ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
TUNNELLING MACHINE ACTUATOR

Предлагаемое техническое решение относится к горной промышленности, а именно к исполнительным органам проходческих комбайнов избирательного действия, и предназначено для проведения горных выработок по углю и смешанному забою с крепкими и абразивными породными прослойками и отдельными включениями, с обеспечением работоспособности в структорно-неоднородной среде продуктов разрушения, включая негабариты, причиной появления которых являются процессы отжима и внезапных выбросов угля, породы, газа в призабойных пространствах подземных горных выработок.
3
Известен исполнительный орган проходческого комбайна (А.с. 901542 СССР, М.Кл. E21D 9/10, опубл. 30.01.82, Бюл. №4), включающий кинематически связанную группу из трех коронок, одна из которых радиальная, а две - аксиальные. Недостатком этой конструкции является наличие конических передач и ступенчатый вруб на большую величину заглубления.
2
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому является исполнительный орган проходческого комбайна (А.с. 520439 СССР, М.Кл.E21C 27/24, опубл. 05.07.76, Бюл. №25), включающий стрелу, поворотную головку, раздаточный редуктор и рабочий орган в виде двух отбойных коронок, оси которых параллельны продольной оси стрелы. Недостатками такого исполнительного органа являются низкая эффективность процессов разрушения, погрузки и дробления твердых породных включений, негабаритов и пропластков в угольных пластах, сложный процесс позиционной ориентации коронок с ухудшением устойчивости проходческого комбайна.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности проведения горных выработок путем совмещения процессов разрушения, дробления и погрузки в исполнительном органе проходческого комбайна.
Указанный технический результат достигается тем, что в исполнительном органе проходческого комбайна, включающем стрелу, раздаточный редуктор и две разрушающе-погрузочные коронки, оси которых параллельны продольной оси стрелы, направление их вращения взаимно противоположно, а корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок выполнен в виде усеченной конической поверхности, объединяющей меньшее основание со стороны забоя с большим основанием со стороны раздаточного редуктора, согласно изобретению, на наружных поверхностях корпусов разрушающе-погрузочных коронок установлены с возможностью перекрытия траекторий движения и реверсирования направлений вращения трехгранные призмы с дисковыми инструментами.
з
Указанный технический результат достигается также тем, что наружные поверхности разрушающе-погрузочных коронок выполнены в виде усеченных многогранных пирамид, на каждых гранях которых прикреплены трехгранные призмы с дисковыми инструментами с возможностью монтажа, демонтажа и различных схем набора по ширине захвата В.
Указанный технический результат достигается также тем, что к одной из граней трехгранных призм на разрушающе-погрузочных коронках со стороны забоя прикреплен дисковый инструмент на оси-цапфе, а две другие грани образуют двухгранный угол φ с общим ребром, обращенным к корпусу раздаточного редуктора и пересекающим ось разрушающе-погрузочной коронки под острым углом β в направлении забоя, а плоскость, проходящая через общее ребро и ось разрушающе-погрузочной коронки, симметрично размещена внутри двухгранного угла φ.
м.р
1
2
1(макс)
2(макс)
1(мин)
2(мин)
Указанный технический результат достигается также тем, что раздаточный редуктор выполнен с кинематической связью и межцентровым расстоянием t по осям разрушающе-погрузочных коронок, при которых трехгранные призмы с дисковыми инструментами расположены в зонах подвижного сопряжения с образованием лабиринтных зазоров в осевом Δ и радиальном Δ направлениях с переменными площадями сечений от максимальных Δ, Δ до минимальных Δ, Δ в направлении больших оснований корпусов разрушающе-погрузочных коронок.
Указанный технический результат достигается также тем, что трехгранные призмы на каждой из разрушающе-погрузочных коронок размещены по схемам набора таким образом, что грани с общим ребром со стороны двухгранного угла φ расположены по винтовым поверхностям с разрывами спиралей, образуя как правые, так и левые лопастные шнеки в едином устройстве.
Указанный технический результат достигается также тем, что узел крепления оси-цапфы с дисковым инструментом каждой из трехгранных призм размещен на внутренней перегородке, соединяющей две грани с общим ребром со стороны двухгранного угла φ.
з
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид исполнительного органа; на фиг.2 - вид сверху по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - общий вид разрушающе-погрузочной коронки в виде усеченной конической поверхности; на фиг.4 - вид сбоку по стрелке Б на фиг.3; на фиг.5 - общий вид разрушающе-погрузочной коронки в виде усеченной многогранной пирамиды с узлами крепления трехгранных призм; на фиг.6 - разрез по Г-Г на фиг.5 с узлом крепления дискового инструмента внутри трехгранной призмы; на фиг.7 - вид сбоку по стрелке В на фиг.1 с изображением процесса дробления, совмещенного с разрушением и погрузкой горной массы; на фиг.8 - образование вертикального вруба с формированием поверхности забоя на ширину захвата В; на фиг.9 - вид по стрелке Д на фиг.8 с изображением схемы вождения исполнительного органа при обработке забоя проходческой выработки с контуром прямоугольной формы; на фиг.10 - вид сбоку по стрелке Е на фиг.9 при оформлении поверхности почвы выработки; на фиг.11. - схема транспортирования и погрузки продуктов разрушения на приемный стол погрузочного устройства проходческого комбайна.
Исполнительный орган проходческого комбайна (фиг.1, 2) выполнен в двух вариантах и содержит стрелу 1, на которой установлены две разрушающе-погрузочные коронки 2 (фиг.1-5), кинематически связанные между собой через раздаточный редуктор 3.
з
В первом варианте выполнения исполнительного органа проходческого комбайна корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 выполнен в виде усеченной конической поверхности (фиг.1-4), объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного редуктора 3 с длиной образующей, равной ширине захвата В (фиг.3).
з
Во втором варианте выполнения исполнительного органа проходческого комбайна корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды (фиг.5), объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного редуктора 3 с длиной образующей, равной ширине захвата В.
з
В первом варианте выполнения исполнительного органа проходческого комбайна по ширине захвата В (фиг.1-4) на наружных поверхностях каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 жестко закреплены трехгранные призмы 6 без возможности монтажа-демонтажа по неизменяемым вариантам схем набора. Две грани 7 и 8 каждой из трехгранных призм 6 являются погрузочно-транспортирующими с общим ребром 9. Линия, проходящая через ребро 9, пересекает продольную ось разрушающе-погрузочной коронки 2 под острым углом β (фиг.1, 3) в направлении раздаточного редуктора 3, а плоскость, проходящая через ребро 9 и ось разрушающе-погрузочной коронки 2 (фиг.2), симметрично размещена внутри двухгранного угла φ (фиг.3), образуемого гранями 7 и 8 трехгранной призмы 6. Третья грань 10 трехгранной призмы 6 обращена к забою и имеет сквозное отверстие для консольного размещения забойной части оси-цапфы 11. Между собой грани 7 и 10 пересекаются по ребру 12, а грани 8 и 10 по ребру 13. При этом трехгранные призмы 6 размещены на образующих поверхностях разрушающе-погрузочных коронок 2 по схемам набора, на которых ребра 12 образуют винтовую линию с разрывами спирали правого лопастного шнека, а ребра 13 образуют винтовую линию с разрывами спирали левого лопастного шнека, например однозаходной, двухзаходной, трехзаходной или четырехзаходной спиралей.
На каждую ось-цапфу 11 (фиг.3) свободно посажен дисковый инструмент 14, консольно установленный перед гранью 10. Крепежная часть оси-цапфы 11 размещена внутри трехгранной призмы 6 и жестко прикреплена планкой-замком 15 к перегородке 16 болтами 17. С обеих сторон дискового инструмента 14 установлены дистанционные торцевые кольца 18, выполняющие функцию упорных подшипников, воспринимающих осевые нагрузки при разрушении.
В обоих вариантах выполнения исполнительного органа проходческого комбайна на наружных поверхностях каждой из граней 10 трехгранных призм 6, а также на корпусах разрушающе-погрузочных коронок 2 установлены форсунки орошения 19 (фиг.3-6). Опорные основания трехгранных призм 6 либо жестко приварены к усеченной конической поверхности корпуса разрушающе-погрузочной коронки 2 (фиг.1-4) либо выполнены в виде плоских пластин 20 с втулками-проушинами 21 (фиг.5, 6) для крепления к базовым поверхностям образующих граней 22.
з
Во втором варианте выполнения исполнительного органа проходческого комбайна на каждой из граней 22 (фиг.5) наружных поверхностей корпусов разрушающе-погрузочных коронок 2 прикреплены трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 14 с возможностью монтажа, демонтажа и изменяемыми вариантами схем набора по ширине захвата В.
3
В обоих вариантах выполнения исполнительного органа проходческого комбайна дисковые инструменты 14 образуют опережающий вылет L (фиг.3) от поверхности меньшего основания 4 корпуса разрушающе-погрузочной коронки 2, выполненного в виде усеченной конической поверхности или усеченной многогранной пирамиды (фиг.5).
3
3
Во втором варианте выполнения исполнительного органа проходческого комбайна разрушающе-погрузочная коронка 2 (фиг.5) включает в себя трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 14 и форсунками орошения 19, установленные на поверхностях образующих граней 22 с ребрами 23 по всей ширине захвата В. Каждая грань 22 разрушающе-погрузочной коронки 2 (фиг.5) содержит два ряда проушин 24, которые жестко соединены с втулками-проушинами 21 опорных оснований в виде плоских пластин 20 (фиг.5, 6) трехгранных призм 6 посредством шкворней 25, обеспечивая схемы набора линий разрушения по ширине захвата В и создания винтовых поверхностей с разрывами спиралей в виде лопастных шнеков. Шкворни 25 торцевыми буртиками размещены в колпаках-втулках 26, выступающих над поверхностями граней 22 разрушающе-погрузочных коронок 2 (фиг.5) со стороны больших оснований 5, обращенных к раздаточному редуктору 3 (фиг.1, 2), и закреплены гайками 27. Аналогичное крепление может быть размещено и со стороны меньших оснований 4 (фиг.5), обращенных к забою.
м.р
1
2
1(макс)
2(макс)
1(макс)
2(макс)
В обоих вариантах выполнения исполнительного органа проходческого комбайна раздаточный редуктор 3 (фиг.1, 2) содержит кинематическую связь с межцентровым расстоянием t (фиг.2, 7) по осям разрушающе-погрузочных коронок 2 (фиг.2, 5). На наружных поверхностях разрушающе-погрузочных коронок 2 расположены в зонах подвижного кинематического сопряжения трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 14. Это обеспечивает образование лабиринтных зазоров в осевом Δ (фиг.2) и радиальном Δ (фиг.7) направлениях с переменными площадями сечений от максимальных Δ, Δ до минимальных Δ, Δ в направлении больших оснований 5 корпусов разрушающе-погрузочных коронок 2.
3
p
x
Дисковые инструменты 14 (фиг.7), расположенные в одних плоскостях вращения, которые размещены по ширине захвата В с определенным шагом t (фиг.3), который является шагом расстановки плоскостей вращения для кинематически и конструктивно увязанных трехгранных призм 6. При этом в крайних плоскостях вращения разрушающе-погрузочных коронок 2 (фиг.1, 2, 3, 5, 7) со стороны больших оснований 5 траектории движения трехгранных призм 6 образуют зону геометрического и кинематического сопряжения по хорде с длиной L (фиг.7).
з
з
з
з
Заявленное устройство работает следующим образом (фиг.7-11). В обоих вариантах выполнения исполнительный орган проходческого комбайна осуществляет проведение выработки циклически с поперечным перемещением разрушающе-погрузочных коронок 2 по ширине захвата В вынимаемого слоя при вертикально-ступенчатой или горизонтально-ступенчатой траекториях движения стрелы 1. Перед каждым рабочим циклом первоначально осуществляют зарубку на ширину захвата В разрушающе-погрузочными коронками 2 по схеме, изображенной на фиг.8. В процессе зарубки стрела 1 перемещается по направлению движения 1' от кровли выработки к почве с постепенным телескопическим удлинением по стрелке K от В=0 до требуемой величины В и после этого производят подъемно-поворотное перемещение стрелы 1 по стрелке Л от почвы к кровле выработки по направлению движения 2'.
3
з
В обоих вариантах выполнения исполнительного органа проходческого комбайна опережающий вылет L (фиг.3) дискового инструмента 14 от поверхности меньшего основания 4 корпуса разрушающе-погрузочной коронки 2 способствует обеспечению беспрепятственной зарубки на требуемую ширину захвата В (фиг.8, 9) поворотно-телескопическим способом во всех кинематических режимах эксплуатации разрушающе-погрузочных коронок 2. Это характеризует окончание этапа зарубки и начало этапа ступенчато-вертикальной схемы обработки оставшейся площади поперечного сечения забоя в заданном контуре выработки, например прямоугольной формы (фиг.9). Траектория движения стрелы 1 с разрушающе-погрузочными коронками 2 осуществляется по направлениям перемещения 1'-12' (фиг.9). На направлениях перемещения 1'-11' (фиг.9) преобладают процессы разрушения и дробления негабаритов 28 (фиг.7), а на направлении перемещения 12' (фиг.9) преобладают процессы погрузки (фиг.10, 11) и дробления негабаритов 28 (фиг.7) с разрушением выступов-гребешков 29 (фиг.9) на поверхности почвы выработки.
В
В
м.р
1
2
з
p
X
В
В процессе разрушения вертикально-ступенчатым направлением движения в межкорончатом пространстве образуется целичок в виде выступа высотой h (фиг.2). При этом предельная высота выступа h зависит от межцентрового расстояния t разрушающе-погрузочных коронок 2 (фиг.2, 5, 7) и лабиринтных зазоров в осевом Δ (фиг.2) и радиальном Δ (фиг.7) направлениях, диаметров поверхностей разрушения по ширине захвата В, определяемых вылетом реборд дисковых инструментов 14 и поверхностей трехгранных призм 6 по соответствующим шагам разрушения t (фиг.3). Степень конструктивно-кинематического сопряжения взаимных траекторий перемещения трехгранных призм 6 с дисковыми инструментами 14 соответствует параметрам хорды L (фиг.7), которая и ограничивает высоту выступа h целичка и поверхность разрушаемого забоя в межкорончатом пространстве (фиг.2).
з
Конструктивно-кинематическое сопряжения (фиг.2, 7) трехгранных призм 6 с дисковыми инструментами 14 по линиям резания в пределах ширины захвата В (фиг.3) обеспечивает эффективность дробления негабаритов 28 (фиг.7) от максимальной величины в зоне меньших оснований 4 разрушающе-погрузочных коронок 2 до минимальных величин в зоне больших оснований 5.
1
2
м.р
Если разрушающе-погрузочные коронки 2 при этом размещены у почвы выработки, то процесс дробления (фиг.7) совмещается с погрузкой и транспортированием (фиг.9, 10, 11) продуктов разрушения 30 соответствующими гранями 7 или 8 (фиг.3, 6, 11) трехгранных призм 6 от забоя к приемному столу 31 погрузочного устройства проходческого комбайна (фиг.10). Максимальная ширина фронта погрузки обеспечивается вращением разрушающе-погрузочных коронок 2 по направлениям ω и ω (фиг.7,11), что создает внутренний транспортирующе-погрузочный коридор в диапазоне параметра межцентрового расстояния t разрушающе-погрузочных коронок 2 (фиг.2, 7, 11).
При этом ребра 12 с гранями 7 трехгранных призм 6 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения 30 по искусственным сдвоенным коническим поверхностям транспортно-погрузочных желобов 32 (фиг.10, 11) при вращении разрушающе-погрузочных коронок 2 по часовой стрелке, а ребра 13 с гранями 8 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения 30 (фиг.10, 11) при вращении разрушающе-погрузочных коронок 2 против часовой стрелки.
1
2
1
2
1
2
Минимальная ширина фронта погрузки обеспечивается в случае направлений вращений ω' и ω' (фиг.7, 11) разрушающе-погрузочных коронок 2, так как транспортирующе-погрузочной способностью будет обладать наружная поверхность только одной из них при перемещениях стрелы 1 от борта к борту выработки (фиг.9). Изменение направлений взаимного вращения разрушающе-погрузочных коронок 2 с ω и ω на ω' и ω' (фиг.7, 11) возможно в случае наличия негабаритов 28 (фиг.7) на почве выработки или в случае отжима негабаритов 28 с обнаженной поверхности обрабатываемого забоя (фиг.9).
При оформлении поверхности почвы выработки и погрузки оставшихся продуктов разрушения 30 (фиг.10) необходимо осуществлять возвратно-циклические перемещения разрушающе-погрузочных коронок 2 из положения I в положение II по стрелке K механизмом телескопической раздвижности стрелы 1 с совместными возвратно-поворотными качательными движениями стрелы 1 в вертикальной плоскости по стрелке Л с синхронизацией, обеспечивающей направление суммарного перемещения по стрелке М в плоскости, позволяющей совместить поверхности разрушения разрушающе-погрузочных коронок 2 с плоской поверхностью почвы выработки по всей ширине диапазона поворота стрелы 1 в горизонтальной плоскости от одного борта выработки к другому (фиг.9).
1
2
1
2
В процессе зарубки и обработки забоя (фиг.8, 9) осуществляются совмещенные процессы: разрушение, дробление негабаритов 28 (фиг.7) и погрузка продуктов разрушения 30 (фиг.10, 11). Разрушающе-погрузочные коронки 2 могут иметь направлениям вращения ω, ω (фиг.7) при нисходящем режиме работы в случаях погрузочных операций и дроблении негабаритов 28 на почве выработки и ω', ω' при восходящем режиме работы с дроблением верхнего потока негабаритов 28.
з
После окончательной зачистки почвы от продуктов разрушения 30 по всей ширине горизонтальной выработки (фиг.10) проходческий комбайн подается вперед на забой, а стрела 1 сокращает телескопическую раздвижность на величину В и следующий рабочий цикл обработки забоя повторяется (фиг.7-11).
Таким образом, оба варианта выполнения исполнительного органа проходческого комбайна позволяют повысить эффективность проведения горных выработок путем совмещения процессов разрушения забоя, дробления негабаритов и погрузки продуктов разрушения.