CN108368740A - 用于挖掘采矿材料的研磨装置 - Google Patents

Abstract

公开一种用于挖掘采矿材料(260)的研磨装置(14)。研磨装置(14)包括：能绕滚筒轴线(200)旋转的研磨滚筒(15)；第一组挖掘头部(18、18’、18”)，该第一组挖掘头部围绕研磨滚筒(15)的圆周设置并且被驱动以绕第一旋转轴线(210)旋转，该第一旋转轴线相对于滚筒轴线(200)基本上径向地延伸；第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)，该第二组挖掘头部围绕研磨滚筒(15)的圆周设置，并且绕第二旋转轴线(212)旋转，该第二旋转轴线相对于滚筒轴线(200)基本上径向地延伸。第一组挖掘头部(18、18’、18”)包括多个第一挖掘工具(60、60’)，该多个第一挖掘工具配置成执行第一切削操作，且该第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)包括多个第二挖掘工具(267)，该多个第二挖掘工具配置成执行不同于第一切削操作的第二挖掘操作。

Description

用于挖掘采矿材料的研磨装置

技术领域

本发明涉及一种用于采矿应用的研磨装置，且具体地涉及一种用于硬质岩石采矿应用的研磨装置。

背景技术

采矿材料(尤其是硬质岩石采矿材料)的挖掘需要研磨装置，这些研磨装置能够对采矿材料执行充足的冲击，以使得采矿材料破裂并且能被挖掘。因此，研磨装置包括多个挖掘头部，这些挖掘头部通常设置在研磨滚筒的圆周上。多个挖掘头部装配有多个挖掘工具，这些挖掘工具对于采矿材料执行挖掘操作。

本发明至少部分地涉及改进或克服现有技术研磨装置的一个或多个方面。

发明内容

根据第一方面，公开一种用于挖掘采矿材料的研磨装置。该研磨装置包括：能绕滚筒轴线旋转的研磨滚筒；第一组挖掘头部，该第一组挖掘头部围绕研磨滚筒的圆周设置，并且被驱动以绕第一旋转轴线旋转，该第一旋转轴线相对于滚筒轴线基本上径向地延伸；第二组挖掘头部，该第二组挖掘头部围绕研磨滚筒的圆周设置，并且绕第二旋转轴线旋转，该第一旋转轴线相对于滚筒轴线基本上径向地延伸。第一组挖掘头部包括多个第一挖掘工具，该多个第一挖掘工具配置成执行第一切削操作，且该第二组挖掘头部包括多个第二挖掘工具，该多个第二挖掘工具配置成执行不同于第一切削操作的第二挖掘操作。

根据本发明的第二方面，公开一种用于利用研磨装置挖掘采矿材料的方法。该研磨装置包括能绕滚筒轴线旋转的研磨滚筒、第一组挖掘头部以及第二组挖掘头部，该第一组挖掘头部被驱动以绕第一旋转轴线旋转并且接纳多个第一挖掘工具，且该第二组挖掘头部能绕第二旋转轴线旋转并且接纳与第一挖掘工具不同的多个第二挖掘工具。第一组挖掘头部和第二组挖掘头部围绕研磨滚筒的圆周交替地设置。该方法包括：使得研磨滚筒沿朝向采矿材料的方向绕滚筒轴线旋转，由此将第一挖掘工具与采矿材料接合；同时使得第一组挖掘头部绕第一旋转轴线旋转，由此利用第一挖掘工具执行第一切削操作；使得研磨滚筒进一步沿朝向采矿材料的方向旋转，由此将第二挖掘工具与采矿材料接合；以及使用第二挖掘工具执行与第一切削操作不同的第二挖掘操作。

从以下描述和附图中，本发明的其它特征和方面会显而易见。

附图说明

图1示出具有研磨装置的示例性采矿机器；

图2示出剖过示例性研磨装置的部分剖视图，该研磨装置具有示例性的第一组挖掘头部和示例性的第二组挖掘头部；

图3示出剖过示例性研磨装置的部分剖视图，该研磨装置具有另一示例性的第一组挖掘头部和与图2中所示相同的示例性第二组挖掘头部；

图4示出剖过示例性研磨装置的部分剖视图，该研磨装置具有与图3中所示相同的示例性第一组挖掘头部和另一示例性第二组挖掘头部；

图5示出剖过示例性研磨装置的部分剖视图，其中，第一组挖掘头部和第二组挖掘头部设置在同一轴线上；以及

图6示出剖过示例性研磨装置的部分剖视图，该研磨装置具有又一示例性第一组挖掘头部和又一示例性第二组挖掘头部。

具体实施方式

下文是对本发明的示例性实施例的详细描述。这里描述的示例性实施例旨在教示本发明的原理，以使得本领域普通技术人员能在许多不同的环境中并且针对许多不同的应用实施并使用本发明。因此，示例性实施例并不旨在且不应被认为是对保护范围的限制性描述。而是，保护范围应由所附权利要求所限定。

本发明部分地基于如下认识：利用多个挖掘头部的挖掘过程会在采矿机器上引起振动，并且由此不利地影响采矿机器的性能。

本发明部分地基于如下认识：当挖掘头部同时地执行多个挖掘操作时，可产生振动。由于在该情形中，从第一挖掘操作产生的干扰添加于从第二挖掘操作产生的干扰，如此等等。因此，来自各个挖掘操作的干扰彼此叠加，且于是可例如导致采矿机器振动。

根据本发明，通过提供第一组挖掘头部(第一挖掘头部)和第二组挖掘头部(第二挖掘头部)来防止采矿机器上干扰的此种叠加，该第一组挖掘头部包括第一挖掘工具，用于仅仅执行第一挖掘操作，且该第二组挖掘头部包括第二挖掘工具，用于仅仅执行与第一挖掘操作不同的第二挖掘操作。

在本发明的意义内，第一挖掘操作是切削操作。切削操作需要具有诸如针尖之类尖锐边缘的挖掘工具。在第一切削操作仅仅由第一挖掘工具执行时，第一挖掘工具包括具有尖锐边缘或尖锐末端的形状，用于执行第一挖掘工具。第一挖掘工具安装在第一挖掘头部上，该第一挖掘头部绕第一旋转轴线旋转。在第一挖掘头部旋转的情形下，第一挖掘工具的尖锐边缘刺穿到采矿材料中，由此在采矿材料中产生微裂纹且最终产生槽、底切部等等。

在本发明的意义内，第二挖掘操作是钝压缩操作。与第一切削操作不同，钝压缩操作并非是刺穿操作而是这样的操作，该操作将面压缩应变施加在采矿材料上，以抵抗采矿材料的拉伸强度起作用。对于采矿材料而言，对于压缩应变的抗力仅仅是对拉伸应变的抗力的一部分(在5％至20％之间)，在执行钝压缩操作的情形下，已开裂(穿孔、半破裂的)采矿材料经受面压缩冲击。此种压缩冲击抵抗采矿材料的拉伸强度工作，并且弱化采矿材料，由此使得采矿材料破裂，且因此，改进采矿机器的挖掘性能。

此外，根据本发明，第二组挖掘头部能绕第二旋转轴线自由地旋转。因此，当第二挖掘工具接触采矿材料以执行钝压缩操作时，第二挖掘工具在采矿材料之上辗动且由此支承研磨滚筒的旋转。于是，第二挖掘工具也可稳定采矿机器，且由此能有助于减小采矿机器的振动。

本发明进一步部分地基于这样的实现，在一些实施例中，如果第二挖掘工具不仅将压缩应变施加在采矿材料上，而且将此种压缩应变转变为附加地作用在采矿材料上的拉伸应变，则挖掘过程的性能能进一步改进。在一些实施例中，因此，采矿机器包括第二挖掘工具，该第二挖掘工具具有带有钝接触区域的盘状形状。钝接触区域在第二挖掘操作期间与采矿材料产生面接触，且施加压缩应变。为了将压缩应变转换为拉伸应变，钝接触区域包括锥形截面形状。锥形截面形状包括径向外表面和侧向表面，该径向外表面相对于研磨滚筒的滚筒轴线径向地向外设置。侧向表面具有一直径，该直径相对于滚筒轴线沿径向向外方向上增大，并且经由钝边缘连接于径向外表面。通过在第二挖掘工具上提供所描述的锥形截面形状，钝边缘能进入在第一切削操作期间产生的槽，与槽接合并且破出(撬出)剩余的采矿材料。剩余采矿材料从槽内部的此种“破出或撬动”与作用在采矿材料上的拉伸应变相对应。因此，当第二挖掘工具与槽接合时，第二挖掘工具将压缩应变转变为拉伸应变。于是，采矿材料由于“撬动效应”而进一步弱化，且采矿机器的挖掘性能可以增强。

本发明进一步部分地基于如下认识：在一些实施例中，当第二挖掘工具附加于已解释的压缩和/或拉伸应变将进一步冲击施加在采矿材料上时，能进一步改进挖掘过程。在一些实施例中，因此，第二挖掘头部包括轴托架部分和工具托架部分，该轴托架部分相对于滚筒轴线设置在径向内侧上，而该工具托架部分相对于滚筒轴线设置在径向外侧上。轴托架部分被可旋转地驱动，以绕第二旋转轴线旋转。工具托架部分接纳第二挖掘工具，并且可旋转地安装在轴托架部分上。工具托架部分进一步能绕第三旋转轴线旋转，该第三旋转轴线相对于第二旋转轴线偏移预定数值。因此，工具托架部分能绕第三旋转轴线自由地旋转，但绕与第三旋转轴线偏移的第二旋转轴线旋转。于是，当轴托架部分绕第二旋转轴线旋转时，工具托架部分和随之的第二挖掘工具锤入到采矿材料中。“锤入”到采矿材料中增加于施加于采矿材料的已解释压缩和/或拉伸应变。因此，采矿材料进一步弱化，且挖掘过程能进一步改进。

现参照附图，图1示出示例性采矿机器10。采矿机器10可以是用于挖掘采矿材料的任何类型采矿机器，例如部分面掘进机器或移动采矿机器。采矿机器10包括臂12，该臂连接于采矿机器10的底盘。臂12能如箭头38所示沿垂直和水平方向枢转和移动。臂12附连于滚筒保持器13。滚筒保持器13用于接纳研磨装置14并且能如箭头39所示枢转。研磨装置14包括研磨滚筒15、第一组挖掘头部(第一挖掘头部)18和第二组挖掘头部(第二挖掘头部)20。第一和第二挖掘头部18、20设置在研磨滚筒15的圆周上。第一挖掘头部18和第二挖掘头部20交替地设置在研磨滚筒15的圆周上。研磨滚筒15可例如包括一个和十个之间的第一挖掘头部18，且例如一个和十个之间的第二挖掘头部20。采矿机器10进一步包括履带齿轮11。履带齿轮11配置成操纵采矿机器10并且使得研磨装置14前进到采矿材料中。

在一些实施例中，采矿机器10可包括彼此并联地设置的一个以上研磨滚筒15。

例如在图1中更详细示出的是，每个第一旋转轴线18均包括第一旋转轴线210、基部构件24、多个挖掘工具支承环40、多个挖掘工具托架50以及多个第一挖掘工具60，该多个挖掘工具托架附连于多个挖掘工具支承环40。每个第一挖掘工具60均由多个挖掘工具托架50的一个可旋转地支承。挖掘工具托架50可以是可分的，以允许容易地触及第一挖掘工具60。

如图1中所示，第一挖掘头部18示例性地包括四个挖掘工具支承环41、42、43和44。挖掘工具支承环41、42、43、44相对于第一旋转轴线210对中地设置在基部构件24处。每个挖掘工具支承环41、42、43、44包括一直径，以使得挖掘工具支承环41、42、43、44一起形成锥状形状。挖掘工具支承环41、42、43、44可焊接在基部构件24上或者可一体地形成在该基部构件上。第一挖掘头部18可因此也称为“多排挖掘头部”。当然，第一挖掘头部18可具有不同数量的挖掘工具支承环，例如，一个挖掘工具支承环。在这些情形中，第一挖掘头部18可称为“单排挖掘头部”。

基部构件24进一步包括中心孔30，该中心孔沿着第一旋转轴线210延伸通过基部构件24。中心孔30配置成接纳驱动衬套32(参见图2)，该驱动衬套连接于从动工具轴(在图2中示出)，用于使第一挖掘头部18绕第一旋转轴线210旋转。第一挖掘头部18的驱动机构会在参照图2时更详细地描述。

例如在图1中进一步示出的是，每个第一挖掘工具60进一步包括尖锐末端62。尖端62配置成在第一挖掘头部18绕第一旋转轴线210旋转时刺穿到采矿材料中以产生裂纹。因此，第一挖掘工具60在采矿材料上执行切削操作。

现参照图2，示出剖过研磨装置14的部分剖视图。研磨装置14包括已在图1中解释的第一挖掘头部18和第二挖掘头部20。例如所提及的是，第一挖掘头部18和第二挖掘头部20交替地设置在研磨滚筒15的圆周上。因此，在图2中示出的部分剖视图中，示例性第一挖掘头部18在图2的顶部位置上示出，而示例性第二挖掘头部20在图2的底部位置上示出。第一挖掘头部18示意地示作例如之前参照图1所描述的多排挖掘头部。第一挖掘头部18包括示意性地由箭头38所示的多排第一挖掘工具60。第一挖掘头部18还可以是“单排挖掘头部”。

例如在图2中能观察到的是，研磨装置14包括研磨滚筒15。研磨滚筒15由第一滚筒环15A和第二滚筒环15B形成。研磨滚筒15包括滚筒轴线200，该滚筒轴线对中地设置在研磨滚筒15中。研磨滚筒15能绕滚筒轴线200旋转。研磨装置14进一步包括多个第一工具轴34和多个第二工具轴36，该多个第一工具轴设置在研磨滚筒15的圆周上，且该多个第二工具轴设置在研磨滚筒15的圆周上。第一和第二工具轴34、36设置在第一滚筒环15A和第二滚筒环15B之间。每个第一工具轴34均包括第一旋转轴线210，且每个第二工具轴36均包括第二旋转轴线212。第一旋转轴线210和第二旋转轴线212均相对于滚筒轴线200基本上径向地延伸。

在本发明的意义内，“相对于滚筒轴线200基本上径向地”意指第一旋转轴线210和第二旋转轴线212相对于滚筒轴线200的径向方向220以角度α延伸。角度α可在约0度和约±20度之间的范围内，较佳地在约±1度和约±20度之间的范围内，且更佳地在约±1度和约±15度之间的范围内。

第一工具轴34通过第一轴承衬套230连接于第一挖掘头部18。第二工具轴36通过第二轴承衬套232连接于第二挖掘头部20。第一和第二轴承衬套230、232借助多个紧固螺钉234螺接在第一和第二滚筒环15A、15B的周向端面中。每个第一和第二轴承衬套230、232能以类似于芯筒的方式更换，并且经由紧固螺钉234插入到滚筒腔室236中。研磨装置14还能转换成这样的配置，即第一和第二工具轴34、36垂直于滚筒轴线200延伸。在此种配置中，使用不同的第一和第二轴承衬套230、232，其中，第一和第二工具轴34、36垂直于滚筒轴线200设置。

在每个第一轴承衬套230中，可旋转地支承对应的第一工具轴34。在每个第二轴承衬套232中，可旋转地支承对应的第二工具轴36。可旋转支承借助设置在第一和第二轴承衬套230、232内的锥形辊子轴承238、轴承环240以及轴密封环242实现。

在下文中，解释研磨装置14的驱动机构。

在研磨装置14中，发生两个强制旋转。第一旋转是研磨滚筒15绕滚筒轴线200的旋转。第二旋转是第一工具轴34绕第一旋转轴线210的旋转。

研磨滚筒15绕滚筒轴线200的旋转经由第一皮带轮244执行。第一皮带轮244设置在研磨装置14的右侧上。第一工具轴34绕第一旋转轴线210的旋转通过第二皮带轮(未示出)执行。第二皮带轮沿研磨滚筒15的宽度方向与第一皮带轮244相对地设置在研磨装置14的左侧上。

第一皮带轮244连接于第一轮毂齿轮246的输入侧，由此驱动第一轮毂齿轮246。第二皮带轮连接于第二轮毂齿轮248的输入侧，由此驱动第二轮毂齿轮248。第一轮毂齿轮246设置在第一紧固凸缘250上，而第二轮毂齿轮248安装在第二紧固凸缘(未示出)上。两个紧固凸缘用于将研磨滚筒15连接于图1中示出的滚筒保持器13。

第一和第二轮毂齿轮246、248通过诸如采矿机器10的电动机的发动机驱动。第一轮毂齿轮246包括输出侧250，研磨滚筒15经由第一滚筒环15A连接于该输出侧。第二轮毂齿轮248包括输出侧，带齿冠齿轮252连接于该输出侧。带齿冠齿轮252经由轴承环254和轴密封件256可旋转地支承在第二滚筒环15B上。

带齿冠齿轮252与锥齿轮258啮合。锥齿轮258连接于第一工具轴34。由于带齿冠齿轮252自身由第二轮毂齿轮248驱动且由于带齿冠齿轮252与锥齿轮258啮合，因而带齿冠齿轮252啮合锥齿轮258。此外，带齿冠齿轮252能以与研磨滚筒15的旋转速度相比不同的旋转速度驱动锥齿轮258。因此，能使用第一和第二轮毂齿轮246、248来设定研磨滚筒15和第一工具轴34之间的期望旋转速度比。

在第一挖掘工具60安装在第一挖掘头部18上时，研磨装置14的操作致使研磨滚筒15绕滚筒轴线200旋转且致使第一挖掘头部18绕第一旋转轴线210旋转。于是，第一挖掘工具60经受绕两个不同旋转轴线的两个旋转运动。因此，第一挖掘工具60在研磨装置14的操作期间描述基本上摆线路径。在研磨装置14的操作期间，第一挖掘工具60接合到采矿材料260中，由此取决于第一挖掘头部18的类型，在采矿材料260中引起裂纹261且最终产生底切部262或槽。底切部或槽在采矿机器10的前进方向上示例性地如箭头264所示切削。

现参照第二挖掘头部20。

例如所提及的是，第二挖掘头部20连接于第二工具轴36。从图2中可观察到的是，第二工具轴36不同接触带齿冠齿轮252。因此，在研磨装置14的操作期间，第二工具轴36并不由带齿冠齿轮252驱动。由于第二工具轴36连接于第二挖掘头部20，因而第二挖掘头部20也不被驱动。而是，第二挖掘头部20能绕第二旋转轴线212自由地旋转。

第二挖掘头部20包括轴托架部分265和工具托架部分266。轴托架部分265连接于第二工具轴36，且工具托架部分266连接于轴托架部分265。工具托架部分266接纳第二挖掘工具267。

第二挖掘工具267距滚筒轴线200具有最大径向距离280，该最大径向距离基本上等于第一挖掘工具60和滚筒轴线200之间的最大径向距离282。此外，第二挖掘工具267距第二旋转轴线212具有最大径向距离284，该最大径向距离基本上等于第一挖掘工具60和第一旋转轴线210之间的最大径向距离286。

每个第二挖掘工具267进一步包括基本上盘状形状，该盘状形状绕第二旋转轴线212是对称的。盘状形状包括钝接触区域268。钝接触区域268在研磨装置14的操作期间接触采矿材料260。钝接触区域268在包括第二旋转轴线212的平面中包括锥形截面形状。锥形截面形状包括相对于滚筒轴线200的径向外表面270和侧向表面272。侧向表面272相对于滚筒轴线200沿径向方向在轴托架部分265和径向外表面270之间延伸。侧向表面272包括一直径，该直径沿径向方向从轴托架部分265向径向外表面270增大。钝接触区域268进一步包括钝边缘274。钝边缘274连接侧向表面272和径向外表面270。钝边缘274包括预定半径，该预定半径例如在约2mm和10mm之间的范围内。

径向外表面270进一步包括平面部分276和斜面部分278。平面部分276相对于第二旋转轴线212设置在径向内侧上。斜面部分278相对于第二旋转轴线212设置在径向外侧上。斜面部分278和平面部分276界定角度β。角度β基本上等于径向方向220和第二旋转轴线212之间的角度α。

由于第二挖掘工具267的最大径向距离280、284基本上等于第一挖掘工具60的最大径向距离286、282，因而在研磨装置14的操作下，第二挖掘工具267在由第一挖掘工具60产生的底切部262处接触采矿材料260。在研磨滚筒15的旋转期间，能自由地旋转的第二挖掘工具267利用它们的径向外表面270接触采矿材料260，并且在采矿材料260之上辗动。此种在采矿材料260之上“辗动”在采矿材料260之上产生压缩应变。压缩应变是对于之前通过第一挖掘工具60产生的裂纹261的附加冲击。因此，压缩应变进一步弱化采矿材料260并且支持挖掘过程。

附加地，由于径向方向220和第二旋转轴线212之间的角度α基本上等于平面部分276和斜面部分278之间的角度β，因而斜面部分278基本上绕其整个表面区域接触采矿材料260。因此，在研磨滚筒15的旋转期间，斜面部分278导致对研磨装置14的侧向支承。此种侧向支承还用于限制第一挖掘工具60在采矿材料260中的穿透深度。因此，第二挖掘工具267还用作用于第一挖掘工具60的深度止挡件。例如，第一挖掘工具60在采矿材料260中的最大穿透深度可例如针对硬质岩石采矿材料在约1mm和约5mm的范围内，而针对软质岩石采矿材料在约5mm和约10mm的范围内。

现参照图3，示出剖过另一示例性研磨装置的部分剖视图。与图2中示出的示例相比，图3中的研磨装置14包括与图2中所示相同的第二挖掘头部20，但包括不同的第一挖掘头部18’。在图3中示出的示例中，第一挖掘头部18’是槽切削挖掘头部。与图2的已解释多排挖掘头部相比，槽切削挖掘头部18’包括单个槽切削环300。

槽切削环300的俯视图在图3中示作由“X”指示。例如能观察到的是，槽切削环300包括多个第一挖掘工具60’。第一挖掘工具60’以锯齿方式设置在槽切削环300的外圆周上。第一挖掘工具60’具有带有尖锐的顶部和底部边缘的圆柱形形状，并且由碳化物、金刚石或其它硬质材料制成。第一挖掘工具60’包括一直径，该直径例如在约8mm和约20mm之间的范围内。

槽切削环300如箭头所示沿顺时针方向旋转。在槽切削环300的旋转期间，第一挖掘工具60’将它们的尖锐边缘与采矿材料260接合，并且沿着采矿机器10的前进方向264将槽302切削到采矿材料260中。止挡件302可相对于滚筒轴线200具有例如在约5mm和20mm之间的范围内的轴向距离304，并且可相对于滚筒轴线200具有例如在约8mm和20mm之间范围内的径向距离306(并不考虑第一旋转轴线210相对于滚筒轴线200的略微倾斜)。

能绕第二旋转轴线212自由地旋转的第二挖掘头部20包括第二挖掘工具267。例如所提及的是，第二挖掘工具267的最大径向距离280、284基本上等于第一挖掘工具60’的最大径向距离286、282。因此，在研磨装置14的操作下，第二挖掘工具267与槽302接合。径向外表面270的斜面部分278相对于滚筒轴线200在槽302的径向外侧处接触采矿材料260。附加地，侧向表面272相对于滚筒轴线200在槽302的径向内侧处接触采矿材料260。于是，第二挖掘工具267将结合图2解释的压缩应变转变为从槽302内作用在采矿材料260上的拉伸应变。于是，将槽边缘308附近的采矿材料260破出。

通过将槽切削挖掘头部18’与第二挖掘头部20相组合，在第一切削操作期间产生的预定槽302用于撬出剩余的采矿材料310。此外，通过产生不同的限定槽302，减小采矿机器10的所需总体切削功率。

现参照图4，示出剖过另一示例性研磨装置的部分剖视图。与图3中示出的示例相比，图4中的研磨装置14包括与图3中所示相同的第一挖掘头部18’，但包括不同的第二挖掘头部20’。

如图4中所示，第二工具轴36包括与带齿冠齿轮252啮合的锥齿轮400。因此，第二工具轴36由带齿冠齿轮252可旋转地驱动，并且绕第二旋转轴线212旋转。每个第二挖掘头部20’均包括轴托架部分265。轴托架部分265固定地连接于第二工具轴36。因此，轴托架部分265也被可旋转地驱动并且绕第二旋转轴线212旋转。每个第二挖掘头部20’均进一步包括工具托架部分266。工具托架部分266使用轴承402可旋转地安装于轴托架部分265。此外，工具托架部分266能绕第三旋转轴线404自由地旋转。第三旋转轴线404相对于第二旋转轴线212偏移预定数值406。预定数值406可例如在约1mm和约10mm之间的范围内。

在包括第三旋转轴线404的第二挖掘头部20’相对于第二旋转轴线212偏移的情形下，工具托架部分266能绕第三旋转轴线404自由地旋转，但被驱动以绕第二旋转轴线212旋转。于是，当轴托架部分265绕第二旋转轴线212旋转时，工具托架部分266和随之的第二挖掘工具267如箭头408所示“锤入”到采矿材料260中。此种“锤入”到采矿材料260中增加于施加于采矿材料260的已解释压缩和/或拉伸应变。因此，采矿材料260进一步弱化，且研磨装置14的挖掘过程能进一步改进。

现参照图5，示出剖过另一示例性研磨装置的部分剖视图。在图5的示例性研磨装置中，第一挖掘头部18’和第二挖掘头部20”设置在同一旋转轴线上。换言之，第一旋转轴线210和第二旋转轴线212与旋转轴线500重合。此外，第一挖掘头部18’相对于滚筒轴线200径向地向外设置，第二挖掘头部20’相对于滚筒轴线200径向地向内设置。例如在图5中能观察到的是，每个第一挖掘头部18’和每个第二挖掘头部20”一起安装在单个工具轴502上。换言之，第一工具轴34和第二工具轴36组合至工具轴502。工具轴502经由锥齿轮258可驱动地连接于带齿冠齿轮252。

例如在图5中能进一步观察到的是，第一挖掘头部18’是已结合图3和4解释的槽切削挖掘头部。第二挖掘头部20”包括已结合图4解释的轴托架部分265和工具托架部分266。轴托架部分265连接于工具轴502并且连接于槽切削环300。工具托架部分266使用轴承402可旋转地安装于轴托架部分265并且能绕旋转轴线500自由地旋转。由于驱动第一挖掘工具60’绕旋转轴线500旋转，因而第一挖掘头部18’将槽504切削到采矿材料260中。由于第二挖掘工具267能绕旋转轴线500自由地旋转并且从第一挖掘工具60’下面与槽504接合，因而第二挖掘头部20伴随地加宽槽504。由于挖掘操作的此种组合，能进一步改进研磨装置14的挖掘性能。

现参照图6，示出剖过另一示例性研磨装置的部分剖视图。在图6的示例性研磨装置14中，第一挖掘头部18”包括多个槽切削环600、602、604。多个槽切削环600、602、604沿第一旋转轴线210的轴线方向设置。每个槽切削环600、602、604均包括一定直径。在不同的槽切削环之间，相应的槽切削环的直径随着增大距滚筒轴线200的径向距离而减小，以使得槽切削环600、602、604形成具有锥状形状的第一挖掘头部18”。

例如能在图6中进一步观察到的是，第二挖掘头部20”’包括多个盘形环606、608、610。多个盘形环606、608、610相对于第二旋转轴线212沿轴向方向设置。每个盘形环606、608、610均包括一定直径。在不同的盘形环之间，相应的盘形环的直径随着增大距滚筒轴线200的径向距离而减小，以使得盘形环606、608、610形成具有锥状形状的第二挖掘头部20”’。此外，盘形环606、608、610的直径基本上等于相应槽切削环600、602、604的直径。也就是说，最小盘形环606的直径基本上等于最小槽切削环600的直径，且如此等等。

因此，每个槽切削环600、602、604将槽612、614、616切削到采矿材料260中，且每个盘形环606、608、610接合到相应的槽612、614、616中，由此在采矿材料260上产生交错撬动效应。

通过使用多排槽切削挖掘头部18”，与图2中示出的多排挖掘头部18相比，底切部深度(即，相对于第一旋转轴线210沿径向方向的距离618)能增大。此外，通过产生多个不同的限定槽612、614、616，减小采矿机器10的所需总体切削功率。

这里使用的诸如“约”和“基本上”的术语在指代诸如参数或角度的可测量数值时意指包含规定数值的±10或更小的变化，更佳地±5％或更小的变化，进一步更佳地±1％或更小的变化，只要这些变化适合于执行所公开的本发明即可。例如已提及的是，这里使用的术语“相对于滚筒轴线基本上径向地”指代相对于滚筒轴线的径向方向以如下角度延伸的第一和第二旋转轴线：该角度在约0度和约±20度之间的范围内，较佳地在约±1度和约±20度之间的范围内，且更佳地在约±1度和约±15度之间的范围内。

应理解的是，参照修饰语“约”的数值自身也是规定的且较佳地是公开的。数值范围通过端点的阐述包括包含在相应范围内的所有数字和分数以及所述端点。

工业实用性

适合于研磨装置14的示例性采矿机器例如是由卡特彼勒全球矿业欧洲有限公司制造的部分面掘进机器或移动采矿机器。然而，本领域技术人员会意识到的是，研磨装置14同样适合于其它采矿机器。

在下文中，结合图1至6中示出的实施例来描述用于挖掘采矿材料(尤其是硬质岩石采矿材料)的过程。

首先，研磨滚筒15通过第一轮毂齿轮246绕滚筒轴线200旋转。研磨滚筒15沿朝向采矿材料260的方向旋转，由此将第一挖掘工具60与采矿材料260接合。伴随着，操作第二轮毂齿轮248且该第二轮毂齿轮驱动与锥齿轮258啮合的带齿冠齿轮252，使得第一工具轴34和随之的第一挖掘头部18绕第一旋转轴线210旋转。

然后，在第一挖掘头部18旋转的情形下，第一挖掘工具60、60’接合采矿材料260并且执行它们对采矿材料260的第一切削操作，由此取决于所使用的第一挖掘头部18、18”的类型，产生底切部262、槽302或多个槽612、614、616。

接下来，在研磨滚筒15的伴随旋转期间，安装在第二挖掘头部20上的第二挖掘工具267与采矿材料260接合。由于第二挖掘工具267的最大径向距离284、280基本上等于第一挖掘工具60、60’的最大径向距离286、282，因而第二挖掘工具267相较第一挖掘工具60、60’接合基本上相同的采矿材料260区域。因此，第二挖掘工具267在与第一挖掘工具60、60’基本上相同的采矿材料260的区域中执行它们的第二挖掘操作，这些第一挖掘工具执行它们的第一切削操作。

第二挖掘工具267包括钝接触区域268，该钝接触区域在研磨滚筒15的旋转期间接触采矿材料260。由于第二挖掘工具267并不如同第一挖掘工具60、60’那样包括尖锐边缘，因而第二挖掘工具267执行不同于第一切削操作的第二挖掘操作。此外，由于钝接触区域268包括相对于平面部分276以角度α延伸的斜面部分278，因而斜面部分278基本上在其整个表面区域上接触采矿材料260，该角度α基本上等于径向方向220和第二旋转轴线212之间的角度β。因此，斜面部分278在采矿材料260上施加面压缩力，该面压缩力在采矿材料260上产生面压缩应变。因此，第二挖掘操作是钝压缩操作，该钝压缩操作通过抵抗采矿材料260的拉伸强度起作用而进一步弱化采矿材料260。除了钝压缩操作以外，斜面部分278导致对研磨装置14的侧向支承。例如已解释的是，侧向支承减小采矿机器10的振动并且还用于限制第一挖掘工具60、60’在采矿材料260中的穿透深度。

在使用槽切削挖掘头部18’的情形中(参见图3)，第二挖掘操作并不限于钝压缩操作，但对采矿材料260具有附加的效应。例如，钝接触区域268定形成使得径向外表面270和侧向表面272在第一切削操作期间与槽302接合。在研磨滚筒15朝向采矿材料260的伴随旋转期间，所接合的第二挖掘工具267类似于杠杆而从槽302内起作用，由此将压缩应变转变为从槽302内作用在采矿材料260上的拉伸应变。

在第一挖掘头部18’和第二挖掘头部20”安装在同一工具轴502上的情形中，第一和第二挖掘槽伴随地施加于采矿材料260。

在使用第一挖掘头部18’和第二挖掘头部20”的情形中(参见图4)，可旋转地驱动第二挖掘工具267以绕第二旋转轴线212旋转。于是，第二挖掘操作附加地包括在采矿材料260上的“锤入”效应。

通常，第一挖掘头部18、18’能以任何合适的方式与第二挖掘头部20、20’、20”组合，从而只要采矿材料260上的冲击增大，就改进挖掘过程。

虽然每个第二挖掘头部20、20’、20”示作仅仅包括单个第二挖掘工具267，但例如在多排挖掘头部18的情形中，每个第二挖掘头部20、20’、20”可包括多个第二挖掘工具267。因此，在一些实施例中，第二挖掘头部20、20’、20”可对应于第一挖掘头部18，但包括盘形第二挖掘工具267来替代尖锐边缘的第一挖掘工具60。

虽然这里已描述了本发明的较佳实施例，但可包含改进和修改，而不会偏离以下权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种用于挖掘采矿材料(260)的研磨装置(14)，所述研磨装置(14)包括：

研磨滚筒(15)，所述研磨滚筒能绕滚筒轴线(200)旋转；

第一组挖掘头部(18、18’、18”)，所述第一组挖掘头部围绕所述研磨滚筒(15)的圆周设置并且被驱动以绕第一旋转轴线(210)旋转，所述第一旋转轴线相对于所述滚筒轴线(200)基本上径向地延伸；

第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)，所述第二组挖掘头部围绕所述研磨滚筒(15)的圆周设置，并且绕第二旋转轴线(212)旋转，所述第二旋转轴线相对于所述滚筒轴线(200)基本上径向地延伸；其中，

所述第一组挖掘头部(18、18’、18”)包括多个第一挖掘工具(60、60’)，所述多个第一挖掘工具配置成执行第一切削操作，以及

所述第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)包括多个第二挖掘工具(267)，所述多个第二挖掘工具配置成执行不同于所述第一切削操作的第二挖掘操作。

2.根据权利要求1所述的研磨装置(14)，其中，所述第二挖掘操作是抵抗所述采矿材料(260)的拉伸强度起作用的钝压缩操作。

3.根据权利要求1或2所述的研磨装置(14)，其中，所述第二挖掘工具(267)包括盘状形状，所述盘状形状具有钝接触区域(268)，所述钝接触区域配置成执行所述第二挖掘操作。

4.根据权利要求3所述的研磨装置(14)，其中，所述钝接触区域(268)在包括所述第二旋转轴线(212)的平面中包括锥形截面形状，所述锥形截面形状进一步包括：

相对于所述滚筒轴线(200)的径向外表面(270)，

侧向表面(272)，所述侧向表面(272)具有相对于所述滚筒轴线(200)沿径向向外方向增大的直径，以及

钝边缘(274)，所述钝边缘(274)连接所述侧向表面(272)和所述径向外表面(270)。

5.根据权利要求4所述的研磨装置(14)，其中，所述径向外表面(270)在相对于所述第二旋转轴线(212)的径向内侧处包括平面部分(276)，并且在相对于所述第二旋转轴线(212)的径向外侧处包括斜面部分(278)。

6.根据权利要求5所述的研磨装置(14)，其中，

所述第二旋转轴线(212)和所述滚筒轴线(200)的径向方向(220)界定第一角度(α)，

所述斜面部分(278)和所述平面部分(276)界定第二角度(β)，以及

所述第二角度(β)基本上等于所述第一角度(α)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的研磨装置(14)，其中，所述第一组挖掘头部(18、18’、18”)和所述第二组挖掘头部(20、20’、20”’)交替地设置在所述研磨滚筒(15)的所述圆周上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的研磨装置(14)，其中，

所述第一挖掘工具(60、60’)包括距所述第一旋转轴线(210)的第一最大径向距离(286)，

所述第二挖掘工具(267)包括距所述第二旋转轴线(212)的第二最大径向距离(284)，以及

所述第二最大径向距离(284)基本上等于所述第一最大径向距离(286)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的研磨装置(14)，其中，

所述第一挖掘工具(60、60’)包括距所述滚筒轴线(200)的第一最大径向距离(282)，

所述第二挖掘工具(267)包括距所述滚筒轴线(200)的第二最大径向距离(280)，以及

所述第二最大径向距离(280)基本上等于所述第一最大径向距离(282)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的研磨装置(14)，其中，所述第二组挖掘头部(20’)包括轴托架部分(265)和工具托架部分(266)，所述轴托架部分(265)相对于所述滚筒轴线(200)设置在径向内侧上，且所述工具托架部分(266)相对于所述滚筒轴线(200)设置在径向外侧上，且所述轴托架部分(265)被驱动以绕所述第二旋转轴线(212)旋转，所述工具托架部分(266)配置成接纳所述第二挖掘工具(267)，所述工具托架部分(266)进一步可旋转地安装在所述轴托架部分(265)上并且能绕第三旋转轴线(404)旋转，其中，所述第三旋转轴线(404)相对于所述第二旋转轴线(212)偏移预定数值(406)。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的研磨装置(14)，其中，

所述第一组挖掘头部(18”)包括多个槽切削环(600、602、604)，所述多个槽切削环(600、602、604)沿所述第一旋转轴线(210)的轴向设置，且每个槽切削环(600、602、604)接纳所述多个第一挖掘工具(60、60’)，以及

第二组挖掘头部(20”’)包括多个盘形环(606、608、610)，所述多个盘形环(606、608、610)沿所述第二旋转轴线(212)的轴向方向设置，且每个盘形环(606、608、610)接纳所述多个第二挖掘工具(267)并且配置成与由相应的槽切削环(600、602、604)产生的槽(612、614、616)接合。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的研磨装置(14)，其中，所述第一旋转轴线(210)与所述第二旋转轴线(212)是相同的，且所述第一挖掘工具(60、60’)相对于所述滚筒轴线(200)设置在径向外侧上，且所述第二挖掘工具(267)相对于所述滚筒轴线(200)设置在径向内侧上。

13.一种用于利用研磨装置(14)挖掘采矿材料(260)的方法，所述研磨装置(14)包括研磨滚筒(15)、第一组挖掘头部(18、18’、18”)以及第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)，所述研磨滚筒(15)能绕滚筒轴线(200)旋转，所述第一组挖掘头部(18、18’、18”)被驱动以绕第一旋转轴线(210)旋转并且接纳多个第一挖掘工具(60、60’)，所述第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)能绕第二旋转轴线(212)旋转并且接纳不同于所述第一挖掘工具(60、60’)的多个第二挖掘工具(267)，所述第一组挖掘头部(18、18’、18”)和所述第二组挖掘头部(20、20’、20”、20”’)交替地围绕所述研磨滚筒(15)的圆周设置，且所述方法包括：

使所述研磨滚筒(15)沿朝向所述采矿材料(260)的方向绕所述滚筒轴线(200)旋转，由此将所述第一挖掘工具(60、60’)与所述采矿材料(260)接合；

伴随地使所述第一组挖掘头部(18、18’、18”)绕所述第一旋转轴线(210)旋转，由此利用所述第一挖掘工具(60、60’)执行第一切削操作；

使所述研磨滚筒(15)进一步沿朝向所述采矿材料(260)的方向旋转，由此将所述第二挖掘工具(267)与所述采矿材料(260)接合；以及

使用所述第二挖掘工具(267)执行与所述第一切削操作不同的第二挖掘操作。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一切削操作和所述第二挖掘操作在所述采矿材料(260)的相同区域中执行。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述第二挖掘操作进一步包括：

在所述采矿材料(260)上执行钝压缩操作，所述钝压缩操作抵抗所述采矿材料(260)的拉伸强度起作用；

将所述第二挖掘工具(267)与在所述第一切削操作期间在所述采矿材料(260)中产生的槽(302)接合，以及

通过使所述研磨滚筒(15)进一步沿朝向所述采矿材料(260)的方向旋转来破出剩余的采矿材料(310)。