CN102134995B - 具有驱动式盘刀的矿山机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有驱动式盘刀的矿山机械，该矿山机械包括截割机构，该截割机构包括臂和盘刀，该臂具有臂端部，该盘刀适于接合待开采材料且安装在臂端部上。该盘刀由所述臂驱动到待开采材料内，且所述臂还包括主部分和腕部分，该腕部分枢转地附接到主部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿山机械，并且具体地(但非排他性地)涉及硬岩挖掘。
背景技术
2003年5月13日发布的美国Sugden专利6,561,590描述了在下文描述的发明中使用的截割装置。Sugden的装置是旋转(盘)底切式截割装置，它提供了改进的、从岩面的岩石移除，且其制造和运行相对经济。
Sugden的装置采用足够大的反作用质量体来吸收在每个振荡循环期间由盘刀施加给岩石的力，使得该装置或支承该装置的结构具有最小位移或微小位移。因为该装置一般以一定角度将载荷施加到岩面，所以这引起岩石的拉伸断裂而不是使岩石破碎。施加到岩石的这种拉伸断裂力大大小于破碎力所需的力，从而与已知的岩石挖掘机械相比，也能实现所需的反作用质量体的相应减小。当安装到支承结构时，Sugden装置中的盘刀优选布置为使得该反作用质量体能够吸收盘刀所经受的周期性力和峰值力，同时该支承结构提供与盘刀所经受的平均力相当的回复力。
相对于已知的岩石挖掘机械，Sugden的装置通常要求施加大大减小的力。至少设想了法向力、数量级或其他明显因素方面的降低。这样的低力便于使用臂或吊杆形式的支承结构，该支承结构能够迫使盘刀的刃与岩石以任何所需的角度接触，且可在任何方向上操纵该盘刀的位置。特别地，在长壁开采中，盘刀或盘刀阵列可横跨长壁面的长度安装，并在每次推进(pass)中沿主开采方向行进。有利地，Sugden的装置允许盘刀在长壁型挖掘中从先前的一次挖掘掘进(drive)进入到岩面内，或从预先钻出的出入孔进入到岩面内，或通过以相对于岩面的小角度凿击岩石，直至实现该次推进所需的深度。在盘刀安装于可移动吊杆上的情况下，盘刀能够绕岩面移动，以便以任何期望的几何形状来挖掘该岩面。
当使用这种安装在枢转臂的端部上的盘刀时，一个困难是：既要支承盘刀头的重量，同时又要允许该枢转臂摆动超过180度。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种能够有效使用偏心从动盘来开采材料的矿山机械。
本公开的另一个目的是提供一种能够通过使臂摆动超过180度的弧而凿入开采面内的矿山机械。
本公开提供了一种包括截割机构的矿山机械，该截割机构包括：臂，该臂具有臂端部；盘刀，该盘刀适于接合待开采材料，且安装在臂端部上。该盘刀由所述臂驱动到待开采材料内，且该臂还包括主部分和枢转地附接到该主部分的腕部分。
附图说明
图1是盘刀组件的截面图。
图2是挖掘岩面时该盘刀组件的动作的示意图。
图3是本发明的截割机构的透视图。
图4是根据本发明的多个盘刀组件的截割模式的示意性透视图。
图5是图3的截割机构的分解透视图。
图6是图3的截割机构的截割头部分的局部截面图。
图7是将刀头安装在臂附接支架上的部分的放大截面图。
图8是本发明的矿山机械的示意性顶视图。
图9是用于将臂可枢转地安装在图8所示的矿山机械的前平台上的机构的透视图。
图10是图9的枢转机构和臂的截面图。
图11至图17是图5所示的截割机构臂的透视图。图11至图17图示了臂移动的运动次序。
图18至图20是图11至图17所示的臂的运动次序的顶视叠影图。
具体实施方式
在详细说明本发明的一个实施例之前，首先应理解的是，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在附图示出的部件的构造及布置结构的细节。本发明可以具有其他实施例且能够以各种方式实践或实施。还应理解的是，在此使用的措辞和术语仅用于描述的目的，而不应视为具有限制性。在此使用的“包括”和“包含”及它们的变体意味着包括其后列出的项及其等同物以及另外的项。在此使用的“由...组成”及其变体意味着仅包括其后列出的项及其等同物。另外，应理解的是，诸如“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”和“向下”等的术语是为便于参考附图所用的词语，不应解释为限制性术语。
图1是盘刀组件的截面图。该盘刀组件10包括安装组件11和旋转盘刀12。安装组件11包括可旋转地安装在壳体14内的安装轴13，该壳体14可构成或连接到用于吸收冲击力的大质量体。因此，壳体14可由重金属形成或可连接到重金属质量体。该安装轴包括轴驱动部分18和盘驱动部分20。
根据本发明的岩石挖掘或开采机械包括盘刀12，且其特征在于该盘刀被驱动为以偏心方式移动。该偏心移动的大小直接与盘驱动部分轴线和轴驱动部分轴线中心之间的偏移量成比例，通常该偏移量较小。优选地，以较小的幅度和例如3000rpm的高频率来偏心地驱动该盘刀12。
使盘刀12受到驱动的运动通常以一定角度凿击岩石，且引起岩石的拉伸断裂，从而岩屑在该盘刀的凿击下从岩面分离。在此，本发明与滚刃盘刀不同，该滚刃盘刀施加与岩面垂直的力以形成产生岩屑的侧向裂纹。根据该盘刀组件，在岩石内产生拉伸断裂以分离岩屑所需的力在量级上小于已知的滚刃盘刀移除相同量的岩石所需的力，从而，本发明的装置在能量要求方面有效得多。
优选地，盘刀组件10的盘刀12具有圆形外周。盘刀12包括多个间隔开的截割尖或截割齿16，这些截割尖或截割齿16优选由碳化钨制成，并固定到盘刀12的圆形外周上。盘刀12的外周布置成相对于其振荡运动可自由旋转，从而该外周能够在凿击下靠着岩面滚动。以此方式，外周截割刃的所有部分逐渐地与岩石脱离接触并允许被冷却，因而磨损的分布均匀。由于接触力相对小，所以与滚刃式刀具相比，磨损率降低了。
更特别地，盘刀12的振荡或偏心移动能够以任何适当的方式产生。在优选的布置中，如下文所述，盘刀12安装成在轴驱动部分18和盘驱动部分20上旋转移动，该轴驱动部分18由适当的驱动装置(未示出)驱动，盘刀12安装在该盘驱动部分20上。轴驱动部分18旋转时所围绕的轴线从盘驱动部分20偏移，从而促使盘刀12以偏心方式移动。如图1所示，盘驱动部分20的截面图示出了盘驱动部分20在轴驱动部分18的中心轴线下方更厚。盘刀12的中心轴线及其盘驱动部分20仅以几毫米的量级从轴驱动部分18的轴线偏移。偏移的大小决定了盘刀12的振荡(偏心)移动的程度。该盘刀的这种偏心移动使得盘刀12对于待开采材料产生类似手持式凿岩机的动作。
在替代构造(未示出)中，如美国Sugden的专利6,561,590中所描述的，也可使盘刀12在振荡的同时张动，这通过使驱动部分旋转时所围绕的轴线从盘刀12的安装部分的轴线偏移来实现。
盘刀12通过安装转子36安装在盘刀组件10上。安装组件11包括具有轴支承部分19的壳体14。壳体14也支承了安装转子36。轴支承部分19具有与驱动轴13的轴线重合的纵向轴线。驱动轴13通过轴承15和17可旋转地安装在轴支承部分19内，该轴承15和17可以是任何适当类型和承载能力的轴承。轴承15和17以本领域技术人员公知的任何适当方式安装。
轴支承部分19的一个端部21具有平坦的径向延伸表面23。附接到该平坦的径向延伸表面23的外周是环形的盘状保持盖25。盘状安装转子36包括一个端部26，且该端部26也具有平坦的径向延伸表面27。盘状安装转子36的一个端部26与轴支承部分19的一个端部21邻接，并且这两个端部21和26相互抵靠以支承该盘状安装转子36和盘刀12，从而用于盘刀12相对于轴支承部分19的旋转移动。盘状安装转子36的一个端部26由盘状保持盖25保持到位，该盘状保持盖25延伸超过盘状安装头端部26的外周。在盘状安装转子36的一个端部26与盘状保持盖25之间提供足够的间隙，以允许盘状安装转子36和盘刀12相对于盘状保持盖25的偏心移动。润滑口(未示出)在各个平坦的径向延伸表面23和27之间保持一层油膜，并将润滑剂供给到盘刀组件10内的其他移动部件。盘刀12通过适当的连接装置、例如通过螺纹连接件37安装在安装转子36上。通过移除连接件37，盘刀12可从盘刀组件10上取下，以进行替换或修理。
盘刀12安装成在盘驱动部分20上自由地旋转移动。通过球面滚子轴承39来安装盘刀12，该球面滚子轴承39由安装转子36的台阶40和壁41定位。大的轴承39直接与盘刀12的载荷路径对齐，因此承受了径向刀具载荷的大部分。在盘刀组件10内采用的各种轴承可具有任何类型，但优选它们是抗磨滚子轴承，且可以是液体动压轴承或液体静压轴承。
在凿击时，盘刀12的移动将冲击载荷施加到岩面，这引起岩石的拉伸断裂。参考图2，可以看到，盘刀12的运动使得截割尖或截割刃58在振荡移动下接合在岩石56的点59处。这种振荡移动导致盘刀12在与安装轴13的轴线AA基本垂直的方向上行进。所提供的振荡移动使得截割刃58基本在方向S上撞击岩面59，从而如图所示在岩石内形成岩屑60。后来产生的岩屑由虚线61表示。盘刀12对下岩面59的作用类似于凿子在诸如岩石等的脆性材料内产生拉伸应力时的作用，这有效地引起拉伸破坏。该盘刀对下岩面59的冲击方向S通过轴承39而进行反作用。
图3、图5和图8图示了根据本发明的矿山机械100(见图8)。矿山机械100包括截割机构104，该截割机构104包括：臂108，该臂108具有臂端部112(见图5)；第一盘刀116，该第一盘刀116经由大的吸力质量体127(见图5)安装在臂端部112上且适于接合待开采材料。截割机构104还包括：第二盘刀120，该第二盘刀120安装在臂端部112上，与第一盘刀116间隔开且适于接合待开采材料；以及第三盘刀124，该第三盘刀124安装在臂端部112上，与第一盘刀116及第二盘刀120间隔开且适于接合待开采材料。更特别地，每个盘刀116、120和124分别是上述盘刀组件117、121和125(见图5)的一部分。
盘刀116、120和124安装成可移动到被挖掘的岩石内。因此，矿山机械100例如安装在车轮或轨道或履带或轨(均未示出)上，且优选的是，该安装设备布置为对于由该盘刀施加的大致平均的力起作用，而大的吸力质量体127(见图5)对于峰值力起作用，如下文所述。
更特别地，如图8所示，截割机构104还包括：用于使盘刀进入待开采材料内的装置，该装置包括前平台128和后平台130、用于将所述臂安装在前平台128上以水平地从一侧到另一侧摆动的枢转装置132、以及在该前平台与后平台之间的可伸出且可缩回的装置，该可伸出且可缩回的装置为一对间隔开的液压缸136的形式，以在后平台130被锚固时使前平台128相对于后平台130向前(朝向待开采材料)移动，以及在前平台128被锚固时使后平台130相对于前平台128向前移动。如图8中示意性地示出的，传送带145或真空系统(未示出)或二者可定位在这些盘刀下方且位于矿山机械100的一侧，以移走所除下的材料。
通过分别利用连接在臂108与前平台128之间的第一液压缸160和第二液压缸164来使臂108摆动到待开采材料内，每个盘刀116、120和124由臂108驱动到待开采材料内。在其他实施例中(未示出)，可使用液压或电动旋转致动器来使臂108旋转，从而增加臂的旋转量。臂108也可相对于前平台128平移，这通过将臂108、其枢转装置132以及液压缸160和164安装在臂平台168上来实现，该臂平台168可沿着前平台128上的与待开采材料平行的轨道(未示出)滑动。连接在臂平台168和前平台128之间的缸172使臂108相对于前平台128沿着表面(侧向)移动。
相对来说，每个盘刀的质量比为了吸收载荷而提供的质量体127小得多。盘刀在振荡的情况下接合岩面时施加在每个盘刀上的载荷由大质量体127的惯性而非由臂108或其他支承结构来抵抗或吸收。
更特别地，如图3和图5所示，截割机构104包括：臂108；具有刀头形式的大质量体127；以及支架176，该支架176用于将刀头127附接到臂108。刀头127是收容三个盘刀组件10的壳体。再特别地，该刀头分别包括三个开口180、182和184，这三个开口180、182和184中的每一个均以常规方式收容盘刀116、120和124之一及它们各自的组件。这三个开口周围的刀头内部空间填充有重型材料，例如灌注或预铸的铅186，如图6中的刀头127的横截面所示。喷水器129(见图3和图5)沿材料截割方向邻近每个盘刀的的前部和后部安装，以帮助从盘刀上清除材料。通过使三个偏心驱动的盘刀共享一个重的重量，所需的总重量更轻，因此矿山机械100更轻便，更紧凑。在优选实施例中，三个盘刀共享大约6吨的重量，且每个盘刀具有大约35厘米的直径。在其他实施例中，可使用更小或更大的盘刀。
支架176以适当方式(未示出)、例如通过焊接固定到臂108。支架176通过两个U形管槽190和192附接到刀头127。每个管槽容纳刀头127上的凸缘194和支架176上的凸缘196，以将刀头127附接到支架176。如图7所示，弹性套筒200置于刀头127与支架176之间，以将刀头的振动与臂108隔离。
如图9和图10所示，用于将臂108枢转地安装在前平台128上以水平地从一侧到另一侧摆动的装置132包括用于使臂108竖直地从顶部到底部移动的枢转件204。枢转装置132包括分体式支承销208，该分体式支承销208具有附接到臂108顶部的顶部销209和附接到臂108底部的底部销210。更特别地，枢转装置204包括上球轴承壳体216和下球轴承壳体224。臂108通过位于上球轴承壳体216和顶部销209之间的上球轴承211安装在顶部销209上，并且臂108通过位于下球轴承壳体和底部销210之间的下球轴承213安装在底部销210上。如图10所示意性示出的，每个球轴承壳体216和224通过容座228和232相对于臂平台168保持静止。
为了实现臂108的竖直上下移动或从顶部到底部的移动，装置204包括：杆234，该杆234附接到下球轴承壳体224；销236，该销236附接到杆234，且该销236在其基部处枢转地附接到臂平台168；以及用于使该杆枢转的装置，该装置为连接在销236的顶部与所述臂平台之间的液压缸237的形式，以使下球轴承壳体224枢转并因此使臂108枢转。在下球轴承壳体224的另一侧附接有相同的与臂平台168附接的杆和销(都未示出)，因此为所述组件提供了固定的枢转点。
矿山机械100通过如下步骤来运行：通过使用液压缸136使臂108朝向待开采材料前进第一增量距离；使臂108摆动以截割材料；然后，使臂108朝向待开采材料前进第二增量距离，该第二增量距离等于第一增量距离。结果，刀头127与待开采材料之间的接触被最小化。在臂108返回到其开始截割时的位置期间，臂108略微后退(大约4cm)，以有助于防止刀头127在其返回期间与岩面接触。
图11至图20图示了矿山机械臂300的另一个实施例。其中在第一实施例中，臂108可摆过大约120度至150度的弧，而在此实施例中，臂300能够摆过大约220度的弧。
除了以下方面之外，所示出的臂300在许多方面与如图5所示的第一实施例的臂108类似：现在的枢转臂300包括主部分304和腕部分308，该腕部分308枢转地附接到主部分304。更特别地，主部分304包括两个间隔开的水平主板312。在两个主板312之间可旋转地安装并延伸的是支承件316。腕部分308附接到支承件316，且能够通过绕该支承件316旋转而相对于主部分304枢转。
腕部分308包括：两个间隔开的安装板322，所述两个间隔开的安装板322附接到支承件316；以及两个间隔开的腕板326，所述两个间隔开的腕板326平行于安装板322但与安装板322径向向外间隔开。腕板326通过支承杆330枢转地附接到安装板322，该支承杆330在腕板326之间延伸且穿过安装板322内的开口(未示出)。刀头安装支架176附接到腕板326。
为了使安装板322相对于主部分304旋转，两个间隔开的液压缸324和328在主部分304与腕部分308之间延伸。一个缸324在支承件316一侧附接到安装板322，而另一个缸328在支承件316另一侧附接到同一安装板322。通过使一个缸伸出并使另一个缸缩回，腕部分308能够相对于主部分304绕支承件316枢转。
为了使腕板326相对于安装板322枢转，腕部液压缸334安装在最下方的安装板322上且在安装板322与腕杆340(见图19)之间延伸，该腕杆340附接到所述间隔开的腕板326且在腕板326之间延伸，并且所述腕部液压缸334容纳在安装板322内的弯曲槽344中且经过该弯曲槽344。
为了使腕板326相对于安装板322枢转，腕部液压缸334伸出或缩回。
为了使截割机构104枢转超过180度，枢转运动的次序在图11至图20中示出。更特别地，在图11中，最左侧的主液压缸328被示出为缩回，而最右侧的主液压缸324被示出为伸出。这使得当从该臂的顶部向下观察时截割机构104大约处于八点钟位置。在此位置，腕部缸334缩回。
在其他实施例(未示出)中，可使用除液压缸以外的、用于使安装板或腕板枢转的其他装置。例如，可使用机械螺钉、齿条和齿轮、或者电动马达和齿轮传动组件。
为了帮助在腕板摆动结束时提供止动，可使用机械止动件。例如，最上方和最下方的腕板326每个均包括钩352，如图15所示，当腕部分308沿逆时针方向(当从上方观察时)完全旋转时，所述钩352与在安装板322之间延伸且从安装板322径向向外延伸的条状件356接合。
最上方的主部分板312内的切口356去除了该板的一部分，否则该部分将干涉腕杆330。
从以下权利要求中，本发明的各种其他特征和优点将显而易见。
Claims (8)
1.一种用于从矿壁移除材料的矿山机械，所述矿山机械包括：
框架；
臂，所述臂联接到所述框架，并且所述臂包括主部分和腕部分，所述腕部分枢转地附接到所述主部分，所述主部分包括两个间隔开的主板和支承件，所述支承件在两个主板之间延伸，所述腕部分包括两个间隔开的安装板和两个间隔开的腕板，所述两个间隔开的安装板通过绕所述支承件旋转而可枢转地联接到所述主部分，所述两个间隔开的腕板绕轴线可枢转地联接到所述两个间隔开的安装板，所述两个间隔开的腕板具有臂端部；
盘刀，所述盘刀适于接合待开采材料，并且通过用于偏心地驱动所述盘刀的盘刀组件安装在所述臂端部上，其中所述盘刀由所述臂驱动到所述待开采材料中，并且其中所述盘刀限定截割刃；
两个间隔开的第一液压缸，用于相对于所述主部分枢转所述两个间隔开的安装板，所述第一液压缸包括联接到所述主部分的第一端和联接到所述两个间隔开的安装板的第二端；
第二液压缸，用于相对于所述两个间隔开的安装板枢转所述两个间隔开的腕板，所述第二液压缸包括联接到所述两个间隔开的安装板的第一端和联接到所述两个间隔开的腕板的第二端；
其中所述两个间隔开的安装板和所述两个间隔开的腕板的结合枢转使所述盘刀的所述截割刃移动通过大于180度的角。
2.根据权利要求1所述的矿山机械，其中所述两个间隔开的安装板附接到所述支承件，并且所述两个间隔开的腕板平行于所述安装板、但从所述安装板径向向外隔开，所述腕板通过腕杆枢转地附接到所述安装板，所述腕杆在所述腕板之间延伸且穿过所述安装板中的开口。
3.根据权利要求2所述的矿山机械，其中所述支承件联接到所述主板，所述两个间隔开的安装板可枢转地联接到所述支承件。
4.根据权利要求2所述的矿山机械，其中最上方的腕板和最下方的腕板每个均包括钩，当所述两个间隔开的腕板完全旋转时，所述钩与条状件接合，该条状件在所述安装板之间且从所述安装板径向向外地延伸。
5.根据权利要求2所述的矿山机械，其中所述两个间隔开的第一液压缸在所述主部分与所述两个间隔开的安装板之间延伸，使得所述安装板相对于所述主部分旋转，一个缸在所述支承件的一侧附接到所述安装板中的一个安装版，而另一个缸在所述支承件的另一侧附接到同一安装板，使得通过使一个缸伸出和使另一个缸缩回，所述两个间隔开的安装板相对于所述主部分绕所述支承件枢转。
6.根据权利要求2所述的矿山机械，其中所述第二液压缸在所述安装板与腕杆之间延伸，该腕杆附接到所述间隔开的腕板且在所述间隔开的腕板之间延伸，并且，所述腕杆容纳在所述安装板中的弯曲槽中且经过所述弯曲槽，使得所述腕板相对于所述安装板枢转。
7.根据权利要求6所述的矿山机械，其中所述主部分中的切口容纳所述腕杆以防止在所述腕部分的枢转期间所述主部分与所述腕杆干涉。
8.一种用于从矿壁移除材料的矿山机械，所述矿山机械包括：
臂，所述臂包括主部分和腕部分，所述腕部分包括两个间隔开的安装板和两个间隔开的腕板，所述两个间隔开的安装板绕支承件可枢转地联接到所述主部分，所述两个间隔开的腕板绕轴线可枢转地联接到所述两个间隔开的安装板，所述两个间隔开的腕板具有臂端部；
盘刀，所述盘刀适于接合待开采材料，并且通过用于偏心地驱动所述盘刀的盘刀组件安装在所述臂端部上，其中所述盘刀由所述臂驱动到所述待开采材料中，
两个间隔开的第一液压缸，用于相对于所述主部分枢转所述两个间隔开的安装板，所述第一液压缸包括联接到所述主部分的第一端和联接到所述两个间隔开的安装板的第二端；
第二液压缸，用于相对于所述两个间隔开的安装板枢转所述两个间隔开的腕板，所述第二液压缸包括联接到所述两个间隔开的安装板的第一端和联接到所述两个间隔开的腕板的第二端，并且
其中所述两个间隔开的安装板和所述两个间隔开的腕板通过最大运动范围的枢转使盘刀头在第一点和第二点之间移动，在所述第一点和所述第二点之间的角距离大于180度。
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