礦物開采尖頭、尖頭保持器和組合的制作方法
【專利說(shuō)明】礦物開采尖頭、尖頭保持器和組合
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年6月18 日提交的題為 “Mineral Winning Pick,Tool Holder,and Combinat1n”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/836271的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)整體合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種尖頭和尖頭保持器，其主要用于礦物開采，諸如采煤，但也能夠用于其他地下目的，諸如隧道和道路掘進(jìn)，或用于城市工程作業(yè)的地上目的，諸如道路計(jì)劃、溝槽切割(陸地和海底)。
【背景技術(shù)】
[0004]在通過(guò)長(zhǎng)壁技術(shù)進(jìn)行煤炭和其他類型開采作業(yè)中，常規(guī)的是礦物通過(guò)單端或雙端測(cè)距剪切機(jī)滾筒移除，單端或雙端測(cè)距剪切機(jī)滾筒橫穿礦物面，其中轉(zhuǎn)動(dòng)切割頭部通過(guò)所述或每個(gè)測(cè)距臂承載以跟隨地層。通常，每個(gè)滾筒設(shè)置50或更多位置，在這些位置處需要切割工具。尖頭保持器在每個(gè)位置處焊接就位。每個(gè)尖頭保持器支承被設(shè)計(jì)成接合地面的可更換尖頭。在一些構(gòu)造中，每個(gè)尖頭保持器還容納位于尖頭后的水噴射器，以便為尖頭的作業(yè)端(即頭部)和煤炭噴射水。通常，每個(gè)尖頭包括尖頭柄部、將尖頭保持在尖頭保持器內(nèi)的固定機(jī)構(gòu)、頭部和位于頭部和柄部之間的過(guò)渡區(qū)域。過(guò)渡區(qū)域通常包括后跟和前趾或肩部。
[0005]在使用中，剪切器滾筒圍繞其中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，尖頭保持器圍繞滾筒一起旋轉(zhuǎn)，使得尖頭接合地面。尖頭保持器內(nèi)的水噴射器將水噴射在尖頭和煤炭上，以使灰塵和摩擦點(diǎn)燃的危險(xiǎn)最小。
[0006]在剪切器滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)尖頭接觸壁的情況下，尖頭經(jīng)歷由于尖頭使待挖掘材料破壞而產(chǎn)生的力F。相對(duì)于材料面，諸如沿著法向于且垂直于前方向的線la，力F有時(shí)會(huì)法向(N)于末端24。線la延伸經(jīng)過(guò)尖頭10a的最前的沖擊點(diǎn)到尖頭組件8a圍繞挖掘設(shè)備4的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。在這種應(yīng)用中，沿著線la并只具有法向分量N的力稱為法向(或向內(nèi))力，并且與切割路徑同線或切向(T)的力F(即垂直于線la并只具有切向分量)稱為切向(或向后)力。
[0007]隨著尖頭圍繞滾筒6—起轉(zhuǎn)動(dòng)，尖頭將經(jīng)歷有時(shí)主要為切向的力F(即垂直于法向地延伸經(jīng)過(guò)末端的撞擊點(diǎn)到尖頭組件圍繞滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)中心并具有零度角度α的力延伸的力)。其他時(shí)候尖頭將經(jīng)歷與切向Τ偏離角度α的力，其具有切向分量和法向分量(即切向Τ和法向Ν之間的力)。隨著尖頭繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，尖頭將經(jīng)歷主要為法向的力(即在尖頭上主要向內(nèi)并與切向Τ偏離90度的角度α并法向地延伸經(jīng)過(guò)末端24a的撞擊點(diǎn)到尖頭組件圍繞滾筒6的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力)。主要向內(nèi)或法向的力和主要向后或切向的力之間的力的轉(zhuǎn)換造成尖頭在尖頭保持器內(nèi)晃動(dòng)。循環(huán)晃動(dòng)造成尖頭使尖頭保持器過(guò)早磨損，如圖4所示。尖頭保持器上的過(guò)早磨損造成尖頭鎖定系統(tǒng)變得無(wú)效，并在使用期間導(dǎo)致尖頭從尖頭保持器彈出。通常，在尖頭破壞或彈出時(shí)，尖頭也會(huì)使水噴射器破壞。
[0008]損壞的保持器必須從滾筒切去，并且新的保持器被焊接在其原位。由于摩擦點(diǎn)燃的危險(xiǎn)以及狹窄的黑暗作業(yè)區(qū)域，通常剪切器滾筒必須從長(zhǎng)壁移除(即不能操作)，并移動(dòng)到安全位置以便整修，例如移動(dòng)到地表。移動(dòng)剪切器滾筒、切割剪切器滾筒和尖頭保持器之間的焊接部并將新的尖頭保持器焊接就位是費(fèi)時(shí)的。這種整修會(huì)是時(shí)間長(zhǎng)和高成本的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明涉及一種在礦物開采等中使用的改進(jìn)尖頭和尖頭保持器組件。通過(guò)本發(fā)明的構(gòu)造，延長(zhǎng)了尖頭和尖頭保持器的有效壽命。延長(zhǎng)尖頭和尖頭保持器的有效壽命轉(zhuǎn)變?yōu)樗龅降耐C(jī)時(shí)間減少，以及生產(chǎn)率更大。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，尖頭具有柄部，柄部包括對(duì)于施加到尖頭的主要向內(nèi)和主要向后的載荷來(lái)說(shuō)與尖頭保持器的承載表面保持可靠接合的承載表面。通過(guò)這種構(gòu)造，尖頭和尖頭保持器能夠在支承滾筒或切割鏈操作期間載荷在向后和向內(nèi)載荷之間變化時(shí)更好地抵抗尖頭的位移。減小的位移造成部件磨損減小，并且特別是尖頭保持器內(nèi)的開口壁的磨損減小。減小的位移還可增加刀片(即包括尖頭的導(dǎo)前邊緣的頭部的切割部分)和硬質(zhì)合金末端(嵌置在刀片內(nèi))隨著尖頭接合地面更好地經(jīng)受材料流流過(guò)的能力(即尖頭的導(dǎo)前邊緣可經(jīng)歷較少磨損，并因此能夠更好地將硬質(zhì)合金末端保持在尖頭內(nèi))。減小部件磨損并具體地減小尖頭和尖頭保持器的磨損減小了機(jī)器的停機(jī)時(shí)間，并增加生產(chǎn)率。
[0011]在本發(fā)明的另一方面，尖頭具有接合地面的頭部和配合在保持器內(nèi)的開口內(nèi)的柄部。頭部和柄部在彼此重合的平面內(nèi)對(duì)準(zhǔn)，并且柄部相對(duì)于施加到尖頭的向內(nèi)指向力向后傾斜，使得柄部在施加到尖頭頭部的向內(nèi)和向后力之間的過(guò)渡期間鄰靠尖頭保持器的前壁和后壁。
[0012]在本發(fā)明的另一方面，尖頭具有包括接觸地面的末端的頭部和接收在保持器的開口內(nèi)的柄部。柄部相對(duì)于末端上的向內(nèi)力向后傾斜(即柄部被定向成使得沿著施加到遠(yuǎn)端的真實(shí)向內(nèi)指向載荷延伸的線將與柄部交叉)并與保持器內(nèi)的開口互補(bǔ)，使得柄部和保持器的前后承載表面趨于彼此貼靠，而不管載荷主要向內(nèi)還是向后。向后傾斜有助于在柄部的承載表面之間分配力，從而降低部件且特別是尖頭保持器的磨損。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，尖頭接合地面并經(jīng)歷造成尖頭在尖頭保持器上施加反作用力的力。柄部的向后傾斜通過(guò)即使在尖頭經(jīng)歷有時(shí)大致向內(nèi)(即具有主要法向力分量)、大致向后(即具有主要切向力分量)或切向和法向之間的力(即具有法向分量和切向分量的力)時(shí)也給予尖頭鄰靠尖頭保持器內(nèi)的孔的前壁和后壁的自然趨勢(shì)來(lái)增加穩(wěn)定性。
[0014]在本發(fā)明的另一方面，尖頭的柄部和尖頭保持器的開口包括互補(bǔ)固定結(jié)構(gòu)，諸如C形鉤和凹部，以更加可靠地將部件聯(lián)接在一起，從而降低使用期間彈出的危險(xiǎn)。
[0015]在本發(fā)明的另一方面，柄部的前部和后部通過(guò)與尖頭保持器上的前后承載表面互補(bǔ)和鏡像的偏離表面來(lái)限定。尖頭和尖頭保持器上的前后承載表面增加了尖頭貼靠尖頭保持器的承載表面。使用沿著尖頭柄部和尖頭保持器開口的前部和后部偏離的承載表面增加了穩(wěn)定性，以便在使用期間更好地應(yīng)對(duì)向后和側(cè)向力之間的過(guò)渡，即偏離(或橫向傾斜)的承載表面能夠抵抗向后和側(cè)向載荷，以便在使用期間減小尖頭隨著載荷變化而產(chǎn)生的位移，并由此降低部件磨損。
[0016]在本發(fā)明的另一方面，尖頭包括頭部和柄部。柄部的前表面設(shè)置位于頭部和柄部的結(jié)合部處的橫向傾斜(即向后偏離)表面(即從頭部的底部沿著柄部向下延伸)，其被設(shè)計(jì)成經(jīng)受普通載荷，但是在受到極大載荷時(shí)(諸如在撞擊到礦井壁內(nèi)的金屬支承時(shí))，造成尖頭沿著頭部和柄部的結(jié)合部破壞。以此方式，在尖頭由于碎裂力而破壞時(shí)，尖頭肩部從肩部破壞，并且尖頭柄部可容易通過(guò)使其向下推動(dòng)(即向內(nèi))經(jīng)過(guò)保持器并離開滾筒內(nèi)的缺口來(lái)移除。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，尖頭頭部的底部和尖頭保持器包括偏離(或橫向傾斜)表面。尖頭的離移表面的最寬部分優(yōu)選被限制成具有總體小于或等于柄部寬度的寬度。尖頭保持器和尖頭的偏離表面從尖頭保持器的頂表面偏移，使得偏離表面貼靠尖頭保持器的內(nèi)表面。偏離表面使尖頭和尖頭保持器之間的表面面積最大，并因此增加部件之間的承載區(qū)域。另外，偏離表面對(duì)于側(cè)向力提供穩(wěn)定性，減小尖頭施加到尖頭保持器上的表面壓力，并且減小尖頭隨著使用期間載荷方向變化在保持器內(nèi)的位移。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，尖頭設(shè)置肩部和刀片。肩部在刀片下方延伸，并從刀片向前伸出(即肩部的下側(cè)承載表面在沿著施加到尖頭的頭部的硬質(zhì)合金末端的遠(yuǎn)端的真實(shí)向內(nèi)指向載荷延伸的線的前方延伸)。在尖頭位于滾筒上的例子中，下側(cè)承載表面在法向地延伸經(jīng)過(guò)末端的撞擊點(diǎn)到尖頭組件圍繞滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)中心的線的前方延伸。由于尖頭遇到向內(nèi)執(zhí)行力，使肩部從刀片向前延伸增加了尖頭的穩(wěn)定性。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，尖頭設(shè)置柄部和具有肩部和刀片的頭部。肩部在刀片下方延伸并從刀片向前伸出。柄部相對(duì)于向內(nèi)的力向后傾斜。肩部大致垂直于柄部的后承載表面。具有向后傾斜的承載表面和從刀片向前延伸并大致垂直于柄部的后承載表面的肩部允許后承載表面和肩部經(jīng)受施加到尖頭的向內(nèi)力。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，尖頭保持器襯有硬面材料。尖頭保持器可在尖頭在尖頭保持器上施加反作用力的位置、尖頭保持器經(jīng)歷流動(dòng)的位置、尖頭鎖定件保持在尖頭保持器內(nèi)的位置以及尖頭保持器上經(jīng)歷磨損的其他位置處襯有硬面。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，尖頭沒(méi)有到柄部的后的跟部，從而在力具有主要切向力分量時(shí)以及在力具有主要法向力分量時(shí)使得孔的前壁和后壁更好地承載反作用力。沒(méi)有跟部的尖頭還使得孔的前壁和后壁減小不希望的運(yùn)動(dòng)，并使尖頭和尖頭保持器之間的接觸壓力最小。沒(méi)有后跟的尖頭在尖頭經(jīng)歷向內(nèi)載荷(例如具有主要法向力分量的力)和向后(例如具有主要切向力分量)載荷時(shí)使多余的反作用點(diǎn)最少。沒(méi)有后跟的尖頭還可消除尖頭和水噴射器之間的任何連接，減小水噴射器過(guò)早損壞的可能性。
[0022]在本發(fā)明的另一方面，尖頭柄部在前后表面上具有間隙，使得柄部只在施加預(yù)期反作用力的位置處與尖頭保持器的孔具有緊密允差，因此允許柄部以較小的力移除。
[0023]在本發(fā)明的另一方面，尖頭保持器接收小輪廓水噴射器，其為尖頭的作業(yè)端(即尖頭的頭部)和煤炭噴射水，因此允許水噴射器在正常操作中以及在尖頭頭部變得破壞并向后彈出時(shí)得到保護(hù)。
[0024]在本發(fā)明的另一方面，刀片的一側(cè)或多側(cè)可以設(shè)置設(shè)計(jì)成通過(guò)撬動(dòng)工具接合的凹部，以便從尖頭保持器撬動(dòng)尖頭。凹部?jī)?yōu)選為大致矩形的。
[0025]為了得到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征的充分理解，可以參照以下說(shuō)明和附圖，其描述和說(shuō)明與本發(fā)明有關(guān)的多種構(gòu)造和概念。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是現(xiàn)有技術(shù)土方作業(yè)操作的圖示，包括具有尖頭組件的輥。
[0027]圖2是包括尖頭和尖頭保持器的現(xiàn)有技術(shù)尖頭組件的透視圖。
[0028]圖3是現(xiàn)有技術(shù)尖頭的側(cè)視圖。
[0029]圖4是包括經(jīng)歷來(lái)自切向和法向載荷的磨損的尖頭和尖頭保持器的現(xiàn)有技術(shù)尖頭組件的橫截面。
[0030]圖5是具有本發(fā)明的尖頭的兩個(gè)不同實(shí)施方式的剪切器滾筒的橫截面的圖示。
[0031]圖6是包括本發(fā)明的尖頭和保持器的尖頭組件的后透視圖，其經(jīng)歷具有橫向分量的力和切向和法向之間的力。
[0032]圖7是圖6的尖頭組件的豎直軸向橫截面。
[0033]圖8是圖6的尖頭保持器的前透視圖。
[0034]圖9是圖6的尖頭保持器的后透視圖。
[0035]圖10是圖6的尖頭保持器的頂視圖。
[0036]圖11是沿著圖10的線11-11截取的尖頭保持器的橫截面。
[0037]圖12是圖6的尖頭的后透視圖。
[0038]圖13是圖6的尖頭的側(cè)視圖。
[0039]圖13a是本發(fā)明的替代尖頭組件的側(cè)視圖。