Комбайн для добычи соли
SALT HARVESTER

Изобретение относится к области добычи минеральных солей, в том числе поваренной соли (NaCl), а именно к комбайнам для добычи открытым способом соли, залегающей в соленых озерах.
Из опубликованной заявки RU 2021104407 А, 01.10.2021 на изобретение известен комбайн для добычи соли, принятый за прототип, включающий две колесные платформы, первая из которых содержит систему управления движением комбайна, рабочий орган в виде многодисковой фрезы с тангенциальными резцами, размещенный за периметром платформы на жесткой раме и снабженный механизмом подъема-опускания, а вторая платформа содержит элеватор-подборщик, оснащенный механизмом подъема-опускания, и ковшовый транспортер,
Известное техническое решение имеет следующие недостатки: часто случаются поломки рабочего органа комбайна и/или его резцов, происходящие из-за избыточных усилий резания пласта высокоплотной соли и/или из-за встречи с препятствием в виде камня, металлических конструкций, пресноводных линз, ввиду конструктивно обусловленной невозможности регулировать параметры работы комбайна путем контроля толщины слоя соли и определения наличия препятствия на пути рабочего органа; существует опасность опрокидывания комбайна при его попадании в пресноводные линзы, увеличивающая временные затраты на восстановление его работоспособности; при поломке отсутствует возможность осуществить быструю замену только поврежденных резцов (требуется замена всего рабочего органа).
Указанные недостатки снижают важный показатель эффективности функционирования комбайна - длительность производительной работы.
Техническая проблема заключается в необходимости создания комбайна для добычи озерной соли открытым способом, обладающего повышенной эффективностью функционирования, обеспечиваемой увеличением длительности производительной работы за счет минимизации возможности возникновения аварийных ситуаций, а в случае их возникновения возможности их ускоренного устранения.
Технический результат - возможность регулирования, как усилия резания пласта, так и алгоритма движения комбайна при встрече с препятствием, в том числе с пресноводными линзами, путем создания условий, позволяющих получить информацию о состоянии пласта соли и о наличии препятствий на пути рабочего органа и предотвратить аварийную ситуацию, а в случае отсутствия такой информации в форс-мажорных обстоятельствах - за счет возможности уменьшить затраты времени на возврат комбайна к производительной работе путем обеспечения сохранения рабочего положения комбайна в пространстве при попадании его в пресноводные линзы и избирательной замены только поврежденного элемента его рабочего органа.
Использование имеющейся на территории месторождения рапы, покрывающей соляной пласт, для организации вибрирования многодисковой фрезы с тангенциальными резцами, исключает загрязнение месторождения техногенными факторами, что очень важно, учитывая возможность повторной отработки уже разработанного участка ввиду его способности восстанавливать запасы соли за счет ее привнесения в озеро.
Кроме того, упрощается обслуживание комбайна, повышается безопасность обслуживающего персонала, уменьшаются энергетические затраты на резание пласта соли.
Техническая проблема решается комбайном для добычи соли, включающим две колесные платформы, первая из которых содержит систему управления движением комбайна, рабочий орган в виде многодисковой фрезы с тангенциальными резцами, размещенный за периметром платформы на жесткой раме и снабженный механизмом подъема-опускания, а вторая платформа содержит элеватор-подборщик, оснащенный механизмом подъема-опускания, и ковшовый транспортер. Особенность комбайна заключается в том, что первая платформа оснащена выдвижной штангой, снабженной устройством сканирования посторонних предметов и пресноводных линз на пути комбайна, под первой платформой закреплены в собранном виде пневматически формируемые опоры и, по меньшей мере, один источник газа, газодинамически сообщенный с опорами, система крепления рабочего органа снабжена установленным между жесткой рамой и механизмом подъема-опускания датчиком осевого усилия на рабочий орган со стороны пласта соли, электрически связанным с системой управления движением комбайна, оснащенной средством определения угла наклона комбайна, и приводом вращения рабочего органа, который снабжен муфтой ограничения момента вращения и энкодером остановки приводов вращения рабочего органа и движения комбайна, при этом пустотелый вал многодисковой фрезы через пульсатор соединен с напорным трубопроводом чистой рапы, каждый тангенциальный резец представляет собой скрепленную болтом по центру с диском фрезы пластину с выполненными за одно целое с ней саблевидными лезвиями, острия которых направлены в одну сторону, и с распределенными по условной окружности отверстиями, в одном из которых установлен срезной штифт.
В частности, источник газа представляет собой газогенератор и/или баллон со сжатым газом.
В частности, пневматически формируемые опоры представляют собой надувные сильфоны, снабженные снизу грунтозацепными элементами.
В частности, пневматически формируемые опоры представляют собой телескопически выдвигаемые самофиксирующиеся стойки с подкосами.
Для дополнительного увеличения эффективности работы комбайна в части снижения потерь соли элеватор-подборщик снабжен выступающим за его периметр снаружи заборным щитком, выполненным съемным или с возможностью его отклонения внутрь элеватора-подборщика, и позволяющим подобрать куски соли, оставшиеся после предыдущего прохода рабочего органа и вывалившиеся из пропиленной колеи в текущий проход.
В уровне технике отсутствует комбайн для добычи озерной соли открытым способом, в котором бы имело место предложенное сочетание существенных признаков, но именно такое сочетание обусловило решение существующей технической проблемы.
Конструкция предлагаемого комбайна для добычи озерной соли открытым способом иллюстрируется графическими изображениями.
На фиг. 1 представлена общая схема комбайна в рабочем состоянии.
На фиг. 2 представлен вид А на фиг. 1, на котором показана схема рабочего органа с пульсатором, создающим вибрацию чистой рапы, передаваемой через пустотелый вал многодисковой фрезы на резцы с оптимальными параметрами.
На фиг. 3 представлен вид Б на фиг. 1, на котором показана схема элеватора-подборщика с заборным щитком.
На фиг. 4 представлена схема размещения под первой платформой пневматически формируемых опор в собранном виде и газогенераторов.
На фиг. 5 представлен узел А на фиг. 4, на котором показан диск с резцами.
На фиг. 6 представлен узел Б на фиг. 4, на котором приведена схема рабочего органа с приводом вращения, механизмом подъема-опускания, датчиком осевого усилия на рабочий орган со стороны пласта соли.
На фиг. 7 представлена схема первой платформы с пневматически сформированными опорами в виде надувных сильфонов, снабженных снизу грунтозацепными элементами.
На фиг. 8 представлен вид В на фиг. 1, на котором показаны пневматически сформированные опоры в виде телескопически выдвинутых самофиксирующихся стоек с подкосами.
На фиг. 9 представлен вид Г на фиг. 8, на котором приведена схема телескопически выдвинутой самофиксирующейся стойки с подкосами.
На фиг. 10 представлена схема рабочего органа с муфтой ограничения его момента вращения.
Комбайн для добычи озерной соли открытым способом (фиг. 1) содержит первую 1 и вторую 2 колесные платформы. Первая платформа 1 содержит систему управления 3 движением комбайна, оснащенную средством определения угла наклона комбайна (условно не показан), рабочий орган в виде многодисковой 4 фрезы с тангенциальными резцами 5, размещенный за периметром платформы 1 на жесткой раме 6 и снабженный механизмом подъема-опускания 7. Вторая платформа 2 содержит элеватор-подборщик 8 (фиг. 3), оснащенный выступающим за его периметр снаружи заборным щитком 9 и механизмом подъема-опускания 10, и ковшовый транспортер 11. Первая платформа 1 оснащена выдвижной штангой 12, снабженной устройством 13 сканирования посторонних предметов и пресноводных линз на пути комбайна. Под первой платформой закреплены в собранном виде пневматически формируемые опоры 14 и источники газа 15. Система крепления рабочего органа снабжена установленным между жесткой рамой 6 и механизмом подъема-опускания 7 рабочего органа датчиком 16 осевого усилия на рабочий орган со стороны пласта соли. Датчик 16 осевого усилия электрически связан с системой управления 3 движением комбайна и приводом вращения 17 рабочего органа. Привод вращения 17 снабжен муфтой 18 ограничения момента вращения и энкодером 19 (фиг. 6) остановки привода вращения 17 рабочего органа и привода движения комбайна (условно не показан). Пустотелый вал 20 многодисковой 4 фрезы (фиг. 2) соединен через пульсатор 21 с напорным трубопроводом 22 чистой рапы. Каждый тангенциальный резец 5 представляет собой пластину 23 с выполненными за одно целое с ней саблевидными лезвиями 24. Пластина 23 оснащена отверстиями 25, распределенными по условной окружности. В одном из отверстий 25 установлен срезной штифт 26, который является одним из узлов скрепления каждого резца 5 с соответствующим диском 4 фрезы. Кроме того, пластина 23 каждого резца 5 по центру скреплена с соответствующим диском 4 фрезы посредством болта 27.
Каждый источник газа 15 представляет собой газогенератор и/или баллон со сжатым газом.
В качестве газогенераторов целесообразно использовать твердотопливные газогенераторы типа «ИХГ» (производства АО «ИСТОЧНИК ПЛЮС») с характеристиками, подбираемыми в каждом конкретном случае использования в зависимости от условий эксплуатации комбайна для добычи соли.
В качестве баллонов со сжатым газом используют баллоны с редуктором, наполненные сжатым азотом или сжатым воздухом, широко представленные на рынке.
Пневматически формируемые опоры 14 в соответствии с первой альтернативой (фиг. 7) представляют собой надуваемые при срабатывании источников газа 15 сильфоны 28, снабженные снизу грунтозацепными элементами 29, выполненными, например, в виде шипов.
На рынке представлены надувные домкраты с шипами производства ООО «Лехт» под торговой маркой «Сорокин», г. Москва, поэтому есть разумные основания полагать, что изготовление опор с шипами не вызовет затруднений.
Пневматически формируемые опоры 14 в соответствии со второй альтернативой (фиг. 8 и фиг. 9) представляют собой телескопически выдвигаемые при срабатывании источников газа 15 самофиксирующиеся стойки 30 с подкосами 31. Подвижные сочленения фиксируются в выдвинутом положении стоек шариковыми фиксаторами 32.
Заявляемый комбайн работает следующим образом.
При обнаружении устройством 13 сканирования посторонних предметов и пресноводных линз на пути комбайна или получения сигнала от датчика 16 осевого усилия на рабочий орган со стороны пласта соли или получения сигнала от энкодера 19 привода вращения 17 оператор поднимает рабочий орган в виде многодисковой 4 фрезы с тангенциальными резцами 5, комбайн переезжает препятствие, оператор опускает рабочий орган, вырабатывает элеватором-подборщиком 8 прорезанный рабочим органом слой соли до встречи с препятствием.
В случае неожиданного попадания на пути комбайна пресноводной линзы и наклона первой платформы 1 по сигналу средства определения угла наклона комбайна системы управления 3 его движением сработают источники газа 15 и пневматически сформируют в течение нескольких секунд надувные опоры 28, имеющие сильфонную конструкцию и выполненные из прочной прорезиненной ткани (резина типа МБС, армированная тканевой оплеткой, например, по ГОСТ 7338-90), или выдвигаемые опоры 30, выполненные из стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-2014 или из стали Ст20 по ГОСТ 1050-2013. После чего будут предприняты меры по ликвидации опасной ситуации.
2
Расчеты показывают, что при площади надуваемых опор в 1 м при давлении газа всего в 0,2 МПа подъемная сила, действующая на платформу, составит около 20 т, то есть величину, близкую к весу платформы, принимаемому в расчет. Варьируя площадью опор и давлением газа можно подобрать требуемую подъемную силу для конкретной платформы.
Расчеты показывают, что минимальный диаметр опорной части телескопически выдвигаемых самофиксирующих стоек с подкосами, достаточный для удержания веса платформы около 20 т, составляет 50 мм.
При современном уровне развития техники и технологии создание опор в альтернативном исполнении вполне реализуемо.
Затраты на создание таких систем спасения комбайна от опрокидывания значительно меньше затрат на работы по поднятию опрокинувшегося комбайна и упущенной прибыли от его простоя.
В качестве устройства 13 сканирования посторонних предметов и пресноводных линз на пути комбайна могут быть использованы в различных сочетаниях или по отдельности:
- георадар, измеряющий неоднородность плотности, например, ОКО-3 производства ООО «Логические системы», Московская область, г. Раменское;
- магнитометр, определяющий наличие металлических предметов, в качестве которого может быть использован, например, магнитометр поисковый «Техномаг» производства ООО «Квазар», г. Уфа; магнитометр производства ООО «Практик-НЦ», Московская область, г. Зеленоград;
- ультразвуковой локатор, определяющий наличие твердых предметов и пресноводных линз, толщину слоя соли через его плотность (над линзой соль подмывается пресной водой и поэтому толщина слоя соли значительно меньше толщины слоя соли, лежащего на грунте), в качестве которого может быть использован, например, эхолот «МИЭЛ» производства ООО КБМЭ «Вектор», г. Таганрог.
В качестве датчика 16 осевого усилия на рабочий орган со стороны пласта соли может быть использован любой датчик с номинальным усилием 500-1000 Н, способный работать в условиях повышенной влажности, вибрации и т.д. - конкретно в условиях работы комбайна для добычи открытым способом соли, залегающей в соленых озерах, например, тензорезисторный датчик С2Н производства Весоизмерительной компании «Тензо-М», Московская область, г. Люберцы.
Вибрация рабочего органа позволяет значительно уменьшить усилие резания пласта соли.
Для определения оптимальных параметров вибрации проведены лабораторные эксперименты на вырезанных образцах соли из озера Бурсоль, которые показали, что оптимальными параметрами вибрации рабочего органа являются: частота 100-150 Гц, амплитуда - 0,2-0,3 мм. При этом усилие резания уменьшается в 3-4 раза.
Такие параметры вибрации обеспечивают пульсатор 21 (например, по патенту №2555899 на изобретение заявителя по настоящей заявке), соединяющий между собой пустотелый вал 20 и напорный трубопровод 22 чистой рапы, и привод вращения 17 в виде электродвигателя с изменяемой частотой вращения.
Полученные результаты по влиянию вибрации на усилие резания могут быть уточнены в реальных условиях работы комбайна.
При подъеме элеватора-подборщика 8 заборный щиток 9 отклоняют внутрь элеватора-подборщика или снимают. Размеры щитка 9 отрабатывают экспериментально в процессе работы комбайна.
Рабочий орган комбайна в виде многодисковой 4 фрезы с тангенциальными резцами 5, каждый из которых закреплен на диске 4 фрезы срезным штифтом 26 и болтом 27, позволяет ускоренно и избирательно устранить поломку рабочего лезвия 24 любого из резцов 5 или срезание штифта 26 любого из резцов 5. Для переналадки рабочего органа достаточно выбить срезанный штифт 26 и заменить его на новый, а в случае поломки рабочего лезвия 24 резца 5 заменить только это конкретное лезвие путем поворота резца 5 до принятия следующим лезвием рабочего положения.
Предлагаемое техническое решение является актуальным, позволяет удовлетворить давно существующую потребность в решении обозначенной технической проблемы.