инструмент для отбойки и выемки грунта со вставкой из цементированного карбида вольфрама и кольцом, машина для выемки материала, включающая в себя такой инструмент, и способ изготовления такого инструмента

Формула изобретения

1. Инструмент (2) для отбойки или выемки грунта, содержащий корпус (4), имеющий монтажный конец (6) и рабочий конец (8), опорную поверхность (12) на рабочем конце (8), включающую в себя полость (14) и по оси выступающие боковые стенки (16), выполненные за одно целое с корпусом (4), вставку (20), расположенную внутри полости (14), имеющую наконечник (22) на наиболее выступающем вперед по оси конце (24), клиновидную переднюю поверхность (26), боковую поверхность (28) и переходный край (30) на пересечении передней поверхности (26) и боковой поверхности (28), и кольцо (40), расположенное радиально снаружи выступающих боковых стенок (16) и образованное из материала более твердого, чем корпус (4) инструмента (2), причем переходный край (30) и наиболее выступающая вперед по оси поверхность (18, 42) каждой из боковых стенок (16) и кольца (40) выполнены в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации, отличающийся тем, что наиболее выступающая вперед по оси поверхность (42) кольца (40) находится на осевом расстоянии D от наконечника (22) вставки (20), а наиболее выступающая назад по оси поверхность (56) кольца (40) находится на осевом расстоянии d от наконечника (22) вставки (20), причем кольцо (40) является радиально наиболее удаленным участком инструмента (2), находящимся в интервале D-d, при этом наиболее выступающая назад по оси поверхность (60) вставки (20) находится на осевом расстоянии L от наконечника (22) вставки (20), где 0,5L<D<0,9L, предпочтительно 0,5L D 0,8L.

2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что d больше D и d меньше L.

3. Инструмент по п.2, отличающийся тем, что 0,5L D 0,8L и d 0,9L.

4. Инструмент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что радиальная толщина боковых стенок (16) максимально равна l_s, радиальная толщина кольца (40) максимально равна l_r и l_r больше или равна l_s.

5. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что переходный край (30) и радиально наиболее удаленный участок (50, 52) наиболее выступающей вперед по оси поверхности (18, 42) каждой из боковых стенок (16) и кольца (40) выполнены на баллистической внешней границе (54) инструмента (2).

6. Инструмент по п.5, отличающийся тем, что баллистическая внешняя граница (54) образует угол ( ), равный приблизительно 60 градусов или меньше.

7. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что вставка (20) размещена в полости (12) пайкой твердым припоем с припуском.

8. Машина для выемки материала, содержащая вращающийся элемент, отличающаяся тем, что один или более инструментов (2) по любому из пп.1-7, установлены на вращающемся элементе.

9. Машина для выемки материала по п.8, отличающаяся тем, что машина для выемки материала является машиной для подземной разработки, машиной для открытых горных работ, машиной для дорожного проектирования, машиной для рытья траншей или выгрузки из штабеля.

10. Способ изготовления инструмента (2) для отбойки или выемки грунта, в котором образуют первую опорную поверхность (12) на рабочем конце (8) корпуса (4) инструмента (2), причем опорная поверхность (12) включает в себя полость (14) и по оси выступающие боковые стенки (16), выполненные за одно целое с корпусом (4), образуют вторую опорную поверхность (44), направленную радиально наружу от полости (14) первой опорной поверхности (12), прикрепляют вставку (20) к первой опорной поверхности (12), причем вставка (20) включает в себя наконечник (22) на наиболее выступающем вперед по оси конце (24), клиновидную переднюю поверхность (26), боковую поверхность (28) и переходный край (30) на пересечении передней поверхности (26) и боковой поверхности (28), и прикрепляют кольцо (40) ко второй опорной поверхности (44), при этом прикрепленное кольцо (40) расположено радиально снаружи выступающих боковых стенок (16) и образовано из материала более твердого, чем корпус (4) инструмента (2), причем переходный край (30) и наиболее выступающая вперед по оси поверхность (18, 42) каждой из боковых стенок (16) и кольца (40) выполняют в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации, отличающийся тем, что наиболее выступающая вперед по оси поверхность (42) кольца (40) находится на осевом расстоянии D от наконечника (22) вставки (20), а наиболее выступающая назад по оси поверхность (56) кольца (40) находится на осевом расстоянии d от наконечника (22) вставки (20), при этом кольцо (40) является радиально наиболее удаленным участком инструмента (2) в интервале D-d, при этом наиболее выступающая назад по оси поверхность (60) вставки (20) находится на осевом расстоянии L от наконечника (22) вставки (20), где 0,5L D 0,9L, предпочтительно 0,5L D 0,8L.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из прикреплений вставки (20) и прикреплений кольца (40) включает в себя пайку твердым припоем с припуском.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что переходный край (30) и радиально наиболее удаленный участок (50, 52) наиболее выступающей вперед по оси поверхности (18, 42) каждой из боковых стенок (16) и кольца (40) выполняют на баллистической внешней границе инструмента (2).

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что d больше D и d меньше L.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к инструменту для отбойки и выемки грунта. В частности, настоящее изобретение относится к инструменту для отбойки и выемки грунта с рабочим концом, имеющим вставку из цементированного карбида, опорную поверхность для вставки, имеющую выступающие боковые стенки, и кольцо из материала более твердого, чем корпус инструмента, расположенное радиально наружу от выступающих боковых стенок, в котором вставка, боковые стенки и кольцо выполнены в продолжающейся назад ступенчатой конфигурации.

В следующем рассмотрении уровня техники ссылка приведена на конкретные конструкции и/или способы. Однако следующие ссылки не должны быть рассмотрены как допускающие, что эти конструкции и/или способы составляют предшествующую технику. Предполагается, что такие конструкции и/или способы не определены как предшествующая техника.

Инструменты для отбойки и выемки грунта с рабочими вставками из твердого сплава имели такую структуру, которая имеет более низкое энергопотребление для данной рабочей мощности. Хотя передний наконечник вставки предназначен для обеспечения выемки или отбоя грунта этими маломощными инструментами, если корпус, открытый для удара или абразии во время работы инструмента, выполнен из более мягкого материала, корпус подвергается износу и повреждению. Одним результатом этого износа и повреждения является ослабление крепления вставки. Тогда инструмент преждевременно выходит из строя, потому что вставка смещается.

В настоящее время нет никакой альтернативы, подходящей для трудных условий выемки грунта (например, проходка туннеля, рытье траншеи и т.д.). Колпаки являются тонкослойной стальной защитой, но не стремятся оставаться на своих стальных корпусах в трудных условиях. В одном известном инструменте кольцо расположено на передней лицевой поверхности корпуса. Однако осевое расположение кольца над вставкой делает проникновение трудным из-за затупления наконечника. Тупые резцы создают чрезмерную пыль, расходуют слишком много энергии, генерируют больше тепла и создают избыточную вибрацию.

Задачей изобретения является создание инструмента для отбойки или выемки грунта, который создаст преимущества колпака и силу захвата вставки и будет подходящим для самых трудных условий, при увеличении срока службы инструмента. Кроме того, затупление инструмента должно быть сведено к минимуму для улучшенного функционирования.

Типичный инструмент для отбойки или выемки грунта содержит корпус, имеющий монтажный конец и рабочий конец, опорную поверхность на рабочем конце, включающую в себя полость и по оси выступающие боковые стенки, образованные за одно целое с корпусом, вставку, установленную внутри полости, имеющую наконечник на наиболее выступающем вперед по оси конце, клиновидную переднюю поверхность, боковую поверхность и переходный край на пересечении передней поверхности и боковой поверхности, и кольцо, расположенное радиально снаружи выступающих боковых стенок, кольцо, образованное из материала более твердого, чем корпус инструмента, в котором переходный край и наиболее выступающая вперед по оси поверхность каждой из боковых стенок и кольца выполнены в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации.

Типичная машина для выемки материала содержит вращающийся элемент и один или более инструментов для отбойки или выемки грунта, установленных на вращающемся элементе, в котором инструмент для отбойки или выемки грунта включает в себя: корпус, имеющий монтажный конец и рабочий конец, опорную поверхность на рабочем конце, включающую в себя полость и по оси выступающие боковые стенки, образованные за одно целое с корпусом, вставку, установленную внутри полости, имеющую наконечник на наиболее выступающем вперед по оси конце, клиновидную переднюю поверхность, боковую поверхность и переходный край на пересечении передней поверхности и боковой поверхности, и кольцо, расположенное радиально снаружи выступающих боковых стенок, кольцо, образованное из материала более твердого, чем корпус инструмента, в котором переходный край и наиболее выступающая вперед по оси поверхность каждой из боковых стенок и кольца выполнены в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации.

Типичный способ изготовления инструмента для отбойки и выемки грунта содержит образование первой опорной поверхности на рабочем конце корпуса инструмента, опорную поверхность, включающую в себя полость и по оси вступающие боковые стенки, образованные за одно целое с корпусом; образование второй опорной поверхности, направленной радиально наружу от полости первой опорной поверхности; прикрепление вставки к первой опорной поверхности, вставки, включающей в себя наконечник на наиболее выступающем вперед по оси конце, клиновидную переднюю поверхность, боковую поверхность и переходный край на пересечении передней поверхности и боковой поверхности; и прикрепление кольца ко второй опорной поверхности, в котором прикрепленное кольцо расположено радиально снаружи выступающих боковых стенок, при этом кольцо образовано из материала более твердого, чем корпус инструмента, причем переходный край и наиболее выступающая вперед по оси поверхность каждой из боковых стенок и кольца выполнены в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации.

Очевидно, что и предшествующее общее описание, и следующее подробное описание являются примерными и пояснительными и предназначены, чтобы обеспечить дополнительное раскрытие изобретения, которое заявлено.

Следующее подробное описание приведено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых подобные ссылочные позиции определяют идентичные элементы и на которых:

на фиг.1 показан вид в поперечном разрезе примерного варианта осуществления инструмента для отбойки и выемки грунта;

на фиг.2 показан вид в поперечном разрезе инструмента для отбойки и выемки грунта фиг.1, показывающий отобранные компоненты в разобранном состоянии;

на фиг.3 показан увеличенный вид в поперечном разрезе рабочего конца инструмента для отбойки и выемки грунта фиг.1;

на фиг.4 показан вид сбоку примерного варианта осуществления рабочего конца инструмента для отбойки и выемки грунта.

В приведенных вариантах осуществления инструменты для отбойки и выемки грунта имеют вставку на рабочем конце и монтажное средство, такое как прижимная муфта или прижимная скоба, на монтажном конце. Вставки выполнены из твердого материала, примером которого является цементированный карбид.

На фиг.1 показан вид в поперечном разрезе примерного варианта осуществления инструмента для отбойки или выемки грунта. Примерный инструмент 2 для отбойки или выемки грунта содержит корпус 4, имеющий монтажный конец 6 и рабочий конец 8, выполненный в длину вдоль оси 10. Опорная поверхность 12 расположена на рабочем конце 8. Опорная поверхность 12 включает в себя полость 14 и по оси выступающие боковые стенки 16. Боковые стенки 16 выполнены за одно целое с корпусом 4 подходящим средством, таким как, например, с помощью механической обработки или комбинации предварительной штамповки, например, отливки или ковки, и механической обработки. Боковые стенки 16 имеют переднюю поверхность 18, которая является по существу перпендикулярной оси 10.

Вставку 20 устанавливают внутри полости 12. В приведенном варианте осуществления вставка 20 имеет наконечник 22 на наиболее выступающем вперед по оси конце 24, клиновидную переднюю поверхность 26, боковую поверхность 28 и переходный край 30 на пересечении передней поверхности 26 и боковой поверхности 28.

Кольцо 40 расположено радиально снаружи выступающих боковых стенок 16. Кольцо 40 является наиболее удаленной радиальной деталью на этом продольном местоположении вдоль оси 10, в котором нет никакого участка корпуса 4, который радиально направлен наружу от внешнего диаметра кольца 40. В приведенном варианте осуществления кольцо 40 имеет переднюю поверхность 42, которая по существу перпендикулярна оси 10. В приведенном варианте осуществления кольцо 40 образовано из материала более твердого, чем материал, образующий корпус инструмента, то есть тверже, чем сталь корпуса 4, и более конкретно, тверже, чем материал, образующий выступающие боковые стенки 16.

Различные компоненты инструмента 2 для отбойки и выемки грунта, такие как опорная поверхность 12, полость 14 и по оси выступающие боковые стенки 16, более ясно показано на фиг.2, на которой представлен вид в поперечном разрезе инструмента 2 для отбойки или выемки грунта фиг.1 в несобранном состоянии. Также на фиг.2 показана опорная поверхность 44 кольца 40. Как видно на фиг.2, опорные поверхности 12 являются непрерывной полостью, которая обеспечивает усиленную опору для вставки 20 против боковых усилий, перпендикулярных оси 10. Дополнительно, непрерывная полость обеспечивает выгодное растекание твердого материала во время прикрепления вставки 20.

Примерные варианты осуществления инструмента для отбойки или выемки грунта могут быть включены в машину для выемки материала. Типичные машины для выемки материала включают в себя машины для подземных горных работ, открытых горных работ, рытья траншей, дорожного проектирования и/или выгрузки из штабеля. Например, машина для выемки материала содержит вращающийся элемент и один или более инструментов для отбойки или выемки грунта, установленных на вращающемся элементе. Расположение вставки 20, боковых стенок 16 и кольца 40 такое, что материал, вынимаемый с использованием работы инструмента 2 для отбойки или выемки грунта, предпочтительно перемещается к сторонам инструмента 2 и от них. При таких условиях вынимаемый материал может вызывать износ поверхности инструмента. Для увеличения продолжительности срока службы настоящего инструмента 2, переходный край 30 и наиболее выступающая вперед по оси поверхность 18, 42 каждой из боковых стенок 16 и кольца 40 выполняют в продолжающейся назад по оси ступенчатой конфигурации. При использовании вынимаемый материал будет собираться на поверхностях ступенчатой конфигурации, такой как наиболее выступающая вперед поверхность 18 боковой стенки 16 и наиболее выступающая вперед поверхность 42 кольца. По мере того как больше материала вынимается, этот собранный материал подлежит износу и меньше поверхностей рабочего конца 8 подлежит износу.

На фиг.3 показан увеличенный вид в поперечном разрезе рабочего конца инструмента для отбойки или выемки грунта фиг.1 и представлена эта ступенчатая конфигурация. Однако профиль ступенчатой конфигурации тем не менее находится внутри баллистической внешней границы инструмента 2. Например, переходный край 30, радиально наиболее удаленный участок 50 наиболее выступающей вперед по оси поверхности 18 боковой стенки 16 и радиально наиболее удаленный участок 52 наиболее выступающей вперед по оси поверхности 42 кольца 40 выполнены на баллистической внешней границе 54 инструмента 2. В примерных вариантах осуществления баллистическая внешняя граница образует угол приблизительно 60 градусов или меньше, в качестве альтернативы от 45 градусов до 60 градусов.

На фиг.3 также представлены типичные варианты осуществления относительных осевых положений вставки 20 и кольца 40 и относительных радиальных положений и толщин вставки 20, боковых стенок 16 и кольца 40.

Например, и в отношении относительных осевых положений вставки 20 и кольца 40, отметим, что наиболее выступающая назад по оси поверхность 30 вставки 20 находится на осевом расстоянии L от наконечника 22 вставки 20, а наиболее выступающая вперед по оси поверхность 42 кольца 40 находится на осевом расстоянии D от наконечника 22 вставки 20. Приведенные варианты осуществления поддерживают относительные осевые положения этих деталей таким образом, что D равно или находится в пределах между 0,5L и 0,9L (то есть 0,5L D 0,9L), в качестве альтернативы равно или находится в пределах между 0,5L и 0,8L (то есть, 0,5L D 0,8L), в качестве альтернативы равно или находится в пределах между 0,6L и 0,8L (то есть 0,6L D 0,8L). Кроме того, наиболее выступающая назад по оси поверхность 56 кольца 40 находится на осевом расстоянии d от наконечника 22 вставки 20, и относительные осевые положения этих деталей такие, что d больше, чем D и d меньше чем L, в качестве альтернативы d 0,9L, в качестве альтернативы d 0,75L. Например, в одном примерном варианте осуществления 0,5L D 0,8L и d 0,9L. Относительные осевые положения вставки 20 и кольца 40 улучшают размещение вставки 20 и обеспечивают улучшенную опору против усилий, прикладываемых к вставке во время использования.

Как ранее отмечено, кольцо 40 является наиболее удаленной радиальной деталью в этом продольном местоположении вдоль оси 10, в котором нет никакого участка корпуса 4, который направлен радиально наружу от внешнего диаметра кольца 40. Таким образом, в интервале D-d, кольцо 40 является радиально наиболее удаленным участком инструмента 2. Как показано на фиг.3, кольцо 40 находится полностью внутри осевого пространства вставки таким образом, что наиболее выступающая назад по оси поверхность 30 вставки 20 продолжается по оси назад за пределы кольца 40, а другой участок вставки 20 продолжается по оси вперед за пределы наиболее выступающей вперед по оси поверхности 42 кольца 40.

В другом примере и в отношении относительных радиальных положений и толщин вставки 20, боковых стенок 16 и кольца 40 отметим, что радиальная толщина боковых стенок 16 составляет максимально l_s, а радиальная толщина кольца 40 составляет максимально l _r. Примерные варианты осуществления поддерживают относительные радиальные положения и толщины этих деталей таким образом, что l_r больше или равна l_s (то есть, l _r l_s). Толщина l_s боковой стенки 16 является достаточной, без кольца 40, чтобы обеспечивать возможность непрерывного использования инструмента 2 для отбойки или выемки грунта. Таким образом, если кольцо потеряно или иным образом удалено, например сломалось или износилось, вставка 20 имеет достаточную опору от боковых стенок 16, чтобы продолжать действие выемки грунта. Как пример радиальной толщины боковых стенок 16, примерная толщина составляет 1 мм l_s 4 мм.

На фиг.4 показан вид сбоку примерного варианта осуществления рабочего конца 8 инструмента 2 для отбойки или выемки грунта.

Приведенный инструмент для отбойки или выемки грунта можно изготавливать любым подходящим способом. В одном примерном способе изготовления способ содержит образование первой опорной поверхности на рабочем конце корпуса инструмента, опорной поверхности, включающей в себя полость и по оси выступающие боковые стенки, выполненные за одно целое с корпусом, и образование второй опорной поверхности, радиально направленной наружу от полости первой опорной поверхности. Образование первой и второй опорной поверхности можно выполнять механической обработкой или комбинацией предварительной штамповки, например, отливки или ковки, и механической обработки.

Способ изготовления также содержит прикрепление вставки к первой опорной поверхности и прикрепление кольца ко второй опорной поверхности. Прикрепленное кольцо располагают радиально снаружи выступающих боковых стенок и переходного края, и наиболее выступающую вперед по оси поверхность каждой из боковых стенок и кольца выполняют в направленной назад по оси ступенчатой конфигурации. В примерных вариантах осуществления по меньшей мере одно из прикреплений вставки и прикреплений кольца включает в себя пайку твердым припоем с припуском на пересечении вставки и/или кольца и соответствующей опорной поверхности.

Компоненты и детали нстоящего инструмента для отбойки или выемки грунта обеспечивают улучшенное выполнение по сравнению с обычными конструкциями, включая пониженное сопротивление, более легкую пробивную способность, меньшее порождение пыли, уменьшенное потребление энергии, уменьшенное производство тепла и сведенную к минимуму вибрацию.

Хотя были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что можно выполнять дополнения, усовершенствования, модификации и замены, не определенные выше, не выходя при этом за рамки сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Раскрытия в предварительной заявке на патент США № 60/996788 и предварительной заявке на патент США № 61/064075, приоритет которых эта заявка испрашивает, включены здесь в качестве ссылки.