CN103492673B - 切割头和切割头保持器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于重型采矿、钻凿或铣削操作的切割头(1)。所述切割头包含：大体锥形的本体(15)，所述本体(15)的第一端部(11)具有切割点(13)，并且所述本体(15)的第二端部(12)具有轴向延伸的凹部(14)，所述凹部(14)具有大体凸形的表面部分，并且具有锁定装置(19)，以用于可释放且可旋转地将所述切割头连接到切割头保持器(2)的突出部分(22)。所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大体锥形的表面部分。还提供相应的切割头保持器(2)，以及包含这样的切割头(1)和切割头保持器(2)的系统。
Description
技术领域
本发明涉及用在重型采矿或钻凿设备或在道路铣削设备中使用的可旋转切割头和切割头保持器。
本发明特别地涉及所谓的“截齿型切割头”。
背景技术
在例如采矿、钻凿或道路铣削的应用中，可具有例如鼓或钻头形式的驱动本体设有多个可更换的切割头，该切割头具有非常硬的切削点。在US2008/258536A1的图1和14-20中示出这样的驱动本体的非限制性示例。
在US2008/258536A1中示出的切割头包含：头部，该头部可以是大致锥形的并且朝切割点渐缩；和柄，该柄能够插入到切割头保持器中。切割头是磨损件，因此期望能够快速地更换已磨损的切割头，并且还期望以尽可能低的成本生产这种的切割头。
切割头保持器则被固定连接到驱动本体。切割头保持器的功能是保证切割头沿期望方向倾斜并且以可更换方式接纳切割头。切割头保持器可以与驱动本体成一体，其可以与驱动本体形成为一个部件，或其可以被附接到驱动本体。切割头保持器可以或多或少地从驱动本体的表面突出。
US5,261,499公开了一种钻头，该钻头根据以上阐述的原理设计，并且其中钻头的头部相对于柄可旋转，柄用于将磨损更均匀地分布在头部上。
US3,342,531公开了各种钻头设计，这些设计提供了严格锥形的钻头头部，所述钻头头部可附接到柄上，柄则可附接到钻头保持器。
US2008/0309148A1示出了一种切割头设计，包含：大体锥形的本体，所述本体的第一端部具有切割点，并且所述本体的第二端部具有轴向延伸的凹部，所述凹部具有锁定装置和大体凸形的表面部分，所述锁定装置用于可释放且可旋转地将所述切割头连接到切割头保持器的突出部分，所述大体凸形的表面部分在所述锁定装置处开始并且朝向基底表面延伸，其中所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大体锥形的表面部分。
存在对改进切割头和切割头保持器的设计的普遍需要。
发明内容
本公开的大体目标是提供一种切割头概念，其提供改进的耐用性并且能够以较低的成本被制造。
本发明由本发明的以下方面限定。在以下描述以及附图中阐述实施例。
根据第一方面,提供一种单尖端的切割头，该切割头用于重型采矿、钻凿或铣削操作中。该切割头包括：大体锥形的本体，所述本体的第一端部具有切割点，并且所述本体的第二端部具有轴向延伸的凹部，所述凹部具有大体凸形的表面部分和锁定装置，以用于可释放且可旋转地将所述切割头连接到切割头保持器的突出部分。所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大体锥形的表面部分。所述大体凸形的表面部分包括轴向圆化凸形表面。
术语“大体锥形”应该被理解为还包括截头锥形的本体，以及具有大体锥形的截面的旋转对称或近似旋转对称的本体。
“入口部分”是位于凹部的内侧的、处在锥形本体的第二端部处的部分，并且其被设计为在切割头和切割头保持器之间的力传递时起作用。
在穿过切割头的轴向横截面中，诸如在图6中，限定了轴向圆化凸形表面。
可以将旋转连接构思为使得当切割头没有承受或承受相对小的负载时，切割头和切割头保持器相对彼此可旋转，而当承受较大负载时，切割头和切割头保持器不能够相对彼此旋转。在切割之间，可能存在相对松的接触，或甚至在相互作用的锥形/凸形表面和/或锥形表面之间存在小的间隙。
凸形的表面部分和锥形的入口部分被设为用于有效地负载传递。具体地，在锥形和凸形/凹形表面之间的相互作用被用于提供改进的对通过锥形表面的冲击负载的吸收，并且增加抵抗剪切负载的能力。所要求保护的几何形状还用以将切割头自行对中到切割头保持器上，从力传递的角度看，这是有利的。最后，所公开的设计允许较大的突出部分，而不会有因为过多地移除材料而弱化切割头的问题。
锁定装置可以与凹部的开口向内隔开。
凸形的表面部分可以被定位在锁定装置和凹部的开口之间。例如，凸形的表面部分可以被定位在锥形表面部分和锁定装置之间。
从锥形本体的基底表面到锁定装置的最内侧部分的距离小于或等于大致锥形本体的总高度的一半。
凸形的表面部分的半径大于或等于从锥形本体的基底表面到锁定装置的最内侧部分的距离的1/4。
凸形的表面部分的半径小于或等于从锥形本体的基底表面到锁定装置的最内侧部分的距离的两倍。
锥形本体的外表面部分可以是大体凹形的。
锁定装置可以包括轴承。因此，促进相对旋转运动。
大体锥形本体可以主要由钢和/或碳化物形成。
切割点可以至少涂覆有超硬材料，或超硬材料的组合。因此，切割点可以部分地或完全地由超硬材料形成。
超硬材料可以被限定为当用维氏硬度测试测量时具有超过40GPa(吉帕斯卡)的硬度值的材料，并且其包括但不限于金刚石、立方氮化硼、碳氮化物和聚合金刚石纳米棒。
根据第二方面，提供一种用于切割头的切割头保持器。该切割头保持器包括：保持器本体；突出部分，所述突出部分从所述保持器本体延伸，并且所述突出部分适于延伸到根据如上所述的切割头的凹部中；和锁定装置，所述锁定装置被定位在所述突出部分上，以用于可释放且可旋转地将所述切割头锁定到所述切割头保持器。所述突出部分具有凹形的表面部分，所述凹形的表面部分适于抵靠所述切割头的所述凸形的表面部分。所述切割头保持器具有肩部，所述肩部具有大体锥形表面部分，用于与所述切割头的所述入口部分相互作用。所述凹形表面部分包括轴向圆化的凹形表面。
在穿过切割头的轴向横截面中，诸如在图6中，限定了轴向圆化的凹形表面。
“保持器本体”是以相对永久的方式附接到驱动本体并且接纳可更容易更换的切割头的本体。
“肩部”是位于从突出部分到保持器本体的过渡部分处的部分，并且因此该部分具有向外面向的锥形表面部分。凹形表面部分提供有效负载传递。
切割头保持器可以适于被永久地固定到驱动本体。
突出部分与保持器本体形成为一个部件。
与由附接到保持器本体的分离部件形成突出部分的布置结构相比，一个部件的布置结构提供增加的抗疲劳性。
根据第三方面，提供一种系统，该系统包括如上所述的切割头和如上所述的切割头保持器。切割头的第二端部可以沿径向延伸超过切割头保持器的面向切割头的表面。
当切割头被连接到切割头保持器时，入口部分可以沿轴向延伸超过肩部。
在整个切割头上，为面向切割头的表面提供保护，并且还为在切割头保持器和切割头之间的整个接头提供保护，这是因为灰尘和粉末进入到接头中并且妨碍接头允许相对旋转运动的能力的危险减少了。
附图说明
图1示意性地图示切割头和切割头保持器；
图2是在图1中的切割头和切割头保持器的示意性截面图；
图3a-3b示意性地图示切割头的第一实施例，其中切割点被移除；
图4a-4b示意性地图示切割头的第二实施例，其中切割点被移除；
图5a-5b示意性地图示切割头的第三实施例，其中切割点被移除；
图6是切割头和切割头保持器的第一实施例的示意性截面图，其中切割点被移除；
图7是切割头和切割头保持器的第二实施例的示意性截面图，其中切割点被移除；
图8是切割头和切割头保持器的第三实施例的示意性截面图，其中切割点被移除；
图9是切割头和切割头保持器的示意性透视图。
具体实施方式
图1和图2图示了截齿系统，该系统包含切割头1和切割头保持器2。在第一端部11处，切割头具有切割点13，并且在第二端部12处，切割头具有轴向延伸的凹部14，该凹部14适于接纳形成切割头保持器2的组成部分的突起22。
切割头本体15可以由例如钢、碳化物或任何其它硬质材料形成。切割点13可以由具有超硬材料诸如金刚石、多晶金刚石或立方氮化硼的耐磨层的碳化物形成，或仅由超硬材料形成。
切割头保持器2可以包含保持器本体21，该保持器本体21可以由钢形成并且具有适于接纳切割头1的突起22。突起和保持器本体可以被形成为一个部件。切割头保持器适于以相对永久的方式连接到驱动本体，诸如鼓或钻头。此处，术语“永久的”并不排除切割头保持器能够被从驱动本体移除而不破坏其中的任何一个。
参考图2，从锥形本体的基底表面18到形成锁定装置19的组成部分的凹槽的最内侧部分的轴向距离D可以小于或等于包括切割点在内的大体锥形本体的总高度G的一半。
此外，凸形表面部分的半径R可以大于或等于从锥形本体的基底表面18到形成锁定装置19的组成部分的凹槽的最内侧部分的距离D的大约1/4。
凸形表面部分的半径R可以小于或等于从锥形本体的基底表面18到形成锁定装置19的组成部分的凹槽的最内侧部分的距离D的两倍。
切割头保持器可以具有面向切割头的表面223，该面向切割头的表面223被限定为切割头保持器的与处于切割头保持器上的凹部的轴向突出重合(coincide)的表面。因此，面向切割头的表面是大体环形的。所述面向切割头的表面面向切割头的凹部，并且可以被定位为离保持器本体比离锁定装置更近。面向切割头的表面的一部分可以是凹形的，以与上述凸形表面匹配。
切割头的第二端部12的至少一部分可以沿轴向延伸足够远，以当突起部分被完全接纳在所述凹部中时与所述面向切割头的表面完全轴向重合。在另一个实施例中，切割头的第二端部12延伸足够远，以当突起部分被完全接纳在所述凹部中时在所述面向切割头的表面的环形段上与面向切割头的表面完全轴向重合。
切割头的第二端部12还可以在所述突起部分被完全接纳在所述凹部中时完全地或在面向切割头的表面的环形段上沿轴向延伸超过面向切割头的表面。
基底表面18可以是大体环形且连续的，即不具有轴向狭缝。
图3a-3b和图6示意了切割头1和切割头保持器2的第一实施例。
切割头1具有大体锥形或截头锥形本体15，其包络表面具有凸形表面部分16，或整体上是大致凸形的。本体15可以是大致对称的。
切割头1具有凹部14，该凹部14起始于基底表面18处，并且轴向延伸到本体15中，并且终止于凹部底部141处，所述凹部底部141在该实施例中是大致半球形的。锁定装置19被定位在该凹部14中。
锁定装置19可以包括周向凹槽，锁定环可以布置在该周向凹槽中。锁定环可以是弹性的。其外周可以是连续或间断的，例如垛口状的。锁定装置可以被设计为一旦锁定装置已经被致动以将切割头1连接到切割头保持器2，就提供足以允许切割头和切割头保持器之间的旋转运动的间隙。
锁定装置可以至少包括布置在切割头上的一个部分和布置在切割头保持器上的一个部分。例如，锁定装置可以包括一个或多个锁定突起，所述一个或多个锁定突起被接纳在互补的锁定凹部中。锁定突起可以与切割头或切割头保持器形成为一个部件，或其可以以初始地安装在切割头保持器上或初始地安装在切割头中的分离部件的形式被提供。
起始于锁定装置19处并朝基底表面18延伸或一直延伸到基底表面18，存在过渡表面17，所述过渡表面17具有(在横截面中看时)凸形表面部分，或所述过渡表面17整体是凸形的。
在凹部14的最低处部分处，存在入口部分171，所述入口部分171是大体锥形的。
参考图6，切割头保持器可以具有与凹部14互补的形状，其中具有容许在切割头和切割头保持器之间的相对旋转运动的小间隙。例如，突起可以具有：大致半球形的远端222；锁定装置，所述锁定装置可以被形成为周向凹槽；和过渡表面221，所述过渡表面221适于与过渡表面17相互作用，并且因此具有从锁定装置延伸的大体凹形表面部分。
图4a-4b和图7示意了切割头1'和切割头保持器2'的第二实施例。
切割头1'具有大体锥形或截头锥形的本体15'，其包络表面具有凸形表面部分16，或其整体是大致凸形的。所述本体15'可以是大致对称的。
切割头1具有凹部14，所述凹部14起始于基底表面18并轴向延伸到本体15'中，并且终止于凹部底部141'处，该凹部底部141'在该实施例中是大体平坦的，且具有斜切(chamfered)边缘。锁定装置19被定位在凹部14中。锁定装置19可以包括周向凹槽，锁定环可以被布置在所述周向凹槽中。所述锁定环可以是弹性的。
起始于锁定装置19处并朝基底表面18延伸或一直延伸到基底表面18，存在过渡表面17，该过渡表面17可以具有(在横截面中看时)凸形表面部分，或其可以整体是凸形的。
参考图7，切割头保持器2'可以具有与凹部14互补的形状，其中具有允许在切割头和切割头保持器之间的相对旋转运动的小间隙。例如，突起可以具有：大致平坦的远端222'，所述远端222'具有斜切边缘；锁定装置，所述锁定装置可以被形成为周向凹槽；和过渡表面221，所述过渡表面221适于与过渡表面17相互作用，并且因此具有从所述锁定装置延伸的大体凹形表面部分。
图5a-5b和图8示意了切割头1"和切割头保持器2"的第三实施例。
切割头1"具有大体锥形或截头锥形的本体15"，其包络表面具有凸形表面部分16，或其整体是大致凸形的。本体15"可以是大致对称的。
切割头1具有凹部14，凹部14起始于基底表面18处并轴向延伸到本体15"中，并且终止于凹部底部141"处，所述凹部底部141"在该实施例中是大致平坦的，且具有圆化边缘。锁定装置19被定位在凹部14中。锁定装置19可以包括周向凹槽，锁定环可以被布置在该周向凹槽中。所述锁定环可以是弹性的。
可以在设在锁定装置19和基底表面18之间设置一个或多个轴承191、192，所述轴承191、192可以是滚珠轴承形式的。
起始于锁定装置19处并朝基底表面18延伸，或一直延伸到基底表面18，存在过渡表面17，所述过渡表面17可以具有(在横截面中看时)凸形表面部分，或其可以整体是凸形的。作为替代，凸形过渡表面可以源自最下侧的轴承192处并朝基底表面18延伸，或一直延伸到基底表面18。
轴承191、192可以包括多个滚珠和滚珠保持架，如在滚珠轴承技术中的常规的那些。可以将轴承191、192设置为锁定装置19的补充或替代。
参考图8，切割头保持器2"可以具有与凹部14互补的形状，其中具有允许在切割头和切割头保持器之间的相对旋转运动的小间隙。例如，突起可以具有：大体平坦的远端222"，所述远端222"具有圆化边缘；锁定装置，所述锁定装置可以被形成为周向凹槽；和过渡表面221，所述过渡表面221适于与过渡表面17相互作用，并且因此具有从上述锁定装置延伸的大体凹形表面部分。突起22"可以还具有适于接纳布置在切割头1"的凹部14"中的轴承的一个或多个轴承凹槽。
如在图9所公开的那样，切割头保持器可以具有面向切割头的表面223、224，所述面向切割头的表面包括可以是锥形以用于与切割头凹部14的入口部分的锥形表面相互作用的一个部分223和可以是大体平坦的一个部分224。
在另一个实施方式(图7、8)中，切割头保持器2'、2"仅具有锥形表面223，并且不具有这样的大体平坦部分。
在所公开的实施例中，环形凹槽被设置在切割头保持器的突出部分22上和切割头的凹部14中。然而，不排除其它的锁定装置的布置结构。
应该注意的是，可以将轴承连接到切割头的凹部14"或连接到突起22"。将轴承连接到凹部14"的优势会是，每当更换切割头1"时，轴承也被更换。将轴承连接到突起22"的优势在于，轴承因此会被再利用，从而降低了切割头1"的复杂性和成本
轴承可以形成锁定装置的组成部分，或完全构成锁定装置。
尽管目前尚未要求保护，但是可以构思到的是，提供具有上述一个部件形式的突起22和保持器本体21而没有凹形表面/凸形表面17、221或没有大体锥形表面部分171、223的实施例。
尽管当前尚未要求保护，但是还可以构思到的是，提供用切割头保护面向切割头的表面223、224而没有凹形表面/凸形表面17、221、没有大体锥形表面部分的入口部分、或没有一个部件形式的突起22和保持器本体21的实施例。
最后，可以构思到的是，提供切割头，在其第二端部12处具有裙部(未示出)，该裙部从基底表面18轴向延伸并且包围切割头保持器的至少一部分，从而对切割头保持器，并且特别地对切割头保持器和切割头的交界面提供额外保护。裙部可以与切割头形成为一个部件，或通过被附接到切割头本体的分离部分而形成，并且裙部可以一直绕凹部14延伸。在裙部的最内侧表面和切割头保持器之间可以存在径向间隙。裙部可以被设计为不参与从切割头到切割头保持器的力传递。
Claims (14)
1.一种用于重型采矿、钻凿、或铣削操作的单尖端的切割头(1)，所述切割头(1)包含：
大体锥形的本体(15)，所述本体(15)的第一端部(11)具有切割点(13)，并且所述本体(15)的第二端部(12)具有轴向延伸的凹部(14)，所述凹部(14)具有锁定装置(19)和大体凸形的表面部分，所述锁定装置(19)用于可释放且可旋转地将所述切割头连接到切割头保持器(2)的突出部分(22)，所述大体凸形的表面部分在所述锁定装置(19)处开始并且朝向基底表面(18)延伸，其中所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大体锥形的表面部分，其特征在于，所述大体凸形的表面部分包括轴向圆化的凸形表面，且所述大体凸形的表面部分(17)的半径(r)大于或等于从所述大体锥形的本体的基底表面(18)到所述锁定装置的最内侧部分的距离(D)的1/4。
2.根据权利要求1所述的切割头，其中，所述锁定装置(19)与所述凹部(14)的开口向内隔开。
3.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，所述大体凸形的表面部分(17)被定位在所述锁定装置(19)和所述凹部的开口之间。
4.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，从所述大体锥形的本体的基底表面(18)到所述锁定装置(19)的最内侧部分的距离(D)小于或等于所述大体锥形的本体的总高度(G)的一半。
5.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，所述大体凸形的表面部分(17)的半径(r)小于或等于从所述大体锥形的本体的基底表面(18)到所述锁定装置(19)的最内侧部分的距离(D)的两倍。
6.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，所述大体锥形的本体(15)的外表面部分(16)是大体凹形的。
7.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，所述锁定装置(19)包括轴承。
8.根据权利要求1或2所述的切割头，其中，所述切割点(13)至少涂覆有超硬材料，或超硬材料的组合。
9.一种用于切割头的切割头保持器(2)，所述切割头保持器(2)包括：
保持器本体(21)；
突出部分(22)，所述突出部分(22)从所述保持器本体延伸，并且所述突出部分(22)适于延伸到根据前述权利要求中的任一项所述的切割头(1)的凹部(14)中；和
锁定装置(19)，所述锁定装置(19)被定位在所述突出部分(22)上，以用于可释放且可旋转地将所述切割头(1)锁定到所述切割头保持器(2)，
所述突出部分(22)具有凹形的表面部分(221)，所述凹形的表面部分(221)适于抵靠所述切割头(1)的所述大体凸形的表面部分(17)，
其特征在于，
所述保持器具有肩部，所述肩部具有大体锥形的表面部分，用于与所述切割头的所述入口部分相互作用，并且所述凹形的表面部分包括轴向圆化的凹形表面。
10.根据权利要求9所述的切割头保持器，其中，所述切割头保持器(2)适于被永久地固定到驱动本体。
11.根据权利要求9或10所述的切割头保持器，其中，所述突出部分(22)和所述保持器本体(21)被形成为一个部件。
12.一种系统，所述系统包括根据权利要求1至8中的任一项所述的切割头(1)和根据权利要求9至11中的任一项所述的切割头保持器(2)。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述切割头的所述第二端部沿径向延伸超过所述切割头保持器的面向切割头的表面(223)。
14.根据权利要求12或13所述的系统，其中，当所述切割头连接到所述切割头保持器时，所述入口部分沿轴向延伸超过所述肩部。
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