具有驱动圆盘刀具的采矿机.pdf

一种包括切削机构的采矿机，该切削机构具有臂和连接到该臂的大于一千磅的大配重。该采矿机还包括第一圆盘刀具，该第一圆盘刀具适于接合待开采的材料并安装在第一圆盘刀具组件上，用于偏心驱动第一圆盘刀具，第一圆盘刀具组件安装在该大配重内。采矿机还包括至少第二圆盘刀具，该第二圆盘刀具与第一圆盘刀具组件分隔开并适于接合待开采材料，而且安装在第二圆盘刀具组件上，用于偏心驱动第二圆盘刀具，该第二圆盘刀具组件安装在该大配重内。

1.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，
大于一千磅的大配重，所述配重连接到所述臂上，
第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具适于接合待开采的材料并安装在第一圆盘刀具组件上，用于偏心驱动第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具组件安装在所述大配重内，
第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具与所述第一圆盘刀具组件分隔开并适于接合待开采材料而且安装在第二圆盘刀具组件上，用于偏心驱动第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具组件安装在大配重内。

2.  根据权利要求1所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具的每一个通过所述臂驱动到待开采的材料中。

3.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，所述臂具有纵向轴线和臂端，
第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具适于接合待开采的材料并通过第一圆盘刀具组件安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具被关于与所述臂纵向轴线成一定角度的轴线驱动，
第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具适于接合待开采材料并通过第二圆盘刀具组件与所述第一圆盘刀具分隔开地安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具被关于平行于所述臂纵向轴线的轴线驱动，以及
第三圆盘刀具，所述第三圆盘刀具适于接合待开采的材料并通过第三圆盘刀具组件与所述第二圆盘刀具分隔开地安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第三圆盘刀具，所述第三圆盘刀具被安装成关于与所述臂纵向轴线成一定角度并与所述第一圆盘刀具轴线成一定角度的轴线旋转。

4.  根据权利要求3所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具的每一个通过所述臂驱动到待开采的材料中。

5.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，所述臂具有臂端，
第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具适于接合待开采的材料并通过第一圆盘刀具组件安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第一圆盘刀具，
第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具适于接合待开采材料并通过第二圆盘刀具组件与所述第一圆盘刀具分隔开地安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第二圆盘刀具，以及
第三圆盘刀具，所述第三圆盘刀具适于接合待开采的材料并通过第三圆盘刀具组件与所述第二圆盘刀具分隔开地安装在所述臂端上，用于偏心驱动所述第三圆盘刀具，所述三个圆盘刀具具有切削轴线，当其通过三个圆盘刀具形成时，所述切削轴线垂直于所述臂纵向轴线，所述三个圆盘刀具沿所述切削轴线分隔开，并且所述切削轴线与垂直于矿床所形成的线相偏移。

6.  根据权利要求5所述的采矿机，其中，每个旋转圆盘刀具的切削面相对于下一相邻旋转圆盘刀具成一定角度。

7.  根据权利要求5所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具的每一个通过所述臂驱动到待开采的材料中。

8.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，所述臂具有臂端，
第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具安装在所述臂端上，并适于接合待开采的材料，
第二圆盘刀具，所述第二圆盘刀具安装在所述臂端上并与所述第一圆盘刀具分隔开而且适于接合待开采材料，以及
第三圆盘刀具，所述第三圆盘刀具安装在所述臂端上并与所述第一圆盘刀具和所述第二圆盘刀具分隔开而且适于接合待开采的材料，所述三个圆盘刀具等深地切入待开采的材料中。

9.  根据权利要求8所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具的每一个通过所述臂驱动到待开采的材料中。

10.  根据权利要求8所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具通过摆动所述臂而驱动到待开采的材料中。

11.  根据权利要求8所述的采矿机，其中，所述圆盘刀具的每一个也被偏心地驱动到待开采的材料中。

12.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，
第一圆盘刀具，所述第一圆盘刀具安装在所述臂上，以使其自由地大致关于第一圆盘刀具的轴线旋转，
用于驱动所述圆盘刀具进入待开采的材料中的装置，
大于一千磅的大配重，所述配重连接到所述臂，以及
用于确定所述圆盘刀具的任何旋转速率的变化的装置。

13.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，
刀具，所述刀具安装在所述臂上，
用于将所述臂安装在所述前平台上的装置，
后平台，
在所述前平台与所述后平台之间可延伸和可收缩的装置，
用于锚定所述后平台的装置，所述装置包括延伸入矿床中的钻孔机。

14.  一种运行采矿机的方法，所述采矿机包括
臂，
刀具，所述刀具安装在所述臂上，
用于安装所述臂以在所述前平台上来回摆动的装置，以及
用于来回摆动所述臂的装置，
所述方法包括如下步骤：
使所述臂朝向待开采材料前进第一递增距离，
使所述臂摆动以切削所述材料，
然后使所述臂朝向待开采材料前进第二递增距离，所述第二递增距离大于所述第一递增距离。

15.  一种采矿机，包括：
切削机构，所述切削机构包括
臂，
用于安装所述臂以在所述前平台上水平地来回摆动的装置，
所述安装装置包括用于所述臂从顶到底竖直运动的枢轴装置，
所述枢轴装置包括
开口支撑销，所述开口支撑销包括顶销和底销，
上球面轴承壳体，所述上球面轴承壳体接收所述顶销，
下球面轴承壳体，所述下球面轴承壳体接收所述底销，
上球面轴承，所述上球面轴承在所述上球面轴承壳体与所述支撑销之间，以及
下球面轴承，所述下球面轴承在所述下球面轴承壳体与所述支撑销之间。
其中，所述枢轴装置包括连接到所述下球面轴承壳体上的杆。

具有驱动圆盘刀具的采矿机
技术领域
本发明涉及一种采矿机，特别是(但并不局限于)涉及挖掘坚硬的岩石。
背景技术
传统上，在采矿和建造工业中，已采用两种形式中的一种挖掘坚硬岩石，即爆破挖掘或滚动刀刃圆盘刀具挖掘。爆破开采必须要在被挖掘的岩石中钻相对小直径的模式的孔，并利用炸药装填这些孔。然后以设计的顺序引爆炸药以断裂所需的岩石体积，用于随后通过适当的装载和运输设备移除。一旦所有人从挖掘地点撤出就引爆炸药，爆破过程循环重复，直到完成所需要的挖掘。
过程循环的特性和岩石破裂剧烈的特性注定要必须阻止爆破过程自动化，因此已不能满足对于连续作业和增加生产效率的现代需求。而且，所形成的岩石产品的相对不可预测的规模分布使下游过程复杂。
排除使用炸药的岩石的机械断裂已通过使用滚动刀刃型圆盘刀具技术实现并且众所周知。这种技术促进了包括有益于远程控制的挖掘机械挖掘过程的自动化。然而，在挖掘中滚动刀刃刀具需要作用很大的力来压碎和断裂岩石。例如，每个刀具所需的平均力大约为50吨，并且通常每个刀具经受的峰值力超过其两倍。通常设置多个刀具以沿紧密隔开的平行路径横过岩石，并且通常每个切削列设50个刀具。这种切削机械的重量能达到800吨以上，由此为了作业需要数千瓦量级的电功率。因此，只能在例如水和电供应隧道的大工程中经济地采用该机械。另外，由这种机械执行的挖掘一般限于通常为圆形的横截面。
2003年5月13日出版的US Sugden专利6,561,590描述了一种切削装置，其减少一或多个与现有技术切削装置相关的缺点。其是在此处稍后描述的发明中使用的一种装置(称为Sugden装置)。该Sugden装置是旋转(圆盘)底切型切削装置，其提供改进的从岩石面的岩石移除，并且制造和作业相对经济。
该Sugden装置采用足够量级的反应块，以在每个振动周期中吸收由圆盘刀具施加到岩石的力，而且带有最小或较小的装置位移或者支撑装置的结构。因为装置通常以一定角度向岩石面施加载荷，所以它导致岩石的拉伸断裂，而不是压碎岩石。作用到岩石的此拉伸断裂力基本小于所需要的压碎力，从致与也能被采用的已知岩石挖掘机械相比，所需反应块相应减小。当被安装到支撑结构上时，该Sugden装置圆盘刀具优选被设置成使反应块可吸收圆盘刀具经受的周期和峰值的力，同时支撑结构提供与圆盘刀具经受的平均力相当的恢复力。
该Sugden装置相对于已知的岩石挖掘机械通常需要基本减小的作用力。设想至少在法力、量级或某一其它重要部分方面减小。这种较低的力便于使用以臂或吊杆形式的支撑结构，该支撑结构能迫使圆盘刀具的刀刃以任意需要的角度与岩石相接触，并沿任意方向操纵圆盘刀具的位置。特别是，相对于长壁开采，圆盘刀具或圆盘刀具列可被安装成横过长壁面的长度，并且在每条路径上沿主开采方向前进。有益的是，该Sugden装置提供圆盘刀具从长壁挖掘中先前的挖掘驱动或从预先钻出的进入孔中，或者通过在相对岩石面的浅角度冲击岩石而进入岩石面，直到达到用于路径所需的深度。在可移动吊杆上安装有圆盘刀具的情况下，圆盘刀具可在岩石面周围移动，以致挖掘任意理想几何形状的面。
US Sugden专利6,561,590还公开了它的切削装置不限于单圆盘刀具，而能包括不止一个圆盘刀具。例如，切削装置可包括三个沿同一平面，但彼此以大约45度的角度设置的圆盘刀具。这种设置可产生特殊形状的切削面，同时移除岩石的速度大大提高。在这种设置中，三个圆盘刀具的每一个通过独立的驱动装置驱动。使用多圆盘刀具对于长壁作业特别有用。
US Sugden专利6,561,590还公开了切削装置适合一定范围的切削和开采作业及机械，例如长壁开采、移动开采机器、隧道开挖机、天井钻机、凿井机和通常的坚硬岩石的挖掘。
发明内容
本发明的目的是提供一种采矿机，其能有效地利用偏心驱动圆盘开采材料。
本发明是一种包括切削机构的采矿机，该切削机构包括臂、连接到该臂的大于一千磅的大配重以及第一圆盘刀具，该第一圆盘刀具适于接合待开采的材料，并且被安装在第一圆盘刀具组件上，用于偏心驱动该第一圆盘刀具。该第一圆盘刀具组件安装在该大配重内。采矿机还包括第二圆盘刀具，该第二圆盘刀具与第一圆盘刀具组件分隔开并适于接合待开采材料而且安装在第二圆盘刀具组件上，用于偏心驱动该第二圆盘刀具，该第二圆盘刀具组件安装在该大配重内。
本发明还提供这样一种采矿机，其具有被关于与臂纵向轴线成一定角度的轴线而驱动的第一圆盘刀具，和被关于与臂纵向轴线平行的轴线而驱动的第二圆盘刀具。采矿机还包括第三圆盘刀具，该第三圆盘刀具适于接合待开采的材料并通过第三圆盘刀具组件与第二圆盘刀具分隔开地安装在臂端上，用于偏心驱动第三圆盘刀具，该第三圆盘刀具被安装为关于与臂纵向轴线成一定角度并与第一圆盘刀具轴线成一定角度的轴线旋转。
本发明还提供这样一种采矿机，其具有三个圆盘刀具，所述三个圆盘刀具具有当通过所述三个圆盘刀具形成线时垂直于臂纵向轴线的切削轴线，所述三个圆盘刀具沿切削轴线分隔开，并且该切削轴线与垂直于矿床的所形成线偏移。本发明还提供这样一种采矿机，其具有三个等深切入待开采材料中的圆盘刀具。本发明还提供这样一种采矿机，该采矿机包括确定圆盘刀具的任何旋转速率变化的装置。
本发明还提供这样一种采矿机，该采矿机包括前平台、后平台、在该前平台与该后平台之间可延伸和收缩的装置以及用于锚定后平台或前平台的装置，该装置包括延伸入矿床中的钻头。另外，液压或机械操作的机器安装的支柱也能在矿床与矿顶之间的不同位置处使用。
本发明还提供一种运行采矿机的方法，该采矿机包括臂、安装在该臂上的刀具、用于安装该臂以便在该前平台上来回摆动的装置以及来回摆动该臂的装置，该方法包括如下步骤：使臂朝向待开采材料前进第一递增距离；摆动臂以切削材料；然后使臂朝向待开采材料前进第二递增距离，该第二递增距离大于第一递增距离。
本发明还提供这样一种采矿机，该采矿机包括用于安装臂以便在前平台上进行水平的来回摆动的装置，该安装装置包括用于臂的从顶到底的竖直运动的枢轴装置，该枢轴装置包括开口支撑销、所述开口支撑销包括顶销和底销、接收该顶销的上球面轴承壳体、接收该底销的下球面轴承壳体、在上球面轴承壳体与支撑销之间的上球面轴承，以及在下球面轴承壳体与支撑销之间的下球面轴承。其中，该枢轴装置包括连接到下球面轴承壳体上的杆。本发明的装置可运行以切削或挖掘非常硬的岩石，而以大大减少的作用力并且每个圆盘刀具基本增加产率，同时使用较少的功率移除每单位体积的岩石。
附图说明
图1是圆盘刀具组件的横向剖视图。
图2是处于挖掘岩石面中的圆盘刀具组件的动作的示意性视图。
图3是本发明的切削机构的透视图。
图4是根据本发明的多个圆盘刀具组件的切削模式的示意性透视图。
图5是图3的切削机构的分解透视图。
图6是图3的切削机构的切削头部分的局部横向剖视图。
图7是切削头安装在臂连接支架上的部分放大的横向剖视图。
图8是本发明的采矿机的示意性俯视图。
图9是用于将臂枢转地安装在图8中所示的采矿机的前平台上的机构的透视图。
图10是穿过图9的臂和枢轴机构的横向剖视图。
图11是用于锚固图8中所示的采矿机的钻孔机的横向剖视图。
具体实施方式
在对本发明的一个实施例进行详细解释之前，应当理解本发明的应用不限于在下面的说明中所阐述的或在附图中所示的具体的部件的构造和设置。本发明能够应用其它的实施例，并且可以多种方式来实行或执行。此外，应当理解此处所用的措词和术语是为了描述的目的，而不应被认为为限定。正如此处所使用的“包括”和“包含”以及其变形的使用意味着包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。正如此处所使用的“由...组成”及其变形的使用意味着仅包括其后列出的项目及其等同物。此外，应当理解例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”等的术语是便于参照附图的词汇，而不被解释为限定性的术语。
图1是圆盘刀具组件的横向剖视图。圆盘刀具组件10包括安装组件11和旋转圆盘刀具12。安装组件11包括可转动地安装在壳体14内的安装轴13，该壳体可构成或连接到用于冲击吸收的大的质量块。壳体14因此可由重金属形成或者可连接到重金属块上。该安装轴包括轴驱动部18和圆盘驱动部20。
根据本发明的岩石挖掘或采矿机包括圆盘刀具12，其特征在于驱动该圆盘刀具使其以偏心方式运动。偏心运动的幅度与圆盘驱动部轴线和轴驱动部轴线的中心之间的偏移量直接成比例，并且通常该量相对小。优选地，通过相对小的振幅并且以例如大约3000RPM的高频率促使圆盘刀具12被偏心驱动。
通过驱动圆盘刀具12的运动是，例如以通常地以一定角度冲击岩石，并引起岩石的拉伸断裂，以致在圆盘刀片的冲击下岩石的碎片从岩石表面移动。此处，本发明与滚动刀刃圆盘刀具不同，滚动刀刃圆盘刀具施加垂直于岩石面的力以形成产生岩石碎片的横向裂缝。根据圆盘刀具组件的在岩石中产生拉伸断裂以移动岩石碎片所需的力是比已知的滚动刀刃圆盘刀具移动相同量的岩石所需的力更小的数量级，因此本发明的装置关于能量需求更高效。
圆盘刀具组件10的圆盘刀具12优选具有圆形周边。圆盘刀具12包括多个分隔开的优选碳化钨的切削刀片或刀头16，该切削刀片或刀头固定到圆盘刀具的圆形周边上。圆盘刀具12的周边设置为相对于其振动而自由转动，以致该周边能在冲击下在岩石表面上滚动。以这种方式，切削周边刀刃的所有部分逐渐移动脱开与岩石的接触并允许冷却，磨损均匀地分布。因为接触力相对低，所以与滚动刀刃类型的刀具相比，磨损率降低。
具体地，圆盘刀具12的振动或偏心运动可以任意适当的方式产生。在优选设置中，圆盘刀具12被安装用于在通过适当的驱动装置(未示出)驱动的轴驱动部18以及圆盘驱动部20上进行旋转运动，如下文所述，圆盘刀具12安装在该圆盘驱动部上。轴驱动部18关于其旋转的轴线与圆盘驱动部20相偏移，以迫使圆盘刀具12以偏心方式运动。如图1中所示，圆盘驱动部20的横截面显示在轴驱动部18的中心轴线之下，圆盘驱动部20较厚。圆盘刀具12及其圆盘驱动部20的中心轴线与轴驱动部18的轴线偏移仅大约几毫米。该偏移量确定了圆盘刀具12的振动(偏心)运动的程度。圆盘刀具的这种偏心运动引起圆盘刀具12在待开采矿石上的类似凿岩机的动作。
在替代结构(未示出)中，通过使驱动部绕其旋转的轴线与圆盘刀具12的安装部的轴线有角度地偏移，还可引起圆盘刀具12在振动的同时章动，如在US Sugden 6,561,590中所述。
圆盘刀具12依靠安装转子36安装在刀具组件10上。安装组件11包括具有轴支撑部19的壳体14。壳体14还支撑安装转子36。轴支撑部19具有与驱动轴13的轴线重合的纵向轴线。驱动轴13通过轴承15和17可转动地安装在轴支撑部19内，所述轴承可以为任意适当的类型和承载能力。轴承15和17以本领域的技术人员已知的任意适当方式安装。
轴支撑部19的一端21具有平直的径向延伸面23。环形圆盘抵盖25连接到该平直径向延伸面23的外周边。圆盘安装转子36包括一端26，并且它也具有平直的径向延伸面27。圆盘安装转子36的一端26与轴支撑部19的一端21相邻，并且两个端部21和26彼此挤靠目的是支撑圆盘安装转子36和圆盘刀具12，以便圆盘刀具12相对于轴支撑部19的旋转运动。圆盘安装转子36的一端21通过圆盘抵盖25保持在适当的位置，该圆盘抵盖在圆盘安装头端21的外周的一部分上延伸。在圆盘安装转子36的一端21与圆盘抵盖25之间设有充足的间隙，以允许圆盘安装转子36和圆盘刀具12相对于圆盘抵盖25偏心运动。润滑口(未示出)保持在各平直径向延伸面23和27之间有油膜，并且又将润滑剂输送到位于刀具组件10内的其它移动部件。圆盘刀具12通过例如螺纹连接器37的适当连接装置安装在安装转子36上。通过拆下连接器37可将圆盘刀具12从圆盘刀具组件10上拆下，便于替换或修理。
圆盘刀具12安装在圆盘驱动部20上以便自由旋转运动。圆盘刀具12通过球形滚柱轴承39安装，该滚柱轴承通过安装转子36的台阶40和壁41定位。较大轴承39直接排列在圆盘刀具12的负载路径中，由此承受大部分的径向刀具负载。刀具组件10中采用的各种轴承可以是任意适当种类的，但优选它们是减摩的滚柱轴承，并且可以是液体动压或液体静压轴承。
当冲击待挖掘或开采的材料时，作为采矿动作的结果，圆盘刀具12趋于旋转。恒定的旋转速度表示出现适当的岩石断裂，而旋转速度的变化表示出现了不适当的岩石断裂，例如，当迫使圆盘刀具12太快地进入矿石中时。为了检测何时出现不适当的开采，切削装置10还包括确定圆盘刀具的任意旋转速率的变化的装置。具体地，在优选实施例中，永磁铁40靠近一端26的周边连接到并定位在安装转子36内。霍尔传感器42靠近一端21的周边连接到并定位在轴支撑部19的一端21内，因此当安装转子36相对于支撑部19旋转时，永磁铁40在霍尔传感器42附近经过。这导致产生脉冲，并且通过利用控制器44测量脉冲之间的间歇时间可确定圆盘刀具12的旋转速度的变化。如果确定了变化，那么可重新改变采矿装置10的操作以将圆盘刀具12的旋转速度返回到恒定值。该恒定旋转速度可以是任意速度，或者该恒定旋转速度可以是预定的优选值。在替代实施例(未示出)中，可使用不止一个永磁铁，并且可以确定圆盘刀具的旋转方向。
圆盘刀具12的运动在导致岩石拉伸断裂的冲击下向岩石表面施加冲击载荷。参照图2，可以看到在岩石56的点59处，圆盘刀具12的运动使切削刀片或刀刃58在振动下进入接合。这种振动的移动导致圆盘刀具12在基本垂直于安装轴13的轴线AA的方向行进。振动的移动的设置引起切削刀刃58基本沿方向S冲击表面59，以致在岩石中形成岩石碎片60，如图所示。通过虚线61表示未来的碎片。圆盘刀具12在下面59上的动作类似于在例如岩石的被有效导致拉伸断裂的脆性材料中产生拉伸应力的凿子的动作。圆盘刀具在岩石下面59上的冲击方向S通过轴承39反应。
图3、5和8示出了根据本发明的采矿机100(见图8)。采矿机100包括切削机构104，该切削机构包括具有臂端112(见图5)的臂108、通过大吸收块127(见图5)安装在臂端112上并适于接合待开采材料的第一圆盘刀具116。切削机构104还包括安装在臂端112上并与第一圆盘刀具116分隔开并且适于接合待开采材料的第二圆盘刀具120，以及安装在臂端112上并与第一圆盘刀具116和第二圆盘刀具120分隔开并且适于接合待开采材料的第三圆盘刀具124。具体地，圆盘刀具116、120和124的每一个分别是如上所述的圆盘刀具组件117、121和125(见图5)的一部分。
安装圆盘刀具116、120和124用于移动到被挖掘的岩石中。因此，采矿机100安装在例如轮子或铁轨或履带或轨道(均未示出)上，并且优选安装设施设置为对由圆盘刀具施加的近似平均的力作出反应，而大吸收块127(见图5)对峰值力起反应，如下所述。
具体地，如图8中所示，切削机构104还包括使圆盘刀具进入待开采材料中的装置，该装置包括前平台128和后平台130、用于安装臂以在前平台128上进行水平来回摆动的枢轴装置132、以及以一对分隔开的液压缸形式可在该前平台和该后平台之间延伸和收缩的装置136，用于当后平台130锚固时，相对于后平台130向前(朝向着待开采的材料)移动前平台128，以及当前平台128锚固时，相对于前平台128向后移动后平台130。传送带145或真空系统(未示出)或两者都可定位在圆盘刀具之下并在机器100的一侧上，如图8中示意性所示，以移除被驱出的材料。
更具体地，采矿机100包括用于锚固前平台和后平台的锚固装置，该装置包括固定到各自平台并延伸到矿床中的钻孔机144。此外，液压或机械机器安装的支柱(未示出)也可在介于矿床与矿顶之间的不同位置处使用。更具体地，如图11中所示，通过使用中空空心钻303垂直于平均矿床水平面钻入床材料中达到进入床中大约150mm(6英寸)的深度，钻孔机144使采矿机10能够锚固到矿床301。利用原状的床材料中心部分302提供附加的锚固稳定性，静止钻头然后当作锚固销。圆柱形钻载体304在钻的同时当作导向件，并且一旦锚固钻头303到达全部深度时，圆柱形钻载体304也当作支撑件，以使由于通过利用在中空空心钻大部分延伸长度上的床材料包住中空空心钻303而在平行于床的方向上作用到采矿机10的力引起的可能施加到中空空心钻303的弯曲力矩最小。依靠电动机305(但在其它实施例中可以是液压钻机，其没有被示出)通过电动机轴306与中空空心钻303的顶部之间的键接合使中空空心钻303旋转。以单独球轴承形式的滚动轴承件307能够迫使中空空心钻303在旋转的同时进入床中以及从床中拔出。圆形保持夹具308将中空空心钻锁紧到滚动轴承件307的内圈上。电动机305装入圆柱形容器309中，该容器309通过滚动轴承件307延伸和收缩电动机305以及连接的中空空心钻303。在各自的平台和电动机305之间延伸的液压缸310依靠挂钩和销装置313连接到盖311的活塞杆312，通过圆柱形容器309及其可拆卸的盖311使电动机305和连接的中空空心钻303的延伸和收缩，气缸310连接到各自的平台上。气缸和活塞杆的长度和连接被这样设置，以使其允许最小延伸和收缩等于所需最大钻探深度加上圆柱形钻载体304的下端与床之间的距离。
依靠一或多个将电动机锁紧到螺栓连接盖311的定位销316来防止电动机305由于圆柱形容器309中的反作用力矩而旋转。通过在接合在位于圆柱形钻载体304内壁的上部中的配合纵向槽317中的盖上的舌片来防止螺栓连接盖311在圆柱形钻载体304中旋转，以使其允许电动机和空心钻的延伸和收缩。槽317的长度设置为允许中空空心钻303如上所述的全部延伸和收缩。槽317的底部和螺栓连接的圆柱形钻载体盖318当作用于电动机和中空空心钻延伸和收缩的机械止动件。
圆柱形钻载体304设有用于将锚固钻头300螺栓连接到采矿机结构314的肩部。盖311上的孔允许用于电动机旋转的电源和控制件315进入。
圆盘刀具116、120和124的每一个通过进入待开采的材料中的臂108驱动，而臂108通过分别连接在臂108与前平台128之间的第一和第二液压缸160和164摆动进入待开采的材料中。在其它实施例(未示出)中，可使用液压或电动旋转致动器以旋转臂108，增加臂的旋转量。通过安装臂108、用于臂108的枢转装置132以及沿着平行于待开采材料的前平台128上的轨道(未示出)可滑动的臂平台168上的气缸160和164，臂108也相对于前平台128平移。连接在臂平台168和前平台128之间的气缸172使臂108相对于前平台128移动。
圆盘刀具的每一个的质量块比设置用于负载吸收的质量块127的相对更小。当圆盘刀具在振动下接合岩石表面时，施加在每个圆盘刀具上的载荷通过大质量块127的惯性反应或吸收，而不是通过臂108或其它支撑结构。
具体地，如图3和5中所示，切削机构104包括臂108、切削头形式的大质量块127以及用于将切削头127连接到臂108的支架176。切削头127是容纳三个圆盘刀具组件10的壳体。更具体地，该切削头包括三个单个的开口180、182和184，所述开口的每一个以传统方式可松开地容纳圆盘刀具116、120和124的一个以及它们的各自组件。围绕三个开口的切削头内部容积填充有重材料，例如灌注或预浇铸的铅186，如图6中的切削头127的横向剖视图中所示。喷水口129(见图3和图5)靠近每个圆盘刀具的前面在矿石切削方向安装。通过使三个偏心驱动的圆盘刀具分担共同的重量，需要较小的总重量，由此使采矿机100较轻并且更紧凑。在优选的实施例中，三个圆盘刀具之间分担大约6吨的重量，每个圆盘刀具的直径大约为35厘米。在其它实施例中，可使用更小或更大的圆盘刀具。
支架176以适当的方式(未示出)，例如通过焊接固定到臂108。支架176通过两个U型槽件190和192连接到切削头127。每个槽件容纳切削头127上的凸缘194和支架176上的凸缘196，目的是以将切削头127连接到支架176上。如图7中所示，弹性套筒200置于切削头127与支架176之间以使切削头的振动与臂108隔绝。
如图9和10中所示，用于臂108的枢轴安装以在前平台128上进行水平的来回摆动的装置132包括枢轴204，用于臂108的从顶到底的竖直运动。枢轴装置132包括开口支撑销208，所述支撑销208具有连接到臂108顶部的顶销209和连接到臂108底部的底销210。具体地，枢轴装置204包括上球面轴承壳体216和下球面轴承壳体224。臂108通过在上球面轴承壳体216与顶销209之间的上球面轴承211安装到顶销209上，并且臂108通过在下球面轴承壳体与底销210之间的下球面轴承213安装到底销210上。球面轴承壳体216和224的每一个通过容器228和232相对于臂平台168保持静止，如图10中示意性所示。
为了实现臂108的上下或从顶到底的竖直运动，装置204包括连接到下球面轴承壳体224的杆234、连接到杆234并且在其底部枢转连接到臂平台168的销236、以及用于以连接在销236的顶部与臂平台之间的液压缸237的形式旋转杆目的是旋转下球面轴承壳体224并因此旋转臂108的装置。连接到底部平台168的相同杆和销(均未示出)连接到下球面轴承壳体224的相对侧，以致为组件提供固定支点。
为了以例如图4中所示的方式获得向待开采材料中的均匀切入243，臂108具有纵向轴线242，如图3中所示，第二圆盘刀具120关于至少平行于臂纵向轴线242(或与其共轴，如在所示的实施例中)的轴线驱动，而第一圆盘刀具116关于与臂纵向轴线242成一定角度的轴线246驱动，其中，安装第三圆盘刀具124以关于与臂纵向轴线242成一定角度并与第一圆盘刀具的轴线246成一定角度的轴线250旋转。切削圆盘的轴线的相对角度从图5中所示的刀具圆盘组件的定向中也很明显。
当通过三个圆盘刀具形成线时，其限定切削轴线256，并且该切削轴线256垂直于臂纵向轴线242，三个圆盘刀具沿切削轴线256分隔开。
切削轴线256与垂直于矿床所形成的线偏移，因此当图3的臂沿顺时针方向摆动时，第一或最下圆盘刀具116将首先接触待开采的矿石。这导致圆盘刀具116溅出落到矿床的材料。然后，当第二圆盘刀具120接触待开采的矿石时，在第二圆盘刀具120之下的空间已通过第一圆盘刀具116让出，因此其也具有位于其下面的用于溅出的矿石落入到矿床的空间。对于第三圆盘刀具120也是如此。因此，在前的圆盘刀具116处于最下面的位置，这有益于刀具的寿命，并确保由随后的圆盘刀具产生的的切削品不会被在前刀具再压碎。
此外，每个旋转圆盘刀具的切削面相对于下一相邻旋转圆盘刀具沿切削轴线256成一定角度。这导致每个圆盘刀具总是以10度的冲角靠近待开采的矿石，以获得最佳量的溅出材料。
另外，圆盘刀具被设置成使每个圆盘刀具等深地切入待开采的材料中。这防止了待开采矿石的不均匀，而这种不均匀会导致阻碍采矿机100。
采矿机100通过使用液压缸136使臂108向着待开采矿石前进第一递增距离、使臂108摆动以切削材料、然后使臂108向着待开采矿石前进第二递增距离而作业，该第二递增距离等于第一递增距离。因此，切削头127与待开采矿石之间的接触得以最小化。
本发明的切削装置被考虑用于提供更经济有效的岩石切削，因为与已知的旋转切削机械重量相比，该装置可以更低或减少的重量装配。可以想象包括支撑臂的本发明的切削装置可制造为具有大约30吨的总重量。这意味着与已知的旋转切削机械相比，该装置具有以基本降低的成本被制造和操作的潜力。重量的减少主要由于增强岩石切削，而增强岩石切削是利用底切圆盘刀具由振动组合引起，由此需要减少的切削力。因此，采矿机承受减少的载荷，并因此需要基本较小的力来有效地实现岩石断裂。另外，由切削过程产生的冲击载荷相对低，因此导致对相邻的周围岩石的破坏可以忽略不计，由此，减小岩石跌落的可能性，并且降低了开挖面所必须的支撑量。而且，由于装置的总重量和所产生的冲击载荷的量级，该装置可安装在用于移入开挖面中的车辆上。
本发明的各种其它特征和优点从随后的权利要求中将很明显。