CN109415937B - 具有分段切削盘的切削头 - Google Patents

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Abstract

一种用于接合岩面的切削装置，包括被支撑以绕旋转轴线旋转的盘体和多个可拆卸地固定到盘体上的外周部分。每个外周部分包括位于外周边缘上的多个切削齿。每个外周部分的外周边缘与相邻外周部分的外周边缘对齐。

Description

具有分段切削盘的切削头
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月27日提交的在先提交且共同待决的美国临时申请62/342,438，2016年5月27日提交的美国临时申请62/342,254，以及2017年1月16日提交的美国临时申请62/446,799的权益。这件文档的全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开文件涉及用于采掘或挖掘岩石的机械，更具体地涉及用于采掘或挖掘岩石的切削机构。
背景技术
采矿机械可包括切削盘，以切削和移除岩石和/或矿料。切削盘可以旋转并被驱动而以小角度来底切岩壁，从而产生剪切力使岩石破裂。切削盘具有位于盘外周的多个切削齿或切削钮。
发明内容
在一个方面，一种用于接合岩面的切削装置，所述切削装置包括：盘体，该盘体被支撑以绕旋转轴线旋转；和可拆卸地固定到所述盘体上的多个外周部分。所述外周部分中的每一个均包括位于外周边缘上的多个切削齿。每个外周部分的外周边缘与相邻外周部分的外周边缘对齐。
在另一方面，一种用于接合岩壁的切削头，所述切削头包括：构造成支撑在框架上的悬臂；驱动机构；和切削装置，所述切削装置支撑在所述悬臂上并由所述驱动机构驱动。所述切削装置包括：盘体，所述盘体被支撑以绕旋转轴线旋转，和可拆卸地固定到所述盘体上的多个外周部分。所述外周部分中的每一个均包括位于外周边缘上的多个切削齿。每个外周部分的外周边缘与相邻外周部分的外周边缘对齐。
在又一方面，一种用于接合岩面的切削装置，所述切削装置包括：盘体，所述盘体被支撑以绕旋转轴线旋转；和支撑在所述盘体上的切削件。所述切削件包括外周边缘和沿所述外周边缘定位的多个切削齿，所述外周边缘具有圆形形状。所述切削件被形成为独立可拆卸地固定到所述盘体上的多个切削部分，所述切削部分中的每一个均支撑所述切削齿中的一些切削齿。
在又一方面，提供了一种维修采矿机械的切削装置的方法。所述切削装置包括支撑在盘体上的多个切削部分，每个切削部分包括沿外周边缘定位的多个切削齿。所述方法包括：使所述切削部分中的一个切削部分与所述盘体分离；和在所述一个切削部分先前占据的位置处将替换切削部分固定到所述盘体。
结合以下详细介绍和附图，其他特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是采矿机械的透视图。
图2是切削头的透视图。
图3是图2所示切削头的分解视图。
图4是沿剖面4-4观察的图2所示切削头的剖视图。
图5是切削盘的透视图。
图6是图5所示切削盘的主支撑件的透视图。
图7A是切削段的第一透视图。
图7B是图7A所示切削段的第二透视图。
图8是固定到图5所示主支撑件上的切削段的放大透视图。
图9是固定到图8所示主支撑件上的切削段的放大侧视图。
图10是固定到图8的主支撑件上的切削段的透视图。
图11是图8的主支撑件和一个切削段的分解图。
图12是图5的切削盘的局部剖视图。
在详细介绍实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或在以下附图中示出的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应当理解，这里使用的措辞和术语仅是为了说明，而不应该被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项。术语“安装”、“连接”和“联接”用其广义涵义并且包含直接和间接的安装、连接和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接，并且可以包括电气或液压的连接或联接，无论其是直接还是间接的。此外，电子通信和通知可以使用任何已知的手段来执行，包括直接连接、无线连接等。
具体实施方式
图1示出了一种采矿机械10(例如，入口掘进机)，其包括框架或底盘14、悬臂18，以及支撑在悬臂18上的用于接合岩面(未示出)并从岩面移除岩石的切削头22。底盘14被支撑在驱动系统上，该驱动系统包括牵引装置(例如，轨道30)以用于在支撑表面或地面上移动底盘14。底盘14包括第一端或前端，以及第二端或后端，纵向底盘轴线26在前端和后端之间延伸。在所示实施例中，底盘14还包括收集头32，收集头32靠近切削头22附近的矿井地面。收集头32包括平台34和旋转构件38，旋转构件38将切削材料从平台34引导到输送机42上。在一些实施例中，底盘14还可包括用于将切削材料引导到平台34上的臂。在所示实施例中，采矿机械10包括单个切削头；在其他实施例中，机械10可包括多个切削头。
在一些实施例中，悬臂18可通过转盘或旋转接头支撑在底盘14上，该转盘或旋转接头可绕垂直于底盘轴线26的旋转轴线56(例如，垂直于支撑面的竖直轴线)旋转，以让悬臂18在大致平行于底盘轴线26的平面内枢转(例如，平行于支撑面的水平面)。
如图2-4所示，切削头22包括连接到悬臂18(图1)端部的壳体52、激励器组件54(图4)和切削盘组件58。切削头22沿着切削头轴线A延伸。在所示实施例中，壳体52包括圆柱形部分60和连接到圆柱形部分60一端的臂62。在所示实施例中，臂62包括支撑切削盘组件58的安装部分或轴64(图3和4)。如图4所示，在所示实施例中，激励器组件54包括偏心激励质量块70和马达78，偏心激励质量块70连接到轴74上从而被支撑以在臂62内旋转(例如，通过轴承76)，马达78用于机械驱动轴74和激励质量块70旋转。激励质量块70的旋转使切削头22(包括切削盘组件58)振动。在所示实施例中，切削盘组件58被支撑以自由旋转。
在一些实施例中，切削盘组件58被驱动以绕纵向轴线A旋转，并且纵向轴线A从固定的腕关节振动。在一些实施例中，切削头和盘可以以与2013年9月16日提交的美国专利申请公开号2014/0077578中公开的采矿机械相类似的方式操作，该专利申请的全部内容通过引用而并入本文。在其他实施例中，切削头和盘以与2011年5月3日公布的美国专利7,934,776中公开的切削机构相类似的方式操作，该专利的全部内容通过引用而并入本文。在其他实施例中，可以驱动切削盘以其他的方式旋转。
参见图3和5，切削盘组件58包括托架86(图3)和切削盘90，切削盘90包括主体或主支撑件94，以及支撑在主支撑件94上的切削件或切削环96。在所示实施例中，主支撑件94通过锥形接口连接到托架86的一端，并通过螺栓连接保持在适当位置。在其他实施例中，可以使用其他类型的连接(例如，紧固件、保持销、锁定板等)来代替螺栓连接。在所示实施例中，托架86通过轴承106(图4，例如滚柱轴承)支撑在轴64上而自由旋转。除了由激励质量块70引起的诱发振动和/或由岩面施加在切削头22上的反作用力之外，切削盘组件58既不会被阻碍旋转也不被主动驱动而旋转。切削件96包括多个可独立拆卸的周向部分或切削段102。
参见图6，主支撑件94包括平面的端面110和沿周长定位的多个区段接纳部分114。在所示实施例中，每个区段接纳部分114由大致的平面表面118限定，平面表面118相对于端面110成一角度。每个区段接纳部分114包括至少部分地延伸穿过平面表面118并正交于平面表面118的槽122。每个区段接纳部分114以肩部126为界，肩部126限定在区段接纳部分114与端面110的相交处。
在所示实施例中，主支撑件94包括沿周长定位的八个区段接纳部分114，并且每个区段接纳部分114与其他部分114具有相同的尺寸和形状。因此，主支撑件94可以接纳相同数量的切削段102(即，八个切削段102)。如图5所示，每个切削段102相对于盘90的轴线成角度116延伸。在所示实施例中，每个切削段102延伸大约45度的角度；在其他实施例中，切削件96可包括不同数量的区段，并且区段可延伸约30度至约120度之间的角度。
在其他实施例中，主支撑件可包括更少或更多的区段接纳部分，并且切削段的数量等于区段接纳部分的数量。另外，区段接纳部分114的特征(包括平面表面118和槽122)可以在尺寸和/或形状上变化，并且尺寸和/或形状也可以相对于彼此而变化(即，一个区段接纳部分可以与一个或多个其他区段接纳部分不同；一个切削段可以与一个或多个其他切削段不同)。
再次参见图6，主支撑件94还包括保持结构130。在所示实施例中，保持结构130设置在端面110上，并且每个保持结构130包括孔130a，孔130a以相对于端面110的一角度延伸穿过主支撑件94，延伸的方向大致平行于相应的区段接纳部分114的平面表面118。换句话说，在所示实施例中，每个孔130a与相关的切削段容纳槽122相交并且相对于相关的切削段容纳槽122正交定向。在所示实施例中，孔130a包括端面110上的第一开口132和主支撑件94外周表面上的第二开口136。
主支撑件94还可以包括通道或导管(未示出)，其与设置在采矿机械上的流体源或远离采矿机械的流体源流体联通，以将流体输送到切削盘90。流体的输送可以提供润滑和/或减少热负荷。导管可以将流体分配到切削段102上和/或切削段102周围，以润滑和冷却切削盘90的、与岩面接合的部分。
参考图7A和7B所示，每个切削段102包括从主体138延伸的连接突起134。主体138包括下表面142、外壁146和倾斜内壁150。外壁146和倾斜内壁150相向延伸，并且在外周边缘或边缘154交汇。主体138的内部包括唇缘或凸缘140，用于接合主支撑件94肩部126。边缘154包括延伸到主体138内的孔158(图7A)。主体138还包括第一端面148和第二端面152。切削段102以端对端的方式围绕主支撑件94的周长定位，从而一个段102的第一端面148位于相邻段102的第二端面152附近。相邻切削段102的边缘154对齐，从而提供围绕主支撑件94周长的基本上连续的切削边缘(即，除了可能在相邻切削段102之间的接口处产生的间隙外，切削边缘是连续的)。
如图8所示，每个孔158接收切削钮或切削刀齿162。切削齿162定位在切削平面164(图4)中。切削齿162可以由具有高硬度材料(例如，碳化物)制成。在所示的实施例中，每个切削段102的边缘154包括以等间距隔开的大约十四个孔158；在其他实施例中，边缘154可以包括更少或更多的孔158，和/或孔158可以沿着边缘154不规则地间隔开。在示例性实施例中，每个孔158可以配置成接收如2016年5月27日提交的美国临时专利申请号62/342,254中的切削齿。每个切削齿162可包括定位在孔158中的主体部分(未示出)和具有切削构造(例如，边缘或尖)的端部160。端部从孔158突出以接合岩石面。该切削构造可以相对于切削盘组件58的旋转轴线成一定角度定向。
在又一示例性实施例中，边缘154可包括多种类型或尺寸的孔，所述孔构造成接收不同类型的切削齿162或耐磨件。孔可以间隔开或交替布置，或者可选地位于切削段的不同表面上。耐磨件可以是基本上类似于2016年5月27日提交的美国临时专利申请号62/342,438中所介绍的耐磨齿。
如图7B所示，每个切削段102通过连接突起134被保持或固定到主支撑件94上。连接突起134位于主支撑件94的一个切削段容纳槽122(图6)中。在图示的实施例中，连接突起134通常是圆柱形的。连接突起134从切削段102的下表面142延伸，并且孔166横交地延伸穿过连接突起134。
切削段102还包括设置在下表面142上的多个拔出孔174，所述拔出孔174与孔158可操作地连通。在所示实施例中，拔出孔174与孔158对齐，使得各个切削齿162可以用拔出孔174来从孔158中拆下。拔出孔174的直径也小于孔158，使得切削齿162牢固地保持在孔158内而不会过度插入或缩到孔158中。在其他实施例中，拔出孔174可以具有不同的直径和/或拔出孔174可以设置在切削段102上的不同位置。在其他实施例中，孔158可以是盲孔而不设置拔出孔。例如，孔158可以加工到预定深度而不与切削段的相对侧上的开口连通。
在所示实施例中，每个切削段102与其他切削段相似。在其他实施例中，切削段可以是不同的。例如，切削段可以由不同的材料构成，具有不同的几何形状，和/或可以包括不同数量和类型的切削齿。而且，切削段可以以另一种方式固定到主支撑件94。
如图8和9所示，在所示实施例中，切削齿162沿外周边缘154以等间距隔开。切削齿162的纵向轴线B(图9)相对于由主支撑件94端面110限定的平面成一角度定向。特别地，在每个切削齿162的端面110和纵向轴线B之间形成大约0度和大约90度之间的角度C(图9)。在一些实施例中，端面110大致垂直于切削头22的纵向轴线A。此外，切削齿162定位成使得切削边缘22沿从切削头22的纵向轴线A径向朝外的方向定向。
如图11和12所示，连接突起134插入到切削段接纳槽122中并且定位成使得突起的孔166与保持结构130对准。切削段102的突出部140抵接主支撑件94的肩部126，进一步确保突起134合适地对准槽122。在所示实施例中，切削段102通过将保持器或紧固件182(例如，销、螺栓、螺钉等)沿轴线D穿过保持结构130的孔而进行固定。该紧固件延伸穿过切削段102的孔166并穿过主支撑件94的一部分，从而将切削段102锁定到主支撑件94上(图12)。
在其他实施例中，切削段102可以以其他方式固定到主支撑件94。例如，可以使用锁定板、夹子、螺栓连接、键槽、花键、挤压件、偏心夹紧、弹簧夹紧、液压夹紧、过盈配合、摩擦配合、膨胀接口和/或锥形接口。保持结构130有助于将切削段102锁定/附接到主支撑件94，并且还有其他优点，例如帮助切削段102对齐并且将切削段102拉到与主支撑件94抵接以确保安全连接。
在所示的实施例中，切削段102和主支撑件94之间的连接使得在齿162接合岩面时载荷能够传递到主支撑件94，并且在很多情况下被优化。例如，主支撑件94的肩部126与切削段102之间的接合有助于防止切削段102围绕突出部134旋转。这种接合还提供了更大的载荷表面，用于分散作用在切削段102上的载荷，进而又使传递到保持器182的载荷最小化，并且延长切削段102和保持器182的寿命。
在操作中，切削盘组件58被驱动而与岩面接合。在所示实施例中，激励质量块70由马达78驱动，以使切削头22偏心振动。切削头22可围绕悬臂18(图1)的腕关节移动，而切削盘组件58相对于采矿机械10自由旋转。当力通过切削齿162传递到岩石面时，切削盘组件58的自由旋转和振动的组合使得能够有效地从岩石面上移除岩石。
可拆卸的切削段102允许在各个切削段102损坏或退化时更换各个切削段102，而无需更换整个切削件96或切削盘90。此外，切削段102可以为“模块化”，其中段可以被移除和更换以定制切削盘组件58以适合特定应用。例如，不同材料的切削段102或具有不同齿162的切削段102可用于不同的应用场合(例如，不同的岩面构成，不同的环境条件等)。另外，切削盘90的有效切削尺寸可以在不改变主支撑件94的情况下进行改变，例如将切削段102换成在主支撑件94上的更小或更大的切削段，或者更换包括具有不同直径的外周边缘的切削段。
尽管已经参考某些实施例详细介绍了各方面内容，但是仍然存在落入所描述的一个或多个独立方面范围和主旨内的变型和改型。权利要求列出了各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于接合岩面的切削装置，其特征在于，所述切削装置包括：
盘体，所述盘体被支撑以绕旋转轴线旋转，所述盘体包括多个外周表面，每个外周表面均相对于所述旋转轴线以倾斜角定向；和
可拆卸固定到所述盘体上的多个外周部分，所述多个外周部分中的每一个接合所述外周表面中的相关的一个，所述外周部分中的每一个均包括位于外周边缘上的多个切削齿，每个外周部分的外周边缘与相邻外周部分的外周边缘对齐。
2.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，所述外周部分中的每一个均独立地固定到所述盘体。
3.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，所述盘体包括多个槽，其中所述外周部分中的每一个均包括位于所述槽中的一个关联槽内的突起。
4.如权利要求3所述的切削装置，其特征在于，每个突起通过紧固件固定在所述槽中的一个关联槽内，所述紧固件延伸穿过所述突起并穿过所述盘体的至少一部分。
5.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，所述外周部分围绕所述旋转轴线定位，并且所述外周边缘形成围绕所述旋转轴线延伸的圆形轮廓，所述外周部分的切削齿位于共同的切削平面内。
6.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，每个外周部分包括第一端和第二端，其中所述外周部分以端对端的方式围绕所述旋转轴线定位，一个外周部分的第一端定位成邻近相邻外周部分的第二端。
7.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，每个外周部分绕所述旋转轴线延伸一个角度，所述角度在30度和120度之间。
8.如权利要求1所述的切削装置，其特征在于，每个外周部分包括位于所述外周边缘上的多个孔，所述切削齿中的每一个均定位在所述孔中的一个关联孔内。
9.如权利要求8所述的切削装置，其特征在于，每个外周部分还包括多个拔出孔，所述孔中的每一个均与相关联的拔出孔连通，以便于从所述外周部分移除所述切削齿。
10.一种用于接合岩壁的切削头，其特征在于，所述切削头包括：
构造成支撑在框架上的悬臂；
驱动机构；和
切削装置，所述切削装置支撑在所述悬臂上并由所述驱动机构驱动，所述切削装置包括：
盘体，所述盘体被支撑以绕旋转轴线旋转，所述盘体包括多个外周表面，每个外周表面均相对于所述旋转轴线以倾斜角定向，和
可拆卸地固定到所述盘体上的多个外周部分，所述多个外周部分中的每一个接合所述外周表面中的相关的一个，所述外周部分中的每一个均包括位于外周边缘上的多个切削齿，每个外周部分的外周边缘与相邻外周部分的外周边缘对齐。
11.如权利要求10所述的切削头，其特征在于，所述外周部分中的每一个均可独立地固定到所述盘体。
12.如权利要求10所述的切削头，其特征在于，所述盘体包括多个槽，其中所述外周部分中的每一个均包括位于所述槽中的一个关联槽内的突起，其中每个突起通过紧固件固定在所述槽中的一个关联槽内，所述紧固件延伸穿过所述突起并穿过所述盘体的至少一部分。
13.如权利要求10所述的切削头，其特征在于，所述外周部分围绕所述旋转轴线定位，并且所述外周边缘形成围绕所述旋转轴线延伸的圆形轮廓，所述外周部分的切削齿位于共同的切削平面中。
14.如权利要求10所述的切削头，其特征在于，每个外周部分包括第一端和第二端，其中所述外周部分以端对端的方式围绕所述旋转轴线定位，一个外周部分的第一端定位成邻近相邻外周部分的第二端。
15.如权利要求10所述的切削头，其特征在于，每个外周部分绕所述旋转轴线延伸一个角度，所述角度在30度和120度之间。
16.一种用于接合岩面的切削装置，其特征在于，所述切削装置包括：
盘体，所述盘体被支撑以绕旋转轴线旋转，所述盘体包括第一表面和第二表面，所述第一表面相对于所述旋转轴线正交定向；和
支撑在所述盘体的第二表面上的并且与所述旋转轴线径向隔开的切削件，所述切削件包括外周边缘和沿所述外周边缘定位的多个切削齿，所述外周边缘具有圆形形状，所述切削件被形成为可独立拆卸地固定到所述盘体上的多个切削部分，所述切削部分中的每一个均支撑所述切削齿中的一些切削齿。
17.如权利要求16所述的切削装置，其特征在于，所述盘体包括多个槽，其中所述切削部分中的每一个均包括位于所述槽中的一个关联槽内的突起，其中每个突起通过紧固件固定在所述槽中的一个关联槽内，所述紧固件延伸穿过所述突起并穿过所述盘体的至少一部分。
18.如权利要求16所述的切削装置，其特征在于，所述切削齿位于共同的切削平面中。
19.如权利要求16所述的切削装置，其特征在于，每个切削部分包括第一端和第二端，其中所述切削部分以端对端的方式定位以形成切削件，一个切削部分的第一端被定位成邻近相邻切削部分的第二端。
20.一种维修采矿机械的切削装置的方法，其特征在于，所述切削装置包括支撑在盘体上的多个切削部分，每个切削部分包括沿外周边缘定位的多个切削齿，所述方法包括：
使所述切削部分中的一个切削部分与所述盘体分离；和
在所述一个切削部分先前占据的位置处，将替换切削部分固定到所述盘体，所述替换切削部分接合所述盘体的平面表面，所述平面表面相对于所述盘体的旋转轴线以倾斜角定向。
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