ПРОХОДЧЕСКИЙ ЩИТОВОЙ АГРЕГАТ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно, к проходческим щитовым агрегатам и может быть использована для проведения горных выработок, тоннелей, аварийно-спасательных выработок, коллекторов и гидротехнических сооружений.
Известен проходческий щитовой агрегат (а.с. СССР №1229354, кл. Е21D 9/06, 1984 г. - аналог), включающий исполнительный орган, трехсекционную цилиндрическую оболочку с винтовыми навивками на наружных поверхностях секций, секции связаны с гидродомкратами перемещения, расположенными под острым углом к торцевой поверхности секций, и опорными элементами. Разрушение массива происходит при винтовом движении головной секции, на которой расположен исполнительный орган. Для предотвращения поворота секций, расположенных за головной последние снабжены выдвижными стабилизаторами. Выдвижение головной секции производится на шаг передвижки при подаче рабочей жидкости в гидродомкраты перемещения. Далее, реверсируется подача рабочей жидкости в гидродомкраты, и поочередно подтягиваются остальные секции. Во всех ступенях передвижения винтовая навивка промежуточной и хвостовой секции скользит в канале, сформированном спиралью головной секции.
Недостатком данного проходческого щитового агрегата является то, что в момент подтягивания цилиндрических оболочек к головной секции разрушение горного массива не происходит, так как нет подачи на забой, что снижает производительность агрегата
Известен проходческий щитовой агрегат (патент РФ №2066762, Кл. Е21D9/06, 1996 г. - прототип), содержащий последовательно размещенные: головную секцию с винтовой лопастью на наружной поверхности, исполнительный орган, механизм выгрузки отбитой горной массы, хвостовую секцию с продольными опорными элементами и механизмом возведения крепи, соединенные между собой с возможностью их продольного перемещения и поворота головной секции относительно ее продольной оси. Внутри агрегата размещен механизм вращения головной секции, состоящий из двух кольцевых зубчатых реек, закрепленных на внутренней поверхности секции, и гидродомкратов. Перемещение хвостовой секции вслед за головной осуществляется с помощью гидродомкратов продольного перемещения, за счет отталкивания от установленной крепи. При подаче рабочей жидкости в механизм вращения в работу включаются гидродомкраты. При выдвижении их штоков головная секция поворачивается вокруг продольной оси и за счет винтовой лопасти ввинчивается в массив при неподвижной хвостовой секции. Повторяемость вращения обеспечивается перецепкой штоков гидродомкратов вдоль зубчатых реек.
Недостатками данного проходческого агрегата являются:
- простой оборудования при возврате штоков гидродомкратов вращения и их перецепке вдоль зубчатых реек;
- сужение внутреннего пространства агрегата за счет использования длинноходовых гидродомкратов расположенных по хордам,
- циклическое уменьшение развиваемого крутящего момента по мере выдвижения штоков гидродомкратов вращения за счет уменьшения плеча действующей силы, приводящее к неравномерности вращения и нагружения конструкции.
Известен проходческий щит, принятый в качестве прототипа (заявка РФ №94038745, от 10.09.1996, Кл. Е21D 9/06, 1996 г.). Щит содержит цилиндрическую головную секцию с винтовой лопастью на ее внешней поверхности, разрушающий исполнительный орган и, жестко закрепленные на заднем конце ее внутренней поверхности, винтовые упоры; хвостовую секцию с гидроцилиндрами перемещения, размещенными по ее периметру вдоль образующих хвостовой секции, и продольными опорными элементами на внешней поверхности. Секции жестко соединены между собой в продольном направлении с возможностью их относительного вращения вокруг продольной оси головной секции. Штоки гидроцилиндров соединены с ползунами, смонтированными в направляющих, жестко закрепленных внутри хвостовой секции. Все гидроцилиндры перемещения образуют две группы. Количество гидроцилиндров в группе равно числу винтовых упоров на головной секции. В хвостовой секции гидроцилиндры обеих групп расположены через один. При выдвижении штоков гидроцилиндров одной группы, связанные с ними толкатели с ползунами взаимодействуют с винтовыми упорами на головной секции, и последняя начинает вращаться, ввинчиваясь в породу за счет винтовой лопасти на наружной поверхности. Одновременно с ввинчиванием головной секции, хвостовая секция перемещается вслед за головной поступательно без вращения. По окончании выдвижения штоков гидроцилиндров первой группы, они начинают втягиваться, а штоки гидроцилиндров второй группы выдвигаются, взаимодействуя через толкатели с винтовыми упорами. Попеременной работой двух групп гидроцилиндров обеспечивается непрерывность вращения.
Недостатками известного проходческого щита являются:
- значительные потери энергии на трение при взаимодействии толкателей с винтовыми упорами, а также в направляющих ползунов толкателей;
- значительные изгибающие моменты, действующие на толкатели со штоками гидроцилиндров;
- неэффективное использование гидроцилиндров за счет одновременного участия в создании крутящего момента на головной секции только половины всех гидроцилиндров.
Задача данной полезной модели - увеличить производительность проходческого щитового агрегата путем непрерывной подачи на забой и улучшить силовые характеристики трансмиссии.
Для этого проходческий щитовой агрегат содержит цилиндрическую головную секцию с винтовой лопастью на ее внешней поверхности, разрушающий исполнительный орган в передней части и хвостовую секцию с элементами противовращения. Секции соединены между собой с возможностью их относительного вращения вокруг продольной оси. Вращение секций осуществляется посредством механизма вращения, который содержит короткоходовые гидроцилиндры, объединенные в пары с диаметральным расположением по хордам внутри секций. Кроме того, агрегат снабжен механизмом свободного хода в виде храпового венца и ползунов с подпружиненными клиньями. Ползуны смонтированы на внешних концах штоков короткоходовых гидроцилиндров с возможностью покачивания. Штоки короткоходовых гидроцилиндров выдвинуты на разную величину.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг.1 - общий вид проходческого щитового агрегата;
- на фиг.2 - сечение Д-Д по механизму вращения, на фиг.1;
- на фиг.3 - сечение Е-Е по оси роликов ползуна, на фиг.2.
Проходческий щитовой агрегат состоит из головной 1 и хвостовой 2 секций, выполненных в виде цилиндрических оболочек (фиг.1). Секции 1 и 2 кинематически соединены посредством подшипникового узла 3 с возможностью относительного вращения. На внешней поверхности головной секции 1 смонтирована винтовая лопасть 4 (движитель), а на хвостовой секции 2 закреплены продольные опорные элементы 5. Механизм вращения головной секции (фиг.2) состоит из храпового венца 6, закрепленного на внутренней стороне цилиндрической оболочки секции 1, короткоходовых гидроцилиндров 7 и ползунов 8 с клиньями 9, подпружиненными пружинами 10. Короткоходовые гидроцилиндры 7 корпусами закреплены на цилиндрической обечайке 11 (фиг.1) хвостовой секции посредством цапф на наибольшем удалении от центра вращения, а их штоки соединены с ползунами 8 с возможностью качания. Ползуны 8 снабжены роликами 12 (Фиг.2, 3), расположенными в направляющих 13 храпового венца 6. Короткоходовые гидроцилиндры 7 образуют четыре диаметрально расположенные пары - А-А, Б-Б, В-В, Г-Г. При этом штоки гидроцилиндров каждой пары выдвинуты на различную величину (находятся в разных фазах): пара А-А находится в начале хода, пара Г-Г в конце хода, а пары Б-Б и В-В занимают промежуточные положения. Со стороны забоя головная секция 1 снабжена породоразрушающим исполнительным органом 14 (Фиг.1). Внутри головной секции 1 размещен породоуборочный орган 15 в виде барабана с лопастями, имеющий отдельный привод.
Проходческий щитовой агрегат работает следующим образом. В исходном положении штоки пары А-А короткоходовых гидроцилиндров 7 находятся в начале хода, штоки пары Г-Г короткоходовых гидроцилиндров 7 находятся в конце хода, штоки пар Б-Б и В-В короткоходовых гидроцилиндров 7 находятся в промежуточных положениях. Рабочую жидкость подают одновременно в поршневые полости пар А-А, Б-Б, В-В короткоходовых гидроцилиндров 7 и в штоковые полости пары Г-Г. Штоки пар А-А, Б-Б, В-В короткоходовых гидроцилиндров 7 выдвигаются и ползунами 8 с подпружиненными клиньями 9 взаимодействуют с выступами храпового венца 6, вращая головную секцию 1. В это же время штоки пары Г-Г короткоходовых гидроцилиндров 7 втягиваются. Винтовая лопасть 4 взаимодействует с окружающей головную секцию 1 породой по принципу «винт-гайка» и головная секция ввинчивается в породу. Исполнительный орган 14 разрушает породу в груди забоя. Продольно ориентированные опорные элементы 5 хвостовой секции 2 принимают реактивный вращающий момент от головной секции 1 и не дают хвостовой секции 2 провернуться в породе. Одновременно с ввинчиванием головной секции 1 через подшипниковый узел 3 подтягивается хвостовая секция 2. После того как штоки пары В-В короткоходовых гидроцилиндров 7 выдвинутся на полную величину, а в то же время штоки пары Г-Г короткоходовых гидроцилиндров 7 будут втянуты, рабочую жидкость подают в поршневые полости пары Г-Г короткоходовых гидроцилиндров 7, и в штоковые полости пары В-В короткоходовых гидроцилиндров 7. Так последовательно каждая пара короткоходовых гидроцилиндров 7 совершает обратный ход штоков, в то время как штоки других пар короткоходовых гидроцилиндров 7 выдвигаются и вращают головную секцию 1.
Увеличение производительности достигается за счет обеспечения непрерывного вращения головной секции и соответственно непрерывной подачи агрегата на забой.
Улучшение силовых характеристик трансмиссии достигается за счет одновременного использования для создания тягового усилия на движителе шести короткоходовых гидроцилиндров из восьми и расположения их на периферии секции (на наибольшем удалении от центра вращения), а также за счет наложения во времени фаз выдвижения и втягивания штоков короткоходовых гидроцилиндров, что уменьшает величину изменения крутящего момента.
Технический результат полезной модели - увеличение производительности на 25% и уменьшение энергозатрат проходческого щитового агрегата примерно на 20%.