Устройство для резания горной породы

Группа изобретений относится к горным и выемочным машинам и, в частности, к режущему устройству для горной или выемочной машины. Технический результат - компактность, простота конструкции, упрощение управление стрелой. Устройство для выемки горных пород содержит: вал, содержащий первую часть и вторую часть, соединенную с концом первой части, режущий элемент, содержащий режущую кромку, причем режущий элемент поддерживается на второй части вала и выполнен с возможностью вращения вокруг второй оси, и эксцентрическую массу, расположенную смежно первой части вала. Причем первая часть вала выполнена с возможностью вращения вокруг первой оси, при этом вторая часть вала проходит вдоль второй оси, которая наклонена относительно первой оси. При этом режущий элемент содержит переднюю часть и заднюю часть, причем передняя часть выполнена с возможностью вхождения в контакт с пластом породы, задняя часть расположена на расстоянии от передней части в направлении, параллельном второй оси, причем вращение первой части вала вокруг первой оси изменяет ориентацию второй оси и ориентацию передней части. Эксцентрическая масса выполнена с возможностью приведения во вращение вокруг оси возбудителя, при этом вращение эксцентрической массы вызывает колебания вала и режущего элемента. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по ранее поданным родственным предварительным заявкам на патент США № 62/398,744, поданной 23 сентября 2016 г., заявке на патент США № 62/398,717, поданной 23 сентября 2016 г., и заявкой на патент США № 62/398,834, поданной 23 сентября 2016 г. Содержание указанных документов в их полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники

[0002] Настоящее изобретение относится к горным и выемочным машинам и, в частности, к режущему устройству для горной или выемочной машины.

[0003] Проходка и выемка твердых пород обычно требует передачи значительной энергии на участок поверхности породы для разрушения горной породы. Одна обычная технология включает использование режущей головки с множеством отбойных молотков. Вследствие твердости горной породы упомянутые молотки требуют частой замены, что приводит к большому времени простоя машины и горной работы. Другая технология включает высверливание множества отверстий в поверхности породы, введение в данные отверстия взрывных устройств и подрыв данных устройств. Силы взрыва разрушают породу, и затем остатки породы удаляют, а поверхность породы подготавливают для другой операции сверления. Данная технология занимает много времени и подвергает рабочих значительному риску травмирования вследствие использования взрывчатых веществ и ослабления окружающей структуры породы. Другая технология использует шарошечного долота (долот), которые перекатываются или вращаются вокруг оси, которая параллельна поверхности породы, прикладывая значительные усилия к породе, чтобы вызывать ее разрушение.

Сущность изобретения

[0004] В одном аспекте, устройство для выемки породы включает вал и режущий элемент. Упомянутый вал включает первую часть и вторую часть, соединенную с концом упомянутой первой части. Упомянутая первая часть выполнена с возможностью вращения вокруг первой оси. Упомянутая вторая часть проходит вдоль второй оси, которая наклонна относительно первой оси. Упомянутый режущий элемент включает режущую кромку. Упомянутый режущий элемент поддерживается на упомянутой второй части и выполнен с возможностью вращения вокруг упомянутой второй оси. Вращение первой части вала вокруг первой оси изменяет ориентацию второй оси и упомянутого режущего элемента.

[0005] В другом аспекте, режущий узел для машины для выемки породы включает стрелу и режущее устройство, поддерживаемое на упомянутой стреле. Упомянутое режущее устройство включает вал и режущую кромку. Упомянутый вал включает первую часть и вторую часть. Упомянутая первая часть выполнена с возможностью вращения вокруг первой оси. Упомянутая режущая кромка поддерживается на упомянутой второй части и выполнена с возможностью вращения вокруг второй оси, ориентированной под наклоном относительно первой оси. Упомянутый вал выполнен с возможностью вращения вокруг первой оси, тем самым изменяя ориентацию упомянутой второй части и упомянутой второй оси относительно стрелы.

[0006] В другом аспекте, устройство для выемки породы включает вал и режущий элемент. Упомянутый вал включает первую часть и вторую часть. Упомянутая первая часть выполнена с возможностью свободного вращения вокруг первой оси, и вращение упомянутой первой части изменяет ориентацию упомянутой второй части. Упомянутый режущий элемент включает режущую кромку. Упомянутый режущий элемент поддерживается на упомянутой второй части и выполнен с возможностью вращения вокруг второй оси, ориентированной под наклоном относительно упомянутой первой оси.

[0007] Другие аспекты станут очевидными при изучении подробного описания и сопроводительных чертежей.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 представляет собой общий вид горной машины.

[0009] Фиг.2 представляет собой вид сбоку режущей головки.

[0010] Фиг.3 представляет собой разрез режущей головки, показанной на фиг.2, по линии 3-3, показанной на фиг.1.

[0011] Фиг.4 представляет собой вид с пространственным разделением элементов режущей головки, показанной на фиг.2.

[0012] Фиг.5 представляет собой вид с пространственным разделением элементов части режущей головки, показанной на фиг.4.

[0013] Фиг.6 представляет собой вид с пространственным разделением элементов части режущей головки, показанной на фиг.2.

[0014] Фиг.7 представляет собой вид с пространственным разделением элементов части режущей головки, показанной на фиг.6.

[0015] Фиг.8 представляет собой схематичный вид режущей головки, показанной на фиг.2, контактирующей с поверхностью породы.

[0016] Фиг.9 представляет собой общий вид режущей головки в соответствии с другим вариантом осуществления.

[0017] Фиг.10 представляет собой разрез режущей головки, показанной на фиг.9, по линии 10-10.

[0018] Фиг.11 представляет собой вид сбоку в разрезе режущей головки, показанной на фиг.9, и стрелы в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0019] Фиг.12 представляет собой общий вид режущей головки в соответствии с другим вариантом осуществления.

[0020] Фиг.13 представляет собой вид сбоку режущей головки, показанной на фиг.12, в разрезе по линии 13-13.

[0021] Фиг.14 представляет собой общий вид режущей головки в соответствии с другим вариантом осуществления.

[0022] Фиг.15 представляет собой вид сбоку режущей головки, показанной на фиг.12, в разрезе по линии 15-15.

[0023] Фиг.16 представляет собой вид сбоку режущей головки, показанной на фиг.12, в разрезе по линии 15-15.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

[0024] Прежде чем будут подробно описаны варианты осуществления, необходимо понимать, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и расположением элементов, изложенными в приведенном ниже описании или показанными в прилагаемых чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и реализацию или осуществление другими способами. Кроме того, необходимо понимать, что выражения и термины, используемые в данном документе, предназначены для описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование в данном документе слов «включающий», «содержащий» или «имеющий» и их производных подразумевает охватывание перечисленных за ними элементов и их эквивалентов, а также дополнительных элементов. Термины «закрепленный», «соединенный» и «сопряженный» используются в широком смысле и охватывают как прямое, так и непрямое закрепление, соединение и сопряжение. Кроме того, термины «соединенный» и «сопряженный» не ограничены физическими или механическими соединениями или сопряжениями и могут включать электрические или гидравлические соединения или связи, либо прямые либо непрямые. Кроме того, электронные связи и уведомления могут осуществляться с использованием любых известных средств, включая прямые соединения, беспроводные соединения и др.

[0025] Кроме того, необходимо понимать, что варианты осуществления изобретения могут включать аппаратное оборудование, программное обеспечение и электронные элементы или модули, которые, в целях пояснения, могут быть показаны и описаны, как будто бы множество элементов реализованы только в аппаратном оборудовании. Однако для специалиста в данной области техники, на основе изучения данного подробного описания, будет понятно, что, в по меньшей мере одном варианте осуществления, аспекты изобретения могут быть реализованы в программном обеспечении (например, храниться на энергонезависимом машиночитаемом носителе), исполняемом посредством одного или более блоков обработки данных, таких как микропроцессор, специализированная интегральная схема (application specific integrated circuit - ASIC) или другое электронное устройство. В этой связи необходимо отметить, что для реализации изобретения может быть использовано множество аппаратно и программно реализованных устройств, а также множеств разных конструктивных элементов. Например, «контроллеры», описанные в описании, могут включать один или более электронных процессоров или блоков обработки данных, один или более модулей машиночитаемых носителей, один или более интерфейсов ввода-вывода данных и различные соединения (например, системную шину), соединяющие упомянутые элементы.

[0026] Фиг.1 показывает машину для выемки породы или горную машину 10 (например, машину для подготовки выработки), включающую шасси 14, стрелу 18, устройство для выемки породы или режущее устройство или режущую головку 22 для контактирования с поверхностью 30 породы (фиг.8) и систему 34 транспортировки материала. В показанном варианте осуществления, шасси 14 поддерживается на тяговом приводном устройстве (например, гусеничном механизме 38) для перемещения относительно пола (не показанного). В показанном варианте осуществления, гусеничный механизм 38 включает роликовую гусеничную цепь 42. Шасси 14 включает первый или передний конец и второй или задний конец, и продольная ось 50 шасси проходит между передним концом и задним концом.

[0027] В показанном варианте осуществления, стрела 18 поддерживается на турели или поворотном столе или вертлюжном соединении 54 с возможностью вращения относительно шасси 14. Вертлюжное соединение 54 (фиг.3) поддерживается с возможностью вращения (например, посредством опорно-поворотного подшипника, не показанного) вокруг оси 58 вертлюга, которая перпендикулярна оси 50 шасси (например, ось 58 вертлюга перпендикулярна опорной поверхности), чтобы поворачивать стрелу 18 в плоскости, которая преимущественно параллельна оси 50 шасси (например, в плоскости, параллельной опорной поверхности). В показанном варианте осуществления, опорно-поворотные исполнительные элементы или цилиндры 66 выдвигаются и втягиваются обратно, чтобы поворачивать вертлюжное соединение 54 и стрелу 18 вокруг оси 58 вертлюга. В некоторых вариантах осуществления, вертлюжное соединение 54, стрела 18, режущая головка 22 и система 34 транспортировки материала поддерживаются на общей раме первоначального вруба, которая выполнена с возможностью перемещения относительно шасси 14. Перемещение рамы первоначального вруба позволяет режущей головке 22 и системе 34 транспортировки материала перемещаться параллельно оси 50 шасси и продвигаться в направлении к поверхности 30 породы, в то время как шасси 14 остается закрепленным на месте относительно земли.

[0028] Система 34 транспортировки материала включает совок или загребающую переднюю часть 42 и конвейер 44. Загребающая передняя часть 42 включает пластину или платформу 46 и вращающиеся рычаги 48. По мере продвижение горных работ вырезаемый материал поджимается к платформе 46, и вращающиеся рычаги 48 перемещают вырезанный материал на конвейер 44 для транспортировки материала к заднему концу машины 10. В других вариантах осуществления, упомянутые рычаги могут скользить или перемещаться по ширине платформы (а не вращаться), чтобы направлять вырезаемый материал на конвейер 44. Конвейер 44 может представлять собой цепной конвейер, приводимый в движение посредством одной или более звездочек. В показанном варианте осуществления, конвейер 44 соединен с загребающей передней частью 42 и поддерживается с возможностью перемещения вместе с загребающей передней частью 42 относительно шасси 14.

[0029] Как показано на фиг.1, стрела 18 включает первую или опорную часть 70, вторую или манжетную часть 74, поддерживающую режущую головку 22, и промежуточную часть 78, расположенную между опорной частью 70 и манжетной частью 74. В показанном варианте осуществления, опорная часть 70 поворотно соединена с вертлюжным соединением 54 (например, посредством болтового шарнира), и опорная часть 70 поворачивается или «изменяет угол наклона» относительно вертлюжного соединения 54 посредством первых исполнительных элементов 80 (например, гидроцилиндров). Выдвижение и втягивание назад первых исполнительных элементов 80 поворачивают опорную часть 70 вокруг оси наклона или первой оси 82 поворота. Первая ось 82 поворота может быть расположена поперек оси 54 вертлюга так, что выдвижение и втягивание назад первых исполнительных элементов 80 вызывает перемещение опорной части 70 между верхним положением и нижним положением. Кроме того, промежуточная часть 78 поворотно соединена с опорной частью 70 (например, посредством болтового шарнира), и промежуточная часть 78 поворачивается относительно опорной части 70 посредством вторых исполнительных элементов 84 (например, вторых гидроцилиндров). Выдвижение и втягивание назад вторых исполнительных элементов 84 поворачивает промежуточную часть 78 вокруг второй оси 86 поворота, смещенной от первой оси 82 поворота. В показанном варианте осуществления с элементами стрелы, ориентированными, как показано, вторая ось 86 поворота по существу перпендикулярна оси наклона или первой оси 82 поворота. В других вариантах осуществления (не показанных), опорная часть стрелы может быть соединена с упомянутой рамой и поддерживаться с возможностью поворота вокруг поперечной оси или оси наклона, и вертлюжное соединение может быть образовано на участке стрелы. Понятно, что другие варианты осуществления могут включать разные конфигурации шарнирно-соединенных участков стрелы.

[0030] Кроме того, манжетная часть 74 включает хомуты 90 (фиг.2), которые поворотно соединены с промежуточной частью 78 (например, посредством болтового шарнира). Манжетная часть 74 поворачивается относительно промежуточной части 78 посредством манжетных исполнительных элементов 92 (например, гидроцилиндров). Выдвижение и втягивание обратно манжетных исполнительных элементов 92 поворачивает манжетную часть 74 вокруг оси 94 манжеты, смещенной от первой оси 82 поворота и второй оси 86 поворота. В показанном варианте осуществления, вторая ось 86 поворота по существу перпендикулярна первой оси 82 поворота и по существу перпендикулярна оси 94 манжеты.

[0031] Как показано на фиг.2, режущая головка 22 включает корпус 98, поддерживаемый на конце манжетной части 74 и расположенный на расстоянии от промежуточной части 78 (фиг.1). В показанном варианте осуществления, корпус 98 образован в виде отдельного элемента, который подвижно соединен с манжетной частью 74 (например, посредством крепежных элементов). Режущая головка 22 расположена рядом с дистальным концом стрелы 18 (фиг.1). Как показано на фиг.2 и 3, режущая головка 22 включает режущий элемент или долото или режущий диск 102, содержащий периферийный край 106, и множество режущих зубков 110, расположенных вдоль периферийного края 106. Периферийный край 106 может иметь закругленный (например, круговой) профиль с режущими зубками 110, ориентированными в общей плоскости или плоскости 114 резания.

[0032] Ссылаясь далее на фиг.3, режущий диск 102 прочно соединен с державкой 122, которая поддерживается на валу 126. Вал 126 включает первую часть 138 и вторую часть 140. Первая часть 138 поддерживается с возможностью вращения относительно корпуса 98 посредством одного или более подшипников 134 вала (например, конических роликовых подшипников), и первая часть 138 вращается вокруг первой оси 142. Вторая часть 140 вала 126 проходит вдоль второй оси 144, которая наклонена или не параллельна первой оси 142. В показанном варианте осуществления, вторая ось 144 образует острый угол 146 относительно первой оси 142.

[0033] В некоторых вариантах осуществления, угол 146 больше чем приблизительно 0 градусов и меньше чем приблизительно 25 градусов. В некоторых вариантах осуществления, угол 146 находится в пределах от приблизительно 1 градуса до приблизительно 15 градусов. В некоторых вариантах осуществления, угол 146 находится в пределах от приблизительно 1 градуса до приблизительно 10 градусов. В некоторых вариантах осуществления, угол 146 находится в пределах от приблизительно 1 градуса до приблизительно 7 градусов. В некоторых вариантах осуществления, угол 146 приблизительно равен 3 градусам.

[0034] Вторая часть 140 поддерживает державку 122 и режущий диск 102 с возможностью вращения вокруг второй оси 144. В частности, державка 122 поддерживается с возможностью вращения относительно вала 126 посредством подшипников 148 державки (например, конусных роликовых подшипников). В показанном варианте осуществления, вторая ось 144 представляет собой ось резания, вокруг которой вращается режущий диск 102, и вторая ось 144 перпендикулярна плоскости 114 резания. Кроме того, в показанном варианте осуществления, вторая ось 144 пересекает первую ось 142 в центре передней поверхности режущего диска 102 или в центре плоскости 114 резания, образуемой режущими зубками 110.

[0035] Элемент 150 возбуждения расположен в корпусе 98 рядом с первой частью 138 вала 126. Элемент 150 возбуждения включает вал 154 возбудителя и эксцентрическую массу 158, расположенную на валу 154 возбудителя. Вал 154 возбудителя и эксцентрическая масса 158 могут содержаться в корпусе 162 возбудителя. Вал 154 возбудителя поддерживается с возможностью вращения относительно корпуса 162 возбудителя посредством подшипников 166 возбудителя (например, роликовых подшипников, таких как сферические роликовые подшипники, компактные самоцентрирующиеся роликовые подшипники и/или тороидальные роликовые подшипники). Вал 154 возбудителя соединен с электродвигателем 170 возбудителя, и вал 154 возбудителя приводится во вращение вокруг оси 174 возбудителя. Эксцентрическая масса 158 смещена от оси 174 возбудителя. В показанном варианте осуществления, ось 174 возбудителя совмещена с первой осью 142. В других вариантах осуществления, ось 174 возбудителя может быть ориентирована параллельно и смещена от первой оси 142. В других вариантах осуществления, ось 174 возбудителя может быть наклонена или ориентирована под углом наклона относительно первой оси 142. Ось 174 возбудителя может быть также как смещена, так и наклонена относительно первой оси 142.

[0036] В показанном варианте осуществления, электродвигатель 170 возбудителя поддерживается на манжетной части 74, и ось 154 возбудителя соединена с выходным валом электродвигателя 170 возбудителя посредством муфты 178, проходящей между концом вала 154 возбудителя и электродвигателем 170 возбудителя. Кроме того, в показанном варианте осуществления, корпус 162 возбудителя включает множество секций (162а, 162b, 162с), прикрепленных друг к другу и прикрепленных к валу 126. То есть корпус 162 возбудителя вращается с валом 126 и поддерживается с возможностью вращения относительно корпуса 98. В других вариантах осуществления, корпус 162 возбудителя выполнен за одно целое с валом 126.

[0037] Вращение эксцентрической массы 158 вокруг оси 174 возбудителя вызывает эксцентрические колебания в корпусе 98, вале 126, державке 122 и режущем диске 102. В некоторых вариантах осуществления, элемент 150 возбуждения и режущая головка 22 подобны возбуждающему элементу и режущему зубку, описанным в публикации США № 2014/0077578, опубликованной 20 марта 2014 г., содержание которой в его полном объеме включено в данный документ посредством ссылки. В показанном варианте осуществления, державка 122 и режущий диск 102 выполнены с возможностью свободного вращения относительно вала 126, то есть режущий диск 102 не предохранен от вращения, или от принудительного приведения во вращение, кроме как посредством возбуждаемого колебания, вызываемого элементом 150 возбуждения и/или силами реакции, оказываемыми на режущий диск 102 поверхностью 30 породы. В других вариантах осуществления, в которых ось 174 возбудителя смещена и/или наклонена относительно первой оси 142, вращение эксцентрической массы 158 вызывает возбуждение или колебания как в радиальном направлении (перпендикулярном первой оси 142), так и в осевом направлении (параллельном первой оси 142).

[0038] Ссылаясь на фиг.6 и 7, конец корпуса 162 возбудителя прикреплен к поверхности 190 зубчатого колеса (например, цилиндрического прямозубого зубчатого колеса, зубчатого ремня и др.). Кроме того, режущая головка 22 включает второй электродвигатель 194, поддерживаемый рядом с концом корпуса 162 возбудителя. Второй электродвигатель 194 включает выходной вал (не показанный), соединенный с шестерней 198, которая сцепляется с или зацепляется с поверхностью 190 зубчатого колеса. Функционирование второго электродвигателя 194 приводит в движение шестерню 198, тем самым вращая поверхность 190 зубчатого колеса. Вращение поверхности 190 зубчатого колеса вращает корпус 162 возбудителя и вал 126 вокруг первой оси 142. В результате вторая часть 140 вала 126 также вращается, тем самым изменяя ориентацию второй оси 144, вокруг которой вращается режущий диск 102. Например, на фиг.3 режущий диск 102 ориентирован для резания в направлении вниз; чтобы регулировать зазор резца для изменения направления резания (например, в направлении вверх), можно повернуть вал 126 на 180 градусов.

[0039] В показанном варианте осуществления, вторая ось 144 пересекает первую ось 142 в центре передней поверхности режущего диска 102 (т.е. центре плоскости 114 резания, образуемой периферийным краем 106, в показанном варианте осуществления), или очень близко к центру плоскости 114. В результате, когда вал 126 вращается, центр режущего диска 102 остается в неподвижном (или почти неподвижном) относительном положении, предотвращая перемещение режущего диска 102, когда вал 126 вращается. В других вариантах осуществления может быть небольшое смещение между осями 142, 144.

[0040] Кроме того, в показанном варианте осуществления, режущая головка 22 включает поворотное соединение или вертлюг 206 для текучей среды для обеспечения сообщения по текучей среде между источником текучей среды и элементами в режущей головке 22. Вертлюг 206 может передавать разные виды текучих сред, включая смазочное средство, гидравлическую жидкость, воду или другую среду для промывания вырезаемой породы и/или охлаждения режущего диска 102. В некоторых вариантах осуществления, вертлюг 206 расположен между электродвигателем 170 возбудителя и валом 154 возбудителя, и муфта 178 проходит через вертлюг 206. В других вариантах осуществления, упомянутые элементы могут быть расположены по-другому.

[0041] Фиг.8 показывает схематичный вид режущей головки 22, контактирующей с поверхностью 30 породы способом нижней зарубки. Режущий диск 102 проходит по длине поверхности 30 породы в направлении 214 резания. Передняя часть 218 режущего диска 102 контактирует с поверхностью 30 породы в точке контакта. Плоскость 114 резания, которая ориентирована перпендикулярно второй оси 144, обычно образует острый угол 222 относительно касательной к поверхности 30 породы, так что задняя часть 226 режущего диска 102 (т.е. часть диска, которая расположена позади передней части 218 относительно направления 214 резания) расположена на расстоянии от поверхности 30 породы. Угол 222 обеспечивает зазор между поверхностью 30 породы и задней частью 226.

[[0042] Посредством вращения вала 126, рабочий может изменять ориентацию второй оси 144 и соответственно ориентацию режущего диска 102. Плоскость (например, плоскость разреза, показанного на фиг.3), содержащая как первую ось 142, так и вторую ось 144, содержит также ширину или диаметр 202 периферийного края 106. Диаметр 202 проходит между точкой на режущем диске 102, которая находится на минимальном расстоянии от поверхности 30 относительно первой оси 142 (т.е. передней части 218), и точкой на режущем диске 102, которая находится на максимальном расстоянии от поверхности 30 относительно первой оси 142 (т.е. задней части 226). Для резания в требуемом направлении рабочий вращает вал 126 так, что плоскость, содержащая первую ось 142 и вторую ось 144, совмещается с требуемым направлением резания.

[0043] Режущая головка 22 является всенаправленной, способной эффективно резать в любом направлении и изменять направление резания. Контроллер может координировать перемещение режущего диска 102 по поверхности 30 и вращение второй части 140 вала 126 при изменении направления резания для предотвращения осевого задевания между режущим диском 102 и поверхностью 30. Кроме того, конструкция стрелы 18 с множеством осей поворота является компактной и универсальной, упрощая подвеску и управление манжетной частью 74 и уменьшая частоту, с которой нужно изменять положение и ориентацию режущей головки 22.

[0044] Хотя точка пересечения первой оси 142 и второй оси 144 описана выше как расположенная в центре плоскости 114 резания, точка пересечения осей 142, 144 может быть смещена на небольшое расстояние от плоскости 114 резания. В таком случае при вращении вала 126 центр плоскости 114 резания будет перемещаться, что приводит к небольшому перемещению режущего диска 102. Режущий диск 102, тем не менее, может резать породу в таком положении, а характеристики резания могут изменяться в зависимости от расстояния смещения между упомянутой точкой пересечения и плоскостью 114 резания и характеристик породы, подлежащей резанию (например, удельной энергии или энергии, требующейся для выемки единичного объема породы).

[0045] Фиг.9 и 10 показывают режущую головку 22, отделенную от стрелы. Как показано на фиг.10, корпус 562 возбудителя может иметь другую форму и конструкцию, отличающуюся от формы и конструкции корпуса 162 возбудителя, описанного выше со ссылкой на фиг.3. Кроме того, фиг.11 показывает режущую головку 422, соединенную с манжетной частью 474 в соответствии с другим вариантом осуществления. Вместо хомутов, манжетная часть 474 включает вал 490, который поддерживается с возможностью поворота относительно неподвижной части 492. Муфта 574 длиннее, чем муфта 174, описанная выше со ссылкой на фиг.3, чтобы обеспечить дополнительное расстояние между электродвигателем 170 возбудителя и валом 154 возбудителя.

[0046] Фиг.12 и 13 показывают режущую головку 822 в соответствии с другим вариантом осуществления. Режущая головка 822 во многих аспектах подобна режущей головке 22, и одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями, к которым добавлено 800. Режущая головка 822 включает электродвигатель 970 возбудителя, который поддерживается не на участке стрелы, а на корпусе 898. Кроме того, второй электродвигатель 994 расположен за пределами корпуса 898, а не около конца корпуса 898.

[0047] Фиг.14 и 15 показывают режущую головку 1222 в соответствии с другим вариантом осуществления. Режущая головка 1222 во многих аспектах подобна режущей головке 22, и одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями, к которым добавлено 1200.

[0048] Как показано на фиг.15, режущая головка 1222 включает один электродвигатель 1370 для приведения во вращение вала 1354 возбудителя для вращения эксцентрической массы 1358 вокруг оси 1374 возбудителя. Режущая головка 1222 дополнительно включает вал 1326, поддерживающий режущий диск 1302. В частности, вал 1326 включает первую часть 1338 и вторую часть 1340. Первая часть 1338 поддерживается с возможностью вращения (например, посредством подшипников 1334 вала) относительно корпуса 1298. Первая часть 1338 проходит вдоль первой оси 1342, а вторая часть 1340 проходит вдоль второй оси 1344, которая наклонена или не параллельна первой оси 1342. В показанном варианте осуществления, вторая ось 1344 образует острый угол 1346 относительно первой оси 1342. Режущий диск 1302 соединен с державкой 1322, которая поддерживается с возможностью вращения на второй части 1340. В показанном варианте осуществления, державка 1322 не приводится во вращение непосредственно, а поддерживается с возможностью свободного вращения относительно второй части 1340 (например, посредством подшипников 1348 державки).

[0049] В показанном варианте осуществления, корпус 1298 может быть соединен с корпусом 1362 возбудителя (например, посредством переходной пластины 1364), а первая часть 1338 вала 1326 (например, первый конец или проксимальный конец вала 1326) не закреплена непосредственно для вращения с корпусом 1362 возбудителя. Вал 1326 не приводится во вращение непосредственно, а поддерживается с возможностью свободного вращения относительно корпуса 1298 и относительно корпуса 1362 возбудителя. В показанном варианте осуществления, вал 1326 вращается вокруг оси (например, первой оси 1342), которая концентрична с осью 1374 возбудителя. В других вариантах осуществления, ось вращения вала 1326 может быть смещена и/или наклонена относительно оси 1374 возбудителя. Кроме того, в показанном варианте осуществления, общий центр тяжести второй части 1340 вала 1326 и поддерживаемых на ней элементов (например, режущего диска 1302, державки 1322, подшипников 1348 державки и др.) находится на оси, которая концентрична с первой осью 1342.

[0050] Режущая головка 1222 не включает второй электродвигатель для приводного вращения вала 1326. Часть вала 1326, поддерживающая режущий диск 1302 (т.е. вторая часть 1340) наклонена или не параллельна первой части 1338. Как показано на фиг.16, поскольку режущий диск 1302 может вращаться вокруг второй оси 1344, радиальная составляющая силы F реакции при резании действует на вторую часть 1340 в точке, в которой вторая ось 1344 пересекает плоскость 1314 резания диска 1302. Вследствие этого любая радиальная нагрузка, приложенная к режущему диску 1302, такая как силы реакции, вызываемые столкновением режущего диска 1302 с пластом породы, будет создавать момент на валу 1326 и заставлять вал 1326 вращаться вокруг первой оси 1342 так, что вторая часть 1340 ориентирована в сторону от приложенной силы. Величина упомянутого момента равна радиальной составляющей усилия F резания, умноженной на расстояние D между линией действия усилия F резания (т.е. точкой пересечения второй оси 1344 с плоскостью 1314 резания) и точкой пересечения первой оси 1342 с плоскостью 1314 резания. Произведение упомянутой радиальной составляющей на расстояние D создает управляющий момент Т. Таким образом, передняя часть 1418 режущего диска 1302 (т.е. часть диска 1302, которая выступает дальше всего в направлении, параллельном первой оси 1342), автоматически ориентируется так, чтобы контактировать с породой, даже при изменении направления перемещения режущей головки 1222. Понятно, что радиальная составляющая силы реакции не в любой момент времени может точно совпадать с направлением перемещения, однако обе они будут по существу совмещены. Возможно также, что подшипники 1334 вала могут создавать некоторое трение, чтобы препятствовать небольшим изменениям в направлении перемещения. Подшипники 1334 вала также оказывают силы R1, R2 реакции на вал 1326 в ответ на усилие F резания.

[0051] Ссылаясь снова на фиг.15, режущая головка 1222 дополнительно включает одну или более распылительных насадок 1404, вертлюг 1406 для текучей среды и канал 1408 для текучей среды, проходящий через вал 1326. В показанном варианте осуществления, вертлюг 1406 для текучей среды принимает текучую среду для распыления, такую как вода, из источника текучей среды (например, насоса, не показанного). Канал 1408 для текучей среды обеспечивает сообщение по текучей среде между вертлюгом 1406 и распылительной насадкой 1404, расположенной на валу 1326 рядом с режущим диском 1302. Из насадки 1404 распыляется текучая среда под давлением. В показанном варианте осуществления, насадка 1404 прикреплена к концу вала 1326 и ориентирована к передней части 1418 диска 1302. При вращении вала 1326 насадка 1404 будет сохранять свою ориентацию, чтобы выпускать текучую среду в направлении столкновения.

[0052] Режущая головка 1222 исключает необходимость во втором электродвигателе и сопутствующих гидравлических элементах, а также включает простые механические элементы для осуществления функции «управления». Кроме того, может быть использован режущий диск 1302 с меньшим диаметром, и упрощается управление стрелой (фиг.1), поддерживающей режущую головку 1222.

[0053] Хотя режущее устройство описано выше со ссылкой на горную машину (например, машину для подготовки выработки), понятно, что один или более независимых аспектов режущих устройств и/или других элементов могут быть включены в машину другого типа и/или могут поддерживаться на стреле машины другого типа. Примеры машин другого типа могут включать (помимо прочих) буры, проходческие комбайны, туннельные или бурильные машины, машины для непрерывной разработки, машины для разработки длинными забоями и экскаваторы.

[0054] Хотя различные аспекты описаны подробно со ссылкой на некоторые варианты осуществления, существуют изменения и модификации в пределах объема и сущности одного или более независимых описанных аспектов. Различные признаки и преимущества изложены в приведенной ниже формуле изобретения.

1. Устройство для выемки горных пород, содержащее:

вал, содержащий первую часть и вторую часть, соединенную с концом первой части, причем первая часть выполнена с возможностью вращения вокруг первой оси, при этом вторая часть проходит вдоль второй оси, которая наклонена относительно первой оси;

режущий элемент, содержащий режущую кромку, причем режущий элемент поддерживается на второй части вала и выполнен с возможностью вращения вокруг второй оси, при этом режущий элемент содержит переднюю часть и заднюю часть, причем передняя часть выполнена с возможностью вхождения в контакт с пластом породы, задняя часть расположена на расстоянии от передней части в направлении, параллельном второй оси, причем вращение первой части вала вокруг первой оси изменяет ориентацию второй оси и ориентацию передней части; и

эксцентрическую массу, расположенную смежно первой части вала, причем эксцентрическая масса выполнена с возможностью приведения во вращение вокруг оси возбудителя, при этом вращение эксцентрической массы вызывает колебания вала и режущего элемента.

2. Устройство для выемки горных пород по п.1, дополнительно содержащее электродвигатель для приведения во вращение первой части вокруг первой оси.

3. Устройство для выемки горных пород по п.1 или 2, в котором режущий элемент представляет собой режущий диск, при этом первая ось и вторая ось пересекаются друг с другом в центре плоскости, образуемой множеством режущих зубков.

4. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-3, в котором режущее устройство дополнительно содержит вал возбудителя, расположенный смежно первой части вала, и вращается вокруг оси возбудителя.

5. Устройство для выемки горных пород по п.4, дополнительно содержащее:

первый электродвигатель для приведения в движение вала возбудителя; и

второй электродвигатель для приведения во вращение первой части вокруг первой оси.

6. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-5, в котором первая ось и вторая ось находятся в общей плоскости, причем общая плоскость совмещена с направлением резания режущего устройства.

7. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1, 2 или 4-6, в котором режущий элемент представляет собой режущий диск, содержащий кольцевую режущую кромку.

8. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-7, в котором вал поддерживается с возможностью свободного вращения вокруг первой оси.

9. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-5 или 7, 8, в котором первая ось и вторая ось находятся в общей плоскости, причем общая плоскость продолжается между передней частью режущего элемента и задней частью режущего элемента.

10. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-9, в котором вторая часть вала содержит конец, смежный режущей кромке и расположенный на расстоянии от первой оси, причем устройство для выемки горных пород дополнительно содержит по меньшей мере одну насадку для текучей среды, прикрепленную к концу второй части и ориентированную к первой оси.

11. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.1-10, в котором общий центр тяжести второй части и всех поддерживаемых на ней элементов является концентричным с первой осью.

12. Режущий узел для машины для выемки горных пород, причем режущий узел содержит:

стрелу;

режущее устройство, поддерживаемое на стреле, причем режущее устройство содержит

вал, содержащий первую часть и вторую часть, соединенную к концу первой части, причем первая часть поддерживается с возможностью вращения вокруг первой оси, вторая часть продолжается вдоль второй оси, расположенной под наклоном относительно первой оси,

режущий элемент, поддерживаемый на второй части вала и выполненный с возможностью вращения вокруг второй оси, при этом режущий элемент содержит режущую кромку, имеющую переднюю часть и заднюю часть, причем передняя часть выполнена с возможностью вхождения в контакт с пластом породы раньше любой другой части режущей кромки, задняя часть расположена на расстоянии от пласта породы на расстояние зазора, при этом вращение первой части вала вокруг первой оси изменяет ориентацию передней части и второй оси относительно стрелы; и

эксцентрическую массу, расположенную смежно первой части вала, причем эксцентрическая масса выполнена с возможностью приведения во вращение вокруг оси возбудителя, причем вращение эксцентрической массы вызывает колебания вала и режущего элемента.

13. Режущий узел по п.12, в котором первая ось и вторая ось находятся в общей плоскости, причем общая плоскость совмещена с направлением резания режущего устройства.

14. Режущий узел по п.12 или 13, дополнительно содержащий устройство подвески для упругого поддержания режущего устройства с возможностью колебательного движения относительно стрелы.

15. Режущий узел по п.14, в котором устройство подвески содержит по меньшей мере один гидроцилиндр для смещения режущего устройства в заданном направлении относительно стрелы.

16. Режущий узел по п.13, в котором общая плоскость продолжается между передней частью и задней частью.

17. Режущий узел по любому из пп.12-16, дополнительно содержащий электродвигатель для приведения во вращение первой части вокруг первой оси.

18. Режущий узел по любому из пп.12-17, в котором режущий элемент представляет собой режущий диск, и режущая кромка имеет кольцевую форму, при этом первая ось и вторая ось пересекаются друг с другом в центре плоскости, образуемой множеством режущих зубков.

19. Режущий узел по любому из пп.12-16 или 18, дополнительно содержащий:

первый электродвигатель для приведения в движение вала возбудителя; и

второй электродвигатель для приведения во вращение первой части вокруг первой оси.

20. Режущий узел по любому из пп.12-19, в котором режущий элемент поддерживается с возможностью свободного вращения относительно второй части.

21. Устройство для выемки горных пород, содержащее:

вал, содержащий первую часть и вторую часть, причем первая часть поддерживается с возможностью свободного вращения вокруг первой оси, причем вращение первой части изменяет ориентацию второй части; и

режущий элемент, содержащий режущую кромку, имеющую переднюю часть и заднюю часть, расположенную на расстоянии от передней части, причем режущий элемент поддерживается на второй части и выполнен с возможностью вращения вокруг второй оси, ориентированной под наклоном относительно первой оси, силы реакции, действующие на режущую кромку, создают приводной вращательный момент первой части вала вокруг первой оси, тем самым переориентируя переднюю часть режущей кромки для вхождения в контакт с пластом породы.

22. Устройство для выемки горных пород по п.21, в котором режущее устройство дополнительно содержит вал возбудителя и эксцентрическую массу, поддерживаемую на валу, причем вал возбудителя расположен рядом с первой частью вала и вращается вокруг оси возбудителя, причем вращение вала возбудителя и эксцентрической массы вызывает колебания вала и режущего элемента.

23. Устройство для выемки горных пород по п.21 или 22, в котором первая ось и вторая ось находятся в общей плоскости, причем общая плоскость совмещена с направлением резания режущего устройства.

24. Устройство для выемки горных пород по п.21 или 22, в котором передняя часть выполнена с возможностью контакта с пластом породы раньше любой другой части режущего элемента, причем задняя часть расположена на расстоянии от передней части в направлении, параллельном второй оси, причем первая ось и вторая ось находятся в общей плоскости, причем общая плоскость продолжается между передней частью режущего элемента и задней частью режущего элемента.

25. Устройство для выемки горных пород по любому из пп.21-24, в котором режущий элемент поддерживается на второй части с возможностью свободного вращения вокруг второй оси.