切割滚筒和设计切割滚筒的方法
【专利摘要】本发明公开了一种设计切割滚筒的方法，所述切割滚筒用于运土设备。切割滚筒包括两个或者更多个环段，每个环段包括多个刀具，至少一个环段的旋转位置能够相对于一个或者更多个其他环段进行调整，并且可固定于新的旋转位置。所述方法涉及将切割滚筒的多个设计参数输入到计算机程序中，利用计算机程序实施切割滚筒的计算机模拟分析，以确定与至少一个设计目标相关的至少一个运行值，利用计算机模拟分析确定与至少一个设计目标相对应的环段的相对位置；以及使可调整环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，以使环段的相对位置对应于至少一个设计目标。本发明亦公开一种用于所述方法的切割滚筒。
【专利说明】切割滚筒和设计切割滚筒的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种切割滚筒（cuttingdrums)和设计切割滚筒的方法。
【背景技术】
[0002] 在软岩开采、尤其是煤炭和铁矿石开采以及日益增多的盐和钾碱开采中使用连续 滚筒式运土设备（诸如连续滚筒式采矿机）是公知的。这种滚筒式运土设备通常包括可旋 转滚筒，该可旋转滚筒上设置有诸如截齿（cuttingpicks)的刀具，以在滚筒旋转的使用过 程中将软岩从目标岩体上切割下来。刀具以被称为缀带（lacing)设计的样式分布在滚筒 上。
[0003] 提高切割性能的需求日益增加，提高安全性和能源效率以及降低运行成本的需求 已经导致希望改善切割滚筒的设计，尤其是改善切割滚筒上刀具的缀带设计。除了缀带样 式，切割滚筒的性能还取决于切割滚筒类型、滚筒的切割几何结构、被开采的岩体和运土设 备的运行参数之间的关系。
[0004] 对于现有的滚筒式采矿机，为了调整切割滚筒设计，需要将切割滚筒返送给制造 商才能够进行调整，因为就地调整滚筒是不可行的。这是相当费时和低效的。
【发明内容】
[0005] 根据本发明的第一方面，提供一种设计切割滚筒的方法，所述切割滚筒用于运土 设备，切割滚筒包括两个或者更多个环段，每个环段包括多个刀具，至少一个环段的旋转位 置能够相对于一个或者更多个其他环段进行调整，并且可固定于新的旋转位置，所述方法 包括如下步骤：
[0006] (A)将切割滚筒的多个设计参数输入到计算机程序中；
[0007] (B)利用计算机程序实施所述切割滚筒的计算机模拟分析，以确定与至少一个设 计目标相关的至少一个运行值；
[0008] (C)利用所述计算机模拟分析确定与至少一个设计目标相对应的环段的相对位 置；以及
[0009] (D)使可调整环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，以使环 段的相对位置对应于至少一个设计目标。
[0010] 在一种实施方式中，该方法还包括：在切割滚筒已经使用以后，重复步骤（A)至步 骤⑶。
[0011] 在一种实施方式中，步骤（B)包括：虚拟地渐进地使可调整环段或者每一个可调 整环段相对于至少一个其他环段旋转，并且在每一次虚拟旋转之后计算与设计目标相关的 值。
[0012] 在一种实施方式中，步骤（C)包括：利用计算的值确定与至少一个设计目标相对 应的环段的相对位置。
[0013] 所述设计目标可以从以下的组中选择：
[0014] i.降低能量使用率；
[0015] ii.降低制造成本；
[0016] iii.提闻吞吐量；
[0017] ixiv.减少粉尘形成；
[0018] XV.减小刀具磨损。
[0019] 在一种实施方式中，设计目标包括至少一个运行值的优化，例如切割滚筒的力和/ 或力矩平衡的优化。
[0020] 在一种实施方式中，该方法包括：利用所述计算机模拟分析确定除了环段的相对 位置外的至少一个切割滚筒设计参数，并且利用所确定的至少一个运行值来调整至少一个 其他切割滚筒设计参数。
[0021] 在一种实施方式中，该方法还包括如下步骤：
[0022] 以图形显示计算机模拟分析的至少一部分；以及
[0023] 利用图形显示来确定与至少一个设计目标相关的至少一个运行值。
[0024] 根据本发明的第二方面，提供一种切割滚筒，该切割滚筒用于运土设备，所述切割 滚筒包括：
[0025] 滚筒部，该滚筒部包括多个环段；
[0026] 多个刀具，该多个刀具设置在滚筒部的外表面上，刀具形成刀具缀带设计，每个环 段包括至少一个刀具；
[0027] 其中，至少一个环段的旋转位置能够相对于至少一个其他环段进行调整，以使刀 具缀带设计可调整。
[0028] 在一种实施方式中，环段包括至少一个固定环段和至少一个可调整环段。
[0029] 在一种实施方式中，该切割滚筒包括多个可调整环段。
[0030] 在一种实施方式中，至少一个可调整环段能够绕公共轴线相对于至少一个其他环 段旋转360度。
[0031] 在一种实施方式中，环段的至少一者可拆卸。
[0032] 在一种实施方式中，该切割滚筒包括至少一个位置标志，用以向使用者指示至少 一个可调整环段的相对角度位置。
[0033] 在一种实施方式中，每个可调整环段能够设置在：锁定位置，在该锁定位置，可调 整环段与毗邻的固定环段相连接，并且可调整环段相对于毗邻的固定环段不发生相对旋 转；以及释放位置，在该释放位置，可调整环段与毗邻的固定环段解除连接，并且可调整环 段能够相对于毗邻的固定环段发生相对旋转。
[0034] 在一种实施方式中，该切割滚筒包括轴，每个环段设置在轴上，轴和固定环段中的 一者包括键部，轴和固定环段中的另一者包括连接至键部并可滑动地容纳键部的槽部，键 部和槽部相配合以阻止固定环段旋转，同时允许固定环段相对于轴可滑动地移动。
[0035] 每个可调整环段和毗邻的固定环段包括互补的第一啮合部和第二啮合部，该第一 啮合部和第二啮合部设置为使得可调整环段与毗邻的固定环段啮合，以阻止可调整环段相 对于毗邻的固定环段的旋转。
[0036] 在一种实施方式中，啮合部包括互补的齿。
[0037] 在一种实施方式中，刀具包括截齿、锯和/或钻头。
[0038] 根据本发明的第三方面，提供一种采矿机，该采矿机包括如本发明的上述第二方 面所述的切割滚筒。
[0039] 根据本发明的第四方面，提供一种切割方法，该方法包括使用如本发明的上述第 二方面所述的切割滚筒。
[0040] 根据本发明的第五方面，提供一种重新设计切割滚筒的方法，所述切割滚筒用于 运土设备，切割滚筒包括两个或者更多个环段，每个环段包括多个刀具，至少一个环段的旋 转位置能够相对于一个或者更多个其他环段进行调整，并且可固定于新的旋转位置，所述 方法包括如下步骤：
[0041] (A)将切割滚筒的多个设计参数输入到计算机程序中；
[0042] (B)利用计算机程序实施所述切割滚筒的计算机模拟分析，以确定与至少一个设 计目标相关的至少一个运行值；
[0043] (C)利用计算机模拟分析确定与至少一个设计目标相对应的环段的相对位置；
[0044] (D)使可调整环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，以使环 段的相对位置对应于所述至少一个设计目标；以及
[0045] 在切割滚筒使用一段时间以后，重复步骤（A)至步骤（D)。
[0046] 根据本发明的第六方面，提供一种计算设备，该设备设置实施根据本发明的第一 方面或者第五方面所述的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0047] 现在，参考附图，通过实施例来描述本发明，其中：
[0048] 图1显示的是应用于连续采矿机的几种传统的切割滚筒的示意的立体图，每种切 割滚筒包括不同的缀带样式；
[0049] 图2是根据本发明的一种实施方式的切割滚筒的示意的立体图；
[0050] 图3是图2中所示的切割滚筒的示意的分解立体图；
[0051] 图4是图2和图3中所示的切割滚筒的可旋转环段的示意的立体图；
[0052] 图5是显示作用在新的切割滚筒上的最大水平力与切割滚筒的可旋转环段的位 置相对于切割滚筒的其他不旋转环段的位置的角度之间的关系的计算机模拟结果的图 形；
[0053] 图6是显示在切割滚筒长期运行后，作用在使用过的切割滚筒上的最大水平力与 切割滚筒的可旋转环段的位置相对于切割滚筒的其他不旋转环段的位置的角度之间的关 系的计算机模拟结果的图形；
[0054] 图7是显示作用在新的切割滚筒上的最大水平力与切割滚筒的两个可旋转环段 的位置相对于切割滚筒的一个或更多个其他不旋转环段的位置的角度之间的关系的计算 机模拟结果的三维图形；
[0055] 图8是显示指示出刀具在切割滚筒上的相对位置的刀具设计样式的缀带示意图；
[0056] 图9是显示切割滚筒的可旋转环段的位置相对于切割滚筒的其他不旋转环段的 位置的角度与作用在切割滚筒上的力矩、水平力和垂直力的每一者之间的关系的计算机模 拟结果的图形，切割滚筒具有根据图8所显示的缀带示意图的缀带设计；
[0057] 图10是显示根据本发明的实施方式设计切割滚筒的方法的流程图；
[0058] 图11是显示图10中所示的方法的参数采集程序的流程图；
[0059] 图12是显示图10中所示的方法的切割滚筒性能仿真程序的流程图；
[0060] 图13是显示图10中所示的方法的切割滚筒调整程序的流程图，切割滚筒调整程 序响应于图12中所示的性能仿真程序而实施；以及
[0061] 图14是显示根据本发明的实施方式的重新设计切割滚筒的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0062] 参考图1，显示了几种传统的切割滚筒。每个切割滚筒10a、10b、10c、IOd具有不同 的缀带设计，这些缀带设计限定了刀具12的相对位置，在本实施例中，刀具12是指切割滚 筒10a、10b、10c、IOd的圆柱形滚筒部14上的截齿。使用过程中，使切割滚筒10a、10b、10c、 IOd接触目标岩体旋转。
[0063] 切割滚筒10a、10b、10c、IOd的缀带设计各部各不相同，因此切割滚筒10a、10b、 10c、IOd中的每一者配置为应用于特定的目的和/或特定的岩石类型。
[0064] 将滚筒上的刀具的缀带样式应设计为能够缓解切割，其中当切割滚筒旋转每个刀 具的旋转动作被该刀具所紧随的刀具的旋转动作促进时，同样地每个刀具也能够促进紧随 该刀具的每个刀具的旋转动作。
[0065] 然而，应该理解的是，图1中所示的切割滚筒10a、10b、10c、IOd中的每一者具有设 定好的刀具缀带样式，该缀带样式是固定的，因此，如果要调整切割滚筒的缀带样式，需要 将切割滚筒l〇a、10b、10c、IOd返送给制造商。就地调整刀具的缀带样式是不可能的。
[0066] 可替代的传统的切割滚筒包括多个环段，每个环段包括多个刀具。然而，当切割滚 筒包括多个环段时，这些环段相对于彼此的旋转位置是固定的，因此无法方便地调整一个 或者更多个环段相对于其他环段的旋转位置。
[0067]参考图2至图4,显示了根据本发明的实施方式的切割滚筒20。
[0068]切割滚筒20包括轴22,该轴22具有与其相连接的端环24,第一固定环段26毗邻 端环24设置在轴22上，可旋转环段28毗邻第一环段26设置在轴22上，第二固定环段30 毗邻可旋转环段28设置在轴22上。固定环段和可旋转环段通过端环24和毗邻第二固定 环段30设置在轴上的锁环32保持在轴22上。
[0069]更特别地，如图3中所示，第一固定环段26和第二固定环段30安装在轴22上从而 不能相对于轴22旋转。在本实施例中，通过如下方式实现：在轴上设置用于固定第一固定 环段26和第二固定环段30的第一锁定部34,并且在第一固定环段26和第二固定环段30 上相对应地设置互补的第二锁定部40、42,第一锁定部和第二锁定部彼此配合连接，以阻止 第一固定环段26和第二固定环段30相对于轴22旋转。
[0070] 在本实施例中，每个第一锁定部34包括键部36,该键部36设置为与形成在轴22 中的凹进38相连接；每个第二锁定部包括用于可滑动地容纳键部36的槽部40、42,每个槽 部40、42形成在第一固定环段26和第二固定环段30的相应的内表面43上。
[0071] 锁环32可以以任何适当的方式相对于轴22固定，在本实施例中使用锁定螺栓44 固定。
[0072] 端环24、第一固定环段26、第二固定环段30、可旋转环段28以及锁环32的外表 面上设置有刀具，在本实施例中，刀具是指以设定好的缀带样式设置在外表面上的截齿46。 然而，虽然端环24、第一固定环段26、第二固定环段30、可旋转环段28以及锁环32中的每 一者都具有以设定好的缀带样式设置的截齿，但整个切割滚筒20的整体的缀带样式还是 有可能因可旋转环段28在轴22上相对于第一固定环段26和第二固定环段30发生旋转而 产生改变。
[0073]虽然将切割滚筒20构造成使得环段28能够在轴22上旋转，但在使用过程中可旋 转环段28的相对位置是固定的，在本实施例中通过如下方式实现：在第一固定环段26和第 二固定环段30的每一者上相应设置第一啮合部，在可旋转环段28上设置互补的第二啮合 部54。每个第一啮合部50、52设置成与第二啮合部54啮合，以限制相对旋转运动。在本实 施例中，每个第一啮合部和第二啮合部包括互补的齿。
[0074] 为了调整切割滚筒20的缀带样式，使用者可以将锁定螺栓44松开并将轴22上的 锁环32朝向远离端环24的方向滑动。然后，使用者可以将轴22上的第二固定环段30和 可旋转环段28朝向远离端环24的方向滑动，直到第一啮合部50、52和第二啮合部54彼此 脱离，并将可旋转环段28旋转至相对于第一固定环段26和第二固定环段30而言的理想的 旋转位置。之后，使用者可以将可旋转环段28、第二固定环段30和锁环32朝向靠近端环 24的方向滑动，直到第一啮合部50、52和第二啮合部54彼此啮合，并利用锁定螺栓44将锁 环32相对于轴22固定。
[0075] 应该理解的是，本发明的切割滚筒20的刀具虽然是截齿，但刀具的其他形式也可 以预料，诸如锯和钻头。诸如在专利WO01/88322中的第1页第12行至第2页第10行、第 2页第11行至第30行、第2页第31行至第3页第28行分别公开的适当的截齿、锯和钻头， 其内容作为参考合并于此。
[0076] 虽然本实施方式包括两个环段，其中一个环段能够相对于另一个环段旋转，但应 该理解的是，固定环段和可旋转环段的任何数量都可以预料，重要的是，至少一个环段能够 相对于其他环段旋转，以使得切割滚筒的缀带样式可调整。
[0077] 在本实施例中，可调整环段位于固定环段的中间，这种对称的结构能够减小滚筒 的轴向力。然而，应该理解的是，作为可替代的方式，可调整环段可以位于切割滚筒上的任 何位置。
[0078] 应该理解的是，每个环段上的刀具缀带样式可以相同，也可以不同，并且每个可调 整环段可以绕切割滚筒的纵轴旋转至少90度，更优选至少180度，最优选至少360度。环 段的可旋转性越大，将刀具缀带样式调整到一个或者更多个切割滚筒性能标准（即设计目 标）的能力越大。
[0079] 为了使环段的相对角度能够容易地被确定，可以在固定环段和可调整环段上设置 位置标记，用以向使用者指示环段的相对角度位置。
[0080] 优选地，将环段构造为形成整体式（unitary)切割滚筒。就本发明的目的而言，整 体式切割滚筒的含义是指，每个环段倚靠相邻的环段设置，以形成基本连续的切割滚筒表 面，刀具设置在该表面上。
[0081] 设计切割滚筒的过程是复杂的。另外，由于目前的切割滚筒设计方法通常是将滚 筒视作一个单体，而不管该滚筒是包括一体形成的单个的圆柱形滚筒部件，还是该滚筒由 几个圆柱形环段连接在一起形成，因此导致很难在因滚筒的刀具随着时间推移磨损而影响 滚筒使用寿命方面实现滚筒的优化设计。
[0082]为了对设计过程有所帮助，几种半理论性和实证的模型已经被开发，所汲取的大 量参数包括：
[0083] ?刀具的总数量；
[0084] ?刀具的中心节距；
[0085] ?刀具的外部节距；
[0086] ?刀具的相对角度、设置角度、位移角度和平衡角度；
[0087] ?油底壳率（sumprate)，即包括切割滚筒的机械进入到岩体靶面（这是直线运 动）的速度；
[0088] ?滚筒速度，即滚筒的转速；
[0089] ?切割角度，即在任意瞬时由滚筒的部件与岩体靶面接触所形成的角度；
[0090] ?支撑宽度，即设置在外围滚筒和中心滚筒之间用以支撑刀具的留隙空间；
[0091] ?初始数目，即滚筒上的叶片的数目；
[0092] ?每行刀具的数目，即在一条刀具线上的刀具的数目；
[0093] ?线距值，即滚筒上相邻两个刀具之间的间距；
[0094] ?刀具位置信息，包括滚筒上的每个刀具的位置的角度、刀具的类型、倾斜角度和 不齐角度（angleofskew);以及[0095] ?地层特征。
[0096]刀具的缀带样式使用传统的计算机模拟程序进行初步确定，该缀带样式将用于在 新的切割滚筒上限定刀具的相应的位置。
[0097] 显示在图5中的曲线60显示了作用在切割滚筒上尤其是作用在刀具的缀带样式 上的最大水平力与可旋转环段相对于固定环段的相对角度变化之间的关系的计算机模拟 结果。如曲线60上的点62显示的那样，最大水平力随着可旋转环段相对于固定环段的旋 转位置的变化而变化。
[0098] 显示在图6中的曲线64显示了作用在使用过的切割滚筒上尤其是作用在和图5 中的曲线60相同的缀带样式上的最大水平力与可旋转环段相对于固定环段的相对角度变 化之间的关系的计算机模拟结果。如曲线64上的点66显示的那样，最大水平力随着可旋转 环段相对于固定环段的旋转位置的变化而变化，但可以明确的是在切割滚筒已经被使用一 段时间后，其最大水平力的变化不同于图5中所代表的新的切割滚筒最大水平力的变化。
[0099] 因此，如果目标是减小最大水平力，则可以在切割滚筒未被使用之前利用图5中 的曲线60、在切割滚筒已被使用之后利用图6中的曲线64来限定可调整环段的理想的旋转 位置，从而实现上述目标。在本实施例中，为了在切割滚筒已被使用一段时间之后能够达到 最大水平力的要求，可以利用图6中的信息来调整切割滚筒的结构，以将可旋转环段移动 至大约200度的相对角度的相应位置。应该理解的是，这种调整是可以就地实施的。
[0100] 虽然图5和图6中的曲线代表切割滚筒只具有一个可旋转地调整的环段的计算 值，但应该理解的是，切割滚筒具有多个可旋转地调整的环段的情况可以预料。
[0101] 例如，显示在图7中的曲线68显示了作用在新的切割滚筒上尤其是作用在刀具的 缀带样式上的最大水平力与两个可旋转环段的位置相对于一个或更多个固定环段的位置 的相对角度变化之间的关系的计算机模拟结果。
[0102] 图8显示了刀具缀带样式80的一个实施例。刀具缀带样式80包括缀带样式82、 84,分别用于表示拟用的切割滚筒的可旋转环段和固定环段。图8中显示的刀具缀带样式 80还显示出代表性的轴86,可旋转环段和固定环段可以设置在该轴上。刀具缀带样式80可 以用于制造刀具，尤其是可以用于向制造商指示刀具在切割滚筒的外表面上的相对位置。
[0103] 显示在图9中的曲线90显示了切割滚筒的可旋转环段的位置相对于固定环段的 位置的角度与作用在切割滚筒上的力矩92、水平力94和垂直力96的每一者之间的关系的 计算机模拟结果，切割滚筒具有根据图8所显示的缀带示意图的缀带设计。
[0104] 通过图9所显示的关系可以看出，约208度的偏移角度对应最小力矩和垂直/水 平力。
[0105] 图10中显示的流程图100显示了设计切割滚筒的方法的步骤102、104和106。
[0106] 该方法包括首先根据步骤102将指示切割滚筒的特征、具有该切割滚筒的采矿机 的特征和将要使用该切割滚筒进行开采的目标岩体的特征的滚筒设计和运行参数确定下 来。基于所确定的参数，根据步骤104实施一个或者多个计算机模拟，以针对可旋转环段相 对于一个或者多个固定环段的不同位置来确定与所选择的目标相关的至少一个值的变化 量。基于所确定的变化量，可以对可旋转环段相对于至少一个固定环段的特定位置作出选 择，切割滚筒制造完成后，可以根据步骤106将可旋转环段移动至所选择的相关位置并将 其固定至该位置。
[0107] 在本实施例中，计算机模拟的实施可以使用切割滚筒设计软件，该软件可以通过 CSIRO(澳大利亚联邦科学与工业研究组织）在QueenslandAdvancedTechnologies, 1 TechnologyCourt,Pullenvale,Queensland, 4069,Australia上获得。不过，应该理解的 是，也可以使用适合于执行此功能的其他软件，例如在TiryakiB.，AyhanM.&Hekimoglu O.Z. 2001中所描述的类型的软件，用于第二掘进机滚筒采矿机（RoadheadersndDrun Shearers)的切割头滚筒设计的新的计算机程序，土耳其第17届国际矿业大会和展会， 655-662。
[0108] 应该理解的是，任何合适的运行目标都可以用作形成计算机模拟和后续的可旋转 环段的相对位置选择的基础，诸如最小化能量守恒、最大化吞吐量、最大限度地降尘，和/ 或减少刀具磨损。
[0109] 用于确定滚筒设计和运行参数的过程的实施例以更详细的方式显示于图11所显 示的流程图110中。
[0110] 如图中所示，本实施例涉及：根据步骤112将指示切割滚筒的刀具的特性的参数 (诸如直径、刀具的迎角度数和标距长度、以及与刀具相关的作用力公式）输入到滚筒模拟 软件中；根据步骤114输入指示切割滚筒的特性的参数（诸如滚筒的宽度和直径、刀具的数 目、刀具线的间距、刀具的角度位置、刀具倾斜角和刀具轮廓），输入可调整环段和固定环段 的数目，以及相应的可调整环段的数目。
[0111] 用于确定滚筒设计和运行参数的过程还涉及：根据步骤118输入与目标岩体相关 的参数（诸如UCS、BTS、CERCHAR磨蚀性指数和崩落角）；根据步骤120输入与使用上述切 割滚筒的采矿机相关的运行参数（诸如直线前进速度、切割区段、切割模式、切割宽度、滚 筒旋转速度参数）；以及根据步骤122输入指示电机功率和机械效率的数据。
[0112] 用于实施计算机模拟过程的实施例以更详细的方式显示于图12所显示的流程图 130 中。
[0113] 如图中所示，本实施例的过程涉及：根据步骤132利用模拟软件计算作用在刀具 上的力以及在一个切割周期中刀具之间的力的变化量；根据步骤134计算工作的刀具以及 在一个切割周期中的变化量；根据步骤136计算滚筒在三个相互正交方向的反作用力以及 在一个切割周期中的反作用力的变化量；根据步骤138计算滚筒的反力矩以及在一个切割 周期中的变化量。
[0114] 模拟过程还涉及：根据步骤140选择一个或者多个运行目标；根据步骤142设定 切割滚筒的所有环段的初始相对虚拟位置，使可调整环段相对于固定环段虚拟地旋转，并 且在每个可调整环位置计算一个或者多个与所选择的运行目标相关的值。
[0115] 计算值可以以图形的形式提供给使用者，例如图5中所显示的用于具有一个可旋 转环段的切割滚筒的形式，或者图7中所显示的用于具有两个可旋转环段的切割滚筒的形 式。可替代地，可以用表格来体现一个或者多个可旋转环段的不同相对位置的计算值。
[0116] 所选择的运行目标可以对应于优化目标，例如最大化吞吐量。对已经确定的切割 滚筒进行调整的过程的实施例以更详细的方式显示于图13所显示的流程图150中。
[0117] 如图中所示，该过程涉及：根据步骤152利用计算值一尤其是利用计算值的图形 表示一来确定与所选择的目标相对应的一个（或每个）可旋转环段相对于固定环段的相对 旋转位置。确定可旋转环段的相对旋转位置后，切割滚筒制造完成后，可以根据步骤154将 每一个可旋转环段移动至与通过模拟确定的位置相对应的位置。
[0118] 应该理解的是，作为实施切割滚筒设计方法100的结果，切割滚筒可以制造成具 有专用于一个或者多个特定运行目标而限定的特征。
[0119] 另外，上述的设计过程能够通过方便地将切割滚筒的至少一个环段相对于其他环 段进行旋转而使得最初的缀带样式（通常通过经验和计算机模拟混合建立）得到进一步优 化。
[0120] 控制系统可以设置为，将程序分成两个或更多个运行模式对应于不同的刀具设计 缀带样式。运行模式可以对应于不同的性能/设计目标，例如节能模式、增加吞吐量模式和 刀具磨损最小化模式。可以用控制系统半自动地或者自动地调整切割滚筒的刀具缀带。
[0121] 应该理解的是，根据本发明切割滚筒设计方法设计的切割滚筒所具有的运行参数 与传统设计的切割滚筒的参数相比，具有显著的改善。下述表1显示了根据本发明的方法 设计的切割滚筒和使用传统方法设计的切割滚筒之间在运行参数方面的区别。
[0122]
【权利要求】
1. 一种设计切割滚筒的方法，所述切割滚筒用于运土设备，所述切割滚筒包括两个或 者更多个环段，每个环段包括多个刀具，至少一个环段的旋转位置能够相对于一个或者更 多个其他环段进行调整，并且可固定于新的旋转位置，所述方法包括如下步骤： (A) 将切割滚筒的多个设计参数输入到计算机程序中； (B) 利用所述计算机程序实施所述切割滚筒的计算机模拟分析，以确定与至少一个设 计目标相关的至少一个运行值； (C) 利用所述计算机模拟分析确定与所述至少一个设计目标相对应的所述环段的相对 位置；以及 (D) 使所述可调整环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，以使所 述环段的相对位置对应于所述至少一个设计目标。
2. 根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在已经使用所述切割滚筒以后，重复步 骤㈧至步骤（D)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤（B)包括：虚拟地渐进地使所述可调整 环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，并且在每一次虚拟旋转之后计 算与所述设计目标相关的值。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，步骤（C)包括：利用所述计算的值确定与所述至 少一个设计目标相对应的所述环段的相对位置。
5. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述设计目标从以下的组中选择： vi .降低能量使用率； vii. 降低制造成本； viii. 提高吞吐量； ix. 减少粉尘形成；以及 X .减小刀具磨损。
6. 根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述设计目标包括至少一个运行值的优 化。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述设计目标包括所述切割滚筒的力和/或力矩 平衡的优化。
8. 根据前述任一权利要求所述的方法，该方法包括：利用所述计算机模拟分析确定除 了所述环段的相对位置外的至少一个切割滚筒设计参数，并且利用所确定的所述至少一个 运行值来调整至少一个其他切割滚筒设计参数。
9. 根据前述任一权利要求所述的方法，该方法还包括如下步骤： 以图形显示所述计算机模拟分析的至少一部分；以及 利用所述图形显示来确定与所述至少一个设计目标相关的至少一个运行值。
10. -种切割滚筒，该切割滚筒用于运土设备，所述切割滚筒包括： 滚筒部，该滚筒部包括多个环段； 多个刀具，该多个刀具设置在所述滚筒部的外表面上，所述刀具形成刀具缀带设计，每 个环段包括至少一个刀具； 其中，至少一个环段的旋转位置能够相对于至少一个其他环段进行调整，以使所述刀 具缀带设计可调整。
11. 根据权利要求10所述的切割滚筒，其中，所述环段包括至少一个固定环段和至少 一个可调整环段。
12. 根据权利要求10或11所述的切割滚筒，该切割滚筒包括多个可调整环段。
13. 根据权利要求10到12中任一项所述的切割滚筒，其中，至少一个可调整环段能够 绕公共轴线相对于至少一个其他环段旋转360度。
14. 根据权利要求10到13中任一项所述的切割滚筒，其中，所述环段的至少一者可拆 卸。
15. 根据权利要求10到14中任一项所述的切割滚筒，该切割滚筒包括至少一个位置标 志，用以向使用者指示至少一个可调整环段的相对角度位置。
16. 根据权利要求10到15中任一项所述的切割滚筒，其中，每个可调整环段能够设置 在：锁定位置，在该锁定位置，所述可调整环段与毗邻的固定环段相连接，并且所述可调整 环段相对于所述毗邻的固定环段不发生相对旋转；以及释放位置，在该释放位置，所述可调 整环段与所述毗邻的固定环段解除连接，并且所述可调整环段能够相对于所述毗邻的固定 环段发生相对旋转。
17. 根据权利要求16所述的切割滚筒，该切割滚筒包括轴，每个环段设置在所述轴上， 所述轴和固定环段中的一者包括键部，所述轴和固定环段中的另一者包括连接至所述键部 并可滑动地容纳所述键部的槽部，所述键部和所述槽部相配合以阻止所述固定环段旋转， 同时允许所述固定环段相对于所述轴可滑动地移动。
18. 根据权利要求16或17所述的切割滚筒，其中，每个可调整环段和毗邻的固定环段 包括互补的第一啮合部和第二啮合部，该第一啮合部和第二啮合部设置为使得所述可调整 环段与所述毗邻的固定环段啮合，以阻止所述可调整环段相对于所述毗邻的固定环段的旋 转。
19. 根据权利要求18所述的切割滚筒，其中，所述啮合部包括互补的齿。
20. 根据权利要求10到19中任一项所述的切割滚筒，其中，所述刀具包括截齿、锯和/ 或钻头。
21. -种采矿机，该采矿机包括如权利要求10至20中任一项所述的切割滚筒。
22. -种切割方法，该方法包括使用权利要求10至20中任一项所述的切割滚筒。
23. -种重新设计切割滚筒的方法，所述切割滚筒用于运土设备，所述切割滚筒包括两 个或者更多个环段，每个环段包括多个刀具，至少一个环段的旋转位置能够相对于一个或 者更多个其他环段进行调整，并且可固定于新的旋转位置，所述方法包括如下步骤： (E) 将切割滚筒的多个设计参数输入到计算机程序中； (F) 利用所述计算机程序实施所述切割滚筒的计算机模拟分析，以确定与至少一个设 计目标相关的至少一个运行值； (G) 利用所述计算机模拟分析确定与所述至少一个设计目标相对应的所述环段的相对 位置； (H) 使所述可调整环段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，以使所 述环段的相对位置对应于所述至少一个设计目标；以及 在所述切割滚筒使用一段时间以后，重复步骤（A)至步骤（D)。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述步骤（B):虚拟地渐进地使所述可调整环 段或者每一个可调整环段相对于至少一个其他环段旋转，并且在每一次虚拟旋转之后计算 与所述设计目标相关的值。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中，步骤（C)包括：利用所述计算的值确定与所述 至少一个设计目标相对应的所述环段的相对位置。
26. 根据权利要求23到25中任一项所述的方法，其中，所述设计目标从以下的组中选 择： vi .降低能量使用率； vii. 降低制造成本； viii. 提高吞吐量； ix. 减少粉尘形成；以及 X .减小刀具磨损。
27. 根据权利要求23到26中任一项所述的方法，其中，所述设计目标包括至少一个运 行值的优化。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中，所述设计目标包括所述切割滚筒的力和/或力 矩平衡的优化。
29. 根据权利要求23到28中任一项所述的方法，该方法包括：利用所述计算机模拟分 析确定除了所述环段的相对位置外的至少一个切割滚筒设计参数，并且利用所确定的所述 至少一个运行值来调整至少一个其他切割滚筒设计参数。
30. 根据权利要求23到29中任一项所述的方法，该方法还包括如下步骤： 以图形显示所述计算机模拟分析的至少一部分；以及 利用所述图形显示来确定与所述至少一个设计目标相关的至少一个运行值。
31. -种计算设备，该设备设置实施如权利要求1至9中任一项或权利要求23至30中 任一项所述的方法。
32. -种切割滚筒或者设计或重新设计切割滚筒的方法，该切割滚筒或者方法基本如 参照附图的此中所描述的切割滚筒或者方法。
【文档编号】E21C25/10GK104271883SQ201280072830
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年3月1日
【发明者】李幸生, 孙勇, 郭华 申请人:联邦科学与工业研究组织