PL241324B1

PL241324B1 - Tangential-rotary cutter of a combined cutter loader

Info

Publication number: PL241324B1
Application number: PL428869A
Authority: PL
Inventors: Piotr Cheluszka; Jarosław Mikuła; Stanisław Mikuła; Jacek Gawlik
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2022-09-12
Also published as: PL428869A1

Abstract

Styczno - obrotowy nóż urabiający kombajnu górniczego charakteryzuje się tym, że w części roboczej trzonka noża (2) osadzone jest współosiowo za pomocą twardego lutu (3), korzystnie lutu mosiężnego ostrze pierścieniowe skrawające (1), które w strefie czołowej posiada część skrawającą, natomiast dno centralnego wybrania części roboczej trzonka noża (2) stanowi sygnalizator granicznego (10) stopnia zużycia noża.The tangential-rotary cutting knife of the mining shearer is characterized by the fact that the working part of the knife shaft (2) is coaxially mounted with hard solder (3), preferably brass solder, an annular cutting blade (1), which has a cutting part in the front area, while the bottom of the central recess of the working part of the knife handle (2) is an indicator of the limit (10) of the knife wear degree.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest styczno-obrotowy nóż urabiający kombajnu górniczego, znajdujący zastosowanie w górnictwie podziemnym, w tym węgla kamiennego, górnictwie odkrywkowym, budownictwie i drogownictwie.The subject of the invention is a tangential-rotary cutting knife for a mining shearer, used in underground mining, including hard coal, opencast mining, construction and road construction.

Noże urabiające styczno-obrotowe przeznaczone są dla górniczych kombajnów ścianowych i chodnikowych do urabiania skał w górnictwie podziemnym i powierzchniowym, w tym węgla kamiennego oraz do skrawania warstwy nawierzchniowej dróg w procesie remontu jezdni za pomocą maszyn frezujących.Tangential-rotary cutting knives are designed for longwall and road mining shearers for mining rocks in underground and surface mining, including hard coal, and for cutting the surface layer of roads in the road renovation process with milling machines.

Noże skrawające w górnictwie i drogownictwie pracują w szczególnie trudnych warunkach eksploatacyjnych, gdyż narażone są na duże obciążenia zmienne siłami skrawania, znaczne zmiany temperatury w trakcie pracy, intensywne zużycie ścierne od twardych i abrazyjnych urabianych skał, silne oddziaływanie korozyjne wód kopalnianych. Podobne warunki pracy dotyczą noży urabiających warstwę wierzchnią dróg. Warunki te powodują, że noże ulegają intensywnemu niszczeniu, zwłaszcza gdy ograniczona lub całkowicie zablokowana wskutek zanieczyszczenia zostaje konstrukcyjna możliwość obracania się noży styczno-obrotowych wokół swojej osi. Występująca wówczas niesymetria ubytków zużyciowych prowadzi do gwałtownego przyspieszenia procesu niszczenia noży, gdyż ramię składowej siły skrawania wywołującej obrót noża maleje, często spadając do zera. Wspomniany problem w rozwiązaniu według wynalazku został skutecznie rozwiązany poprzez nowe, pierścieniowe ukształtowanie ostrzy skrawających noży styczno-obrotowych.Cutting knives in mining and road construction work in particularly difficult operating conditions, as they are exposed to high loads varying with cutting forces, significant temperature changes during operation, intense abrasive wear from hard and abrasive mined rocks, strong corrosive effects of mine waters. Similar working conditions apply to knives cutting the surface layer of roads. These conditions cause that the knives are intensively damaged, especially when the design possibility of rotation of the tangential-rotary knives about their axis is limited or completely blocked due to contamination. The asymmetry of wear losses that occurs then leads to a rapid acceleration of the knife destruction process, because the arm of the cutting force component causing the knife rotation decreases, often falling to zero. The aforementioned problem in the solution according to the invention has been successfully solved by the new, annular design of the cutting blades of the tangential-rotary knives.

Znane i powszechnie stosowane konstrukcje noży styczno-obrotowych do urabiania skał wyposażone są w ostrze typu słupkowego ze stożkową częścią skrawającą. Centralne osadzenie słupkowych ostrzy skrawających noży styczno-obrotowych powoduje, że mimo usytuowania przestrzennego trzonków noży w uchwytach organów i głowic urabiających w sposób, który ma zapewnić występowanie składowej siły oddziaływania na nóż wywołującej obrót noży, obracanie to jest mało skuteczne. Zahamowanie lub zablokowanie obrotów noży jest przyczyną przedwczesnej eliminacji noży z pracy. Dodatkowym niekorzystnym efektem niesymetrycznego zużywania się ostrzy jest duży wzrost energochłonności urabiania, zwiększone zapylenie i generowanie drgań w układach napędowych maszyn urabiających oraz w ich ustrojach nośnych.Known and commonly used designs of tangential-rotary rock cutters are equipped with a pillar-type blade with a conical cutting part. Due to the central location of the post cutting blades of the tangential-rotary knives, despite the spatial arrangement of the knife shafts in the tool holders and cutting heads in a way that ensures the occurrence of the component of the force acting on the knife causing the rotation of the knives, this rotation is not very effective. Braking or blocking the rotation of the knives causes premature elimination of knives from work. An additional unfavorable effect of the asymmetric wear of the blades is a large increase in the energy consumption of cutting, increased dust and vibration generation in the driving systems of mining machines and in their load-bearing structures.

W obecnym stanie techniki górniczej znane jest również rozwiązanie konstrukcyjne noży stycznoobrotowych polegające na umieszczeniu szeregu ostrzy słupkowych na obwodzie trzonków noży tworzących tzw. noże koronowe. Rozwiązania tego rodzaju opisano w pracy: K. Kotwica, A. Klich „Maszyny i urządzenia do drążenia wyrobisk korytarzowych i tunelowych”, Wyd. ITG Komag, Gliwice 2011 oraz w opisie patentowym PL182135.In the current state of mining technology, a design solution of tangential-rotary knives is also known, which consists in placing a series of pillar blades on the circumference of the knife handles forming the so-called crown knives. Solutions of this type are described in the work of: K. Kotwica, A. Klich "Machines and devices for drilling corridor and tunnel workings", Ed. ITG Komag, Gliwice 2011 and in the patent description PL182135.

Z innego polskiego opisu patentowego PL210151 znane są narzędzie do urabiania skał, zwłaszcza zwięzłych, w którym na czopie ułożyskowana jest ślizgowo tuleja z czołowym kołnierzem wewnętrznym uzbrojonym w liczne ostrza urabiające z węglików spiekanych o kształcie słupków.Another Polish patent description PL210151 discloses a tool for mining rocks, especially hard rocks, in which a sleeve with a front internal flange is slidingly mounted on the pin and equipped with a number of carbide-shaped cutting blades in the shape of posts.

Niedogodnością tego rodzaju rozwiązań jest dużo większa, w stosunku do noży konwencjonalnych, złożoność procesu produkcyjnego, wynikająca z konieczności osadzenia większej liczby (najczęściej ośmiu) ostrzy w jednym nożu. Znacznie zwiększa to koszty i pracochłonność wytwarzania, co powoduje, że noże koronowe nie upowszechniły się w technice górniczej i drogownictwie.The disadvantage of this type of solutions is the much greater complexity of the production process, compared to conventional knives, resulting from the need to embed a larger number (usually eight) of blades in one knife. This significantly increases the costs and labor consumption of production, which means that crown knives have not become popular in mining and road engineering.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji noży styczno-obrotowych dla kombajnów górniczych oraz innych maszyn urabiających, takich jak frezarek do asfaltu, o zwiększonej trwałości eksploatacyjnej, zmniejszonej energochłonności urabiania w całym okresie użytkowania oraz zapewniających zmniejszone zapylenie.The aim of the invention is to develop a construction of tangential-rotary knives for mining combines and other cutting machines, such as asphalt milling machines, with increased operational durability, reduced energy consumption of mining throughout the entire period of use and ensuring reduced dustiness.

Cel ten osiągnięto poprzez realizację rozwiązania zgodnie z wynalazkiem, poprzez skonstruowanie noża styczno-obrotowego wyposażonego w pierścieniowe ostrze skrawające połączone z trzonkiem noża poprzez twardy lut lub alternatywnie - połączonego za pośrednictwem złącza gwintowego.This object is achieved by implementing the solution according to the invention, by constructing a tangential-rotary knife provided with an annular cutting blade connected to the knife shaft by hard solder or alternatively - connected via a threaded joint.

Styczno-obrotowy nóż urabiający kombajnu górniczego według wynalazku charakteryzuje się tym, że w części roboczej trzonka noża osadzone jest współosiowo za pomocą twardego lutu, korzystnie lutu mosiężnego ostrze pierścieniowe skrawające, które w strefie czołowej posiada część skrawającą, natomiast dno centralnego wybrania części roboczej trzonka noża stanowi sygnalizator granicznego stopnia zużycia noża.The tangential-rotating cutting knife of the mining shearer according to the invention is characterized by the fact that in the working part of the knife shank a cutting ring blade is mounted coaxially by means of hard solder, preferably brass solder, which in the front area has a cutting part, while the bottom of the central recess of the working part of the knife shaft it is an indicator of the limit degree of knife wear.

Korzystnym jest, gdy w części roboczej trzonka noża element skrawający mocuje się za pomocą śruby centralnej z łbem wpuszczanym z gwintem drobnozwojowym zabezpieczony korkiemIt is advantageous if the cutting element is fastened in the working part of the knife shaft by means of a central screw with a countersunk head with a fine thread and secured with a plug.

PL 241 324 B1 oraz podkładki stożkowej ząbkowanej, która zabezpiecza połączenie przed samoczynn ym luzowaniem się w wyniku drgań.PL 241 324 B1 and a toothed conical washer, which protects the connection against spontaneous loosening due to vibrations.

Korzystnie rozwiązanie według wynalazku, ostrze pierścieniowe skrawające, ma postać osiowosymetryczną z ciągłą częścią skrawającą na czole pierścienia lub z poprzecznymi wycięciami tworzącymi szereg zębów na obwodzie ostrza pierścieniowego.Preferably, the solution according to the invention, the annular cutting blade is in an axially symmetric form with a continuous cutting portion on the face of the ring or with transverse notches forming a series of teeth around the circumference of the annular blade.

Korzystnym ze względów wykonawczych jest, gdy ostrze pierścieniowe skrawające wykonane jest z węglików wolframu w osnowie kobaltowej.It is advantageous for performance considerations if the annular cutting blade is made of tungsten carbides in a cobalt matrix.

Pozytywnym skutkiem zastosowania wynalazku jest uzyskanie znacznie korzystniejszego zachowania się ostrzy w toku postępującego zużycia ściernego dzięki pierścieniowemu ukształtowaniu ostrzy noży kombajnowych, niezależnie od sposobu ich mocowania. Noże z pierścieniowym ostrzem zachowują w przybliżeniu stałość znacząco powiększonego ramienia siły wymuszającej obrót noża w czasie eksploatacji nawet przy znacznym stopniu zużycia noży. Nie jest więc ograniczona zdolność obracania się noży. Dzięki zachowaniu zdolności obracania się noży w toku kolejnych cykli pracy, do kontaktu z urabianą skałą wchodzą sukcesywnie kolejne strefy ostrza pierścieniowego. Zapewnia to większą równomierność zużycia noży i ich stałą symetryczną postać. Stwarza to też korzystniejsze warunki chłodzenia ostrza w procesie urabiania skał zwięzłych.A positive effect of the application of the invention is the achievement of a much more favorable behavior of the blades in the course of progressing abrasive wear due to the annular shape of the blades of combine knives, regardless of the method of their mounting. Knives with a ring blade maintain approximately the stability of a significantly enlarged arm of the force that forces the knife to turn during operation, even with a significant degree of wear of the knives. Thus, the turning ability of the knives is not limited. Due to the ability of the knives to rotate in the course of successive work cycles, successive zones of the ring blade gradually come into contact with the excavated rock. This ensures greater uniformity of the wear of the knives and their constant symmetrical shape. It also creates more favorable cooling conditions for the blade in the hard rock mining process.

Ponadto, mocowanie ostrzy pierścieniowych przy użyciu połączeń gwintowych skutkuje tym, że trzonek noża może być obrobiony cieplnie dla uzyskania możliwie najkorzystniejszych własności z punktu widzenia wytrzymałości zmęczeniowej i odporności na kruche pękania. Brak zabiegu zagrzewania trzonka noża do lutowania pozwala zachować korzystne własności, nie wywołując negatywnych zmian strukturalnych i szkodliwych naprężeń własnych w trzonku noża. Skutkuje to ograniczeniem uszkodzeń w postaci złamania trzonków noży kombajnowych. Pęknięcia trzonków noży są uszkodzeniami szczególnie krytycznymi, gdyż następuje natychmiastowa utrata zdolności skrawania, silne przeciążenie noży sąsiednich i groźba zniszczenia uchwytów nożowych, co wymaga bardzo kłopotliwego remontu związanego z demontażem organu lub głowicy urabiającej.Moreover, the fastening of the annular blades by means of threaded connections results in the knife shank being heat-treated to obtain the best possible properties in terms of fatigue strength and fracture toughness. The fact that the soldering knife handle is not heated up allows to maintain favorable properties without causing negative structural changes and harmful residual stresses in the knife handle. This results in limiting the damage in the form of breaking the handles of the combine knives. Cracks in the knife handles are particularly critical damages, as there is an immediate loss of cutting ability, severe overloading of adjacent knives and the risk of damaging the knife holders, which requires a very troublesome renovation related to the disassembly of the cutting head or the cutting head.

Pełne zrozumienie wynalazku zapewni opis konstrukcji z wykorzystaniem przykładowego wykonania noża według wynalazku pokazanego na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój przez trzonek noża w strefie pierścieniowego ostrza skrawającego, a Fig. 2 przedstawia alternatywny wariant ostrza pierścieniowego ustalonego w trzonku noża połączeniem gwintowym.A full understanding of the invention will be provided by the description of the structure using an exemplary embodiment of the knife according to the invention shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a cross-section through the knife holder in the area of an annular cutting blade, and Fig. 2 shows an alternative variant of an annular blade fixed in the knife shaft with a threaded connection.

Pierścieniowe ostrze skrawające (1) osadzone jest współosiowo w części roboczej trzonka noża (2) za pomocą twardego lutu (3), korzystnie lutu mosiężnego z wykorzystaniem nagrzewu indukcyjnego. Znacznie zwiększona powierzchnia połączenia lutem w stosunku do ostrzy słupkowych zapewnia większą odporność noży według wynalazku na wyłamanie ostrzy. Dno (4) centralnego wybrania w części roboczej trzonka noża (2) stanowi praktyczny sygnalizator granicznego (10) stopnia zużycia noża, po osiągnięciu którego nóż powinien być wymieniony. W przypadku gwintowego mocowania pierścieniowego ostrza skrawającego (1) w części roboczej trzonka noża (2) (fig.2) korzystne jest użycie śruby centralnej (5) z gwintem drobnozwojowym oraz podkładki stożkowej ząbkowanej (6), co zabezpiecza połączenie przed samoczynnym luzowaniem się w wyniku drgań. Połączenie gwintowe śrubą z łbem wpuszczanym (5) jest zabezpieczone korkiem (7) z gumy silikonowej odpornej na wzrost temperatury i zużycie ścierne. Centralny otwór (8) w korku (7) ułatwia jego wyjmowanie przy potrzebie demontażu połączenia gwintowego. Mocne wciśnięcie korka (7) w gniazdo łba wpuszczanego śruby (5) i wewnętrzny otwór w ostrzu trzonka noża (2) dodatkowo zabezpiecza połączenie przed luzowaniem. Pierścieniowe ostrze skrawające (1), korzystnie wykonane z węglików wolframu w osnowie kobaltowej, może mieć postać osiowo-symetryczną z ciągłą częścią skrawającą na czole pierścienia (fig. 1) lub z poprzecznymi wycięciami (9) (fig.2) tworzącymi szereg zębów na obwodzie pierścieniowego ostrza skrawającego (1). Połączenie gwintowe ostrzy pierścieniowych może być szczególnie przydatne na etapie doświadczalnego doboru optymalnych cech geometrycznych i materiałowych noży, takich jak średnica zewnętrzna i wewnętrzna ostrza pierścieniowego, jego wysokość, kąty zaostrzenia, liczba, kształt i głębokość wycięć w części skrawającej, rodzaj węglika spiekanego i inne. Gwintowe połączenia umożliwiają łatwą wymianę ostrzy pierścieniowych w trakcie eksploatacji bez potrzeby demontażu noży z uchwytów. Uzębiona postać pierścieniowego ostrza skrawającego (1) może być szczególnie przydatna przy urabianiu skał mniej zwięzłych oraz węgla kamiennego. Możliwe jest wielokrotne pogłębianie wycięć (9) w ostrzach po osiągnięciu założonego stopnia ich zużycia.The annular cutting blade (1) is mounted coaxially in the working part of the knife shank (2) by means of braze solder (3), preferably brass solder using induction heating. The significantly increased surface area of the solder joint in relation to the bar blades provides greater resistance of the knives according to the invention to breaking the blades. The bottom (4) of the central recess in the working part of the knife handle (2) is a practical indicator of the limit (10) of the knife wear level, upon reaching which the knife should be replaced. In the case of threaded ring mounting of the cutting blade (1) in the working part of the knife shank (2) (Fig. 2), it is advantageous to use a central screw (5) with a fine thread and a serrated washer (6), which prevents the connection from self-loosening in the vibration result. The threaded connection with a countersunk screw (5) is secured with a plug (7) made of silicone rubber resistant to temperature rise and abrasive wear. The central hole (8) in the plug (7) facilitates its removal when it is necessary to disassemble the threaded connection. Firmly pressing the plug (7) into the socket of the countersunk head of the screw (5) and the internal hole in the blade of the knife shaft (2) additionally secures the connection against loosening. The annular cutting blade (1), preferably made of tungsten carbides in a cobalt matrix, may be axially symmetrical with a continuous cutting portion on the ring face (Fig. 1) or with transverse notches (9) (Fig. 2) forming a series of teeth on the the circumference of the annular cutting edge (1). The threaded connection of ring blades can be particularly useful at the stage of experimental selection of the optimal geometric and material characteristics of the knives, such as the outer and inner diameter of the ring blade, its height, sharpening angles, number, shape and depth of cuts in the cutting part, type of cemented carbide and others. The threaded connections allow for easy replacement of the ring blades during operation without the need to disassemble the knives from the handles. The toothed form of the annular cutting blade (1) can be particularly useful in the mining of less dense rocks and hard coal. It is possible to deepen the notches (9) in the blades multiple times after reaching the assumed wear level.

Wymienione cechy noży z pierścieniowymi ostrzami skrawającymi umożliwiają uzyskanie znacznie zwiększonej ich trwałości eksploatacyjnej, zmniejszonej energochłonności urabiania w całym okresie użytkowania oraz zmniejszenie zapylenia, gdyż zmniejszony jest zakres miażdżenia skał w trakcieThe aforementioned features of knives with ring cutting blades allow for a significantly increased operational life, reduced energy consumption during the entire period of use and reduction of dust, as the scope of rock crushing is reduced during

PL 241 324 Β1 ich skrawania. Stosowanie noży kombajnowych z pierścieniowym ostrzem skrawającym (1) pozwala na osiągnięcie dużych efektów technicznych i ekonomicznych, przyczynia się również do poprawy warunków BHP w procesie drążenia górniczych wyrobisk korytarzowych, urabiania węgla i prac drogowych.PL 241 324 Β1 of their cutting. The use of shearer knives with an annular cutting blade (1) allows for the achievement of high technical and economic effects, and also contributes to the improvement of health and safety conditions in the process of drilling corridors, coal mining and road works.

Claims

1. Tangential-rotating cutting knife of a mining shearer equipped with a knife handle for mounting in the holder and a cutting element, characterized in that in the working part of the knife handle (2) a ring-cutting blade (3), preferably brass solder, is mounted coaxially with 1), which in the front zone has a cutting part, while the bottom of the central recess of the working part of the knife handle (2) is a limit indicator (10) of the knife wear degree.

2. A tangential-rotary cutting knife according to claim 1, characterized in that in the working part of the knife shaft (2), the cutting element is fastened by means of a central screw with a countersunk head (5) with a fine thread, secured with a plug (7) and a serrated conical washer (6), which protects the connection against self-loosening as a result of vibrations.

3. A tangential-rotary cutting knife according to claim The cutting ring as claimed in claim 1, characterized in that the cutting ring blade (1) is axially symmetrical with a continuous cutting portion on the ring face or with transverse cutouts (9) forming a series of teeth around the circumference of the ring blade.

4. A tangential-rotary cutting knife according to claim The cutting edge of claim 1, characterized in that the annular cutting blade (1) is preferably made of tungsten carbides in a cobalt matrix.