專利名稱：旋轉(zhuǎn)切削鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請是澳大利亞專利申請2004201284的分案申請，其全部公開 內(nèi)容在此通過引用并入。
本發(fā)明涉及用于開采和鉆鑿目的的切削刀具。本發(fā)明主要開發(fā)用 于開采煤炭并且通常用于地下煤炭開釆。因此，很方便描述關(guān)于該用 途的本發(fā)明，但是容易理解，本發(fā)明可用于其功能所適合的任何開采 或鉆鑿操作。
背景技術(shù)：
在此對作為現(xiàn)有技術(shù)給出的專利文件或其它內(nèi)容的參考不應(yīng)被認 為承認在任何權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日，該文件或內(nèi)容在澳大利亞是已知 的或者其包含的信息是公共常識的一部分。
各種不同形式的裝備和機械可用于開釆和鉆鑿操作，且通常正進 行的開采或鉆鑿類型以及正開采或鉆鑿的地表類型要求合適類型的裝 備和機器。本發(fā)明主要涉及地下煤炭開采，且該類型的開釆中的主要 安全困難之一涉及礦井內(nèi)的火災(zāi)或爆炸。這些可能由于在開采期間甲 垸氣體和煤塵(通常稱為礦塵)的產(chǎn)生而發(fā)生，其可被限制在礦井內(nèi)
并且易于起火。不利地是，在煤炭開采中使用的裝備可產(chǎn)生引起著火 的火花，并且因此引起火災(zāi)或爆炸。因而，重要的是，應(yīng)采取所有適 當(dāng)?shù)牟襟E來最小化或消除火花的產(chǎn)生。用于在堅硬的地表中開采或鉆鑿的裝備可包括旋轉(zhuǎn)刀具，其中攜 帶多個伸出的切削鉆頭或截齒的旋轉(zhuǎn)滾筒與地表面接合。當(dāng)截齒與滾 筒一起旋轉(zhuǎn)時，截齒咬入地表面，以沖擊地表面并從表面去除或者使 地表打碎。截齒和地表面之間的這種高度侵進接合可導(dǎo)致它們之間產(chǎn) 生火花。
用于上述目的的截齒通常具有一般通過焊接而固定到鋼桿的堅硬 的燒結(jié)碳化鎢尖端。這種類型的截齒被公開在各種現(xiàn)有技術(shù)中，例如
US 6,113,195、 EP0274645和DE 4226976。截齒的尖端可以是插入型或 帽型的。
插入型顯示在DE4226976中，其中尖端的軸向長度的較大部分被 錨固在桿的孔內(nèi)，而不是延伸到孔外。帽型顯示在EP0274645中，其中 尖端比插入型的尖端具有更寬的基部，且基部定位在桿的前端的相對 淺的凹槽內(nèi)并焊接在該凹槽內(nèi)。本發(fā)明可適用于這些形式的截齒中的 任一種。
在上述類型的截齒中，可能會在碳化鎢尖端和地表面之間產(chǎn)生火 花，并且也可能在鋼桿和地表面之間產(chǎn)生火花，但是一般更可能在桿 和地表面之間產(chǎn)生火花。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在特定的地下煤礦開采的開采或鉆鑿操作過 程中減少火花產(chǎn)生的可能性的切削截齒。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種切削截齒，其包括 細長桿；
切削尖端，其固定到桿的一端以從該端伸出并且其材料比桿的材 料硬；且
該細長桿包括柱狀部分，柱狀部分的第一端鄰近切削尖端，而第二端軸向離開切削尖端地與之間隔開并在肩部終止；
環(huán)形套筒，其附接在桿的柱狀部分周圍，環(huán)形套筒在一個軸向端 被支撐在肩部上，而另一個軸向端朝柱狀部分的第一端延伸但在柱狀 部分的第一端之前終止，使得柱狀部分的一柱狀部保持暴露，套筒的 材料比桿的材料硬，且套筒的材料在切削操作過程中引起著火的火花 產(chǎn)生的傾向比桿的材料低。
本發(fā)明還提供一種使用上述切削截齒的方法，并且包括在包含氣 體和/或礦塵的環(huán)境中開采的步驟。
細長桿可由鋼形成，而切削尖端可固定到桿的柱狀端部分，以相 對于桿的縱向軸線從該端軸向伸出。
通過將套筒附接在桿周圍，桿的緊鄰切削尖端的部分(其通常最 可能接觸正被切削的地表面或者正從表面去除的地表碎塊并因此產(chǎn)生 引起著火的火花)由抗火花材料保護而不受該接觸的影響?；鸹óa(chǎn)生 的傾向因此被減小。
在根據(jù)本發(fā)明的切削截齒中，細長桿可采取任何合適的形式，例 如已知的形式，以固定到旋轉(zhuǎn)切削滾筒。該桿通?？舍尫诺毓潭ǖ綕L 筒，使得可根據(jù)需要更換磨損的切削截齒，且在某些機器中，桿可旋 轉(zhuǎn)地安裝使得當(dāng)切削截齒接合地表面時，切削截齒可圍繞其縱向軸線 自由旋轉(zhuǎn)。桿通常由鋼制成。
在根據(jù)本發(fā)明的切削截齒中，桿可構(gòu)造成接納插入型切削尖端或 帽型切削尖端。
在根據(jù)本發(fā)明的切削截齒中，切削尖端可由比桿材料硬的任何合 適的材料制成，且優(yōu)選的切削尖端材料為燒結(jié)碳化鎢。尖端還可為被 浸漬以增加硬度的金剛石，或者尖端可包括用于相同目的的立方氮化硼。該切削尖端可具有任何合適的形狀，這一般取決于尖端是插入型 還是帽型的。切削尖端通常被焊接到桿，但可使用用于固定尖端的其 它方法，例如通過化學(xué)粘合劑。
附接在桿周圍且鄰近切削尖端的套筒優(yōu)選地由與切削尖端相同的 材料形成，并且優(yōu)選地該材料為燒結(jié)碳化鎢?？蛇x地，該材料可以是
包括SiC、 A1203、 TiN、 SiC-D (碳化硅金剛石復(fù)合材料)、立方氮化 硼、工具鋼、或其它類似材料。這些材料可與其它合適的材料一起形 成為復(fù)合材料，或者它們可設(shè)置為在合適基部上的外層或多個外層。
在切削截齒的一般尺寸中，套筒的軸向高度可在約10mm-15mm 范圍內(nèi)，且套筒在內(nèi)徑和外徑之間的徑向厚度約3 mm-5 mm。如果這 些尺寸的碳化鎢套筒的制造存在困難的話，那么套筒可制造為具有減 小高度的、例如軸向高度約4 mm的以若干套筒部分或環(huán)為形式的復(fù)合 套筒。這些部分之后可附接到桿，以形成需要高度的復(fù)合套筒。盡管 可根據(jù)需要使用兩個套筒部分或四個或者更多個，但是可使用三個套 筒部分。每個套筒部分可具有相同的內(nèi)徑和外徑，盡管內(nèi)表面和外表 面可以平行，但是外表面可包括斜切邊緣以減小尖銳邊緣破壞的可能 性。
設(shè)想到的由單件形成的套筒的困難主要涉及當(dāng)套筒附接到桿時套 筒和桿之間的膨脹系數(shù)的差異。如果桿材料為鋼而套筒為碳化鎢，那 么當(dāng)鋼被加熱時桿將膨脹，且此后當(dāng)鋼以套筒的約兩倍快的速度冷卻 時，桿將收縮。收縮速率的差異可在套筒內(nèi)引入應(yīng)力，其通常將比桿 更易碎，且如果應(yīng)力足夠大時，套筒可能開裂。如果使用了呈環(huán)形式 的多個桿部分，那么桿和復(fù)合套筒之間的接觸面積可通過環(huán)之間的斷 裂而減小。這是因為用于將環(huán)固定到桿的介質(zhì)在環(huán)和桿之間以及在環(huán) 自身之間延伸。將在后面描述的、優(yōu)選為銅焊的介質(zhì)可吸收某些引起 的應(yīng)力并因此降低套筒失效的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的切削截齒的優(yōu)選形式中，桿限定出在大致錐形部分和上述柱狀部分之間的肩部。錐形部分朝柱狀部分會聚，而柱狀部分限定出用于接納切削尖端的基部部分的凹槽。該接納可構(gòu)成插入型或帽型切削截齒。在此布置中，套筒圍繞柱狀部分附接到桿且被支撐在肩部上。有利地是，該布置提供套筒在桿上的準(zhǔn)確定位并提供套筒在切削操作過程中可反作用于沖擊負荷的表面。
上述類型的桿可限定出第二肩部，第二肩部在離開切削尖端的方向上與第一肩部軸向間隔開，且在此布置中，第二套筒可連接在桿周圍以在第一肩部和第二肩部之間延伸。在此方式中，桿的又一部分可被保護以免與地表面接觸，并因此進一步減小引起著火的火花產(chǎn)生的風(fēng)險。
其中設(shè)置有第二肩部的上述類型的布置可根據(jù)需要重復(fù)以產(chǎn)生第三肩部以及根據(jù)需要的進一步的肩部。因此，通過此布置，可保護桿的不斷增加的軸向長度。
在上述的布置中，當(dāng)設(shè)置有多于一個肩部時，優(yōu)選相應(yīng)的肩部之間的桿部分為柱狀的，且每個部分的直徑在離開切削尖端的方向上增加。
為了降低環(huán)形套筒在切削操作過程中斷裂的可能性，套筒的鄰近切削尖端的基部的部分可定位成使得柱狀部分的一柱狀部保持暴露。
優(yōu)選地，根據(jù)軸向測量，暴露的程度在lmm-5mm左右，最優(yōu)選為約3 mm。因而，此暴露部分相對較小，并且優(yōu)選地其直徑也不大于切削尖端在切削尖端基部區(qū)域的最外的直徑。因為只有柱狀部分的小部分被暴露，所以該柱狀部分在切削操作過程中接合切削表面的可能性非常小。最好是，暴露的部分可能在切削尖端的"磨損陰影(wear shadow)"
內(nèi)，其為切削截齒的由于其非常靠近切削尖端而受到最小或可忽略的磨損的一部分。截齒的磨損更可能在更遠離切削尖端的位置發(fā)生。截齒的更可能磨損的部分為那些與切削表面大量接觸的部分，且其為當(dāng)接觸發(fā)生時更可能產(chǎn)生火花的那些部分。
通過更遠離切削尖端定位環(huán)形套筒，套筒在切削操作過程中被定位在相對于可能引起套筒破壞的沖擊負荷而言破壞性較小的環(huán)境中。另一方面，通過將套筒定位成在切削操作過程中覆蓋截齒的大量切削表面接觸的區(qū)域，可降低火花產(chǎn)生的發(fā)生率，同時柱狀部分也可被保護以免磨損。
在優(yōu)選的布置中，其中桿由鋼形成而套筒由碳化鎢形成，套筒到桿的附接的優(yōu)選形式是通過焊接。焊接可在切削操作過程中提供一定程度的減震。
盡管碳化鉤為用于套筒的優(yōu)選材料，但是其它材料，例如上述的那些可能是同樣合適的。同樣，該材料可包括提高抵抗引起著火的火花產(chǎn)生或者增加套筒抵抗磨損的能力的添加劑。在此抵抗磨損的方面，例如，可通過添加金剛石顆粒來增強套筒。上述類型的其它添加劑可能是同樣合適的?？蛇x地，該材料可以是基部的復(fù)合材料，其具有施加于其的合適的外層或多個外層，并且對于此，氮化鈦是最優(yōu)選的。
應(yīng)理解，上述內(nèi)容主要涉及在切削截齒與地表面接合的過程中減小或消除引起著火的火花的產(chǎn)生。盡管此結(jié)果是本發(fā)明的主要目的，但是本發(fā)明的次要方面是提供具有耐磨性的桿。由鋼形成的桿隨著時間的過去易于磨損，且通常情況是，鋼桿比更硬的切削尖端磨損更快，使得切削截齒必須比期望的更早地更換，即在切削截齒充分磨損之前更換。換句話說，桿的磨損可減小切削截齒的有效壽命。截齒的磨損常常主要發(fā)生在桿的緊鄰切削尖端的附近。因此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇套筒材料，在其附近的鋼桿可被保護以免與將另外引起其磨損的地表面
或碎塊接合，并且因此可提高切削截齒的壽命。套筒材料的與切削尖端的材料相同或有效等同的選擇可提供用于此目的的有用的耐磨性。


為了更好地理解本發(fā)明以及為了顯示本發(fā)明可如何實現(xiàn)，現(xiàn)將僅通過非限制性實施例、參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖l是旋轉(zhuǎn)切削截齒的桿的側(cè)視圖。
圖2是用于連接到圖1的桿的碳化鎢尖端的側(cè)視圖。圖3是切削截齒的又一側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1和圖2分別示出了切削截齒的桿10以及成形為連接到桿10的碳化鎢尖端ll。桿10包括主體部分12,該主體部分12包括在一端的凸緣13和遠離凸緣13的凹槽14，并且其中凸緣13和凹槽14與旋轉(zhuǎn)切削滾筒一起相配合以用于將切削截齒固定到該滾筒。桿io固定到滾筒的方式對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，因此在此不再進一步描述或展示。
桿10進一步限定有大致錐形部分15、柱狀部分16和肩部17。應(yīng)理解，肩部17通過錐形部分15的緊靠柱狀部分16的直徑的減小而限定出。
柱狀部分16包括用于接納例如圖2所示類型的切削尖端的基部部分的凹槽18。參考該圖2，應(yīng)理解，切削尖端ll沒有按比例顯示成連接到桿IO，而是代替地顯示的更大以清楚顯示相關(guān)細節(jié)。切削尖端ll包括延伸到最大直徑環(huán)20的基部部分19，并且基部部分19接納在桿10的凹槽18內(nèi)。當(dāng)切削尖端11固定到柱狀部分16時，環(huán)20擱靠在柱狀部分16的上邊緣21上。通常通過將切削尖端11焊接到凹槽18內(nèi)來實現(xiàn)該固定。圖1以虛線輪廓顯示了固定到柱狀部分16的切削尖端11。
從圖1應(yīng)理解，當(dāng)切削尖端11固定到桿10時，外柱狀表面22、肩部17和錐形部分15的外表面中的每一個保持暴露。因此，這些表面可變得與正被切削的地表面接觸，或者與已經(jīng)從地表面去除的碎塊接觸。該接觸可導(dǎo)致產(chǎn)生引起著火的火花，且明顯可能引起災(zāi)難性結(jié)果。產(chǎn)生火花的可能性在桿10的鄰近切削尖端11的部分最大，而該可能性朝桿10的相對端減小。
圖3顯示了減小火花產(chǎn)生的可能性的切削截齒。圖3的切削截齒30利用了圖1和圖2的桿10和切削尖端11，并且因此用在這些圖中的相同附圖標(biāo)記也在圖3中使用。
在圖3中，由三個相等的套筒部分或環(huán)32形成的復(fù)合套筒31圍繞柱狀部分16的外柱狀表面22 (圖1)設(shè)置。盡管套筒31示出為復(fù)合套筒，但是本發(fā)明涉及單個套筒的使用。因此，盡管圖3的論述涉及三個套筒部分32，但是應(yīng)理解，本發(fā)明涉及具有與復(fù)合套筒31大致相同尺寸但由整體套筒而不是由所展示的三個分離的套筒部分形成的單個套筒。
每一個環(huán)32彼此分離地形成，且以滑動配合或輕微摩擦配合方式裝配在柱狀部分16周圍，并且被焊接到外表面22，且離切削尖端11最遠的環(huán)32也被焊接到肩部17。如所示，環(huán)32為柱狀部分16的外表面22提供基本上完全的保護，其中僅柱狀部分16的在最緊鄰切削尖端11的環(huán)32以上的一個稍微柱狀部軸向可見。該柱狀部通過附圖標(biāo)記33表示且為切削尖端11的凸緣20所固定到的柱狀部分16的部分。柱狀部33為環(huán)32尤其是最上面的環(huán)32提供某些保護，以抵抗在切削操作的過程中所去除的地表碎塊的沖擊，使得環(huán)32尤其是最上面的環(huán)斷裂的可能性明顯減小。暴露的柱狀部的軸向高度可以在lmm至5mm左右，而最優(yōu)選地，其為約3mm。
套筒31可以按分離的環(huán)的形式制成，或者是制成為如上面討論的單個整體套筒。盡管圖3所示尺寸的環(huán)32預(yù)期比軸向尺寸等于三個軸向相鄰的環(huán)的單個整體套筒更容易由碳化鎢制成，然而整體套筒的制造是可能的。從圖3可見，每個環(huán)32具有在切削尖端11的方向上應(yīng)用到其軸向前緣的斜切面。
應(yīng)進一步理解，套筒31的軸向長度在朝凸緣13的方向上延伸，并且對于此，桿10的錐形部分15可成梯狀以提供又一系列肩部，或者又一套筒可簡單地附接到錐形部分15的外表面。朝凸緣13連續(xù)保護套筒的必要性取決于在肩部17后面進一步引起著火的火花產(chǎn)生的可能性。本發(fā)明觀點表明引起著火的火花產(chǎn)生的可能性的顯著減小通過相對于切削截齒30的其余部件使套筒31具有圖3顯示的合適尺寸來實現(xiàn)。
應(yīng)理解，通過適當(dāng)選擇套筒31的材料，套筒31還為桿10的柱狀部分16提供耐磨保護。盡管磨損保護不是其主要作用，但是有利地是，該次要作用可顯著提高切削截齒的壽命。此外，本發(fā)明減小火花產(chǎn)生的可能性的效果可僅在套筒保持完好無損時出現(xiàn)。即，如果套筒磨損，本發(fā)明將失去益處。因此，優(yōu)選地，套筒能抵抗用于切削截齒的預(yù)期壽命的磨損。
此處描述的本發(fā)明易于進行除了具體描述的那些以外的變化、修改和/或添加，并且應(yīng)理解，本發(fā)明包括落入以下權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有這些變化、修改和/或添加。
在本說明書的整個描述中，詞匯"包括(comprise)"以及該詞匯的變化形式，例如"包括(comprises)"和"包括(comprising)"并
不是要排除其它添加或部件或東西。
權(quán)利要求
1.一種切削截齒，包括細長桿；切削尖端，所述切削尖端固定到所述桿的一端以從該端伸出，并且所述切削尖端的材料比所述桿的材料硬；且所述細長桿包括柱狀部分，所述柱狀部分的第一端鄰近所述切削尖端，而第二端軸向離開所述切削尖端地與之間隔開并在一肩部終止；環(huán)形套筒，所述環(huán)形套筒附接在所述桿的所述柱狀部分周圍，所述環(huán)形套筒在一個軸向端被支撐在所述肩部上，而另一個軸向端朝所述柱狀部分的所述第一端延伸但是在所述柱狀部分的所述第一端之前終止，使得所述柱狀部分的一柱狀部保持暴露，且所述套筒的材料比所述桿的材料硬，而且所述套筒的材料在切削操作過程中引起著火的火花產(chǎn)生的傾向比所述桿的材料低。
2. 如權(quán)利要求l所述的切削截齒，其中所述套筒由與所述切削尖端相同的材料形成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的切削截齒，其中所述套筒由碳化鎢形成。
4. 如權(quán)利要求1-3的任一項所述的切削截齒，其中所述肩部在一 大致錐形部分和所述柱狀部分之間延伸，所述錐形部分朝所述柱狀部 分會聚，且所述柱狀部分限定出用于接收所述切削尖端的基部部分的 凹槽。
5. 如權(quán)利要求1-4的任一項所述的切削截齒，其中所述桿限定出 在離開所述切削尖端的方向上與第一肩部軸向間隔開且基本垂直于所 述桿的縱向軸線延伸的第二肩部，并且第二套筒附接在所述桿周圍并 在所述第一肩部和所述第二肩部之間延伸。
6. 如權(quán)利要求5所述的切削截齒，其中所述桿在所述第一肩部和 所述第二肩部之間為柱狀，并且所述桿的直徑比從所述第一肩部離開 所述第二肩部延伸的所述柱狀部分的直徑大。
7. —種使用用于開采的切削截齒的方法，所述切削截齒包括-細長桿；切削尖端，所述切削尖端固定到所述桿的一端以從該端伸出，并 且所述切削尖端的材料比所述桿的材料硬；且所述細長桿包括柱狀部分，所述柱狀部分的第一端鄰近所述切削 尖端，而第二端軸向離開所述切削尖端地與之間隔開并在一肩部終止；環(huán)形套筒，所述環(huán)形套筒附接在所述桿的所述柱狀部分周圍，所 述環(huán)形套筒在一個軸向端被支撐在所述肩部上，而另一個軸向端朝所 述柱狀部分的所述第一端延伸但是在所述柱狀部分的所述第一端之前 終止，使得所述柱狀部分的一柱狀部保持暴露，且所述套筒的材料比 所述桿的材料硬，并且所述套筒的材料在切削操作過程中引起著火的 火花產(chǎn)生的傾向比所述桿的材料低，所述方法包括在包含氣體和/或礦 塵的環(huán)境中開采的步驟。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述環(huán)境包括甲烷氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)切削鉆頭。本發(fā)明提供了切削截齒和使用切削截齒的方法，切削截齒包括細長桿(10)和切削尖端(11)，切削尖端(11)固定到所述桿(10)的一端以從該端伸出，并且其材料比所述桿的材料硬。環(huán)形套筒(31)附接在所述桿(10)周圍且鄰近切削尖端(11)，套筒的材料比所述桿(10)的材料硬，且套筒的材料在切削操作過程中引起著火的火花產(chǎn)生的傾向比所述桿(10)的材料低。
文檔編號E21F5/00GK101684730SQ20091020970
公開日2010年3月31日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者史蒂文·韋弗, 基思·斯利普 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司