BR112020018979B1 - Conjunto de corte para máquina de escavação de rochas - Google Patents

Abstract

CONJUNTO DE CORTE PARA MÁQUINA DE ESCAVAÇÃO DE ROCHAS. Esta descrição se refere a um conjunto de corte para mineração ou extração. O conjunto de corte compreende um cortador a disco circular (18). Elementos de corte são arranjados em torno de uma superfície circunferencial do cortador a disco, cada um situado em um porta-ferramentas (24). A orientação da sede é tal que o elemento de corte (22) aponta tangencialmente para dentro ou em direção à direção de rotação pretendida.

Description

Campo da invenção

[001] A presente descrição se refere a máquinas de mineração e escavação. Em particular, se refere a um conjunto de corte para uma máquina de escavação de rochas.

Fundamentos

[002] Muitos tipos de formações rochosas estão disponíveis em todo o mundo como grandes depósitos, comumente conhecidas como lajes. Vários tipos de equipamentos de mineração são implantados em pedreiras acima do solo, a fim de extrair as lajes do solo. As lajes são recuperadas usando equipamento especializado, normalmente arrastadas de sua posição por veículos grandes e muito potentes. As lajes de rocha podem pesar até 40 toneladas (40.000 kg). O processamento, como o polimento, pode ocorrer no local ou, alternativamente, as lajes podem ser transportadas para fora do local para serem cortadas em peças de tamanho adequado para uso doméstico e industrial.

[003] O mesmo equipamento usado acima do solo pode nem sempre ser usado diretamente dentro do espaço confinado de uma mina subterrânea.

[004] É um objetivo da invenção prover um conjunto de corte compacto e versátil para facilitar a mineração e extração de blocos de formato geométrico ou não geométrico de formações rochosas específicas, e um que pode ser usado acima ou abaixo do solo.

Sumario da Invenção

[005] De acordo com a invenção, é provido um conjunto de corte para uma máquina de escavação de rochas compreendendo: uma unidade de base, um ou mais braços de suporte móveis que se estendem da unidade de base, um fuso de acionamento montado rotativamente no ou em cada braço de suporte móvel, um cortador a disco fixado em torno do fuso de acionamento de modo que a rotação do fuso de acionamento cause uma rotação correspondente do cortador a disco, o cortador a disco compreendendo um corpo de cortador, uma pluralidade de elementos de corte e uma quantidade correspondente de porta-ferramentas, um para cada elemento de corte, os elementos de corte e porta-ferramentas sendo arranjados em torno de uma superfície circunferencial do corpo do cortador, cada elemento de corte sendo recebido em uma sede no porta-ferramentas, no qual a sede é orientada de modo que o elemento de corte aponte para dentro ou em direção à direção de rotação pretendida.

[006] Em algumas modalidades, os porta-ferramentas se estendem radialmente para fora do corpo do cortador.

[007] Preferivelmente, um ângulo de ataque do elemento de corte em relação ao porta-ferramentas está entre 10 e 30 graus. Opcionalmente, o ângulo de ataque é de cerca de 25 graus.

[008] O porta-ferramentas pode ser montado permanentemente no corpo do cortador, por exemplo, usando brasagem. Alternativamente, o porta- ferramentas pode ser montado de maneira destacável no corpo do cortador. Em uma modalidade, o porta-ferramentas é montado de maneira destacável no corpo do cortador usando um arranjo de pino de travamento.

[009] Cada elemento de corte pode ser permanentemente preso no lugar na sede, por exemplo, usando brasagem. Em uma modalidade, o elemento de corte pode ser montado rotativamente na sede.

[0010] Opcionalmente, o porta-ferramentas é geralmente troncônico quando visto axialmente, tendo uma face dianteira mais curta do que a face posterior, a sede sendo localizada na face dianteira.

[0011] Opcionalmente, o elemento de corte é cilíndrico com uma superfície de corte plana. O ou cada elemento de corte pode ser um compacto de diamante policristalino (PDC).

[0012] Em algumas modalidades, uma extensão lateral de cada elemento de corte é maior do que uma extensão lateral do porta-ferramentas. Em tais modalidades, o elemento de corte opcionalmente se projeta lateralmente sobre o porta-ferramentas em pelo menos 1 mm em cada lado.

[0013] Cada porta-ferramentas pode afilar lateralmente para dentro a partir do elemento de corte em direção ao corpo do cortador.

Breve descrição dos desenhos

[0014] A invenção será agora mais particularmente descrita, a título de exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos, nos quais a Figura 1 é uma vista plana esquemática de uma mina subterrânea que incorpora uma primeira modalidade de um conjunto de corte como parte de um sistema de mineração longwall e, em particular, mostra o conjunto de corte em uma orientação horizontal; a Figura 2 é uma vista de extremidade esquemática do sistema de mineração longwall da Figura 1; a Figura 3 é uma vista plana esquemática de uma mina subterrânea incorporando uma segunda modalidade de um conjunto de corte como parte de um sistema de mineração longwall e, em particular, mostra o conjunto de corte em uma orientação vertical; a Figura 4 é uma vista de extremidade esquemática do sistema de mineração longwall da Figura 3; a Figura 5 mostra uma vista frontal de elevação de uma primeira modalidade de um cortador a disco; a Figura 6 mostra uma vista frontal de elevação de um elemento de corte para uso com o cortador a disco da Figura 5; a Figura 7 mostra uma vista lateral de elevação do elemento de corte da Figura 6; a Figura 8 mostra uma vista em perspectiva frontal de uma segunda modalidade do cortador a disco; a Figura 9 mostra uma vista em elevação lateral de uma pluralidade de elementos de corte para uso com o cortador a disco da Figura 8; a Figura 10a é uma vista lateral de elevação de um primeiro elemento de corte individual da Figura 9; a Figura 10b é uma vista lateral de elevação de um segundo elemento de corte individual da Figura 9; nos desenhos, partes semelhantes têm números de referência semelhantes atribuídos.

Descrição detalhada

[0015] Com referência inicialmente às Figuras 1 a 2, um conjunto de corte para partir em formações naturais 2 subterrâneas é indicado geralmente em 10.

[0016] O conjunto de corte faz parte de um sistema de mineração longwall 1, comumente encontrado em minas subterrâneas. O conjunto de corte é um substituto para a tecnologia de cisalhamento conhecida, que opera em um chão da mina 4, em meio a uma série de suportes de teto ajustáveis 6. Conforme o cisalhador avança na direção da mineração, os suportes de teto 6 são posicionados para sustentar o teto da mina 8 diretamente atrás do cisalhador. Atrás dos suportes de teto 6, o teto da mina 6 desmorona de uma maneira relativamente controlada. Normalmente, um braço coletor coleta a rocha minerada na face de corte e a transfere para um sistema de transporte para remoção posterior da mina.

[0017] Em uma primeira modalidade, indicada nas Figuras 1 e 2, o conjunto de corte 10 compreende uma unidade de base 12, um par de braços de suporte espaçados 14 se estendendo da unidade de base 12, um fuso de acionamento 16 se estendendo entre e montado rotativamente no par de braços de suporte móveis 14 e uma pluralidade de cortadores a disco 18 fixados em torno do fuso de acionamento 16.

[0018] Em uma segunda modalidade, indicada nas Figuras 3 e 4, um único braço de suporte 14 se estende a partir da unidade de base 12. O fuso de acionamento 16 é suportado centralmente pelo único braço de suporte 14 e a pluralidade de cortadores a disco 18 é montada no fuso de acionamento 16, distribuído em ambos os lados do único braço de suporte 14.

[0019] Em uma modalidade alternativa, não mostrada, apenas um único cortador a disco 18 é usado.

[0020] Preferivelmente, o ou cada cortador a disco 18 é montado no centro (ou seja, centralmente) em torno do fuso de acionamento 16. No entanto, isso não é essencial, e o ou cada cortador a disco 18 pode, alternativamente, ser montado deslocado de seu centro em torno do fuso de acionamento 16. Opcionalmente, uma combinação dos dois arranjos pode ser usada em seu lugar. Por exemplo, quando múltiplos cortadores a disco 18 são usados em uma série, isto é, paralelamente próximos um do outro ao longo de um fuso de acionamento 16, os cortadores a disco alternados 18 podem ser montados centralmente em torno do fuso de acionamento 16. Cada centro dos cortadores a disco restantes 18 pode ser radialmente deslocado do ponto em que o cortador a disco 18 está montado em torno do fuso de acionamento 16. Outras combinações são consideradas.

[0021] A unidade de base 12 funciona como um sistema de transporte para o cortador a disco 18. A unidade de base 12 é móvel para avançar e retrair o cortador a disco 18 para dentro e para fora de uma posição operacional, em estreita proximidade com a formação rochosa 2 a ser cortada. A velocidade na qual a unidade de base 12 se move para mais perto da formação rochosa 2 é uma das diversas variáveis que determinam a taxa de alimentação do conjunto de corte 10 para a formação rochosa 2. A unidade de base 12 (juntamente com os suportes de teto 6) também é móvel lateralmente, da esquerda para a direita e vice-versa, ao longo da longa parede da formação rochosa 2 a ser minerada.

[0022] Cada braço de suporte 14 é configurado para ser móvel em uma primeira e uma segunda orientação de corte. Na primeira orientação de corte, melhor vista nas Figuras 1 e 2, o fuso de acionamento 16 é horizontal. Como resultado, os cortes na formação rochosa 2 feitos pelo cortador a disco 18 são correspondentemente verticais. Na segunda orientação de corte, melhor vista nas Figuras 3 e 4, o fuso de acionamento 16 é vertical. Consequentemente, os cortes na formação rochosa 2 feitos pelo cortador a disco 18 são correspondentemente horizontais. A primeira e a segunda orientações de corte são possíveis com a primeira ou a segunda modalidades mencionadas acima.

[0023] Opcionalmente, o(s) braço(s) de suporte 14 também podem ser móveis de modo que o fuso de acionamento 16 seja operável em qualquer orientação de corte entre a vertical e a horizontal acima mencionadas, embora isso não seja essencial. O(s) braço(s) de suporte 14 podem, alternativamente, ser configurados de modo que sejam móveis entre a primeira e a segunda orientações de corte, mas apenas totalmente operacionais (isto é, o(s) cortador(es) a disco para girar a fim de facilitar o corte ou pulverização da rocha) na primeira e segunda orientações de corte.

[0024] Cada braço de suporte 14 é móvel entre uma primeira posição operativa e uma segunda posição operativa, opcionalmente em cada uma das primeira e segunda orientações de corte, de acordo com a profundidade de corte necessária. Isso é indicado pela seta de extremidade dupla A na Figura 2. Por exemplo, na primeira posição operativa, o fuso de acionamento 16 é abaixado de modo a ficar em estreita proximidade com o chão da mina 4 e na segunda posição operativa, o fuso de acionamento 16 é elevado de modo a ficar próximo ao teto da mina 8.

[0025] Opcionalmente, cada braço de suporte 14 pode ter uma primeira porção de braço conectada a uma segunda porção de braço por uma junta de pivotamento (ou alternativamente, uma junta universal), cada primeira e segunda porção de braço sendo independentemente móveis uma em relação à outra. Este arranjo aumenta os graus de liberdade com os quais o conjunto de corte 10 pode operar e vantajosamente melhora sua manobrabilidade.

[0026] O fuso de acionamento 16 é acionado por um motor para girar a uma velocidade específica. A potência do motor é tipicamente entre 20 e 50 kW por cortador a disco 18, dependendo do tipo de cortador a disco 18 selecionado e da força de corte necessária.

[0027] Como melhor visto na Figura 5, em uma modalidade, o cortador a disco 18 compreende um corpo circular 20 e uma pluralidade de elementos de corte 22 arranjados perifericamente em torno do corpo circular 20. A rotação do fuso de acionamento 16 causa uma rotação correspondente do cortador a disco 18. No entanto, o cortador a disco 18 não precisa ser circular e pode ser apenas geralmente circular, por exemplo, dependendo do seu tamanho, um cortador de formato octogonal pode se aproximar de um cortador a disco geralmente circular. Consequentemente, o cortador a disco 18 pode ser hexagonal, octogonal, decagonal, etc., ou mesmo ter qualquer número de lados que se estendem circunferencialmente.

[0028] O ou cada cortador a disco 18 pode compreender ainda um ou mais sensores. Esses sensores podem ser incorporados ou integrados ao corpo do cortador 20. O sensor pode ser qualquer um dos seguintes: um sensor de temperatura, um sensor de pressão, um sensor de raios-X, um sensor de raios gama, um acelerômetro, um sensor configurado para monitorar a química das condições de corte, ou um sensor para identificar a formação rochosa ou materiais para extração. Em tal modalidade, os sensores podem ser acoplados a um sistema de coleta de dados e, potencialmente, também acoplados a um pacote de análise de dados on-line ou remoto da operação de mineração/extração.

[0029] Em uma modalidade preferida, uma pluralidade de cortadores a disco 18 é arranjada no fuso de acionamento 16. Normalmente, seis ou mais cortadores a disco 18 podem ser providos. Os cortadores a disco 18 são preferivelmente regularmente espaçados ao longo do comprimento do fuso de acionamento 16, entre o par de braços de suporte espaçados 14a, 14b, ou em qualquer um dos lados do braço de suporte 14, dependendo da modalidade.

[0030] O espaçamento dos cortadores a disco 18 é selecionado de acordo com a profundidade de corte necessária e as propriedades mecânicas, por exemplo, Resistência Máxima à Tração (UTS), da formação rochosa 2 sendo cortada a fim de otimizar a energia de corte específica, que ditará o consumo de potência necessário. O objetivo é conseguir condições sob as quais o material cortado se rompa com seu próprio peso. Por exemplo, para uma profundidade de corte de 0,4 m em Quimberlito, o espaçamento ideal entre cortadores a disco adjacentes é de cerca de 0,3 m. No entanto, isso pode ser aumentado ou diminuído dependendo da força necessária para a ruptura. Preferivelmente, o espaçamento é ajustável in situ e pode ser um processo automatizado ou manual. O espaçamento pode ser ajustável remotamente, por exemplo, de um escritório de operações acima do solo. Uma ferramenta em formato de cunha pode ser usada para aplicar tal força de ruptura, para auxiliar na ruptura da rocha.

[0031] Os cortadores a disco 18 são espaçados por um intervalo medindo preferivelmente entre 0,01 m e 2 m, mais preferivelmente entre 0,01 m e 0,5 m. Ainda mais preferivelmente, os cortadores a disco são 18 espaçados entre si por um intervalo medindo entre 10 cm e 40 cm.

[0032] O corpo circular 20 do cortador a disco 18 é tipicamente feito de aço e tem um diâmetro de aproximadamente 1000 mm e uma espessura (medida axialmente, também considerada uma extensão lateral para descrições subsequentes) de aproximadamente 11 mm. Realisticamente, esse diâmetro permite uma profundidade de corte de até 400 mm. O corpo circular 20 tem um diâmetro de eixo 23 entre 60 mm e 100 mm e é dimensionado e conformado para receber o fuso de acionamento 16.

[0033] O diâmetro (ou diâmetro efetivo no caso de cortadores a disco não circulares) e a espessura do cortador a disco 18 são selecionados apropriadamente de acordo com a aplicação pretendida do conjunto de corte. Por exemplo, as aplicações de colocação de cabos exigiriam um cortador a disco 18 com um diâmetro menor. As esmerilhadoras de ângulo de braço robótico exigiriam um diâmetro ainda menor. No entanto, as aplicações de tunelamento exigiriam um cortador a disco 18 com um diâmetro significativamente maior e seria adaptado de acordo.

[0034] Nesta modalidade, o cortador a disco 18 também compreende uma pluralidade de porta-ferramentas 24 para receber uma quantidade correspondente de elementos de corte 22. Em uma modalidade alternativa, o cortador a disco compreende um ou mais porta-ferramentas.

[0035] Preferivelmente, embora não essencialmente, cada porta- ferramentas 24 provê uma sede para um elemento de corte 22. Preferivelmente, cada porta-ferramentas 24 é feito de aço, mas pode compreender alternativamente qualquer(quaisquer) metal(is) ou carbonetos ou materiais à base de cerâmica com uma dureza acima de 70 HV (Dureza Vickers). Cada porta-ferramentas 24 pode ser permanentemente conectado ao corpo do cortador 20 (por exemplo, usando brasagem ou soldagem), como na modalidade mostrada nas Figuras 5, 6 e 7, ou montado de maneira destacável no corpo do cortador 20 usando um mecanismo de retenção, como na modalidade mostrada nas Figuras 8, 9 e 10a e 10b. Pode ser usada uma mistura de brasagem, soldagem e/ou conexões mecânicas. Alternativamente, os porta-ferramentas 24 podem ser formados integralmente com o corpo 20 do cortador a disco 18, por exemplo, por forjamento, metalurgia do pó, etc.

[0036] O mecanismo de retenção pode compreender um arranjo de pino de travamento 25 que é usado para prender o porta-ferramentas 24 ao corpo do cortador 20. Em alternativa, podem ser usadas braçadeiras, encaixes por contração, etc.

[0037] Em uma modalidade, cada elemento de corte 22 é rigidamente ou fixamente suportado por um dos porta-ferramentas 24. Cada porta- ferramentas 24 é preferivelmente espaçado equi-angularmente em torno de uma superfície circunferencial do corpo do cortador 20. Cada elemento de corte 22 pode ser preso no lugar no ou sobre o porta-ferramentas 24 usando brasagem. Alternativamente, o ou cada porta-ferramentas 24 pode ser configurado para receber rotativamente um elemento de corte 22. Em tal modalidade, o elemento de corte 22 e o porta-ferramentas 24 podem ser configurados de modo que o elemento de corte 22 possa girar livremente dentro do porta-ferramentas 24, por exemplo, com um encaixe de folga, ou alternativamente ser capaz de girar dentro do porta-ferramentas 24 apenas quando o elemento de corte 22 entra em contato com a formação rochosa sendo minerada/escavada, por exemplo, com um encaixe de transição.

[0038] Cada um dos elementos de corte 22 compreende um material duro resistente ao desgaste com um valor de dureza de 130 HV e acima. O elemento de corte 22 compreende preferivelmente um material superduro selecionado do grupo que consiste em nitreto de boro cúbico, diamante, material semelhante a diamante ou combinações dos mesmos, mas pode ser um material duro, como carboneto de tungstênio em vez disso. O elemento de corte 22 pode compreender um substrato de carboneto cimentado ao qual o material superduro é unido.

[0039] Em uma modalidade, os elementos de corte 22 são compactos de diamante policristalino (PCDs), mais comumente encontrados no campo de perfuração de Petróleo e Gás. Esses PCDs são frequentemente cilíndricos e geralmente compreendem uma camada de sinterização de diamante unida a um substrato de aço ou carboneto.

[0040] O PCD tem um diâmetro entre 6 mm e 30 mm, preferivelmente entre 8 mm e 25 mm. Por exemplo, o PCD pode ter um diâmetro de 13 mm ou 16 mm ou 19 mm. Preferivelmente, o PCD tem um diâmetro de 16 mm. Uma combinação de diâmetros pode ser usada em um cortador a disco.

[0041] Cada PCD pode ser chanfrado, chanfrado duplo ou chanfrado múltiplo.

[0042] Cada PCD pode compreender uma superfície de corte polida ou ser pelo menos parcialmente polida.

[0043] Alternativamente, em vez de ser um PCD tradicional, o elemento de corte 22 pode ser um cortador em formato 3-D. Uma ponta de incidência do elemento de corte 22 pode ser cônica, piramidal, balística, em forma de cinzel ou semiesférica. A ponta de incidência pode ser truncada com um vértice plano ou não truncada. A ponta de incidência pode ser axissimétrica ou assimétrica. Qualquer formato de elemento de corte 22 pode ser usado, em combinação com qualquer aspecto desta invenção. Exemplos de tais cortadores conformados podem ser encontrados em WO2014/049162 e WO2013/092346.

[0044] Em uma primeira modalidade de um porta-ferramentas 24, nas Figuras 5, 6 e 7, cada porta-ferramentas 24 é geralmente troncocônico quando visto axialmente (ver Figura 6). Cada porta-ferramentas 24 tem uma face dianteira 26 e uma face posterior 28, cada elemento de corte 22 sendo recebido em uma sede 30 na face dianteira 26 do porta-ferramentas 24. Cada sede 30 é inclinada de modo que o elemento de corte 22 confronte tangencialmente (ou geralmente aponte para) a direção de rotação pretendida. Isto é particularmente útil para PCDs que têm uma superfície de corte primária plana 32. Graças à sede, uma aresta de corte 33 do elemento de corte 22 pode ser orientada em uma variedade de ângulos em relação ao corpo do cortador 20, que contrasta com a abordagem convencional de ter elementos de corte 22 apontando exclusivamente radial ou axialmente para fora na direção de avanço da face da rocha. Isso permite uma grande flexibilidade para obter um ângulo de corte desejado sem ter que modificar a configuração da ponta de incidência do elemento de corte.

[0045] Além disso, ter uma sede para receber um elemento de corte separado 22 significa que, vantajosamente, qualquer estoque de PDC excedente pode ser usado e encontrar utilidade em uma nova aplicação, reduzindo assim o capital de giro de uma empresa.

[0046] Opcionalmente, o ângulo de ataque do elemento de corte está entre 25 graus e 30 graus. opcionalmente, o ângulo de ataque é de cerca de 25 graus. Opcionalmente, o ângulo de ataque pode ser positivo ou negativo.

[0047] A face dianteira 26 do porta-ferramentas 24 é geralmente mais curta do que a face posterior 28, provendo assim um suporte estrutural dorsal significativo para o elemento de corte 22 durante o uso. O porta-ferramentas 24, particularmente a parte traseira do porta-ferramentas 24 na direção de rotação, absorve uma proporção significativa das forças de impacto durante o uso e reduz o risco do elemento de corte 22 de outra forma saltar para fora do corpo do cortador 20 e ser perdido.

[0048] Preferivelmente, a sede suporta totalmente a parte traseira (isto é, a superfície que é geralmente oposta à superfície de corte 32) do elemento de corte 22.

[0049] Em vista lateral (ver Figura 7), cada porta-ferramentas 24 tem uma seção transversal lateral variável, indicada pela seta B. Cada porta- ferramentas 24 afila lateralmente para dentro a partir da cabeça 34 do porta- ferramentas 24 perto do elemento de corte 22 até um pé 36, perto do corpo circular 20.

[0050] Uma extensão lateral (melhor vista na Figura 7) de cada elemento de corte 22 é maior do que uma extensão lateral do porta- ferramentas 24. Esta projeção protege o porta-ferramentas 24 de desgaste significativo durante o uso. Preferivelmente, uma espessura (isto é, extensão lateral) do porta-ferramentas 24 é de cerca de 14 mm. Nesta modalidade, o elemento de corte 22 se salienta para além do porta-ferramentas 24 em aproximadamente 1 mm de cada lado. Isso garante que é o elemento de corte 22, e não o porta-ferramentas 24 ou o corpo do cortador 20, que está sujeito ao desgaste primário durante o uso. A projeção evita que o porta-ferramentas 24 seja submetida a atrito contra a formação rochosa 2. No caso de atrito, um revestimento duro ou uma abordagem de múltiplas camadas pode ser usada.

[0051] Em uma segunda modalidade de um porta-ferramentas 24, como mostrado nas Figuras 8 e 9, porta-ferramentas 24 sucessivos são deslocados lateralmente em relação ao corpo do cortador 20. Conforme indicado nas Figuras 10a e 10b, cada porta-ferramentas 24 inclui uma leve dobra para um lado. Em outras palavras, uma porção distal 24a do porta- ferramentas 24 é lateralmente deslocada em relação ao corpo circular 20 e uma porção proximal 24b do porta-ferramentas 24. Ambas as porções distal e proximal 24a, 24b são lateralmente alongadas. As porções distal e proximal 24a, 24b do porta-ferramentas 24 se encontram em uma interseção, indicada geralmente em 38. A direção do deslocamento lateral é em uma primeira direção, axialmente afastada de um lado do corpo do cortador 20, ou em uma segunda direção oposta, afastada do outro lado do corpo do cortador 20. Na Figura 10a, o porta-ferramentas 24 dobra para a direita e na Figura 10b, o porta-ferramentas 24 dobra para a esquerda. A interseção 38 pode ser uma mudança brusca de direção, como uma perna dentada, ou uma mudança prolongada de direção, como uma curva. A intersecção 38 pode compreender uma porção intermediária que une a porção distal 24a à porção proximal 24b.

[0052] Como alternativa, prevê-se que a porção proximal 24b possa ser deslocada lateralmente em relação ao corpo do cortador 20, enquanto a porção distal 24a está alinhada com o corpo circular 20. No entanto, uma vez que o elemento de corte 22 está normalmente localizado na porção distal 24a do porta-ferramentas 24, o primeiro arranjo mencionado é preferível.

[0053] Ao longo da superfície circunferencial 40 do corpo do cortador 20, a direção do deslocamento lateral alterna para porta-ferramentas sucessivos 24. O benefício deste arranjo é que aumenta a área de corte efetiva oferecida pelos elementos de corte 22 durante a rotação do corpo circular 20, independentemente do tamanho do elemento de corte 22. Também facilita uma troca rápida e fácil de um porta-ferramentas individual 24 durante a manutenção e reparo, sem ter que remover todo o corpo do cortador 20. Além disso, o arranjo ajuda a reduzir a erosão do corpo do cortador 20 (às vezes conhecida como ‘lavagem do corpo’) causada pelo fluxo da rocha cortada pelo conjunto de corte 10.

[0054] O conjunto de corte 10 pode compreender adicionalmente um material de revestimento duro (não mostrado). O material de revestimento duro pode compreender um material de carboneto de baixo ponto de fusão (LMC), distinguido por sua base de ferro. Materiais exemplares são descritos em US 8.968.834, US 8.846.207 e US 8.753.755, embora outros materiais resistentes ao desgaste possam ser usados em seu lugar. O objetivo do material de revestimento duro é limitar a lavagem do corpo circular 20. O material de revestimento duro pode estar localizado rotativamente atrás do porta-ferramentas 24, próximo à face posterior 28. Se os porta-ferramentas 24 estiverem espaçados, então o material de revestimento duro pode ser provido dentro ou sobre o corpo do cortador 20, entre porta-ferramentas sucessivos 24. Adicionalmente, ou alternativamente, o material de revestimento duro pode ser provido na face posterior 28. Adicionalmente, ou alternativamente, o material de revestimento duro pode ser provido na face dianteira 26. O material de revestimento duro pode ser provido na face dianteira 26, na face posterior 28 e na superfície circunferencial 40. A localização do material de revestimento duro no corpo do cortador 20 e/ou no porta-ferramentas 24 é específico do local e é selecionado de acordo com a natureza da formação rochosa sendo minerada naquele local.

[0055] Em uso, o cortador a disco 18 é colocado em contato com a formação rochosa 2 e a rotação do fuso de acionamento 16 e, portanto, seu(s) cortador(es) a disco 18, provoca(m) o corte da formação rochosa 2. O conjunto de corte 10 parte a formação rochosa 2, por exemplo, para criar cortes ortogonais limpos de cerca de 16 mm, dependendo do tamanho dos elementos de corte 22 selecionados. A rocha cortada rompe com o seu próprio peso ou com uma força de cunha secundária, por exemplo, usando uma ferramenta em formato de cunha.

[0056] Embora várias aplicações do conjunto de corte tenham sido mencionadas acima, o tunelamento é uma aplicação particularmente atraente. Convencionalmente, a fim de criar um novo túnel subterrâneo, uma tuneladora (TBM) é usada. As TBMs criam um túnel de formato cilíndrico de uma maneira bem conhecida. Se a finalidade do túnel for para tráfego de veículos ou pedestres, e somente uma seção transversal lateral circular for possível, um novo piso horizontal deve ser incluído na porção inferior do túnel. Efetivamente, o diâmetro do túnel é superdimensionado. O excesso de material rochoso deve ser extraído para criar o espaço útil real necessário dentro da porção superior do túnel e isso aumenta os custos de tunelamento, não apenas porque uma TBM maior exige mais pontas de corte consumíveis do que uma TBM menor, mas também porque a operação de tunelamento leva muito mais tempo. Além disso, é necessário material adicional para a construção do novo piso. Graças ao conjunto de corte aqui descrito, um túnel com uma seção transversal lateral menor pode ser criado, produzindo assim o formato necessário do túnel superior. O conjunto de corte segue a TBM menor para conformar a metade inferior do túnel, criando um piso perpendicular às paredes e removendo significativamente menos material do que com uma TBM maior.

[0057] Embora esta invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referência às modalidades, será entendido por aqueles versados na técnica que várias mudanças na forma e detalhes podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

[0058] Por exemplo, na segunda modalidade do conjunto de corte, embora apenas um único braço de suporte 14 tenha sido descrito, dois ou mais braços de suporte 14 espaçados podem ser providos em vez disso.

[0059] Por exemplo, as duas modalidades aqui descritas incluem uma pluralidade de cortadores a disco 18 montados no fuso de acionamento 16. Este não precisa ser o caso e um único cortador a disco 18 pode ser usado em seu lugar.

[0060] Por exemplo, em vez de usar uma combinação de elementos de corte emparelhados 22 e porta-ferramentas 24, os elementos de corte podem ser integrados diretamente no corpo do cortador a disco 18 em uma borda periférica do mesmo, evitando assim a necessidade de um porta-ferramentas intermediário 24.

[0061] Por exemplo, o ou cada elemento de corte pode compreender diamante de cristal único em vez de material de diamante policristalino.

[0062] Por exemplo, o elemento de corte 22 pode compreender diamante ou metal impregnado com grão abrasivo ou ser à base de cerâmica.

[0063] Embora o conjunto de corte 10 tenha sido descrito como sendo de utilidade subterrânea, pode igualmente ser usado acima do solo, por exemplo, em uma pedreira a céu aberto.

[0064] Além disso, uma versão em menor escala poderia ser usada para cavar micro valetas em estradas e pavimentos, por exemplo, para colocar cabos de fibra óptica de pequeno diâmetro. Neste caso, o conjunto de corte 10 cortaria asfalto e concreto, não rocha. Em tal modalidade, o diâmetro do corpo do cortador 20 seria da ordem de 300 mm, a espessura lateral do corpo do cortador até 20 mm e os elementos de corte dimensionados correspondentemente. A intenção é atingir uma profundidade de corte em torno de 50 mm a 100 mm.

[0065] Certos termos e conceitos padrão, conforme usados aqui, são brevemente explicados a seguir.

[0066] Tal como aqui utilizado, o material de diamante policristalino (PCD) compreende uma pluralidade de grãos de diamante, um número substancial dos quais está diretamente interligado entre si e em que o conteúdo do diamante é pelo menos cerca de 80 por cento em volume do material. Os interstícios entre os grãos de diamante podem estar substancialmente vazios ou podem ser pelo menos parcialmente preenchidos com um material de enchimento a granel ou podem estar substancialmente vazios. O material de enchimento a granel pode compreender material de promoção de sinterização.

[0067] O material de PCBN compreende grãos de nitreto de boro cúbico (cBN) dispersos dentro de uma matriz que compreende metal, semimetal e/ou material cerâmico. Por exemplo, o material de PCBN pode compreender pelo menos cerca de 30 por cento em volume de grãos de cBN dispersos em um material de matriz de ligante compreendendo um composto contendo Ti, tal como carbonitreto de titânio e ou um composto contendo Al, tal como nitreto de alumínio, e/ou compostos contendo metal como Co e ou W. Algumas versões (ou “graus”) de material PCBN podem compreender pelo menos cerca de 80 por cento em volume ou mesmo pelo menos cerca de 85 por cento em volume de grãos de cBN.

Claims (11)

1. Conjunto de corte (10) para máquina de escavação de rochas, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma unidade de base (12), - um ou mais braços de suporte móveis (14) se estendendo da unidade de base (12), - um fuso de acionamento (16) montado rotativamente no ou em cada braço de suporte móvel (14), - um cortador a disco (18) fixado em torno do fuso de acionamento (16) de modo que a rotação do fuso de acionamento (16) cause uma rotação correspondente do cortador a disco (18), - o cortador a disco (18) compreendendo um corpo de cortador (20), uma pluralidade de elementos de corte (22) e uma quantidade correspondente de porta-ferramentas (24), um para cada elemento de corte, os elementos de corte (22) e porta-ferramentas (24) sendo arranjados em torno de uma superfície circunferencial (40) do corpo de cortador (20), - cada elemento de corte (22) sendo recebido em uma sede (30) no porta-ferramentas (24), - em que a sede (30) é orientada de modo que o elemento de corte (22) aponte para dentro ou em direção à direção de rotação pretendida, e - em que o elemento de corte (22) é cilíndrico com uma superfície de corte plana, o ou cada elemento de corte (22) é um compacto de diamante policristalino (PDC), uma extensão lateral de cada elemento de corte (22) é maior do que uma extensão lateral do porta-ferramentas (24).

2. Conjunto de corte (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os porta-ferramentas (24) se estendem radialmente para fora do corpo de cortador (20).

3. Conjunto de corte (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um ângulo de ataque do elemento de corte (22) em relação ao porta-ferramentas (24) está entre 10 e 30 graus.

4. Conjunto de corte (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ângulo de ataque é de 25 graus.

5. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o porta-ferramentas (24) é permanentemente montado no corpo de cortador (20), por exemplo, usando brasagem.

6. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o porta-ferramentas (24) é montado de maneira destacável no corpo de cortador (20).

7. Conjunto de corte (10) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o porta-ferramentas (24) é montado de maneira destacável no corpo de cortador (20) usando um arranjo de pino de travamento (25).

8. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que cada elemento de corte (22) é permanentemente preso no lugar na sede (30), por exemplo, usando brasagem.

9. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o porta-ferramentas (24) é troncônico quando visto axialmente, tendo uma face dianteira (26) mais curta do que a face posterior (28), a sede (30) sendo localizada na face dianteira (26).

10. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o elemento de corte (22) se projeta lateralmente sobre o porta-ferramentas (24) em pelo menos 1 mm de cada lado.

11. Conjunto de corte (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que cada porta-ferramentas (24) afila lateralmente para dentro a partir do elemento de corte (22) em direção ao corpo de cortador (20).