Результат интеллектуальной деятельности: РЕЗЕЦ ДЛЯ ГОРНЫХ И ДОРОЖНЫХ МАШИН

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано на исполнительных органах горных и дорожных машин при проведении проходческих и добычных работ, а также при проведении строительных работ по ремонту дорожных покрытий.

Известен резец для горных и дорожных машин (RU 2079651 С1, МПК⁶ Е21С 35/18, E02F 9/28, опубл. 20.05.1997), который содержит державку, рабочую головку в виде тела вращения с осевым выступом, наконечник из твердосплавного материала, приспособление для фиксации расстояния между наконечником и рабочей головкой при формировании паянного соединения между ними. Осевой выступ образует на переднем торце рабочей головки упорную поверхность кольцевой формы. Наконечник содержит имеющую форму тела вращения рабочую часть для взаимодействия с разрушаемым материалом и основание с опорной поверхностью для взаимодействия с упорной поверхностью рабочей головки и с гнездом для размещения осевого выступа на рабочей головке. Приспособление для фиксации расстояния между наконечником и рабочей головкой при формировании паяного соединения между ними выполнено в виде расположенного на торце осевого выступа рабочей головки опорного выступа, имеющего форму конуса вращения, и расположенной на дне гнезда наконечника выемки для размещения опорного выступа. Опорный выступ и стенки выемки имеют форму конусов вращения. Оси конусов, которые определяют форму соответственно опорного выступа и выемки, расположены на продольной оси резца. Величина угла наклона образующей конуса, который определяет форму опорного выступа, составляет не менее 0,95 и не более 0,99 от величины угла наклона образующей конуса, который определяет форму выемки.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующее:

- практика угледобычи показывает, что снятые с комбайна резцы имеют рабочие головки с износом на треть, половину и даже более. Это означает, что осевой выступ рабочей головки неизбежно повреждается и резец становится непригодным для повторного использования;

- наконечник крепится к рабочей головке пайкой, что делает невозможным снятие изношенного и установку нового наконечника в условиях подземных горных или дорожных работ.

Известен резец для горных и дорожных машин (RU 106306 U1, МПК Е21С 35/18 (2006.01); опубл. 10.07.2011), который содержит державку, головку в виде тела вращения и наконечник из твердосплавного материала. Головка выполнена со сменной рабочей частью, в которую установлен наконечник. Сменная рабочая часть головки имеет осевой выступ, а головка имеет гнездо для размещения осевого выступа. Длина сменной рабочей части головки составляет 0,4-0,8 длины головки.

Недостатком этого устройства являются высокая энергоемкость отбойки горной массы и ускоренное разрушение головки резца. Это обусловлено конусной формой наконечника из твердосплавного материала, который не режет массив, а разрывает и выкалывает. Порода перед наконечником сначала сминается, затем уплотняется, а после превышения сил отрыва над силами сцепления происходит выкалывание бесформенных отдельностей перед резцом. Смятие и переизмельчение породы ведет к интенсивному пылеобразованию в забое.

Известен резец для горных и дорожных машин (RU 153412 U1, МПК Е21С 35/18 (2006.01); опубл. 20.07.2015), выбранный в качестве прототипа, который содержит державку, головку в виде тела вращения, сменную рабочую часть головки длиной 0,4 - 0,8 длины головки с осевым выступом, гнездо в головке для размещения осевого выступа. Наконечник из твердосплавного материала выполнен в виде диска с режущей кромкой, закрепленного в осевой прорези сменной рабочей части головки на оси вращения. Осевой выступ сменной части головки выполнен цилиндрическим и имеет кольцевую проточку. На головке державки выполнено сквозное резьбовое отверстие в гнездо. В сквозном резьбовом отверстии расположен стопорный винт, входящий в кольцевую проточку сменной рабочей части головки. Диск закреплен в осевой прорези сменной рабочей части головки без вращения и оснащен режущей кромкой на выступающем из нее сегменте.

При использовании резца для разрушения твердых пород режущий диск образует прорезь в массиве, слабо разрушая прилегающие части. Это определяет необходимость затрачивания дополнительного времени комбайна на перемещение рабочего органа по фронту забоя и формирование добавочных прорезей, что снижает эффективность отбойки горной массы.

Технической проблемой, на решение которой направлено предложенное изобретение, является повышение эффективности отбойки горной массы.

Предложенный резец для горных и дорожных машин, также как в прототипе, содержит державку, головку в виде тела вращения со сменной рабочей частью, в которую установлен наконечник из твердосплавного материала, длина сменной рабочей части головки составляет 0,4-0,8 длины головки, сменная рабочая часть головки выполнена с осевым цилиндрическим выступом и кольцевой проточкой, а головка выполнена с гнездом для размещения осевого выступа, на головке выполнено сквозное резьбовое отверстие в гнездо, в сквозном резьбовом отверстии расположен стопорный винт, входящий в кольцевую проточку сменной рабочей части головки, головка со шлицем стопорного винта заглублена в резьбовое отверстие, наконечник выполнен в виде диска, закрепленного в осевой прорези сменной рабочей части головки на оси вращения и оснащенного режущей кромкой.

Согласно изобретению в головке резца выполнено второе гнездо, в котором размещен осевой выступ второй сменной рабочей части головки. В боковой части второго гнезда выполнено сквозное резьбовое отверстие, в которое вкручен второй стопорный винт так, что его конец расположен во втором гнезде и размещен во второй кольцевой проточке второй сменной рабочей части головки. Головка со шлицем второго стопорного винта заглублена в резьбовое отверстие второго гнезда. На конце второй сменной рабочей части головки, противоположном осевому выступу, установлен конусный наконечник из твердосплавного материала. В державке выполнено сквозное отверстие под шплинт для фиксации резца в канале резцедержателя в положении совпадения плоскости, проходящей через оси вращения сменных рабочих частей головки, с плоскостью резания массива, при этом первоочередной по направлению движения резца размещена первая сменная рабочая часть головки с наконечником в виде диска. Головка резца выполнена сужающейся по направлению от державки к наконечникам до овала, охватывающего окружности обеих сменных частей головки.

Диск первой сменной рабочей части позволяет при малых энергозатратах разрезать породный массив и формировать первоочередную зону разрушения. Благодаря воздействию диска на массив в последнем образуются микротрещины, в том числе и осевая микротрещина вглубь массива, как продолжение плоскости резания. Размещение на головке резца вслед за сменной рабочей частью с режущим диском сменной рабочей части с конусным наконечником позволяет углублять начальную прорезь массива, используя осевую микротрещину и уже сформированное выработанное пространство перед вторым наконечником, а также разрушать берега реза (получившие начальные деформации после прохождения режущего диска) с меньшими затратами энергии и уменьшая пылеобразование в забое. Это обусловлено возможностью исключения зоны чрезмерного смятия и переизмельчения породы второго слоя разрушения, так как она скалывается и выбрасывается конусным наконечником в полость первоначального реза в виде частиц более крупного размера.

Сужение головки и придание ей в месте присоединения сменных рабочих частей овальной формы (вытянутой по одной оси и сжатой по другой) облегчает условия проникновения резца в массив вслед за первоочередным разрушением наконечниками.

Такой резец для горных и дорожных машин обеспечивает повышение эффективности отбойки горной массы.

На фиг. 1 изображен резец для горных и дорожных машин в процессе разрушения породного массива.

На фиг. 2 - резец с вида А на фиг. 1.

На фиг. 3 - резец по Б-Б на фиг. 1.

На фиг. 4 - резец по В-В на фиг. 1.

Резец для горных и дорожных машин содержит цилиндрическую державку 1 (фиг. 1) и головку 2 в виде тела вращения. Головка выполнена со сменной рабочей частью 3 длиной 0,4-0,8 общей длины головки 2. На одном конце сменной рабочей части 3 выполнен осевой выступ 5 цилиндрической формы, в котором выполнена кольцевая проточка 6. В головке 2 выполнено гнездо 7 для размещения осевого выступа 5. На головке 2 выполнено сквозное резьбовое отверстие 8 в гнездо 7. В сквозном резьбовом отверстии 8 расположен стопорный винт 9, входящий концом в кольцевую проточку 6 сменной рабочей части 3 головки 2. Для предохранения стопорного винта 9 от контакта с породой и износа его головка со шлицем заглублена в резьбовое отверстие 8.

На противоположном осевому выступу 5 конце сменной рабочей части 3 головки 2 установлен наконечник из твердосплавного материала в виде диска 4. Диск 4 размещен в осевой прорези 10 сменной рабочей части 3 головки 2 и закреплен на оси вращения 11, выполненной в виде винта, вкручиваемого в резьбовое отверстие сменной рабочей части 3 головки 2. Для предохранения винта от повреждения породой его головка со шлицем заглублена в резьбовое отверстие. Диск 4 имеет сплошную заостренную режущую кромку.

В головке 2 резца выполнено второе гнездо 12, в котором размещен осевой выступ 13 второй сменной рабочей части 14 головки 2. В боковой части второго гнезда 12 выполнено сквозное резьбовое отверстие 15, в которое вкручен стопорный винт 16 так, что конец стопорного винта 16 расположен во втором гнезде 12 и размещен в кольцевой проточке 17 второй сменной рабочей части 14 головки 2. Для предохранения стопорного винта 16 от контакта с породой и износа его головка со шлицем заглублена в резьбовое отверстие 15. На противоположном осевому выступу 13 конце сменной рабочей части 14 головки 2 установлен конусный наконечник 18 из твердосплавного материала.

В державке 1 резца выполнено сквозное отверстие 19 под шплинт, обеспечивающий фиксацию резца в резцедержателе. Резец в резцедержателе зафиксирован в положении, при котором плоскость, проходящая через оси вращения сменных рабочих частей головок 3 и 14, совпадает с плоскостью резания массива. При этом первоочередной по направлению движения резца размещена сменная рабочая часть 3 головки 2 с режущим диском 4 (фиг. 2). Головка 2 резца выполнена сужающейся формы по направлению от державки 1 к наконечникам 4 и 18. В месте присоединения сменных рабочих частей 3 и 14 головка 2 выполнена в форме овала 20, охватывающего окружности обеих сменных частей 3 и 14 головки 2.

Предлагаемый резец для горных и дорожных машин работает следующим образом. Резец устанавливают на исполнительном органе (на фиг. 1, 2, 3, 4 не показан) горной или дорожной машины. Державку 1 размещают в канале резцедержателя и фиксируют через отверстие 19 шплинтом в положении соответствия плоскости, проходящей через оси вращения сменных рабочих частей 3 и 14 головки 2 с плоскостью резания массива. Далее машина начинает рубить уголь, породу или асфальт. При этом твердосплавный наконечник в виде режущего диска 4, благодаря высокой проникающей способности, эффективно образует в массиве полость в виде первоочередного узкого реза 21 (фиг. 3) на глубину h₁. Вследствие нахождения массива в напряженно-деформированном состоянии его резание диском 4 приводит к разгрузке напряжений и появлению в массиве микротрещин 22. При этом по плоскости резания развивается основная, так называемая, осевая микротрещина 23.

Идущий вслед за режущим диском 4 конусный наконечник 18 вследствие установки резца под углом 45 градусов к плоскости забоя разрушает второй по глубине слой 24 массива на глубину h₂, ослабленный осевой трещиной 23. При этом порода второго слоя 24 выбрасывается в полость первоочередного реза 21 без излишнего смятия и уплотнения сравнительно крупными отдельностями (фиг. 4). Прохождение второй сменной части 14 головки 2 по первоочередному резу 21 сопровождается разрушением его стенок 25, ослабленных микротрещинами 22, и отделением породы от массива. Зона разрушения массива 26 достигает глубины Н (фиг. 1). Овальная форма 20 головки 2 в зоне присоединения сменных частей 3 и 18 облегчает условия проникновения ее в массив 26.

Резец эксплуатируют до износа твердосплавных наконечников 4 и 18. После этого выкручивают стопорный винт 9 или 16 износившейся сменной рабочей части 3 или 14 головки 2, вынимают их из гнезд 7 или 12, заменяют новыми и резец продолжают использовать на отбойке горной массы. Для первой сменной рабочей части 3 головки 2 имеется дополнительная возможность отдельной замены износившегося режущего диска 4, выкручиванием винта 11.

Последовательное разрушение массива 26 сначала твердосплавным диском 4, а затем конусным наконечником 18 позволяет снизить энергозатраты комбайна, уменьшить образование пыли в забое и появление фрикционных искр, снизить риск взрыва пылеметановоздушной атмосферы. Совместная последовательная работа режущей 3 и скалывающей 14 сменных частей головки 2 в одном инструменте обеспечивает эффективное разрушение углепородного массива 26 предлагаемым резцом.