Исполнительный орган агрегата для проходческо-очистных работ
OPERATING ELEMENT OF UNIT FOR TUNNELING AND CLEANING WORKS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для очистной выемки в шахтах и рудниках и механизированной проходки горных выработок в массивах малоабразивных горных пород с крепостью до ƒ=6 по шкале М.М. Протодьяконова.
Известно устройство, предназначенное для разрушения горных пород методом нарезания щелей параллельно забою с последующим отрывом образовавшихся надщелевых целиков. Устройство представляет собой исполнительный орган горного комбайна, который состоит из стрелы с корпусом и приводным валом, на конце которой закреплен фрезерный диск. В проточке диска размещена тарелка отрывника с подпружиненной ступицей, имеющей ребра и связанной с приводным валом винтовым соединением. Между пружиной и ступицей отрывника размещено кольцо, которое при отрыве надрезанных целиков перемещается в пазу. После отрыва целика пружина отжимает ступицу, и тарелка отрывника перемещается в исходное положение (а. с. №1411461 от 23.07.1988).
К недостаткам известного устройства относится то, что в момент отрыва подрезанного целика тарелка отрывника контактирует с массивом не всей своей площадью, в результате чего на стрелу исполнительного органа действует изгибающий момент, ухудшающий эффективность работы устройства. Отделение объема горной породы от массива осуществляется при стопорении ступицы отрывника подрезанным целиком. Проворачивание гладкой ступицы обусловит нарушение алгоритма работы привода отрывника, что обусловит снижение эффективности отделение породы от массива отрывом. Такая конструкция существенно ограничивает объем горной массы, отделяемой от массива отрывом, что обусловливает снижение производительности и увеличение удельных энергозатрат процесса разрушения горного массива, так как значительная часть массива разрушается резанием.
Известно устройство представляющее собой исполнительный орган проходческого комбайна, включающий стрелу, режущий диск и гидроотрывник, рабочий цилиндр которого связан с корпусом стрелы через амортизирующий элемент с целью снижения нагрузки на режущий диск. Электродвигатель, жестко закрепленный на корпусе стрелы, передает крутящий момент режущему диску через муфту и вал, установленный в корпусе стрелы. При прорезании щели в массиве вместе с режущим диском в щель проникает тарелка гидроотрывника, соединенного с поршнем гидроцилиндра. При этом к отрываемому целику прикладывается статико-импульсная нагрузка, направленная в сторону свободного пространства. Импульсы нагрузки обеспечиваются автоматическим включением пульсатора (а. с. №352011 от 23.07.1988).
К недостаткам устройства следует отнести то, что в момент отрыва подрезанного целика тарелка гидроотрывника контактирует с последним не по всей своей площади, в результате чего на стрелу исполнительного органа и на тарелку отрывника действует изгибающий момент, что существенно ограничивает объем горной массы, отделяемой от массива отрывом, и обусловливает снижение производительности, увеличение удельных энергозатрат процесса разрушения горного массива, так как значительная часть массива разрушается резанием.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, представляющее собой исполнительный орган агрегата для проходческих и очистных работ, включающий в себя режущий элемент выполненный в виде плоского режущего бара, смонтированного на подвижной каретке, которая снабжена податчиком и распорными гидроцилиндрами для прорезания щелей в горном массиве, а внутри корпуса исполнительного органа, в количестве не менее пяти, установлены цилиндрические гидроотрывники, выполненные с возможностью двухстороннего воздействия на боковые поверхности щелей в горном массиве (патент RU №2652778 от 28.04.2018) - прототип.
Обработка горного массива известным устройством осуществляется комбинированным способом, включающим внедрение исполнительного органа в массив путем резания и последующий отрыв подрезанного целика горной породы от массива - наименее энергоемкую операцию.
К недостаткам устройства, принятого за прототип, следует отнести то, что отрывники, представляющие собой односторонние гидроцилиндры, установлены внутри рамы исполнительного органа перпендикулярно его оси, что накладывает существенные ограничения на габаритные размеры отрывников и, как следствие, на величину хода их штоков. Данный недостаток обусловит снижение производительности работы известного исполнительного органа, что особенно проявится при работе с породами, характеризуемыми высокой вязкостью. В описанных условиях шток отрывника пластически деформирует породу при внедрении, не создавая при этом достаточного усилия для отделения подрезанного целика горной породы от массива. Указанное обусловит необходимость выполнять резы с меньшим шагом и большим количеством, что, наряду со снижением производительности повлечет увеличение удельных энергозатрат процесса разрушения горного массива.
Смещение гидроцилиндров-отрывников к торцу режущего бара, усложняет конструкцию устройства, увеличивает консольную нагрузку на подвижную каретку и универсальный силовой манипулятор.
Задачей изобретения является повышение производительности проходческих и очистных работ, снижение удельных энергозатрат при разрушении горного массива прорезанием в нем щели с последующим отделением образовавшегося целика путем отрыва, упрощение конструкции и повышение надежности породоразрушающего исполнительного органа.
Поставленная задача была решена посредством устройства, представляющего собой исполнительный орган агрегата для проходческо-очистных работ, включающий в себя плоский режущий бар, смонтированный на подвижной каретке с податчиком и распорными гидроцилиндрами для прорезания щелей в горном массиве с образованием подрезанного целика, и установленный внутри рамы режущего бара механизм отрыва подрезанного целика, в котором в соответствии с изобретением механизм отрыва выполнен в виде, по крайней мере, одного двустороннего гидроцилиндра, установленного параллельно продольной оси режущего бара, и толкателя, соединенного посредством шарнирной связи со штоком гидроцилиндра и с отрывником, шарнирно прикрепленным к раме режущего бара и выполненным с возможностью воздействия на одну из боковых поверхностей прорезанной щели при совершении поворотного движения под действием толкателя. Величина прямого перемещения толкателя ограничена ходом штока гидроцилиндра, а обратного -положением упора. Кроме того, шток двустороннего гидроцилиндра снабжен направляющими.
Расположение, как минимум, одного двустороннего гидроцилиндра, осуществляющего привод отрывника, параллельно продольной оси режущего бара упрощает компоновку исполнительного органа и позволяет увеличить величину перемещения отрывника.
Шарнирное крепление отрывника внутри рамы режущего бара обеспечивает возможность его перемещения на величину, значительно большую поперечных размеров бара, что позволяет осуществлять эффективное отделение отрывом подрезанных целиков от массивов горных пород, что увеличивает производительность и уменьшает удельные затраты энергии на разрушение массивов горных пород с использованием заявляемого устройства.
Действие отрывника на одну боковую поверхность прорезанной щели повышает устойчивость исполнительного органа и уменьшает динамические нагрузки на каретку и универсальный манипулятор при отделении отрывом подрезанных целиков от массивов горных пород, что повышает надежность заявляемого устройства.
Наличие промежуточного звена - толкателя, и упора улучшает кинематику механизма и упрощает конструкцию заявляемого устройства.
Наличие направляющих штока позволяет избежать действия изгибающих нагрузок на шток двустороннего гидроцилиндра, что повышает надежность заявляемого устройства.
Режущий бар монтируется на каретке с податчиком, которая крепится на оголовке универсального силового манипулятора, который в свою очередь монтируется на ходовой части проходческо-очистного агрегата. Баровый режущий орган разрушает горный массив резанием, внедряясь в него торцовой частью на всю его полезную длину. После заглубления бара в массив, шток двустороннего гидроцилиндра, выдвигаясь, воздействует на толкатель и отрывник. Отрывник перемещается на величину, значительно большую поперечных размеров бара, и воздействует на боковую поверхность прорезанной баром щели, осуществляя тем самым отделение от массива объема горной породы (подрезанного целика) путем отрыва в сторону свободной поверхности. Таким образом, отделение подрезанного целика осуществляется с минимальными удельными энергозатратами.
Предлагаемое устройство иллюстрируется схемами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 - схема исполнительного органа агрегата для проходческо-очистных работ.
На фиг. 2 - схема продольного разреза рамы режущего бара.
На фиг. 3 - общий вид агрегата (вид сбоку).
На фиг. 4 - схемы врубов, реализуемых исполнительным органом.
Исполнительный орган агрегата для проходческо-очистных работ (фиг. 1 и 2) состоит из режущего бара 1, разрушающего забой резцами 2, установленными на режущей цепи 3. Бар монтируется на каретке 4, которая закреплена на универсальном силовом манипуляторе 5. Податчик 6 каретки 4 обеспечивает внедрение бара торцевой частью в массив и прорезание в нем щели размером В×L×Н. Вращающий момент на приводную звездочку 7 бара 1 передается от привода 8. Натяжение режущей цепи 3 осуществляется посредством натяжной звездочки 9. Фиксация исполнительного органа проходческо-очистного агрегата относительно плоскости забоя осуществляется посредством силового манипулятора 5 и распорных гидроцилиндров 10, пики которых внедряются в массив при зарубке бара и выводятся из контакта с забоем при осуществлении отрыва целика. Внутри рамы режущего бара 1 (параллельно продольной оси) установлен минимум один гидроцилиндр 11 двустороннего действия.
Шток двустороннего гидроцилиндра 11 шарнирно соединен с толкателем 12. При работе гидроцилиндра 11 его шток перемещается вдоль направляющих 13. Величина прямого перемещения толкателя 12 ограничена ходом штока двустороннего гидроцилиндра 11, величина обратного перемещения - упором 14.
Отрывник 15 одним концом шарнирно соединен с толкателем 12, а другим - с рамой режущего бара 1. При выдвижении (прямой ход) штока двустороннего гидроцилиндра 11 вдоль направляющих 13 и перемещении толкателя 12, отрывник 15 осуществляет воздействие на боковую поверхность щели, прорезанной баром 1, и отделяет подрезанный целик горной породы от разрушаемого массива. При обратном ходе штока двустороннего гидроцилиндра 11 отрывник 12 и толкатель 15 возвращаются в исходное положение внутри рамы бара 1, при этом шток гидроцилиндра 11 движется по направляющим 13, а перемещение толкателя ограничено упором 14.
Универсальный силовой манипулятор 5 монтируется на ходовой части 16 (фиг. 3). Ходовая часть агрегата в зависимости от условий работы может быть выполнена на колесно-рельсовом, пневмоколесном или гусеничном ходу. Универсальный силовой манипулятор 5 обеспечивает ориентирование (перемещение в вертикальной и горизонтальной плоскости, поворот вокруг оси симметрии на 360°) и жесткую фиксацию режуще-отрывного устройства по всему сечению проходческого или очистного забоя.
Работа устройства осуществляется следующим образом. После установки и фиксации ходовой части 16 перед очистным или проходческим забоем каретка 4 исполнительного органа с помощью универсального силового манипулятора 5 подводится к поверхности забоя и с помощью распорных гидроцилиндров 10 фиксируется относительно поверхности забоя. После этого включается привод 8 плоского режущего бара 1 и с помощью податчика 6 режущий бар 1 торцевой частью подается в массив, прорезая в нем щель с размерами H×B×L, которые определяются конструктивными параметрами заявляемого устройства. Подрезанный целик отделяется от массива отрывом. При прямом ходе шток двустороннего гидроцилиндра 11 движется вдоль направляющих 13, воздействуя на толкатель 12 и отрывник 15. Величина перемещения отрывника 15 значительно превышает поперечные размеры режущего бара 1, что позволяет эффективно отделять от массива подрезанные целики горных пород. Отрывник 15 осуществляет одностороннее воздействие на боковую поверхность прорезанной щели (в сторону свободной поверхности). С целью образования свободных поверхностей внутри массива прорезаются щели по различным схемам (фиг. 4). Посредством скалывания объемов породы между соседними щелями формируются так называемые первоначальные врубы 17. Расстояние между боковыми поверхностями первоначальных врубов составляет не менее 2Н. После прорезания первоначальных врубов 17 по различным схемам с помощью предлагаемого устройства ведется разрушение остального массива за счет последовательных операций «прорезание щели баром - отрыв большого объема породы от массива отрывником».
Поскольку горные породы имеют наименьшие пределы прочности при их отрыве от массива, то предлагаемое устройство обеспечит высокую производительность проходческих и очистных работ при малых удельных энергозатратах процесса разрушения массива.