專利名稱：旋轉截齒以及使用旋轉截齒采礦的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于采礦和挖掘目的的切削工具。本發明主要開 發用于煤的開采并且在使用中通常用在地下煤炭采礦中。因此針對該 應用描述本發明十分便利，但是很容易理解，本發明也可以用在它能 夠適當地發揮作用的任何采礦或挖掘操作中。
背景技術：
多種不同形式的設備和機器可以用于采礦和挖掘操作中，并且通 常進行采礦或挖掘的類型和正被開采或挖掘的土地的類型決定了適當 的設備和機器的類型。本發明主要涉及地下煤礦開采以及與采礦形式 相關的安全及維護問題。對于安全問題，地下煤礦開采的主要安全難 題之一是涉及礦井中的火災或爆炸。這種情況的發生是由于在釆礦過 程中會產生甲垸氣體和煤塵(通常稱為礦塵)，它們堵塞在礦井中并 且易于點燃。不利地，用于煤礦開采的設備會生成易燃火花并因此導 致火災或爆炸。因此，非常重要的是采取所有適當的措施來將火花的 生成減到最小或消除。用于在硬地如煤面中采礦或挖掘的設備包括旋轉刀具，其中安裝 有多個突出的切削刀頭或截齒的滾筒與地面接合。截齒在它們隨筒旋 轉時咬入地面，從而沖擊泥土并且從表面去除或打碎泥土。截齒和地 面之間的這種高度侵入的接合會導致在它們之間生成火花。用于煤礦開采的截齒通常具有硬燒結碳化鎢尖端，通常通過硬釬 焊固定到鋼柄上。在不同的現有技術中公開了這類截齒，例如US6，113,195， EP0274645以及DE4226976。截齒的尖端可以是刀片或罩 蓋型。DE4226976中顯示了刀片型尖端，其中尖端的軸向長度上的比從孔中延伸出來的部分更大的部分錨定在柄的孔中。EP0274645中顯示了 罩蓋型尖端，其中尖端具有比刀片型尖端更寬的底座并且底座設置且 硬釬焊到柄前端中相對較淺的凹槽中。本發明適用于罩蓋型截齒。在上述類型的截齒中，可以在碳化鎢尖端和地面之間以及在鋼柄 和地面之間生成火花，不過通常更可能在鋼柄和地面之間生成火花。截齒工作的高度嚴峻的環境也會導致截齒與所開采地面相接觸的 部分發生磨損。通常截齒的柄由比截齒尖端更軟的材料形成，并且因 此柄比尖端更容易磨損并且在靠近尖端的情況下尤為顯著。發明內容已經提出了使用連接到截齒柄上并且鄰近切削尖端的環形套筒用 來減少火花，例如參見申請人的審理中的澳大利亞專利申請 no.2004201284。本發明涉及一種類似形式的截齒，但是還提供了一種 設置，用于減少采礦期間套筒與地面和/或被移除的土地碎片相接合的 發生，從而延長套筒的壽命而防止失效。根據本發明，提供了一種截齒，包括 細長柄；切削尖端，該切削尖端安裝到所述柄的一端以從該端伸出；切削 尖端具有前端、尾端以及用于安裝到柄上的安裝部，該安裝部設置在 尾端的與前端相反的一側上，尖端具有在從前端到尾端的方向上向外 發散直到最大直徑部分的形狀；環形套筒，該環形套筒具有內徑并且連接在所述柄周圍，且與所 述切削尖端的尾端相鄰并成不接觸的關系，其中所述切削尖端的最大直徑部分的直徑大于所述環形套筒內徑的直 徑，以使得所述最大直徑部分在徑向上覆蓋在所述套筒上。本發明進一步提供-細長柄；切削尖端，該切削尖端安裝到所述柄的一端以從該端伸出；切削 尖端具有前端、尾端以及用于安裝到柄上的安裝部，該安裝部設置在 尾端的與前端相反的一側上，尖端具有在從前端到尾端的方向上向外 發散直到最大直徑部分的形狀；環形套筒，該環形套筒具有內徑并且連接在所述抦周圍，且與所 述切削尖端的尾端相鄰并成不接觸的關系，其中所述切削尖端的最大直徑部分的直徑大于所述環形套筒內徑的直 徑，以使得所述最大直徑部分在徑向上覆蓋在所述套筒上， 該方法包括在包含氣體和/或礦塵的環境中采礦的步驟。根據本發明的截齒能有利地減少環形套筒暴露為與開釆或挖掘的 地表相接合或者與被截齒去除的土地碎片相接合。這是因為切削尖端 最大直徑部分的直徑大于環形套筒的內徑，以使得該最大直徑部分能 至少在徑向上覆蓋在套筒上并且因此能夠讓土地碎片偏離以免與套筒 相接合。在現有技術截齒中，切削尖端的最大直徑小于套筒的內徑， 因此切削尖端并不能提供對套筒的疊加其上的保護，該保護防止套筒 與地表相接合，或者與被截齒去除的土地碎片相接合。這種設置在一 些采礦或開釆環境中可以被接受，然而在更加嚴峻的環境中，套筒需 要得到保護，以減小其破裂的可能性。即使套筒以這種方式受到保護， 它仍會充分地表現出其磨損和/或減小火花的基本功能，但是破裂的可 能性較小。相應地，依靠套筒結構，套筒能夠在截齒的整個使用壽命中更加 可靠地提供磨損保護或火花保護，或者兩者的結合。環形套筒能夠提供磨損保護或者火花保護或者兩者的結合。如果 需要磨損保護，則套筒可以是任意適合的材料，比如和柄相同的材料或者更硬的材料。例如，套筒可以與切削尖端的材料相同并且在這種 設置下，套筒能夠由碳化鎢形成。環形套筒連接在柄周圍并且與切削尖端的尾端相鄰，因為這里是 柄最容易與被開采地表相接觸或者與開采期間被從地表去除的土地碎 片相接觸的位置。因此，這里是柄最容易磨損和/或產生易燃火花的區 域。在進一步遠離切削尖端的位置，柄不容易與地表接觸或者與土地 碎片接觸，從而環形套筒只需提供用在柄的靠近切削尖端的一小部分 上，用于減少磨損和/或火花。如果套筒提供用于火花保護，那么套筒應當由在切削操作過程中 比柄的材料具有更低的生成易燃火花的傾向的材料制成。此外，如果 切削尖端的材料具有抵抗火花的特性，那么套筒能夠由和切削尖端相 同的材料制成，并且這種材料可以是碳化鎢。環形套筒可以被制成圓環，從而連接到柄上，或者它能夠被制成套筒段，所述套筒段能夠結合形成環。例如，套筒能夠被制成半圓段 或"開口環"。開口環的使用使得套筒能夠連接到柄上，從而裝配到 柄上，而此時如果套筒形成為封閉環則套筒不能安裝到柄上，。在根據本發明的截齒中，細長柄可采取任意適合的形式，例如已 知的形式，用于固定到旋轉切削筒上。柄通常以可釋放的方式固定到 筒上，這樣就可以根據需要更換磨損的截齒，并且在某些機器中，柄 以可旋轉的方式安裝，從而使得截齒在與地面接合時能夠繞其縱向軸 線自由地旋轉。柄通常由鋼制成。在根據本發明的截齒中，柄可被構造為用于接收罩蓋型切削尖端。在根據本發明的截齒中，切削尖端可以由優選比柄的材料更硬的 任意合適的材料制成，并且切削尖端材料優選為燒結碳化鎢。尖端也可被金剛石孕鑲(impregnated)以提高硬度或者包括立方氮化硼以用于 相同目的。切削尖端可以具有任何適當的形狀，這通常取決于尖端是 刀片型還是罩蓋型。雖然可以使用固定尖端的其它設置，例如通過化 學粘合劑，但切削尖端通常硬釬焊到柄上。連接在柄周圍并且與切削尖端相鄰的套筒優選由與切削尖端相同 的材料形成并且該材料優選為燒結碳化鎢。或者材料可以是或包括 SiC、 A1203、 TiN、 SiC-D (碳化硅金剛石復合物)、立方氮化硼、工 具鋼或者其它類似材料。這些材料可以與其它適當材料形成復合材料， 或者它們可以設置為外層或者適當的底座上方的層。在本發明的優選形式中，環形套筒為單個套筒，其高度為大約6到 12mm，優選為8mm。套筒在內部及外部壁之間的徑向壁厚為大約3到 5mm。可替選地，套筒能夠以由多個環形套筒部分形成的復合套筒所 形成。例如，環形套筒能夠由兩個或三個環形套筒部分形成。在一個優選實施例中，截齒的柄包括靠近截齒尖端的肩部，該肩 部在柄的大致圓錐形部分和大致圓柱形部分之間基本垂直于柄的縱軸 線延伸。圓錐形部分朝著圓柱形部分會聚，并且圓柱形部分在其軸向 一端上形成有用于容納切削尖端的安裝部的凹槽。在這種設置中，環 形套筒繞著圓柱形部分連接到柄上并且被支撐在肩部上。在一個優選實施例中，柄的圓柱形部分的軸向高度大于環形套筒 的軸向高度，使得圓柱形部分的一部分保持暴露。這種設置被提供用 于減少環形套筒在切削操作中破裂的可能性。優選地，在軸向測量時， 圓柱形部分的暴露部分的長度在lmm到5mm之間，最優選為大約3mm。 這種設置在環形套筒的上部軸向端與切削尖端之間提供了間隙。通過 此間隙，環形套筒進一步間隔遠離切削尖端并且不容易暴露在所開采 的地表以及所去除的土地碎片中。此外，由于此間隙位于靠近切削尖 端的位置并且圓柱形部分僅有一小部分暴露，因此暴露部分在開采操作期間與地表或土地碎片相接合的可能性很低。換句話說，暴露部分 很可能處在切削尖端的"磨損陰影"下，這是截齒中的一部分，由于 它鄰近切削尖端，所以受到的磨損可以忽略不計。此外，如果使環形 套筒間隔遠離磨損陰影，套筒就位于截齒上更容易經受沖擊接合的部 位上，從而更容易引起柄的磨損或者產生易燃火花。切削尖端優選通過硬釬焊安裝到柄上。然而，也可以使用其它形 式的連接。在一個優選設置中，切削尖端的最大直徑部分具有16mm到35mm 之間的尺寸。更優選地，直徑在24mm到29mm之間。優選地，環形套筒的內徑在14mm到34mm之間。更優選地，環形 套筒的直徑在22m到27mm之間。優選地，環形套筒在徑向內部及外部表面之間的壁厚在lmm到 6mm之間。更優選地，環形套筒的壁厚在2mm到4mm之間。優選地，環形套筒的軸向高度在4mm到20mm之間。更優選地，環 形套筒的軸向高度在6mm到12mm之間。最優選地，環形套筒的軸向高 度大約8mm。
為了更好理解本發明以及顯示其如何實現，下面參考附圖并且以 非限制性示例的方式來描述本發明的實施例。圖l是根據本發明實施例的截齒的側視圖； 圖2是圖1中截齒的柄的側視圖； 圖3是圖1中截齒的環形套筒的側視圖； 圖4是圖1中截齒的切削尖端的側視圖。
具體實施方式
圖1是根據本發明的截齒10的側視圖。截齒10包括切削尖端11，該尖端具有前端lla以及尾端llb，所述尾端固定到細長柄12上。柄12包括 圓錐形部分13和圓柱形部分14。圓柱形部分14具有連接機構15，用于 將截齒10連接到旋轉切削筒或類似物上，同時截齒10還包括一對凸緣 16，該凸緣也有助于將截齒10安裝到旋轉切削筒上。截齒10安裝到旋 轉切削筒上的方式并非本發明的組成部分并且對于本領域技術人員來 說也是很明確的。截齒10還包括圓柱形部分17 (圖2)以及繞著圓柱形部分17延伸的 環形套筒18，該套筒18位于靠近切削尖端ll的尾端llb的位置上。環形 套筒18設置成被支撐在肩部20之上，該肩部20形成在圓錐形部分13和 圓柱形部分17之間。圓柱形部分17還限定了凹槽21 (圖2)，該凹槽設置為用于容納切 削尖端11的安裝部22，如圖4所示。安裝部22可通過任意合適的方式固 定在凹槽21內，例如通過硬釬焊。圖3和圖4示出了環形套筒18的內徑"ID"以及切削尖端ll的最大 直徑"OD"部分。根據本發明OD〉ID。這種設置如圖l所示。OD與ID之間相差的程度關系到具體的設計，其取決于環形套筒18 的保護所需的程度。這個保護是由部分23所提供，如圖1和4中所示， 該部分23在徑向上覆蓋在套筒18上。在現有技術的截齒中，ID大于OD， 使得部分23不能處在套筒上面，并且由此套筒18不能如本發明中所設 置的那樣得到相同程度的保護。在某些環境下并且套筒由某種材料制 成的情況下，缺乏保護可以被接受；但在其它環境下，如處在非常嚴 峻的采礦環境下或者當套筒由特別易碎的材料制成時，就期望得到更 大的保護。OD與ID之間的比率可大于或小于圖l中所示。這樣，部分23可具 有比圖示更大的OD從而進一步處在環形套筒18上面。可替選地，套筒 18的外部直徑可以減小，例如通過減小壁厚W (參見圖3)來實現，但 這樣會降低環形套筒18的強度從而使其容易破裂。
圖1顯示了本發明一個優選實施例中圓柱形部分17的一部分保持 暴露。暴露部分24由圓柱形部分17在軸向上的高度H所產生，該高度H 大于環形套筒18的高度h。通過提供此間隙，環形套筒18能夠軸向地間 隔遠離切削尖端ll的尾端，從而處于某一位置，在該位置所述環形套 筒18更容易暴露在土地碎片的沖擊之下。圓柱形部分17的部分24處在 切削尖端的磨損陰影之下并且由此幾乎不經受任何碎片沖擊。應當注 意的是，被形成用來暴露該部分24的間隙能夠通過延長環形套筒18的 高度h而被封閉，但這增加了套筒的成本并且增加了套筒由某種期望材 料制成的困難。這樣，圖1中包括暴露部分24的設置有利地將環形套筒 18的高度h降到最小，而不會給切削尖端10的性能帶來任何重要的影 響。
在此描述的本發明除特別描述的情形之外還可以進行變化、改進 和/或增補，應當理解，本發明包括落入如下的權利要求的范圍中的所 有這些變化、改進和/或增補。
權利要求
1.一種截齒，包括細長柄；切削尖端，該切削尖端安裝到所述柄的一端以從該端伸出；所述切削尖端具有前端、尾端以及用于安裝到所述柄上的安裝部，該安裝部設置在所述尾端的與所述前端相反的一側上，所述尖端具有在從所述前端到所述尾端的方向上向外發散直到最大直徑部分的形狀；環形套筒，該環形套筒具有內徑并且連接在所述柄周圍，與所述切削尖端的所述尾端相鄰并成不接觸的關系，其中所述切削尖端的所述最大直徑部分的直徑大于所述環形套筒的所述內徑的直徑，使得所述最大直徑部分在徑向上覆蓋在所述套筒上。
2. 如權利要求l所述的截齒，其中所述環形套筒為磨損環。
3. 如權利要求l所述的截齒，其中所述環形套筒在切削操作期間 比所述柄的材料具有更低的生成易燃火花的傾向。
4. 如權利要求1-3中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒為由 多個環形套筒部分形成的復合套筒。
5. 如權利要求4所述的截齒，其中各個環形套筒部分具有相同的 內徑。
6. 如權利要求1-4中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒由兩 個或多個套筒段形成。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的截齒，其中所述柄形成有肩部， 所述肩部在大致圓錐形部分和圓柱形部分之間基本垂直于所述柄的縱軸線延伸，所述圓錐形部分朝著所述圓柱形部分會聚并且所述圓柱形 部分形成有用于容納所述切削尖端的所述安裝部的凹槽，所述環形套 筒在所述圓柱形部分周圍連接到所述柄上并且被支撐在所述肩部上。
8. 如權利要求7所述的截齒，其中所述圓柱形部分的軸向高度大 于所述環形套筒的軸向高度，使得所述圓柱形部分的一部分保持暴露。
9. 如權利要求l-S中任一項所述的截齒，其中所述最大直徑部分 具有16mm到35mm之間的尺寸。
10. 如權利要求9所述的截齒，其中所述最大直徑部分具有24mm 到29mm之間的尺寸。
11. 如權利要求1-10中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒的 所述內徑在14mm到34mm之間。
12. 如權利要求ll所述的截齒，其中所述環形套筒的所述內徑在 22mm到27mm之間。
13. 如權利要求1-12中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒在 其徑向上的內部及外部表面之間的壁厚在lmm到6mm之間。
14. 如權利要求13所述的截齒，其中所述環形套筒在其徑向上的 內部及外部表面之間的所述壁厚在2mm到4mm之間。
15. 如權利要求1-14中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒的 所述軸向高度在4mm到20mm之間。
16. 如權利要求15所述的截齒，其中所述環形套筒的所述軸向高 度在6mm至lj 12mm之間。
17. 如權利要求15或16所述的截齒，其中所述環形套筒的所述軸向高度約為8mm。
18. 如權利要求1-17中任一項所述的截齒，其中所述環形套筒具 有相對的軸向端部，最接近所述切削尖端的所述尾端的端部是傾斜的。
19. 一種使用截齒采礦的方法，該截齒包括 細長柄；切削尖端，該切削尖端安裝到所述柄的一端以從該端伸出，所述 切削尖端具有前端、尾端以及用于安裝到所述柄上的安裝部，該安裝 部設置在所述尾端的與所述前端相反的一側上，所述尖端具有在從所 述前端到所述尾端的方向上向外發散直到最大直徑部分的形狀；環形套筒，該環形套筒具有內徑并且連接在所述柄周圍，與所述 切削尖端的所述尾端相鄰并成不接觸的關系，其中所述切削尖端的所述最大直徑部分的直徑大于所述環形套筒的所 述內徑的直徑，使得所述最大直徑部分在徑向上覆蓋在所述套筒上， 所述方法包括在含有氣體和/或礦塵的環境中采礦的步驟。
20. 如權利要求19所述的方法，其中所述環境包括甲烷氣體。
全文摘要
一種旋轉截齒(10)，包括細長柄(12)和安裝到柄(12)一端的切削尖端(11)。切削尖端11具有前端(11a)、尾端(11b)以及用于安裝到柄(12)上的安裝部(22)。尖端(11)具有在從前端(11a)至尾端(11b)的方向上向外發散直到最大直徑部分的形狀。環形套筒(18)連接在柄(12)周圍并且與切削尖端(11)的尾端(11b)相鄰并成不接觸的關系。切削尖端(11)的最大直徑(23)大于環形套筒(18)的內徑的直徑，從而使得最大直徑部分(23)在徑向上覆蓋在套筒(18)上。
文檔編號E21C35/183GK101248251SQ200680030762
公開日2008年8月20日 申請日期2006年5月19日 優先權日2005年8月22日
發明者史蒂文·韋弗 申請人:山特維克知識產權股份有限公司