專利名稱：具有驅(qū)動圓盤刀具的采礦機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采礦機，特別是(但并不局限于)涉及挖掘堅硬 的巖石。
背景技術：
傳統(tǒng)上，在采礦和建造工業(yè)中，已釆用兩種形式中的一種挖掘堅 硬巖石，即爆破挖掘或滾動刀刃圓盤刀具挖掘。爆破開采必須要在被 挖掘的巖石中鉆相對小直徑的模式的孔，并利用炸藥裝填這些孔。然 后以設計的順序引爆炸藥以斷裂所需的巖石體積，用于隨后通過適當 的裝載和運輸設備移除。 一旦所有人從挖掘地點撤出就引爆炸藥，爆 破過程循環(huán)重復，直到完成所需要的挖掘。過程循環(huán)的特性和巖石破裂劇烈的特性注定要必須阻止爆破過程 自動化，因此已不能滿足對于連續(xù)作業(yè)和增加生產(chǎn)效率的現(xiàn)代需求。 而且，所形成的巖石產(chǎn)品的相對不可預測的規(guī)模分布使下游過程復雜。排除使用炸藥的巖石的機械斷裂已通過使用滾動刀刃型圓盤刀具 技術實現(xiàn)并且眾所周知。這種技術促進了包括有益于遠程控制的挖掘 機械挖掘過程的自動化。然而，在挖掘中滾動刀刃刀具需要作用很大的力來壓碎和斷裂巖石。例如，每個刀具所需的平均力大約為50噸， 并且通常每個刀具經(jīng)受的峰值力超過其兩倍。通常設置多個刀具以沿 緊密隔開的平行路徑橫過巖石，并且通常每個切削列設50個刀具。這 種切削機械的重量能達到800噸以上，由此為了作業(yè)需要數(shù)千瓦量級的 電功率。因此，只能在例如水和電供應隧道的大工程中經(jīng)濟地采用該 機械。另外，由這種機械執(zhí)行的挖掘一般限于通常為圓形的橫截面。2003年5月13日出版的US Sugden專利6，561，590描述了一種切削裝 置，其減少一或多個與現(xiàn)有技術切削裝置相關的缺點。其是在此處稍 后描述的發(fā)明中使用的一種裝置(稱為Sugden裝置)。該Sugden裝置 是旋轉(zhuǎn)(圓盤)底切型切削裝置，其提供改進的從巖石面的巖石移除， 并且制造和作業(yè)相對經(jīng)濟。該Sugden裝置采用足夠量級的反應塊，以在每個振動周期中吸收 由圓盤刀具施加到巖石的力，而且?guī)в凶钚』蜉^小的裝置位移或者支 撐裝置的結(jié)構。因為裝置通常以一定角度向巖石面施加載荷，所以它 導致巖石的拉伸斷裂，而不是壓碎巖石。作用到巖石的此拉伸斷裂力 基本小于所需要的壓碎力，從致與也能被采用的已知巖石挖掘機械相 比，所需反應塊相應減小。當被安裝到支撐結(jié)構上時，該Sugden裝置 圓盤刀具優(yōu)選被設置成使反應塊可吸收圓盤刀具經(jīng)受的周期和峰值的 力，同時支撐結(jié)構提供與圓盤刀具經(jīng)受的平均力相當?shù)幕謴土ΑＴ揝ugden裝置相對于已知的巖石挖掘機械通常需要基本減小的作 用力。設想至少在法力、量級或某一其它重要部分方面減小。這種較 低的力便于使用以臂或吊桿形式的支撐結(jié)構，該支撐結(jié)構能迫使圓盤 刀具的刀刃以任意需要的角度與巖石相接觸，并沿任意方向操縱圓盤 刀具的位置。特別是，相對于長壁開采，圓盤刀具或圓盤刀具列可被 安裝成橫過長壁面的長度，并且在每條路徑上沿主開采方向前進。有 益的是，該Sugden裝置提供圓盤刀具從長壁挖掘中先前的挖掘驅(qū)動或 從預先鉆出的進入孔中，或者通過在相對巖石面的淺角度沖擊巖石而 進入巖石面，直到達到用于路徑所需的深度。在可移動吊桿上安裝有 圓盤刀具的情況下，圓盤刀具可在巖石面周圍移動，以致挖掘任意理 想幾何形狀的面。US Sugden專利6,561,590還公開了它的切削裝置不限于單圓盤刀 具，而能包括不止一個圓盤刀具。例如，切削裝置可包括三個沿同一 平面，但彼此以大約45度的角度設置的圓盤刀具。這種設置可產(chǎn)生特殊形狀的切削面，同時移除巖石的速度大大提高。在這種設置中，三 個圓盤刀具的每一個通過獨立的驅(qū)動裝置驅(qū)動。使用多圓盤刀具對于 長壁作業(yè)特別有用。
US Sugden專利6，561，590還公開了切削裝置適合一定范圍的切削 和開采作業(yè)及機械，例如長壁開采、移動開采機器、隧道開挖機、天 井鉆機、鑿井機和通常的堅硬巖石的挖掘。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種釆礦機，其能有效地利用偏心驅(qū)動圓盤 開采材料。
本發(fā)明是一種包括切削機構的采礦機，該切削機構包括臂、連接 到該臂的大于一千磅的大配重以及第一圓盤刀具，該第一圓盤刀具適 于接合待開采的材料，并且被安裝在第一圓盤刀具組件上，用于偏心 驅(qū)動該第一圓盤刀具。該第一圓盤刀具組件安裝在該大配重內(nèi)。采礦 機還包括第二圓盤刀具，該第二圓盤刀具與第一圓盤刀具組件分隔開 并適于接合待開采材料而且安裝在第二圓盤刀具組件上，用于偏心驅(qū) 動該第二圓盤刀具，該第二圓盤刀具組件安裝在該大配重內(nèi)。
本發(fā)明還提供這樣一種采礦機，其具有被關于與臂縱向軸線成一 定角度的軸線而驅(qū)動的第一圓盤刀具，和被關于與臂縱向軸線平行的 軸線而驅(qū)動的第二圓盤刀具。采礦機還包括第三圓盤刀具，該第三圓 盤刀具適于接合待開采的材料并通過第三圓盤刀具組件與第二圓盤刀 具分隔開地安裝在臂端上，用于偏心驅(qū)動第三圓盤刀具，該第三圓盤 刀具被安裝為關于與臂縱向軸線成一定角度并與第一圓盤刀具軸線成 一定角度的軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還提供這樣一種采礦機，其具有三個圓盤刀具，所述三個 圓盤刀具具有當通過所述三個圓盤刀具形成線時垂直于臂縱向軸線的切削軸線，所述三個圓盤刀具沿切削軸線分隔開，并且該切削軸線與 垂直于礦床的所形成線偏移。本發(fā)明還提供這樣一種采礦機，其具有三 個等深切入待開采材料中的圓盤刀具。本發(fā)明還提供這樣一種采礦機， 該采礦機包括確定圓盤刀具的任何旋轉(zhuǎn)速率變化的裝置。
本發(fā)明還提供這樣一種采礦機，該采礦機包括前平臺、后平臺、 在該前平臺與該后平臺之間可延伸和收縮的裝置以及用于錨定后平臺 或前平臺的裝置，該裝置包括延伸入礦床中的鉆頭。另外，液壓或機 械操作的機器安裝的支柱也能在礦床與礦頂之間的不同位置處使用。
本發(fā)明還提供一種運行采礦機的方法，該采礦機包括臂、安裝在 該臂上的刀具、用于安裝該臂以便在該前平臺上來回擺動的裝置以及 來回擺動該臂的裝置，該方法包括如下步驟使臂朝向待開采材料前 進第一遞增距離；擺動臂以切削材料；然后使臂朝向待開采材料前進
第二遞增距離，該第二遞增距離大于第一遞增距離。
本發(fā)明還提供這樣一種釆礦機，該采礦機包括用于安裝臂以便在 前平臺上進行水平的來回擺動的裝置，該安裝裝置包括用于臂的從頂 到底的豎直運動的樞軸裝置，該樞軸裝置包括開口支撐銷、所述開口 支撐銷包括頂銷和底銷、接收該頂銷的上球面軸承殼體、接收該底銷 的下球面軸承殼體、在上球面軸承殼體與支撐銷之間的上球面軸承， 以及在下球面軸承殼體與支撐銷之間的下球面軸承。其中，該樞軸裝 置包括連接到下球面軸承殼體上的桿。本發(fā)明的裝置可運行以切削或 挖掘非常硬的巖石，而以大大減少的作用力并且每個圓盤刀具基本增 加產(chǎn)率，同時使用較少的功率移除每單位體積的巖石。
圖l是圓盤刀具組件的橫向剖視圖。
圖2是處于挖掘巖石面中的圓盤刀具組件的動作的示意性視圖。 圖3是本發(fā)明的切削機構的透視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的多個圓盤刀具組件的切削模式的示意性透視圖。
圖5是圖3的切削機構的分解透視圖。 圖6是圖3的切削機構的切削頭部分的局部橫向剖視圖。 圖7是切削頭安裝在臂連接支架上的部分放大的橫向剖視圖。 圖8是本發(fā)明的采礦機的示意性俯視圖。
圖9是用于將臂樞轉(zhuǎn)地安裝在圖8中所示的采礦機的前平臺上的機 構的透視圖。
圖10是穿過圖9的臂和樞軸機構的橫向剖視圖。 圖11是用于錨固圖8中所示的采礦機的鉆孔機的橫向剖視圖。
具體實施例方式
在對本發(fā)明的一個實施例進行詳細解釋之前，應當理解本發(fā)明的 應用不限于在下面的說明中所闡述的或在附圖中所示的具體的部件的 構造和設置。本發(fā)明能夠應用其它的實施例，并且可以多種方式來實 行或執(zhí)行。此外，應當理解此處所用的措詞和術語是為了描述的目的， 而不應被認為為限定。正如此處所使用的"包括"和"包含"以及其 變形的使用意味著包括其后列出的項目及其等同物以及附加項目。正 如此處所使用的"由...組成"及其變形的使用意味著僅包括其后列出 的項目及其等同物。此外，應當理解例如"前"、"后"、"左"、
"右"、"上"和"下"等的術語是便于參照附圖的詞匯，而不被解 釋為限定性的術語。
圖l是圓盤刀具組件的橫向剖視圖。圓盤刀具組件10包括安裝組件 11和旋轉(zhuǎn)圓盤刀具12。安裝組件11包括可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體14內(nèi)的安 裝軸13，該殼體可構成或連接到用于沖擊吸收的大的質(zhì)量塊。殼體14 因此可由重金屬形成或者可連接到重金屬塊上。該安裝軸包括軸驅(qū)動 部18和圓盤驅(qū)動部20。
根據(jù)本發(fā)明的巖石挖掘或采礦機包括圓盤刀具12，其特征在于驅(qū)動該圓盤刀具使其以偏心方式運動。偏心運動的幅度與圓盤驅(qū)動部軸 線和軸驅(qū)動部軸線的中心之間的偏移量直接成比例，并且通常該量相
對小。優(yōu)選地，通過相對小的振幅并且以例如大約3000 RPM的高頻率 促使圓盤刀具12被偏心驅(qū)動。
通過驅(qū)動圓盤刀具12的運動是，例如以通常地以一定角度沖擊巖 石，并引起巖石的拉伸斷裂，以致在圓盤刀片的沖擊下巖石的碎片從 巖石表面移動。此處，本發(fā)明與滾動刀刃圓盤刀具不同，滾動刀刃圓 盤刀具施加垂直于巖石面的力以形成產(chǎn)生巖石碎片的橫向裂縫。根據(jù) 圓盤刀具組件的在巖石中產(chǎn)生拉伸斷裂以移動巖石碎片所需的力是比 已知的滾動刀刃圓盤刀具移動相同量的巖石所需的力更小的數(shù)量級， 因此本發(fā)明的裝置關于能量需求更高效。
圓盤刀具組件10的圓盤刀具12優(yōu)選具有圓形周邊。圓盤刀具12包 括多個分隔開的優(yōu)選碳化鎢的切削刀片或刀頭16，該切削刀片或刀頭 固定到圓盤刀具的圓形周邊上。圓盤刀具12的周邊設置為相對于其振 動而自由轉(zhuǎn)動，以致該周邊能在沖擊下在巖石表面上滾動。以這種方 式，切削周邊刀刃的所有部分逐漸移動脫開與巖石的接觸并允許冷卻， 磨損均勻地分布。因為接觸力相對低，所以與滾動刀刃類型的刀具相 比，磨損率降低。
具體地，圓盤刀具12的振動或偏心運動可以任意適當?shù)姆绞疆a(chǎn)生。 在優(yōu)選設置中，圓盤刀具12被安裝用于在通過適當?shù)尿?qū)動裝置(未示 出)驅(qū)動的軸驅(qū)動部18以及圓盤驅(qū)動部20上進行旋轉(zhuǎn)運動，如下文所 述，圓盤刀具12安裝在該圓盤驅(qū)動部上。軸驅(qū)動部18關于其旋轉(zhuǎn)的軸 線與圓盤驅(qū)動部20相偏移，以迫使圓盤刀具12以偏心方式運動。如圖l 中所示，圓盤驅(qū)動部20的橫截面顯示在軸驅(qū)動部18的中心軸線之下， 圓盤驅(qū)動部20較厚。圓盤刀具12及其圓盤驅(qū)動部20的中心軸線與軸驅(qū) 動部18的軸線偏移僅大約幾毫米。該偏移量確定了圓盤刀具12的振動 (偏心)運動的程度。圓盤刀具的這種偏心運動引起圓盤刀具12在待開采礦石上的類似鑿巖機的動作。
在替代結(jié)構(未示出)中，通過使驅(qū)動部繞其旋轉(zhuǎn)的軸線與圓盤
刀具12的安裝部的軸線有角度地偏移，還可引起圓盤刀具12在振動的 同時章動，如在US Sugden 6，561，590中所述。
圓盤刀具12依靠安裝轉(zhuǎn)子36安裝在刀具組件10上。安裝組件ll包 括具有軸支撐部19的殼體14。殼體14還支撐安裝轉(zhuǎn)子36。軸支撐部19 具有與驅(qū)動軸13的軸線重合的縱向軸線。驅(qū)動軸13通過軸承15和17可 轉(zhuǎn)動地安裝在軸支撐部19內(nèi)，所述軸承可以為任意適當?shù)念愋秃统休d 能力。軸承15和17以本領域的技術人員已知的任意適當方式安裝。
軸支撐部19的一端21具有平直的徑向延伸面23。環(huán)形圓盤抵蓋25 連接到該平直徑向延伸面23的外周邊。圓盤安裝轉(zhuǎn)子36包括一端26， 并且它也具有平直的徑向延伸面27。圓盤安裝轉(zhuǎn)子36的一端26與軸支 撐部19的一端21相鄰，并且兩個端部21和26彼此擠靠目的是支撐圓盤 安裝轉(zhuǎn)子36和圓盤刀具12，以便圓盤刀具12相對于軸支撐部19的旋轉(zhuǎn) 運動。圓盤安裝轉(zhuǎn)子36的一端21通過圓盤抵蓋25保持在適當?shù)奈恢茫?該圓盤抵蓋在圓盤安裝頭端21的外周的一部分上延伸。在圓盤安裝轉(zhuǎn) 子36的一端21與圓盤抵蓋25之間設有充足的間隙，以允許圓盤安裝轉(zhuǎn) 子36和圓盤刀具12相對于圓盤抵蓋25偏心運動。潤滑口 (未示出)保 持在各平直徑向延伸面23和27之間有油膜，并且又將潤滑劑輸送到位 于刀具組件10內(nèi)的其它移動部件。圓盤刀具12通過例如螺紋連接器37 的適當連接裝置安裝在安裝轉(zhuǎn)子36上。通過拆下連接器37可將圓盤刀 具12從圓盤刀具組件10上拆下，便于替換或修理。
圓盤刀具12安裝在圓盤驅(qū)動部20上以便自由旋轉(zhuǎn)運動。圓盤刀具 12通過球形滾柱軸承39安裝，該滾柱軸承通過安裝轉(zhuǎn)子36的臺階40和 壁41定位。較大軸承39直接排列在圓盤刀具12的負載路徑中，由此承 受大部分的徑向刀具負載。刀具組件10中采用的各種軸承可以是任意適當種類的，但優(yōu)選它們是減摩的滾柱軸承，并且可以是液體動壓或 液體靜壓軸承。
當沖擊待挖掘或開采的材料時，作為采礦動作的結(jié)果，圓盤刀具 12趨于旋轉(zhuǎn)。恒定的旋轉(zhuǎn)速度表示出現(xiàn)適當?shù)膸r石斷裂，而旋轉(zhuǎn)速度
的變化表示出現(xiàn)了不適當?shù)膸r石斷裂，例如，當迫使圓盤刀具12太快 地進入礦石中時。為了檢測何時出現(xiàn)不適當?shù)拈_采，切削裝置10還包 括確定圓盤刀具的任意旋轉(zhuǎn)速率的變化的裝置。具體地，在優(yōu)選實施 例中，永磁鐵40靠近一端26的周邊連接到并定位在安裝轉(zhuǎn)子36內(nèi)?；?爾傳感器42靠近一端21的周邊連接到并定位在軸支撐部19的一端21 內(nèi)，因此當安裝轉(zhuǎn)子36相對于支撐部19旋轉(zhuǎn)時，永磁鐵40在霍爾傳感 器42附近經(jīng)過。這導致產(chǎn)生脈沖，并且通過利用控制器44測量脈沖之 間的間歇時間可確定圓盤刀具12的旋轉(zhuǎn)速度的變化。如果確定了變化， 那么可重新改變釆礦裝置10的操作以將圓盤刀具12的旋轉(zhuǎn)速度返回到 恒定值。該恒定旋轉(zhuǎn)速度可以是任意速度，或者該恒定旋轉(zhuǎn)速度可以 是預定的優(yōu)選值。在替代實施例(未示出)中，可使用不止一個永磁 鐵，并且可以確定圓盤刀具的旋轉(zhuǎn)方向。
圓盤刀具12的運動在導致巖石拉伸斷裂的沖擊下向巖石表面施加 沖擊載荷。參照圖2，可以看到在巖石56的點59處，圓盤刀具12的運動 使切削刀片或刀刃58在振動下進入接合。這種振動的移動導致圓盤刀 具12在基本垂直于安裝軸13的軸線AA的方向行進。振動的移動的設置 引起切削刀刃58基本沿方向S沖擊表面59，以致在巖石中形成巖石碎片 60，如圖所示。通過虛線61表示未來的碎片。圓盤刀具12在下面59上 的動作類似于在例如巖石的被有效導致拉伸斷裂的脆性材料中產(chǎn)生拉 伸應力的鑿子的動作。圓盤刀具在巖石下面59上的沖擊方向S通過軸承 39反應。
圖3、 5和8示出了根據(jù)本發(fā)明的采礦機100 (見圖8)。采礦機IOO 包括切削機構104，該切削機構包括具有臂端112 (見圖5)的臂10S、
14通過大吸收塊127 (見圖5)安裝在臂端112上并適于接合待開采材料的 第一圓盤刀具116。切削機構104還包括安裝在臂端112上并與第一圓盤 刀具116分隔開并且適于接合待開采材料的第二圓盤刀具120，以及安 裝在臂端112上并與第一圓盤刀具116和第二圓盤刀具120分隔開并且 適于接合待開采材料的第三圓盤刀具124。具體地，圓盤刀具116、 120 和124的每一個分別是如上所述的圓盤刀具組件117、 121和125 (見圖5) 的一部分。
安裝圓盤刀具116、 120和124用于移動到被挖掘的巖石中。因此， 采礦機100安裝在例如輪子或鐵軌或履帶或軌道(均未示出)上，并且 優(yōu)選安裝設施設置為對由圓盤刀具施加的近似平均的力作出反應，而 大吸收塊127 (見圖5)對峰值力起反應，如下所述。
具體地，如圖8中所示，切削機構104還包括使圓盤刀具進入待開 采材料中的裝置，該裝置包括前平臺128和后平臺130、用于安裝臂以 在前平臺128上進行水平來回擺動的樞軸裝置132、以及以一對分隔開 的液壓缸形式可在該前平臺和該后平臺之間延伸和收縮的裝置136，用 于當后平臺130錨固時，相對于后平臺130向前(朝向著待開采的材料) 移動前平臺128，以及當前平臺128錨固時，相對于前平臺128向后移動 后平臺130。傳送帶145或真空系統(tǒng)(未示出)或兩者都可定位在圓盤 刀具之下并在機器100的一側(cè)上，如圖8中示意性所示，以移除被驅(qū)出 的材料。
更具體地，采礦機100包括用于錨固前平臺和后平臺的錨固裝置， 該裝置包括固定到各自平臺并延伸到礦床中的鉆孔機144。此外，液壓 或機械機器安裝的支柱(未示出)也可在介于礦床與礦頂之間的不同 位置處使用。更具體地，如圖ll中所示，通過使用中空空心鉆303垂直 于平均礦床水平面鉆入床材料中達到進入床中大約150mm (6英寸)的 深度，鉆孔機144使采礦機10能夠錨固到礦床301。利用原狀的床材料 中心部分302提供附加的錨固穩(wěn)定性，靜止鉆頭然后當作錨固銷。圓柱形鉆載體304在鉆的同時當作導向件，并且一旦錨固鉆頭303到達全部 深度時，圓柱形鉆載體304也當作支撐件，以使由于通過利用在中空空 心鉆大部分延伸長度上的床材料包住中空空心鉆303而在平行于床的 方向上作用到采礦機10的力引起的可能施加到中空空心鉆303的彎曲 力矩最小。依靠電動機305 (但在其它實施例中可以是液壓鉆機，其沒 有被示出)通過電動機軸306與中空空心鉆303的頂部之間的鍵接合使 中空空心鉆303旋轉(zhuǎn)。以單獨球軸承形式的滾動軸承件307能夠迫使中 空空心鉆303在旋轉(zhuǎn)的同時進入床中以及從床中拔出。圓形保持夾具 308將中空空心鉆鎖緊到滾動軸承件307的內(nèi)圈上。電動機305裝入圓柱 形容器309中，該容器309通過滾動軸承件307延伸和收縮電動機305以 及連接的中空空心鉆303。在各自的平臺和電動機305之間延伸的液壓 缸310依靠掛鉤和銷裝置313連接到蓋311的活塞桿312，通過圓柱形容 器309及其可拆卸的蓋311使電動機305和連接的中空空心鉆303的延伸 和收縮，氣缸310連接到各自的平臺上。氣缸和活塞桿的長度和連接被 這樣設置，以使其允許最小延伸和收縮等于所需最大鉆探深度加上圓 柱形鉆載體304的下端與床之間的距離。
依靠一或多個將電動機鎖緊到螺栓連接蓋311的定位銷316來防止 電動機305由于圓柱形容器309中的反作用力矩而旋轉(zhuǎn)。通過在接合在 位于圓柱形鉆載體304內(nèi)壁的上部中的配合縱向槽317中的蓋上的舌片 來防止螺栓連接蓋311在圓柱形鉆載體304中旋轉(zhuǎn)，以使其允許電動機 和空心鉆的延伸和收縮。槽317的長度設置為允許中空空心鉆303如上 所述的全部延伸和收縮。槽317的底部和螺栓連接的圓柱形鉆載體蓋 318當作用于電動機和中空空心鉆延伸和收縮的機械止動件。
圓柱形鉆載體304設有用于將錨固鉆頭300螺栓連接到釆礦機結(jié)構 314的肩部。蓋311上的孔允許用于電動機旋轉(zhuǎn)的電源和控制件315進 入。
圓盤刀具116、 120和124的每一個通過進入待開采的材料中的臂108驅(qū)動，而臂108通過分別連接在臂108與前平臺128之間的第一和第 二液壓缸160和164擺動進入待開采的材料中。在其它實施例(未示出) 中，可使用液壓或電動旋轉(zhuǎn)致動器以旋轉(zhuǎn)臂108，增加臂的旋轉(zhuǎn)量。通 過安裝臂108、用于臂108的樞轉(zhuǎn)裝置132以及沿著平行于待開采材料的 前平臺128上的軌道(未示出)可滑動的臂平臺168上的氣缸160和164， 臂108也相對于前平臺128平移。連接在臂平臺168和前平臺128之間的 氣缸172使臂108相對于前平臺128移動。
圓盤刀具的每一個的質(zhì)量塊比設置用于負載吸收的質(zhì)量塊127的 相對更小。當圓盤刀具在振動下接合巖石表面時，施加在每個圓盤刀 具上的載荷通過大質(zhì)量塊127的慣性反應或吸收，而不是通過臂108或 其它支撐結(jié)構。
具體地，如圖3和5中所示，切削機構104包括臂108、切削頭形式 的大質(zhì)量塊127以及用于將切削頭127連接到臂108的支架176。切削頭 127是容納三個圓盤刀具組件10的殼體。更具體地，該切削頭包括三個 單個的開口180、 182和184，所述開口的每一個以傳統(tǒng)方式可松開地容 納圓盤刀具116、 120和124的一個以及它們的各自組件。圍繞三個開口 的切削頭內(nèi)部容積填充有重材料，例如灌注或預澆鑄的鉛186，如圖6 中的切削頭127的橫向剖視圖中所示。噴水口129 (見圖3和圖5)靠近 每個圓盤刀具的前面在礦石切削方向安裝。通過使三個偏心驅(qū)動的圓 盤刀具分擔共同的重量，需要較小的總重量，由此使釆礦機100較輕并 且更緊湊。在優(yōu)選的實施例中，三個圓盤刀具之間分擔大約6噸的重量， 每個圓盤刀具的直徑大約為35厘米。在其它實施例中，可使用更小或 更大的圓盤刀具。
支架176以適當?shù)姆绞?未示出)，例如通過焊接固定到臂108。 支架176通過兩個U型槽件190和192連接到切削頭127。每個槽件容納切 削頭127上的凸緣194和支架176上的凸緣196，目的是以將切削頭127連 接到支架176上。如圖7中所示，彈性套筒200置于切削頭127與支架176之間以使切削頭的振動與臂108隔絕。
如圖9和10中所示，用于臂108的樞軸安裝以在前平臺128上進行水 平的來回擺動的裝置132包括樞軸204，用于臂108的從頂?shù)降椎呢Q直運 動。樞軸裝置132包括開口支撐銷208，所述支撐銷208具有連接到臂108 頂部的頂銷209和連接到臂108底部的底銷210。具體地，樞軸裝置204 包括上球面軸承殼體216和下球面軸承殼體224。臂108通過在上球面軸 承殼體216與頂銷209之間的上球面軸承211安裝到頂銷209上，并且臂 108通過在下球面軸承殼體與底銷210之間的下球面軸承213安裝到底 銷210上。球面軸承殼體216和224的每一個通過容器228和232相對于臂 平臺168保持靜止，如圖10中示意性所示。
為了實現(xiàn)臂108的上下或從頂?shù)降椎呢Q直運動，裝置204包括連接 到下球面軸承殼體224的桿234、連接到桿234并且在其底部樞轉(zhuǎn)連接到 臂平臺168的銷236、以及用于以連接在銷236的頂部與臂平臺之間的液 壓缸237的形式旋轉(zhuǎn)桿目的是旋轉(zhuǎn)下球面軸承殼體224并因此旋轉(zhuǎn)臂 108的裝置。連接到底部平臺168的相同桿和銷(均未示出)連接到下 球面軸承殼體224的相對側(cè)，以致為組件提供固定支點。
為了以例如圖4中所示的方式獲得向待開采材料中的均勻切入 243，臂108具有縱向軸線242，如圖3中所示，第二圓盤刀具120關于至 少平行于臂縱向軸線242 (或與其共軸，如在所示的實施例中)的軸線 驅(qū)動，而第一圓盤刀具116關于與臂縱向軸線242成一定角度的軸線246 驅(qū)動，其中，安裝第三圓盤刀具124以關于與臂縱向軸線242成一定角 度并與第一圓盤刀具的軸線246成一定角度的軸線250旋轉(zhuǎn)。切削圓盤 的軸線的相對角度從圖5中所示的刀具圓盤組件的定向中也很明顯。
當通過三個圓盤刀具形成線時，其限定切削軸線256，并且該切削 軸線256垂直于臂縱向軸線242，三個圓盤刀具沿切削軸線256分隔開。切削軸線256與垂直于礦床所形成的線偏移，因此當圖3的臂沿順
時針方向擺動時，第一或最下圓盤刀具116將首先接觸待開采的礦石。 這導致圓盤刀具116濺出落到礦床的材料。然后，當?shù)诙A盤刀具120 接觸待開采的礦石時，在第二圓盤刀具120之下的空間已通過第一圓盤 刀具116讓出，因此其也具有位于其下面的用于濺出的礦石落入到礦床 的空間。對于第三圓盤刀具120也是如此。因此，在前的圓盤刀具116 處于最下面的位置，這有益于刀具的壽命，并確保由隨后的圓盤刀具 產(chǎn)生的的切削品不會被在前刀具再壓碎。
此外，每個旋轉(zhuǎn)圓盤刀具的切削面相對于下一相鄰旋轉(zhuǎn)圓盤刀具 沿切削軸線256成一定角度。這導致每個圓盤刀具總是以10度的沖角靠 近待開采的礦石，以獲得最佳量的濺出材料。
另外，圓盤刀具被設置成使每個圓盤刀具等深地切入待開采的材 料中。這防止了待開采礦石的不均勻，而這種不均勻會導致阻礙采礦 機IOO。
采礦機100通過使用液壓缸136使臂108向著待開采礦石前進第一 遞增距離、使臂108擺動以切削材料、然后使臂108向著待開采礦石前 進第二遞增距離而作業(yè)，該第二遞增距離等于第一遞增距離。因此， 切削頭127與待開采礦石之間的接觸得以最小化。
本發(fā)明的切削裝置被考慮用于提供更經(jīng)濟有效的巖石切削，因為 與已知的旋轉(zhuǎn)切削機械重量相比，該裝置可以更低或減少的重量裝配。 可以想象包括支撐臂的本發(fā)明的切削裝置可制造為具有大約30噸的總 重量。這意味著與已知的旋轉(zhuǎn)切削機械相比，該裝置具有以基本降低 的成本被制造和操作的潛力。重量的減少主要由于增強巖石切削，而 增強巖石切削是利用底切圓盤刀具由振動組合引起，由此需要減少的 切削力。因此，采礦機承受減少的載荷，并因此需要基本較小的力來 有效地實現(xiàn)巖石斷裂。另外，由切削過程產(chǎn)生的沖擊載荷相對低，因此導致對相鄰的周圍巖石的破壞可以忽略不計，由此，減小巖石跌落 的可能性，并且降低了開挖面所必須的支撐量。而且，由于裝置的總 重量和所產(chǎn)生的沖擊載荷的量級，該裝置可安裝在用于移入開挖面中 的車輛上。
本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點從隨后的權利要求中將很明顯。
權利要求
1.一種采礦機，包括切削機構，所述切削機構包括臂，大于一千磅的大配重，所述配重連接到所述臂上，第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具適于接合待開采的材料并安裝在第一圓盤刀具組件上，用于偏心驅(qū)動第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具組件安裝在所述大配重內(nèi)，第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具與所述第一圓盤刀具組件分隔開并適于接合待開采材料而且安裝在第二圓盤刀具組件上，用于偏心驅(qū)動第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具組件安裝在大配重內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具的每一個 通過所述臂驅(qū)動到待開采的材料中。
3. —種采礦機，包括 切削機構，所述切削機構包括 臂，所述臂具有縱向軸線和臂端，第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具適于接合待開采的材料并通過 第一圓盤刀具組件安裝在所述臂端上，用于偏心驅(qū)動所述第一圓盤刀 具，所述第一圓盤刀具被關于與所述臂縱向軸線成一定角度的軸線驅(qū) 動，第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具適于接合待開采材料并通過第 二圓盤刀具組件與所述第一圓盤刀具分隔開地安裝在所述臂端上，用 于偏心驅(qū)動所述第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具被關于平行于所述 臂縱向軸線的軸線驅(qū)動，以及第三圓盤刀具，所述第三圓盤刀具適于接合待開采的材料并通過 第三圓盤刀具組件與所述第二圓盤刀具分隔開地安裝在所述臂端上， 用于偏心驅(qū)動所述第三圓盤刀具，所述第三圓盤刀具被安裝成關于與所述臂縱向軸線成一定角度并與所述第一圓盤刀具軸線成一定角度的 軸線旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具的每一個 通過所述臂驅(qū)動到待開采的材料中。
5. —種釆礦機，包括 切削機構，所述切削機構包括 臂，所述臂具有臂端，第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具適于接合待開采的材料并通過 第一圓盤刀具組件安裝在所述臂端上，用于偏心驅(qū)動所述第一圓盤刀 具，第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具適于接合待開采材料并通過第 二圓盤刀具組件與所述第一圓盤刀具分隔開地安裝在所述臂端上，用 于偏心驅(qū)動所述第二圓盤刀具，以及第三圓盤刀具，所述第三圓盤刀具適于接合待開采的材料并通過 第三圓盤刀具組件與所述第二圓盤刀具分隔開地安裝在所述臂端上， 用于偏心驅(qū)動所述第三圓盤刀具，所述三個圓盤刀具具有切削軸線， 當其通過三個圓盤刀具形成時，所述切削軸線垂直于所述臂縱向軸線， 所述三個圓盤刀具沿所述切削軸線分隔開，并且所述切削軸線與垂直 于礦床所形成的線相偏移。
6. 根據(jù)權利要求5所述的采礦機，其中，每個旋轉(zhuǎn)圓盤刀具的切削面相對于下一相鄰旋轉(zhuǎn)圓盤刀具成一定角度。
7. 根據(jù)權利要求5所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具的每一個通過所述臂驅(qū)動到待開采的材料中。
8. —種采礦機，包括切削機構，所述切削機構包括臂，所述臂具有臂端，第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具安裝在所述臂端上，并適于接 合待開采的材料，第二圓盤刀具，所述第二圓盤刀具安裝在所述臂端上并與所述第 一圓盤刀具分隔開而且適于接合待開采材料，以及第三圓盤刀具，所述第三圓盤刀具安裝在所述臂端上并與所述第 一圓盤刀具和所述第二圓盤刀具分隔開而且適于接合待開采的材料， 所述三個圓盤刀具等深地切入待開采的材料中。
9. 根據(jù)權利要求8所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具的每一個 通過所述臂驅(qū)動到待開采的材料中。
10. 根據(jù)權利要求8所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具通過擺 動所述臂而驅(qū)動到待開采的材料中。
11. 根據(jù)權利要求8所述的采礦機，其中，所述圓盤刀具的每一個也被偏心地驅(qū)動到待開采的材料中。
12. —種采礦機，包括 切削機構，所述切削機構包括 臂，第一圓盤刀具，所述第一圓盤刀具安裝在所述臂上，以使其自由 地大致關于第一圓盤刀具的軸線旋轉(zhuǎn)，用于驅(qū)動所述圓盤刀具進入待開采的材料中的裝置， 大于一千磅的大配重，所述配重連接到所述臂，以及 用于確定所述圓盤刀具的任何旋轉(zhuǎn)速率的變化的裝置。
13. —種采礦機，包括 切削機構，所述切削機構包括 臂，刀具，所述刀具安裝在所述臂上，用于將所述臂安裝在所述前平臺上的裝置，后平臺，在所述前平臺與所述后平臺之間可延伸和可收縮的裝置， 用于錨定所述后平臺的裝置，所述裝置包括延伸入礦床中的鉆孔
14. 一種運行采礦機的方法，所述采礦機包括 臂，刀具，所述刀具安裝在所述臂上，用于安裝所述臂以在所述前平臺上來回擺動的裝置，以及用于來回擺動所述臂的裝置，所述方法包括如下步驟使所述臂朝向待開采材料前進第一遞增距離， 使所述臂擺動以切削所述材料，然后使所述臂朝向待開采材料前進第二遞增距離，所述第二遞增 距離大于所述第一遞增距離。
15. —種采礦機，包括 切削機構，所述切削機構包括 臂，用于安裝所述臂以在所述前平臺上水平地來回擺動的裝置，所述安裝裝置包括用于所述臂從頂?shù)降棕Q直運動的樞軸裝置，所述樞軸裝置包括開口支撐銷，所述開口支撐銷包括頂銷和底銷， 上球面軸承殼體，所述上球面軸承殼體接收所述頂銷， 下球面軸承殼體，所述下球面軸承殼體接收所述底銷， 上球面軸承，所述上球面軸承在所述上球面軸承殼體與所述支撐 銷之間，以及下球面軸承，所述下球面軸承在所述下球面軸承殼體與所述支撐銷之間。其中，所述樞軸裝置包括連接到所述下球面軸承殼體上的桿。
全文摘要
一種包括切削機構的采礦機，該切削機構具有臂和連接到該臂的大于一千磅的大配重。該采礦機還包括第一圓盤刀具，該第一圓盤刀具適于接合待開采的材料并安裝在第一圓盤刀具組件上，用于偏心驅(qū)動第一圓盤刀具，第一圓盤刀具組件安裝在該大配重內(nèi)。采礦機還包括至少第二圓盤刀具，該第二圓盤刀具與第一圓盤刀具組件分隔開并適于接合待開采材料，而且安裝在第二圓盤刀具組件上，用于偏心驅(qū)動第二圓盤刀具，該第二圓盤刀具組件安裝在該大配重內(nèi)。
文檔編號E21C25/00GK101575973SQ20081021492
公開日2009年11月11日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權日2007年8月31日
發(fā)明者叟撒 喬庫伊姆·安東尼奧·索勒斯·德, 安德拉德 亞歷克斯·福雷勒·德, 查爾·克利斯托·威爾德曼, 滕斯·費查德特·斯基, 阿瑟·肯尼斯·莫勒 申請人:喬伊·姆·特拉華公司