ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ОРГАН Российский патент 1995 года по МПК E21C25/06 E21C27/22 

Изобретение относится к породоразрушающим органам горных и строительно-дорожных машин различного назначения.

Известен планетарный исполнительный орган проходческого комбайна, включающий корпус, привод и рабочий инструмент в виде тела вращения с режущими дисками, в котором корпус и режущие диски установлены с возможностью вращения соответственно вокруг своих продольных осей [1] Это устройство обеспечивает бурение скважин в скальных грунтах, но при большой крепости буримой породы и увеличения частоты вращения режущих дисков надежность его работы резко снижается, так как ударные нагрузки с рабочего инструмента передаются на привод. Кроме того, его применение малопроизводительно при перемещении в направлении, перпендикулярном собственной оси.

Известно устройство для разрушения горных пород, включающее привод, рукоять с пазом, в котором установлено с опорами по концам водило, на котором смонтированы вращающиеся диски, оснащенные зубками и совершающие планетарное движение [2] Это устройство обеспечивает разрушение горных пород средней крепости, при этом разрушение породы осуществляется полосами за счет перемещения оси водила параллельно разрушаемой поверхности. При этом разрушение забоя при перемещении водила в других плоскостях практически не осуществимо.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей исполнительного породоразрушающего органа при одновременном повышении его производительности в условиях крепких хрупких пород.

Достигается это тем, что водило консольно закреплено на несущей металлоконструкции, а оси дисков поддерживаются опорами, разнесенными вдоль оси органа. Это дает возможность перемещать работающий породоразрушающий орган как параллельно оси вращения органа, так и перпендикулярно ей.

Кроме того, закрепление породоразрушающих элементов на кулаках, подвешенных на дисках посредством упругих связей, дает возможность увеличивать частоту вращения дисков без увеличения ударных нагрузок, передаваемых на привод.

Закрепление породоразрушающих элементов группами, где каждый последующий выполнен выше предыдущего, позволяет увеличить разрушаемый за один оборот диска слой. Кроме того, породоразрушающие органы группированы по несколько штук. Это позволяет увеличить площадь разрушаемой поверхности. При этом соседние органы имеют противоположные направления вращения, что уравновешивает конструкцию и повышает надежность ее работы.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от известного тем, что водило закреплено на рукояти консольно, а оси дисков крепятся на опорах разнесенных вдоль оси органа. При этом количество опор, поддерживающих каждую отдельную ось, не ограничивается. Кроме того тем, что породоразрушающие элементы закреплены на кулачках, подвешенных на дисках посредством упругих связей. Кроме того тем, что зубки закреплены группами, где каждый последующий выполнен выше предыдущего. Кроме того, породоразрушающие органы сгруппированы по несколько штук.

Таким образом заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ патентной и технической информации показывает, что предлагаемое техническое решение разрешает ряд противоречий.

Первое связано с тем, что в ранее известных устройствах [1, 2] толщина разрушаемого за один оборот диска слоя Н ограничена диаметром диска D (фиг. 4). Всегда R > H, где R D/2.

Увеличение же дисков влечет за собой резкое увеличение энергозатрат, ухудшение управляемости машиной, увеличение ее массы и габаритов, что ограничивает функциональные возможности и удельную производительность. Схема обработки забоя, применяемая в заявленном техническом решении, позволяет увеличить толщину Н разрушаемого слоя за счет увеличения количества одновременно работающих по глубине разрушаемого слоя дисков, без увеличения радиуса диска R (фиг. 5).

Следующее противоречие связано с тем, что обеспечение одинаковой эффективности разрушения породы при перемещении планетарного породоразрушающего органа в плоскостях параллельной и перпендикулярной разрушаемой поверхности в прототипе затруднено ввиду двустороннего крепления водила к рукояти.

В предложенном решении водило крепится к рукояти консольно, а оси дисков прикреплены к водилу с помощью опор, пересекающих ряды дисков и разнесенных относительно друг друга вдоль оси органа, что позволяет одним осям диском обивать целики, оставленные другими в месте крепления опор, и наоборот. Консольное крепление водила позволяет разрушать породу при различных углах наклона оси водила к разрушаемой поверхности.

При работе породоразрушающего органа наличие ударных нагрузок, передаваемых на трансмиссию, требует при их увеличении, вызванном увеличением частоты вращения дисков, значительного упрочнения элементов этой трансмиссии или амортизации породоразрушающих элементов (зубков). При амортизации породоразрушающих элементов возникает противо- речие, связанное с необходимостью обеспечения высокой жесткости крепления породоразрушающих элементов при разрушении крепких пород и в то же время хода, достаточного для возвращения породоразрушающего элемента в исходное рабочее положение за оборот диска. В заявленном решении породоразрушающие элементы установлены на кулаках, связанных с дисками упругими связями, которые гасят ударные нагрузки, возникающие в момент взаимодействия породоразрушающего элемента и породы. Необходимая же жесткость в момент взаимодействия и возвращение кулаков в исходное положение обеспечивается за счет инерционных сил, действующих на кулак. Таким образом заявленное решение, являясь нетрадиционным, снимает указанные выше противоречия и соответствует изобретательскому уровню.

На фиг. 1 показана схема исполнительного породоразрушающего органа, вид сбоку; на фиг. 2 диск, соединенный упругими связями с кулаками, оснащенными породоразрушающими элементами; на фиг. 3а, б схемы расположения исполнительных породоразрушающих органов группами, размещенными в шахматном (а) и последовательном (б) порядках, вид сверху. Сами породоразрушающие органы условно обозначены кругами, установленными на рукоятях; на фиг. 4, 5 изображена отдельная планетарно вращающаяся ось, оснащенная дисками с породоразрушающими элементами обрабатывающими плоский забой (фиг. 4) и щелевидный забой (фиг. 5).

На чертежах приняты следующие обозначения: на металлоконструкции в виде рукояти 1 консольно установлено водило 2. На водиле 2 посредством верхних 3 и нижних 4 опор смонтированы кинематически связанные с водилом 2 планетарно вращающиеся оси 5, с закрепленными на них дисками 6, соединенными посредством упругих связей 7 с кулаками 8, оснащенными породоразрушающими элементами 9. Зубчатые колеса обозначены цифрами 10, 11, 12, 13, 15. На поз. 14 показан зубчатый венец. На поз. 16 показана ось водила породоразрушающего органа. На поз. 17 с помощью стрелки показано направление качания рукояти 1.

Устройство работает следующим образом. Вращение от электродвигателя посредством зубчатых колес 10, 11, 12, 13 передается на водило 2, при вращении которого оси 5, в результате зацепления внешнего жестко закрепленного венца 14 и колес 15, закрепленных на осях 5, вращаются вокруг собственных осей и вокруг оси водила 16, т.е. совершают планетарное движение. Диски 6, закрепленные на осях 5, так же совершают планетарное движение. Таким образом зубки 9 описывают циклоидальные кривые, кривизна участков которых в контакте с забоем постоянна.

При этом зубки 9 размещены группами так, что каждый последующий выполнен выше предыдущего (фиг. 2). В этом случае толщина разрушаемого слоя Н равна сумме толщин слоев, разрушаемых каждым зубком в отдельности, то есть H h₁ + h₂ + h₃.

При работе исполнительного породоразрушающего органа могут осуществляться достаточно сложные движения, например на фиг. 1 пунктиром показаны качающиеся движения органа, обеспечивающие выработку забоя сферической или цилиндрической формы, что существенно расширяет функциональные возможности органа.

При этом качающиеся движения рукояти показаны на фиг. 1 стрелкой 17, обеспечивают приводной системой, например гидроцилиндрами (не показаны). Рукоять при необходимости может быть выполнена не только перпендикулярно, но и параллельно оси органа 16.

Осуществление предлагаемого изобретения не представляет особых сложностей, т. к. связано с применением стандартных материалов, технологий и механических узлов.

Использование: при добыче полезных ископаемых, в горных и строительных, а также дорожных машинах различного назначения. Сущность изобретения: исполнительный породоразрушающий орган содержит несущую металлоконструкцию с установленным на ней водилом и опорами, на которых установлены кинематически связанные между собой и с водилом планетарно вращающиеся оси с закрепленными на них дисками, имеющими породоразрушающие элементы. Оси расположены параллельно оси водила, которое прикреплено к металлоконструкции консольно. Опоры разных планетарных осей разнесены относительно друг друга вдоль оси водила. Породоразрушающие элементы закреплены на кулаках, установленных на дисках с помощью упругих связей. Породоразрушающие элементы могут быть закреплены на кулаках группами, состоящими из последовательно размещенных друг за другом породоразрушающих элементов, где каждый последующий установлен выше предыдущего. На несущей металлоконструкции может быть установлено несколько водил с дисками породоразрушающими элементами. В этом случае водила должны быть смещены относительно друг друга так, чтобы их зоны разрушения перекрывали друг друга, а соседние водила имели противоположные направления вращения. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ОРГАН, включающий несущую металлоконструкцию с установленным на ней водилом и опорами, на которых установлены кинематически связанные между собой и с водилом планетарно вращающиеся оси с закрепленными на них дисками, оснащенными породоразрушающими элементами, расположенные параллельно оси водила, отличающийся тем, что водило прикреплено к металлоконструкции консольно, а опоры разных планетарных осей разнесены относительно друг друга вдоль оси водила, при этом орган снабжен кулаками, которые установлены на дисках посредством упругих связей, а породоразрушающие элементы закреплены на кулаках. 2. Исполнительный породоразрушающий орган по п.1, отличающийся тем, что породоразрушающие элементы закреплены на кулаках группами, состоящими из последовательно размещенных друг за другом породоразрушающих элементов, где каждый последующий установлен выше предыдущего. 3. Исполнительный породоразрушающий орган по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен одним или несколькими установленными на несущей металлоконструкции водилами с осями, оснащенными дисками и породоразрушающими элементами, при этом водила смещены относительно друг друга таким образом, чтобы их зоны разрушения перекрывали друг друга, а соседние водила имеют противоположные направления вращения.