JP2014522455A - 岩石、鉱物または他の物質を粉砕切削する装置 - Google Patents

Abstract

好ましくは坑内採鉱において小断面掘進機械（１０）として使用可能な、岩石、鉱物または他の物質、特に硬い物質を粉砕切削するための本発明による装置（１４）は、ドラム軸（１６）の周りを回転可能にドラムキャリア（１３）に取り付けられたツールドラム（１５）を含み、およびその周囲胴面（１７）には、複数のツールキャリア（１８）が分散配置で配列され、複数のツールキャリア（１８）は切削ツール（１９）を支持し、かつ回転式に駆動可能であり、それらのシャフト軸（２０）はドラム軸（１６）に対して横方向に延びている。ドラム軸（１６）に対して実質的に平行に延びる、装置の両方の適用方向において切羽面から特に効率的に岩石などを粉砕して取り出すことができるように、ツールキャリアの第１群（Ａ）およびツールキャリアの第２群（Ｂ）を設けることが本発明により提案され、ここで第１群（Ａ）の回転方向（２１Ａ）は第２群（Ｂ）の回転方向（２１Ｂ）と反対であり、および本発明の特に好ましい実施形態では、第１群（Ａ）の、および第２群（Ｂ）のツールキャリアのシャフト軸は、ツールドラムの半径方向（２３）に対して異なる設定角度（２２Ａ、Ｂ）で方向づけられる。

Description

本発明は、岩石、鉱物または他の物質、特に硬い物質を粉砕切削するための装置であって、ドラム軸の周りを回転可能にドラムキャリアに取り付けられたツールドラムを含み、かつ、複数のツールキャリアであって、ツールドラムの周囲に分散配置され、切削ツールを支持し、かつ回転式に駆動可能であり、そのシャフト軸がドラム軸に対して横方向に延びる複数のツールキャリアを含む装置に関する。

この種の装置は（特許文献１）から知られている。この既知の装置を用いて、高い資源除去速度および広い除去面により、岩石または他の硬い物質を経済的に掘削することが可能で、この際、粉砕切削または資源除去はツールドラムの周囲の外側で半径方向に行われる。この既知の装置を有利に使用して、アームを備えた小断面掘進機械（ｐａｒｔ−ｆａｃｅ ｈｅａｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｓ）を利用して坑道またはトンネルを掘ることができるが、そのアームは主前進方向に対して横方向に旋回可能であり、かつその前端部にツールドラムが回転可能に取り付けられている。

しかしながら、まさにそのような利用において、粉砕作業中に全てが同じ方向に回転するツールキャリアを備えた装置の効率は、なおも改善の余地があることが分かっている。全てのツールキャリアに同じである回転方向は、特にツールドラムを支持する機械の延長アームが行ったり来たりして旋回されるとき、機械延長アームの一方の旋回方向での粉砕遂行能力が他方の旋回方向でのそれに勝るという点で、悪影響を及ぼす。

国際公開第２００８／０２５５５５ Ａ１号パンフレット

本発明は、既知の装置に関連して観察される欠点を回避し、かつ導入部に記載したタイプの岩石などを粉砕切削する装置を改良して、ツールドラムの移動方向と関係なく、ツールキャリアに取り付けられた切削ツールの等しく良好な粉砕動作が得られるようにすることを目的とする。

この目的は、ツールキャリアの第１群およびツールキャリアの第２群が設けられ、および第１群の回転方向が第２群の回転方向と反対であるという事実により、本発明によって達成される。ここでその配置は、好ましくは第１群のツールキャリアおよび第２群のツールキャリアが、ツールドラムの周囲に互いに交互に配置されるように行われる。しかしながら代替的に、その配置は、ツールドラムの周囲において第１群のツールキャリアが第２群のツールキャリアの隣に配置されるように行うこともでき、ここで好ましくは第１群のツールキャリアおよび第２群のツールキャリアは、対になり並んでそれぞれ配置される。

本発明によれば、ツールキャリアの回転方向は従って交互になり、この異なる回転方向により、ツールドラムの両移動方向において等しく良好な切削ツールの粉砕結果が得られる。

第１群のツールキャリアのシャフト軸および第２群のツールキャリアのシャフト軸がツールドラムの半径方向に対して異なる設定角度で方向づけられる、および／または方向づけることができる場合、非常に特に有利である。２つの群のツールキャリアを異なる設定角度に傾けることにより、ツールを物質の切削に最適に方向づけることが可能になる。好ましくはその構成は以下のようになされる。すなわち、第１群のツールキャリアのシャフト軸および第２群のツールキャリアのシャフト軸はそれらが相互に傾けられるように方向づけられ、ここで第１群のツールキャリアのシャフト軸がドラム軸の周りで第１円錐面に広がることができ、第２群のツールキャリアのシャフト軸がドラム軸の周りで第２円錐面に広がることができ、円錐面は互いに鏡像状に方向づけられ、好ましくは少なくともほぼ同じ内包角度を有する。この実施形態では、ツールドラムがそれを支持する旋回アームにより移動されると、第１群のツールだけが、切削されるべき物質を緩めることが可能で、その一方、第２群のツールは自由に作動する、すなわちツールドラムの移動が終了し、ツールドラムが、切削深さ分の前進のあと、旋回されるすなわち反対方向に戻るように移動されるまで、物質と係合しない。この反対の切削方向の場合、前に採収に参加したツールは、その後は岩石と係合しない。

各ツールキャリアに専用の駆動装置を割り当てることができる。しかしながら、第１群および／または第２群のツールキャリアが共通駆動装置を有する場合、特に有利であることが分かっている。その構成は例えば、共通駆動装置が、ドラム軸と同軸に配置されたクラウン歯車と、第１および／または第２群の各ツールキャリア用の、クラウン歯車と噛み合うそれぞれの傘歯車とを含むように行うことができる。この設計では、回転を固定した方法でクラウン歯車をドラム軸に配置する一方で、ツールドラムが軸の周りで回転することが可能で、これによりツールキャリアは、ツールドラムと同じ駆動装置によって回転状態に設定され、およびツールドラムの速度とツールキャリアの速度との間の一定の速度比が得られる。

この構成では、各ツールキャリアは駆動シャフトに接続することができる。駆動シャフトは他端で傘歯車を支持する。特に安定した構成のため、駆動シャフトは剛性シャフトの形態をとることができる。しかしながら、連接式シャフト、好ましくはカルダンシャフトを使用することもできる。連接式シャフトは、特にツールキャリアが傾けられる設定角度を可変にしようと考えている場合、有利なものである。

本発明の有利な改良において、クラウン歯車が両側に歯を備えること、および第１群のツールキャリア用の傘歯車がクラウン歯車の一方の側の歯と噛み合い、第２群のツールキャリア用の傘歯車がクラウン歯車の他方の側の歯と噛み合うことが提供される。そのような解決策に実質的に相当するのは、ドラム軸上に背中合わせに配置された一方向に歯を備えたクラウン歯車を提供することであるが、シャフト軸の適切に大きい設定角度を考慮すると、クラウン歯車をドラム軸上で距離を離して配置することもできる。

駆動シャフトはツールドラムの内側に保護されるように都合よくは収容され、それによって歯車ホイールおよびベアリングの早期摩耗を回避することができる。既に示したように、ツールドラムとツールキャリアは共通駆動装置によって駆動可能であることができ、この際、ツールキャリアの傘歯車ステップの１つまたは複数のクラウン歯車が、ツールドラムを駆動する遊星歯車のサンホイールを用いて共通駆動シャフトに配置される設計が特に有利であることが分かっている。特にコンパクトな構造では、この設計により、ツールキャリアの速度とツールドラムの速度との間の速度比の設定において最大源可能な柔軟性がもたらされる。しかしながら、ツールキャリアが共通駆動装置を有するが、これはツールドラムの駆動装置から独立していることも可能で、それにより、ツールキャリアの回転速度を、ツールドラムの回転速度から独立して調整可能であると特に有利とすることができる。

好ましくは、ツールドラムはその周囲を胴面区画キャップで閉鎖され、区画キャップは概ね台形状であり、交互に半径方向に対して異なる設定角度で傾けて配置され、ここにツールキャリアが回転可能に取り付けられる。第１および第２群のシャフト軸の設定角度は、ツールドラムの半径方向に対して±３°〜±９°までの範囲内で傾けられる場合、特に効果的であることが分かっている。そのような構成において、必要であればツールドラムのその前進方向に対するわずかな傾斜とともに、以下のことを確実に保証することができる。すなわち、岩石などの粉砕切削において、岩石と係合するのは第１または第２群のツールキャリアのツールだけであり、その一方、ドラムの前進方向において、係合しているツールの後ろに位置する他の群のツールキャリアのツールは、既に切り取られた空間で回転し、従ってドラムの前進方向が再び反転されるまで岩石などと接触せず、ドラムが戻るように移動するとすぐに他の群のツールキャリアのツールが次に使用される。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の記載および図面から明らかになり、そこでは本発明の好ましい実施形態が、例に基づいてより詳細に説明される。

本発明による粉砕装置を含む、坑内トンネル掘削または採鉱においてトンネルなどを掘削するための小断面掘進機械を斜視図で示す。 図１の対象を前面図で示す。 図１による機械の延長アームに取り付けられた本発明による粉砕装置を上面図で詳細に示す。 図３の対象を前面図で示す。 本発明による粉砕装置の第１実施形態を斜視図で示す。 図５による装置のツールキャリア用共通駆動装置を上面図で示す。 本発明による装置の第２実施形態を断面で示す。

図１は、１０としてその全体が示される、坑内採鉱で使用可能な、例えば沿層坑道を掘削するための小断面掘進機械を示す。それ自体が周知である方法において、機械１０は、延長アーム１２を有する走行装置１１を有し、延長アーム１２は旋回および上下移動が可能なように取り付けられ、切羽面に向くその前端部には、フォーク状ドラムホルダ１３が取り付けられている。ドラムホルダは、採収されるべき、すなわちばらばらに砕かれるべき物質を粉砕切削するための装置１４を収容する働きをし、その装置が本発明の主題である。図１で認識できる機械１０の他の構成部品はそれ自体公知であり、本発明にとって従属的に重要なものである。

図から見ることができるように、粉砕装置１４はツールドラム１５を有し、ツールドラム１５はドラム軸１６の周りに回転可能に取り付けられるようにドラムキャリア１３に収容される。

ツールドラム１５は周囲胴面１７を形成し、その周囲上に、分散した配置で一列のツールキャリア１８が配列されており、ツールキャリア１８には、粉砕して取り出される／採収される物質用の切削ツールが、例えばポイントアタックピック１９が装備されている。ツールキャリアはシャフト軸２０を有し、ドラム軸１６に対して横方向に延び、この周りを回転可能に駆動される。

本発明によれば、ツールキャリアは２つの群Ａ、Ｂに分けられ、図５および６による実施形態では、配置は一方の群Ａのツールキャリア１８Ａが他方の群Ｂのツールキャリア１８Ｂと常に交互になるようになされる。２つの群のツールキャリアは、反対の回転方向を有し、その結果、ツールドラムの周囲のそれぞれ隣接するツールキャリアは、それらが駆動されているとき、反対方向に回転する。異なる回転方向は図３において矢印２１Ａおよび２１Ｂで特定される。

さらに図から見ることができるように、第１群Ａのツールキャリア１８Ａのシャフト軸２０Ａおよび第２群Ｂのツールキャリア１８Ｂのシャフト軸２０Ｂは、ツールドラム１５の半径方向２３に対して異なる設定角度２２Ａおよび２２Ｂで方向づけられる。従って、第１群Ａのツールキャリア１８Ａのシャフト軸２０Ａおよび第２群Ｂのツールキャリア１８Ｂのシャフト軸２０Ｂは相互に傾けられ、この際、図６および７に示されるように、第１群Ａのシャフト軸２０Ａは、ドラム軸１６の周りで第１円錐面２４Ａに広がり、第２群Ｂのシャフト軸２０Ｂは、ドラム軸１６の周りで第２円錐面２４Ｂに広がる。２つの円錐面２４Ａ、Ｂはここではツールドラムの中心面２５に対して鏡像状に互いに方向づけられ、設定角度２２Ａおよび２２Ｂに対応する同じ内包角度を有する。

図５において特に、個々のツールキャリア１８が胴面区画キャップ２６に回転可能に取り付けられているのをはっきり見ることができる。胴面区画キャップ２６はツールドラム１５の周囲上に構成され、形状が概ね台形である。区画キャップは異なる設定角度２２Ａおよび２２Ｂで交互に傾けられて配置され、それらの相互に平行な側縁部の長い方は、平行な側縁部の短い方より半径方向に遠くにあるようにそれらの中間領域とともに横たわる。

ツールキャリア１８のそれぞれは、専用の回転駆動装置によって、例えばコンパクトに形成されたモータによって駆動可能であり、このモータはツールドラム１５の内側で区画キャップ２６の底側にフランジ接続されている。しかしながら、示される例示的実施形態では、両群Ａ、Ｂのツールキャリア１８は共通駆動装置を有し、それは第１実施形態に関して図６で最もよく見ることができる。共通駆動装置は、両側に歯の付いたクラウン歯車２７から実質的になり、この歯車はドラム軸１６と同軸であり、第１実施形態では、回転を固定した方法でツールドラム１５のベアリング軸２８に取り付けられている。各ツールキャリアは回転を固定した方法で駆動シャフト２９に接続され、このシャフトは、その反対側の半径方向内側端部において傘歯車３０を支持し、傘歯車は共通駆動装置のクラウン歯車２７と噛み合う。図５ではっきり見ることができるように、第１群Ａのツールキャリアの駆動シャフトの傘歯車はここではクラウン歯車２７の一方の側でその歯３１Ａと係合し、第２群Ｂのツールキャリアの駆動シャフトの傘歯車はクラウン歯車の他方の側でその歯３１Ｂと係合する。ここでは、ツールキャリア１８のシャフト軸２０の、半径方向２３（＝クラウン歯車の中心面）に対する設定もはっきり認識できる。

ツールドラムがその駆動モータ（不図示）によって、図５および６に示されるスプール歯車３２を介して回転状態に設定される場合、位置不変クラウン歯車２７との関連でドラムの相対的な回転が生じる。ツールドラムの周囲のツールキャリア１８がツールドラムによって一緒に移動されるので、ツールキャリア１８は、しっかり固定されたクラウン歯車によって、傘歯車ステップを介して回転状態に設定される。この際ツールキャリア１８Ａは一方の回転方向２１Ａに回転し、ツールキャリア１８Ｂは反対側の回転方向２１Ｂに回転する。ツールドラムの速度とツールキャリアの速度との速度比は、ここでは一定であり、傘歯車ステップ２７、３０の伝達比によって決定される。

図７に示される粉砕装置の第２の実施形態の設計構造は、基本的に非常に類似している。従って、粉砕装置の第１実施形態の構成要素と対応する構成要素について、同じ参照符号が使用される。第２実施形態の基本的な違いは、第１および第２群のツールキャリア１８Ａ、Ｂが周方向に互いに交互に配置されず、代わりにツールキャリア１８Ａをツールキャリア１８Ｂのすぐ隣に見られるペア配置がここでは選択されていることにある。この第２実施形態では、さらに、ツールキャリア１８は全て共通駆動装置を有し、この駆動装置は両側に歯の付いたクラウン歯車２７と、それと噛み合うツールキャリアの駆動シャフト２９上の傘歯車３０とから実質的に構成される。しかしながらこの共通駆動は第１実施形態のようにツールドラム１５の駆動に由来するものではなく、それから独立している。図７による実施形態のツールドラムを、図の右側でドラムシャフト３３にフランジ接続されているギヤホイール３４を介して回転状態に設定できる一方で、反対側（図７の左側）では第２駆動歯車３５を見ることができ、それによって、ツールドラムに対して回転可能に取り付けられているベアリング軸２８の中間部分３６を駆動することができる。この中間部分３６に、クラウン歯車２７がフェザーキー３７によって回転を固定した方法で結合される。この設計によりツールキャリア１８の回転速度をツールドラムの回転速度から独立して設定すること、進行中の作業の間に変更すること、および必要であれば停止すること、すなわち中間部分３６の回転をツールドラム１５の回転と同期させることによって停止することが可能になる。

切削ツール１９を支持するツールキャリア１８Ａ、Ｂの異なる回転方向により、およびさらに特に好ましいツールキャリア１８Ａ、Ｂの２つの群Ａ、Ｂのシャフト軸の反対方向の傾斜により、発明的粉砕ツールは、ツールドラム１５が両矢印によって図１に示されるその前進方向３８に対して傾けられると、ツールドラムの前方移動および戻り移動の両方において、切削されるべき岩石などに対して最適な破砕角度に方向づけることができ、この際好ましくは、破砕されるべき物質と係合するのは群ＡまたはＢのツールキャリアだけであり、他方の群のツールキャリアは破砕作業に関与することなく自由に回転する。実質的にドラム軸の方向になされるツールドラムの往復する移動に関してツールキャリアの異なる群Ａ、Ｂを定めることによって、２つの反対方向について、破砕作業に関与するツールキャリアの設定角度を環境に最適に選ぶことが可能であり、ドラムの半径方向に対して３°〜９°、好ましくは約６°の設定角度が特に効果的であることが分かっている。

本発明は、示し、記載した例示的実施形態に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正および追加が可能である。例えば、ツールキャリアの駆動シャフトを、実質的に剛性の一体シャフトとして構成することは必ずしも必要ではなく、代わりに、特にツールドラムが比較的大きな直径を有するとき、および／またはツールキャリアが半径方向に対して有する設定角度が可変であるように意図されているとき好都合であるので、連接式シャフト、具体的にはカルダンシャフトをここで使用することもできる。両側に歯の付いたクラウン歯車を２ピース構造にすることもでき、そのスペーサは２つのクラウン歯車部品の間に設けることが可能で、そのスペーサを用いることによって、クラウン歯車の互いに鏡像状に配置されている歯の離間距離を変えて、それによってツールキャリアの設定角度を変えることができる。

Claims (18)

1. 岩石、鉱物または他の物質、特に硬い物質を粉砕切削するための装置であって、ドラム軸（１６）の周りを回転可能にドラムキャリア（１３）に取り付けられたツールドラム（１５）を含み、かつ、複数のツールキャリア（１８）であって、ツールドラム（１５）の周囲に分散配置され、切削ツール（１９）を支持し、回転式に駆動可能であり、そのシャフト軸（２０）がドラム軸（１６）に対して横方向に延びる複数のツールキャリア（１８）を含む装置において、ツールキャリア（１８Ａ）の第１群（Ａ）およびツールキャリア（１８Ｂ）の第２群（Ｂ）が設けられることと、第１群（Ａ）の回転方向（２１Ａ）が第２群（Ｂ）の回転方向（２１Ｂ）と反対であることとを特徴とする装置。
2. 第１群（Ａ）の、および第２群（Ｂ）のツールキャリア（１８）が、ツールドラム（１５）の周囲に、その胴面（１７）に互いに交互に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 第１群のツールキャリアが、ツールドラムの周囲において第２群のツールキャリアの隣に配置され、好ましくは第１群のツールキャリアと第２群のツールキャリアが、対になって並んでそれぞれ配置されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 第１群（Ａ）のツールキャリア（１８Ａ）のシャフト軸（２０Ａ）および第２群（Ｂ）のツールキャリア（１８Ｂ）のシャフト軸が（２０Ｂ）が、ツールドラム（１５）の半径方向（２３）に対して異なる設定角度（２２Ａ、Ｂ）に方向づけられる、および／または方向づけることができることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 第１群（Ａ）のツールキャリア（１８Ａ）のシャフト軸（２０Ａ）および第２群（Ｂ）のツールキャリア（１８Ｂ）のシャフト軸が（２０Ｂ）が、相互に傾けられるように方向づけられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 第１群（Ａ）のツールキャリア（１８Ａ）のシャフト軸（２０Ａ）が、ドラム軸の周りで第１円錐面（２４Ａ）に広がり、第２群（Ｂ）のツールキャリア（１８Ｂ）のシャフト軸（２０Ｂ）が、ドラム軸（１６）の周りで第２円錐面（２４Ｂ）に広がり、円錐面（２４Ａ、Ｂ）が互いに鏡像状に方向づけられ、かつ少なくともほぼ同じ内包角度を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 各ツールキャリア（１８）に専用の駆動装置が割り当てられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 第１および／または第２群（Ａ、Ｂ）のツールキャリア（１８Ａ、Ｂ）が、共通駆動装置を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
9. 共通駆動装置が、ドラム軸（１６）と同軸に配置された少なくとも１つのクラウン歯車（２７）と、このクラウン歯車と噛み合う、第１および／または第２群（Ａ、Ｂ）の各ツールキャリア（１８）用のそれぞれの傘歯車（３０）とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 各ツールキャリア（１８）が駆動シャフト（２９）に接続され、駆動シャフト（２９）がその他端で傘歯車（３０）を支持することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 駆動シャフト（２９）が、剛性シャフト、または連接式シャフト、好ましくはカルダンシャフトであることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. クラウン歯車（２７）が両側に歯を備えること、および第１群（Ａ）のツールキャリア（１８Ａ）の傘歯車（３０）が、クラウン歯車の一方の側でその歯（３１Ａ）と噛み合い、第２群（Ｂ）のツールキャリア（１８Ｂ）の傘歯車が、クラウン歯車の他方の側でその歯（３１Ｂ）と噛み合うことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 駆動シャフト（２９）が、ツールドラム（１５）の内側に保護されるように収容されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. ツールドラム（１５）およびツールキャリア（１８）が、共通駆動装置によって駆動可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
15. ツールキャリア（１８）が、ツールドラム（１５）の駆動装置から独立した共通駆動装置を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
16. ツールキャリア（１８）の回転速度が、ツールドラム（１５）の回転速度から独立して調整可能であることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
17. ツールドラム（１５）が、胴面区画キャップ（２６）で閉鎖され、区画キャップ（２６）は概ね台形であり、かつ半径方向（２３）に対して異なる設定角度（２２）で交互に傾けて配置され、区画キャップ（２６）にツールキャリア（１８）が回転可能に取り付けられることを特徴とする、請求項４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 第１および第２群のシャフト軸の設定角度（２２）が、ツールドラム（１８）の半径方向に対して±３°〜±９°の範囲内で傾けられることを特徴とする、請求項４〜１７のいずれか一項に記載の装置。