Фреза стволопроходческого комбайна

Полезная модель относится к горному машиностроению, в частности, к породоразрущающим элементам горных машин для проходки шахтных стволов.
Прототипом является любая фреза стволопроходческого комбайна, выполненная в виде барабана с вертикальной осью вращения, на нижнем торце которого расположена забурная часть; а со стороны боковой поверхности навиты спиральные лопасти с закрепленными на них режущими блоками (как правило, приваренные кулаки с размещаемыми в них резцами), например [Описание изобретения к патенту Польши №388017 от 13.05.2009, МПК Е21С 25/10, опубл. 22.11.2010].
Недостатком подобного технического решения является существенная площадь контакта не участвующих в разрушении горного массива элементов с разрушенной горной массой, например лопастей и центрального барабана. За счет этого, как показывает практика [Жабин А.Б., Фомичев А.Д. Определение показателей работы шнеково-фрезерного исполнительного органа стволопроходческого агрегата АСП-8,0 при погружном режиме работы // Горное оборудование и электромеханика. - 2014. - №8. - С. 7-12.], [Results of studies of shaft boring machine operation in vertical shaft construction at Upper Kama potash deposit /Zhabin А.В., Fomichev A.D., Naumov J.N., Solovyh D.J. //Eurasian Mining. - 2016. - №1. - C. 29-32.], существенно увеличивается энергоемкость разрушения горных пород, что снижает общую производительность работ.
Задачей для предлагаемого технического решения является минимизация площади контакта поверхностей элементов фрезы, не участвующих в непосредственном разрушении горного массива, с разрушенной горной массой. Достигаемый технический результат заключается в снижении энергоемкости разрушения горного массива и, как следствие, повышении производительности при тех же энергозатратах.
Поставленная задача решается за счет того, корпус фрезы выполнен в виде фланца с элементами для крепления к рукояти исполнительного органа, по периферии оснащенного направленными вниз боковыми пластинами.
Кроме этого:
- в нижней части фрезы боковые пластины соединены с забурным участком, выполненным в виде кольца;
- забурный участок оснащен внутренней центральной пластиной;
- рабочая ширина боковых пластин, забурного участка и внутренней центральной пластины не менее ширины основания режущих блоков;
- боковые пластины и/или внутренняя центральная пластина выполнены изогнутыми, а степень изгиба определяется схемой расстановки режущих блоков.
Полезная модель иллюстрируется четырьмя фигурами:
- на фиг. 1 изображена трехмерная модель корпуса фрезы без забурного участка в виде кольца;
- на фиг. 2 изображена трехмерная модель корпуса фрезы с забурным участком в виде кольца;
- на фиг. 3 изображена трехмерная модель корпуса фрезы с забурным участком в виде кольца и внутренней центральной пластиной;
- на фиг. 4 изображена трехмерная модель корпуса фрезы с расставленными по его рабочей поверхности режущими блоками (на примере корпуса с забурным участком и внутренней центральной пластиной).
На фиг. 1 показан фланец 1 с элементами 2 для крепления к рукояти исполнительного органа (условно не показана), по периферии оснащенного направленными вниз боковыми изогнутыми пластинами 3, которые совместно формируют корпус фрезы стволопроходческого комбайна.
На фиг. 2 показан тот же корпус, что и на фиг. 1, за исключением наличия в нижней части связанного с боковыми изогнутыми пластинами 3 забурного участка 4, выполненного в виде кольца.
На фиг. 3 показан тот же корпус, что и на фиг. 2, за исключением наличия у забурного участка 4 внутренней центральной изогнутой пластины 5.
На фиг. 4 показана фреза с корпусом, как на фиг. 3, с расставленными на ней режущими блоками 6, выполненными в виде кулаков для установки в них в них тангенциальных резцов (условно не показаны), расставлеными преимущественно по боковым пластинам (3) и внутренней центральной пластине (5) забурного участка (4), причем ширина рабочих поверхностей пластин 3 и 4 не менее ширины основания режущих блоков 5.
Параметры расстановки режущих блоков 6 являются приоритетом по сравнению с другими конструктивными особенностями фрез горнопроходческих машин [Оптимизация расположения резцов на коронках исполнительных органов проходческих комбайнов /Жабин А.Б., Поляков Ан.В., Поляков Ал.В., Мурашов В.В. // Горный журнал. - 2016. - №12. - С. 73-82.], а при их расстановке исходят из критерия минимизации вариации нагрузки на исполнительном органе [Модернизация метода для расчета устойчивого момента двигателя проходческого комбайна / Жабин А.Б., Поляков Ан.В., Аверин Е.А., Поляков Ал.В. // Известия ТулГУ. Науки о Земле. - 2018. - №3. - С. 170-179.], что обуславливает расстановку режущих блоков 6 по спиралям, из чего следует изогнутый вид боковых пластин 3 и внутренней центральной пластины 5 забурного участка 4.
Наличие забурного участка 4 и внутренней центральной изогнутой пластины 5 обусловлено геометрическими размерами фрезы. Очевидно, что при малом диаметре пространство внутри полости фрезы может быть разрушено при забуривании за счет установленных на боковых изогнутых пластинах 3 режущих блоков 6, ориентированных к центру вращения фрезы. А при большом диаметре фрезы наличие и забурного участка 4, и внутренней центральной изогнутой пластины 5 является необходимым при забуривании.
Проиллюстрируем принцип работы режущего органа следующим примером.
Фланец 1 фрезы посредством элементов крепления 2 присоединен к рукояти исполнительного органа. Во вращение приводится конструктивный элемент рукояти (условно не показан), к которому при помощи элементов крепления 2 присоединен фланец 1, за счет чего фреза также приводится во вращение вокруг своей вертикальной оси. Далее осуществляется забуривание вращающейся фрезы продольным вертикальным перемещением вниз. При этом первыми в контакт с горным массивом вступают режущие блоки 6, расположенные в нижней части корпуса - в зависимости от конструкции фрезы:
- в нижней части боковых изогнутых пластин 3 (для корпуса фрезы как на фиг. 1);
- на забурном участке 4 (для корпуса как на фиг. 2);
- на забурном участке 4 и внутренней центральной пластине 5 (для корпуса как на фиг. 3).
Разрушенная горная масса остается в полости внутри фрезы, практически не контактируя с элементами корпуса. После забуривания на необходимую величину (как правило, не более высоты фрезы) продольное вертикальное перемещение фрезы останавливают; при этом вращение фрезы вокруг собственной вертикальной оси продолжается. Далее рукоять исполнительного органа совершает плоско-планетарное перемещение, а вращающаяся фреза разрушает горный массив при помощи режущих блоков 6, установленных на боковых пластинах 3. Разрушенная при этом горная масса проникает через отверстия между изогнутыми боковыми пластинами 3 во внутреннюю полость фрезы, где, практически не контактируя с элементами фрезы, не препятствует разработке забоя. По мере движения фрезы вдоль забоя из внутренней полости разрушенная горная масса через те же отверстия между боковыми изогнутыми пластинами 3 вываливается на разработанную часть забоя, где уже можно осуществлять операции по ее складированию и/или отгрузке.
Применение данной фрезы позволило снизить энергоемкость разрушения горного массива и соответственно увеличить производительность при тех же энергозатратах.