本發(fā)明屬于掘進(jìn)機(jī)設(shè)備，具體涉及一種頂鉆截齒及其截割頭。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有煤礦及隧道用掘進(jìn)機(jī)的截割頭，一般為圓錐形、圓臺形或錐臺結(jié)合等類型。截割頭上按照嚴(yán)格的計算結(jié)果及電腦三維模擬，分布著裝有截齒的齒座，齒座焊接在截割頭基體上。有的齒座上帶有水孔及噴嘴，水孔連接截割頭基體中的水道，水道通過一系列密封及管路形成的水系統(tǒng)通到供水源，用于為截割頭提供用于降塵及冷卻的噴霧水。其所用截齒為具有單一硬質(zhì)合金齒尖的鎬形截齒或刀形截齒。

常見截齒排布沿截割頭基體螺旋分布，按照一定軸向距離、圓周角以及不同的姿態(tài)（包括切割角、轉(zhuǎn)角、自偏角）分布幾十把截齒。其數(shù)量多少按截割頭基體的大小及其所對應(yīng)掘進(jìn)機(jī)截割功率、工作面巖層具體硬度及節(jié)理分布的不同而有所不同。

現(xiàn)有截割頭在截割硬巖的工作中，都存在磨損的問題，且分布在截割頭不同位置的截齒及齒座受到的磨損程度不同。

一般分布在截割頭尾端（大直徑端）的截齒及其齒座，因其幾乎不參與截割頭初期的鉆進(jìn)動作，并且所處的轉(zhuǎn)動半徑大，單刀截割力小，所以其所受到的磨損是最小的。隨著所排列的截齒距離尾端距離的加大，截齒所能參與到的工作量也逐步增加，截齒所在的旋轉(zhuǎn)半徑逐漸減小，截齒的單刀截割力逐漸增大，單一截齒所受到的磨損也逐步增大。

不論截割頭頂部截割輪廓是大平頂、小平頂或球頂，其都不可能像截割頭尾端的截齒排布一樣布下足夠多數(shù)量的截齒?，F(xiàn)有技術(shù)中各機(jī)型截割頭最頂部的中心位置還設(shè)有截齒，截齒數(shù)量一般為2到3把，最多不超過4把。在如此狹小的地方布置的截齒，不論其姿態(tài)如何調(diào)整，都會在截割頭初期鉆進(jìn)截割及后期擺動截割過程中，直接將齒座的一部分暴露在外，齒座會先受到磨損。

雖然截齒的磨損在截割頭的截割過程中是不可避免的，但我們希望截齒的磨損遵循以下規(guī)律：截齒齒尖（硬質(zhì)合金材料）先磨損，然后是截齒齒體的頂部，盡可能在不磨損到齒座的時候?qū)⒛p的截齒換掉。

但現(xiàn)實中，位于截割頭頂部的截齒，不論如何調(diào)整位置，其齒座均會有一部分暴露在磨損范圍內(nèi)，先于齒尖或與齒尖同時受到巖層的磨損。

而當(dāng)截割頭頂部截齒磨損掉又未及時更換時，靠近截割頭頂部的截齒及齒座也將加速磨損。而且，這種磨損不同于一般工況下的磨損，因為當(dāng)頂部截齒缺失后，靠近頂部的齒座將直接暴露出來，使得靠近頂部的截齒齒座先于截齒齒尖受到磨損，加速了截割頭的損壞。

為了解決這一問題，國內(nèi)外的齒座及截齒生產(chǎn)公司研發(fā)了一系列的特型截齒及齒座。一般分為加固截齒與加固齒座兩類。加固截齒的，在截齒齒尖所在周圍的各類易磨損區(qū)堆焊高鉻合金鑄鐵及其他耐磨材料，形成一系列加固截齒。加固齒座的，在齒座頂部及最易磨損部位堆焊高鉻合金鑄鐵及各類耐磨材料形成一系列加固型齒座。還有在齒座易損處鑲嵌（預(yù)鉆孔釬焊）直徑幾毫米的彌散小硬質(zhì)合金圓柱體來替代堆焊材料的。但這些措施存在如下缺陷：

首先，堆焊材料，因其必須采用堆焊工藝熱涂覆，而材料的可焊性是隨著硬度的增加而降低的，這就限制了堆焊材料硬度的上限，使其無法跟采用粉末冶金工藝制造的硬質(zhì)合金的硬度相比。所以堆焊材料的硬度，在對抗煤巖、軟質(zhì)石灰?guī)r、含巖土壤、節(jié)理發(fā)育良好的巖層等地質(zhì)時，具有一定的耐磨效果。一旦截割過程中遇到硬巖，并且完全不發(fā)育，還具有一定雕刻性的硬巖，堆焊材料將在幾分鐘內(nèi)磨損掉。

其次，彌散性的小顆粒硬質(zhì)合金，由于其體積小，限制了可釬焊表面的表面積，使其釬焊強(qiáng)度不可能達(dá)到很高。在對抗具有可雕刻硬巖的工程中，帶有彌散性小顆粒硬質(zhì)合金的齒座也不會像正常排布的截齒群一樣具有一定的強(qiáng)度及耐磨性。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的處理措施均很難解決截割頭前端和尾端磨損程度不同，以及前端易快速磨損的問題。

中國專利201220486586.3公開了一種可更換頂部截割刃的新型截割頭，適用于中硬巖層以上煤田地質(zhì)、煤礦等硬地質(zhì)的井下巷道、鐵路和隧道施工的掘進(jìn)；其主要特點是一種可更換頂部截割刃的新型截割頭，主要有截割頭體、截齒、齒座和可更換頂部截割刃組成，其特征為在截割頭體圓錐頂部配置了利于掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)的截割刃來代替原部位的截齒和齒座，其中截割刃也稱中心刀。該方案的中心刀的高度超過了其周圍截齒的高度，在鉆進(jìn)后擺動切割過程中，中心刀一直會受到側(cè)向力，承受較大彎矩而發(fā)生斷裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種磨損緩慢、更換拆裝方便的頂鉆截齒及其截割頭。

本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是：一種頂鉆截齒，包括座體、設(shè)置于座體頂部的多個切削頭，座體頂部為圓錐面，座體頂部設(shè)有導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽沿周向間隔設(shè)有多個，座體頂部未設(shè)置導(dǎo)料槽的區(qū)域形成凸臺，在凸臺上朝向旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)設(shè)有第一斜面，該第一斜面與座體頂部圓錐面之間存在夾角θ；

所述切削頭設(shè)置于凸臺的第一斜面上，且切削頭沿同一平面上的單一螺旋線排布。

上述方案的設(shè)計能夠在座體上布下足夠多數(shù)量的切削頭，由于座體面積相對傳統(tǒng)方案更大，便于調(diào)整所排布的切削頭的姿態(tài)角度，使得在鉆進(jìn)截割過程中，始終是切削頭進(jìn)行工作，避免座體頂部磨損。

同時采用單一螺旋線布置，截割效率更高，由于是小工作面，可以忽略單一曲線振動大的缺陷。

優(yōu)選的，所述夾角θ范圍為[15°，30°]。設(shè)計第一斜面的夾角目的在于使得切削頭能夠在工作時沿切削頭的軸向受力。

所述座體頂部為圓錐面的錐角為[140°，160°]。設(shè)計圓錐面的夾角是為了適應(yīng)較軟地質(zhì)條件下的大塊排料的要求。

所述導(dǎo)料槽為扇形，其張角為[100°，120°]，導(dǎo)料槽底部為向外圍傾斜的面；

導(dǎo)料槽均布設(shè)置，凸臺均布設(shè)置，且設(shè)置于同一凸臺上的切削頭在同一直線上。

正因為采用了單一螺旋線布置的原理，設(shè)計曲線簡單，更有利于有限空間內(nèi)導(dǎo)料槽的設(shè)計，且排料更容易。

具體的，所述導(dǎo)料槽沿圓周均布設(shè)有3個，座體頂部被分隔出3個均布的凸臺；

所述夾角θ為20°；座體頂部圓錐面的錐角為150°；導(dǎo)料槽的張角為110°。

進(jìn)一步的，第一斜面上開有沉孔，所述切削頭嵌入沉孔內(nèi)并焊接固定，所述切削頭采用硬質(zhì)合金制成。

同時，本發(fā)明還提供一種截割頭,包括基體、圍繞基體呈螺旋上升排布的截齒，所述基體頂部中心安裝有上述頂鉆截齒，所述頂鉆截齒的切削頭的高度不超過其周圍截齒高度。

掘進(jìn)機(jī)在工作時，首先是進(jìn)行軸向鉆進(jìn)，然后進(jìn)行擺動切割。當(dāng)周圍截齒將巖石切割后，巖石中間會剩余一個凸起，頂鉆截齒用于切割這個凸起部位。完全鉆進(jìn)后，鉆孔底部還是會留有一個凸起，這時擺動切割，頂鉆截齒就會受到側(cè)向力，但這個受側(cè)向力的時間非常短暫，當(dāng)頂鉆截齒將這個凸起鉆削完畢，之后的擺動切削過程中，就不會再受側(cè)向力了。

具體的，所述座體為倒錐形，其側(cè)壁上設(shè)有階梯臺，座體側(cè)壁包括從上自下依次銜接的第二斜面、第一臺階面、第二臺階面；

所述基體頂部中心設(shè)有與座體側(cè)壁形狀相同的裝配孔，所述第二臺階面上設(shè)有螺紋，且螺紋旋向與截齒所在螺旋線的旋向一致，座體通過第二臺階面與裝配孔螺紋連接。

螺紋旋向與截齒所在螺旋線的旋向一致，可防止截齒在旋轉(zhuǎn)截割中螺紋松動（因旋向一致，在轉(zhuǎn)動時，齒體所受阻力矩方向與其自身旋緊方向一致）。

進(jìn)一步的，所述第一臺階面與裝配孔之間為間隙配合，用以保證座體能承受徑向力；第一臺階面與裝配孔的配合間隙小于第二臺階面上螺紋的配合間隙，使得螺紋處只受到軸向力，不受徑向力或彎矩。

截割頭旋轉(zhuǎn)工作時，能同時承受軸向力及徑向力，以適應(yīng)截割頭的軸向鉆進(jìn)動作及橫向擺動截割動作。

進(jìn)一步的，所述基體內(nèi)設(shè)有用于安裝驅(qū)動裝置的空腔；

在座體頂部中心自上而下開有拆裝孔，拆裝孔為通孔，在基體內(nèi)對應(yīng)拆裝孔軸線位置開有與基體內(nèi)的空腔連通的貫通孔，且該貫通孔與拆裝孔連通；

拆裝孔的頂部設(shè)有防塵塞，貫通孔的下端設(shè)有防塵塞。

上述方案中，拆裝孔設(shè)計成通孔可以預(yù)防磨損后因內(nèi)孔有效深度不足而影響裝卸。防塵塞在輕度磨損時防止污染物進(jìn)入拆裝孔中。貫通孔用作清理孔，以防拆裝孔工作中被堵，且不能在防塵塞方向清理干凈堵塞物時，從此貫通孔中清理堵塞物。貫通孔中的防塵塞防止堵塞物在工作中掉入截割頭內(nèi)空腔中。

進(jìn)一步的，所述基體為分體式，其包括位于基頭段和與基頭段可拆卸連接的基身段，所述頂鉆截齒安裝于基頭段頂部中心。

分體式結(jié)構(gòu)便于頂鉆截齒的維修更換，也便于截割頭基頭段易磨損截齒及齒座的維修及更換。

本發(fā)明的顯著效果是：

1.頂鉆截齒的設(shè)計，有效緩解了傳統(tǒng)截割頭在截割硬巖時，頂部截齒及齒座的磨損，特別是杜絕了截割頭截割硬巖時，頂部齒座比頂部截齒先磨損的現(xiàn)象。

2.擁有便利的拆裝結(jié)構(gòu)，以便于磨損后及時更換。當(dāng)頂鉆截齒的切削頭磨損嚴(yán)重時，可以整體及時更換。相比于老式截割頭頂部齒座損壞后的補(bǔ)焊齒座，本設(shè)計方案所用的時間及成本更低。

3.頂鉆截齒總高度不超過周圍截齒高度，并配合各種角度的設(shè)計，在兼顧鉆進(jìn)效率、排料能力及座體強(qiáng)度的情況下，避免了頂鉆截齒工作時成為承受側(cè)向力的主體，使用壽命長。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1為頂鉆截齒立體圖。

圖2為頂鉆截齒俯視圖。

圖3為圖2中b-b視圖。

圖4為頂鉆截齒剖視圖。

圖5為截割頭立體圖。

圖6為截割頭剖視圖。

圖中：1-座體，2-基體,3-切削頭，4、20-防塵塞，5-導(dǎo)料槽,6-凸臺,7-第二斜面,8-第一斜面，9-第一臺階面，10-導(dǎo)入角，12-拆裝孔，13-第二臺階面，14-螺旋線，16-截齒,21-基頭段，22-基身段。

具體實施方式

實施例1

如圖1～4所示，一種頂鉆截齒，包括座體1、設(shè)置于座體1頂部的多個切削頭3。座體1頂部為圓錐面。所述座體1頂部圓錐面的錐角為140°，160°。

座體1頂部設(shè)有導(dǎo)料槽5，導(dǎo)料槽5沿周向間隔設(shè)有多個。所述導(dǎo)料槽5為扇形，其張角為100°，120°，導(dǎo)料槽5底部為向外圍傾斜的面。

座體1頂部未設(shè)置導(dǎo)料槽5的區(qū)域形成凸臺6。在凸臺6上朝向旋轉(zhuǎn)方向的一側(cè)設(shè)有第一斜面8，該第一斜面8與座體1頂部圓錐面之間存在夾角θ。所述夾角θ范圍為15°，30°。

所述切削頭3設(shè)置于凸臺6的第一斜面8上，且切削頭3沿同一平面上的單一螺旋線14排布。

所述導(dǎo)料槽5沿圓周均布設(shè)有3個，座體1頂部被分隔出3個均布的凸臺6。所述夾角θ為20°。座體1頂部圓錐面的錐角為150°。導(dǎo)料槽5的張角為110°。設(shè)置于同一凸臺6上的切削頭3在同一直線上。

第一斜面8上開有沉孔，所述切削頭3嵌入沉孔內(nèi)并焊接固定，所述切削頭3采用硬質(zhì)合金制成。

如圖5～6所示，本實施例還提供一種截割頭,包括基體2、圍繞基體2呈螺旋上升排布的截齒16。所述基體2內(nèi)設(shè)有用于安裝驅(qū)動裝置的空腔。所述基體2為分體式，其包括位于基頭段21和與基頭段21可拆卸連接的基身段22。所述基頭段21頂部中心安裝有上述頂鉆截齒，所述頂鉆截齒的切削頭3的高度不超過其周圍截齒16高度。

所述座體1為倒錐形，其側(cè)壁上設(shè)有階梯臺，座體1側(cè)壁包括從上自下依次銜接的第二斜面7、第一臺階面9、第二臺階面13。所述第二斜面7與第一臺階面9、第一臺階面9與第二臺階面13之間的銜接轉(zhuǎn)折點處采用圓角過渡，避免應(yīng)力集中。第一臺階面9與第二臺階面13之間的轉(zhuǎn)折凸起處設(shè)有斜面導(dǎo)入角10，以方便順利裝配。

所述基體2頂部中心設(shè)有與座體1側(cè)壁形狀相同的裝配孔，所述第二臺階面13上設(shè)有螺紋，且螺紋旋向與截齒16所在螺旋線的旋向一致。座體1通過第二臺階面13與裝配孔螺紋連接。

所述第一臺階面9與裝配孔之間為間隙配合，第一臺階面9與裝配孔的配合間隙小于第二臺階面13上螺紋的配合間隙。

在座體1頂部中心自上而下開有拆裝孔12，拆裝孔12為通孔，在基體2內(nèi)對應(yīng)拆裝孔12軸線位置開有與基體2內(nèi)的空腔連通的貫通孔，且該貫通孔與拆裝孔12連通。拆裝孔12的頂部設(shè)有防塵塞4，貫通孔的下端設(shè)有防塵塞20。

上述實施例方案更適合60mpa以下硬巖工況，所截割巖層更軟，則可設(shè)計成二等分排列的替代方案。