САМОХОДНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ АНКЕРНОЙ КРЕПИ
SELF-PROPELLED ANCHORING RIG

Изобретение относится к горному делу, а именно к установкам для возведения анкерной крепи и может быть использовано в подземных горных выработках для механизированного возведения винтовой анкерной крепи.
Наиболее близка предлагаемому самоходная установка для возведения анкерной крепи, включающая буровой станок, манипулятор стреловидного типа, ходовую часть, дизель-электрическую силовую установку, электрооборудование, гидросистему, пневмосистему [1]. Буровой станок включает раму с двумя парами направляющих по которым с помощью цепного податчика перемещаются поочередно каретка с вращателем буровой штанги и гидромотором, и каретка с вращателем винтового анкера и гидромотором. Недостатками известной установки являются низкая надежность, особенно в части конструкции манипулятора, а также низкая производительность вследствие необходимости заряжания бурового станка новым анкером по окончании каждого цикла возведения анкерной крепи.
Технической задачей изобретения является повышение надежности установки, а также повышение ее производительности.
Поставленная задача достигается тем, что самоходная установка для возведения анкерной крепи включает станок буровой, манипулятор, ходовую часть, дизель-электрическую силовую установку, электрооборудование, гидросистему, пневмосистему, при этом манипулятор включает цапфу, вертикально закрепленную на раме ходовой части, на которой закреплено с возможностью поворота вокруг ее оси поворотное основание, в верхней части которого закреплены параллельно друг другу две щеки (8) к которым шарнирно прикреплены стрела коробчатого профиля и тяга, размещенная внутри упомянутой стрелы, на свободном конце которой на боковых стенках параллельно друг другу шарнирно закреплены две щеки (10), к верхней части которых шарнирно прикреплен свободный конец тяги таким образом, что стрела, тяга и щеки (8, 10) образуют шарнирный параллелограмм, при этом к поворотному основанию и к нижней части стрелы шарнирно прикреплен гидроцилиндр (12) подъема стрелы, а к раме ходовой части и к поворотному основанию, шарнирно прикреплен по меньшей мере один гидроцилиндр (13) (предпочтительно два гидроцилиндра) поворота стрелы, при этом на свободном конце стрелы на оси (17), закрепленной в щеках (10) поперечно продольной оси стрелы, закреплены, соединенные в единый агрегат механизм (14) качания бурового станка и механизм (15) наклона бурового станка, на котором закреплена площадка крепления бурового станка.
Частным случаем конструктивного исполнения установки является то, что механизм (14) качания включает корпус (18), два реечных гидроцилиндра (19), жестко закрепленные на упомянутом корпусе (18), штоки с зубчатыми рейками которых находятся в зацеплении с соответствующими зубчатыми колесами (20), жестко закрепленными на втулках, установленных симметрично по краям упомянутой оси (17) и жестко прикрепленных к щекам (10), при этом механизм (15) наклона бурового станка включает корпус (22), два реечных гидроцилиндра (23), жестко закрепленные в упомянутом корпусе (22), штоки с зубчатыми рейками которых находятся в зацеплении с зубчатым колесом (24), неподвижно закрепленным на валу (25), который размещен в корпусах (18, 22) и закреплен на оси (17) с возможностью поворота вокруг нее вместе с упомянутыми корпусами (18, 22), продольная ось которого является осью симметрии механизма (14) качания и механизма (15) поворота.
Частным случаем конструктивного исполнения установки является то, что буровой станок содержит револьверное устройство, приспособленное для размещения по меньшей мере 6 винтовых анкеров, включающее, установленные между основанием (29) и верхней плитой (30) рамы бурового станка, барабан (40) и соединенный с ним механизм (41) поворота барабана, при этом барабан содержит верхнюю и нижнюю пластины, поперечно расположенные относительно продольной оси барабана (40), между которыми жестко и параллельно продольной оси барабана (40) закреплены цилиндрические направляющие, на которых закреплены с возможностью продольного перемещения каретки (45) со шпинделями (46), люнет, включающий штангу, закрепленную соосно с продольной осью барабана (40) в верхней и нижней пластинах, захваты (49) винтовых анкеров, установленные соосно со шпинделями (46), каждый из которых закреплен на отдельном механизме (50) с возможностью отклонения от оси соответствующего шпинделя (46) при перемещении каретки (45) со шпинделем (46) в сторону забоя, при этом барабан (40) закреплен в подшипниковом узле верхней плиты (30) рамы бурового станка и на фланце (51) механизма (41) поворота барабана с возможностью автоматического поворота барабана (40) вокруг своей оси в конце обратного хода каретки (33) с вращателем винтового анкера с выставлением соответствующего (очередного) шпинделя (46) соосно с указанным вращателем.
Частным случаем конструктивного исполнения установки является то, что механизм (41) поворота барабана выполнен в виде углового редуктора с конической передачей и фиксатором положения выходного вала, который (редуктор) закреплен на основании (29), на ведущем валу которого установлен подшипник свободного хода, на наружном кольце которого жестко закреплен рычаг с шарнирно закрепленным роликом на конце, выполненный с возможностью поворота вместе с упомянутыми подшипником свободного хода и ведущим валом вокруг оси последнего при надавливании движущейся в исходное положение (в конце обратного хода) каретки (33) на ролик, с преодолением при этом силы упругости пружины растяжения, закрепленной одним концом на рычаге, а другим - на стойке основания (29), и возврата в исходное положение вместе с наружным кольцом подшипника свободного хода под действием силы упругости пружины растяжения при движении каретки (33) в сторону забоя, при этом фиксатор положения выходного вала выполнен в виде звездочки со скругленными зубьями неподвижно закрепленной на указанном валу, число зубьев которой равно числу шпинделей (46), зубья которой находятся в постоянном контакте с таким же количеством стальных шариков, размещенных в радиально расположенных каналах, выполненных в корпусе механизма (41), перпендикулярно оси выходного вала, прижатых к звездочке силой упругости пружин сжатия, также размещенных в указанных каналах, а на торце выходного вала закреплен фланец, предназначенный для крепления на нем нижней пластины барабана (40).
Частным случаем конструктивного исполнения установки является то, что каждый механизм (50) отклонения захватов включает верхнюю серьгу, шарнирно прикрепленную к штанге люнета, нижнюю серьгу, шарнирно прикрепленную к штанге люнета и тягу, шарнирно прикрепленную к указанным серьгам таким образом, что серьги вместе с тягой и соответствующим участком штанги образуют шарнирный параллелограмм, цилиндрический толкатель (55) с пружинным блоком, шарнирно закрепленный на нижней серьге и на штанге между верхней и нижней серьгами, при этом все элементы механизмов (50) расположены в плоскости, проходящей через оси штанги и соответствующего шпинделя, каждый захват (49) жестко прикреплен к верхней серьге, форма нижней серьги обеспечивает возможность ее силового контакта с буртиком пяты шпинделя при его перемещении в сторону забоя, сопровождающегося поворотом нижней серьги вокруг ее шарнирного крепления к штанге с преодолением в начальной фазе поворота силы упругости пружины сжатия толкателя (55), направленной от штанги под острым углом, и перемещением тяги в сторону забоя с поворотом вокруг шарнирного крепления верхней серьги вместе с захватом (49) с фиксацией положения механизма (50) с отклоненным от оси шпинделя (46) захватом (49) под воздействием силы упругости пружины сжатия толкателя (55), направленной в конечной фазе поворота нижней серьги к штанге под острым углом, при этом форма нижней серьги также обеспечивает возможность силового контакта нижней серьги с буртиком пяты шпинделя (46) перемещающегося в обратном направлении (в направлении от забоя), сопровождающегося поворотом нижней серьги вокруг ее шарнирного крепления к штанге с преодолением в начальной фазе поворота силы упругости пружины сжатия толкателя (55), и соответствующего перемещения тяги с поворотом верхней серьги вместе с захватом, который опять устанавливается соосно со шпинделем с фиксацией этого положения под действием силы упругости пружины сжатия толкателя (55), направленной в конечной фазе поворота нижней серьги под острым углом от штанги.
Частным случаем конструктивного исполнения установки является то, что каждая каретка (45) оборудована механизмом ее захвата, который выполнен в виде подпружиненного крюка, шарнирно закрепленного на каретке (45), загнутый конец которого выполнен с возможностью его зацепления захватом корпуса каретки (33) при обратном ходе последней вниз по окончании процесса ввинчивания винтового анкера в горную породу, с последующим расцеплением крюка и каретки (33) путем поворота крюка вокруг шарнира при взаимодействии с отклоняющим элементом, закрепленным на нижней пластине 43 с преодолением силы упругости пружинного элемента крюка.
Сущность изобретения поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображен общий вид установки в транспортном положении; на фиг. 2 - общий вид установки в рабочем положении; на фиг. 3 - буровой станок; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3; на фиг. 5 - вид Б на фиг. 3; на фиг. 6 - вид В на фиг. 4; на фиг. 7 - механизм поворота барабана; на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Д-Д на фиг. 7; на фиг. 10 - люнет; на фиг. 11 - механизм отклонения захватов в продольном сечении; на фиг. 12 - манипулятор; на фиг. 13 - разрез Е-Е на фиг. 12; на фиг. 14 - разрез Ж-Ж на фиг. 12; на фиг. 15 - вид 3 на фиг. 12; на фиг. 16 - барабан (40).
Самоходная установка для возведения анкерной крепи включает станок буровой 1, манипулятор 2, ходовую часть 3, кабину 4, отвал 5, дизель-электрическую силовую установку, электрооборудование, гидросистему, пневмосистему, механизмы управления.
Ходовая часть 3 включает сварную раму, трансмиссию и пневмоколеса.
Силовая установка состоит из двух параллельно подключенных через обгонные муфты и угловой редуктор к насосной станции двигателей: электрического и дизельного.
Манипулятор 2 включает цапфу 6; поворотное основание 7 с двумя щеками 8; стрелу 9 с двумя боковыми щеками 10; тягу 11; гидроцилиндр 12 подъема стрелы; два гидроцилиндра 13 поворота стрелы, закрепленные на раме ходовой части; соединенные в единый агрегат механизм 14 качания бурового станка и механизм 15 наклона бурового станка; площадку 16 крепления бурового станка; ось 17, закрепленную в щеках 10. Механизм 14 качания включает корпус 18, в котором установлены два реечных гидроцилиндра 19, штоки с зубчатыми рейками которых находятся в зацеплении с зубчатыми колесами 20, жестко закрепленными посредством шлицевого соединения на втулках 21, которые установлены симметрично по краям упомянутой оси 17 и жестко прикреплены к соответствующим щекам 10. Механизм 15 наклона бурового станка включает корпус 22, закрепленные в нем два реечных гидроцилиндра 23, штоки с зубчатыми рейками которых находятся в зацеплении с шестерней 24, закрепленной с помощью шлицевого соединения на валу 25, размещенном в корпусах 18 и 22 и закрепленном на оси 17 с возможностью поворота вокруг нее вместе с упомянутыми корпусами 18, 22. Ось вала 25 является осью симметрии механизмов 14 и 15.
Буровой станок 1 содержит раму 26 с двумя парами направляющих 27 и 28, закрепленных в основании 29 рамы 26 и в верхней плите 30 рамы 26, по которым с помощью цепного податчика 31 перемещаются поочередно каретка 32 с вращателем буровой штанги и гидромотором, и каретка 33 с вращателем винтового анкера и гидромотором; подпружиненный упор 34; закрепленный на верхней плите 30 пылеприемник 35; механизм поворота и выдвижения рамы 26, включающий корпус 36, гидроцилиндр 37 выдвижения рамы 26, гидроцилиндр 38 поворота рамы 26 вокруг упора 34; револьверное устройство 39, включающее установленный между основанием 29 и верхней плитой 30 барабан 40 и механизм 41 поворота указанного барабана. Барабан 40 содержит верхнюю пластину 42 и нижнюю пластину 43; трубчатые направляющие 44, на которых закреплены каретки 45 со шпинделями 46; люнет 47, включающий штангу 48 и захваты 49 винтовых анкеров, каждый из которых закреплен на отдельном механизме 50 их (захватов 49) отклонения. Барабан 40 закреплен в подшипниковом узле верхней плиты 30 и на фланце 51 механизма 41. Каждый механизм 50 отклонения захватов включает верхнюю серьгу 52, шарнирно прикрепленную к штанге 48; нижнюю серьгу 53, шарнирно прикрепленную к штанге 48; тягу 54, шарнирно прикрепленную к серьгам 52 и 53; цилиндрический толкатель 55 с пружинным блоком, шарнирно закрепленный на нижней серьге 53 и на штанге 48, при этом каждый захват 49 жестко прикреплен к верхней серьге 52.
Механизм 41 поворота барабана 40 содержит угловой редуктор 56 с конической передачей 57 и фиксатором 58 положения выходного вала 59, который (редуктор 56) закреплен на основании 29. На ведущем валу 60 редуктора установлен подшипник 61 свободного хода, на наружном кольце которого жестко закреплен рычаг 62 с шарнирно закрепленным роликом 63 на конце. На рычаге 62 одним концом закреплена пружина 64, которая другим концом закреплена на стойке основания 29. Фиксатор 58 выполнен в виде звездочки 65 со скругленными зубьями, закрепленной на выходном валу 59 с помощью шлицевого соединения, число зубьев которой равно числу шпинделей 46, зубья которой находятся в постоянном контакте с таким же количеством стальных подпружиненных шариков 66, размещенных в радиально расположенных каналах, выполненных в корпусе 67 механизма. На торце выходного вала 59 закреплен фланец 51, приспособленный для крепления на нем нижней пластины 43 барабана.
Каждая каретка 45 оборудована механизмом ее захвата, который выполнен в виде подпружиненного крюка 68, шарнирно закрепленного на каретке 45, загнутый конец которого выполнен с возможностью его зацепления захватом корпуса каретки 33 при обратном ходе последней по окончании процесса ввинчивания винтового анкера в горную породу, с последующим расцеплением крюка 68 и каретки 33 путем поворота крюка вокруг шарнира при взаимодействии с отклоняющим элементом, закрепленным на нижней пластине 43 с преодолением силы упругости пружинного элемента, закрепленного на каретке 45.
Установка работает следующим образом.
Установка предназначена для возведения винтовой анкерной крепи в кровле и стенках горных выработок помощью бурового станка 1, закрепленного на манипуляторе 2. Управление установкой осуществляется из кабины с рабочего места машиниста посредством органов управления. В основе управления и работы установки лежит объемный гидропривод, приводимый в действие электрическим или дизельным моторами. В транспортном положении установки (фиг. 1) отвал 5 поднят, манипулятор 2 опущен в нижнее положение, буровой станок 1 развернут в горизонтальное положение.
Отвал 5 служит для очистки (при необходимости) опорной площадки по прибытии установки на место производства работ, а также для обеспечения устойчивости установки во время бурения путем упора отвала 5 в почву выработки.
Манипулятор 2, предназначен для придания буровому станку 1 необходимого положения в горной выработке. Параллелограмм, образующийся стрелой 9, тягой 11 и щеками 8 и 10, придает буровому станку 1 настроенное положение при подъеме-опускании манипулятора 2. С помощью гидроцилиндра 12 осуществляется подъем стрелы 9. С помощью гидроцилиндров 13, путем соответствующего выдвижения и втягивания штоков, осуществляется поворот стрелы 9 в горизонтальной плоскости. Механизм 14 качания обеспечивает разворот бурового станка 1 вокруг оси 17 из транспортного положения в рабочее (и наоборот), путем симметричного перемещения штоков с зубчатыми рейками гидроцилиндров 19. Механизм 15 наклона обеспечивает поворот бурового станка 1 вместе с площадкой его крепления вокруг вала 25 с изменением наклона бурового станка 1 путем ассиметричного перемещения штоков с зубчатыми рейками гидроцилиндров 23.
Перед началом операции возведения анкерной крепи буровой станок 1 выставляется в нужное положение с помощью манипулятора 2. Затем, с помощью гидроцилиндра 37 выдвигается рама 26 до тех пор, пока упор 34 не упрется в забой - кровлю или стенку выработки, фиксируя положение станка 1. При этом подпружиненный ход упора 34 позволяет компенсировать неровности забоя.
Буровым станком 1 последовательно выполняют три операции. Первая операция - бурение шпура, выполняется буровой штангой 69. Вторая операция - смена инструмента происходит путем вращения рамы 26 станка относительно оси упора 34, благодаря чему происходит установка винтового анкера 70 напротив пробуренного шпура. Третья операция - ввинчивание в шпур винтового анкера 70. Подача инструмента (штанги 69 или анкера 70) осуществляется по направляющим 27 и 28 каретками 32 и 33 соответственно, путем их перемещения замкнутой тяговой цепью цепного податчика 31. Вращение того или иного инструмента осуществляется гидромоторами кареток 32 или 33 соответственно. Пылеприемник 35, расположенный в верхней части станка обеспечивает центрирование штанги 69 и отвод буровой мелочи.
Револьверное устройство 39 работает следующим образом. Винтовые анкеры 70 устанавливаются в шпиндели 46 кареток 45 и в захваты 49, с помощью которых центрируются соосно со шпинделями 46. При этом один из шпинделей 46 располагается соосно с вращателем каретки 33. После выполнения операции бурения шпура производится поворот рамы 26 бурового станка вокруг оси упора 34 путем выдвижения штока гидроцилиндра 38. В результате такого поворота один из указанных выше шпинделей 46 с анкером 70, а также каретка 33 с вращателем выставляются на линию возведения анкера соосно с пробуренным шпуром. Далее производится ввинчивание анкера 70 в шпур путем перемещения каретки 33 с работающим вращателем в сторону забоя. После частичного ввинчивания анкера 70 в шпур, буртик пяты перемещающегося в сторону забоя шпинделя 46 упирается в нижнюю серьгу 53, поворачивая ее вокруг шарнира, закрепленного на штанге 48, в результате чего тяга 54 перемещается в сторону забоя, поворачивая верхнюю серьгу 52 вместе с захватом 49 вокруг другого шарнира, закрепленного на штанге 46. При этом новое положение нижней серьги 53 фиксируется под воздействием силы упругости сжатой пружины толкателя 55, направленной в конечной фазе поворота нижней серьги 53 под углом в сторону штанги 48, тем самым предотвращая возможность самопроизвольного возврата захвата 49 в исходное положение. После возведения анкера 70 начинается обратное движение каретки 33, при этом захват каретки 33 упирается в загнутый конец крюка 68 и тянет за собой каретку 45. В процессе обратного движения каретки 33, нижний край буртика пяты шпинделя 46 упирается в нижнюю серьгу 53, поворачивая последнюю в исходное положение, в результате чего тяга 54 также перемещается в сторону от забоя, поворачивая верхнюю серьгу 52 с захватом 49 в исходное положение с фиксацией положения нижней серьги под воздействием силы упругости сжатой пружины толкателя 55, направленной в конечной фазе поворота нижней серьги 53 под углом в сторону от штанги 48. При достижении каретки 45 исходного положения происходит расцепление крюка 68 и каретки 33 путем поворота крюка вокруг шарнира при взаимодействии с отклоняющим элементом, закрепленным на нижней пластине 43 с преодолением силы упругости пружинного элемента, закрепленного на каретке 45, а каретка 33 продолжает обратный ход, в результате чего вращатель выходит из зацепления со шпинделем 46, а каретка 33 нажимает на ролик 63 поворачивая подпружиненный рычаг 62 механизма поворота барабана вместе с подшипником 61 свободного хода и ведущим валом 60 вокруг оси последнего, с соответствующим поворотом вокруг своей оси выходного вала 59 вместе со звездочкой 65 фиксатора 58 положения и фланцем 51. В результате поворачивается вокруг своей оси и закрепленный на фланце барабан 40, таким образом, чтобы следующий шпиндель 46 с анкером 70 установился соосно с вращателем каретки 33. При этом точная центровка шпинделя 46 и вращателя каретки 33 обеспечивается фиксатором 58 положения выходного вала 59 за счет расположения подпружиненных стальных шариков 66 во впадинах звездочки 65. Затем циклы возведения анкерной крепи повторяются до исчерпания анкеров 70 в револьверном устройстве 39. После этого в револьверное устройство 39 устанавливается новая партия винтовых анкеров 70 и работа по возведению анкерной крепи может быть продолжена.
Таким образом, предлагаемая самоходная установка для возведения анкерной крепи отличается повышенной производительностью и надежностью конструкции. Установка серийно изготавливается на ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством» и успешно эксплуатируется в калийных рудниках.
1. Старков Л.И. Развитие механизированной разработки калийных руд / Л.И. Старков, А.Н. Земсков, П.И. Кондрашев / - Пермь: Изд.-во Перм. гос. техн. унт-а. 2007. С. 182-183.