PL244796B1 - Dwustronny styczno-obrotowy nóż kombajnowy i sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży - Google Patents

Abstract

Dwustronny styczno-obrotowy nóż kombajnowy charakteryzuje się tym, że zawiera ostrze skrawające (2) w postaci dwóch jednakowych współosiowych brył obrotowych zbieżnych ku końcom i złączonych podstawami, osadzone w wybraniu czołowym (1a) trzonka (1) i zamocowane do trzonka (1) kształtowo za pośrednictwem oprawy (3) i pierścienia pośredniczącego (4) połączonych zgrzeiną (5). Sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży polega na tym, że na ostrze skrawające (2) nakłada się oprawę (3), którą następnie łączy się z pierścieniem pośredniczącym (4) nałożonym uprzednio na część chwytową trzonka noża (1) zgrzeiną (5) tworzoną metodą elektro-iskrową za pomocą zgrzewarki oraz podłączonych do niej elektrod.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwustronny styczno-obrotowy nóż kombajnowy i sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży, mający zastosowanie w kombajnach górniczych oraz maszynach do urabiania skał, asfaltu oraz betonu w budownictwie.

Noże styczno-obrotowe są powszechnie stosowane do urabiania węgla kamiennego, soli potasowych i innych skał w górnictwie głębinowym. Stosowane są one również do frezowania asf altu i betonu w trakcie renowacji nawierzchni dróg oraz wykonywania podziemnych obiektów architektonicznych o różnym przeznaczeniu metodami bezwykopowymi zwłaszcza w skałach zwięzłych. Wyposażone są one w ostrza skrawające, najczęściej z węglików wolframu w osnowie kobaltowej, osadzone w stalowych obrotowych trzonkach. Ostrza skrawające mocowane są przez lutowanie, najczęściej mosiądzem, z topieniem lutu przy użyciu palników gazowych lub zagrzewaniem prądami wysokiej częstotliwości. Powoduje to niekorzystne zmiany strukturalne w stalowych trzonkach noży oraz wywołuje w nich stan naprężeń własnych w wyniku dużych gradientów temperatury podczas lutowania. Skutkuje to obniżeniem własności użytkowych noży. Obniżenie trwałości materiału części roboczej trzonków noży, bezpośrednio związanych z ostrzami skrawającymi pogarsza ich odporność na zużycie ścierno-erozyjne, zaś naprężenia własne powstałe w wyniku lutowania obniżają własności wytrzymałościowe, zwłaszcza trwałość zmęczeniową trzonków noży.

Przy szczególnie dużych obciążeniach zmiennych noży, jakie mają miejsce podczas urabiania skał trudno urabialnych występuje mięknięcie i osłabienie połączenia lutowanego, a nawet dochodzi do wytopienia lutu. Powoduje to duży spadek trwałości eksploatacyjnej noży, co wymusza częstą wymianę noży zniszczonych przez zużycie ścierno-erozyjne, wykruszenia lub wyrwania ostrzy skrawających, czy też pęknięcia zmęczeniowe trzonków noży. Stosowane obecnie noże styczno-obrotowe nie są podatne na zabiegi regeneracyjne, w efekcie czego zużyte noże są wymieniane w całości na nowe.

Z polskich opisów patentowych PL131022, PL171848 i PL212590 znane są rozwiązania dotyczące noży z jednostronnymi ostrzami skrawającymi osadzonymi przez lutowanie.

Ponadto z innych opisów patentowych DE4226976, EP0274645, US4627665 i US6113195 znane są rozwiązania noży mających ostrze np. z węglika wolframu, które zamocowane są z wykorzystaniem metody lutowania.

Powyższe rozwiązania posiadają niedogodności wynikające ze stale rosnących wymagań dotyczących trwałości eksploatacyjnej noży użytkowanych zwłaszcza w trudnych warunkach, narażonych na działanie silnych obciążeń dynamicznych oraz wysokich temperatur towarzyszących urabianiu, zwłaszcza twardych, silnie abrazyjnych skał.

Z innego chińskiego opisu CN204436386 znane jest mocowanie ostrza skrawającego za pomocą osiowo umieszczonej śruby, które nie zapewnia dużej wytrzymałości i pewności połączenia. Mocowanie jest podatne na samoczynne luzowanie się pod wpływem zmiennych obciążeń i drgań. Dotychczas znane rozwiązania konstrukcyjne noży styczno-obrotowych uniemożliwiają przy tym stosowania zabiegów regeneracji w toku ich użytkowania.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji noży kombajnowych o zwiększonej trwałości, podatnych na regenerację nawet w warunkach użytkowników.

Cel ten osiągnięto przez zastosowanie noży styczno-obrotowych z podwójnymi ostrzami skrawającymi, których ostrza mogą być łatwo wymieniane oraz mocowane w trzonkach noży z wykorzystaniem zgrzewania.

Dwustronny styczno-obrotowy nóż kombajnowy charakteryzuje się tym, że zawiera ostrze skrawające w postaci dwóch jednakowych współosiowych brył obrotowych zbieżnych ku końcom i złączonych podstawami, osadzone w wybraniu czołowym trzonka i zamocowane do trzonka kształtowo za pośrednictwem oprawy i pierścienia pośredniczącego połączonych zgrzeiną.

Korzystnie dwustronny nóż według wynalazku cechuje się tym, że podwójne ostrze skrawające w postaci brył obrotowych ma kształt stożków.

Korzystnie dwustronny nóż według wynalazku ma ostrze skrawające, które przedzielone jest częścią walcową, a wierzchołki stożków są zakończone kuliście.

Sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży polega na tym, że na ostrze skrawające nakłada się oprawę, którą następnie łączy się z pierścieniem pośredniczącym nałożonym uprzednio na część chwytową trzonka noża zgrzeiną tworzoną metodą elektro-iskrową za pomocą zgrzewarki oraz podłączonych do niej elektrod.

Korzystnie sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży polega na tym, że na ostrze skrawające nakłada się oprawę, a na część chwytową trzonka noża nakłada się pierścień pośredniczący, po czym poprzez obrót i docisk wzdłużny oprawy wywołany głowicą formuje się zgrzeinę tarciową łączącą trwale oprawę z pierścieniem pośredniczącym.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania pokazano na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia nóż w trakcie osadzania w jego trzonku podwójnego ostrza skrawającego z wykorzystaniem zgrzewania elektro-iskrowego, Fig. 2 przedstawia sposób mocowania podwójnego ostrza skrawającego w trzonku noża z wykorzystaniem zgrzewania tarciowego, a Fig. 3 przedstawia przekrój A-A, natomiast Fig. 4 przedstawia graniczny stopień zużycia ostrza kwalifikujący do zabiegu regeneracji (strona A) i wykorzystanie drugiego ostrza (strona B).

Dwustronny nóż styczno-obrotowy według wynalazku wyposażony jest w podwójne ostrze skrawające (2), które ma formę dwóch jednakowych brył obrotowych, korzystnie stożków, złączonych podstawami. Opcjonalnie stożki tworzące podwójne ostrze skrawające (2) mogą być przedzielone częścią walcową, a wierzchołki stożków mogą być korzystnie zakończone kuliście, jak na Fig. 1 i Fig. 2. Ostrze skrawające (2) jednym końcem osadzone jest w trzonku noża (1) w odpowiednim wybraniu czołowym (1a), a druga część ostrza skrawającego (2) mocno jest utrzymywana w oprawie (3), która połączona jest z pierścieniem pośredniczącym (4) przez zgrzewanie elektro-iskrowe (Fig. 1) lub przez zgrzeinę tarciową (Fig. 2).

Sposób mocowania podwójnych ostrzy skrawających z wykorzystaniem zgrzewania elektro-iskrowego polega na tym, że do otworu w dolnej płycie (8) stanowiącej jedną z elektrod wkłada się trzonek noża (1) wraz z pierścieniem pośredniczącym (4). Do wybrania czołowego (1a) w trzonku noża (1) wkłada się ostrze skrawające (2), a następnie na trzonek nasuwana jest oprawa (3). Między trzonkiem noża (1), a oprawą (3) korzystnie jest przewidzieć wcisk oraz ewentualnie wykonać podgrzanie wstępne oprawy (3).

Na stożkową część oprawy (3) nakładana jest górna płyta (7) pełniąca funkcję drugiej elektrody zgrzewalniczej. Następnie włączane jest urządzenie zgrzewalnicze (9) wywołujące zgrzewanie elektroiskrowe występu (3a) oprawy (3) oraz górnej części pierścienia pośredniczącego (4). Po doprowadzeniu do pełnego zmięknięcia materiału, głównie występu (3a), następuje mocny docisk elektrod siłą P i wyłączenie zgrzewarki. Nacisk P utrzymuje się przez kilkadziesiąt sekund do utwardzenia się zgrzeiny (5). Wówczas zdejmuje się elektrodę (7) i wyjmuje się gotowy nóż dwustronny.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest duża podatność noży na zabiegi regeneracji przywracające ich pełną przydatność użytkową. Ponadto mocowanie ostrza skrawającego za pomocą połączenia zgrzewanego cechuje się dużą wytrzymałością, a skurcz termiczny oprawy (3) i pierścienia pośredniczącego (4) dodatkowo mocno dociska podwójne ostrze skrawające (2) do trzonka noża (1). Przed zgrzewaniem, korzystne jest dodatkowe schłodzenie ostrza skrawającego, co jeszcze zwiększa pewność jego zamocowania. Zastosowanie pierścienia pośredniczącego (4) do mocowania ostrza skrawającego (2), umożliwia zastosowanie dużego promienia przejściowego R pomiędzy częścią chwytową (1b) trzonka noża (1) oraz jego częścią roboczą (1c) (Fig. 1 ). Zmniejsza to znacznie wpływ karbu geometrycznego w tej strefie trzonka noża (1), przyczyniając się do wydatnej poprawy wytrzymałości zmęczeniowej noży.

Pogłębienie wybrania czołowego w trzonku noża (1) otworem (6) zapewnia mocne osadzenie ostrza skrawającego na powierzchniach stożkowych „zapasowej” części ostrza skrawającego oraz przeciwdziała mechanicznemu uszkodzeniu jej końca. Doboru wymiarów występu (3a) i luzu między oprawą (3) i górną częścią ostrza skrawającego należy dokonać metodą prób, w celu uzyskania najkorzystniejszego połączenia elementów noża w monolityczną całość.

Sposób połączenia podwójnego ostrza skrawającego z trzonkiem noża zgrzewaniem tarciowym (Fig. 2) polega na wykonaniu następujących czynności. Trzonek noża (1) z nałożonym pierścieniem pośredniczącym (4) wkłada się do centralnego otworu oprawy uchwytowej (10) opierając koniec trzonka noża (1) na sprężynie (16). Do wybrania czołowego (1a) w trzonku noża (1) wkładane jest korzystnie schłodzone ostrze skrawające (2) a na nie nakłada się oprawę (3), korzystnie z pasowaniem suwliwym i ewentualnie wstępnie podgrzaną. Następnie opuszczana jest głowica (18) ze wzdłużnym naciskiem P. W wyniku nacisku głowicy (18) następuje zaciśnięcie szczęk (12) wyposażonych w ząbki (12a) na pierścieniu pośredniczącym (4) (Fig. 3). Cylindryczne wpusty (13) umożliwiają przesuw wzdłużny szczęk (12) zabezpieczając je przed obwodowym poślizgiem względem oprawy uchwytowej (10), a osłona (14) zabezpiecza cylindryczne wpusty (13) i szczęki (12) przed wypadnięciem. Po włączeniu obrotów głowicy (18) następuje jej tarciowe sprzężenie z oprawą (3), dzięki wysokociernej wykładzinę (19). Obroty i nacisk wzdłużny P na oprawę powodują tarciowe zagrzewanie i formowanie się zgrzeiny tarciowej (5). Po pełnym zmięknięciu materiału strefy styku oprawy (3) z pierścieniem pośredniczącym (4) obroty głowicy (18) są wyłączane, natomiast zwiększony zostaje nacisk wzdłużny P. W takiej pozycji utrzymuje się układ przez kilkadziesiąt sekund do utwardzenia się zgrzeiny tarciowej (5). Wówczas głowica (18) zostaje uniesiona do góry, a napięta sprężyna (16) poprzez podkładki regulacyjne (17) unosi gotowy nóż do góry, przy czym sprężyna (15) i sprężyny (20) zwalniają zaciśnięty pierścień pośredniczący noża (4). Gotowy nóż może być wyjęty, a opisany tok czynności powtórzony dla kolejnego noża.

Zaletą powyższej metody łączenia elementów składowych noża jest to, iż zgrzeina tarciowa stwarza połączenie o dużej wytrzymałości. Dodatkowo, wyrównywanie się temperatury schłodzonego ostrza skrawającego (2) i częściowo zagrzanej oprawy (3) dodatkowo mocno dociska podwójne ostrze skrawające (2) do wybrania czołowego (1a) w trzonku noża (1) dzięki wykorzystaniu zjawiska rozszerzalności cieplnej.

Do wykonywania mocowania ostrzy skrawających noży według wynalazku przystosowana może być dowolna obrabiarka o pionowym układzie wrzeciona, przy czym podstawa (11) powinna być unieruchomiona względem stołu obrabiarki. Szczególnie przydatna jest wiertarka słupowa, większa wiertarka stołowa lub frezarka pionowa. Umożliwia to wykonywanie mocowania ostrzy skrawających nie tylko przez producenta noży, lecz również w warunkach typowego warsztatu mechanicznego bezpośrednio u użytkowników noży kombajnowych.

Rozwiązanie według wynalazku stwarza duże możliwości wykonywania regeneracji noży w celu ich lepszego wykorzystania w kombajnach górniczych i urządzeniach do frezowania jezdni, podczas gdy stopień zużycia eksploatacyjnego noży z podwójnymi ostrzami skrawającymi osiągnie stan graniczny, jak pokazano na Fig. 4 - strona A, nóż może być rozmontowany przez wycięcie nożem przecinakiem (21) zgrzeiny przy użyciu typowej tokarki. Po weryfikacji rozdzielonych elementów noża może być on ponownie zmontowany po wymianie nadmiernie zużytej oprawy (3) i ewentualnie pierścienia pośredniczącego (4). Podwójne ostrze skrawające (2), jeśli nie wykazuje pęknięć, może być odwrócone o 180° w płaszczyźnie przechodzącej przez oś podłużną noża i ponownie zmontowane w sposób opisany jak dla noży nowych (Fig. 4 - strona B). Zabiegi regeneracji noży według wynalazku są proste w realizacji i w pełni mogą być realizowane w warunkach, jakie występują u użytkowników noży. Dotyczy to zwłaszcza wykorzystania zgrzewania tarciowego w sposób opisany wcześniej. Dwustronne noże po regeneracji odzyskują pełne własności użytkowe i mogą być wykorzystywane wraz z nożami nowymi. W warunkach szczególnie intensywnych oddziaływań eksploatacyjnych noże po regeneracji mogą być ewentualnie montowane w tych strefach głowic/organów urabiających kombajnów górniczych, w których występują mniejsze obciążenia eksploatacyjne.

Wycięcie zgrzeiny dla potrzeb przeprowadzenia regeneracji noży dwustronnych zaleca się wykonywać również dla całkowicie obustronnego zużycia ostrzy skrawających. Umożliwia to łatwe odzyskiwanie pozostałej części zużytego ostrza skrawającego dla potrzeb recyklingu węglików spiekanych.

Dwustronne noże kombajnowe według wynalazku umożliwiają większy stopień ich wykorzystania przy urabiania węgla kamiennego, innych skał, betonu oraz asfaltu. Sposób mocowania podwójnych ostrzy skrawających w trzonkach noży zapewnia zwiększoną ich trwałość eksploatacyjną oraz możliwość wykonywania zabiegów regeneracji noży bezpośrednio przez użytkowników noży. Daje to możliwość uzyskania dużych efektów technicznych, ekonomicznych i ekologicznych, dzięki wydłużonemu czasowi użytkowania oraz recyklingowi zużytych elementów noży. Mocne kształtowe mocowanie ostrzy skrawających w trzonkach noży styczno-obrotowych umożliwia eliminację niedogodności połączeń za pomocą twardego lutowania. Dwustronne noże z kształtowym mocowaniem ostrzy skrawających stosowane mogą być w kombajnach górniczych - ścianowych i chodnikowych, w urządzeniach do skrawania nawierzchni jezdni i lotnisk oraz maszynach wykorzystywanych w budownictwie podziemnym.

Claims (5)

1. Dwustronny styczno-obrotowy nóż kombajnowy, znamienny tym, że zawiera ostrze skrawające (2) w postaci dwóch jednakowych współosiowych brył obrotowych zbieżnych ku końcom i złączonych podstawami, osadzone w wybraniu czołowym (1a) trzonka (1) i zamocowane do trzonka (1) kształtowo za pośrednictwem oprawy (3) i pierścienia pośredniczącego (4) połączonych zgrzeiną (5).

2. Dwustronny nóż według zastrz. 1, znamienny tym, że podwójne ostrze skrawające (2) w postaci brył obrotowych ma kształt stożków.

3. Dwustronny nóż według zastrz. 1, znamienny tym, że ostrze skrawające (2) przedzielone jest częścią walcową, a wierzchołki stożków są zakończone kuliście.

PL 244796 Β1

4. Sposób mocowania ostrzy w trzonkach noży, znamienny tym, że na ostrze skrawające (2) nakłada się oprawę (3), którą następnie łączy się z pierścieniem pośredniczącym (4) nałożonym uprzednio ma część chwytową (Ib) trzonka noża (1) zgrzeiną (5) tworzoną metodą elektro-iskrową za pomocą zgrzewarki (9) oraz podłączonych do niej elektrod (7).

5. Sposób mocowania ostrzy według zastrz. 4, znamienny tym, że na ostrze skrawające (2) nakłada się oprawę (3), a na część chwytową (Ib) trzonka noża Q) nakłada się pierścień pośredniczący (4), po czym poprzez obrót i docisk wzdłużny oprawy (3) wywołany głowicą (18) formuje się zgrzeinę tarciową (5) łączącą trwale oprawę (3) z pierścieniem pośredniczącym (4).