PL244038B1 - Ostrze pierścieniowe noża styczno-obrotowego kombajnu górniczego - Google Patents

Abstract

Ostrze pierścieniowe noża styczno-obrotowego kombajnu górniczego, zwłaszcza z węglika spiekanego, stanowiące zakończenie części roboczej trzonka noża, w którym jest osadzony charakteryzuje się tym, że ma postać wydrążonej bryły obrotowej utworzonej przez pobocznice dwóch współosiowych stożków ściętych: stożka zewnętrznego (1a) o kącie rozwarcia α w zakresie od 3 ÷ 20° oraz stożka wewnętrznego (1b) o kącie rozwarcia β w zakresie od 0 ÷ 10° oraz podstawy (1c), którą stanowi pobocznica stożka ściętego o kącie rozwarcia γ, jako dopełnienie do 180° kąta α lub β, lub który przyjmuje wartość pośrednią.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ostrze pierścieniowe noża styczno-obrotowego kombajnu górniczego, w które wyposażane są kombajny górnicze oraz urządzenia skrawające beton i nawierzchnię dróg.

Noże te przeznaczone są do skrawania szczególnie twardych, trudnych do urabiania skał, betonu i warstw wierzchnich jezdni. Ostrza noży styczno-obrotowych, wykonywane najczęściej z węglików spiekanych w formie słupkowej, mocowane są w stalowych trzonkach noży poprzez twarde lutowanie. Słupkowe ostrza o różnym ukształtowaniu części skrawającej mają postać obrotowych brył o monolitycznej budowie. W szczególnie trudnych warunkach skrawania twardych skał wykazują one niską trwałość i ulegają szybkiemu stępieniu. Stępione noże powodują gwałtowny wzrost energochłonności urabiania, generują większe zapylenie oraz wzrost temperatury ostrza, co bardzo przyspiesza degradację eksploatacyjną noży oraz prowadzi do pogorszenia warunków bezpieczeństwa i higieny prowadzonych robót górniczych, budowlanych i drogowych.

Znane ukształtowania ostrzy noży styczno-obrotowych opisane zostały w monografii: Kotwica K. „Zastosowanie wspomagania wodnego w procesie urabiania skał narzędziami górniczymi”, Wyd. AGH, seria Rozprawy, Monografie, Kraków 2012. Rozróżnione są tam postacie ukształtowania części roboczej ostrzy w formie parabolicznej, balistycznej, stożkowej, półkolistej, grzybkowej czy kapeluszowej .

Z chińskiego opisu patentowego CN 210768756 znane jest ostrze noża styczno-obrotowego mające kształt bryły obrotowej, składające się z dwóch stożków ściętych u podstawy, części walcowej i stożkowej końcówki u jego wierzchołka.

Niezależnie od formy, ostrza znanych konstrukcji wykazują zbliżone własności użytkowe, niewystarczające przy rosnących wymaganiach związanych z koniecznością urabiania twardych skał i stosowania coraz większych mocy organów urabiających.

Z innego chińskiego opisu CN 210343338 znany jest nóż styczno-obrotowy wyposażony w ostrze skrawające z węglika spiekanego w kształcie stożka, osadzone w gnieździe wykonanym w powierzchni czołowej trzonka noża. Podobny kształt zewnętrzny ma ostrze noża stosowanego do frezowania nawierzchni drogowych znane z patentu GB2581437.

Ponadto z chińskiego opisu patentowego CN 210264692 znane jest również ostrze utworzone w formie warstwy diamentowej naniesionej na stalowy trzonek noża uformowany w części roboczej w postaci bryły o kształcie stożkowym.

Z chińskiego opisu patentowego CN 111088948 znane jest ostrze skrawające mające kształt grzybka wykonanego z węglików spiekanych z warstwą z kompozytu diamentowego.

Z chińskiego opisu patentowego CN 109732062A znane jest ostrze skrawające mające kształt stożkowy, wykonane jako odlew ze stopu chromowo-wolframowego, łączone z trzonkiem noża w procesie jego odlewania.

Niedogodnością powyższych rozwiązań jest w dalszym ciągu niska trwałość noży, zwłaszcza podczas urabiania twardych, silnie abrazyjnych materiałów, a w przypadku zastosowania kompozytów diamentowych wysoki koszt wytwarzania tego rodzaju noży.

Z polskich opisów patentowych PL210151 i PL182135 znane są również tzw. noże koronowe, w których na powierzchni czołowej części roboczej trzonka noża wlutowanych jest szereg słupków z węglików spiekanych, rozmieszczonych obwodowo względem osi podłużnej noża.

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.

Rozwiązanie według wynalazku eliminuje niedogodności dotychczas stosowanych ostrzy noży styczno-obrotowych. Pierścieniowe uformowanie ostrza zapewnia jego zwiększoną odporność na stępienie i ułatwia odprowadzanie generowanego ciepła, co wpływa wydatnie na wzrost trwałości noży i zwiększa energetyczną efektywność procesu urabiania skał, betonu, czy asfaltu.

Ostrze pierścieniowe noża styczno-obrotowego kombajnu górniczego, zwłaszcza z węglika spiekanego, stanowiące zakończenie części roboczej trzonka noża, w którym jest osadzony charakteryzuje się tym, że ma postać wydrążonej bryły obrotowej utworzonej przez pobocznice dwóch współosiowych stożków ściętych: stożka zewnętrznego o kącie rozwarcia α w zakresie od 3+20° oraz stożka wewnętrznego o kącie rozwarcia β w zakresie od 0+10 oraz podstawy (1c), którą stanowi pobocznica stożka ściętego o kącie rozwarcia γ, jako dopełnienie do 180° kąta α lub β, lub który przyjmuje wartość pośrednią.

Korzystnie ostrze pierścieniowe według wynalazku ma kąt rozwarcia stożka zewnętrznego α, który jest równy kątowi rozwarcia stożka wewnętrznego β.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przykładowe ukształtowanie ostrza z zaznaczeniem charakteryzujących go kątów, zaś fig. 2 przedstawia nóż wyposażony w ostrze pierścieniowe i uproszczony schemat jego położenia podczas skrawania calizny skalnej.

Ostrze pierścieniowe ma postać bryły obrotowej utworzonej przez pobocznice stożków ściętych: zewnętrznego 1a i wewnętrznego 1b oraz stożka podstawy 1c - fig. 1. Stożek zewnętrzny 1a ostrza pierścieniowego najlepiej jest wykonać z kątem rozwarcia α = 3+20°, natomiast stożek wewnętrzny 1b ostrza pierścieniowego najlepiej jest wykonać z kątem rozwarcia β = 0+10°. Kąt rozwarcia stożka podstawy 1c γ może być dopełnieniem do 180° kąta α lub β, lub alternatywnie - może też mieć wartość pośrednią. Krawędzie ostrza są sfazowane lub zaokrąglone, co jest korzystne ze względów technologicznych oraz zabezpiecza przed wykruszeniem materiału, z którego wykonane jest ostrze.

Korzystne jest, aby kąt rozwarcia stożka zewnętrznego 1a α był równy kątowi rozwarcia β uzyskując w ten sposób stałą po wysokości grubość ścianki pierścienia lub był większy od kąta β, co sprzyja lepszym własnościom wytrzymałościowym i stateczności osadzenia ostrza w trzonku noża.

Ostrze pierścieniowe 1 osadzone może być w nożach o różnym ukształtowaniu części chwytowej 2 trzonka noża oraz jego części roboczej 3.

Fig. 2 ilustruje przykładową schematyczną pozycję noża z ostrzem pierścieniowym 1 względem powierzchni urabianej calizny skalnej 4 przy najkorzystniejszej głębokości wykonywanego skrawu „g” ze względu na przebieg jego pracy. Nóż osadzony jest obrotowo częścią chwytową 2 trzonka noża w typowym uchwycie nożowym 6 lub w tulei pośredniej i podczas pracy wykonuje ruch w kierunku 5 wskutek obrotów organu urabiającego/głowicy urabiającej. Obroty noża wokół jego osi podłużnej dla zapewnienia równomierności zużywania się ostrza realizowane mogą być w znany sposób, poprzez odpowiednie ustawienie noża na organie/głowicy urabiającej zapewniające wymagany kąt skręcenia bocznego (odchylenia od kierunku linii skrawania), lub na innej drodze. Dzięki obrotom noża stycznoobrotowego wokół swojej osi, następuje stała zmiana obwodowej części ostrza pierścieniowego biorącej udział w skrawaniu w danej chwili. Zapewnia to nie tylko korzystny efekt równomiernego na obwodzie zużycia ścierno-erozyjnego ostrza noża wraz z efektem swoistego „samoostrzenia się”, ale również korzystnie wpływa na warunki cieplne pracy noża sprzyjając efektywnemu chłodzeniu. Części ostrza pierścieniowego nie biorące w danej chwili udziału w skrawaniu są chłodzone przez oddawanie ciepła do otoczenia i urobku, zwłaszcza przy stosowaniu zraszania wodnego strefy urabiania. W trakcie zużywania się części roboczej 3 trzonka noża oraz ostrza pierścieniowego 1 następuje sukcesywne odsłanianie kolejnych partii ostrza pierścieniowego.

Osadzenie ostrzy najlepiej jest wykonać przez zawalcowanie po uprzednim, doprowadzeniu części roboczej 3 trzonka noża do stanu plastycznego. Możliwe jest też zastosowanie oddzielnej oprawy łączonej z trzonkiem noża połączeniem gwintowym, przez spawanie lub na drodze zgrzewania. Wyeliminowane jest stosowanie lutowania, które w warunkach wysokich temperatur w trakcie skrawania skał jest mało skuteczne z powodu mięknięcia, a nawet wytopienia lutu, co gwałtownie osłabia połączenie ostrzy z trzonkami noży. Kształtowy sposób osadzenia ostrza pierścieniowego zapewnia przy tym bardzo wytrzymałe i pewne jego mocowanie w trzonku noża. Zastosowanie z kolei oddzielnej oprawy, za pośrednictwem której ostrze zamocowane jest do części roboczej 3 trzonka noża stwarza przy tym dogodne możliwości wykonania regeneracji noża po ograniczonym zużyciu się ostrza i samej oprawy.

Rozwiązanie ostrza pierścieniowego według wynalazku umożliwia uzyskanie korzystnych efektów przy takiej samej lub nieznacznie zwiększonej masie węglika spiekanego zużytego do produkcji ostrza. Stożkowe ukształtowanie powierzchni ostrza jest korzystne ze względów technologicznych wytwarzania, tak samych ostrzy, jak i trzonków noży, w których są one osadzane.

Zaletą ostrza pierścieniowego jest zmniejszone tempo zużycia ściernego. Wykazuje ono zwiększoną trwałość eksploatacyjną, ponadto zmniejszona jest średnia energochłonność procesu urabiania. Zalety te ujawniają się w szczególności przy urabianiu twardych trudno urabialnych skał. Ograniczony jest wtedy niekorzystny efekt spadku trwałości węglików spiekanych w podwyższonych temperaturach pracy, jakie są wywoływane intensywnym tarciem przy urabianiu zwłaszcza silnie abrazyjnych skał.

Zwiększona trwałość eksploatacyjna noży z ostrzami pierścieniowymi według wynalazku pozwala na uzyskanie dużych efektów technicznych i ekonomicznych oraz służy polepszonym warunkom bezpieczeństwa pracy.

Noże styczno-obrotowe typu pierścieniowego mogą być stosowane nie tylko w kombajnach chodnikowych, do których są szczególnie predysponowane, ale również w kombajnach ścianowych do urabiania węgla i innych kopalin użytecznych, również mogą znaleźć zastosowanie w maszynach budowlanych i drogowych do skrawania betonu, czy nawierzchni drogowych w procesie remontu jezdni.

Claims (2)

1. Ostrze pierścieniowe noża styczno-obrotowego kombajnu górniczego, zwłaszcza z węglika spiekanego, stanowiące zakończenie części roboczej trzonka noża, w którym jest osadzony, znamienne tym, że ma postać wydrążonej bryły obrotowej utworzonej przez pobocznice dwóch współosiowych stożków ściętych: stożka zewnętrznego (1a) o kącie rozwarcia α w zakresie od 3+20° oraz stożka wewnętrznego (1b) o kącie rozwarcia β w zakresie od 0+10° oraz podstawy (1c), którą stanowi pobocznica stożka ściętego o kącie rozwarcia γ, jako dopełnienie do 180° kąta α lub β, lub który przyjmuje wartość pośrednią.

2. Ostrze pierścieniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że kąt rozwarcia stożka zewnętrznego α jest równy kątowi rozwarcia stożka wewnętrznego β.