CN107060755B - 一种顶钻截齿及其截割头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶钻截齿，包括座体、设置于座体顶部的多个切削头，座体顶部为圆锥面，座体顶部设有导料槽，导料槽沿周向间隔设有多个，座体顶部未设置导料槽的区域形成凸台，在凸台上朝向旋转方向的一侧设有第一斜面，该第一斜面与座体顶部圆锥面之间存在夹角θ；切削头设置于凸台的第一斜面上，且切削头沿同一平面上的单一螺旋线排布。还提供一种截割头,包括基体、围绕基体呈螺旋排布的截齿所述基体顶部中心安装有上述顶钻截齿。本发明顶钻截齿的设计，有效缓解了传统截割头在截割硬岩时，顶部截齿及齿座的磨损，特别是杜绝了截割头截割硬岩时，顶部齿座比顶部截齿先磨损的现象。而且拥有便利的拆装结构，以便于磨损后及时更换。

Description

一种顶钻截齿及其截割头

技术领域

本发明属于掘进机设备，具体涉及一种顶钻截齿及其截割头。

背景技术

现有煤矿及隧道用掘进机的截割头，一般为圆锥形、圆台形或锥台结合等类型。截割头上按照严格的计算结果及电脑三维模拟，分布着装有截齿的齿座，齿座焊接在截割头基体上。有的齿座上带有水孔及喷嘴，水孔连接截割头基体中的水道，水道通过一系列密封及管路形成的水系统通到供水源，用于为截割头提供用于降尘及冷却的喷雾水。其所用截齿为具有单一硬质合金齿尖的镐形截齿或刀形截齿。

常见截齿排布沿截割头基体螺旋分布，按照一定轴向距离、圆周角以及不同的姿态（包括切割角、转角、自偏角）分布几十把截齿。其数量多少按截割头基体的大小及其所对应掘进机截割功率、工作面岩层具体硬度及节理分布的不同而有所不同。

现有截割头在截割硬岩的工作中，都存在磨损的问题，且分布在截割头不同位置的截齿及齿座受到的磨损程度不同。

一般分布在截割头尾端（大直径端）的截齿及其齿座，因其几乎不参与截割头初期的钻进动作，并且所处的转动半径大，单刀截割力小，所以其所受到的磨损是最小的。随着所排列的截齿距离尾端距离的加大，截齿所能参与到的工作量也逐步增加，截齿所在的旋转半径逐渐减小，截齿的单刀截割力逐渐增大，单一截齿所受到的磨损也逐步增大。

不论截割头顶部截割轮廓是大平顶、小平顶或球顶，其都不可能像截割头尾端的截齿排布一样布下足够多数量的截齿。现有技术中各机型截割头最顶部的中心位置还设有截齿，截齿数量一般为2到3把，最多不超过4把。在如此狭小的地方布置的截齿，不论其姿态如何调整，都会在截割头初期钻进截割及后期摆动截割过程中，直接将齿座的一部分暴露在外，齿座会先受到磨损。

虽然截齿的磨损在截割头的截割过程中是不可避免的，但我们希望截齿的磨损遵循以下规律：截齿齿尖（硬质合金材料）先磨损，然后是截齿齿体的顶部，尽可能在不磨损到齿座的时候将磨损的截齿换掉。

但现实中，位于截割头顶部的截齿，不论如何调整位置，其齿座均会有一部分暴露在磨损范围内，先于齿尖或与齿尖同时受到岩层的磨损。

而当截割头顶部截齿磨损掉又未及时更换时，靠近截割头顶部的截齿及齿座也将加速磨损。而且，这种磨损不同于一般工况下的磨损，因为当顶部截齿缺失后，靠近顶部的齿座将直接暴露出来，使得靠近顶部的截齿齿座先于截齿齿尖受到磨损，加速了截割头的损坏。

为了解决这一问题，国内外的齿座及截齿生产公司研发了一系列的特型截齿及齿座。一般分为加固截齿与加固齿座两类。加固截齿的，在截齿齿尖所在周围的各类易磨损区堆焊高铬合金铸铁及其他耐磨材料，形成一系列加固截齿。加固齿座的，在齿座顶部及最易磨损部位堆焊高铬合金铸铁及各类耐磨材料形成一系列加固型齿座。还有在齿座易损处镶嵌（预钻孔钎焊）直径几毫米的弥散小硬质合金圆柱体来替代堆焊材料的。但这些措施存在如下缺陷：

首先，堆焊材料，因其必须采用堆焊工艺热涂覆，而材料的可焊性是随着硬度的增加而降低的，这就限制了堆焊材料硬度的上限，使其无法跟采用粉末冶金工艺制造的硬质合金的硬度相比。所以堆焊材料的硬度，在对抗煤岩、软质石灰岩、含岩土壤、节理发育良好的岩层等地质时，具有一定的耐磨效果。一旦截割过程中遇到硬岩，并且完全不发育，还具有一定雕刻性的硬岩，堆焊材料将在几分钟内磨损掉。

其次，弥散性的小颗粒硬质合金，由于其体积小，限制了可钎焊表面的表面积，使其钎焊强度不可能达到很高。在对抗具有可雕刻硬岩的工程中，带有弥散性小颗粒硬质合金的齿座也不会像正常排布的截齿群一样具有一定的强度及耐磨性。

综上所述，现有技术的处理措施均很难解决截割头前端和尾端磨损程度不同，以及前端易快速磨损的问题。

中国专利201220486586.3公开了一种可更换顶部截割刃的新型截割头，适用于中硬岩层以上煤田地质、煤矿等硬地质的井下巷道、铁路和隧道施工的掘进；其主要特点是一种可更换顶部截割刃的新型截割头，主要有截割头体、截齿、齿座和可更换顶部截割刃组成，其特征为在截割头体圆锥顶部配置了利于掘进机顶进的截割刃来代替原部位的截齿和齿座，其中截割刃也称中心刀。该方案的中心刀的高度超过了其周围截齿的高度，在钻进后摆动切割过程中，中心刀一直会受到侧向力，承受较大弯矩而发生断裂。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种磨损缓慢、更换拆装方便的顶钻截齿及其截割头。

本发明解决问题的技术方案是：一种顶钻截齿，包括座体、设置于座体顶部的多个切削头，座体顶部为圆锥面，座体顶部设有导料槽，导料槽沿周向间隔设有多个，座体顶部未设置导料槽的区域形成凸台，在凸台上朝向旋转方向的一侧设有第一斜面，该第一斜面与座体顶部圆锥面之间存在夹角θ；

所述切削头设置于凸台的第一斜面上，且切削头沿同一平面上的单一螺旋线排布。

上述方案的设计能够在座体上布下足够多数量的切削头，由于座体面积相对传统方案更大，便于调整所排布的切削头的姿态角度，使得在钻进截割过程中，始终是切削头进行工作，避免座体顶部磨损。

同时采用单一螺旋线布置，截割效率更高，由于是小工作面，可以忽略单一曲线振动大的缺陷。

优选的，所述夹角θ范围为[15°，30°]。设计第一斜面的夹角目的在于使得切削头能够在工作时沿切削头的轴向受力。

所述座体顶部为圆锥面的锥角为[140°，160°]。设计圆锥面的夹角是为了适应较软地质条件下的大块排料的要求。

所述导料槽为扇形，其张角为[100°，120°]，导料槽底部为向外围倾斜的面；

导料槽均布设置，凸台均布设置，且设置于同一凸台上的切削头在同一直线上。

正因为采用了单一螺旋线布置的原理，设计曲线简单，更有利于有限空间内导料槽的设计，且排料更容易。

具体的，所述导料槽沿圆周均布设有3个，座体顶部被分隔出3个均布的凸台；

所述夹角θ为20°；座体顶部圆锥面的锥角为150°；导料槽的张角为110°。

进一步的，第一斜面上开有沉孔，所述切削头嵌入沉孔内并焊接固定，所述切削头采用硬质合金制成。

同时，本发明还提供一种截割头,包括基体、围绕基体呈螺旋上升排布的截齿，所述基体顶部中心安装有上述顶钻截齿，所述顶钻截齿的切削头的高度不超过其周围截齿高度。

掘进机在工作时，首先是进行轴向钻进，然后进行摆动切割。当周围截齿将岩石切割后，岩石中间会剩余一个凸起，顶钻截齿用于切割这个凸起部位。完全钻进后，钻孔底部还是会留有一个凸起，这时摆动切割，顶钻截齿就会受到侧向力，但这个受侧向力的时间非常短暂，当顶钻截齿将这个凸起钻削完毕，之后的摆动切削过程中，就不会再受侧向力了。

具体的，所述座体为倒锥形，其侧壁上设有阶梯台，座体侧壁包括从上自下依次衔接的第二斜面、第一台阶面、第二台阶面；

所述基体顶部中心设有与座体侧壁形状相同的装配孔，所述第二台阶面上设有螺纹，且螺纹旋向与截齿所在螺旋线的旋向一致，座体通过第二台阶面与装配孔螺纹连接。

螺纹旋向与截齿所在螺旋线的旋向一致，可防止截齿在旋转截割中螺纹松动（因旋向一致，在转动时，齿体所受阻力矩方向与其自身旋紧方向一致）。

进一步的，所述第一台阶面与装配孔之间为间隙配合，用以保证座体能承受径向力；第一台阶面与装配孔的配合间隙小于第二台阶面上螺纹的配合间隙，使得螺纹处只受到轴向力，不受径向力或弯矩。

截割头旋转工作时，能同时承受轴向力及径向力，以适应截割头的轴向钻进动作及横向摆动截割动作。

进一步的，所述基体内设有用于安装驱动装置的空腔；

在座体顶部中心自上而下开有拆装孔，拆装孔为通孔，在基体内对应拆装孔轴线位置开有与基体内的空腔连通的贯通孔，且该贯通孔与拆装孔连通；

拆装孔的顶部设有防尘塞，贯通孔的下端设有防尘塞。

上述方案中，拆装孔设计成通孔可以预防磨损后因内孔有效深度不足而影响装卸。防尘塞在轻度磨损时防止污染物进入拆装孔中。贯通孔用作清理孔，以防拆装孔工作中被堵，且不能在防尘塞方向清理干净堵塞物时，从此贯通孔中清理堵塞物。贯通孔中的防尘塞防止堵塞物在工作中掉入截割头内空腔中。

进一步的，所述基体为分体式，其包括位于基头段和与基头段可拆卸连接的基身段，所述顶钻截齿安装于基头段顶部中心。

分体式结构便于顶钻截齿的维修更换，也便于截割头基头段易磨损截齿及齿座的维修及更换。

本发明的显著效果是：

1.顶钻截齿的设计，有效缓解了传统截割头在截割硬岩时，顶部截齿及齿座的磨损，特别是杜绝了截割头截割硬岩时，顶部齿座比顶部截齿先磨损的现象。

2.拥有便利的拆装结构，以便于磨损后及时更换。当顶钻截齿的切削头磨损严重时，可以整体及时更换。相比于老式截割头顶部齿座损坏后的补焊齿座，本设计方案所用的时间及成本更低。

3.顶钻截齿总高度不超过周围截齿高度，并配合各种角度的设计，在兼顾钻进效率、排料能力及座体强度的情况下，避免了顶钻截齿工作时成为承受侧向力的主体，使用寿命长。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为顶钻截齿立体图。

图2为顶钻截齿俯视图。

图3为图2中B-B视图。

图4为顶钻截齿剖视图。

图5为截割头立体图。

图6为截割头剖视图。

图中：1-座体，2-基体,3-切削头，4、20-防尘塞，5-导料槽,6-凸台,7-第二斜面,8-第一斜面，9-第一台阶面，10-导入角，12-拆装孔，13-第二台阶面，14-螺旋线，16-截齿,21-基头段，22-基身段。

具体实施方式

实施例1

如图1～4所示，一种顶钻截齿，包括座体1、设置于座体1顶部的多个切削头3。座体1顶部为圆锥面。所述座体1顶部圆锥面的锥角为140°，160°。

座体1顶部设有导料槽5，导料槽5沿周向间隔设有多个。所述导料槽5为扇形，其张角为100°，120°，导料槽5底部为向外围倾斜的面。

座体1顶部未设置导料槽5的区域形成凸台6。在凸台6上朝向旋转方向的一侧设有第一斜面8，该第一斜面8与座体1顶部圆锥面之间存在夹角θ。所述夹角θ范围为15°，30°。

所述切削头3设置于凸台6的第一斜面8上，且切削头3沿同一平面上的单一螺旋线14排布。

所述导料槽5沿圆周均布设有3个，座体1顶部被分隔出3个均布的凸台6。所述夹角θ为20°。座体1顶部圆锥面的锥角为150°。导料槽5的张角为110°。设置于同一凸台6上的切削头3在同一直线上。

第一斜面8上开有沉孔，所述切削头3嵌入沉孔内并焊接固定，所述切削头3采用硬质合金制成。

如图5～6所示，本实施例还提供一种截割头,包括基体2、围绕基体2呈螺旋上升排布的截齿16。所述基体2内设有用于安装驱动装置的空腔。所述基体2为分体式，其包括位于基头段21和与基头段21可拆卸连接的基身段22。所述基头段21顶部中心安装有上述顶钻截齿，所述顶钻截齿的切削头3的高度不超过其周围截齿16高度。

所述座体1为倒锥形，其侧壁上设有阶梯台，座体1侧壁包括从上自下依次衔接的第二斜面7、第一台阶面9、第二台阶面13。所述第二斜面7与第一台阶面9、第一台阶面9与第二台阶面13之间的衔接转折点处采用圆角过渡，避免应力集中。第一台阶面9与第二台阶面13之间的转折凸起处设有斜面导入角10，以方便顺利装配。

所述基体2顶部中心设有与座体1侧壁形状相同的装配孔，所述第二台阶面13上设有螺纹，且螺纹旋向与截齿16所在螺旋线的旋向一致。座体1通过第二台阶面13与装配孔螺纹连接。

所述第一台阶面9与装配孔之间为间隙配合，第一台阶面9与装配孔的配合间隙小于第二台阶面13上螺纹的配合间隙。

在座体1顶部中心自上而下开有拆装孔12，拆装孔12为通孔，在基体2内对应拆装孔12轴线位置开有与基体2内的空腔连通的贯通孔，且该贯通孔与拆装孔12连通。拆装孔12的顶部设有防尘塞4，贯通孔的下端设有防尘塞20。

上述实施例方案更适合60MPa以下硬岩工况，所截割岩层更软，则可设计成二等分排列的替代方案。

Claims (11)

1.一种顶钻截齿，其特征在于：包括座体（1）、设置于座体（1）顶部的多个切削头（3），座体（1）顶部为圆锥面，座体（1）顶部设有导料槽（5），导料槽（5）沿周向间隔设有多个，座体（1）顶部未设置导料槽（5）的区域形成凸台（6），在凸台（6）上朝向旋转方向的一侧设有第一斜面（8），该第一斜面（8）与座体（1）顶部圆锥面之间存在夹角θ；

所述切削头（3）设置于凸台（6）的第一斜面（8）上，且切削头（3）沿单一螺旋线（14）排布。

2.根据权利要求1所述的顶钻截齿，其特征在于：所述夹角θ范围为[15°，30°]。

3.根据权利要求1所述的顶钻截齿，其特征在于：所述座体（1）顶部为圆锥面的锥角为[140°，160°]。

4.根据权利要求1所述的顶钻截齿，其特征在于：所述导料槽（5）为扇形，其张角为[100°，120°]，导料槽（5）底部为向外围倾斜的面；

导料槽（5）均布设置，凸台（6）均布设置，且设置于同一凸台（6）上的切削头（3）在同一直线上。

5.根据权利要求2所述的顶钻截齿，其特征在于：所述导料槽（5）沿圆周均布设有3个，座体（1）顶部被分隔出3个均布的凸台（6）；

所述夹角θ为20°；座体（1）顶部圆锥面的锥角为150°；导料槽（5）的张角为110°。

6.根据权利要求1～5任一项所述的顶钻截齿，其特征在于：第一斜面（8）上开有沉孔，所述切削头（3）嵌入沉孔内并焊接固定，所述切削头（3）采用硬质合金制成。

7.一种截割头,包括基体（2）、围绕基体（2）呈螺旋上升排布的截齿（16），其特征在于：所述基体（2）顶部中心安装有上述权利要求1～6任一项所述的顶钻截齿，所述顶钻截齿的切削头（3）的高度不超过顶钻截齿周围截齿（16）高度。

8.根据权利要求7所述的截割头，其特征在于：所述座体（1）为倒锥形，其侧壁上设有阶梯台，座体（1）侧壁包括从上自下依次衔接的第二斜面（7）、第一台阶面（9）、第二台阶面（13）；

所述基体（2）顶部中心设有与座体（1）侧壁形状相同的装配孔，所述第二台阶面（13）上设有螺纹，且螺纹旋向与截齿（16）所在螺旋线的旋向一致，座体（1）通过第二台阶面（13）与装配孔螺纹连接。

9.根据权利要求8所述的截割头，其特征在于：所述第一台阶面（9）与装配孔之间为间隙配合，第一台阶面（9）与装配孔的配合间隙小于第二台阶面（13）上螺纹的配合间隙。

10.根据权利要求8所述的截割头，其特征在于：所述基体（2）内设有用于安装驱动装置的空腔；

在座体（1）顶部中心自上而下开有拆装孔（12），拆装孔（12）为通孔，在基体（2）内对应拆装孔（12）轴线位置开有与基体（2）内的空腔连通的贯通孔，且该贯通孔与拆装孔（12）连通；

拆装孔（12）的顶部设有防尘塞（4），贯通孔的下端设有防尘塞（20）。

11.根据权利要求7所述的截割头，其特征在于：所述基体（2）为分体式，其包括基头段（21）和与基头段（21）可拆卸连接的基身段（22），所述顶钻截齿安装于基头段（21）顶部中心。