Исполнительный орган проходческо-очистного комбайна
WORK MEMBER OF THE TUNNELING AND CLEANING COMBINE

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в проходческо-очистных комбайнах для разрушения горного массива резцовым инструментом.
Известен пространственный планетарно-дисковый исполнительный орган проходческо-очистного комбайна, содержащий резцовые диски и комбинированные забурники. Резцовые диски установлены на поворотных редукторах-рукоятях. Оси вращения резцовых дисков располагаются в плоскости, параллельной забою. Вращающий момент на резцовые диски передается от раздаточных редукторов через поворотные редукторы-рукояти. Разрушение горного массива осуществляется резцами, установленными на боковых цилиндрических поверхностях резцовых дисков. При этом реализуются радиальные расходящиеся резы, направленные от центра к периферии забоя. Центральная часть забоя разрушается резцами комбинированных роторно-планетарных забурников, в состав которых входят резцовые диски малого диаметра и роторы (Патент RU №2319835 от 20.03.2008 г.).
К недостаткам известного устройства относится то, что шаг резания и толщина стружки существенно изменяются в зависимости от угла поворота основных резцовых дисков и дисков забурников. Центральная и периферийная части забоя разрушаются резами малой толщины, что обусловливает большое количество пылевидных классов в добываемой горной массе. Серповидная форма стружки и увеличивающийся от центра к периферии забоя шаг резания обусловливает трудности решения задачи оптимизации процесса разрушения массива по удельным энергозатратам. Периферийные участки забоя разрушаются при отношении шага резания к толщине стружки t/h>7, то есть блокированными резами малой толщины.
Известное устройство не снабжено эффективными механическими приспособлениями для предотвращения перегрузок, например, срезными штифтами, шпонками и т.п.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности признаков является плоский планетарно-дисковый исполнительный орган проходческо-очистного комбайна, содержащий резцовые диски, установленные на поворотных редукторах-рукоятях. Оси вращения резцовых дисков располагаются перпендикулярно плоскости забоя. Вращающий момент на резцовые диски передается от раздаточных редукторов через поворотные редукторы-рукояти. Породоразрушающие инструменты (резцы) установлены на плоских торцовых и боковых цилиндрических поверхностях резцовых дисков (Патент RU №2651667 от 23.04.2018 г., фиг. 3 и 4).
При работе известного исполнительного органа проходческо-очистного комбайна резцовые диски вращаются вокруг своей оси (относительное вращение) и оси раздаточного редуктора (переносное вращение), обеспечивают движение породоразрушающего инструмента (резцов) по циклоидной траектории. Ходовое оборудование комбайна обеспечивает подачу исполнительного органа на забой. Большая часть забоя разрушается резцами, установленными на плоских торцовых поверхностях резцовых дисков. При этом на поверхности забоя формируется сетка пересекающихся резов, что положительно сказывается на качестве гранулометрического состава породы и удельных затратах энергии процесса разрушения горного массива. Периферийные участки забоя разрушаются резцами, установленными на боковых цилиндрических поверхностях резцовых дисков, резами малой толщины. Эти же резцы обеспечивают возможность поворота комбайна при отработке горного массива и изменения направления ведения горной выработки.
Данное устройство принято в качестве прототипа.
К недостаткам устройства, принятого за прототип, следует отнести то, что периферийные участки забоя разрушаются резами малой толщины, что обусловливает большое количество пылевидных классов в добываемой горной массе. При работе исполнительного органа, принятого за прототип, измельчение отделенной от массива горной массы происходит и в призабойном пространстве, то есть на этапе погрузки, вследствие контакта с движущимися резцовыми дисками.
При разрушении горного массива с использованием исполнительного органа, принятого за прототип, в контакте с забоем одновременно находится большое количество резцов, что нивелирует основное преимущество планетарно-дисковых исполнительных органов - передачи всей мощности привода на малое количество резцов, разрушающих забой.
Резцы, установленные на торцевых поверхностях резцовых дисков, при работе исполнительного органа находятся в постоянном контакте с забоем, что обусловливает их повышенный нагрев вследствие отсутствия охлаждения. Указанное, в сочетании с криволинейной траекторией движения резцов и наличием существенных боковых нагрузок, определяет высокий удельный расход резцов, что негативно сказывается на эксплуатационной производительности, обеспечиваемой исполнительным органом при использовании в конструкции проходческо-очистного комбайна.
Как и аналог, известное устройство, принятое за прототип, не снабжено эффективными механическими приспособлениями для предотвращения перегрузок, например, срезными штифтами, шпонками и т.п. Оценка нагруженности узлов и деталей данного планетарно-дискового исполнительного органа осуществляется обобщенно, по показаниям токовых нагрузок приводных электродвигателей, что не позволяет предотвратить аварийные отказы, связанные с возникновением сверхнормативных нагрузок локального характера, например, при отработке забоя неполным сечением исполнительного органа.
При отгонке комбайна по выработке задним ходом от отрабатываемого забоя возможен контакт резцовых дисков со стенками, почвой и кровлей проведенной выработки. Указанное с большой вероятностью может привести к аварийному отказу, например, отделению кулака-резцедержателя от резцового диска.
Техническим результатом изобретения является повышение качества гранулометрического состава горной массы на этапах отделения от забоя и погрузки, увеличение наработки и снижение удельного расхода породоразрушающего инструмента, уменьшение вероятности возникновения аварийных отказов, вызванных сверхнормативными локальными нагрузками при производительной работе и отводе исполнительного органа от забоя.
Технический результат достигается тем, что устройство, представляющее собой исполнительный орган проходческо-очистного комбайна, включающий в себя резцовые диски с резцами, установленные на рукоятях с приводом, при этом оси вращения резцовых дисков и исполнительного органа направлены вдоль движения комбайна на забой, а ось вращения рукоятей совпадает с осью вращения исполнительного органа, в соответствии с изобретением исполнительный орган дополнительно содержит установленный соосно с осью вращения рукоятей роторный забурник с резцами, и размещенные на концах рукоятей гребенки с резцами, при этом резцы забурника и гребенок выступают за торцевые поверхности резцовых дисков для разрушения, соответственно, центрального и периферийных участков забоя, а резцовые диски установлены со смещением относительно продольной оси рукоятей в сторону, противоположную направлению вращения рукоятей, при этом гребенки выполнены в виде подгребающих лопаток с наклоном в сторону противоположную направлению вращения исполнительного органа и установлены на механических крепежах ограниченной прочности и упорах с возможностью демонтажа и изменения положения. Заявляемое устройство может быть снабжено датчиками контроля целостности механических крепежей гребенок или датчиками контроля положения гребенок относительно прочих деталей исполнительного органа.
Исполнительный орган монтируется на проходческо-очистном комбайне. При подаче комбайна на забой горный массив первоначально во времени разрушается резцами забурника и гребенок, которые отрабатывают центральный и периферийный участки забоя, соответственно. При этом шаг резания является постоянной величиной, а толщина стружки зависит от скорости подачи комбайна на забой, что позволяет оптимизировать процесс разрушения массива резцами данных элементов исполнительного органа.
Основная часть забоя отрабатывается резцами, установленными на торцовых поверхностях резцовых дисков, и смещенных относительно резцов забурника и гребенок в направлении, противоположном направлению рабочего хода комбайна. При этом траектории движения резцов забурника и гребенок пересекаются траекториями движения резцов резцовых дисков. Таким образом, на периферийных и центральных участках забоя резцы резцовых дисков выходят из контакта с массивом и охлаждаются.
Гребенки, выполненные в виде подгребающих лопаток с наклоном в сторону противоположную направлению вращения исполнительного органа, направляют горную массу, отделенную от массива, из призабойного пространства на погрузочные органы проходческо-очистного комбайна. Таким образом, минимизируется контакт отделенной от массива горной массы с вращающимися резцовыми дисками, улучшаются условия погрузки, снижается измельчение горной массы при погрузке.
В случае возникновения сверхнормативных нагрузок при отработке забоя исполнительным органом крепежи гребенок разрушаются, что позволяет предотвратить аварийные отказы привода исполнительного органа.
При отгонке комбайна от забоя и перемещении по выработке задним ходом, гребенки демонтируются и переводятся в транспортное положение, что позволяет минимизировать вероятность контакта деталей исполнительного органа с почвой и стенками выработки.
Смещение резцовых дисков относительно центральных осей рукоятей в сторону, противоположную направлению вращения исполнительного органа, обеспечивает возможность установки на рукоятях гребенок с резцами.
Наличие роторного забурника обеспечивает разрушение центральной части забоя концентрическими резами с постоянным шагом и формой поперечного сечения отделяемой стружки.
Наличие гребенок, закрепленных на концах рукоятей, обеспечивает разрушение периферийной части забоя концентрическими резами с постоянным шагом и формой поперечного сечения отделяемой стружки. Указанное обеспечивает возможность поворота комбайна при отработке горного массива и изменения направления ведения горной выработки, а также положительно сказывается на качестве гранулометрического состава отделяемой от массива горной породы, снижает удельные затраты энергии на разрушение горного массива.
Смещение резцов забурника и гребенок в сторону разрушаемого забоя и установка их с выступом за торцовые и боковые поверхности резцовых дисков обеспечивает взаимное пересечение траекторий движения резцов забурника и гребенок и резцов резцовых дисков. В результате резцы резцовых дисков на периферийных и центральных участках забоя выходят из контакта с массивом и охлаждаются.
Выполнение гребенок в виде подгребающих лопаток с наклоном в сторону противоположную направлению вращения исполнительного органа обеспечивает улучшение условий погрузки горной массы, отделенной от массива, а также предотвращает контакт горной массы с вращающимися резцовыми дисками, что снижает ее измельчение при погрузке.
Возможность демонтажа и изменения положения гребенок на рукоятях исполнительного органа облегчает выполнение отгонки комбайна от забоя и снижает вероятность контакта элементов исполнительного органа с почвой и стенками выработки при выполнении данной технологической операции.
Фиксация гребенок крепежами ограниченной прочности обеспечивает защиту привода исполнительного органа от перегрузок, так как при возникновении локальных сверхнормативных нагрузок крепежи гребенок разрушаются, а работа исполнительного органа останавливается.
Своевременная остановка работы исполнительного органа при разрушении крепежей гребенок возможна посредством использования датчиков контроля целостности механических крепежей гребенок или датчиков контроля положения гребенок относительно прочих деталей исполнительного органа.
Предлагаемое устройство иллюстрируется схемами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 - схема исполнительного органа проходческо-очистного комбайна, вид спереди.
На фиг. 2 - схема исполнительного органа проходческо-очистного комбайна, вид сбоку.
На фиг. 3 - схема резов, реализуемых исполнительным органом проходческо-очистного комбайна.
На фиг. 4 - схема сдвоенного исполнительного органа проходческо-очистного комбайна.
На фиг. 5 - схема установки гребенок на рукоятях исполнительного органа в транспортном положении, при отгонке проходческо-очистного комбайна от забоя.
Исполнительный орган проходческо-очистного комбайна состоит из резцовых дисков 1 с резцами 2, установленных на рукоятях 3 со смещением от центральных осей 4 рукоятей 3 в сторону, противоположную направлению переносного вращения исполнительного органа. Вращающий момент на резцовые диски 1 передается от приводного двигателя (не показан на схемах) через раздаточный редуктор 5 и рукояти 3. Центральная часть забоя разрушается роторным забурником 6 с резцами 7. Периферийные участки забоя разрушаются гребенками 8 с установленными резцами 9. Гребенки 8 монтируются на рукоятях 3 на крепежах 10 с возможностью демонтажа или изменения положения. Гребенки 8 выполнены в виде подгребающих лопаток с наклоном в сторону противоположную вращению исполнительного органа. Крепежи 10 рассчитываются на определенную величину нагрузок и разрушаются при возникновении перегрузок. В вариантах исполнения устройства целостность крепежей 10 и положение гребенок 8 относительно узлов исполнительного органа может контролироваться посредством датчиков (не показаны на схемах).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Установленный на проходческо-очистной комбайн исполнительный орган подается на забой. Резцы 7 забурников 6 и резцы 9 гребенок 8 осуществляют зарубку в массив и разрушение центральных и периферийных участков забоя концентрическими резами 11 и 12, соответственно. Резцы 2 резцовых дисков 1 входят в контакт с массивом позже резцов 7 и 9. Резцы 2 движутся по сложным циклоидным траекториям и разрушают забой пересекающимися резами 13 радиально-тангенциального направления. Разрушение забоя пересекающимися резами 13 обеспечивает снижение измельчения добываемой горной массы на этапе отделения от массива.
На периферийных и центральных участках забоя резцы 2 выходят из контакта с массивом и охлаждаются. Таким образом, обеспечивается улучшение условий работы резцов и уменьшение их удельного расхода.
Отделенная от массива горная масса поступает в призабойное пространство, откуда подается гребенками 8 на погрузочные органы проходческо-очистного комбайна. Таким образом, минимизируется вероятность контакта вращающихся резцовых дисков 1 с горной массой, что снижает ее измельчение на этапе погрузки.
В случае возникновения перегрузок крепежи 10 гребенок 8 разрушаются, работа исполнительного органа прекращается. Целостность крепежей 10 и положение гребенок 8 относительно узлов исполнительного органа может контролироваться посредством датчиков (не показаны на схемах), информация от которых может являться сигналом для своевременного прекращения работы исполнительного органа. Таким образом минимизируется вероятность возникновения аварийных отказов при работе исполнительного органа вследствие возникновения сверхнормативных нагрузок локального характера.
При отгонке комбайна от забоя крепежи 10 отсоединяются, гребенки 8 демонтируются или переводятся в транспортное положение (см. фиг. 5), что минимизирует вероятность контакта элементов исполнительного органа с почвой и стенками выработки при движении комбайна задним ходом.
Таким образом, при работе заявляемого устройства обеспечивается повышение качества гранулометрического состава горной массы на этапах отделения от забоя и погрузки, увеличение наработки и снижение удельного расхода породоразрушающего инструмента, уменьшение вероятности возникновения аварийных отказов вызванных сверхнормативными локальными нагрузками при производительной работе и отводе исполнительного органа от забоя.