УГЛЕДОБЫВАЮЩИЙ КОМБАЙН
MINING COMBINE

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к добыче угля с помощью угледобывающих комбайнов, а именно комбайнов, оснащенных инструментами типа фрез, воздействующими на всю поверхность забоя.
Одной из главных проблем при использовании угольных комбайнов является их высокая стоимость и затраты при эксплуатации, невозможность использования шнеков диаметров меньше 1250 мм, а также необходимость повышения энерговооруженности для обеспечения оптимальных условий резания и, как следствие, установка на современных комбайнах высоконагруженных редукторов, имеющих сложные кинематические цепи.
Известны современные угледобывающие комбайны, в том числе К500, К750 (ЮМЗ, РФ), 7LS2…7 (фирмы «JOY»), SL300…500 (фирмы «Eickhoff»), EL3000 (фирмы «Busyrus»), имеющие традиционную схему приводов резания с установкой на них электродвигателей и редукторов, обеспечивающих необходимые для резания параметры по оборотам и крутящим моментам на исполнительных органах (шнеках). (Справочник «Очистные комбайны» под общей редакцией проф., д.т.н., В.И. Морозова, изд. МГТУ, М., 2006 г.). Комбайны данного типа приняты нами в качестве аналога.
Недостатком данного типа комбайнов является необходимость обеспечения прочности и жесткости корпусов редукторов, работающих в условиях высоких внешних динамических нагрузок, так как требование максимального повышения производительности комбайнов приводит к необходимости установки на них электродвигателей значительной мощности и соответствующих крутящих моментов. Это требует повышения металлоемкости комбайна и его энерговооруженности и соответственно ведет к увеличению его стоимости. Кроме того, необходимость корректировать крутящий момент применительно к свойствам конкретного пласта угля усложняет конструкцию редуктора, что соответственно снижает его надежность. Еще одним недостатком комбайнов с данного типа является минимально возможный размер применяемого шнека, не меньше 1250 мм, что ограничивает область их использования.
Известен угледобывающий комбайн SL900 (http://www.eickhoff-bochum.de/ru/eickhoff_mining_technology) с установленной мощностью 1000…1250 кВТ на один шнек. Это, в свою очередь, потребовало установки на комбайне высоконагруженных редукторов, имеющих сложные кинематические цепи, в том числе двойные планетарные редуктора для обеспечения необходимых параметров резания. Изготовление таких редукторов требует применения новейших высокозатратных технологий изготовления зубчатых передач и корпусов редукторов, специальных сложных систем смазки и ее охлаждения, применения дорогостоящих типов масел, а также высоких затрат при эксплуатации таких редукторов, применяются двойные планетарные редукторы для обеспечения необходимых параметров резания. Такая конструкция позволяет максимально приблизить электродвигатель к шнеку и снизить потери энергии за счет сокращения числа передач и веса комбайна. Данный комбайн выбран нами в качестве аналога.
Недостатками данного комбайна является то, что изготовление таких редукторов требует применения новейших высокозатратных технологий изготовления зубчатых передач и корпусов редукторов, специальных сложных систем смазки и ее охлаждения, применения дорогостоящих типов масел, а также сложность их ремонта в условиях производства и высокие затраты при эксплуатации. Дополнительных затрат также требует обеспечение прочности и жесткости корпусов этих редукторов, работающих в условиях высоких внешних динамических нагрузок, что при эксплуатации приводит к микроизменениям их геометрических размеров, снижению надежности и увеличению износа зубчатых зацеплений. Кроме того, в конструкции данного комбайна не решается проблема использования шнеков малого диаметра.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции комбайнов, снижение трудоемкости их изготовления и затрат при эксплуатации, возможность применения шнеков различных диаметров для обеспечения оптимальных условий работы комбайна в различных условиях, повышение надежности их работы.
Технический результат достигается за счет того, что каждый из корпусов блоков резания имеет цилиндрическую полость, в которой размещен полый вал шнека, а также установлен электродвигатель, при этом на внешней поверхности полого вала шнека, который одновременно является валом электродвигателя, установлен комплект постоянных магнитов для прямой передачи крутящего момента на шнек от активной части статора электродвигателя, а питание и управление электродвигателем выполнено от преобразователя системой управления, установленного в отдельной полости корпуса блока резания. Возможно также использование встроенного электродвигателя с редуктором, при котором с завальной стороны на валу электродвигателя имеется зубчатый венец, передающий крутящий момент на вал шнека через редуктор со сменными зубчатыми передачами, при этом вал шнека проходит внутри полого вала электродвигателя. Кроме того, корпус блока резания является единым по параметрам, размерам и крепежу как при использовании прямой передачи крутящего момента от электродвигателя к шнеку, так и при использовании редуктора со сменными зубчатыми передачами, при этом корпус редуктора разгружен от внешних нагрузок от резания при работе комбайна.
Сущность предлагаемого изобретения представлена на фиг. 1, где показан общий вид комбайна, вид на забой, фиг. 2, где показан блок резания, вид на забой и в плане, фиг. 3, где представлен блок резания с прямым приводом в разрезе А-А (фиг. 1), фиг. 4, где показана кинематическая схема блока резания с прямым приводом, фиг. 5, где показан блок резания с комбинированным приводом и фиг. 6, где показана кинематическая схема блока резания с комбинированным приводом.
Общий вид предлагаемого угледобывающего комбайна показан на фиг. 1. Он состоит из корпуса 1, по концам которого закреплены поворотные блоки резания 2, на выходных валах которых установлены шнеки 3. Регулировка шнеков по высоте осуществляется гидроцилиндрами 4. Также показаны кровля пласта 5, почва 6, опоры комбайна 7.
На фиг. 2 показана конструкция блока резания, где 3 это шнек, 8 корпус блока резания 2, 9 частотный преобразователь с системой управления в исполнении РВ, смонтированный в корпусе 10, 11 камеры ввода, 12 полость для установки электродвигателя привода шнека с прямой передачей крутящего момента или совместно с редуктором.
На фиг. 3 показан блок резания в случае применения прямого привода вращения шнека, где 13 электродвигатель, выполненный в исполнении РВ, который установлен в корпусе 8, А и Б центрирующие расточки, 14 болты крепления электродвигателя к корпусу, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора, например комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 17 вал электродвигателя и шнека, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя - постоянные магниты, 20 соединение ротора электродвигателя и шнека, 21 камера вводов, 22 каналы для подвода кабелей к комплектам статора 16.
На фиг. 4 показана кинематическая схема блока резания 2 в случае применения прямого привода вращения шнека, где 3 шнек, 8 корпус блока резания, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 17 вал шнека, он же ротор электродвигателя, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя закрепленные на валу, 20 соединение ротора и шнека,
На фиг. 5 показан блок резания при использовании комбинированного привода, где 13 электродвигатель выполненный в исполнении РВ, который установлен в корпусе 8, являющемся неизмененным для всех исполнений блоков резания, А и Б центрирующие расточки, 15 корпус электродвигателя 13, 16 комплекты статора, например комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 18 подшипники, 20 комплекты ротора электродвигателя, например постоянные магниты, 21 соединение ротора и шнека, 22 камера вводов, 23 каналы для подвода кабелей к комплектам статора 16, 24 полый вал, являющийся одновременно ротором электродвигателя, 25 зубчатый венец, установленный с внешней завальной стороны полого вала 24, 26 корпус редуктора, в котором зубчатая пара 27 и 28 выполняется как сменная пара шестерен, В центрирующая расточка для установки полого вала, 29 крепежные болты для соединения корпуса редуктора 26 и корпуса блока резания 8, 30 вал шнека, 28 шестерня зацепления вала шнека с редуктором.
На фиг. 6 показана кинематическая схема блока резания 2 при использовании комбинированного привода, где 3 шнек, 15 корпус электродвигателя, 16 комплекты статора высокомоментного тороидального многополюсного вентильного электродвигателя, 18 подшипники, 19 комплекты ротора электродвигателя, закрепленные на валу, 21 соединение ротора и шнека, 24 полый вал, являющийся одновременно ротором электродвигателя, 25 зубчатый венец, установленный с внешней завальной стороны полого вала 24, 26 корпус редуктора, в котором зубчатая пара 27 и 28 выполняется как сменная пара шестерен, 29 вал шнека, 28 шестерня зацепления вала шнека с редуктором.
Применение прямого привода электродвигатель-шнек позволяет приблизить преобразователи с системой управления к электродвигателям, разместив их непосредственно в блоках резания, снизить вес комбайна, а полость для установки электродвигателя привода шнека в корпусах блоков резания позволяет снизить динамические нагрузки на редуктор при взаимодействии шнека с забоем.
Предлагаемый угледобывающий комбайн имеет более простую конструкцию с наименьшим количеством узлов и деталей за счет минимизации количества зубчатых передач, что ведет к повышению надежности, снижению трудоемкости изготовления, конструкция узлов резания позволяет применять электродвигатели необходимых параметров в минимально необходимых габаритах, обеспечивает оптимизацию режимов резания при установке шнеков различных диаметров за счет применения сменных передач, а также отсутствие скольжения магнитного потока ротора обеспечивает уменьшение выделения тепла и увеличение КПД привода, имеет возможность установки в едином неизменяемом блоке привода резания как прямого привода от электродвигателя на вал шнека, так и установку электродвигателя совместно с редуктором, имеет возможность быстрой замены узлов и агрегатов и лучшую защиту корпуса редуктора от внешних нагрузок, возникающих в процессе резания, возможность замены не только электродвигателя блока резания, но и его отдельных активных частей, как по типоразмеру или количеству.
Таким образом, комбайн данной конструкции позволяет осуществлять заявляемый технический результат, и все признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, необходимы и достаточны для его осуществления.