки 10. Для снятия вышедшей из строя рабочей головки 10 достаточно выкрутить стопорный установочный винт 20. Поэтому по сравнению с известными техническими решениями демонтаж изношенной части не требует больших затрат времени и (или) применения сложного оборудования и инструмента, что в конечном счете снижает трудоемкость работ. Кроме того, составной резец 1 позволяет использовать целый ряд сменных рабочих головок 10 с различными конструктивными и геометрическими параметрами. Тем самым предоставляется возможность более гибкого выбора рациональных параметров режущего инструмента для разрушения пород с учетом физико-технических свойств последних.In the process, there is a movement of the cutting unit fixed to the executive body 30 (for example, the crown of the tunneling machine) in such a way that the cutting tool 1 interacts with the rock and destroys it. Under the influence of external forces arising during the cutting process, the head part 10 of the cutter can rotate around its longitudinal axis relative to the holder 2. This causes uniform wear of the carbide tip 11 and the working head 10 during operation. If the wear limit is reached, the tool should be replaced. The use of the composite structure described in this patent allows to save metal by reusing the tool holder 2 of the cutter and replacing only the used replaceable working head 10. To remove the failed working head 10, it is enough to unscrew the locking set screw 20. Therefore, in comparison with the known technical solutions, dismantling the worn-out part does not require a large investment of time and (or) the use of sophisticated equipment and tools, which ultimately reduces the complexity of the work. In addition, the composite cutter 1 allows the use of a number of interchangeable working heads 10 with various structural and geometric parameters. This provides the opportunity for a more flexible choice of the rational parameters of the cutting tool for rock destruction, taking into account the physical and technical properties of the latter.

Таким образом, устройство составного резца обеспечивает достижение заявленного технического результата.Thus, the device of the composite cutter ensures the achievement of the claimed technical result.

Claims

1. Составной резец для горных машин, включающий державку ступенчатой формы с тремя цилиндрическими участками, размещенную на передней части державки сменную рабочую головку, армированную твердосплавной вставкой и имеющую в задней торцевой поверхности цилиндрическое углубление, и стопорный элемент для фиксации сменной рабочей головки от продольного перемещения относительно державки, отличающийся тем, что стопорный элемент выполнен в форме радиальных выступов на боковой поверхности передней части державки, размещенных в кольцевой канавке цилиндрического углубления сменной рабочей головки, при этом на боковой поверхности этого углубления выполнены соответствующие продольные пазы, также в боковой поверхности сменной рабочей головки выполнено резьбовое отверстие, в которое вкручен установочный винт, перекрывающий один из продольных пазов.1. A composite cutter for mining machines, comprising a step-shaped holder with three cylindrical sections, a replaceable working head located on the front of the holder, reinforced with a carbide insert and having a cylindrical recess in the rear end surface, and a locking element for fixing the replaceable working head from longitudinal movement relative to holder, characterized in that the locking element is made in the form of radial protrusions on the side surface of the front of the holder, placed in the annular channel In the case of a cylindrical recess of the replaceable working head, the corresponding longitudinal grooves are made on the side surface of this recess, and a threaded hole is made in the side surface of the replaceable working head, into which a set screw is screwed over one of the longitudinal grooves.

2. Резец по п.1, отличающийся тем, что промежуточная часть державки выполнена квадратного или шестигранного поперечного сечения. 2. The cutter according to claim 1, characterized in that the intermediate part of the holder is made of square or hexagonal cross-section.