СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОГО МАССИВА ПЕРЕКРЕСТНЫМИ РЕЗАМИ
METHOD OF ROCK MASS DISINTEGRATION BY CROSSWISE CUTS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в проходческо-очистных комбайнах для разрушения забоя рабочим инструментом планетарно-дисковых исполнительных органов.
Известен способ разрушения горного массива перекрестными резами, реализуемый планетарно-дисковым и роторным исполнительными органами проходческо-очистного комбайна. Массив одновременно разрушается резами относительно оси исполнительных органов в радиальном направлении породоразрушающим инструментом планетарно-дискового органа, а в тангенциальном направлении - породоразрушающим инструментом роторного органа с глубиной резов, равной глубине резов планетарного органа в местах пересечения резов. Опорная поверхность для крепления породоразрушающего инструмента роторного исполнительного органа выполнена со смещением относительно опорной поверхности дисков, равным разности глубины резов роторного органа при отсутствии смещения и планетарного органа разрушения в местах пересечения резов [патент РФ №2375571 от 10.12.2009 г.].
К недостаткам известного способа разрушения горного массива относится то, что по сравнению с промышленными способами разрушения в известном способе в контакте с забоем находится удвоенное количество исполнительных органов, каждый из которых содержит повышенное число резцов. Большое количество резцов на планетарном и роторном исполнительных органах необходимо для обеспечения минимального удельного расхода энергии на разрушение массива. На основании экспериментальных исследований установлено, что вышеуказанное условие выполняется при глубине резов от 0.5 до 1.5 см и шаге резания 3 см [Старков Л.И. и др. Исследование схемы перекрестного резания. Горный журнал. Изв. вузов, 1997, №7, 8, С. 121-123]. При большом количестве резцов увеличивается реакция забоя на исполнительные органы и ограничивается область работы комбайна без проскальзывания гусениц при движении вверх. Для устранения последнего недостатка необходимо увеличивать тяговую способность гусеничного органа перемещения.
Известен способ разрушения горного массива перекрестными резами, реализуемый планетарным наклонно-дисковым и роторным исполнительными органами проходческо-очистного комбайна. Диски планетарного органа установлены с наклоном в сторону переносного движения относительно плоскости, перпендикулярной продольной оси комбайна, и разрушают массив резами циклоидально-радиального направления. При наклоне дисков в противоположные стороны центральная и периферийная части забоя (относительно оси органа разрушения) разрушаются планетарным органом, а средняя часть забоя - планетарным и роторным органами [патент РФ №2460882 от 10.09.2012 г.].
К недостаткам известного способа относится то, что количество резцов на планетарном органе остается повышенным из-за необходимости обеспечения малого шага резания, а некоторое снижение количества резцов на роторном органе не окажет существенного влияния на конструкцию органа разрушения и снижения напорного усилия комбайна.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ разрушения горного массива перекрестными резами, реализуемый планетарным наклонно-дисковым исполнительным органом проходческо-очистного комбайна [патент РФ №2522111 от 10.07.2014 г.]. Исполнительный орган комбайна состоит из двух дисков, установленных с наклоном по отношению к плоскости, образованной осью исполнительного органа и радиальным направлением, и роторного забурника, разрушающего центральную часть забоя. При работе комбайна диски, вращаясь вокруг собственной оси (относительное движение) и оси водила (переносное движение), сообщают рабочему инструменту движение в радиальном и тангенциальном направлениях. Отклонение дисков от радиального направления вызывает смещение резов в тангенциальном направлении. Так как поворотные диски вращаются разнонаправленно с одновременным смещением в тангенциальном направлении, то по всей площади забоя осуществляется взаимное пересечение резов под различными углами, в том числе под углами, близкими к 90 градусам. Роторный забурник разрушает забой тангенциальными резами в виде концентрических окружностей. Данный способ принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа - способ разрушения горного массива перекрестными резами, реализуемый планетарно-дисковым исполнительным органом проходческо-очистного комбайна; массив разрушают последовательными пересекающимися резами радиально-тангенциального и тангенциально-радиального направлений рабочим инструментом поворотных дисков, вращающихся в противоположные стороны.
К недостаткам способа, принятого за прототип, следует отнести значительную динамическую неуравновешенность исполнительного органа. Разнонаправленное вращение поворотных дисков обусловливает создание изгибающего момента на валу водила исполнительного органа, что негативно сказывается на ресурсе его подшипниковых опор, снижает тяговую способность гусеничного хода комбайна, ухудшает курсовую устойчивость комбайна при разрушении горного массива. Периферийные участки забоя разрушаются рабочим инструментом поворотных дисков с малой толщиной стружки (менее 5 мм), что обусловливает снижение эффективности перекрестных резов, определяет увеличение количества мелких классов в продуктах отбойки, обусловливает повышение удельных энергозатрат процесса разрушения горного массива. Кроме того, малая металлоемкость и масса обусловливает низкий момент инерции исполнительного органа, что определяет значительные динамические нагрузки на элементах привода и снижает его ресурс.
Задачей изобретения является снижение удельных энергозатрат и уменьшение количества мелких классов в продуктах отбойки при разрушении горного массива перекрестными резами, увеличение ресурса элементов трансмиссии добычного комбайна посредством устранения изгибающего момента на валу раздаточного редуктора, увеличение момента инерции исполнительного органа и улучшение курсовой устойчивости проходческо-очистного комбайна.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе разрушения горного массива перекрестными резами, реализуемом планетарно-дисковым исполнительным органом проходческо-очистного комбайна, заключающемся в том, что массив разрушают последовательными пересекающимися резами радиально-тангенциального и тангенциально-радиального направлений рабочим инструментом поворотных дисков, вращающихся в противоположные стороны, согласно изобретению используют планетарно-дисковый исполнительный орган комбайна, состоящий из четырех поворотных дисков и гребенок ротора с установленными на них резцами, при этом первый и третий диски разрушают массив резами радиально-тангенциального или тангенциально-радиального направлений, второй и четвертый диски разрушают массив резами в противоположном первому и третьему дискам направлении, а гребенки ротора разрушают периферийную часть забоя тангенциальными резами в виде концентрических окружностей.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - используют планетарно-дисковый исполнительный орган комбайна, состоящий из четырех поворотных дисков и гребенок ротора с установленными на них резцами; первый и третий диски разрушают массив резами радиально-тангенциального или тангенциально-радиального направлений; второй и четвертый диски разрушают массив резами в противоположном первому и третьему дискам направлении; гребенки ротора разрушают периферийную часть забоя тангенциальными резами в виде концентрических окружностей.
Использование планетарно-дискового исполнительного органа комбайна, состоящего из четырех поворотных дисков и гребенок ротора, два из которых разрушают массив резами, направленными от центра к периферии забоя, а другие два диска разрушают массив резами в противоположном направлении - от периферии к центру забоя, обеспечивает компенсацию изгибающего момента на валу раздаточного редуктора исполнительного органа при разрушении горного массива и улучшение курсовой устойчивости проходческо-очистного комбайна.
Установка четырех поворотных дисков и гребенок ротора на исполнительном органе обуславливает увеличение металлоемкости и массы конструкции, что в свою очередь увеличивает момент инерции исполнительного органа проходческо-очистного комбайна.
Наличие гребенок ротора, разрушающих периферийную часть забоя тангенциальными резами, обеспечивает рациональные значения шага резания и толщины стружки, что позволяет уменьшить количество мелких классов в продуктах отбойки при разрушении горного массива перекрестными резами и, следовательно, снизить удельные энергозатраты процесса разрушения горного массива.
Предлагаемый способ иллюстрируется схемами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 - схема исполнительного органа (вид спереди).
На фиг. 2 - схема исполнительного органа (вид сбоку).
На фиг. 3 - схема перекрестных резов, реализуемых исполнительным органом.
о
п
Планетарно-дисковый исполнительный орган комбайна (фиг. 2) состоит из четырех поворотных дисков 1-4, разрушающих забой перекрестными резами посредством установленных на них рабочих инструментов (резцов) 5. Относительное вращение осуществляется вокруг осей дисков с частотой ω. Диски 1 и 3 разрушают забой радиально-тангенциальными резами, направленными от центра к периферии забоя, или тангенциально-радиальными резами, направленными от периферии к центру забоя. Диски 2 и 4 вращаются вокруг своих осей в противоположном дискам 1 и 3 направлении и разрушают забой тангенциально-радиальными резами или радиально-тангенциальными резами, соответственно. Диски 1-4 устанавливаются на поворотных редукторах 6, вращающий момент на валы которых передается от раздаточного редуктора 7 (водила). Переносное вращение дисков (фиг. 1) осуществляется вокруг оси 8 раздаточного редуктора 7 с частотой вращения ω. На поворотных редукторах 6 устанавливают гребенки ротора 9 с закрепленными на них породоразрушающими инструментами 10.
Большая часть забоя разрушается резцами 5 поворотных дисков 1-4. Так как диски 1, 3 и 2, 4 имеют разнонаправленное относительное вращение, а смещение резов осуществляется за счет переносного вращения дисков, то на забое образуется сетка пересекающихся резов 11, имеющих тангенциально-радиальное направление (от периферии забоя к центру), и резов 12, имеющих радиально-тангенциальное направление (от центра к периферии забоя). Взаимное пересечение резов происходит по всей площади обрабатываемого забоя (фиг. 3). Разнонаправленное относительное вращение дисков 1, 3 и 2, 4 позволяет компенсировать изгибающий момент на валу раздаточного редуктора 7 исполнительного органа и улучшить курсовую устойчивость проходческо-очистного комбайна.
В способе, принятом за прототип, периферийные участки забоя разрушаются резцами поворотных дисков. При этом толщина стружки имеет значение менее 5 мм, что обусловливает повышенный выход мелких пылевидных классов в продуктах отбойки при разрушении горного массива. Устранение этого недостатка обеспечивается посредством установки на поворотные редукторы 6 гребенок ротора 9 с закрепленными на них породоразрушающими инструментами 10. Гребенки ротора 9 совершают вращение вокруг оси 8 раздаточного редуктора 7 и осуществляют разрушение горного массива тангенциальными резами 13 в виде концентрических окружностей (фиг. 3). Резы 13 имеют рациональные значения шага резания и толщины стружки.
Таким образом, при реализации предложенного способа разрушения массива перекрестными резами устраняется изгибающий момент на валу раздаточного редуктора и увеличивается момент инерции исполнительного органа проходческо-очистного комбайна. Благодаря этому снижаются удельные энергозатраты и уменьшается количество мелких классов в продуктах отбойки при разрушении горного массива перекрестными резами, увеличивается ресурс элементов трансмиссии и улучшается курсовая устойчивость добычного комбайна.