[发明专利]自转动和自刃磨的截齿和切削方法

说明书

本发明一般地涉及自转动和自刃磨的截齿和切削方法，设计它可用来挖掘、刨、钻石块、土和其它非金属脆性材料，用来对结构材料进行破碎、制造及处理，并且它可安装在相应的设备上，用来对上述提到的材料切削及破碎。

一般地，切削过程的机理如图1所示。石块之类的材料的切削是由于设备的传动装置产生的切入力T及切削力的法向分量C_n进行的。在这些力的作用下，刀具同时沿水平及垂直方向移动，产生可克服石块的阻力的复杂应力。

在分配到截齿前面的力C_n的作用下，在石块中形成的压应力并不大到足以破坏石块，但是使石块受到预负载以抵抗进一步的应变。

在切入力T的作用下，由截齿刀刃产生的高的负载集中，在石块中产生了剪切应力。此剪切应力使脆性材料中产生并扩展破坏性的裂纹。

同时，力C_n及T在靠近截齿的刀刃处产生超增压的石块的狭窄区域。即所谓的“核心”，它是能量积蓄区，当积蓄的能量超出石块的极限的阻力时，该能量可以爆炸的方式释放。

由于上述破坏性裂纹从刀刃处沿最低阻力的方向扩展，它们开始倾向朝着石块开放的表面。但是，这些裂纹不能越过由力C_n压缩的石块的体积的增加的阻力。因此，破坏的裂纹绕过压缩的石块并达到距截齿前面距离L处的开放表面，隔离石块的受应力体积并把碎屑与整个石块分开。

在连续的压缩及剪切应力复合的作用下，主要由于长的、活动中的破坏裂纹及在积累足够的能量之后可克服裂纹不足的核心爆炸，使连续的石块屑以无损的或近于无损的状态从大石块上分离下来。

因此，在有效的石块切削过程中，必需在截齿刀刃处保持大的负载集中。这由截齿的正的后角δ提供，使得法向力T仅作用在石块和截齿刀刃接触的细线上。该线接触是临界的，因为随着在该区域比较小的磨损，切削能力迅速降低。该接触区域的相当大的宽度使石块中应力集中降低并大大地阻止产生长裂纹。

有效的截齿必须具有高切削能力、切削元件的高耐用性、可靠的对过载的保护、截齿正后角的保持以及在截齿整个寿命期间其它原始参数的保持的最佳组合。

为达到上述质量要求中某一些的目的，已开发了多种刀具。

第一类碎石刀具包括具有不可转动的切削元件的截齿。US1174433公开了具有凸形前面的非转动的截齿。但是它有正的前角，在其纵向轴线和截齿后面的切削(处理)表面之间的夹角(定义为切削角)小于90°。它具有短的刀刃，正的前角和小的楔角。与本发明相比，该截齿的耐用性及耐磨性差，其只能用于破坏软的及不耐磨的石块。

US4538691和US4678237公开了不转动的截齿，它们具有平的前面和基本上负的前角的破坏石块的元件，由于升力的工作提供截齿对过载的保护。但是，所述的截齿具有低的切削能力，并要求大的推力以切入石块。其切削角不超过90°。

US4538690,US4558753和US4593777公开了非转动的截齿，它们具有带凹形前面的破坏石块的元件，该前面处在一个负的前角的方向上，用来增加截齿的耐用性(包括对过载的保护)。但是，该截齿也有低的切削及切入能力。截齿处在切削角小于90°的方向。

第二类授与专利的破碎石块的刀具包括具有对称切削元件的圆形截齿，它可以绕其纵轴线转动。

在这些转动刀具中的第一亚类中，截齿的破碎石块的元件具有圆锥形(正锥形)，由它们的圆锥形后面破坏石块，如US3650656,US3807804及US4804231中所公开的。俄罗斯专利1671850-A1公开了同样的所谓圆截齿型式，具有取决于可从0°至90°变化的切削角的有限的接触面积。所述的截齿是破碎型的，是在不产生长的破坯裂纹的情况下工作。截齿处在切削角不超过90°的方向。它们有凸形的前面及后面；零或负的后角及正的前角。它们的自我旋转是不可靠的，因此它们不能自刃磨。与本发明相比，这些截齿对石块的破坏具有明显更高的比能量要求。

这些可转动刀具的第二亚类包括用它们的前面破坏石块的截齿，例如如US5078219公开的。该截齿具有凸形的后面，正的后角及接近零的切削角。当其刀刃是锐利的时候，该截齿也是一截齿。但是，截齿的设计并不保护它免受快速的变钝。因为没有截齿磨损区域的修正，所以不可能进行截齿的自刃磨。如前所述，对法向力T，该接触区域较大的宽度大大地减小了切削能力。