CN105452603B - 矿物开采尖头、尖头保持器、滚筒和组合 - Google Patents

Abstract

一种在矿物开采等中使用的改进尖头和尖头保持器组件。改进尖头和尖头保持器通过使尖头在尖头保持器的移位最小来增加工具和尖头保持器的有效寿命。对于主要向内并主要向后施加到尖头的载荷来说，尖头的运动通过与尖头保持器的前后承载表面保持可靠接合的前后承载表面最小化。

Description

矿物开采尖头、尖头保持器、滚筒和组合

相关申请

本申请要求2013年6月18日提交的题为“Mineral Winning Pick,Tool Holder,and Combination”的美国临时专利申请No.61/836271的优先权，该申请通过整体合并于此。

技术领域

本发明涉及一种尖头和尖头保持器，其主要用于矿物开采，诸如采煤，但也能够用于其他地下目的，诸如隧道和道路掘进，或用于城市工程作业的地上目的，诸如道路计划、沟槽切割(陆地和海底)。

背景技术

在通过长壁技术进行煤炭和其他类型开采作业中，常规的是矿物通过单端或双端测距剪切机滚筒移除，单端或双端测距剪切机滚筒横穿矿物面，其中转动切割头部通过所述或每个测距臂承载以跟随地层。通常，每个滚筒设置50或更多位置，在这些位置处需要切割工具。尖头保持器在每个位置处焊接就位。每个尖头保持器支承被设计成接合地面的可更换尖头。在一些构造中，每个尖头保持器还容纳位于尖头后的水喷射器，以便为尖头的作业端(即头部)和煤炭喷射水。通常，每个尖头包括尖头柄部、将尖头保持在尖头保持器内的固定机构、头部和位于头部和柄部之间的过渡区域。过渡区域通常包括后跟和前趾或肩部。

在使用中，剪切器滚筒围绕其中心轴线转动。随着滚筒转动，尖头保持器围绕滚筒一起旋转，使得尖头接合地面。尖头保持器内的水喷射器将水喷射在尖头和煤炭上，以使灰尘和摩擦点燃的危险最小。

在剪切器滚筒转动的同时尖头接触壁的情况下，尖头经历由于尖头使待挖掘材料破坏而产生的力F。相对于材料面，诸如沿着法向于且垂直于前方向的线1a，力F有时会法向(N)于末端24。线1a延伸经过尖头10a的最前的冲击点到尖头组件8a围绕挖掘设备4的转动中心。在这种应用中，沿着线1a并只具有法向分量N的力称为法向(或向内)力，并且与切割路径同线或切向(T)的力F(即垂直于线1a并只具有切向分量)称为切向(或向后)力。

随着尖头围绕滚筒6一起转动，尖头将经历有时主要为切向的力F(即垂直于法向地延伸经过末端的撞击点到尖头组件围绕滚筒的转动中心并具有零度角度α的力延伸的力)。其他时候尖头将经历与切向T偏离角度α的力，其具有切向分量和法向分量(即切向T和法向N之间的力)。随着尖头继续转动，尖头将经历主要为法向的力(即在尖头上主要向内并与切向T偏离90度的角度α并法向地延伸经过末端24a的撞击点到尖头组件围绕滚筒6的转动中心的力)。主要向内或法向的力和主要向后或切向的力之间的力的转换造成尖头在尖头保持器内晃动。循环晃动造成尖头使尖头保持器过早磨损，如图4所示。尖头保持器上的过早磨损造成尖头锁定系统变得无效，并在使用期间导致尖头从尖头保持器弹出。通常，在尖头破坏或弹出时，尖头也会使水喷射器破坏。

损坏的保持器必须从滚筒切去，并且新的保持器被焊接在其原位。由于摩擦点燃的危险以及狭窄的黑暗作业区域，通常剪切器滚筒必须从长壁移除(即不能操作)，并移动到安全位置以便整修，例如移动到地表。移动剪切器滚筒、切割剪切器滚筒和尖头保持器之间的焊接部并将新的尖头保持器焊接就位是费时的。这种整修会是时间长和高成本的。

发明内容

本发明涉及一种在矿物开采等中使用的改进尖头和尖头保持器组件。通过本发明的构造，延长了尖头和尖头保持器的有效寿命。延长尖头和尖头保持器的有效寿命转变为所遇到的停机时间减少，以及生产率更大。

根据本发明的一个方面，尖头具有柄部，柄部包括对于施加到尖头的主要向内和主要向后的载荷来说与尖头保持器的承载表面保持可靠接合的承载表面。通过这种构造，尖头和尖头保持器能够在支承滚筒或切割链操作期间载荷在向后和向内载荷之间变化时更好地抵抗尖头的位移。减小的位移造成部件磨损减小，并且特别是尖头保持器内的开口壁的磨损减小。减小的位移还可增加刀片(即包括尖头的导前边缘的头部的切割部分)和硬质合金末端(嵌置在刀片内)随着尖头接合地面更好地经受材料流流过的能力(即尖头的导前边缘可经历较少磨损，并因此能够更好地将硬质合金末端保持在尖头内)。减小部件磨损并具体地减小尖头和尖头保持器的磨损减小了机器的停机时间，并增加生产率。

在本发明的另一方面，尖头具有接合地面的头部和配合在保持器内的开口内的柄部。头部和柄部在彼此重合的平面内对准，并且柄部相对于施加到尖头的向内指向力向后倾斜，使得柄部在施加到尖头头部的向内和向后力之间的过渡期间邻靠尖头保持器的前壁和后壁。

在本发明的另一方面，尖头具有包括接触地面的末端的头部和接收在保持器的开口内的柄部。柄部相对于末端上的向内力向后倾斜(即柄部被定向成使得沿着施加到远端的真实向内指向载荷延伸的线将与柄部交叉)并与保持器内的开口互补，使得柄部和保持器的前后承载表面趋于彼此贴靠，而不管载荷主要向内还是向后。向后倾斜有助于在柄部的承载表面之间分配力，从而降低部件且特别是尖头保持器的磨损。

根据本发明，尖头接合地面并经历造成尖头在尖头保持器上施加反作用力的力。柄部的向后倾斜通过即使在尖头经历有时大致向内(即具有主要法向力分量)、大致向后(即具有主要切向力分量)或切向和法向之间的力(即具有法向分量和切向分量的力)时也给予尖头邻靠尖头保持器内的孔的前壁和后壁的自然趋势来增加稳定性。

在本发明的另一方面，尖头的柄部和尖头保持器的开口包括互补固定结构，诸如C形钩和凹部，以更加可靠地将部件联接在一起，从而降低使用期间弹出的危险。

在本发明的另一方面，柄部的前部和后部通过与尖头保持器上的前后承载表面互补和镜像的偏离表面来限定。尖头和尖头保持器上的前后承载表面增加了尖头贴靠尖头保持器的承载表面。使用沿着尖头柄部和尖头保持器开口的前部和后部偏离的承载表面增加了稳定性，以便在使用期间更好地应对向后和侧向力之间的过渡，即偏离(或横向倾斜)的承载表面能够抵抗向后和侧向载荷，以便在使用期间减小尖头随着载荷变化而产生的位移，并由此降低部件磨损。

在本发明的另一方面，尖头包括头部和柄部。柄部的前表面设置位于头部和柄部的结合部处的横向倾斜(即向后偏离)表面(即从头部的底部沿着柄部向下延伸)，其被设计成经受普通载荷，但是在受到极大载荷时(诸如在撞击到矿井壁内的金属支承时)，造成尖头沿着头部和柄部的结合部破坏。以此方式，在尖头由于碎裂力而破坏时，尖头肩部从肩部破坏，并且尖头柄部可容易通过使其向下推动(即向内)经过保持器并离开滚筒内的缺口来移除。

根据本发明的另一方面，尖头头部的底部和尖头保持器包括偏离(或横向倾斜)表面。尖头的离移表面的最宽部分优选被限制成具有总体小于或等于柄部宽度的宽度。尖头保持器和尖头的偏离表面从尖头保持器的顶表面偏移，使得偏离表面贴靠尖头保持器的内表面。偏离表面使尖头和尖头保持器之间的表面面积最大，并因此增加部件之间的承载区域。另外，偏离表面对于侧向力提供稳定性，减小尖头施加到尖头保持器上的表面压力，并且减小尖头随着使用期间载荷方向变化在保持器内的位移。

根据本发明的另一方面，尖头设置肩部和刀片。肩部在刀片下方延伸，并从刀片向前伸出(即肩部的下侧承载表面在沿着施加到尖头的头部的硬质合金末端的远端的真实向内指向载荷延伸的线的前方延伸)。在尖头位于滚筒上的例子中，下侧承载表面在法向地延伸经过末端的撞击点到尖头组件围绕滚筒的转动中心的线的前方延伸。由于尖头遇到向内执行力，使肩部从刀片向前延伸增加了尖头的稳定性。

根据本发明的另一方面，尖头设置柄部和具有肩部和刀片的头部。肩部在刀片下方延伸并从刀片向前伸出。柄部相对于向内的力向后倾斜。肩部大致垂直于柄部的后承载表面。具有向后倾斜的承载表面和从刀片向前延伸并大致垂直于柄部的后承载表面的肩部允许后承载表面和肩部经受施加到尖头的向内力。

根据本发明的另一方面，尖头保持器衬有硬面材料。尖头保持器可在尖头在尖头保持器上施加反作用力的位置、尖头保持器经历流动的位置、尖头锁定件保持在尖头保持器内的位置以及尖头保持器上经历磨损的其他位置处衬有硬面。

根据本发明的另一方面，尖头没有到柄部的后的跟部，从而在力具有主要切向力分量时以及在力具有主要法向力分量时使得孔的前壁和后壁更好地承载反作用力。没有跟部的尖头还使得孔的前壁和后壁减小不希望的运动，并使尖头和尖头保持器之间的接触压力最小。没有后跟的尖头在尖头经历向内载荷(例如具有主要法向力分量的力)和向后(例如具有主要切向力分量)载荷时使多余的反作用点最少。没有后跟的尖头还可消除尖头和水喷射器之间的任何连接，减小水喷射器过早损坏的可能性。

在本发明的另一方面，尖头柄部在前后表面上具有间隙，使得柄部只在施加预期反作用力的位置处与尖头保持器的孔具有紧密允差，因此允许柄部以较小的力移除。

在本发明的另一方面，尖头保持器接收小轮廓水喷射器，其为尖头的作业端(即尖头的头部)和煤炭喷射水，因此允许水喷射器在正常操作中以及在尖头头部变得破坏并向后弹出时得到保护。

在本发明的另一方面，刀片的一侧或多侧可以设置设计成通过撬动工具接合的凹部，以便从尖头保持器撬动尖头。凹部优选为大致矩形的。

为了得到本发明的优点和特征的充分理解，可以参照以下说明和附图，其描述和说明与本发明有关的多种构造和概念。

附图说明

图1是现有技术土方作业操作的图示，包括具有尖头组件的辊。

图2是包括尖头和尖头保持器的现有技术尖头组件的透视图。

图3是现有技术尖头的侧视图。

图4是包括经历来自切向和法向载荷的磨损的尖头和尖头保持器的现有技术尖头组件的横截面。

图5是具有本发明的尖头的两个不同实施方式的剪切器滚筒的横截面的图示。

图6是包括本发明的尖头和保持器的尖头组件的后透视图，其经历具有横向分量的力和切向和法向之间的力。

图7是图6的尖头组件的竖直轴向横截面。

图8是图6的尖头保持器的前透视图。

图9是图6的尖头保持器的后透视图。

图10是图6的尖头保持器的顶视图。

图11是沿着图10的线11-11截取的尖头保持器的横截面。

图12是图6的尖头的后透视图。

图13是图6的尖头的侧视图。

图13a是本发明的替代尖头组件的侧视图。

图14是图6的尖头的前视图。

图15是图6的尖头的底视图。

图16是图6的尖头的后视图。

图17是本发明的替代尖头组件的后透视图。

图18是图17的尖头保持器的竖直轴向横截面。

图19是图17的尖头保持器的前透视图。

图20是图17的尖头保持器的后透视图。

图21是图17的尖头保持器的顶视图。

图22是沿着图21的线22-22截取的尖头保持器的横截面。

图23是图17的尖头的前透视图。

图24是图17的尖头的后透视图。

图25是图17的尖头的侧视图。

图26是示出图4所示的尖头的尖头柄部承载表面的载荷的图表，其中力从法向过渡到切向。

图27是示出图6所示的尖头的尖头柄部承载表面的载荷的图表，其中力从法向过渡到切向。

具体实施方式

本发明涉及一种例如在地下开采中的矿物开采中使用的改进尖头和尖头保持器组件。尖头和尖头保持器可与包括长壁剪切器滚筒、连续矿物开采头部和切割链的多种应用一起使用。在此申请中，本发明就附接到剪切器滚筒的尖头组件描述，除非另外指明；不过本发明的多个方面可与其他类型的挖掘应用结合使用。在此申请中，有时使用相对术语，诸如前、后、上、下、水平和竖直等，以便描述。不过，这些术语不认为是绝对的；尖头和尖头保持器的定向将在操作期间变化。这些相对术语应该参照图4、7和18所示的尖头组件的定向理解，除非另外指明，即其中硬质合金末端24a、24和124位于尖头10a、10和110的首先冲击待挖掘材料的上前部内。

图1图示土方作业操作，包括典型的面矿物开采机，其具有用于在开采操作中挖掘诸如煤炭的土方材料的尖头组件。示出的操作包括开采机器4，其具有安装有尖头组件8a的从动辊或滚筒6。尖头组件8a包括用于随着滚筒6转动来冲击矿石地层或土方材料9的尖头10a以及支承尖头10a的尖头保持器12a。尖头10a机械地固定到尖头保持器12a。尖头组件8a被焊接到滚筒6内的缺口内。尖头组件8a通常安装在滚筒6上，使得尖头保持器12a内的用于保持尖头10a的柄部22a的开口14a相对于线1a具有小的向后倾斜θ_2a’(即在0.8-10度的范围内)，线1a如以上所述法向于切割路径。

待挖掘的土方材料通常是位于固结地层中。转动滚筒6经过矿物面，使得尖头冲击该面并使得材料在可管理部分内从地层脱位。

尖头10a以碎裂和分离固结材料的速度和力撞击在材料上。尖头的间距确定脱位材料的尺寸，但是也是单独尖头上的应力和部件加热的因素。开采材料通常落到输送机上并被运走以便进一步处理。尖头组件8a通常以交错的排列附接到滚筒6。每个滚筒通常设置50或更多个尖头组件，但是可以具有少于50个尖头组件。

图2－4图示通常使用的典型尖头10a和尖头组件8a。尖头10a具有非圆形柄部22a，其具有适用于可释放地定位在尖头保持器12a内的相应开口14a内的线性矩形横截面。柄部通过诸如位于双“O”孔口26a内的带有多个凸脊的合成塑料插入件(未示出)的闩锁装置可释放地保持在尖头保持器内，而不意外丢失。许多类型的尖头闩锁装置是广泛已知的。柄部22a的前或导前面31a任选地设置盲孔27a，以接收弹性柄部保持按钮(未示出)。从柄部22a的导前面31a的上端延伸具有下侧表面41a的向前指向肩部30a，以便以已知方式就座在相关保持器12a的顶部承载表面51a上。进一步向前，设置肩部30a,其具有撬动点16a，以便在需要取出尖头10a时通过诸如撬动杆或冲头的取出工具接合。在柄部22a的拖尾面32a设置也具有支承表面42a的跟部25a和容纳水喷射器13a的一部分的导管18a，如图4所示。设置硬质合金末端24a的一体刀片23a延伸超过肩部30a和跟部25a。肩部30a、跟部25a和刀片23a包括尖头10a的头部20a。

图4描述经历由于尖头10a遇到力F而造成的磨损的典型尖头保持器12a，力F将有时具有主要法向(或向内)N的力分量、主要切向(或向后)T的力分量或具有切向力分量和法向力分量的力分量。法向和切向与使用滚筒的例子相关，但是向内和向后更普遍地与滚筒和诸如切割链组件的其他应用相关。力在使用期间的传递在尖头保持器12a上产生循环反作用力R1-R6。随着力F在具有主要向后力分量的载荷到具有主要向内力分量的载荷之间转换，尖头10a的承载表面91a-96a将不总是贴靠尖头保持器12a的相应承载表面81a-86a接合。在合力F接近切向T时(即力F具有大致0度的角度α)，尖头10a施加在尖头保持器12a上的反作用力将主要在R1-R3处。在力接近法向N时(即力F具有从切向T偏移大约90度的角度α)，反作用力将主要在R4-R6处。随着尖头冲击待挖掘材料，尖头开始向后晃动。随着力的角度α从大致0度转换到大致90度(即随着力F从具有主要切向T分量转换到具有主要法向N分量)，R1-R3处的承载表面81a、91a、82a、92a、83a、93a从被接合转换成未接合(即承载表面上的力从大于0到等于零)，并且R4-R6处的承载表面84a、94a、85a、95a、86a、96a从未接合转换成被接合。这造成尖头10a向前晃动，并且造成尖头保持器12a在84a、85a和86a处主要经历磨损。随着经历新的力循环，尖头上的力卸载并且R4-R6处的承载表面从被接合转换成未接合，并且R1-R3处的承载表面从未接合转换成被接合。这造成尖头10a再次向后晃动，并且造成尖头保持器12a在81a、82a和83a处主要经历磨损。由于力造成尖头10a在尖头保持器12a内晃动，尖头保持器12a过早地磨损。

图26图示承载表面随着尖头上的力F从具有主要向后或切向T力分量过渡到具有主要向内或法向N力分量而如何从被接合过渡到未接合。随着尖头转动，尖头将经历与刀片的撞击点主要切向的力(即在尖头上具有主要向后的力分量)，并随着尖头继续转动，尖头将经历相对于刀片的撞击点具有主要法向N的力分量(即在尖头上主要向内的力)。x轴201代表由纯粹切向的力测量的角度(即0度代表纯粹切向T的力分量，并且90度代表纯粹法向N的力分量)。y轴202代表尖头的承载表面经历的力的大小。应该理解到在输入力经过0度－90度时，尖头在从承载表面91a过渡到承载表面94a时晃动。应该注意到具有可以接合承载表面91a和94a两者的范围。类似地，在输入力经过0度－90度时，尖头在从承载表面92a过渡到承载表面95a时晃动，并且在输入力经过0度－90度时，尖头在从承载表面93a过渡到承载表面96a时晃动。

根据图5-16所示的本发明的第一实施方式，尖头组件8包括尖头保持器12、尖头10和将尖头10固定到尖头保持器12的固定机构26。固定机构26可例如是弹性保持特征，如图12－16所示。保持特征26可以是插入柄部22的孔内并被构造成与尖头保持器12协作作业以便将尖头10保持在尖头保持器12内的按钮。替代地，固定机构26可以是将尖头固定到尖头保持器的如本领域已知任何类型的锁定件。

为了使尖头在尖头保持器内的晃动最小，承载表面被优化，使得随着尖头柄部上的输入力F从具有主要向后(切向)T力分量转换到具有主要向内(法向)N力分量，尖头10上的承载表面52、53和尖头保持器12上的承载表面47、48将保持接合(即随着合力在大致向后和大致向前之间过渡，承载表面上的力保持大于或等于0)。大致向内和主要向内用来描述纯粹向内的力或偏离纯粹向内大约正负15度的力。大致向后和主要向后用来描述纯粹向后的力或偏离纯粹向后大约正负15度的力。这种优化可以在图27中看到。承载表面上的反作用力在输入力在切向(0度)和法向(90度)之间时大于0。优选地，承载表面上的反作用力在输入力F相对于切向T从大约负15度的角度α转换到105度时保持大于0。具有多种方式来优化尖头和尖头保持器的形状，使得承载表面保持接合。例如，承载表面的数量可以最小，尖头的柄部可以相对于向内N力分量(即具有90度角度α的力F)向后倾斜，和/或尖头上的肩部可以比刀片的撞击点更向前延伸(即比沿着施加到刀片的撞击点的真实向内指向载荷延伸的线1进一步向前)。在图5－16所示的实施方式中，承载表面的数量已经最小化，柄部已经相对于向内力分量向后倾斜，并且肩部比刀片的撞击点进一步向前延伸。但是，尖头可具有任何数量的形状，并且可例如只具有比刀片进一步向前的肩部、只向后倾斜或者具有数量被最小化的承载表面，使得尖头内的所有承载表面随着尖头上的输入力在大致向后T和大致向内N之间过渡(即随着力F从相对于切向T具有大约负15度的角度α过渡到大约105度)而保持接合(即承载表面上的反作用力始终保持大于0)。

尖头保持器12具有底表面35、顶表面36、导前面37、拖尾面38和侧表面39和40。导前面37、拖尾面38和底表面35贴靠滚筒6设置，优选地在缺口7内，尽管也可以有其他配置。尖头保持器优选地在缺口7内焊接到滚筒6。开口14从底表面35延伸到顶表面36，并优选地经过尖头保持器12的中央区域。开口14包括前后拐角表面43和44和侧表面45和46。开口14支承尖头10，并具有与尖头10的接收部分相同的大体形状。如可以在图10中看到的，开口14包括具有大致菱形的柄部接收部分50，其具有在向后方向上偏离并在前拐角表面43处相遇的横向倾斜表面47，以及在向前方向上偏离并在后拐角表面44处相遇的横向倾斜表面48。前后横向倾斜表面47和48优选为V形。也可以使用其他形状。前后“V”形表面47和48增加了保持器12和尖头10之间的承载区域，提供增加的稳定性，并减小表面压力。前后倾斜表面47、48还抵抗轴向的向后载荷，并抵抗在相同表面上具有侧向分量的那些，从而降低尖头柄部22随着尖头10上的载荷在使用期间变化而在开口14内的运动。

开口14优选地相对于具有纯粹法向或向内N力分量(诸如沿着相对于材料面法向于末端24并垂直于运动的前方向的线1)的力F向后倾斜，如图5和7所示。在使用滚筒的例子中，线1法向地延伸经过末端24的撞击点到尖头组件围绕滚筒6的转动中心。尖头保持器的后表面48相对于在尖头上具有纯粹向内N力分量的力F的角度θ2’优选在大约11-35度的范围内。但是，在一些实施方式中，开口14可向后倾斜，使得θ2’将在13-35度的范围内，或者可以大于35度或小于11度。在一种优选例子中，角度θ2’是大约15度。如下面描述，此定向允许尖头10和尖头保持器12更好地抵抗预期载荷并减小部件之间且特别是尖头保持器上的磨损。上表面36优选地沿着滚筒表面或在其下方设置，即在缺口7内(图5)。因此，在优选例子中，开口14也以大约55－80度的角度θ1’从尖头保持器12的顶表面36向前倾斜，但是，在一些实施方式中，角度θ1’可以大于80度或小于55度。在一种优选实施方式中，开口14以大约75度的角度θ1’从顶表面36向前倾斜。

尖头保持器12具有优选地靠近导前面37从尖头保持器12的顶表面36凹入的顶部承载表面51。顶部承载表面51优选地相对于法向线1向前倾斜，以便大致垂直于后表面48延伸。

顶部承载表面51也优选地形成横向倾斜表面，在向外方向上偏离。顶部承载表面51优选为“V”形，并且向下渐缩(即向内)，尽管也可以有其他形状。顶部承载表面51邻靠尖头10的相应下侧承载表面41。“V”形顶部承载表面51增加尖头保持器12和尖头10之间的承载面积，并减小尖头10和尖头保持器12之间的表面压力。“V”形顶部承载表面51提供附加的稳定性，在尖头10受到侧向力时，使尖头10在尖头保持器12内的运动最小。尖头10在尖头保持器12内的减小运动和部件之间的减小的接触压力增加了尖头组件的每个部件的寿命。

在优选实施方式中，尖头保持器12的顶部承载表面51衬有硬面材料。硬面材料通过添加尖头10在尖头保持器12上施加反作用力R3’的位置处的附加耐磨性来进一步延长尖头保持器12的寿命。尖头保持器还可在尖头在尖头保持器上施加反作用力R1’和R2’的位置、尖头保持器经历流动的位置、尖头锁定件保持在尖头保持器内的位置和尖头保持器的经历磨损的其他位置处衬有硬面。

尖头保持器12还优选地具有沿着拖尾面38从底表面35延伸到保持器12的顶表面36的导管或孔口15。在一些情况下，孔口15可以是从顶表面36延伸的盲孔，其邻接从拖尾面38或侧表面39或40(未示出)之一延伸的盲孔。孔口15可以定位在尖头10的阴影内，但也可以定位在其他地方。孔口15在保持器12的顶表面36处具有沉头孔21，以接收小轮廓的水喷射器(未示出)，以便为尖头10的头部20和煤炭喷射水。沉头孔21和孔口15允许小轮廓的水喷射器就座在尖头保持器12内，使得只有小部分的水喷射器延伸在尖头保持器12的顶表面36的上方。在尖头保持器12上方延伸的小部分的水喷射器可进一步在正常操作期间通过位于尖头10的阴影内来得到保护。小轮廓的水喷射器减小了尖头头部20变得损坏并向后弹出时过早损坏的可能性。尖头保持器12可经由包括铸造或锻造的任何已知制造方法制造。

尖头10包括将尖头10保持在尖头保持器12内的柄部22和以碎裂和分离材料的速度和力冲击在待挖掘材料上的头部20。尖头10可经由包括铸造或锻造的任何已知制造方法制造。柄部22和头部20在彼此重合的平面内对准。另外，挖掘设备上的大部分尖头组件具有大致位于与冲击待挖掘材料的行驶方向重合的平面内的头部和柄部。柄部22通过传统闩锁装置或固定机构26保持在尖头保持器12的开口14内。在使用中，尖头10沿着由设备限定的路径驱动，并在尖头接合矿物壁时经历力F。随着末端24接合地面，力F有时是直接或纯粹向内或法向N的(即只有从切向T偏移90度的角度α的向内力分量)。在其他时候，力F将是直接或纯粹向后或切向T的(即具有0度的角度α)。其他时候，输入力将具有偏离切向的角度α，具有向内和向后的力分量(即在切向T和法向N之间的力)。如上所述，多种力趋于使得传统尖头内的柄部(类似于尖头10a内的柄部22a)在尖头保持器开口内晃动。为了最小化尖头10在尖头保持器12内的不希望的运动，柄部22沿着相同的前后承载表面保持可靠地接合尖头保持器12，而不管载荷F是否具有主要向内力分量(即法向N)还是主要向后力分量(即向后T)。在固定到滚筒的尖头组件8的当前例子中，线1相对于材料面法向于末端24的撞击点并垂直于前方向延伸。柄部22优选地相对于在尖头的末端上具有纯粹向内力分量的力F(即在力具有等于90的角度α时)向后倾斜。在一种优选实施方式中，柄部相对于线1以大约11-35度的角度θ2’向后倾斜。线1沿着施加到头部的远端的真实向内指向载荷延伸，并且柄部定向成与线1交叉。在位于滚筒上的尖头的例子中，下侧承载表面在法向地延伸经过末端的撞击点到尖头组件围绕滚筒的转动中心的线向前延伸。线1与具有纯粹向内N力分量的力F共线。但是，在一些实施方式中，柄部22可向后倾斜，使得θ2’将在13-35度的范围内，或者可以大于35度或小于11度。在一种优选实施方式中，柄部22以大约15度的角度θ2’从具有纯粹向内力分量的力F(在此例子中，法向线1)向后倾斜。对于尖头10将遇到的通常预期力来说，柄部22向后倾斜通过给予尖头10邻靠尖头保持器12内的前壁43和后壁44的自然趋势来增加稳定性。即使尖头头部20上的力F大致向内(即具有主要法向N力分量)或向后(即具有主要切向力分量)，柄部22也保持接合尖头保持器。柄部22支承在尖头保持器12的开口14内，并具有与开口14相同的大体形状。虽然具有所述的向后倾斜柄部和向前倾斜头部的尖头在尖头和尖头保持器之间实现了这种有利配合，也可采用其他配置。

柄部22包括大致面向向前方向的前端87和与前端相对并大致背向向前方向的后端88，以及在前端87和后端88之间延伸的侧表面57和58。如图14-16中可以看到的，柄部22优选地具有大致菱形形状，具有前后拐角55和56以及随着朝着侧表面57和58延伸而向后偏离的横向倾斜前表面59、60，以便与开口14内的前承载表面47互补并与其贴靠。因此，前表面59、60优选为平面和V形的，并且在前拐角表面55处相遇。柄部22还包括随着延伸离开侧表面57和58而汇合并在后拐角表面56处相遇以与开口14内的后承载表面48互补并与其贴靠的横向倾斜后表面61、62。后表面61、62优选地限定V形后承载表面。可以使用其他形状，并且例如V形前后表面59－62可以是大致弯曲或弧形的。前后“V”形表面59－62增加保持器12和尖头10之间的承载面积，提供附加稳定性，并减小表面压力。可以使用增加柄部的表面面积的其他方式，并且例如前和/或后表面59－62可具有颠倒的V形，使得每对表面59、60和61、62内的相对表面随着它们朝着柄部中心延伸而朝着彼此汇合。倾斜前后表面59-62也可在相同平面上抵抗侧向载荷、大致法向载荷以及大致切向载荷，以减小尖头柄部随着尖头上的载荷在使用期间变化而在开口内的位移。减小的位移可随着尖头接合地面增加刀片和尖头的硬质合金末端更好地经受材料流的流动的能力，并减小尖头在尖头保持器上的磨损。

尖头10的头部20包括刀片23和肩部30。刀片23具有位于顶部导前面31的末端24以冲击和分离待挖掘材料。刀片23的一侧或多侧可设置凹部28。凹部28被设计成通过撬动工具接合以使尖头10从尖头保持器12撬动。凹部28示出为大致矩形的。但是，凹部不必须是矩形的，并可以例如是三角形、圆形或任何数量的其他形状，并可例如完全延伸穿过头部。另外，可以使用其他尖头移除技术，并且尖头10可不通过撬动工具移除，或者可不设置任何凹部28。

肩部30可在刀片23下方延伸，以主要抵抗向内指向载荷(即具有大的向内N力分量的力F)。肩部30与柄部22一起将尖头10稳定在尖头保持器12内。肩部30优选地比刀片23进一步向前延伸，以便在尖头上的力是大致向内时最小化尖头经历的位移。在肩部30比刀片23进一步向前延伸时，柄部优选地向后倾斜，使得刀片23和肩部30的形状可以针对攻角和增加的磨损寿命来说最佳化。另外，具有向后倾斜承载表面和从刀片向前且大致垂直于柄部的后承载表面的肩部允许后承载表面和肩部经受施加到尖头的向内力。

肩部30具有一个或多个下侧承载表面41。下侧承载表面41优选地相对于后表面61、62在大约75－115度的范围内定向(在从后表面逆时针地到下侧承载表面测量)，以便抵抗大致法向力和尖头在尖头保持器内的运动。其他角度定向是可以的。肩部朝着范围的较大端倾斜可针对肩部和柄部之间的较宽弧提供足够的间隙。在一种优选实施方式中，下侧承载表面41向前倾斜105度到后表面61－62，以便如下所述控制碎裂力。

下侧承载表面41优选地横向倾斜，以便向外偏离(例如法向向外)，以便与保持器12上的顶部承载表面51互补和贴靠。尖头10的承载表面41的最宽部分优选地限制成具有总体小于或等于柄部12的宽度的宽度，但是可具有比柄部宽的宽度。尖头保持器12的顶部承载表面51和尖头的下侧承载表面41从尖头保持器12的顶表面36偏移，使得下侧承载表面41贴靠尖头保持器12的内表面。在此例子中，承载表面41是“V”形的。可以使用其他形状。顶部和下侧“V”形承载表面41和51增加了承载面积，针对侧向力提供稳定性，并减小尖头施加到尖头保持器的表面压力。

头部20优选地没有跟部，使得尖头保持器12内的开口14内的承载表面47和48更完全地承载力F具有大致切向T力分量时以及力F具有大致法向N力分量时所经历的反作用力，并减小尖头和尖头保持器之间的晃动。在拖尾面32的后部处没有跟部的头部减小了尖头10内的材料量以及某些载荷下的应力。头部20还优选地消除了尖头12和水喷射器之间的任何连接，降低水喷射器过早损坏的可能性。

尖头10优选地设计有位于肩部30以下的破坏点，并设计成在头部20在受到碎裂力时遇到柄部22的位置处破坏。这允许柄部22容易通过将柄部22推过尖头保持器12内的开口14的底部并经过滚筒6内的缺口7移除柄部22来移除。前V形表面59、60和肩部30上的V形承载表面41汇合到窄前拐角表面89。使用这种窄前端用来(与以上描述的优点一起)通过在前拐角表面89处产生自然高应力点来限制尖头的强度。在使用期间遇到极大载荷时，诸如撞击矿物壁内的金属支承件，前拐角部分89处的高应力造成肩部30从柄部22破坏。调节窄前拐角表面89的几何结构将改变将肩部与柄部分离所需的碎裂力。在肩部内的V形承载表面41下方使用这些V形前表面59、60确保肩部与柄部完全分离。另外，尖头可在肩部遇到柄部的位置处具有较薄厚度，或者可以由没有如同尖头的相邻部分那样牢固的材料制成，以便进一步控制高应力点，并且在尖头经历碎裂力时确保肩部与柄部分离。产生高应力点的其他方式可用来将柄部与肩部分离，例如根据2011年8月8日提交的题为“Cutter Tool”的PCT申请PCT/IB2012/001988，可以在头部遇到柄部的位置处具有设置在尖头的导前边缘上的切去材料的凹部或缺口，该申请通过引用整体合并于此。但是，柄部和头部的结合部处的尖头的导前边缘优选地没有切去材料的任何凹部或切口；而是窄前拐角表面89本身在受到碎裂力时造成头部从柄部破坏。

尖头柄部22优选地在前后拐角表面55和56上具有前后间隙63和64。尖头柄部22可具有一个或多个前后间隙63和64。前后间隙在尖头柄部和尖头保持器之间形成缝隙，使得尖头和尖头保持器不在定位有间隙的位置彼此贴靠。如图13a所示，尖头柄部还可具有形成上下前后承载表面52和53的前后间隙63和64，或者如图12-16所示，尖头柄部22可具有只形成上下前后承载表面52和53的前后间隙63和64。如图12-16所示，前间隙63从头部20向下延伸到前承载表面52，尖头10上的将施加反作用力R1’的位置。前承载表面52定位在前“V”形表面59和60上。后间隙64从柄部22的底部向上延伸到后承载表面52，尖头10上的将施加反作用力R2’的位置。后承载表面53定位在后“V”形表面61和62上。前后间隙63和64允许柄部22只与前支承表面52和后承载表面53处的开口14具有紧密允差，此处施加反作用力R1’和R2’。只在最少数量的位置处柄部22与开口14具有紧密允差允许柄部22以较小力移除。由于将产品制造有紧密允差会是高成本的，间隙有助于通过使紧密允差区域最小化来降低制造成本。替代地，尖头柄部22可以不设置任何前后间隙。

尖头10安装在保持器12内，其中柄部22配合在开口14内，并且肩部30贴靠保持器的顶部设置(图7)。在使用期间，尖头遇到范围广泛的力F，力F将有时具有大致向内(例如法向)N的力分量、大致向后(例如切向)T的力分量，或具有切向T的力分量和法向N的力分量的力F。在力F趋于具有主要向后或切向T的力分量时，力主要通过尖头10的贴靠开口14的互补后承载表面48的后承载表面53以及贴靠开口14的互补前承载表面47的前承载表面52抵抗；即具有大约0度的角度α的载荷F主要通过综合载荷R1’、R2’抵抗。类似地，在力趋于具有主要向内或法向N的力分量(即具有大约90度的角度α的力F)时，力主要通过肩部30的贴靠尖头保持器12的顶部承载表面51的下侧承载表面41、尖头22的贴靠尖头保持器12的后承载表面48的后承载表面53和贴靠开口14的前承载表面47的前承载表面52抵抗；即具有大约90度的角度α的载荷F主要通过综合载荷R1’、R2’和R3’抵抗。以此方式，如果载荷F具有主要法向N的力分量、主要切向T的力分量或在F具有大约0和90度之间的角度α时，柄部和尖头保持器的前后承载表面抵抗施加的载荷，这使尖头10在尖头保持器12内的位移最小。因此，尖头10对于将遇到的通常预期的力来说具有邻靠尖头保持器12内的前壁43和后壁44的自然趋势。减小的位移使尖头10在尖头保持器12上的冲击力最小。

此外，载荷F不是一致性地施加，使得力只具有法向N的力分量和/或切向T的力分量。相反，载荷也将趋于施加有略微的横向分量(见例如图6的载荷F1)。使用柄部22上的前后“V”形承载表面52、53以及开口14内的前后“V”形表面47、48以及肩部30的“V”形下侧承载表面41和尖头保持器12的“V”形顶部承载表面51能够抵抗侧向载荷(即诸如具有横向分量的F1的载荷)。以此方式，相同的承载表面能够抵抗在尖头具有预期载荷的大致法向N的力分量、大致切向T的力分量和侧向分量的力F。使用相同承载表面抵抗法向的力分量、切向的力分量和侧向载荷减小了尖头和保持器保持器之间通常出现的位移，这造成两个部件的磨损减小以及使用寿命延长。这特别有利于尖头保持器，因为与尖头相比，难以更换尖头保持器且更换费时。

在替代实施方式中(图5和17－25)，尖头组件108包括在以许多方式类似于尖头保持器12的尖头保持器112，其具有许多相同的优点和目的。以下的讨论集中于差别，并不重复适用于尖头组件108的所有类似处。在此实施方式中，尖头组件108包括销形式的固定机构126。固定机构126插入尖头保持器112的一侧内的孔190，并延伸经过尖头110到尖头保持器的另一侧。孔190可一直延伸经过尖头保持器，如所示，或者孔可只完整地延伸经过尖头保持器的一部分。另外，诸如开口销、具有或不具有螺母的螺栓、盖板或保持环的锁定机构可用来将销126保持在孔190内。替代地，固定机构126可以是本领域已知的销之外的锁定件。

尖头保持器112包括底表面135、顶表面136、导前面137、拖尾面138和侧表面139和140。开口114从底表面135延伸到顶表面136，并优选地经过尖头保持器112的中央区域。开口114包括前后表面143和144以及侧表面145和146。如在图21中可以看到的，开口114包括具有大致矩形形状的柄部接收部分150。可以使用其他形状，诸如尖头组件8的尖头保持器12内的开口14的大致菱形形状。同样，尖头保持器12可包括具有矩形形状的柄部接收部分的开口。

尖头保持器112包括位于开口114内的凹部170，其从底表面135朝着导前面137延伸。凹部170具有向后倾斜前承载表面152以接收和贴靠尖头110上的互补固定结构175。在一种优选实施方式中，固定结构是C形钩175，但是固定结构可具有其他形状。即使在尖头柄部122向后倾斜时，使用接合柄部接收部分150的钩175也降低了尖头从尖头保持器弹出的可能性。弹出的危险降低可以使用柄部(即柄部的承载表面)的更加向后倾斜以更好地抵抗某些使用中的预期施加载荷。在一些情况下，使用接合柄部接收部分150的钩175更好地分配反作用力，使得R1”和R2”分享R2”处通常经历的一些更大载荷，并因此降低R2”处的接触压力。因此，开口114优选地向后倾斜到法向线101。在滚筒的例子中，线101法向地延伸经过末端24的撞击点到尖头组件108围绕滚筒6的转动中心。开口114优选地相对于法向线101以大约11-35度的角度θ2”向后倾斜，虽然可以使用更大和更小的角度。在一种优选例子中，角度θ2”为大约20度。类似地，开口114优选地从尖头保持器112的顶表面136以大约55－80度的角度θ1”向前倾斜。在一种优选实施方式中，开口114从顶表面136以大约70度的角度θ1”向前倾斜。

顶部承载表面151优选地相对于具有向内或法向N的力分量的力F的方向向前倾斜，使得顶部承载表面151大致垂直于后表面144延伸。这种倾斜为预期法向载荷提供抵抗，而在使用期间在部件内没有不当应力。可以使用其他形状和倾斜角度，诸如尖头10的大致V形的顶部承载表面。顶部承载表面151邻靠尖头110的相应下侧承载表面141。在优选实施方式中，尖头保持器112的前承载表面152在尖头柄部122在尖头保持器上施加反作用力R1”的位置处衬有硬面材料。尖头保持器也可在尖头在尖头保持器上施加反作用力R2”’和R3’的位置、尖头保持器经历流动的位置、尖头锁定件保持在尖头保持器内的位置和尖头保持器上的经历严重磨损的其他位置处衬有硬面。

如同尖头保持器12，尖头保持器112也优选地具有从拖尾面138的底表面135延伸到保持器112的拖尾面138的顶表面136的导管或孔口115。在一些情况下，孔口115可以是从顶表面136延伸的盲孔，其邻接从拖尾面138或侧表面139或140(未示出)之一延伸的盲孔。孔口115可定位在尖头110的阴影内，但是也可以定位在其他地方。孔口115可在保持器112的顶表面136处具有沉头孔121，以接收小轮廓的水喷射器(未示出)，以便为尖头110的末端124和煤炭喷射水。

尖头110包括将尖头110保持在尖头保持器112内的柄部122和冲击待挖掘材料的头部120。柄部122通过闩锁装置126保持在尖头保持器112内的开口114内。为了使尖头110在尖头保持器112内的不希望的运动最小，柄部122在前后承载表面上保持与尖头保持器112可靠接合，而不管载荷F是否具有主要向内N的力分量，还是主要向后T的力分量。在此实施方式中，柄部122优选地从具有纯粹法向N的力分量的力F向后倾斜。柄部122优选地相对于线101以大约11-35度的角度θ2”向后倾斜，尽管可以使用更大和更小的角度。在一种实施方式中，柄部122相对于线101以大约20度的角度θ2”向后倾斜。柄部122的向后倾斜通过针对尖头110将遇到通常预期力来说给予尖头110邻接尖头保持器112内的前承载表面152和后承载表面156的自然趋势来增加稳定性。

柄部122支承在尖头保持器112的开口114内，并具有与开口114相同的大致形状。柄部包括前拐角表面155、后和侧表面156-158、C形钩175和间隙或斜切表面171。侧表面157-158是大致平面的，并从尖头110的头部120向下延伸。柄部122的前拐角表面155从尖头110的头部120向下延伸，并形成在前拐角表面155处相遇的V形前表面159和160。C形钩175向前并在V形前表面159和160的下方朝着柄部122的底表面154延伸。C形钩175具有优选地从线102以大约0-90度的角度θ3”向后倾斜的大致平面表面176。线102垂直于后表面156延伸并优选地沿着底表面154延伸，但是底表面可具有其他定向。在一种优选实施方式中，C形钩175的大致平面表面176优选地从线102以大约45-55度的角度θ3”向后倾斜。C形钩更好地抵抗尖头在使用期间的弹出。它还允许更大的向后倾斜。斜切表面171是大致平面的，并且从底表面154延伸到后表面156。后表面156在大致平面的，并从尖头110的头部120向下延伸。虽然平面的承载表面是优选的，它们可具有其他形状。斜切表面171使得柄部122与C形钩175容易地插入开口114。可以使用其他柄部形状，诸如以上描述的尖头10内的大致菱形形状的柄部以及C形钩。

尖头110的头部120包括肩部130和刀片123。刀片123具有位于顶部导前面131处的末端124，以冲击待挖掘的地面。肩部130以及柄部122将尖头110稳定在尖头保持器112内。肩部130具有下侧承载表面141。下侧承载表面141优选地相对于法向线101向前倾斜。下侧承载表面141优选地相对于后承载表面156以90-115度(从后承载表面156逆时针地到下侧承载表面测量)范围内的角度定向，以更好地抵抗尖头在尖头保持器内的运动。在一种优选实施方式中，下侧承载表面141相对于后表面156倾斜105度，以如上所述控制碎裂力。

下侧承载表面优选为平面的，并成形为接收在尖头保持器112内的互补顶部承载表面151内。可以使用其他形状，诸如尖头10的大致V形的下侧承载表面。头部120优选地没有跟部，使得尖头保持器112内的开口114的前承载表面152和后承载表面156更完全地承载力F具有大致切向T的力分量或大致法向N的力分量时所经历的反作用力。

类似于尖头10，尖头110优选地设计成在头部120在受到破坏力时遇到柄部122的位置处破坏。这允许柄部122容易地通过将柄部122推过尖头保持器112内的开口114的底部并使柄部122经过滚筒6内的缺口107移除来移除。

类似于柄部22，柄部122优选地在前后表面155和156上具有前后间隙163和164。前间隙163从头部120向下延伸到前承载表面152，尖头110上的将施加反作用力R1”的位置。前承载表面152定位在C形钩175的顶部上。后间隙164从斜切表面171的顶部向上延伸到后承载表面156，尖头110上的将施加反作用力R2”的位置。后承载表面定位在后表面156上。前后间隙163和164以及斜切表面171允许柄部122只与开口114具有紧密允差。

以上说明书描述了包括本发明的不同方面或特征的组件的具体例子。本发明的多个特征优选地以所述两种实施方式中描述的方式一起使用。不过，多种特征可单独使用，并也能得到本发明的某些优点。例如，可以使用具有向后倾斜柄部的尖头以及得到的优点，而不管它们是否与诸如横向倾斜承载表面、钩结构、硬面等本发明的其他特征组合。这对于公开的本发明的每个特征都是一样的。同样，一种实施方式中的特征可以与其他实施方式中的特征一起使用。给出的例子和所公开的特征组合不意图局限于它们必须一起使用。

Claims (10)

1.一种用于附接到用于对待挖掘材料进行作业的挖掘机器的尖头，所述尖头包括：

具有面向前方的末端的头部，其以使材料碎裂和分离的速度和力撞击在待挖掘材料上；以及

柄部，其能够释放地保持在安装在挖掘机器上的尖头保持器内，柄部具有贴靠尖头保持器上的承载表面的前和后承载表面，其中后承载表面相对于垂直于尖头的向前运动的向内力在朝着头部的方向上以11-35度的角度向后倾斜，使得柄部上的承载表面和保持器上的承载表面在头部上的力处于向内和向后之间时趋于彼此贴靠。

2.根据权利要求1所述的尖头，包括位于末端的前下方以抵抗向内指向的力的肩部。

3.根据权利要求1所述的尖头，其中柄部的后端与头部相遇，而没有位于柄部后部的跟部来抵抗向内指向的力。

4.根据权利要求1所述的尖头，其中，凹部设置在头部的、将由工具接合的侧部，以帮助安装和移除尖头。

5.根据权利要求1所述的尖头，其中，柄部具有前端和后端，前端和后端分别具有至少一个间隙，以允许柄部以较小的力被移除。

6.根据权利要求1所述的尖头，其中，尖头是铸造部件。

7.根据权利要求1所述的尖头，其中，尖头是锻造部件。

8.根据权利要求1所述的尖头，其中，柄部是非圆形形状。

9.根据权利要求1所述的尖头，其中，柄部向后倾斜大约15-20度。

10.一种与挖掘机器一起使用以作业待挖掘材料的滚筒，该滚筒包括：

多个尖头保持器，其固定到挖掘机器上，每个所述尖头保持器具有带有内承载表面的开口；

多个尖头，每个所述尖头是根据权利要求1-9任一项所述的尖头；以及

固定机构，其将尖头保持在尖头保持器内。