Повышение эффективности работы гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»
ПРОХОДЧЕСКИЕ КОМБАЙНЫ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ / РЕЗАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД / СТРУИ ВОДЫ ВЫСОКОГО И СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТА / ГИДРОИМПУЛЬСНЫЙ ИНСТРУМЕНТ / ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / ВНУТРЕННЯЯ СИСТЕМА ОРОШЕНИЯ КОМБАЙНА / ГИДРОСЪЕМНИК ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА / ROADHEADER OF SELECTIVE ACTION CUTTING OF ROCKS / HIGH AND SUPER-HIGH PRESSURE WATER JETS / RESULTS OF RESEARCHES AND ACCOUNT / HYDRO PULSE TOOL / MULTIPLIER OF SUPER-HIGH PRESSURE / A HIGH-PRESSURE IRRIGATION SYSTEM OF ROADHEADER / ROTARY COUPLER / ENGINEERING TECHNIQUES OF ACCOUNT
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Жабин Александр Борисович, Поляков Андрей Вячеславович, Поляков Алексей Вячеславович
Представлены весьма актуальные для горнодобывающей промышленности результаты научно-практических исследований по повышению производительности и расширению области применения исполнительных органов проходческих комбайнов за счет применения в их конструкции непрерывных и импульсных струй воды высокого и сверхвысокого давления . Предложены варианты технических устройств для получения таких струй. Приведены конструктивно-компоновочная схема системы высоконапорного внутреннего орошения для проходческого комбайна КП-21 и конструкция гидросъемника высокого давления основного элемента системы.
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Жабин Александр Борисович, Поляков Андрей Вячеславович, Поляков Алексей Вячеславович
Методика расчета параметров источников воды сверхвысокого давления для исполнительных органов проходческих комбайнов
Разработка мероприятий по предотвращению воспламенений метана и угольной пыли при работе выемочных и проходческих машин
Выбор способа получения и определение рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления при резании ими горных пород
Разработка параметрического ряда источников воды высокого давления для гидроструйных технологий в горном производстве
INCREASING PERFORMANCE HYDROMECHANICAL ROCK-DESTROYING BODIES OF ROADHEADERS
The results of scientific practical researches on increase of productivity and expansion area of application the executive bodies of roadheader are submitted rather urgent for a mining industry at the expense of application in their design of continuous and pulse water jets high and super-high pressure. The variants of technical devices for reception of such jets offered. Are given the design-layout circuit of a high-pressure irrigation system of roadhead-er KP-21 and design rotary coupler of high pressure, basic element of system.
Текст научной работы на тему «Повышение эффективности работы гидромеханических исполнительных органов проходческих комбайнов»
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ
А.Б. Жабин, Ан. В. Поляков, Ал. В. Поляков
Представлены весьма актуальные для горнодобывающей промышленности результаты научно-практических исследований по повышению производительности и расширению области применения исполнительных органов проходческих комбайнов за счет применения в их конструкции непрерывных и импульсных струй воды высокого и сверхвысокого давления. Предложены варианты технических устройств для получения таких струй. Приведены конструктивно-компоновочная схема системы высоконапорного внутреннего орошения для проходческого комбайна КП-21 и конструкция гидросъемника высокого давления — основного элемента системы.
Ключевые слова: проходческие комбайны избирательного действия; резание горных пород; струи воды высокого и сверхвысокого давления; результаты исследований и расчета; гидроимпульсный инструмент; преобразователь сверхвысокого давления; внутренняя система орошения комбайна; гидросъемник высокого давления; инженерные методики расчета.
Достигнутые в последние годы успехи в области исследований и создания опытных образцов гидромеханических исполнительных органов [1 — 5], реализующих совместное воздействие на породный массив механического инструмента (резцов или шарошек) и высокоскоростной струи воды, убедительно доказывают, что область применения проходческих комбайнов, оснащенных такими исполнительными органами, значительно расширяется. При этом нагруженность механического инструмента снижается в среднем на 27. 70 %, производительность по отбойке породы повышается в 1,8 — 3,8 раза, а скорость проведения выработок увеличивается в 1,5 — 2,0 раза [1, 2]. Вместе с тем, установлено [3], что и для проходческих комбайнов с гидромеханическим исполнительным органом существуют резервы повышения эффективности их работы. Эффективность, прежде всего, связана с увеличением производительности по отбойке породы и расширением области применения комбайнов на более крепкие породы с пределом прочности на одноосное сжатие более 100 МПа, а производительность в свою очередь повышается с увеличением режущей способности высокоскоростной струи воды, заключающейся в нарезании ослабляющей щели определенной глубины.
Следует отдельно подчеркнуть следующий момент. В настоящее время на шахтах РФ при комбайновой проходке выработок в большинстве случаев используются проходческие комбайны с исполнительными органами избирательного действия. В связи с этим настоящие
исследования были направлены на повышение эффективности работы исполнительных органов стреловидного типа, оснащенных режущими коронками с поворотными резцами.
Эффективность процесса резания горных пород непрерывной высокоскоростной струей воды при реализации гидромеханического способа разрушения в значительной мере определяется количеством подводимой гидравлической энергии. Поэтому повышение разрушающего эффекта, создаваемого струей воды, связано также и с повышением ее гидравлической мощности. При этом известно [1], что увеличивать гидравлическую мощность, подводимую к гидромеханическому исполнительному органу, при прочих равных условиях предпочтительнее за счет повышения давления высокоскоростной струи воды, чем за счет увеличения ее расхода, то есть использовать в конструкции исполнительного органа энергию струй воды сверхвысокого давления.
Выполненный комплекс экспериментальных исследований процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и анализ их результатов позволили получить расчетную зависимость, определяющую глубину щели в достаточно широком диапазоне основных влияющих факторов:
где кщ — глубина прорезаемой щели; do — диметр отверстия
струеформирующей насадки; Р0 — давление воды перед насадкой; асж -предел прочности горных пород на сжатие; 10 — расстояние между срезом насадки и поверхностью породы; 1ц — длина цилиндрического участка насадки; у0 — скорость истечения струи из насадки; уп — скорость перемещения струи воды относительно горной породы; п — число проходов струи по щели.
На рис. 1 приведен типичный график, характеризующий эффективность разрушения породы с разными значениями давления воды.
№ 3 лубины пр оюезаемой шели Н
при разрушении известняка с ссж = 68,8 МПа при у„ = 25-10’3 м/с;
10=5-10’3м и п = 1:1 — при й0 = 0,2М-3м; 2 — при й0 = 0,3М-3м; 3 — при (0 = 0,4-10-3 м;4 — при (0 = 0,6-10-3 м; 5 — при (1„ = 0,8-10’3 м
Для получения струй воды сверхвысокого давления использовалась гидравлическая станция сверхвысокого давления, реализующая принцип многоступенчатого сжатия воды. Основными ее элементами являются универсальный источник воды высокого давления [3, 6 — 8] и преобразователь сверхвысокого давления (рис. 2), выполненный на базе двух мультипликаторов одностороннего действия.
Рис. 2. Преобразователь сверхвысокого давления: 1 и 2 — мультипликаторы; 3 — специальная плита; 4, 5 — всасывающий и нагнетательный клапаны блока управления; 6, 7, 8 — трубопроводы подачи подпитывающей воды и запирающей жидкости
Мультипликаторы (рис. 3) имеют составной многослойный корпус и оснащаются бесконтактным щелевым уплотнением (гребешковой гильзой) с подачей вязкой запирающей жидкости. Конструкция мультипликаторов позволяет получать давление воды до 500 МПа. Для обеспечения пульсации давления на входе не более 5 % с учетом сжимаемости воды в цилиндрах высокого давления в разработанном преобразователе реализована возможность начала цикла нагнетания одного из мультипликаторов в момент, когда второй мультипликатор еще не завершил свой цикл нагнетания (мультипликаторы работают «с перехватом»). Это позволило исключить применение ресивера (металлоемкого технологически сложного сосуда высокого давления) в конструкции данного преобразователя.
1 — корпус; 2 — дифференциальный поршень; 3 — гребешковая гильза;
4 — дистанционная втулка; 5 — шпильки; 6 — блок клапанов;
7 — контрольный штуцер; 8 — заглушки; 9 — плавающее кольцо
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований процесса работы мультипликаторов сверхвысокого давления, его элементов и узлов, а также установленные закономерности резания горных пород струями воды сверхвысокого давления позволили разработать инженерные методы расчета конструктивных и режимных параметров преобразователя сверхвысокого давления, встраиваемого в породоразрушающую коронку исполнительного органа проходческого комбайна. По разработанным методикам спроектирован мультипликатор сверхвысокого давления для проходческого комбайна КП-21, имеющего частоту вращения исполнительного органа 47,4 мин-1 и для штатной (с заданной геометрией) продольно-осевой режущей коронки с двумя струеформирующими насадками, запитанными на один мультипликатор. В качестве разрушаемого объекта принималась горная порода с ссж = 100 МПа, что соответствует верхней границе прочности применения комбайна по техническим условиям. Рассчитанные конструктивные размеры мультипликатора и их общее количество обеспечивают встраиваемость преобразователя в штатную режущую коронку проходческого комбайна КП 21.
Кроме того, для сравнения эффективности струй воды высокого и сверхвысокого давления выполнен расчет производительности гидромеханического исполнительного органа проходческого комбайна КП-21, реализующего схему разрушения, когда резец и струя воды расположены в разных линиях резания [1]. К исследованию приняты струи
давлением 200 и 450 МПа. По выполненной оценке производительность комбайна КП-21 увеличивается на 60 %, а его область применения расширяется на 30 %.
Одним из наиболее эффективных способов увеличения разрушающей способности водяных струй высокого давления является технология применения импульсных струй воды, получаемых различными способами. Одним из наиболее эффективных способом получения гидроимпульсных струй является механическое внутреннее прерывание струи [9, 10]. Общий вид импульсной струи, полученной таким способом, показан на рис. 4.
Рис. 4. Импульсная струя воды: d0 — диаметр отверстия струеформирующей насадки; Iн, Iосн и Iк — начальный, основной и капельный участок струи; dc — диметр струи на некотором удалении от среза насадки; — частота пульсации скорости струи;
Ь=у//и — скорость струи; Ь — длина волны импульсной струи воды
Высокая эффективность технологии гидроимпульсного резания горных пород может быть проиллюстрирована приведенными на рис. 5 результатами резания горных пород импульсной струей, получаемой внутренним прерыванием струи при помощи наконечника. На рис. 5 сплошной линией отмечена импульсная струя, а прерывистой линией — непрерывная.
Рис. 5. Зависимость глубины прорезаемой щели Н от частоты пульсации скорости струи /и при Р0 = 80 МПа, й0 = 0,4 М-3 м, 10 = 30-10- м, у„ = 1,0-10-3 м/с: 1 — при ссж = 12,75 МПа; 2 — при ссж = 27,3 МПа; 3 — при ссж = 68,8 МПа
В результате выполненных исследований процесса резания горных пород импульсной струей воды, получаемой внутренним механическим прерыванием, а также условий формирования струи в гидроимпульсном инструменте получены расчетные зависимости (2) и (3), позволяющие соответственно определять рациональную частоту пульсации скорости струи и глубину щели в достаточно широком диапазоне основных влияющих факторов. Все это позволило разработать оригинальную конструкцию гидроимпульсного инструмента (рис. 6) и инженерную методику расчета его геометрических, гидравлических и режимных параметров для исполнительных органов проходческих комбайнов:
Конструкции основных узлов проходческих комбайнов
Исполнительным оборудованием называются исполнительные органы проходческих комбайнов, предназначенные для разрушения горного массива. По конструктивным особенностям исполнительные органы подразделяют на две основные группы: избирательные (с перемещением в одной или двух плоскостях) и буровые — роторные и планетарные. Классификация исполнительных органов по их принципиальным конструктивным признакам показана на рис. 2.
Основным отличительным признаком этих двух групп является различный способ разрушения забоя. Избирательные органы одновременно обрабатывают только часть забоя, в то время как буровые — сразу весь забой.
Рис. 2. Классификация исполнительных органов проходческих комбайнов
Исполнительные органы избирательного действия подразделяют на органы, перемещающиеся при обработке забоя в одной плоскости и перемещающиеся в двух плоскостях. Первые, с перемещением в одной плоскости, при работе перемещаются либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости.
Некоторые комбайны для придания выработке необходимой формы оснащены дополнительными органами, разрушающими уступы кровли и почвы и выравнивающими боковые стенки выработки.
Исполнительные органы, перемещающиеся в одной плоскости, бывают баровыми, корончатыми, комбинированными и шнековыми. (рис. 3).
Рис. 3. Схема избирательных исполнительных органов, перемещающихся в одной плоскости.
Баровые исполнительные органы применяют для проведения подготовительных выработок по углю и весьма слабым породам. Основным элементом в них являются режущие цепи, заимствованные у баров врубовых машин и добычных комбайнов. Несмотря на относительно высокую энергоемкость процесса разрушения, баровые исполнительные органы могут конкурировать по производительности с исполнительными органами других типов в соответствующих горно-геологических условиях.
Корончатые исполнительные органы перемещаются в одной плоскости. Они применяются для проведения подготовительных и нарезных выработок по углю и руде, а также для очистных работ в камерах.
Комбинированные исполнительные органы, перемещающиеся в одной плоскости, сочетают в себе элементы баровых и корончатых органов.
Кроме рассмотренных типов избирательных исполнительных органов, перемещающихся в одной плоскости, известны шнековые исполнительные органы. Комбайны с такими исполнительными органами предназначены для работы в камерах, но частично могут быть использованы и при проходческих работах.
Исполнительные органы, перемещающиеся в двух плоскостях, по конструктивному признаку подразделяют на однобарабанные, двухбарабанные, лучевые, кольцевые, дисковые и комбинированные (рис. 4).
Рис. 4. Схемы избирательных исполнительных органов, перемещающихся в двух плоскостях
Однобарабанные исполнительные органы (рис. 4, а) состоят из отбойной коронки на подвижной рукояти. Отбойная коронка, имеющая вид усеченного конуса, консольно закреплена на рукояти, которая может перемещатся в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Двухбарабанные исполнительные органы в отличие от однобарабанных имеют на рукояти две коронки с вертикальными осями вращения (рис. 4, б) или одну коронку, состоящую из двух полусфер, с горизонтальными осями вращения (рис. 4, в). Исполнительный орган может иметь две рукояти, которые синхронно качаются в противоположных направлениях в горизонтальной плоскости.
Лучевые исполнительные органы (рис. 4, г), перемещающиеся в двух плоскостях, состоят из двух — четырех пятилучевых коронок, имеющих общую горизонтальную ось вращения и расположенных по обеим сторонам подвижной рукояти.
Кольцевые исполнительные органы (рис. 4. д) состоят из конической пустотелой трубы со шнеком внутри. Широкий конец трубы, на торцевой поверхности которого расположены резцы, создающие кольцевую щель, является рабочим.
Дисковые исполнительные органы (рис. 4, е) предназначены для подрезания горного массива и образования уступов, которые разрушаются отрывом от забоя. Первоначально в забой внедряется диск на сложенной рукояти. По мере образования вруба на рукояти гидродомкратом выдвигается диск, скалывающий образовавшийся уступ.
Комбинированные исполнительные органы, (рис. 4, ж) состоят из консольной рукояти, на конце которой располагается кольцевая коронка с трехлучевой турелью внутри. Коронка и турель вращаются в противоположных направлениях с различной скоростью. Рукоять при обработке забоя перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Буровые исполнительные органы непрерывного действия состоят из одной или нескольких планшайб, вращающихся в плоскостях, параллельных забою, и одновременно разрушающих забой режущим и скалывающим инструментом. При этом ось вращения планшайбы не изменяет своего положения относительно корпуса комбайна.
Траектории движения инструмента в исполнительных органах бурового типа являются либо плоскостными и лежат в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения планшайб, либо представляют сложные пространственные кривые.
Буровые исполнительные органы по принципу разрушения и основному конструктивному отличию подразделяют на роторные и планетарные. В зависимости от формы и сечения исполнительные органы этого типа могут состоять из одной или нескольких планшайб, каждая из которых вращается вокруг своей оси и разрушает часть забоя, равную площади планшайбы. При органе, состоящем из одной планшайбы, проводимая выработка имеет круглое сечение, а при наличии дополнительных разрушающихся механизмов — арочное. При комбинации двух или нескольких планшайб с дополнительными механизмами получают овальную или прямоугольную со скругленными углами форму выработки.
Рис.5. Схемы роторных буровых исполнительных органов
Роторные буровые исполнительные органы (рис. 5) применяют для разрушения угля, руды и пород различной крепости. Разрушение пород средней и выше средней крепости производят роторными исполнительными органами со свободно вращающимися на своих осях дисковыми, зубчатыми или штыревыми шарошками. Центральная часть забоя разрушается сплошным резанием специальным забурником.
Планшайбы могут быть плоскими, коническими или сферическими со сплошным диском или состоять из отдельных лучей. Применение четного числа планшайб позволяет при их встречном направлении вращения уравновесить реактивный крутящий момент, что повышает в некоторой степени устойчивость машины. Буровые исполнительные органы с двумя и более планшайбами широко используют на комбайнах для камерной системы разработки.
Энерговооруженность комбайнов с роторным исполнительным органом значительно выше, чем комбайнов избирательного действия, так как исполнительный орган последних вследствие определенных конструктивных сложностей нельзя использовать для большой энерговооруженности.
Роторные исполнительные органы разделяют на одноосевые, состоящие из одной планшайбы, соосно-планшайбовые — из двух встречно вращающихся планшайб, сидящих на одной оси, и параллельно-осевые (две и более рядом расположенные планшайбы с параллельными осями).
К одноосевым (рис. 5, а) относят исполнительные органы, обычно имеющие одну планшайбу с частотой вращения до 0,1 с -1 . Исполнительный орган подается на забой шагающим оборудованием. Нижнюю часть выработки оформляют бермовые фрезы с горизонтальной осью вращения.
Исполнительный орган (рис. 5, б) состоит из сплошной плоской, конусной или сферической планшайбы с дисковыми или штыревыми шарошками, установленными по винтовой линии или радиально. Шарошки могут быть установлены на планшайбе для лобового или подрезного резания. Исполнительный орган в этом случае предназначен для разрушения весьма крепких пород (f = 8…16).
Соосно-планшайбовые исполнительные органы (рис. 5, е) предназначены обычно для работы по слабым породам и калийным рудам.
Параллельно-осевые исполнительные органы (рис. 5. г—з) предназначены для работы по углю и мягким породам и состоят из двух планшайб, смонтированных на отдельных встречно вращающихся приводных валах. Такое расположение позволяет уравновесить планшайбы и обеспечить подгребание отбитой горной массы к центру выработки для погрузки на скребковый конвейер.
Планетарные буровые исполнительные органы (рис. 6) применяют в основном для разрушения калийных руд, угля и пород.
Рис.6. Схемы планетарных буровых исполнительных органов
На исполнительных органах, предназначенных для слабых пород, применяют резцы, а для пород средней крепости и крепких — шарошечный инструмент.
Планетарные буровые исполнительные органы могут быть пространственными (рис. 6, а—в), в которых режущий инструмент перемещается по сложной кривой в двух плоскостях и не имеет постоянного контакта с забоем, и плоскими (рис. 6, г, д), в которых инструмент перемещается в одной плоскости параллельно забою по кривой, зависящей от двух движений.
Таким образом, комбайны с избирательными исполнительными органами имеют возможность без каких-либо монтажных и демонтажных работ изменять величину и форму (любую) сечения проводимой выработки, эффективно разрушать неоднородные и различные породы крепостью f 8. Смена инструмента значительно облегчена. Вследствие равного расстояния от центра вращения режущий инструмент используется более рационально.
Разрушение забоя по всему сечению буровыми исполнительными органами позволяет достигнуть непрерывного движения исполнительного органа комбайна и, следовательно, высокой производительности. Комбайном можно разрушать породы с f 14…16. Энерговооруженность комбайнов с такого типа органами достигает 1000 кВт и более. Кроме того, конструкция погрузочного механизма комбайна благодаря применению ковшей проще по сравнению, например, с нагребающими лапами. Управление комбайном с буровым исполнительным органом проще, чем с избирательным.
Погрузочное оборудование
Для уборки из забоя горной массы, разрушенной исполнительным органом, в проходческих комбайнах применяют погрузочное оборудование. Его конструкция зависит в основном от типа применяемого исполнительного органа. Погрузочное оборудование может быть либо специальным механизмом, либо приспособлением, встроенным в исполнительный орган или конвейер комбайна.
В зависимости от конструктивных особенностей и характера работы погрузочное оборудование подразделяют на следующее: нагребающие лапы, ковшовые, шнековые, скребково-кольцевые и баровые механизмы.
Погрузочное оборудование в виде нагребающих лап, ковшовых и шнековых механизмов служит для уборки разрушенной горной массы из забоя и перегрузки ее на встроенный в комбайн конвейер. Скребковое кольцевое и баровое погрузочное оборудование предназначено для погрузки ее на транспортные средства, расположенные вслед за комбайном.
Производительность погрузочного оборудования должна превышать производительность исполнительного органа по разрушению забоя.
Нагребающими лапами (рис. 7) оснащено большинство проходческих комбайнов. Лап может быть две (рис. 7, а) или четыре (рис. 7. 6).
Рис.7. Схема погрузочного оборудования в виде нагребающих лап
Погрузочное оборудование в виде нагребающих лап устанавливается по горизонтальной оси корпуса комбайна и с помощью гидродомкратов может поворачиваться в вертикальной плоскости. При этом носок грузчика опускается или поднимается относительно уровня гусениц, что необходимо при проведении выработок с изменяющимся профилем почвы.
Погрузочными органами другого типа являются нагребающие лапы-скребки (рис. 7, в), правая и левая лапы которых свободно насажены на горизонтальную ось поворотной части стрелы рабочего органа. С помощью гидродомкратов лапы-скребки автоматически поднимаются или опускаются в момент реверса стрелы. При движении стрелы справа налево правая лапа опущена и подгребает отбитую горную массу на центральный скребковый конвейер, а левая в это время поднята. При движении стрелы слева направо погрузку производит левая лапа.
Скребково-кольцевое погрузочное оборудование обычно имеет производительность 0,025—0,030 т/с, фронт погрузки 2—3 м, скорость движения скребковой цепи 0,5—1 м/с, мощность привода 15 кВт. Горная масса, отбитая исполнительным органом комбайна, зачерпывается из забоя движущимися консольными скребками, укрепленными на кулаках двухшарнирной цепи, и по желобам транспортируется до разгрузочной течки, откуда подается на перегружатель. Отличительная особенность скребково-кольцевых погрузочных органов заключается в сочетании погрузочных и транспортирующих функций, поскольку цепь с консольными скребками производит зачерпывание и транспортировку горной массы. Кольцевые погрузчики при хорошей работоспособности по погрузке угля плохо работают по погрузке породы из-за значительного износа деталей транспортирующих устройств и заштыбовки направляющих желобов, по которым движется цепь.
Баровое погрузочное оборудование (рис. 9) разделяют на две группы: погрузочные органы, осуществляющие погрузку режущими цепями исполнительного органа, и погрузочные органы, выполненные в виде специальных скребковых баров.
проходческий комбайн погрузочный буровой
Рис. 9. Схемы барового погрузочного оборудования
Погрузочным оборудованием (рис. 9, а) является нижний бар двухбарабанного исполнительного органа, постоянно находящегося у почвы пласта. Режущая двухшарнирная цепь, проходя в ручье нижнего бара, производит навалку угля, разрушенного качающимся верхним и неподвижным нижним барами, через наклонный лоток на скребковый конвейер, расположенный сбоку, со стороны стенки выработки.
Погрузку угля можно производить режущими цепями исполнительного органа (рис. 9, б). Два вертикальных поворотных бара отбивают уголь. Нижние ветви режущих цепей этих баров, двигаясь от забоя к комбайну, транспортируют уголь сначала своей горизонтальной частью по почве выработки, а затем наклонной частью — по наклонному лотку. С последнего уголь поступает на центральный скребковый конвейер.
Погрузочным оборудованием (рис. 9, в) являются два цепных бара исполнительного органа и скребковый конвейер с нижней несущей ветвью.
Погрузочным оборудованием (рис. 9, г) является плоский скребковый бар, подвешенный на шарнирных цапфах к поворотной раме и совершающий движение вдоль наклонного лотка вокруг вертикальной оси одновременно с движением рабочего органа.
Погрузочным оборудованием (рис. 9, д) служат два поворотных скребковых бара.
Придание исполнительному органу погрузочных функций существенно упрощает конструкцию комбайна в целом. Но наличие специальных погрузочных баров исключает применение погрузочных органов этого типа в смешанных забоях. Кроме того, привод баров сложен по конструкции и подвержен заштыбовке.
Ковшовое погрузочное оборудование (рис. 10) в основном нашло применение на комбайнах бурового типа. Ковши, расположенные по окружности на максимальном радиусе планшайбы роторного исполнительного органа (рис. 10, а) обеспечивают фронт погрузки, равный диаметру проводимой выработки. Горная масса, разрушенная инструментом исполнительного органа, зачерпывается вращающимися ковшами у почвы выработки. В верхнем положении ковши разгружаются в разгрузочное окно и течку.
Рис.10 Схемы ковшового погрузочного оборудования
Производительность ковшового погрузочного оборудования пропорциональна частоте вращения исполнительного органа. Возникающая при вращении центробежная сила не должна превышать собственного веса материала, в противном случае материал из ковшей высыпаться будет не полностью.
Другим типом ковшового погрузочного оборудования, (рис. 10,6) является грузчик, выполненный в виде ковша, нагребающего уголь на центральный конвейер. Привод ковша осуществляется гидродомкратом.
Достоинства ковшового погрузочного оборудования: простота и отсутствие специального привода, что упрощает конструкцию комбайна в целом. Однако на разгрузку горной массы из ковшей влияют ее физические свойства: влажность, склонность к налипанию и т. д.
Шнековое погрузочное оборудование погружает отбитую горную массу шнеками к нижней несущей ветви скребкового конвейера. Производительность шнекового погрузочного оборудования порядка 0,03—0,07 т/с, привод электрический или гидравлический мощностью 35—55 кВт, диаметр шнеков 400—600 мм.
Рис.11 Схемы шнекового погрузочного оборудования.
Ходовое оборудование
Ходовое оборудование проходческих комбайнов предназначено для:
создания напорного усилия на забой при разрушении горного массива и при погрузке отбитого материала;
маневрирования комбайном в забое во время работы;
транспортирования комбайна при перегонах по горным выработкам.
В зависимости от горнотехнических условий применяют гусеничное или шагающее ходовое оборудование. Причем наибольшее распространение получило гусеничное ходовое оборудование из-за высокой маневренности и удобства в эксплуатации.
В зависимости от типа привода различают гусеничное ходовое оборудование с электрическим и с гидравлическим приводом.
Приводы гусеничных ходов бывают двух типов: общий на две гусеницы и раздельные на каждую гусеницу. Один привод на две гусеницы в проходческих комбайнах применяют редко, обычно применяются раздельные как электрические, так и гидравлические приводы. При раздельном электрическом приводе редукторы приводов двух гусениц выполняются в одном корпусе или в самостоятельных корпусах.
Центральная рама, к которой крепятся две гусеничные тележки, обычно служит базой машины, и на ней же монтируются все исполнительные механизмы и узлы. Каждая гусеничная тележка состоит из рамы, гусеничной цепи, опорных катков, ленивца и натяжного устройства.
Мощность привода ходовой части должна обеспечивать движение комбайна при заданных углах наклона выработки со скоростью 0,08—0,11 м/с.
Шагающее ходовое оборудование предназначено в основном для создания напорного усилия на забой и не приспособлено для маневрирования комбайном. Шагающее ходовое оборудование (рис. 14) создает цикличное движение с помощью четырех гидродомкратов. Два распорных гидродомкрата 1 встроены в балку 2 и производят распор балки в боковые стенки выработки. Два подающих гидродомкрата 3, цилиндры которых прикреплены к корпусу 4 главного двигателя, я штоки к балке 2, подают комбайн на забой при распертой балке. После этого давление в гидродомкрате 1 снимается, и балка с помощью гидродомкратов 3 подается вперед. Шаг подачи обычно составляет 0,7 м.
Рис.14 Схема шагающего ходового оборудования
Вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы об особенностях ходового оборудования проходческих комбайнов:
гусеничное ходовое оборудование по сравнению с шагающим обладает высокой маневренностью, допускает повороты, развороты комбайна и позволяет перегонять комбайны на большие расстояния из одной выработки в другую собственным ходом, тогда как для перегона комбайна с шагающим ходовым оборудованием требуются дополнительные транспортные средства;
существенным недостатком гусеничного хода является невозможность получения больших напорных усилий на забой, поскольку они зависят от веса комбайна и коэффициента сцепления гусениц с почвой и не превышают по величине собственного веса комбайна, тогда как комбайны с шагающим ходовым оборудованием с помощью гидродомкратов могут создавать напорные усилия на забой, в несколько раз превышающие собственный вес комбайна. Это особенно важно для комбайнов, предназначенных для проведения выработок по породе;
шагающее ходовое оборудование конструктивно проще гусеничного и имеет меньшую массу;
шагающее ходовое оборудование при распоре в стенке выработки создает большие концентрированные нагрузки, что ограничивает применение проходческих комбайнов, оснащенных такими механизмами, при проведении выработок в трещиноватых и склонных к вывалам породах;
гидравлический привод гусеничного хода позволяет плавно регулировать скорость передвижения комбайнов, в то время как электрический привод допускает лишь ступенчатое регулирование скорости.
Распорное оборудование
С расширением области применения комбайнов по крепости разрушаемых пород значительно (в 2—2,5 раза и более) возрастают внешние нагрузки на коронку исполнительного органа. В связи с этим особую важность приобретает проблема обеспечения устойчивости комбайна.
Применяют различные способы увеличения устойчивости комбайнов: раздвижку гусеничных тележек; аутриггеры или распорные устройства; опирание комбайна на носок стола питателя и домкраты, расположенные за гусеничными тележками.
Из всех конструктивных решений наибольшего внимания заслуживает распорное устройство с расположением домкратов сзади комбайна, поскольку в этом случае распорное устройство не загромождает прохода. Аутриггеры, или распорные устройства, расположенные сбоку комбайна, загромождают проходы по бокам комбайна и непригодны в условиях относительно узких выработок.
В дальнейшем следует ориентироваться на увеличение устойчивости как за счет опирания комбайна на носок погрузочного стола и домкраты, максимально отнесенные к хвостовой части, так и за счет применения аутригеров, расположенных сбоку комбайна, при работе в широких выработках.
Основные параметры и узлы проходческих комбайнов
Исполнительными называются органы проходческих комбайнов, предназначенные для разрушения горного массива. По своим конструктивным особенностям их подразделяют на дне основные группы: избирательные — с перемещением в одной или двух плоскостях и буровые — роторные или планетарные. Классификация исполнительных органов по их принципиальным конструктивным признакам показана на рис.3. Отличительным признаком этих двух групп в основном является различный способ разрушения забоя. Избирательные органы одновременно обрабатывают только часть забоя, в то время как буровые — сразу весь забой.
Траекторией движения инструмента в машинах с избирательным исполнительным органом является результирующая его движения относительно оси режущей головки и перемещения самой головки в плоскости забоя. При рассмотрении движения инструмента как избирательных, так и буровых исполнительных органов следует иметь в виду, что его траектория может несколько видоизменяться вследствие подачи комбайна на забой.
Рис.3. Классификация исполнительных органов проходческих комбайнов
Исполнительныеные органы разделяют на избирательные и буровые по наиболее характерным признакам без учета вспомогательных конструктивных элементов.
Некоторые буровые комбайны для придания выработке необходимой формы оснащены дополнительными органами, разрушающими уступы в кровле и почве и выравнивающими боковые стенки выработки. В комбайнах с избирательными исполнительными органами иногда применяют дополнительные разрушающие механизмы.
Избирательные исполнительные органы подразделяют на органы, перемещающиеся при обработке забоя в одной плоскости, и на органы, перемещающиеся в двух плоскостях. Первые, с перемещением в одной плоскости, при работе перемещаются либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскости.
Сечение проводимой вы работки определяется амплитудой качания или размерами исполнительного органа, а иногда и тол, и другим.
Исполнительные органы, перемещающиеся иодной плоскости, бывают баровыми, корончатыми, комбинированными и шнековыми (рис.4).
Баровые исполнительные органы применяют для проведения подготовительных выработок по углю и весьма слабым породам. Основным элементом в них являются режущие цепи, заимствованные у баров врубовых машин и добычных комбайнов. Несмотря на относительно высокую
Рис.4 Схемы избирательных исполнительных органов, перемещающихся в одной плоскости.
энергоемкость процесса разрушения, баровые исполнительные органы могут конкурировать с исполнительными органами других типов в соответственных горногеологических условиях.
Баровый исполнительный орган (рис.4,а) состоит из двух или более вертикальных баров с режущими цепями, расположенными параллельно друг другу. Верхние концы баров имеют наклон в сторону от забоя, что позволяет получать трапециевидную форму вы работки при поворотах исполнительного органа в горизонтально!! плоскости.
Баровый исполнительный орган (рис.4, б) состоит из контурного пара с режущей цепью и вертикальной штанги с резцами служащими для разрушения оставшегося целика.
Баровый исполнительный орган (рис.4 в) в виде двух расположенных один над другим баров с режущими цепями, нижний из которых неподвижен, а верхний перемещается в вертикальном направлении, разрушает забой при периодической подаче комбайна на забой и вертикальных качаниях верхнего бара.
Корончатые исполнительные органы, перемещающиеся в одной плоскости. Они применяются для проведения подготовительных и нарезных выработок по углю и руде, а также для очистных работ в камерах.
Корончатый исполнительный орган (рис.4 г) имеет три коронки, расположенные по вертикали, на каждой из которой закреплено по три резца. Оси вращения коронок перпендикулярны забою. Для получения необходимого размера проводимой выработки применяют сменные коронки различных диаметров. При этом ширина выработки изменяется в зависимости от амплитуды качания исполнительного органа. Для получения трапециевидной формы выработки коронки поворачивают для образования угла наклона, соответствующего углу наклона стенок выработки.
Корончатый исполнительный орган (рис.4 д) сострят из четырех дисков с резцами, попарно расположенных на двух подвижных рукоятях, совершающих колебательные движения в горизонтальной плоскости. Обе рукояти совместно перемещаются в вертикальной плоскости. Забой выработки обрабатывается при колебаниях исполнительного органа сверху вниз.
Комбинированные исполнительные органы, перемещающиеся в одной плоскости, сочетают в себе элементы баровых и корончатых органов.
Комбинированный исполнительный орган (рис.4 е) состоит из двух горизонтально перемещающихся в противоположных направлениях барок с отбойными коронками, осп вращения которых расположены горизонтально. Разрушение массива начинается с подачи всего комбайна на забой при разведенных на ширину выработки барах, которые при сведении к центру выработки вынимают полосу угля шириной, равной величине развода баров, и высотой, равной диаметру коронки.
Комбинированный исполнительный орган (рис.4 ж) состоит из двух боковых и двух нижних баров с режущими цепями, которыми вырезаются блоки. Средняя часть блоков разрушается двумя отбойными молотками, установленными па каретке.
Комбинированный исполнительный орган (рис 4 и) состоит из двух баров, горизонтально перемещающихся во встречных направлениях. Каждый бар имеет по две режущие коронки, расположенные одна под другой в головной части баров, осп вращения которых лежат в горизонтальных плоскостях. Разрушение горного массива производится коронками и оконтуривающими бар режущими цепями при подаче комбайна на забой с разведенными барами.
Кроме рассмотренных типов избирательных исполнительных органов, перемещающихся в одной плоскости, известны шнековые исполнительные органы. исполнительные органы. Комбайны с такими исполнительными органами предназначены для работы в камерах, но частично могут быть использованы и при проходческих работах.
Рис.5 Схемы избирательных исполнительных органов, перемещающихся в двух плоскостях.
Шнековые исполнительные органы (рис.4,з) состоят из двух встречно вращающихся и рядом расположенных продольных шнеков, на торцовых поверхностях и вдоль винтовых линий которых установлены резцы. При работе кроме вращательного шнеки совершают возвратно-поступательное движение. Зарубание шнеков производится при подаче комбайна вперед, а выемка — при боковой подаче.
Исполнительные органы, перемещающиеся в двух плоскостях, по конструктивному признаку подразделяются па однобарабанные, двухбарабанные. лучевые, кольцевые, дисковые и комбинированные (рис.5).
Однобарабанные исполнительные органы (рис.5,а) получили наибольшее распространение. Они состоят из отбойной коронки на подвижной рукояти. Отбойная коронка, имеющая вид усеченного конуса, консольно закреплена на рукояти которая может перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Угол конуса на коронке выбирается таким, чтобы при обработке почвы выработки получать ровную плоскость.
Некоторые исполнительные органы однобарабанного типа снабжены телескопическим выдвижным устройством, повышающим маневренность исполнительного органа. Телескопическое устройство позволяет делать приямки под крепь, производить нарезку дренажной канавки и внедряться в массив без подачи всего комбайна на забой, что особенно важно при слабых почвах и при проведении восстающих выработок. Обработка забоя обычно начинается с врезания коронки в леном нижнем углу выработки, затем последовательными перемещениями производится разрушение забоя по всей площади на глубину захвата коронки. Направление перемещения коронки выбирают в зависимости от направления кликало забоя.
Двухбарабанные исполнительные органы в отличие от однобарабанных имеют на рукояти две коронки с вертикальными осями вращения (рис.5,б) или одну коронку, состоящую из двух полусфер, с горизонтальными осями вращения (рис.5, в). Исполнительный орган может иметь две рукояти, которые синхронно качаются и противоположных направлениях в горизонтальной плоскости. Для про ведения дренажных канавок предусмотрена возможность раздельного перемещения рукоятей в вертикальной плоскости.
Лучевые исполнительные органы (рис.5. г), перемещающиеся в двух плоскостях, состоят из двух-четырех пятилучевых коронок, имеющих общую горизонтальную ось вращения и расположенных но обеим сторонам подвижной рукояти.
Кольцевые исполнительные органы (рис.5,д) состоят из конической пустотелой трубы со шнеком внутри. Широкий конец трубы, на торцовой поверхности которого расположены резцы, создающие кольцевую щель, является рабочим.
Дисковые исполнительные органы (рис.5,е) предназначены для подрезания горного массива и образования уступов, которые разрушаются отрывом от забоя, применяются при проведении выработок по углю и породам средней крепости. Первоначально в забои внедряется диск на сложенной рукояти. По мере образования вруба на рукояти гидродомкратом выдвигается диск, скалывающий образовавшийся уступ.
Комбинированные исполнительные органы (рис.5, ж) состоят из консольной рукояти, на конце которой располагается кольцевая коронка с трехлучевой турелью внутри. Коронка и турель вращаются в противоположных направлениях с различной скоростью. Рукоять при обработке забоя перемещается в горизонтальном и вертикальном: направлениях.
Комбинированный исполнительный орган (рис.5, з) состоит из нескольких цепных баров, расположенных на двух’ осях и качающихся вокруг одной из них.
Источник https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-effektivnosti-raboty-gidromehanicheskih-ispolnitelnyh-organov-prohodcheskih-kombaynov
Источник https://studbooks.net/1780460/prochie_distsipliny/konstruktsii_osnovnyh_uzlov_prohodcheskih_kombaynov
Источник https://studopedia.ru/9_19891_osnovnie-parametri-i-uzli-prohodcheskih-kombaynov.html
