КОВШ СКРЕПЕРА ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
SCRAPER BUCKET FOR UNDERWATER MINING

Изобретение относится к землеройным машинам с канатной подвеской, используемым для добычи полезных ископаемых со дна водоема.
Известен скреперный ковш, содержащий днище с режущим ножом, боковые и заднюю стенки (AC SU 84396,84d 1.06), используемый для подводной разработки траншей. Недостатком известного ковша является ограниченные функциональные возможности, поскольку он используется только для выполнения подводных выемок в виде траншей с разгрузкой рядом с выполненной выемкой. Такой скреперный ковш не может использоваться для транспортирования грунта в отведенное место водоема или на берег. Разгрузка породы из ковша осуществляется пропеллерным насосом с приводом от электродвигателя, что требует больших затрат энергии для перемещения не только породы, но и большого количества воды. Для питания электродвигателя насоса необходимо подводить электрокабель на поплавках или иметь плавучую электростанцию, что существенно усложняет известное устройство и увеличивает затраты на его изготовление и эксплуатацию.
Известен и другой ковш скрепера для разработки грунта под водой содержащий днище с режущим ножом, боковые и заднюю стенки (AC SU 1425279, E02F 3/64). Во втором известном устройстве также используется насос с приводом от электродвигателя, но уже для загрузки грунта в ковш. Однако недостатки отнесенные к первому известному устройству остаются и у второго, а именно повышенные затраты энергии на перекачивание большого количества воды, сложность и дороговизна подведения электропитания и увеличение затрат на обслуживание. Кроме того, при перемещении ковша в погруженном состоянии, увеличивается сопротивление перемещению, усложняется его ориентация по пути от места разгрузки до места набора породы, что увеличивает время рабочего цикла и снижает производительность.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является ковш скрепера для подводной добычи полезных ископаемых (AC SU 1756568, Е21С 50/00, E02F 3/64), принятый заявителем за прототип. Известный ковш сдержит днище с режущим ножом, боковые и заднюю, стенки и выполнен с возможностью сохранения плавучести при перемещении от места разгрузки к месту набора породы. Это уменьшает сопротивление его перемещению и облегчает ориентацию относительно места погружения, что уменьшает время рабочего цикла. Однако конструкция ковша, обеспечивающая его плавучесть, одновременно и снижает производительность. Производительность снижается вследствие уменьшения полезной емкости ковша при увеличении габаритных размеров, поскольку все стенки ковша выполнены двойными образующими полости, заполненные воздухом для сохранения плавучести и тяжелыми шарами для сохранения остойчивости. Кроме того, увеличивается более чем в два раза материалоемкость известного ковша, а соответственно и его стоимость. Увеличение габаритных размеров повышает сопротивление перемещению ковша и затраты энергии, к которым добавляются затраты энергии на перемещение большой массы ковша с двойными стенками и тяжелых шаров между ними.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении производительности за счет увеличения наполняемости ковша, с одновременным снижением затрат энергии на его перемещение.
Поставленная задача решается тем, что ковш скрепера для подводной добычи полезных ископаемых, включающий днище с режущим ножом, боковые, заднюю и верхнюю стенки, снабжен гравитационным и напорным пневмоклапанами, воздушным коллектором, воздухозаборником и установленной между шарнирно соединенными, основной и дополнительной, верхними стенками, гибкой, упругой и герметичной полостью, сообщенной одной пневмолинией, через напорный пневмоклапан, с воздушным коллектором, выполненным в днище и второй пневмолинией с воздухозаборником на поплавке через гравитационный пненвмоклапан, который выполнен в виде установленного в корпусе и подпружиненного с одной стороны запорного элемента, а с другой стороны его установлен подвижный толкатель шарообразной формы.
Предлагаемый ковш скрепера имеет, в сравнении с прототипом, большую полезную емкость при одинаковых внешних габаритных размерах, а также лучшую наполняемость за счет снижения сопротивления движению породы набираемой в ковш.
На фиг. 1 изображен ковш скрепера для подводной разработки полезных ископаемых в период перемещения его после разгрузки к месту погружения и набора породы; на фиг. 2 - то же, в период погружения ковша для набора породы; на фиг. 3 - то же, в период набора породы в ковш.
Ковш скрепера для подводной добычи полезных ископаемых содержит днище 1 с режущим ножом 2, боковые 3 и заднюю 4 стенки. К основной верхней стенке 5 шарнирно прикреплена дополнительная верхняя стенка 6, а между ними установлена гибкая, упругая и герметичная полость 7. Полость 7 одной пневмолинией, через напорный пневмоклапан 8 сообщена с воздушным коллектором 9, в днище ковша.
Вторая пневмолиния соединяет полость 7 с гравитационным пневмоклапанном 10, содержащим запорный элемент 11, установленный подвижно в корпусе и подпружиненный упругим элементом 12 с одной стороны. С другой стороны запорного элемента 11 в корпусе свободно установлен толкатель 13 шарообразной формы. Гравитационный пневмоклапан 10 сообщен, кроме того, гибким трубопроводом с воздухоприемником 14, закрепленным на поплавке 15.
Ковш скрепера для подводной добычи полезных ископаемых действует следующим образом.
В период перемещения ковша от места разгрузки к месту погружения для набора породы он находится на поверхности водоема в позиции, изображенной на фиг. 1. Пневмоклапан 8 закрыт, запорный элемент 11 под действием силы тяжести толкателя 13 перекрывает пневмолинию, сообщающую полость 7 с воздухозаборником 14. Полость 7 заполнена воздухом и обеспечивает плавучесть ковша при перемещении тяговым канатом. По прибытии к месту погружения тяговый канат ослабляется и ковш поворачивается на подъемном канате режущей кромкой вниз - фиг. 2. Толкатель 13 прекращает воздействовать на запорный элемент 11 и последний, под действием пружины 12, открывает пневмолинию, сообщающую полость 7 с окружающей средой через заборник на поплавке 15. Часть воздуха, заполняющего полость 7, выходит в окружающую среду и ковш, теряя плавучесть, погружается на подъемном канате к месту набора породы. Пневмоклапан 8 остается закрытым.
После опускания ковша на дно водоема он занимает положение, изображенное на фиг. 3. Пневмоклапан 10 вновь перекрывает пневмолинию, сообщающую полость 7 с окружающей средой. Ковш тяговым канатом перемещается и срезает слой породы заполняющей ковш. В конечной стадии заполнения, порода, заполняющая ковш, оказывает давление на дополнительную верхнюю стенку 6, вытесняя воздух из полости 7 в воздушный коллектор 9 через пневмоклапан 8. Воздух, выходящий из коллектора 9, повышает подвижность породы в ковше и увеличивает его наполняемость, а соответственно и производительность. Поплавок с заборником 14 на водной поверхности облегчает контроль положения ковша на дне водоема.
Заполненный породой ковш перемещается к месту разгрузки, где ковш поднимается подъемным канатом, занимая положение, изображенное на фиг. 2. Порода выгружается и прекращает оказывать давление на дополнительную верхнюю стенку 6, а полость 7 вследствие упругости расправляется и восстанавливает первоначальную форму, заполняясь воздухом через заборник 14 и открывшийся пневмоклапан 10. После разгрузки ковша, он тяговым канатом поворачивается в исходную позицию и опускается на водную поверхность - фиг. 1 для повторения рабочего цикла.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает, в сравнении с прототипом, повышение производительности за счет повышения полезной емкости ковша при одинаковых габаритных размерах. Производительность также повышается за счет увеличения наполняемости ковша, путем подачи воздуха через воздушный коллектор в конце заполнения. Кроме того, обеспечивается существенное снижение материалоемкости ковша, а соответственно и его стоимости. В свою очередь уменьшение массы ковша снижает затраты энергии на перемещение породы от места набора к месту разгрузки.