ГОРНОПРОХОДЧЕСКАЯ МАШИНА С АНКЕРОУСТАНОВЩИКОМ

Область техники
Техническое решение относится к горному машиностроению и используется в горнопроходческих машинах для проведения горных выработок комбайновым способом с установкой анкерной крепи.
Уровень техники
Из уровня техники известен проходческий комбайн П110, выпускаемый Новокраматорским машиностроительным заводом, который модернизирован в модель П110-01 с одним анкероустановщиком dh ABSE немецкой фирмы «Deilmann-Haniel Mining Systems GmbH». При помощи телескопического манипулятора, расположенного на стреле комбайна, буровой лафет с распорной стойкой перемещается в сечении забоя выработки. Заняв рабочее положение, лафет распирается, а по окончании анкерных работ лафет переводится в парковую позицию сбоку на комбайне [1].
К недостаткам данной конструкции относятся:
- крепление анкероустановщика на стреле проходческого комбайна усложняет конструкцию исполнительного органа и оставляет вероятность повреждения анкероустановщика во время работы исполнительного органа по разрушению горного массива;
- в нерабочем положении анкероустановщик загромождает пространство по ширине выработки, т.к. складывается сбоку на комбайне или остается распертым в выработке, что не позволяет его применять в выработках малого сечения.
Из уровня техники известен проходческий комбайн, который состоит из основной рамы, к которой слева и справа прикреплены ходовые тележки, центрально расположенного скребкового конвейера с присоединенным к нему питателем, исполнительного органа, четырех вертикальных и двух горизонтальных буровых колонок, закрепленных на основной раме, при чем, вертикальные буровые колонки попарно расположены по разные стороны каждой из ходовых тележек, а крайние буровые колонки установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении к забою по направляющим телескопического манипулятора. Две внутренние и две горизонтальные буровые колонки закреплены на основной раме комбайна, а две наружные боковые буровые колонки через кронштейны прикреплены к неподвижной части соответствующей ходовой тележки комбайна [2].
Недостатком данной конструкции является стационарное расположение буровых колонок по сторонам ходовых тележек проходческого комбайна, что также как и в предыдущем аналоге загромождает пространство по ширине выработки. Также недостатком является необходимость установки на комбайн шести буровых колонок, чтобы охватить весь спектр работ.
Из уровня техники известен анкероустановщик dh ABSE, который представляет собой универсальное устройство для бурения и анкерования, устанавливаемое на проходческие комбайны избирательного действия в классе выше 50 т. Буровой модуль анкероустановщика с манипулятором в транспортном положении располагается асимметрично вдоль комбайна над одной из ходовых тележек. Рама манипулятора закреплена на неподвижной части ходовой тележки с наружной стороны проходческого комбайна и перемещается по направляющим вдоль продольной оси комбайна от рабочего положения к транспортному. В транспортном положении анкероустановщик позволяет осуществлять исполнительному органу проходческого комбайна основные операции резания по проведению выработки без ограничения его маневренности и производительности. В рабочем положении анкероустановщик обеспечивает операции бурения и анкерования по всему выработанному пространству в любом направлении - в кровлю, борта, грудь забоя [3].
Недостатком данной конструкции является то, что установка манипулятора с анкероустановщиком предполагает специально разработанную конструкцию горнопроходческой машины, в которой еще на стадии проектирования должно быть предусмотрено место над одной из ходовых тележек для манипулятора с анкероустановщиком. Анкероустановщик с манипулятором в данном аналоге недостаточно мобилен, их, например, невозможно перенести на любую другую горную машину с симметричным расположением ее узлов в качестве дополнительной опции к уже имеющейся горнопроходческой машине.
Из уровня техники известна, взятая в качестве ближайшего аналога, горная машина с анкероустановщиком, включающая пару анкероустановщиков, расположенных симметрично относительно продольной оси горной машины по бокам ее ходовой части на двух несущих рамах, которые соединены между собой расположенной поперечно продольной оси горной машины соединительной балкой.
Поперечная соединительная балка имеет длину, которая превышает ширину рамы горной машины, и за ее габаритами, по сторонам горной машины, к соединительной балке прикреплена пара несущих рам. Передвижение соединительной балки с несущими рамами с анкероустановщиками вдоль продольной оси горной машины осуществляет механизм подачи в виде пары гидродомкратов, установленных по бокам конвейера и сопряженных с направляющими, связанными с соединительной балкой.
Каждая несущая рама представляет собой металлоконструкцию, в которой установлены по паре гидравлических стоек для распора несущей рамы между кровлей и почвой, и по одному анкероустановщику известной конструкции.
Несущие рамы способны принимать автономное положение при их установке, при этом горная машина может продолжать выемку горной массы, кроме этого, несущие рамы выполнены съемными с возможностью отсоединения/присоединения посредством специального замка [4].
Данной конструкции присущи недостатки предыдущих аналогов - несущие рамы с анкероустановщиками загромождают пространство по ширине выработки. Хотя в данном прототипе несущие рамы с анкероустановщиками выполнены съемными, с возможностью отсоединения/присоединения посредством специального замка, но такая операция не предназначена для решения задачи по освобождению пространства выработки по ширине, а предназначена для обеспечения автономности положения несущих рам с буровыми станками, а их расположение остается по ширине выработки.
Задача
Установить анкероустановщик (в данной заявке понятие «анкероустановщик» включает: манипулятор, средства бурения и анкерования) известной конструкции на горнопроходческий комбайн известной конструкции, обеспечив анкерование по всему выработанному пространству в любом направлении - в кровлю, борта, грудь забоя.
Решение поставленной задачи позволит получить технический результат, который заключается в обеспечении:
- подачи анкероустановщика в рабочую зону, а также его укладки в транспортное положение в пространстве по высоте выработки, не загромождая выработку по ширине,
- простой и легкой установки механизма подачи анкероустановщика на уже существующий горнопроходческий комбайн, практически без конструктивных изменений последнего.
Достижение заявленного технического результата обеспечивает потребительские свойства технического решения:
- более продуктивное и безопасное использование освобожденного пространства по ширине горной выработки во время ее проведения;
- возможность экономии средств за счет использования уже имеющегося парка горнопроходческих комбайнов, оснастив их дополнительной опцией в виде анкероустановщика практически без доработки конструкции самого горнопроходческого комбайна.
Раскрытие технического решения
В известной горнопроходческой машине с анкероустановщиком, которая включает раму (1), к которой вдоль продольной оси (X) машины прикреплен исполнительный орган (7), а слева и справа присоединены ходовые тележки (2), по меньшей мере, один анкероустановщик (6), связанный узлом крепления (5) с соединительной балкой (4), которая расположена поперечно продольной оси (X) машины и снабжена механизмом подачи с приводом с возможностью ее перемещения вдоль продольной оси (X) машины, в соответствии с полезной моделью предлагается механизм подачи соединительной балки (4), выполнить в виде двух плоско-рычажных механизмов (3), присоединенных к ходовым тележкам (2) с наружной стороны, каждый из которых включает, по меньшей мере, одно коромысло (3.1), кинематически связанное с неподвижной частью соответствующей ходовой тележки (2), и шатун (3.2), кинематически связанный с соединительной балкой (4), которая оснащена, механизмом поворота (8) с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости.
Кроме этого предлагается:
- неподвижную часть соответствующей ходовой тележки (2) выполнить в виде оси (2.1) ее ведомого колеса (2.2), выступающей (L) наружу с возможностью шарнирного размещения на ней коромысла (3.1);
- привод каждого плоско-рычажного механизма (3) выполнить в виде гидродомкрата (3.3) коромысла (3.1), который цилиндром шарнирно закрепить на раме (1), а штоком шарнирно связать с коромыслом (3.1), и гидродомкрата (3.7) шатуна (3.2), который цилиндром шарнирно закрепить на коромысле (3.1), а штоком шарнирно связать с шатуном (3.2).;
- шатун (3.2) каждого плоско-рычажного механизма (3) со стороны шарнирного соединения (3.6) с соединительной балкой (4) снабдить опорой (3.4);
- узел крепления (5), по меньшей мере, одного анкероустановщика (6), установить с возможностью перемещения вдоль соединительной балки (4);
- механизм поворота (8) выполнить в виде зубчато-реечной передачи с гидроприводом.
Причинно-следственная связь между вновь введенными существенными признаками и заявленным техническим результатом поясняется следующим. Выполнение механизма подачи анкероустановщика в рабочую зону и возвращение его в транспортное положение в виде плоско-рычажных механизмов по сторонам горнопроходческой машины забирает минимум пространства по ширине выработки. Этот размер (L) определяется шириной непосредственно самого плоско-рычажного механизма и небольшим зазором между ним и выступающей частью горной машины, что в разы меньше, чем требуемый размер по ширине выработки для установки манипуляторов с анкероустановщиками в приведенных аналогах. Кинематическая связь шатуна каждого плоско-рычажного механизма с поперечно установленной соединительной балкой обеспечивает ее расположение, и расположение установленного на ней анкероустановщика, над горнопроходческой машиной, т.е. в пространстве по высоте выработки, а не по ширине. Кинематическая связь коромысла плоско-рычажного механизма с неподвижной частью каждой ходовой тележки позволяет установить механизм подачи на уже существующую конструкцию горнопроходческой машины с минимальными конструктивными изменениями. Таким образом, предлагаемая конструкция горнопроходческой машины обеспечивает заявленный технический результат:
- подачу анкероустановщика в рабочую зону, а также его укладка в транспортное положение в пространстве по высоте выработки, не загромождая выработку по ширине;
- простоту и легкость установки механизма подачи анкероустановщика на уже существующую горнопроходческую машину, практически без конструктивных изменений последней.
Совместно с уже известными существенными признаками заявляемое техническое решение обеспечивает потребительские свойства полезной модели:
- более продуктивное и безопасное использование освобожденного пространства по ширине горной выработки во время ее проведения;
- возможность экономии средств за счет использования уже имеющегося парка горнопроходческих комбайнов, оснастив их дополнительной опцией в виде анкероустановщика практически без доработки конструкции самого горнопроходческого комбайна.
Краткое описание чертежей
Сущность технического решения представлена на чертежах, где:
- на фиг. 1 показана горнопроходческая машина известной конструкции без анкероустановщика (вид сверху);
- на фиг. 2 показана горнопроходческая машина с анкероустановщиком с плоскорычажным механизмом подачи, соединительной балкой и анкероустановщиком в транспортном положении;
- на фиг. 3 показана горнопроходческая машина с анкероустановщиком с плоскорычажным механизмом подачи, соединительной балкой и анкероустановщиком в промежуточном положении в момент подачи анкероустановщика в рабочую зону;
- на фиг. 4 показана горнопроходческая машина с анкероустановщиком с плоскорычажным механизмом подачи, соединительной балкой и анкероустановщиком в рабочем положении;
- на фиг. 5 показан вертикальный разрез ведомого колеса ходовой тележки по шарниру соединения оси с коромыслом.
1 - рама;
2 - ходовая тележка;
2.1 - ось;
2.2 - ведомое колесо;
2.3 - шарнирное соединение;
3 - плоско-рычажный механизм;
3.1 - коромысло;
3.2 - шатун;
3.3 - гидродомкрат;
3.4 - опора;
3.6 - шарнирное соединение;
3.7 - гидродомкрат;
4 - соединительная балка;
5 - узел крепления;
6 - анкероустановщик;
7 - исполнительный орган;
8 - механизм поворота.
Промышленная применимость
Осуществление технического решения показано на примерах (фиг. 1-5), которые не являются исключительными, но наглядно демонстрируют возможность достижения заявленного технического результата.
Горнопроходческая машина с анкероустановщиком включает раму (1), к которой вдоль продольной оси (X) прикреплен исполнительный орган (7), а слева и справа присоединены ходовые тележки (2) (фиг. 1). Поперечно продольной оси (X) горнопроходческой машины расположена соединительная балка (4), которая снабжена механизмом подачи с приводом с возможностью ее перемещения вдоль продольной оси (X) машины. На соединительной балке (4) расположен узел крепления (5), по меньшей мере, для одного анкероустановщика (6), что не исключает конструкцию узла крепления (5) для большего количества анкероустановщиков в случае необходимости (фиг. 2, 3, 4).
Узел крепления (5) анкероустановщика (6) с соединительной балкой (4) связан подвижно и может перемещаться вдоль нее, т.е. поперечно продольной оси (X) горнопроходческой машины.
Механизм подачи выполнен в виде двух плоско-рычажных механизмов (3), присоединенных к ходовым тележкам (2) с наружной стороны (фиг. 2, 3, 4). Кинематическая связь между звеньями каждого плоско-рычажного механизма (3) осуществляется следующим образом: в качестве стойки плоско-рычажного механизма (3) используют неподвижную часть соответствующей ходовой тележки (2), к которой шарнирным соединением (2.3) одним концом присоединяют коромысло (3.1), а вторым концом его шарнирно связывают с шатуном (3.2). В примере в качестве неподвижной части соответствующей ходовой тележки (2) используют ось (2.1) ее ведомого колеса (2.2), которую выполняют выступающей (L) наружу из ведомого колеса (2.2) с возможностью шарнирного размещения на ней коромысла (3.1) (фиг. 5). В случае необходимости между коромыслом (3.1) и шатуном (3.2) могут устанавливаться дополнительные связующие звенья.
Далее в одном из плоско-рычажных механизмов (3) шатун (3.2), уже связанный шарнирно одним концом с соответствующим коромыслом (3.1), вторым концом шарнирно связывают непосредственно с соединительной балкой (4). Во втором плоско-рычажном механизме (3) шатун (3.2), уже связанный шарнирно одним концом с соответствующим коромыслом (3.1), вторым концом шарнирно связывают с соединительной балкой (4) через механизм поворота (8), которым снабжают соединительную балку (4), по меньшей мере, с одной стороны. В случае необходимости механизмы поворота (8) могут быть установлены с обоих концов соединительной балки (4). С изменением положения шатуна (3.2) от транспортного (фиг. 2), промежуточного (фиг. 3) до рабочего (фиг. 4) механизм поворота (8) поворачивает соединительную балку (4) в вертикальной плоскости в пределах допустимой высоты выработки. Как вариант выполнения механизма поворота (8) предлагается зубчато-реечный механизм с гидроприводом (на фигурах не показан), но может использоваться любой другой поворотный механизм, обеспечивающий функцию поворота.
Привод механизма подачи каждого плоско-рычажного механизма, выполняют в виде двух гидродомкратов: гидродомкрата (3.3) коромысла (3.1), который цилиндром шарнирно закрепляют на раме (1), а штоком шарнирно связывают с коромыслом (3.1), и гидродомкрата (3.7) шатуна (3.2), который цилиндром шарнирно закрепляют на коромысле (3.1), а штоком шарнирно связывают с шатуном (3.2).
Для большей устойчивости горнопроходческой машины в рабочем положении шатун (3.2) каждого плоско-рычажного механизма (3) со стороны шарнирного соединения (3.6) с соединительной балкой (4) оснащают опорой (3.4). Она установлена одним концом на шатуне (3.2) с возможностью поворота под действием собственного веса во время подачи соединительной балки (4) с анкероустановщиком (6) в рабочую зону. В конечном положении опора (3.4) устанавливается в вертикальное положение на грунт выработки вторым концом (фиг. 4). Как вариант исполнения опоры (3.4) механическая часть может быть оснащена гидродомкратом (на фигурах не показано)
Работает горнопроходческая машина с анкероустановщиком следующим образом. Перед подачей анкероустановщика (6) в рабочую зону работы горнопроходческой машины по извлечению горной массы прекращают, а исполнительный орган (7) опускают на грунт выработки вдоль продольной оси (X) горнопроходческой машины. Затем включают гидродомкраты (3.7) и вводят в работу механизм подачи в виде двух плоско-рычажных механизмов (3) по сторонам ходовых тележек (2). Гидродомкраты (3.7), при неподвижных коромыслах (3.1), поворачивают шатуны (3.2) в шарнирных соединениях (2.3), приводя в движение соединительную балку (4) с анкероустановщиком (6) в направлении рабочей зоны до положения на фиг. 3. Затем в работу включают гидродомкраты (3.3) коромысел (3.1), которые производят дальнейшую подачу соединительной балки (4) с анкероустановщиком (6) в рабочую зону до положения на фиг. 4. Механизм поворота (8) соединительной балки (4) с анкероустановщиком (6) работает во время всего цикла подачи в рабочую зону, обеспечивая вписываемость анкероустановщика (6) по высоте выработки. По мере приближения к рабочей зоне опора (3.4) приобретает вертикальное положение под действием собственного веса и в конце цикла касается грунта выработки. Горнопроходческая машина с анкероустановщиком готова к работе по анкерованию выработки.
Складывание анкероустановщика (6) в транспортное положение осуществляется в обратной последовательности.
Заявляемую горнопроходческую машину с анкероустановщиком можно изготовить известными средствами с использование современных технологий, поэтому техническое решение является промышленно применимым и обеспечивает заявленный технический результат.
Источники информации:
1. http://www.nkmz.com/fileadmin/data/prospekts/Combain_WEB_rgb.pdf, слайд 7.
2. Патент Украины №77074, приоритет от 23.07.2012 г., «Прохiдницький комбайн», опубл. 25.01.2013, бюл. №2.
3. http://www.dhms.com/ru/produkty/prokhodcheskie-kombainy/dh-abse.html
4. Патента США №4865390, приоритет от 04.09.1987 г., опубл. 12.09.1989