PL210365B1 - Obrotowy nóż wrębowy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest obrotowy nóż wrębowy.

Niniejszy wynalazek dotyczy wrębiarek wykorzystywanych w zastosowaniach górniczych i wykopaliskowych. Niniejszy wynalazek opracowany został głównie z przeznaczeniem do zastosowania w górnictwie wę gla, typowo w podziemnym górnictwie węglowym. Wygodne zatem bę dzie opisywanie niniejszego wynalazku w odniesieniu do tego zastosowania, pomimo że z łatwością będzie można zauważyć, iż wynalazek ten może być wykorzystany w dowolnej działalności górniczej lub wykopaliskowej, do której przydatna jest jego funkcja.

W działalności górniczej i wykopaliskowej zastosować można rozmaite formy urządzeń i maszyn, zaś odpowiedni rodzaj urządzeń i maszyn dyktowany jest zazwyczaj przez rodzaj prowadzonych prac górniczych i wykopaliskowych, a także rodzaj skał. Niniejszy wynalazek dotyczy w głównej mierze podziemnego górnictwa węglowego oraz zagadnień związanych z bezpieczeństwem i konserwacją w tej odmianie górnictwa. Jeżeli chodzi o zagadnienia bezpieczeństwa, to jeden z głównych problemów w podziemnym górnictwie węglowym dotyczy pożarów i eksplozji, które występują w kopalniach. Mogą one następować w wyniku wydzielania się metanu oraz występowania pyłu węglowego (zwanego powszechnie pyłem kopalnianym), które mogą gromadzić się w kopalni i są łatwo zapalne. Niekorzystne jest to, że urządzenia wykorzystywane w górnictwie węglowym mogą wytwarzać iskry i wywoł ywać poż ary lub eksplozje. Dlatego też waż ne jest, aż eby podjąć wszystkie odpowiednie kroki mające na celu minimalizowanie lub wyeliminowanie iskrzenia.

Urządzenia stosowane do prowadzenia prac górniczych lub wykopaliskowych w skałach twardych, takich jak na przodku węglowym, mogą zawierać obrotowe wrębiarki, w których z powierzchnią skały styka się obrotowy bęben, na którym zamontowane są liczne wystające wrębowe wiertła lub noże. Noże wbijają się w powierzchnię skały wtedy, gdy obracają się wraz z bębnem, w celu uderzania i kruszenia lub rozbicia skały z tejże powierzchni. Tego rodzaju agresywny kontakt noży z powierzchnią skały może powodować powstawanie iskier.

Noże wykorzystywane w górnictwie węglowym mają generalnie utwardzane ostrze z węglika wolframu, które jest przymocowane, zwykle z wykorzystaniem lutowania twardego, do stalowego chwytu. Noże tego rodzaju ujawnione są w stanie techniki, na przykład w opisach patentowych US nr 6 113 195, EP nr 0 274 645 oraz DE nr 4 226 976. Ostrza noży mogą być typu wkładanego lub nakładkowego. Typ wkładany przedstawiono w opisie DE nr 4 226 976, w którym przeważająca część osiowej długości ostrza jest zakotwiczona w otworze znajdującym się w chwycie, w porównaniu z częścią, która wystaje z otworu. Typ nakładkowy przedstawiono w opisie EP nr 0 274 645, przy czym w typie tym ostrze ma szerszą podstawę niż typ wkł adany i podstawa ta usytuowana jest i przyspawana wewnątrz stosunkowo płytkiego wgłębienia w przedniej części chwytu. Niniejszy wynalazek może mieć zastosowanie w nożach typu nakładkowego.

W noż ach powyż szego rodzaju iskry mogą powstawać pomię dzy ostrzem z węglika wolframu a powierzchnią skał y, a takż e pomię dzy stalowym chwytem i powierzchnią skał y, chociaż istnieje zwykle większe prawdopodobieństwo powstania iskry pomiędzy stalowym chwytem a powierzchnią skały.

Wysoce agresywne środowisko, w jakim pracują noże sprawia także, że części noża, które wchodzą w styczność ze skałą, ulegają ścieraniu. Zazwyczaj chwyt noża wykonany jest z materiału, który jest miększy niż ostrze noża i dlatego też chwyt jest bardziej narażony na ścieranie niż ostrze i zachodzi to zwł aszcza w pobliż u ostrza.

W celu zredukowania iskrzenia zaproponowano pierścieniową tuleję przymocowaną do noża w sąsiedztwie ostrza, tak jak na przykład w obecnie rozpatrywanym australijskim zgłoszeniu patentowym Zgłaszającego, nr 2004 201 284. Niniejszy wynalazek dotyczy podobnej postaci noża, ale zawiera rozwiązanie służące zmniejszeniu kąta natarcia połączenia tulei z powierzchnią skały i/lub fragmentami skały oderwanymi w trakcie pracy, w celu wydłużenia żywotności tulei pod względem awaryjności.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest obrotowy nóż wrębowy, zawierający podłużny chwyt, ostrze skrawające zamontowane do jednego końca chwytu, które wystaje z tego końca, przy czym ostrze skrawające posiada przedni koniec, tylny koniec oraz część mocującą służącą do zamontowania do chwytu, część mocująca jest usytuowana w sąsiedztwie tylnego końca i po przeciwnej stronie względem przedniego końca, zaś ostrze ma taki kształt, że rozchyla się ono na zewnątrz w kierunku od przedniego końca do tylnego końca do części o maksymalnej średnicy, pierścieniową tuleję, mającą wewnętrzną średnicę i przymocowaną wokół chwytu, który znajduje się w sąsiedztwie tylnego końca ostrza skrawającego i nie styka się z końcem ostrza skrawającego, w którym pierścieniowa tuleja

PL 210 365 B1 jest pierścieniem dzielonym, w którym część ostrza skrawającego o maksymalnej średnicy ma średnicę większą niż wewnętrzna średnica pierścieniowej tulei, charakteryzujący się tym, że chwyt ma występ, który rozciąga się prostopadle do długiej osi chwytu pomiędzy generalnie stożkowym odcinkiem a cylindrycznym odcinkiem, a stożkowy odcinek zbiega się w kierunku cylindrycznego odcinka zaś pierścieniowa tuleja jest przymocowana do chwytu wokół cylindrycznego odcinka i opiera się na występie.

Obrotowy nóż wrębowy według wynalazku, korzystnie może zmniejszyć kontakt pierścieniowej tulei z powierzchnią urabianej skały lub fragmentami skały, które zostały wybrane przez nóż. Wynika to z tego, że dzięki temu, iż część ostrza skrawającego o maksymalnej średnicy ma średnicę większą niż wewnętrzna średnica pierścieniowej tulei, to część ta może przynajmniej częściowo zachodzić na tuleję promieniowo i dlatego może odchylać fragmenty skały i oddalać je, nie dopuszczając do kontaktu z tuleją. W znanych ostrzach skrawających maksymalna średnica ostrza jest mniejsza niż wewnętrzna średnica tulei, w wyniku czego ostrze nie daje ochrony, w postaci osłony, dla tulei przy kontakcie ze skałą lub z fragmentami skały oderwanymi przez nóż. Rozwiązanie takie jest dopuszczalne w niektórych ś rodowiskach górniczych, czy wykopaliskowych, jednak w bardziej agresywnych ś rodowiskach pożądana jest ochrona pierścieniowej tulei w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa jej awarii. Nawet pomimo takiej ochrony tulei, może ona wciąż prawidłowo wykonywać swoją główną funkcję ścierania i/lub redukcji iskrzenia, ale z mniejszym prawdopodobieństwem awarii.

Zgodnie z tym, co powiedziano, w ciągu czasu życia wrębowego noża tuleja może dawać w sposób bardziej niezawodny albo jedną albo obydwie ochrony: ochronę przed ś cieraniem i ochronę przed iskrzeniem, zależnie od konstrukcji tulei.

Pierścieniowa tuleja może pełnić albo funkcję ochrony przed ścieraniem, albo ochrony przed iskrzeniem, albo też połączenie obydwu rodzajów ochrony. Jeżeli wymagana jest ochrona przed ścieraniem, wówczas tuleja może być wykonana z dowolnego odpowiedniego materiału, na przykład z tego samego materiału, co chwyt lub też z materiału twardszego. Tuleja może być wykonana na przykład z tego samego materiału, co ostrze skrawające i w tym rozwiązaniu tuleja może być wykonana z węglika wolframu.

Pierścieniowa tuleja zamontowana jest wokół chwytu w sąsiedztwie tylnego końca ostrza skrawającego, gdyż takie właśnie jest położenie chwytu, w którym najbardziej prawdopodobne jest wejście w kontakt albo z rą baną powierzchnią skał y, albo z fragmentami skał y, które został y oderwane od powierzchni w trakcie urabiania skały. W związku z powyższym, to właśnie ten obszar chwytu jest z najwię kszym prawdopodobień stwem podatny na ścieranie i/lub wytworzenie zapalają cej iskry. Mniejsze jest prawdopodobieństwo zetknięcia się z powierzchnią skały lub fragmentami skały dalej od ostrza skrawającego, w związku z czym obecność pierścieniowej tulei wymagana jest tylko na niewielkiej części chwytu, sąsiadującej z ostrzem skrawającym w celu uzyskania ochrony przed ścieraniem i/lub ochrony przed iskrzeniem.

Jeżeli tuleja wprowadzona została w celu uzyskania ochrony przed iskrzeniem, wówczas powinna być ona wykonana z materiału, który odznacza się mniejszą skłonnością do wytwarzania iskier w trakcie pracy niż materiał chwytu. Ponownie, tuleja moż e być wykonana z tego samego materiał u, co ostrze skrawające, jeżeli materiał ten odznacza się mniejszym iskrzeniem i materiałem takim może być węglik wolframu.

Pierścieniowa tuleja może być wykonana w postaci okrągłego pierścienia przeznaczonego do przymocowania do chwytu lub też może być wykonana z segmentów, które łączą się tworząc pierścień. Tuleja może być przykładowo wykonana z półokrągłych segmentów lub z „pierścieni dzielonych” (ang. split rings). Zastosowanie pierścieni dzielonych umożliwia przymocowanie tulei do chwytu w takich konstrukcjach chwytu, które nie pozwalają na przymocowanie do chwytu tulei wykonanej w postaci zamkniętego pier ścienia.

W konstrukcji noża według wynalazku podłużny chwyt może przyjąć dowolną przydatną postać, jak na przykład znane formy, w celu przymocowania do obrotowego bębna. Chwyt będzie zwykle mocowany, z możliwością zwolnienia, do bębna, dzięki czemu starte noże wrębowe mogą być wymieniane zależnie od potrzeb, zaś w niektórych maszynach chwyt jest zamontowany obrotowo, dzięki czemu wrębowy nóż może obracać się swobodnie wokół swojej dłuższej osi, gdy styka się z powierzchnią skały. Chwyt będzie zwykle wytwarzany ze stali.

W konstrukcji noża według wynalazku chwyt może być skonfigurowany do umieszczenia ostrza skrawającego typu nakładkowego.

W konstrukcji noż a wedł ug wynalazku ostrze skrawają ce moż e być wytwarzane z dowolnego materiału, który korzystnie jest twardszy niż materiał chwytu, zaś korzystnym materiałem do wykona4

PL 210 365 B1 nia ostrza skrawającego jest spiekany węglik wolframu. Ostrze może być także impregnowane materiałem diamentowym w celu zwiększenia twardości lub też może zawierać regularny azotek boru w tym samym celu. Ostrze skrawające może mieć dowolny przydatny kształt, który zależy zwykle od tego, czy ostrze jest typu wkładanego czy nakładkowego. Ostrze skrawające jest zwykle spawane do chwytu, chociaż zastosować można inne rozwiązania mocowania ostrza, jak na przykład spoiwa chemiczne.

Tuleja, która jest przymocowana wokół chwytu w sąsiedztwie ostrza skrawającego, korzystnie wykonana jest z tego samego materiału, co ostrze skrawające i materiałem tym korzystnie jest spiekany węglik wolframu. Ewentualnie, materiałem tym może być lub może on zawierać SiC, AI2O3, TiN, SiC-D (kompozyt węglika krzemu i diamentu) regularny azotek boru, stal narzędziowa lub inne podobne materiały. Materiały te mogą być wykonane w postaci materiału kompozytowego wraz z innymi przydatnymi materiałami lub też mogą być one wykonane w postaci zewnętrznej warstwy, lub warstw na odpowiedniej podstawie.

W korzystnej postaci wynalazku pierś cieniowa tuleja stanowi pojedyncz ą tuleję , która ma wysokość od około 6 do 12 mm, korzystnie 8 mm. Promieniowa grubość ściany tulei pomiędzy wewnętrzną ścianą a zewnętrzną ścianą wynosi od około 3 mm do około 5 mm. Ewentualnie, tuleja może być wykonana w postaci kompozytowej tulei wykonanej z licznych pierścieniowych elementów. Przykładowo, pierścieniowa tuleja może być wykonana z dwóch lub trzech pierścieniowych elementów.

W korzystnym rozwiązaniu osiowa wysokość cylindrycznego odcinka chwytu jest większa niż osiowa wysokość pierścieniowej tulei tak, że część cylindrycznego odcinka pozostaje odsłonięta. Rozwiązanie to ma za zadanie zmniejszenie prawdopodobieństwa pęknięcia pierścieniowej tulei w trakcie pracy.

Korzystnie, odsłonięta część cylindrycznego odcinka wynosi w tym obszarze od 1 mm do 5 mm osiowo, najkorzystniej około 3 mm. W rozwiązaniu tym występuje szczelina pomiędzy górnym osiowym końcem pierścieniowej tulei a ostrzem skrawającym, dzięki tej szczelinie pierścieniowa tuleja jest oddalona od ostrza skrawającego i mniejsze jest ryzyko odsłonięcia jej na powierzchnię urabianej skały oraz oderwane fragmenty. Ponadto, ze względu na to, że szczelina znajduje się w pobliżu ostrza skrawającego i tylko niewielka część cylindrycznego odcinka jest odsłonięta, prawdopodobieństwo zetknięcia się odsłoniętej części z powierzchnią skały lub jej fragmentami w trakcie pracy jest bardzo małe. Oznacza to, że odsłonięty odcinek będzie najpewniej znajdował się w „cieniu ścierania” ostrza skrawającego, który stanowi odcinek noża, który ulega zaniedbywalnemu ścieraniu dzięki jego bliskiemu sąsiedztwu z ostrzem skrawającym. Ponadto, dzięki oddaleniu pierścieniowej tulei od cienia ścierania, tuleja może być usytuowana w odcinku noża, który z większym prawdopodobieństwem będzie doświadczał uderzeniowego kontaktu, powodującego ścieranie się chwytu lub powstawanie zapalającej iskry.

W celu lepszego zrozumienia wynalazku oraz pokazania, jak może on zostać zrealizowany, opisane zostaną teraz przykłady wykonania, wyłącznie jako nie ograniczające przykłady, w odniesieniu do załączonego rysunku, na którym: na fig. 1 przedstawiono widok z boku wrębowego noża według jednego przykładu wykonania wynalazku; na fig. 2 przedstawiono widok z boku chwytu wrębowego noża z fig. 1; na fig. 3 przedstawiono widok z boku pierścieniowej tulei wrębowego noża z fig. 1;

na fig. 4 przedstawiono widok z boku ostrza skrawającego noża z fig. 1.

Na figurze 1 przedstawiono widok z boku wrębowego noża 10 według niniejszego wynalazku. Nóż 10 zawiera ostrze skrawające 11, która posiada przedni koniec 11a oraz tylny koniec 11 b i która jest zamontowana na podłużnym chwycie 12. Chwyt 12 zawiera stożkowy odcinek 13 i cylindryczną część 14. Cylindryczny odcinek 14 posiada łączący mechanizm 15 służący do połączenia noża 10 z obrotowym wrębowym bębnem lub podobnym urządzeniem, zaś ostrze 10 zawiera ponadto parę kołnierzy 16, które także przyczyniają się do zamontowania noża 10 w obrotowym wrębowym bębnie. Sposób zamontowania noża 10 w obrotowym wrębowym bębnie nie stanowi części wynalazku i będzie oczywisty dla znawcy.

Nóż 10 zawiera ponadto cylindryczny odcinek 17 (fig. 2) oraz pierścieniową tuleję 18, która rozciąga się wokół cylindrycznego odcinka 17 i usytuowana jest w sąsiedztwie tylnego końca 11b ostrza skrawającego 11. Pierścieniowa tuleja 18 opiera się na występie 20, które znajduje się pomiędzy stożkowym odcinkiem 13 a cylindrycznym odcinkiem 17.

Cylindryczny odcinek 17 posiada ponadto wgłębienie 21 (fig. 2), które służy do umieszczenia części mocującej 22 ostrza skrawającego 11, która pokazana została na fig. 4. Część mocująca 22

PL 210 365 B1 może być mocowana we wgłębieniu 21 w dowolny przydatny sposób, na przykład z wykorzystaniem lutowania twardego.

Na figurach 3 i 4 zaznaczono wewnętrzną średnicę „ID” pierścieniowej tulei 18 oraz część o maksymalnej średnicy „OD” ostrza skrawającego 11. Według wynalazku OD > ID. Przykład ten pokazano na fig. 1.

Wielkość różnicy pomiędzy OD a ID jest kwestią konstrukcji, zależnie od stopnia wymaganej ochrony pierścieniowej tulei 18. Ochrona jest zapewniana przez część 23 zaznaczoną na każdej z figur 1-4, promieniowo zachodzącą na tuleję 18. W nożach ze stanu techniki wartość ID jest większa niż OD, w wyniku czego część 23 nie zachodzi na tuleję i dlatego tuleja 18 nie jest chroniona w takim samym stopniu, co w rozwiązaniu według niniejszego wynalazku. Brak ochrony jest dopuszczalny w pewnych środowiskach oraz w przypadku tulei wykonanych z pewnych materiałów, jednakże w innych warunkach, jak na przykład w bardziej agresywnym środowisku kopalnianym lub też wtedy, gdy tuleja wykonana jest ze szczególnie kruchego materiału, pożądana jest większa ochrona.

Stosunek wartości OD i ID może być większy lub mniejszy niż pokazano na fig. 1. Część 23 może więc mieć większą wartość OD niż pokazano, w celu jeszcze większego nałożenia na pierścieniową tuleję 18. Ewentualnie, zewnętrzna średnica tulei 18 może zostać zredukowana, to jest poprzez zredukowanie grubości ściany W (patrz fig. 3), pomimo, że może to spowodować zmniejszenie wytrzymałości pierścieniowej tulei 18, czyniąc ją podatną na pęknięcie.

Na figurze 1 pokazano, że w korzystnym przykładzie wykonania niniejszego wynalazku część cylindrycznego odcinka 17 pozostaje odsłonięta. Ta odsłonięta część 24 tworzona jest przez odcinek o wysokości H cylindrycznego odcinka 17 w kierunku osiowym, większą niż wysokość h pierścieniowej tulei 18. Dzięki tej szczelinie pierścieniowa tuleja 18 może być oddalona osiowo od tylnego końca ostrza skrawającego 11 do położenia, w którym bardziej prawdopodobne jest odsłonięcie na uderzenia fragmentów skały. Część 24 cylindrycznego odcinka 17 znajduje się w cieniu ścierania ostrza skrawającego i dlatego rzadko doświadcza uderzeń przez fragmenty skały. Należy zauważyć, że szczelina, która utworzona jest w celu odsłonięcia części 24 mogłaby być zamknięta poprzez zwiększenie wysokości h pierścieniowej tulei 18, chociaż powoduje to zwiększenie kosztu tulei oraz zwiększa trudność w jej wykonaniu z pewnych pożądanych materiałów. W związku z powyższym, rozwiązanie z fig. 1, które zawiera odsłoniętą część 24, korzystnie minimalizuje wysokość h pierścieniowej tulei 18 bez większego wpływu na pracę wrębowego noża 10.

Opisany w niniejszym opisie wynalazek może podlegać zmianom, modyfikacjom i/lub uzupełnieniom innym niż opisane wprost, przy czym należy rozumieć, że wynalazek obejmuje wszelkie tego rodzaju zmiany, modyfikacje i/lub uzupełnienia, które mieszczą się w ramach idei i w zakresie powyższego opisu.

Claims (2)

1. Obrotowy nóż wrębowy, zawierający: podłużny chwyt, ostrze skrawające zamontowane do jednego końca chwytu, które wystaje z tego końca, przy czym ostrze skrawające posiada przedni koniec, tylny koniec oraz część mocującą służącą do zamontowania do chwytu, część mocująca jest usytuowana w sąsiedztwie tylnego końca i po przeciwnej stronie względem przedniego końca, zaś ostrze ma taki kształt, że rozchyla się ono na zewnątrz w kierunku od przedniego końca do tylnego końca do części o maksymalnej średnicy; pierścieniową tuleję, mającą wewnętrzną średnicę i przymocowaną wokół chwytu, który znajduje się w sąsiedztwie tylnego końca ostrza skrawającego i nie styka się z końcem ostrza skrawającego, w którym pierścieniowa tuleja jest pierścieniem dzielonym, w którym część ostrza skrawającego o maksymalnej średnicy ma średnicę większą niż wewnętrzna średnica pierścieniowej tulei, znamienny tym, że chwyt (12) ma występ (20), który rozciąga się prostopadle do długiej osi chwytu (12) pomiędzy generalnie stożkowym odcinkiem (13) a cylindrycznym odcinkiem (17), a stożkowy odcinek (13) zbiega się w kierunku cylindrycznego odcinka (17) zaś pierścieniowa tuleja (18) jest przymocowana do chwytu (12) wokół cylindrycznego odcinka (17) i opiera się na występie (20).

2. Nóż według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścieniowa tuleja (18) wykonana jest z dwóch lub większej liczby segmentów tulei.