ТУННЕЛЕПРОХОДЧЕСКАЯ МАШИНА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ КРУПНОЙ ГОРНОЙ ПОРОДЫ С БЫСТРО ВРАЩАЮЩИМИСЯ ФРЕЗАМИ
TUNNELING MACHINE FOR PRODUCTION OF COARSE ROCK WITH FAST ROTATING MILLS

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001]
Настоящее изобретение относится к области устройств туннелепроходческой машины, и, в частности, относится к туннелепроходческой машине для выработки твердой горной породы с вращающимися фрезами.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0002]
Энергетическая промышленность является базовой и передовой отраслью национальной экономики. Параметры “Безопасность, высокая производительность и низкий уровень выброса углерода" широко воплощают в себе характеристики современных энергетических технологий, а также являются основным направлением для освоения в будущем стратегически важных направлений в области энергетических технологий. Китай требует, чтобы по мере расширения уровня инновационных возможностей в приоритетном порядке использовались научные исследования и разработки технологий, которые осуществляются на постоянной основе, с целью устранения проблемы ограниченности энергии и ресурсов, принятия необходимых мер, направленных на улучшение безопасности и обеспечение эффективной разработки энергетических ресурсов, а также содействия качественному изменению способов производства и использования энергии. Китай планирует рассмотреть вопрос использования технологий разведки и добычи энергетических ресурсов в качестве одного из четырех ключевых направлений развития и однозначно требует разработать безопасные, эффективные, экономичные и экологически чистые технологии, а также оборудование для добычи ресурсов в сложных геологических условиях, например, разработать и производить буровые машины для выработки горных пород с прочностью на сжатие 200 МПа и высокопроизводительные силовые установки для забоя скважин и разрушения горных пород. Благодаря широкому применению всех видов машин для разработки горных пород в ныне действующей отрасли машиностроении, например, добыча полезных ископаемых, проходка туннеля и бурение газонефтяных скважин, к технологиям разрешения твердых пород выдвигаются уже более высокие требования и новые задачи. Разрушение горных пород механическим способом имеет свои преимущества: возможность разрушения крупноблочных пород, высокий уровень производительности работ и т.п. Данный способ широко используется в таких сферах, как добыча полезных ископаемых, гражданское строительство, разведка полезных ископаемых. Однако, в процессе использования существующего оборудования во время проведения работ по бурению массива твердых пород повышается уровень износа производственной оснастки, повышается вероятность поломки и снижается эффективность работы; обеспечение высокоэффективного разрушения твердых пород стало проблематичным и вызвало затруднения, которые необходимо решать в срочном порядке; необходимо в срочном порядке исследовать новые способы разрушения горных пород для обеспечения высокоэффективного разрушения твердых пород, что является крайне важным для эффективной разработки шахт, эффективной проходки туннелей и даже эффективного освоения энергетических ресурсов Китая. Ранее разрушение твердых пород механическим способом обеспечивалось в основном за счёт увеличения мощности механического привода, однако способность механических устройств по разрушению горных пород так и не изменилась. Тем не менее, увеличение мощности приведет к ускорению износа механизмов, обеспечивающих разрушение горных пород, а также увеличению запыленности воздуха в забое. Эффективность разрушения горных пород механическим способом сложно повысить существенным образом, при этом увеличивается вероятность возникновения угрозы для безопасности человека.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0003]
С целью устранения вышеуказанных недостатков настоящим изобретением предлагается устройство туннелепроходческой машины для выработки твердой горной породы с вращающимися фрезами, которая позволяет решить проблемы существенного износа оборудования, низкой эффективности разрушения горных пород, большой запыленности и т.п. в условиях существования массива твердых пород в процессе горной выработки или строительства туннеля, в результате чего будет обеспечен безопасный, эффективный и низкозатратный процесс бурения массива твердых пород.
Техническое решение
[0004]
Для решения вышеуказанных задач настоящее изобретение предусматривает использование следующего технического решения:
[0005]
В настоящем изобретении предлагается устройство туннелепроходческой машины для выработки твердой горной породы с вращающимися фрезами, а также рамы, оснащенной гусеничным агрегатом. Рама оснащена гидросиловой установкой и устройством подачи абразивной струи высокого давления, соединенным с данной установкой. Коробка передач жестко установлена и расположена на одном из концов рамы. Две стороны коробки передач соответственно имеют два входных вала и один выходной вал. Входные валы соединены с планетарными редукторами. Первичные стороны планетарных редукторов соединены с консольными дисковыми приводными двигателями. К выходному валу крепится консольный диск. Четыре подвесных кронштейна шарнирно соединены с консольным диском. Дополнительные консольные приводные двигатели, обеспечивающие контроль угла вращения подвесных кронштейнов, расположены на консольном диске. Вращающиеся фрезерные устройства расположены на концах подвесных кронштейнов в стороне от консольного диска. Коробка передач дополнительно имеет поворотные уплотнительные устройства. Поворотные уплотнительные устройства соответствующим образом соединены с гидросиловой установкой и устройством подачи абразивной струи высокого давления по трубопроводам. Консольные дисковые приводные двигатели соединены с гидросиловой установкой по трубопроводам. Вращающиеся фрезерные устройства и консольные приводные двигатели соответственным образом соединены с коробкой передач по трубопроводам.
[0006]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы поворотное уплотнительное устройство имело дополнительный корпус и соответствующий ему уплотнительный вал. Дополнительный корпус имеет отверстие для впуска гидравлического масла, отверстие для обратного впуска гидравлического масла, а также главное отверстие для подачи абразивной жидкости под высоким давлением. Уплотнительный вал соответственно имеет главный канал подачи масла, сообщающийся с отверстием для подачи гидравлического масла, главный канал для обратного впуска масла, сообщающийся с отверстием для обратного впуска гидравлического масла, а также главный канал подачи абразивной жидкости, сообщающийся с главным отверстием для подачи абразивной жидкости под высоким давлением. Отверстия для впуска и обратного впуска гидравлического масла соединены с гидросиловой установкой. Главные отверстия для подачи абразивной жидкости под высоким давлением соединены с устройством подачи абразивной струи высокого давления. Уплотнительный вал имеет множество главных уплотнительных колец, отделяющих главный канал подачи масла, главный канал для обратного впуска масла, а также главный канал подачи абразивной жидкости.
[0007]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы коробка передач также имела основной корпус и передаточный механизм, расположенный внутри данного корпуса. Входные валы имеют трансмиссионное соединение с выходным валом посредством передаточного механизма. Дополнительный канал подачи масла, сообщающийся с главными каналами подачи масла, дополнительный канал для обратного впуска масла, сообщающийся с главными каналами для обратного впуска масла, а также дополнительный канал подачи абразивной жидкости, сообщающийся с главными каналами подачи абразивной жидкости под высоким давлением, располагаются соответственно в выходном валу. Основной корпус жестко крепится к дополнительным корпусам. Выходной вал жестко соединен с уплотнительными валами.
[0008]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы вращающиеся фрезерные устройства имели приводные двигатели, оснащенные двумя выдвижными валами. Приводные двигатели закреплены к подвесным кронштейнам. Передние выдвижные концы вышеуказанных валов соединяются с фрезами. Задние выдвижные концы данных валов имеют вторичные уплотнительные кольца. Уплотнение данных концов происходит через уплотнительные корпуса. Уплотнительные корпуса крепятся к приводным двигателям. Маслоприемные отверстия и отверстия для обратного впуска масла приводных двигателей соответственно имеют сообщение с дополнительным каналом подачи масла и дополнительным каналом для обратного впуска масла через резиновые трубки. Каналы подачи абразивной жидкости третьей ступени расположены в двух выдвижных валах. Фрезы и уплотнительные корпуса соответственно имеют каналы подачи абразивной жидкости четвертой ступени, сообщающиеся с аналогичными каналами третьей ступени и дополнительными отверстиями для подачи абразивной жидкости под высоким давлением. Дополнительные отверстия для подачи абразивной жидкости под высоким давлением имеют сообщение с дополнительным каналом подачи абразивной жидкости через резиновые трубки. На наружных сторонах фрезерных устройств установлено множество сопел. Сопла имеют соединение с каналами подачи абразивной жидкости четвертой ступени.
[0009]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы угол между центральной осью фрезы и центральной осью консольного диска был в пределах 15°-30°.
[0010]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы главные и дополнительные уплотнительные кольца были выполнены из политетрафторэтилена.
[0011]
Предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения предусматривает, чтобы гусеничный агрегат приводился в движение за счёт высокого давления при подаче масляной жидкости из гидросиловой установки.
Полезный эффект
[0012]
Настоящее изобретение имеет следующие положительные результаты: во время работы устройства, сопла, установленные на вращающихся фрезерных устройствах, осуществляют распыление под высоким давлением абразивной струи в местах предварительного соприкосновения фрезерных устройств и горной породы, затем данные устройства используются для резки и разрушения горной породы, которые успешно завершаются за счёт того, что горная порода имеет низкую прочность на разрыв, в результате чего разрушение фрезами горной породы происходит значительно легче и достигается улучшение эффективности разрушения массива твердых пород. Данный механизм позволяет облегчить выполнение работ по разрушению массива твердых пород и повысить эффективность их бурения, кроме того, применение данного механизма также имеет важное значение для выполнения выработки туннеля твердой горной породы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ
[0013]
Для более подробного описания технических решений, предлагаемых в вариантах осуществления настоящего изобретения или существующей технологии, ниже дается краткое описание сопроводительных схем, необходимых для описания вариантов осуществления настоящего изобретения или существующей технологии. Несомненно, сопроводительные схемы в нижеследующем описании являются лишь некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, и специалист средней квалификации в данной области техники может на их основе разработать другие сопроводительные схемы , не прилагая для этих целей каких-либо творческих усилий.
[0014]
Фиг. 1 представляет собой схематическое структурное изображение туннелепроходческой машины для выработки твердой горной породы с вращающимися фрезами, предусмотренными вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0015]
Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение в разрезе коробки передач, предусмотренной вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0016]
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение в разрезе поворотного уплотнительного устройства, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0017]
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение в разрезе вращающегося фрезерного устройства, предусмотренного вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0018]
Фиг. 5 представляет собой схему соединения трубопроводов, которая включает в себя гидросиловую установку, устройство подачи абразивной струи высокого давления, консольный дисковый приводный двигатель, коробку передач, консольный приводный двигатель, а также вращающееся фрезерное устройство.
[0019]
Описание обозначений приведены ниже:
[0020]
1 - гусеничный агрегат; 2 - рама; 3 - гидросиловая установка; 4 - устройство подачи абразивной струи высокого давления; 5 - консольный дисковый приводной двигатель; 6 - планетарный редуктор; 7 - коробка передач; 7-1 - основной корпус; 7-2 - входной вал; 7-3 - передаточный механизм; 7-4 - выходной вал; 7-4-1 - дополнительный канал подачи масла; 7-4-2 - дополнительный канал для обратного впуска масла; 7-4-3 - дополнительный канал подачи абразивной жидкости; 8 - консольный диск; 9 - a подвесной кронштейн; 10 - консольный приводной двигатель; 11 - вращающееся фрезерное устройство; 11-1 - приводной двигатель; 11-2 - дополнительное отверстие для подачи абразивной жидкости под высоким давлением; 11-3 - два выдвижных вала; 11-4 - передний выдвижной конец 11-5 - фреза; 11-6 - задний выдвижной конец; 11-7 - уплотнительный корпус; 11-8 - канал подачи абразивной жидкости третьей ступени; 11-9 - канал подачи абразивной жидкости четвертой ступени; 11-10 - сопло; 11-11 - вторичное уплотнительное кольцо; 12 - поворотное уплотнительное устройство; 12-1 - дополнительный корпус; 12-2 - уплотнительный вал; 12-3 - главное уплотнительное кольцо; 12-1-1 - отверстие для впуска гидравлического масла; 12-1-2 - отверстие для обратного впуска гидравлического масла; 12-1-3 - главное отверстие для подачи абразивной жидкости под высоким давлением; 12-2-1 - главный канал подачи масла; 12-2-2 - главный канал для обратного впуска масла; и 12-2-3 - главный канал подачи абразивной жидкости.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021]
Далее четко и полностью описываются технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные схемы в вариантах осуществления настоящего изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения, которые приведены в описании настоящего документа, разумеется не являются исчерпывающими. Все другие варианты осуществления, полученные специалистом средней квалификации в данной области техники на основе вариантов осуществления настоящего изобретения без применения творческих усилий, должны подпадать под объем правовой охраны настоящего изобретения.
[0022]
Как показано на Фиг. 1, устройство туннелепроходческой машины для выработки твердой горной породы с вращающимися фрезами предусматривает наличие рамы 2, оснащенной гусеничным агрегатом 1. Рама 2 оснащена гидросиловой установкой 3 и устройством подачи абразивной струи высокого давления 4, соединенным с данной установкой. Коробка передач 7 жестко установлена и расположена на одном из концов рамы 2. Две стороны коробки передач 7 соответственно имеют два входных вала 7-2 и один выходной вал 7-4. Входные валы 7-2 соединены с планетарными редукторами 6. Первичные стороны планетарных редукторов 6 соединены с консольными дисковыми приводными двигателями 5. К выходному валу 7-4 крепится консольный диск 8. Четыре подвесных кронштейна 9 шарнирно соединены с консольным диском 8. Дополнительные консольные приводные двигатели 10, обеспечивающие контроль угла вращения подвесных кронштейнов 9, расположены на консольном диске 8. Вращающиеся фрезерные устройства 11 расположены на концах подвесных кронштейнов 9 в стороне от консольного диска 8. Коробка передач 7 дополнительно имеет поворотные уплотнительные устройства 12. Как показано на Фиг. 5, поворотные уплотнительные устройства 12 соответствующим образом соединены с гидросиловой установкой 3 и устройством подачи абразивной струи высокого давления 4 по трубопроводам. Консольные дисковые приводные двигатели 5 соединены с гидросиловой установкой 3 по трубопроводам. Вращающиеся фрезерные устройства 11 и консольные приводные двигатели 10 соответственным образом соединены с коробкой передач 7 по трубопроводам.
[0023]
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 3, поворотное уплотнительное устройство 12 имеет дополнительный корпус 12-1 и соответствующий ему уплотнительный вал 12-2. Дополнительный корпус 12-1 имеет отверстие для впуска гидравлического масла 12-1-1, отверстие для обратного впуска гидравлического масла 12-1-2, а также главное отверстие для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 12-1-3. Уплотнительный вал 12-2 соответственно имеет главный канал подачи масла 12-2-1, сообщающийся с отверстием для подачи гидравлического масла 12-1-1, главный канал для обратного впуска масла 12-2-2, сообщающийся с отверстием для обратного впуска гидравлического масла 12-1-2, а также главный канал подачи абразивной жидкости 12-2-3, сообщающийся с главным отверстием для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 12-1-3. Отверстия для впуска 12-1-1 и обратного впуска гидравлического масла 12-1-2 соединены с гидросиловой установкой 3. Главные отверстия для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 12-1-3 соединены с устройством подачи абразивной струи высокого давления 4. Уплотнительный вал 12-2 имеет множество уплотнительных колец первой ступени 12-3, отделяющих главный канал подачи масла 12-2-1, главный канал для обратного впуска масла 12-2-2, а также главный канал подачи абразивной жидкости 12-2-3.
[0024]
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2 коробка передач 7 также имеет основной корпус 7-1 и передаточный механизм 7-3, расположенный внутри данного корпуса 7-1. Входные валы 7-2 имеют трансмиссионное соединение с выходным валом 7-4 посредством передаточного механизма 7-3. Дополнительный канал подачи масла 7-4-1, сообщающийся с главными каналами подачи масла 12-2-1, дополнительный канал для обратного впуска масла 7-4-2, сообщающийся с главными каналами для обратного впуска масла 12-2-2, а также дополнительный канал подачи абразивной жидкости 7-4-3, сообщающийся с главными каналами подачи абразивной жидкости под высоким давлением 12-2-3, располагаются соответственно в выходном валу 7-4. Основной корпус 7-1 жестко крепится к дополнительным корпусам 12-1. Выходной вал 7-4 жестко соединен с уплотнительными валами 12-2.
[0025]
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 4, вращающиеся фрезерные устройства 11 имеют приводные двигатели 11-1, оснащенные двумя выдвижными валами 11-3. Приводные двигатели 11-1 закреплены к подвесным кронштейнам 9. Передние выдвижные концы 11-4 вышеуказанных валов 11-3 соединяются с фрезами 11-5. Задние выдвижные концы 11-6 данных валов 11-3 имеют вторичные уплотнительные кольца 11-11. Уплотнение данных концов происходит через соответствующие уплотнительные корпуса 11-7. Уплотнительные корпуса 11-7 крепятся к приводным двигателям 11-1. Маслоприемные отверстия и отверстия для обратного впуска масла приводных двигателей 11-1 соответственно имеют сообщение с дополнительным каналом подачи масла 7-4-1 и дополнительным каналом для обратного впуска масла 7-4-2 через резиновые трубки. Каналы подачи абразивной жидкости третьей ступени 11-8 расположены в двух выдвижных валах 11-3. Фрезы 11-5 и уплотнительные корпуса 11-7 соответственно имеют каналы подачи абразивной жидкости четвертой ступени 11-9, сообщающиеся с аналогичными каналами третьей ступени 11-8 и дополнительными отверстиями для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 11-2. Дополнительные отверстия для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 11-2 имеют сообщение с дополнительным каналом подачи абразивной жидкости 7-4-3 через резиновые трубки. На наружных сторонах фрезерных устройств 11-5 установлено множество сопел 11-10. Сопла 11-10 имеют соединение с каналами подачи абразивной жидкости четвертой ступени 11-9.
[0026]
Угол между центральной осью фрезы и центральной осью консольного диска находится в пределах 15°-30°.
[0027]
Главные 12-3 и дополнительные уплотнительные кольца 11-11 выполнены из политетрафторэтилена.
[0028]
Гусеничный агрегат 1 приводится в движение за счёт высокого давления при подаче масляной жидкости из гидросиловой установки 3.
[0029]
Во время работы гидросиловая установка 3 осуществляет под высоким давлением подачу масляной жидкости в гусеничный агрегат 1 для продвижение вперед или приведение в движение бурильной машины, далее гидросиловая установка 3 осуществляет под высоким давлением подачу масляной жидкости к консольным дисковым приводным двигателям 5 и поворотным уплотнительным устройствам 12. Поданная под высоким давлением масляная жидкость проходит через отверстия для впуска гидравлического масла 12-1-1 поворотных уплотнительных устройств 12, затем проходит по главным каналам подачи масла 12-2-1 уплотнительных валов, дополнительному каналу подачи масла 7-4-1 выходного вала 7-4 коробки передач 7, а также по резиновым трубкам и поступает в консольные приводные двигатели 10, приводные двигатели 11-1, в результате чего консольными приводными двигателями 10 обеспечивается контроль углов уклона подвесных кронштейнов 9, консольные дисковые приводные двигатели 5 обеспечивают вращательное движение консольного диска 8 за счёт планетарных редукторов 6 и коробки передач 7, в результате работы приводных двигателей 11-1 происходит вращение фрез 11-5. После того, как консольные приводные двигатели 10 заблокируют движение подвесных кронштейнов 9, одновременно сработают консольный диск 8, приводные двигатели 11-1 и гусеничный агрегат и, тем самым, обеспечат одновременное вращение консольного диска 8 и фрез 11-5, в результате чего может быть достигнуто дробление и разрушение горной породы. Консольные приводные двигатели 10 позволяют регулировать положение подвесных кронштейнов 9 в соответствии с размером забоя горной выработки и туннеля, происходит самопроизвольное вращение фрез 11-5 для выполнения резки и разрушения горных пород во время работы вращающихся фрезерных устройств 11, тем самым обеспечивается механическая резка и разрушение массива горных пород на забое горной выработки и туннеля под воздействием вращательного движения консольного диска 8.
[0030]
Поток абразивной жидкости высокого давления, образовавшийся после подключения к сети устройства подачи абразивной струи высокого давления 4, проходит через главные отверстия, предназначенные для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 12-1-3, которые имеются в поворотных уплотнительных устройствах 12, последовательно проходит через главные каналы подачи абразивной жидкости 12-2-3, дополнительный канал подачи абразивной жидкости 7-4-3 выходного вала 7-4 , расположенного в коробке передач 7, дополнительные отверстия, предназначенные для подачи абразивной жидкости под высоким давлением 11-2, каналы подачи абразивной жидкости третьей ступени 11-8, а также каналы подачи абразивной жидкости четвертой ступени 11-9, и, в конечном итоге, образует абразивную струю высокого давления, распыление которой происходит через имеющиеся сопла 11-10, в результате чего выполняются предварительные работы по выдалбливанию поверхности горной породы согласно траектории работы фрез, которые осуществляют резку и разрушение горной породы, с целью облегчения хода выполнения работ по разрушению горной породы фрезерными устройствами 11, чтобы облегчить выполнение работ по резке и разрушению твердых пород вращающимися фрезерными устройствами 11, а также, чтобы повысить эффективность их бурения.
[0031]
Специалисты в данной области техники, разумеется, могу вносить различные изменения и поправки в описание настоящего изобретения, не меняя сущность и сферу его применения. Если указанные выше изменения и поправки к описанию настоящего изобретения являются частью объема формулы настоящего изобретения и его эквивалетных технологий, правовая защита также будет применяться в отношении данных изменений и поправок.