Проходческие комбайны
Основные типы проходческих машин для проведения горизонтальных и наклонных подготовительных выработок.
- Машины избирательного действия
- Машины бурового действия
Проходческим комбайном называется комбинированная горная машины для механизированного проведения горных выработок с выполнением не менее двух основных операций – разрушение горной породы и погрузки ее в транспортные средства.
В настоящее время по способу отработки забоя определились три основных типа проходческих машин:
- избирательного действия – комбайны оснащаются стреловидным исполнительным органом с режущей резцовой коронкой на конце стрелы; (КДП, 1ГПКС, КП-25, КСП-32, КП-200, R-130, КР-150 фирмы Remag (Польша) и др.);
- бурового действия – комбайны оснащаются роторным исполнительным органом (КРТ, ПК-ВМ, МТМ (Германия) и др.);
- флангового действия — комбайны оснащаются рабочим органом, обрабатывающим забой по всей его ширине или высоте при фланговом или вертикальном его перемещении (Караганда-7/15; 12СМ15-Joy, КПА, Wirth H 4.30 и др.)
Комбайны избирательного действия предназначены для проведения выработок любой формы, кроме круглой. Исполнительный орган при отработке забоя совершает качательные движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Коронка органа выполняется либо продольно-режущей, либо поперечно-режущей, вращающейся относительно оси перпендикулярной к оси стрелы. Комбайны имеют гусеничную ходовую часть и могут быть использованы при проведении горизонтальных и наклонных выработок по углю, углю с присечкой породы с пределом прочности при одноосном сжатии до 70МПа и показателем абразивности до 15 мг по Л.И.Барону в забоях опасных по газу и пыли.
Для разрушения горных пород резцовые коронки рабочих органов оснащаются тангенциальными поворотными резцами РКС и радиальными резцами типа РПП-2 армированными твердосплавными вставками.
Погрузочные органы выполняются одно-двухвальными нагребающими лапами или плоскими дисками, имеющими форму трех-шестилучевой звезды, которые в ряде случаев значительно повышают эксплуатационные качества. Для устойчивости комбайны оснащаются гидрофицированными аутригерами по два на каждую сторону комбайна. Для борьбы с пылеобразованием комбайны оборудуются системой подавления пыли, состоящей из средств орошения зоны разрушения форсунками и средствами пылеотсоса.
Наиболее производительными и обладающими достаточными силовыми и энергетическими параметрами являются комбайны КСП-32, А-110 (Украина) по породам с пределом прочности до 100 МПа, суммарной мощностью до 300 кВт, АМ-105 фирмы «Фест-Альпине» (Австрия), Е-200, EVR-160, Wirth N 1,24 (Германия), которые превосходят серийные машины РФ по энерговооруженности в 1,4-2 раза, технической производительности и надежности в 1,2-1,3 раза.
Преимуществами комбайнов избирательного действия являются относительная простота конструкции, возможность селективной выемки, способность проведения выработок различного сечения (рисунок 1).
Рисунок 1. Проходческий комбайн КП 200 Копейского завода
К недостаткам следует отнести неурановешенность исполнительных органов в продольном и поперечном направлениях, неравномерность усилий подачи в крайних положениях орган, относительно низкую производительность по сравнению с комбайнами бурового действия.
К комбайнам бурового действия относятся машины для проведения подготовительных выработок по углю, калийным солям и некрепким породам до ¦£ 4, а также породопроходческие комбайны для выработок по абразивным породам с коэффициентом крепости ¦£ 8÷10 сечением до 20 м 2 (рисунок 2). Отличительной особенностью комбайнов является наличие роторного органа одновременно обрабатывающего всю площадь забоя, который может быть одноосевым, соосно планшайбовым и планетарным.
Рисунок 2. Проходческий комбайн бурового типа ПК-8М
Малые скорости вращения (до 10 об/мин), энергонасыщеный привод (до 500 кВт) и устойчивое за счет распора в стенки выработки положения комбайна обеспечивают разрушение высокопрочных пород. Погрузочные органы буровых комбайнов представляют кольцевые ковшовые грузчики, которыми отбитая масса с почвы выработки поднимается вверх и высыпается на центрально расположенный перегружатель. Ходовое оборудование комбайнов – гусеничное, либо распорно-шагающие устройства в виде распорных и подающих гидродомкратов.
Буровые комбайны сложнее стреловидны, тяжелее (масса до 130 т) и дороже, поэтому они целесообразны при проведении чисто породных выработок протяженностью не менее 800-1000 м. Конструкции, разработанные в СНГ: ПК-8, КРТ, а также комбайны Копейского машзавода для выработок по калийным солям: Урал-20А, Урал-10А, Урал-61, Урал-20Р. Последние снабжены рабочими органами в виде двух объемно-планетарных буров в сочетании с бермовыми фрезами и оконтуривающими верхнюю и нижнюю части выработки резцовыми барабанами. Наиболее энергоемким является комбайн КРТ с роторно-торовым органом, установленной мощностью в 550 кВт для пород с ¦£ 10. Комбайн оснащен с тангенциальными дисковыми шарошками, тремя погрузочными ковшами и работает в выработках до ±10°.
К достоинствам буровых комбайнов следует отнести высокую энерговооруженность, что позволяет им работать по породам различной крепости, высокую производительность, отсутствие специальных погрузочных устройств. Недостатки: сложность конструкции, невозможность селективной выемки и крепления выработки у забоя, трудность доступа к забою при замене инструмента.
К комбайнам флангового действия относятся Караганда-7/15, обрабатывающий забой при цикличной подаче качанием рабочего органа по фронту забоя, либо при непрерывной подаче – по фронтальной схеме, а также комбайны непрерывного действия типа ДВТ Континьюис (Германия) мощностью на режущем органе 2х209 кВт с зарубкой в верхней части забоя и резанием при движении (раздвижного по ширине) органа сверху вниз.
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.
Проходческие комбайны для механизации проведения горных выработок, а также тоннелей при строительстве подземных сооружений
Предназначены для механизации проведения горных выработок, а также тоннелей при строительстве подземных сооружений.
Комбайновый способ наиболее прогрессивный, так как позволяет совместить во времени наиболее тяжелые и трудоемкие операции по разрушению забоя и уборке из него горной массы.
Проходческие комбайны имеют следующие основные узлы (рис. 1):
· погрузочное устройство, служащее для уборки отбитой горной массы;
· транспортно погрузочное средство, включающие в себя конвейер и перегружатель, с помощью которых горная масса грузится на общешахтные доставочные средства;
· механизм поперечной подачи (только у комбайнов избирательного действия)
· вспомогательное оборудование (электросистема, гидросистема, пульты управления);
· система пылегашения (чаще всего это пылесос и распыление воды).
Рис. 1. Схема проходческого комбайна избирательного действия: 1) исполнительный орган; 2) стрела; 3)редуктор исполнительного органа; 4) электродвигатель; 5) кронштейн; 6) механизм поперечной подачи; 7) домкраты телескопа; 
погрузочный орган; 9) гусеничный ход
· должен разрушать породы с любыми физическими и механическими свойствами;
· иметь возможность регулирования площади выработки;
· обеспечивать форму выработки удобную для крепления;
· обеспечивать возможность селективной выемки углей и пород;
· обеспечивать возможность установки навесного оборудования;
· допускать возможность применения временной передвижной призабойной механизированной крепи;
· иметь систему дистанционного и автоматического управления.
1.1. Классификация
1.1.1. По форме сечения выработок:
1.1.2. По способу обработки забоя исполнительным органом:
1) избирательного (циклического) действия (с последовательной обработкой поверхности забоя):
a. стреловидный исполнительный орган. Выполняются в виде подвижной консольной рукоятки с резцовой коронкой на конце, имеющей возможность перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В зависимости от типа коронки стреловидные исполнительные органы подразделяются на (рис. 2).
Рис. 2. Стреловидные исполнительные органы: а) с коническими коронками; б) с барабанными коронками; в) со сферическими коронками; г) с лучевыми коронками; д) с дисковыми коронками; е) с ударно-скалывающими механизмами
Обработку забоя комбайном избирательного действия машинист производит с учетом расположения пласта, свойств угля, крепости боковых пород, сечения выработки (рис. 3).
Рис. 3. Схемы движения исполнительного органа
b. качающийся исполнительный орган. Представляют собой органы, отбойная часть которых в одном направлении (по высоте или ширине) соответствует размеру проводимой выработки и имеет возможность совершать колебательные движения для обработки всей площади забоя. Качающиеся исполнительные органы подразделяются на (рис. 4).
Рис. 4. Качающиеся исполнительные органы: а) баровые; б) корончатые; в) комбинированные
2) бурового (непрерывного) действия (с одновременной обработкой всей поверхности забоя):
a. роторные исполнительные органы. Могут состоять из одной или нескольких планшайб. В зависимости от числа планшайб и их взаимного расположения они подразделяются на (рис. 5).
Рис. 5. Буровые роторные исполнительные органы: а) одноосевой роторный (трехлучевой ШБМ‑2м); б) соосный роторный (ПК‑8); в) параллельноосевой роторный (ПК‑10)
Применение соосных исполнительных органов, у которых планшайбы вращаются в противоположных направлениях, позволяет уравновесить реактивный момент. Тот же эффект дает четное количество планшайб у параллельноосевых исполнительных органов. Относительное разнообразие форм сечений выработок обеспечивается за счет применения дополнительных разрушающих элементов (бермовых фрез, режущих цепей и др.).
b. планетарные исполнительные органы. Оснащаются режущим или скалывающим инструментом, которому сообщаются два движения: относительное (вокруг своей оси вращения) и переносное (вокруг оси планшайбы). Планетарные исполнительные органы подразделяются на (рис. 6).
Рис. 6. Буровые планетарные исполнительные органы: а) плоский (инструмент перемещается в одной плоскости, параллельной забою); б) пространственный (инструмент перемещается по сложной пространственной траектории и забой разрушается серповидными стружками различного сечения)
Источник https://oborudka.ru/handbook/15.html
Источник https://studopedia.ru/9_19891_osnovnie-parametri-i-uzli-prohodcheskih-kombaynov.html
Источник https://vunivere.ru/work17431
