PL249806B1 - Kombajnowy nóż styczno-obrotowy ze wzmocnieniem trzonka aktywowanym cieplnie - Google Patents

Abstract

Kombajnowy nóż styczno-obrotowy ze wzmocnieniem trzonka aktywowanym cieplnie charakteryzuje się tym, że posiada układ wyposażony w śrubę wzmacniającą (3) napinaną wstępnie nakrętką (6), zabezpieczoną korzystnie za pomocą zawleczki (8) oraz co najmniej jedną wkładkę (4) i lub (5) umieszczoną pomiędzy ostrzem skrawającym (2) a łbem śruby wzmacniającej (3) i/lub między ostrzem skrawającym (2) a gniazdem w trzonku noża (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem rozwiązania jest kombajnowy nóż styczno-obrotowy ze wzmocnieniem trzonka aktywowanym cieplnie mający zastosowanie w maszynach urabiających skały oraz materiały o własnościach mechanicznych podobnych do skał. Nóż wyposażony jest w trzonek aktywnie wzmacniany w toku eksploatacji przez wzrost temperatury.

Maszyny urabiające stosowane w górnictwie, robotach tunelowych i budownictwie do urabiania skał, zwłaszcza o zwiększonej twardości wyposażone są w noże styczno-obrotowe z ostrzami z węglików spiekanych. W trakcie pracy noże te narażone są na szczególnie silne oddziaływanie eksploatacyjne w postaci zużycia ściernego i zmiennych obciążeń o dużej wartości, prowadzących do zmęczeniowych złamań trzonków. Złamanie trzonka noża powoduje natychmiastową eliminację noża z działania, co generuje gwałtowny wzrost obciążeń noży sąsiednich, zwiększenie energochłonności urabiania i dynamiczne przeciążenia układu napędowego maszyny urabiającej.

Istnieje potrzeba opracowania takiej konstrukcji noży styczno-obrotowych, aby zachowywały wysoką trwałość eksploatacyjną, w szczególności trwałość zmęczeniową trzonków. Ekstensywne zwiększanie wytrzymałości trzonków poprzez wzrost ich średnicy jest nieefektywne, gdyż silnie rosną wtedy opory ruchu obrotowego noży, warunkującego ich prawidłowe działanie.

Z polskich opisów patentowych PL235527, PL234775, czy PL236995 znane są sposoby umacniania trzonków noży poprzez wykorzystanie zgniotu powierzchniowego, które są niewystarczające, w szczególności w odniesieniu do noży przeznaczonych do urabiania skał o zwiększonej twardości.

Z innego polskiego opisu patentowego PL243141 oraz zgłoszenia P.436692 znany jest styczno-obrotowy nóż do urabiania twardych skał, wyposażony w trzonek do mocowania w uchwycie nożowym charakteryzujący się tym, że na części chwytowej trzonka noża przy pomocy nakrętki z pierścieniem rozprężnym mocującym nóż w uchwycie nożowym, osadzona jest tuleja wzmacniająca wyposażona w kołnierz. Wyposażenie trzonka noża w cienkościenną tuleję wzmacniającą, w której wywoływany jest podczas montażu stan stałych naprężeń ściskających cechuje się dużą złożonością budowy noża oraz malejącą z czasem skutecznością wzmocnienia z powodu zjawiska relaksacji naprężeń, przyspieszonego w warunkach wysokiej temperatury pracy noży.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie nowej konstrukcji noża styczno-obrotowego o wysokiej odporności na duże, zmienne obciążenia, a jednocześnie cechującej się prostotą wykonania.

Cel ten osiągnięto poprzez zastosowanie układu złożonego z centralnej śruby wzmacniającej i wkładek z materiału o dużej wydłużalności cieplnej, który to układ aktywizuje się wzmacniając swoje działanie samoczynnie w toku pracy wraz ze wzrostem temperatury generowanej oporem skrawania skał. Dzięki takiemu działaniu efekt wzmocnienia trzonka noża rośnie wtedy, gdy jest to najbardziej potrzebne. W trakcie spoczynku efekt wzmocnienia jest ograniczony jedynie do napięcia wstępnego śruby centralnej.

Kombajnowy nóż styczno-obrotowy ze wzmocnieniem trzonka aktywowanym cieplnie charakteryzuje się tym, że posiada układ wyposażony w śrubę wzmacniającą napinaną wstępnie nakrętką oraz co najmniej jedną wkładkę umieszczoną pomiędzy ostrzem skrawającym, a łbem śruby wzmacniającej lub pomiędzy ostrzem skrawającym, a gniazdem w trzonku noża.

Korzystnie w kombajnowym nożu styczno-obrotowym według wynalazku nakrętka jest zabezpieczona zawleczką.

Korzystnie w kombajnowym nożu styczno-obrotowym według wynalazku wkładka wykonana jest z materiału o wysokiej przewodności cieplnej.

Korzystnie w kombajnowym nożu styczno-obrotowym według wynalazku wkładka wykonana jest z miedzi utwardzonej hutniczo, miedzi utwardzonej przez zgniot lub z mosiądzu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania ujawniono na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny noża z ostrzem typu pierścieniowego w trakcie skrawania calizny skalnej, zaś Fig. 2 przedstawia sposób zabezpieczenia nakrętki napinającej śrubę centralną.

W trzonku noża styczno-obrotowego 1 przez całą jego długość wykonany jest centralny otwór, w którym umieszczona jest śruba wzmacniająca 3 mocująca jednocześnie ostrze skrawające 2 wykonane z węglików spiekanych (Fig. 1). Pomiędzy ostrzem skrawającym 2, a łbem śruby wzmacniającej 3 umieszczana jest pierwsza wkładka 4 wykonana z materiału o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej oraz wysokim przewodnictwie ciepła. Druga wkładka 5, korzystnie wykonana z materiału o du żym współczynniku rozszerzalności cieplnej oraz wysokim przewodnictwie ciepła jest umieszczona pomiędzy ostrzem skrawającym 2, a gniazdem w trzonku noża styczno-obrotowego 1. Jako materiał wkładek 4 i 5 najlepiej zastosować miedź utwardzoną hutniczo lub przez duży stopień zgniotu, mosiądz lub inny materiał o wysokim współczynniku liniowej wydłużalności cieplnej i dużej przewodności cieplnej. Na końcu śruby wzmacniającej 3 nakręcona jest nakrętka 6, korzystnie z gwintem drobnozwojowym, zabezpieczona przed luzowaniem się w wyniku drgań zawleczką 8 (Fig. 2) lub w inny trwały sposób.

Wkładki 4 i 5 mają trojakie korzystne działania. Podczas montażu noża zabezpieczają ostrze z węglików spiekanych przed wystąpieniem dużych lokalnych nacisków stykowych wywołanych np. odchyłkami wykonawczymi. Przyczynia się to do zwiększenia odporności ostrza na kruche pęknięcia podczas pracy noża, a więc polepszeniu jego trwałości. W trakcie wykonywania w caliźnie skalnej 7 skrawu o grubości g, gdy silnie wzrasta temperatura czynnego fragmentu ostrza skrawającego 2 materiał wkładek 4 i 5 o dużym przewodnictwie cieplnym pozwala na efektywne wyprowadzenie ciepła z ostrza wykonującego skraw. Ciepło rozprowadzane jest do pozostałych elementów noża, skąd oddawane jest do otoczenia przez konstrukcję i promieniowanie oraz odbierane przez strumień wody stosowanej do zraszania. Dzięki temu obniżona jest maksymalna temperatura ostrza oraz ograniczony jest gradient jego temperatury, co jest korzystne z uwagi na zachowanie dużej odporności ostrza na zużycie ścierne i zjawiska zmęczenia cierno-termicznego węglików spiekanych ostrza.

Szczególnie istotny jest trzeci rodzaj oddziaływania wkładek 4 i 5, gdy ze wzrostem temperatury zwiększają one swoją grubość, dzięki dużej wydłużalności cieplnej, co powoduje wzrost napięcia śruby wzmacniającej 3, gdyż pozostałe stalowe elementy noża mają mniejszą wydłużalność cieplną. Ten rodzaj działania wkładek 4 i 5 skutkuje wzrostem naprężenia ściskającego w trzonku noża w tym większym stopniu, im wyższa jest temperatura generowana podczas skrawania skał związana z większymi oporami skrawania. Naprężenia ściskające wywołane w trzonku noża w bardzo korzystny sposób zmieniają wynikowy przebieg zmiennych naprężeń roboczych pochodzących od momentu gnącego działającego na nóż, a cyklicznie zmieniającego się wraz z prędkością kątową ω organu roboczego maszyny urabiającej (Fig. 1). Opisane efekty działania wkładek 4 i 5 powodują wydatny wzrost trwałości eksploatacyjnej ostrza noża oraz silnie zwiększają odporność trzonka na złamanie zmęczeniowe.

Wzrost odporności trzonka na złamanie w toku pracy noża wynika stąd, że po stronie rozciągania trzonka działaniem momentu gnącego naprężenia wynikowe są zmniejszane o wielkość stałych naprężeń ściskających wywołanych napięciem śruby wzmacniającej 3. Z niekorzystnego cyklu zmian naprężeń typu wahadłowego zmienia to przebieg na cykl zbliżony do korzystniejszego od zerowo-tętniącego. Wzrost naprężeń w trzonku noża po stronie ściskanej nie powoduje zagrożenia, gdyż wytrzymałość stali na ściskanie jest wielokrotnie większa od wytrzymałości na rozciąganie

Podczas postoju, gdy temperatury ostrza i innych elementów noża wyrównują się, skurcz cieplny wkładek 4 i 5 powoduje zmniejszenie napięcia w śrubie wzmacniającej 3. Dzięki temu ograniczony jest niekorzystny wpływ relaksacji naprężeń w śrubie wzmacniającej 3 i trzonku noża styczno-obrotowego 1 powodowany pełzaniem materiałów, zwłaszcza w podwyższonych temperaturach. Służy to zachowaniu zwiększonej stabilności działania układu aktywnego wzmacniania trzonka noża styczno-obrotowego 1 w dłuższym czasie użytkowania. Optymalny stopień wzmocnienia aktywnego w zależności od przeznaczenia noży należy ustalić w toku prób przez dobór wstępnego naprężenia śruby wzmacniającej 3 oraz grubości wkładek 4 i 5.

Wkładki 4 i 5 w toku eksploatacji nie podlegają zużyciu, mogą być wykorzystywane wielokrotnie w procesach regeneracji noży. Ponownemu użyciu mogą być poddane również śruby wzmacniające 3 i nakrętki naprężające oraz trzonki, jeżeli ich stan zużycia ściernego na to pozwala. Umożliwia to osiągnięcie dużych efektów technicznych i ekonomicznych, zwłaszcza, że zabiegi regeneracji noży według wynalazku są bardzo proste i mogą być wykonane bezpośrednio u użytkowników maszyn urabiających.

W praktyce możliwe jest wykorzystanie rozwiązania noża z pojedynczą aktywną wkładką 4 lub 5, licząc się ze zmniejszoną skutecznością działania.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest prostota stosowania przy wysokiej skuteczności zwiększenia trwałości eksploatacyjnej noży stosowanych w maszynach urabiających skały i kopaliny użyteczne w górnictwie, budownictwie czy drogownictwie. W praktyce wykorzystanie rozwiązania umożliwi osiągnięcie szczególnie dużych efektów technicznych i ekonomicznych przy niewielkich nakładach.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Kombajnowy nóż styczno-obrotowy ze wzmocnieniem trzonka aktywowanym cieplnie znamienny tym, że posiada układ wyposażony w śrubę wzmacniającą (3) napinaną wstępnie nakrętką (6) oraz co najmniej jedną wkładkę (4) lub (5) umieszczoną pomiędzy ostrzem skrawającym (2), a łbem śruby wzmacniającej (3) lub pomiędzy ostrzem skrawającym (2), a gniazdem w trzonku noża (1).

2. Kombajnowy nóż styczno-obrotowy według zastrz. 1 znamienny tym, że nakrętka (6) jest zabezpieczona zawleczką (8).

3. Kombajnowy nóż styczno-obrotowy według zastrz. 1 znamienny tym, że wkładka (4) lub (5) wykonana jest z materiału o wysokiej przewodności cieplnej.

4. Kombajnowy nóż styczno-obrotowy według zastrz. 3 znamienny tym, że wkładka (4) lub (5) wykonana jest z miedzi utwardzonej hutniczo, miedzi utwardzonej przez zgniot lub z mosiądzu.