Przedmiotem wynalazku jest wiertnica do otwo¬ rów kwadratowych), zawierajajoa ksztaltowa glo¬ wice wrebowa oraz polaczona z nia, napedowa przekladnie zebata.Znane sa swidry do otworów kwadratowych za¬ wierajace glowice wrebowa o ksztalcie trójkata Reuieaux. Wlasnosci trójkata Reiulea,ux mozna znalezc w czasopismie Scientific American magazi- ne, luty 1963,, w artykule „Krzywe o stalej szero¬ kosci, z których jedna umozliwia wiercenie otwo¬ rów kwadraltowych", zaczynajacy sie na str. 148, napisany przez Martina Gardnera.W literaturze patentowej najbllizisze rozwiazania podane sa w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki Pólnocnej nr 2 586 084, nr 1 241176 pnzez S. R. Powella i H. J. Waftltisa* odpowiednio. W kaz¬ dym z tych rozwiazan oibrót glowicy wrebowej o ksztalcie krójkaita Reuleaux jest realizowany pnzez ulklad napedowy, wprawiajacy w ruch obro¬ towy glowice osadzona w prowadnicy kwadrato¬ wej, oraz przez oprawe wahliwa walu napedowego.Swidry do otworów kwadratowych, znane ze stanu techniki maja powazne wady i istnieja ogra¬ niczenia w ich stosowaniu. Wiekszosc z nich wy¬ nika z braku rzeczywiscie stabilnej przekladni na¬ pedowej, wspóldzialajacej z glowica wrebowa. Kie¬ dy stosuje sie oprawe prowadnicza w otworze kwa¬ dratowymi lub inne urzadzenia oporowe, aby za¬ pewnic wlasciwy ruch glowicy wrejbowej, to w po¬ blizu urabianej powierzchni gromadzi sie dodajt- 10 15 20 25 30 kowe elementy wyposazeni a^ które ograniczaja za¬ kres jej zastosowan, zwlaszcza do duzych i glebo¬ kich wiercen w kopalnictwie.Celem wynalazku jest skonstruowanie przekladni napedowej obiegowej,, (nadajacej sie do wspóldzia¬ lania z glowica wrebowa o ksiztalciie trójkata Reu- leaux, a tym samym wyeliminowanie zewnetrz¬ nych prowadnic glowicy oiraz oprawy wahliwej jej walu nalpedowego.Dziieki wynalazkowi wiertnica do otworów kwa¬ dratowych jest nie tylko przystosowana do wier¬ cenia duzych i glebokich otworów, wolino stojac, lecz równiez do dzialania praktycznie w dowolnej substancji.Do tego samego ukladu napedowego moga byc zastosowane glowice wr^bowe o irozlmianach w za¬ kresie do 50% wiekszych. Jesli toebia by zwiekszyc wiercony otwór poza ten zakresi, to mozna doko¬ nac zmian w przekladni zebatej, umozliwiajaicych zastosowanie glowicy wrejbowej w nowym rozmia¬ rze.Wedlug wynalazku glowica wrebowa wiertnicy do< otworów kwadratowych mai ksztalt trójkata Reuleaux i jest obracana w dwóch przeciwnych kierunkach jednoczesnie za pomoca swego ukladu napedowego. Pierwszym obrotowym ruchem jest ruch kola obiegowego wokól swej centralnej osi, wykonywany wewnatrz izazebionego z nim piers¬ cienia zebatego. 109 836 \3 Drugi ruch obrotowy, przeciwny do pierwszego, wykonuje kolo obiegowe, zazebione z pierscienieim zebatym, po kole zataczanym przez srodek kola obiegowego wokól srodka pierscienia zebatego, we¬ wnatrz tegopierscienia. ' Przedmiot wynalaizku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wylkonania na ry]sunku, na którym fig. 1 przedstawia przyklad wykonania wynalazku dola¬ czony do przenosnika srubowego odstawiajacego urobek, w rzucie perspektywicznym, fig. 2 wiert- 10 nice, stanowiaca przednia koncówke ukladu wed¬ lug fig. 1, w przekroju poprzecznym schematycznie, fig. 3 przekladnie zebata wiiertnliicy w rozlozeniu na czesci, fig. 4 przekladnie zebata wedlug fig. 3 po zlozeniuy $ig. 5 wiertnice w przekroju wzdluz linii 5—5, w rzucie "w 'kiejrupku zaznaczonym strzal¬ kami na fig. 2 schematycznie, fig. 6a—ie kolejne fazy ruchu kola obiegowego, toczacego sie od we¬ wnatrzf $jo"nieruchomym pierscieniu zebatym, oraz walu wyjsciowego schematycznie, fig. 7ia—*e ko¬ lejne fazy ruchu glowicy wrejbowej, fig. 8a—e istotne parametry glowicy wrebowej, kól zebatych, otworu kwadratowego i zamocowania mimoosio- wego, a fig. 9a i b odmiany wykonania glowicy wrebowej dostosowane do róznych rodzajów ura¬ bianych materialów i róznych wielkosci otworów.Nalezy miec na uwadze, ze jakkolwiek wybrany przyklad wykonania wynalazku jest przeznaczony do stosowania wraz z przenosnikiiem srubowym do 3Q urabiania i odlataw wegla lufo innych materialów kopalnych, to zasade jegio dziaHania mozna wyko¬ rzystac do wiercenia praktycznie wszystkiego do dowolnej glebokosci otworami o dowodnej wiel¬ kosci. 85 W górnictwie weglowym wynalazek znajduje szczególne zastosowanie, poniewaz umozliwia wier¬ cenie otworów kwadratowych a aide okraglych, a tym samym wydobywanie znacznie wiekszej pro¬ centowo ilosci weglla w danym im)iejkQUv niz to jest 40 mozliwe przy zastosowaniu znanej techniki wier¬ cenia otworów okraglych; Udzial procentowy zwieksza sie z 50*/o obecnego wydobycia do okolo 73°/o.Wysokowydajny uklad wrebowy wedlug fig. 1 « zawiera glowice wrejbowa 1, cztery ramiona opo¬ rowe 3„ z których jedna pana jest oparta o spodek a druga o strop przodku, potezny przenosnik sru¬ bowy 5 stosowany do przenoszenia wrobionego ma¬ terialu, odstawianego z przodku oraz przekladnie *o zebata, umieszczona w obudowie 7. Przedmiot wy¬ nalazku stanowi zespól glowicy wrebowej oraz przekladni napedowej, które zostana opasane szcze¬ gólowo.(Ramiona oporowe i przenosnik srubowy sa znane 55 i sluza jedynie celowi ukazania konkretnego za¬ stosowania wynalazku. Zarówno przenosnik sru¬ bowy jak i os centralna obracaja sie w tym sa¬ mym kierunku zaznaczonym na rysunku strzalka.Z powierzchni czolowej glowicy wrejbowej wystaja 60 w strone urabianej powierzchni ostrza nozowe 9, rozmieszjczone rzedami wi odstepach od siebie.Ostrza te sa rozmieszczone tak, ze co najmniej jedno z nich znajduje sie na kazdym wierzcholku glowicywrebowej. W 836 Inne ostrza moga byc umieszczone w srodkowej czesci glowicy wreboiwej, wokól jej srodka wzdluz obwodu lub wzdluz przecinajacych sie czlonów 11, aby zwiekszyc maksymalnie ich slkutecznosc w róz¬ nych materialach. Zewnetrzny ksztallt glowicy wre¬ bowej w rzucie czolowym stanowi trójkat Reu- leaux.W celiu .sjkonstruowania takiej glowicy najpierw wykresla sie trójkat równoboczny o wierzcholkach 13, 17 i 21. Nastepnie z któregos z tych wierzchol¬ ków zatacza sie luk przecinajacy dwa pozostale wierzcholki. Powtarzajac te czynnosc z dwóch in¬ nych wierzcholków otrzymuje sie trójkat Reu- leaux.Zgodnie ze wspomnianym wyzej artykulem z cza¬ sopisma Scientific American z lutego 1973, trójkat Reuileaux jest krzywa stalej szerokosci* jak okrag.Jako taka moze byc wpisania w kwadrat, i podczas obrotu jeden z jej boków bedzie pozostawala w styku z bokiem kwadratu. Stanowi wiiec równo¬ czesnie zarys wirnika najmniejszego pola kwadra¬ tu. Te szczególne cechy predyistynuja ksztalt trój¬ kata Reuleaux do zaisltasowainda, jako idealny, do wiercenia otworów kwadratowych. Poza tyim na fig. 1 sa jeszcze przedstawione trzy luki obwodowe 15, 19 i 23, okalajace glowlice wrebowa^ walcowa obudowe T przekladni oraz sruby 47 mocujace wal wejsciowy za pomoca otworów z walem napedo¬ wym obracanym przez zródlo imocy.Budowa wewnejtrznia przekladni lepiej jest uka¬ zana na fig. 2 przedstawiajacej w przekroju po- przeicznym glowice wrebowa i przekladnie nape¬ dowa, widoiczne od strony czolowej. W obudowie 7 przekladni zebatej znajduja sie: przednia konców¬ ka walu wejsciowego 27 z lacznikiem kjorfoowyirn 29 utwierdzonym do tylnej scianki kola obiego¬ wego 39 oraz wal wyjsciowy 25 i nieruchomy pierscien zebaty 35. Podczas dzialania, kiedy wal 27 obraca sie w kierunku zaznaczonym strzalka, mi- moosiowo osadzone kolo obiegowe obraca sie w pierscieniu zebatym, /wiekszym i otaczajacym je.Poniewaz pierscien zebaty jest unieruchomiony w obudowie a kolo obiegowe jejst osadzone mimo- osiowo, na skutek obrotu walu wejsciowego i kola obiegowego^ kolo obiegowe a wraz z nlini wal wyjsciwy i przylaczone don czesci beda wykony¬ waly ruch obiegowy w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu walu napedowego wokól osi Y.Polaczony ruch kola obiegowego wokól pierscienia zebatego oraz obrót /walu wejsciowego 27 wokól swej osi sa przekazywane na wal wyjisciowy 25 o osi X.Na fig. 3 jest przedstawiona przekladnia zebata w rozlozeniu na czesci, ujkazujacym bardziej szcze¬ gólowo czesci juz wymienione, Obudojwa 7 jest ukazana w wykrój u w którym widoczne jest tylko jedno z czterech ramion oporowych 3. Zewnetrzne zeby 41 kola obiegowego 39 sa zazebione z we¬ wnetrznymi zejbami 37 pierscienia zebatego nieru¬ chomego. W tym przykladzie Wykonania wynalaz¬ ku, cztery zeby pierscienia zebatego przypadaja na kazde trzy zeby kola obiegowego. Jest to wyjas¬ nione bardziej szczególpwo w odniesieniu do fig. #, gdzie srednica podzialowa D pierscdenia zebatego 35 ma sie tak do srednicy podzialowej kola C/bie-f gawego 39 jak 4:3, to znaczy, ze jesli srednica po¬ dzialowa D pierscienia zebatego wynosii 12 cali, to srednica podzialowa kola obiegowego wyniesie 9 cali. Sruiby 47 sluza do polaczenia obudowy 7 przekladni zebatej ze zródlem mocy przez umiesz- * czenie ich w otworach 48. Przedstawione sa rów¬ niez lozyska Ojporowe 43 i 44, plyta krancowa 33 z otworem dla walu wyjsciowego 25, obudowa 7 z kolnierzem wewnetrznym 40 i lozysko uszczel¬ niajace 31. Czlony te wraz z mimoosiowyim walem io wejsciowym, kolem obiegowym, walem wyjscio¬ wym i pierscieniem zebatym tworza cos, co mozna by nazwac mimoosiowym zespolem napedowym.Na fig. 4 jest przedstawiony zespól napedowy wedlug fig. 3 po zlozeniu. W stanie zlozenia, ru- w choma plyta krancowa 33 ma wal wyjsciowy 25 przewleczony na zewnatrz niej. Kiedy wal ten wi¬ ruje, wiruje równiez plyta krancowa pomiedzy kolnierzem wewnetrznym a kolem obiegowym.Koncówka walu wyjsciowego oznaczona litera G 20 jest sztywno polaczona iz glpiwicajwrejbowa po_ stro¬ nie tyilneji miejsca praecieciia sie jej trzech^czlonów wsiparczych II. W takim uklaitóe ruch litery G jest taki sam jak glow&cy wrejbowej^ poniewaz poruiszaja sie wspólnde,. ** Na fig. 5 jest przedstawiona schematycznie prze¬ kladnia zebata w przekroju wzdluz linii 5-5 wed- lug fig. 2 oraz polozenie walu wyjsciowego i wejs¬ ciowego w wybranym czasie. Litera O jest ozna¬ czona koncówka walu wejsciowego 27. Kazda 3D z koncówek obraca sie w innym kierunku. Wal wejsciowy 27 obraca sie wokól SjWej oisti, a wal wyjsciowy 25 wokól osi Y i wokól 'wlasnej osi X.Kolo zebate obiegowe 39 jest sztywno polaczone z walem wyjsciowym 25. Kiedy obraca sie wal M wejsciowy, przemiesizteza kolo obiegowe wokól pierscienia zebatego, który obraca koncówke G.Na fig. 6a—e sa przedstawione szczególowo fazy ruchu koncówki G walu wyjsciowego?, a tym sa¬ mym d glowicy wrejbowej 1 isiztywno polaczonej 40 z nia. Na fig. 6a kolo obiegowe 39 znajduje sie u dolu pierscienia zebatego 35, a koncówka G jest usytuowana w przyblizeniu pionowo.Na fig. Sb kolo obiegowe jest obrócone o okolo 90° w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek ze- 45 gara, wokól pierscienia zebatego. Koncówka G zo¬ stala obrócona w tym czasie o 30° w kierunku przeciwnym.Na fig. 6c koncówka G jest obrócona o nastepne 30° w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek ze- 50 zegara, a kolo obiegowe o 90° w kierunku zgod¬ nym z ruchem wskazówek zegara.Pózniej^ w punkcie przedstawlionym na fig. 6d koncówka G jest obrócona o 90°; a kolo obiegowe o 270° w kierunkach pnzeciwnyich. 55 Wreszcie na fig. 6e kolo obiegowe znajduje sie w polozeniu, jak po wykonaniu pelnego obrotu w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a koncówka G jest obrócona o 120° w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Tak wiec *° kiedy kolo obiegowe, toczac sie po pierscieniu ze- baltym obróci sie trzy razy, to wal wyjsciowy obró¬ ci sie raz, i to w przeciwnym kierunku.Cechy ukazane na fig. 6 staja sie bardziej wi¬ doczne w zestawieniu z fig. 7a-^e. Podobnie jak M 836 5 na fig. 6a—e, i na fig. 7a—e jest przedstawiony wal wyjsciowy w kolejnych fazach ruchu. Np. na fig. 7d jest przedstawiona ta sama faza ruchu ka¬ towego co na fig. 6d.Na fig, 7 do koncówki wialu wyjsciowego jest jednak dolajczona glowica wrebowa. Jest to bardzo wazne, poniewaz wlasnie gilowica ta drazy otwór kwadratowy.Opis kolejnych faz ruchu uwypukla ruch wierz¬ cholka 13 lecz oczy wiscie pozostale dwa wierzchol¬ ki 17 i 21 obracaja sie jednoczesnie w tym Baimym kierunku. Poczynajac od polozenia wedlug fig. 7a punkt 13 obraca sie o 30° w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, natomiast wal wyjs¬ ciowy obraca sie o 90° w kierunku zgodnym z ru¬ chem wskazówek zegara do polozenia na fig. 7b.Tak wiec obrót walu centralnego jest taki sam jak kola obiegowego, toczacego sie po pierscieniu ze-*- batym, natomiast wierzcholek obraca sie tak samo jak wal wyjsciowy wokól swej osi. Po wykonaniu pelnego obrotu przez wal wyjsciowy wokól piers¬ cienia zebatego, punkt wierzcholkowy obróci sie o 120° w przeciwnym kierunku lub o ten sam kat i w tym samym kierunku co wal wyjsciowy G.Gdyby gitawica wrejbowa nie miala takiego ksztal¬ tu i nie byla (wyposazona w ostrza nozowe, to opi¬ sany uklad napejdowy nie bylby w stanie drazyc otworu kwadratowego. Kiedy jeden z wierzchol¬ ków trójkata Reuleaux obraca sie o 120°, to kazdy z pozostalych wierzcholków obraca sie równiez o 120°, tak ze kazdy poprzedni wierzcholek przyj¬ muje polozenie, jakie zajmowal dany wierzcholek poczatkowo. Dzieje sie tak, poniewaz wierzcholki sa rozstawione co 120°, i trójkat Reuleaux jest krzywa stalej szerokosci.Pewne parametry przykladu wykonania wyna¬ lazku decyduja o tyni, ze diziala on w opfflsany sposób. Na fig. 8a —e sa przedstawione te paara- metry. Fig. 8a i 8b ukazuja, ze bok S otworu kwadratowego, drazonego, mozna okreslic z góry, mierzajc odleglosc luku od wierzcholka. Fig. 8c i 8d przedstawiaja odpowiednio srednice podzialowa D pierscienia zebatego i srednice podzialowa d kola obiegowego. Matematycznie, liczba zejbów i sred¬ nica podzialowa pierscienia zejbatego sa zwiazane z liczba zebów i srednica podzialowa kola obie¬ gowego nastepujacymi dwoma 'wzorami: d, = s/4 D gdzie d jest srednica podzialowa kola obiegowego, a D srednica podzialowa piersoienda zebatego. t ,- %| T gdzie t jest liczba zebów kola obiegowego, a T liczba zebów pierscienia zejbatego.Fig. 8e przedstawia, jak jest mierzona odleglosc fe pomiedzy osiami X i Y odpowiednio walu wyjscio¬ wego i wejsciowego. Dla uzupelnienia opisanych uprzednio parametrów podaje sie, ze odleglosc E musi wynosic: E = V8 D gdzie, jak poprzednio, D jesjt Sreclnjpa podzialowa pierscienia zebatego. Oddeglo$c miedpyosiowa, mie¬ rzona pomiedzy walem wejsciowyrtl 27 a walem wyjsciowym 25, mimoosiowego walu korbowego jest oznaczona przez E,109 836 Wedlug'fig..8b otwór kwadratowy niejept doklad¬ nie kwadratowym w zakresie czterech rogów. Jest to otwór o dwóch parach jednakowyeh, równoleg¬ lych linii reprezentujacyeh boki o zaokraglonych czterech rogach. Aby uzyiskac" pozadany wykrój,, trzeba zimfieniac srednice podzialowa D pierscienia zebatego, dostosowujac ja do zakresu wymiarów boku S oibworu zgodnie z nastepujaca tabela: Tab Srednica podzialowa D pierscienia zebatego 6 cal* ' 12 cali .24 -cele N ela ^ 1 Zakres rozmiarów glowicy wrebowej Smln d° Swbx ,] 6 do li2 cali ili2 do 24 cali 24 do 48 cali n do 2n | Tak wiec, jesli wielkosc otworu ma byc wiec dwa razy wieksza od srednicy podzialowej piers¬ cienia zebatego, to trzeba.' zmienic pierscien zebaty na wiekszy. Kazda zmiana pierscienia zebatego na wi^kkzy pociaga za' soba zmiane kola obiejgowego na odpowiednio wieksze. A wiec jakakolwiek zmia¬ na wielkosci pierscienia zebatego pociaga za soba zmiane wielkosci kola obiegowego i odpowiednia zmiane odleglosci miedzyosdowej zgodnie ze wzo¬ rami podanymi powyzej.Zipany moga pomniejszac lub powiekszac otwór.Poza podanymi wymaganiami i typem ostrzy nozo¬ wych, wynalazek mozna zmodyfikowac tak, ze be¬ dzie mógl byc stosowany do drazenia otworów kwadratowych dowolnej wielkosci i w dowolnym materiale. f Na fig. 9a i 9b sa przedstawione odmiany wyko¬ nania glowicy wrebowej. Na fig. Oa glowica wre- bowa 101 ma ostrza nozowe 109 na kazdym z trzech wierzcholków 113, 117 i 121, a takze na srodkowym polaczeniu trzech czlonów wspprczych 111. Ksztaltowe krawedzie obwodowe 115, 119 i 123 sa równolegle wzgledem odpowiednich wierz¬ cholków. Na fig. 9b glowica wrebowa 201 ma trzy- srpdkowe ostrza Jnoiowe 209 i trzy wierzcholki 213, 217 i 221. Linie wykreslone pomiedzy tymi trzema punktami utworzylyby trójkajt Beuleaux.Zastrzezenia patentowe 1. Wiertnica do otworów kwadratowych, zna- tym ze zawiera obrotowa glowice wrebo- 10 15 25 30 35 40 50 wa (1), majaca powierzchnie tnace iisytoubwane wokól co najmniej czesci obwodu, i zwrócona w strone urajbianej powierzchni, przy czym najbar¬ dziej na zewnatrz wysuniete powierzchnie tnace glowicy tworza zaryte wierzcholków (13, 17, 21) trójkata Reuleaux, obiegowa przekladnie zebata polaczona z glowica wrebowa w celu jej obracania i posiadajaca nieruchomy pierscien zebaty. (35), sitale zazebiane z obiegowym kolem zebatym (39) toczacym sie wokól tego nieruchomego pierscienia zebatego w kierunku przeciwnym do obrotu glo¬ wicy wrebowej, przy czyim obiegowe kolo zejbaite (39) jest obracane za pomoca walu wyjsciowego (25) z jednej strony, i polaczone z glowica wrebowa w eeliu wykonywania wspólnego ruchu z oia, a po¬ nadto ma miimooisiowy uklad napedowy, polaczony z obiegowym kolem zebatym z drugiej jego strony w celu pormszainia go wokól nieruchomego pierscie¬ nia zebatego. 2. Wiertnica wedlug zastrz. I, znamienna tym, ze srednica podzialowa nieruchomego pierscienia zebatego (35) c* uzebieniu we)wnejbrznym jest wieksza od srednicy podzialowej obiegowego kola zebatego (3&) o uteebiieniai zewnetoanym, 3., Wiertnica wedlug zafefoz, 2, znamienna tym, ze na kazde cztery zeby wewnetrzne nieruchomego pierscienia zebatego (35) przypadaja tirzy zejby obie¬ gowego kola zebatego (39). 4. Wiertnica wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze stosunek srednicy podzialowej nierucho¬ mego pierscienia zebatego 1(35) do srednicy po¬ dzialowej obiegowego kola zebatego* (39) wynosi 4 : 3, przy. czym miimoosiowy uklad napedowy obiegowego kola zebatego (39) zawiera wal wejscio¬ wy (27) osadzony wzgledem osi walu napedowego o jedna ósma srednicy podzialowej nienuchoniego pierscienia zebatego (35). i5. Wiertnica wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze-na' powierzchni czolowej sa rozmieszczone w ocT- stepach ostrza nozowe (9) wzdluz zarysu trójkajta Reuleaux, przy czym co najmniej jedno ostrze no¬ zowe znajduje sie na kazdym wierzcholku (13, 17, 21) tego trójkata, 6. Wiertnica wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze przekladnia obiegowa jest umieszczona w jednej obudowie (7) z plyta krancowa (33), w której jest osadzony wal wyjsciowy (25) obiegowego kola ze¬ batego. 7. Wiertnica wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze srednica podzialowa nieruchomego pierscienia zebatego (35) jest mniejisza od boku drazonego otworu kwadratowego.ida 886 FIG. /. 5.Y- < l -' <£ ///////////////TA -40 % l-33 I 1 39 I i ^ I 25 35 0 ku-7 M ,43 .27 W 3-Y ,.,"/////////,S/'A -29 5.1* r/S. * ^70. 5. f/ FIG. 4.109 836 (d) FIG. 8. (e) 109 FIG. 9. 221 201 219 217- (b) 223 PL PL