用于固定切割钻头的装置 【发明领域】
本发明涉及用于从地下矿层中取出矿料，如煤等的，切割钻头的固定装置，特别涉及，一个采矿机钻头套，它包括安装到旋转切割滚筒上的钻头套，并安装一个压入可更换的套筒，所述套筒安装一个旋转切割钻头。
背景技术
在采矿业中，一般使用的采矿装置，包括一个垂直可运动的旋转切割滚筒，它具有安装到它上的的切割钻头。通过切割滚筒的旋转和采矿机向被采矿料内的移动，矿料被取出以便进一步处理。
已知，这样的切割钻头和它们的固定装置，在采矿中，经受相当大的应力。这样的应力发生在与切割钻头的轴向，垂直和横向。因此，在通常采矿操作中，切割钻头，由于磨损和破裂要求频繁地更换。事实上，切割钻头常必须每天更换。鉴于这些条件，业已作出种种努力制备最省事地从它们地支撑上取下的方便可更换的切割钻头。
因为钻头固定装置不是从矿面取下矿料的主车，钻头固定装置一般具有较长工作寿命的特征。如开发的钻头固定系统，它包括一个固定切割钻头的钻头套，钻头套可安装到采矿机切割滚筒中。这样的钻头套一般允许切割钻头旋转，以避免在钻头上的不均匀磨损，另外，它们还将切割钻头固定在一个位置。钻头套本身在矿面上受到大的磨损，并且它们的破损也要求在二到六个月期间更换。而且，在钻套设计成允许钻头旋转时，这样的相对移动快速地磨损钻头套的固定表面，从而，使它们不能用。已知，更换钻头套会对耗资巨大的采矿机械，造成大的损耗和停机时间。
在寻求这些问题的解决中，业已开发的钻头固定装置包括一个可更换的套筒，它位于钻头套和切割钻头间。这些套筒的使用，通过限制钻头套遭到的内磨损，延长钻头套的寿命。在过去，套筒一直是在钻头套内可自由旋转，或它们相对于钻头套永久固定在一个位置。可旋转型的套筒具有比不可旋转型的套筒工作寿命长，因为在接触矿面的套筒表面上磨损均匀。然而，旋转的套筒磨损，并最终毁坏它旋转所在的钻套的内表面。
在过去，某些不可旋转的套筒是通过沿套筒的全长的压配合固定在位。用这种压配合，在现场就地取下套筒不是不可能的，就是困难的。例如，取出一些套筒需要大于72,000磅的力。这种数量级的力在切割钻头使用的极端环境是不容易产生的。而且，可以看到，为了沿套筒的全长形成压配合，而这样的压配合又允许套筒能够取下，会是不实际的，因为这样要求的制造公差会使加工成本特别高。
在一些专利申请中，另一些申请人曾试图在钻套和切割钻头间直接形成压配合。如McLennan的No.2,800,302和Galorneau等的No.3,143,177的美国专利所示的结构，因为没有套筒防止在钻套上的过分磨损，本申请人认为这些方案是不能令人满意的。本申请人认为，这些设计的另外一个基本缺陷是限制它们在受大的轴向负荷的采矿钻头中应用。在这些设计中，接合钻套中的一个孔的的钻头上面的两(2)个圆锥表面形成压配合。然而，因为没有设置肩部抵抗切割过程遇到的轴向力，可以认为，在采矿中遇到轴向力将使圆锥表面分裂开钻套。
上述问题业已被在本文参引的No.5,088,797和5,302,005的美国专利中公开的钻套设计解决。这些专利公开一个套筒和钻套，它们的结构使得通过一种压配合，套筒的位置可相对于钻套的本体部分轴向固定，使得套筒可以从钻套手动取下。这样的压配合的套筒在邻近所述圆柱形的本体部分具有一个外面的面向前的环。一个圆角半径形成在所述环靠近所述本体部分处。圆柱形本体部压入到钻套的孔中，通过在它们间的压配合固定在其中。当圆柱本体部分压入到钻套孔中，坚固的环倾向于抵抗，在圆柱本体部分和环间的圆角半径的根部上，造成高剪切应力的向内的位移。而圆角半径根部上的应力发展，会造成套筒的过早损坏。
因此需要一种压入套筒装置，它具有比现有压入钻头固定套筒的工作寿命进一步提高的寿命。
发明概述
本发明的目的是提供一种在钻套中的采矿钻头的支撑装置，钻套安装到采矿机可旋转的滚筒上，或采矿机的切割件上。钻套包括一个底部和一个本体部。本体部具有一个可安装套筒的孔。套筒是整体结构，并包括一个本体件，并最好包括一个环，所述环的一端形成一个肩部，向本体件传送轴向力，同时提供对本体件的保护。最好一个第一带锥度部分设置在邻近所述环的本体件中。一个第二带锥度部分设置在邻近主体件的环中，并与第一带锥度部分相邻，产生一个凹进区域，减小在所述环和本体件相遇处的应力峰值。套筒具有一个穿孔，用于可旋转地安装具有伸长轴的切割钻头。
套筒和钻套的结构使得，提供它们间的压配合，可阻止套筒相对于本体部的旋转。另外，套筒和钻套的结构，使在要更换套筒时，在矿中经过最小的工作努力可以从本体部取下。
因此，本发明提供了上述问题的解决方案。本发明提供一个适于安装在切割钻套中的套筒，它可以提供压配合相对于钻套固定在位，压配合还使得套筒可以从钻套手动取出。而且，由于在套筒环和/或本体部间的凹进区域，本发明的各优选的实施方式具有比现有套筒的工作寿命长。
本发明的详细情况，目的和优点，将提供以下优选实施例等的说明变得更为明了。
【附图说明】
图1是本发明切割钻头固定装置的侧视图；
图2是本发明切割钻头固定装置另一实施例侧视图；
图3是本发明钻头固定装置实施例的分解透视图；
图4是图3钻头固定装置透视组装图；
图5是图3的钻头固定装置的分解剖面图，为清除起见，钻头以实体示出；
图6是图3钻头固定装置组装剖面图，为清除起见，钻头以实体示出；
图7是图5和6的优选套筒侧视图；
图8是图7套筒的剖面图；
图9是本发明的另一个优选套筒侧视图；
图10是图9套筒的剖面图；
图11是本发明另一个优选套筒的侧视图；
图12是图11套筒的剖面图；
图13是本发明另一个优选套筒的侧视图；
图14是图13套筒的剖面图。
优选实施例的详细描述
见图，其中这些图示仅是用于说明本发明的优选实施例，不是为了限定本发明。图中示出采矿机切割滚筒10，它通过钻套18支撑切割钻头12。
参见图1，示出的采矿机的切割滚筒10被支撑，从而在箭头16的方向旋转。在技术上已知，切割滚筒10被采矿机支撑，旋转，同时可垂直移动，并且，如图所示，采矿机从左到右地前进。切割滚筒10一般包括排列其上的多个切割钻头12，然而，本说明现在仅就单个切割钻头12和这个单个钻头的钻套18结构进行说明。
一般来说，钻套18可以直接或间接安装到滚筒10。例如，钻套可焊接或加紧到滚筒10，或紧固到一个安装块上，安装块安装到滚筒10。如下文所述，钻套18安装和固定套筒50，套筒50可旋转地安装钻头12。
切割钻头12是以前确立的设计形式的，包括一个中心圆柱柄部24，并具有一个安装到它上的扩大的圆锥鼻部26，使得一个肩部区28形成在它们间。切割钻头具有一个中心轴线，以29表示，在切割钻头12的一端上有一个已知材料和形式的硬切割尖30。切割钻头12在它的另一端包括一个凹的切口32，并在它的端部有一个端部肩部34，使得固定环(未示出)可安装在切口32内，防止切割钻头12从套筒50轴向移动。
如图3,4,5和6所示的本发明一个实施例中，钻套18具有一个本体部38和一个底部40。底部40通过一个安装块(未示出)直接或间接安装到切割滚筒10。本体部38，它是与底部40一体的，包括一个安装同轴套筒50的孔42。孔42限定一个内表面42a，它包括不同直径的两个段，即，第一段43和稍小直径的第二段45。直径的不同，例如在段43为1+7/8英寸直径时，可以约为一英寸的三十二分之一。本体部分38具有两个端，一个尾端39，它面向离开旋转方向，一个前端41，它面向旋转方向。本体部38包括一个接触面44，它垂直于纵轴线46，纵轴线与孔42的中心轴线29是同一个。
如上所述，套筒压入到钻套，由它们间的压配合固定在位，由于在环连接套筒本体的圆角接头的根部发展的大的应力，套筒不时地过早损坏。然而业已见到，通过在套筒本体和环间形成一个不同的连接，剪切应力在较大的区域上分布，最终在接合点造成一个低的峰值剪切应力。
图7和8示出一个优选的套筒设计，它利用在套筒环和套筒本体间的一个刚度低的连接。从图可见，套筒50具有一个拉长的本体件52和一个环54。环54带有一个内表面56和一个外表面58。环56的内表面56可紧靠在上述类型的钻套的接触面上。环54的外表面58最好具有一个倒角的表面60和一个平面62。套筒50的本体件52限定一个外表面52a，它也包括不同直径的两段，第一段53和第二段55。
套筒50的第一段53的尺寸使得在套筒50的第一段53和钻套中的孔42的第一段43间建立压配合。相似地，套筒50的第二段55是直径减小的，如一英寸的三十二分之一，使得在套筒50的第二段55和孔42的第二段45间建立压配合。段43,45,53和55分别具有足够的长度，使得建立一个不相干涉的区域57。见图6。在段43和53，和段45和55间的相互过盈的量最好为0.002-0.005英寸。这样的相干涉的区域被称为干涉带，短于套筒的长度。
如业内人士可理解的，在孔的加工中，类似地，本体件52，第二段45的直径可以粗加工，然后第一段43直径可以粗加工。然后，第二锻45的实际直径可以根据第一段43的实际直径加工，但仅在段53接合段43的区域中。实际上，三段(3)直径形成，即，段43和45实际直径，和段43粗直径，它比优选直径43小一英寸的千分之十。
套筒50的本体件52具有孔64，当钻头安装到之中它与钻头轴线29同轴。钻头12安装在孔64中可旋转。钻头12的柄24稍小于孔64。柄24由固定环固定到孔64中，柄可围绕中心轴线29旋转，以避免切割钻头12的尖的不均匀磨损。钻头12的肩部区域28支撑在平面62上，在孔64中轴向定位钻头12，传送切割力。
为减小环54邻接本体件52的区域中的峰值应力，本体件52的外表面52a包括一个“第一”带锥度的表面55a，它从段53向环54向内锥度倾斜，形成一个带锥度的部分80。邻接环54的带锥度的部分80的直径小于段53的直径，最好约为1.800″(在图8中箭头“A”表示)。在图8中可见到，带锥度部分80最好具有约10度角的锥度(在图8中以箭头“B”表示)。而且，在此实施例中，与本体件52相邻的环54的内表面56部分包括一个“第二”带锥度表面84，它带有约10度角的向内的锥度(图8中箭头“C”表示)。圆角半径92最好形成在第一表面55a与第二表面84相遇处。第二锥度表面84的外边离段53离端53的外表面最好约0.16″(图7箭头“D”表示)。本业人士应理解，本体件52的带锥度部分80和环54的带锥度的表面84合作形成凹进的区域90，在此处本体件52与环54相接。凹进的区域90是环54和本体52中的区域，它具有比本体52和环54的邻近部分少的材料。可以理解，这样的凹进区域90，起分配在环54与本体件52邻接的区域中发展的应力的作用，最终减少在该区域中发展的峰值应力。
在图9和10示出的另一个实施例中，图中相似的件具有上述相同的数码符号，在此类似件具有的数码增加100。套筒150具有一个拉长的本体件152和一个环154。此例中，环154的内表面156基本垂直于通过套筒150延伸的轴线29。本体件152的外表面152a具有带锥度的表面155a，它具有从段153到环154向内倾斜的锥度，形成锥度部分180。比段153直径小的，锥度部分180邻接环154处的直径最好约1.815″(图10箭头“E”表示)。在图10中可见，锥度段180最好带10度的锥度(图10箭头“F”所示)。本业人士应理解，带锥度部分180形成一个在套筒本体152中的凹进的区域190，它起作用将环154邻接套筒本体152点处产生的应力分布开，减少在那里发展的峰值应力。
在图11和12示出另一个优选的套筒实施例。在图中可见到，套筒250具有一个拉长的本体件252，和一个环254，并且除了下述不同外，具有与套筒50相同的特征。在此例中，段253的边基本平行于轴线29。环254的内表面256邻近本体件252的部分，具有一个锥度表面284，它的锥度是以10度的角度向内(图12箭头“G”表示)。带锥度表面284的外边最好离段253的外表面0.16″(图12中箭头“H”表示)。应理解，带锥度表面284形成一个在环254邻接本体件252处的环中的凹进的区域290，减少这个区域的峰值应力。
图13和14所示的另一个套筒实施例。图13和14的套筒350具有一个拉长的本体件352和环354，环354具有内表面356和外表面358。环354的内表面356可支撑在上述类型的钻套的接触面上。环354的外表面358最好具有一个倒角表面360和一个平表面362。套筒350的本体件352限定一个外表面352a，它也包括不同直径的三段，第一段351，第二锻353和第三段355。套筒350的第二段353的尺寸是使得在套筒350的第二锻353和钻套中的孔42的第一段43间产生一个压配合。相似地，套筒350的第一和第二段351,355具有减小的直径。例如，第一段具有的直径最好是1/32″段，第三段直径最好比第二段的直径小一英寸的三十二分之一，使得在套筒350的第二段354和孔42的第一段43间产生一个压配合，在第三段355和孔42的第二段45间产生一个第二个压配合。段43,45,353,355分别具有足够长度，使得在套筒350和钻套间产生不相干涉的区域。在段43和353间，段45和355间的相干涉的过盈量分别最好为0.002-0.005英寸。这样的相干涉区域称之为相干涉的带，并比套筒的长度短。
业内人士应理解，上述实施例可以接合其他形式的钻套，但最好制造成美国专利N0.5,088,797和5,302,005中说明的那样，使得在套筒和钻套件建立压配合。这样的压配合允许套筒，从它们的各自钻套，通过使用冲头或液压装置人工取下，同时钻套保持安装在采矿机的切割滚筒上。冲头或液压装置驱动套筒沿相干带移动，从钻套退下套筒。
如上所述，插入量或取下的力最好约为15,000-40,000磅。业内人士应理解，切割钻头固定装置也可以在不具有旋转滚筒的在切割装置上利用，例如，那些仅使得切割钻头进行直线运动的装置。而且，那些利用本发明有益的的切割装置，在其他利用领域也是存在的，如路面去除装置或任何其他切割硬表面装置，如与采矿相关的那些。
应理解，上述套筒解决了将切割钻头固定到采矿机或其他挖掘和挖沟装置的旋转滚筒上时的诸多问题。也应理解，在环邻接本体处，在压入型套筒的环和/或的本体中的凹进区域，起延长套筒寿命的作用，从而减少更换损坏的套筒的停机时间。但是，可以理解，在权利要求所述的本发明范围内，业内人士可以在已然叙述的，和为了说明本发明的特征的图示的部件的细节，材料和设计方面进行种种改变。