ГОРНЫЙ ОЧИСТНОЙ КОМБАЙН Российский патент 1996 года по МПК E21C27/02 E21C25/06 E21C31/00 

Разработка относится к области техники, занимающейся вопросами механического резания и разрушения, в основном, хрупких монолитов материалов и массивов, а более конкретно, к машинам с рабочими органами, предназначенными для осуществления разрушения пород ударно-режущим способом в условиях применения таких устройств в отрасли горно-добывающей промышленности.

Известны проходческие комбайны с планетарным рабочим органом типа ПКГ-3 (а. с. 101917 М.кл. Е 21 С 27/01 от 1952 г.), в которых используется экономичный ударно-режущий способ разрушения с траекториями перемещения режущей кромки инструмента в зоне разрушения по кривым эпициклоидальной формы. Способ этот дает относительно более крупный скол, позволяет осуществить разрушение пород более высокой крепости.

Известны также очистные комбайны для длинных забоев, например, шнековые (а. с. 1328510 М. кл. Е 21 С 27/00 от 1985 г.) и барабанные (а.с. 113050 М. кл. Е 21 С 27/02 от 1955 н.), у которых для разрушения полезного ископаемого используется способ скалывания по принципу работы фрезы. Машины с такими органами разрушают массив внутри цилиндрической поверхности с траекториями режущих кромок инструментов по циклоидам, форма которых практически не отличается от окружности.

Положительной особенностью шнека является его хорошие транспортные и удовлетворительные погрузочные свойства, недостаток ограниченное количество режущих инструментов в каждой линии резания, которое, как правило, равно количеству заходов винта спиралей на шнеке. Барабан же, напротив, имеет плохие транспортные свойства, но позволяет устанавливать достаточное количество режущих инструментов в каждой из линий резания.

Шнековые и барабанные органы разрушения позволяют скомпоновать удачную схему очистного комбайна с расположением рабочих органов, например, по концам корпуса машины на выходных валах поворотных редукторов-рукоятей, оси которых перпендикулярны вертикальной поверхности груди забоя. Такая компоновка (см. а. с. 113050 М.кл. Е 21 С 27/02 от 1955 г.) без дополнительных устройство позволяет комбайну наиболее полно и качественно отработать пласт при минимальной площади незакрепленной кровли.

Однако комбайны со шнековыми и барабанными органами, из-за способа разрушения, имеют существенные недостатки: высокое удельное энергопотребление, значительное пылевыделение, допускают работу по относительно слабым горным породам, сильно измельчают добытое полезное ископаемое.

Разобранные выше органы разрушения имеют наперед заданный режим работы, рассчитанный на определенные, известные заранее физико-механические свойства разрушаемого массива, в частности, твердость и вязкость. В условиях горно-добывающей промышленности очень трудно просчитать заранее условия разрушения и выбрать оптимальный режим с достаточной точностью даже на небольшом участке из-за сложной, как правило, структуры пласта. По этой причине приходится выбирать режим, рассчитанный на усредненные условия разрушения, которые не всегда охватывают диапазон физико-механических свойств пласта, посредством систем регулирования.

Регулирование режимов работы горной машины наиболее часто производится путем воздействия на систему подачи, на нужды которой, как правило, производится отбор момента от главного двигателя машины.

Известны механические системы подачи нерегулируемые или имеющие несколько скоростей подачи посредством ступенчатых редукторов, дающих ограниченную возможность изменения режимов. Среди известных регулируемых механических систем подачи можно отметить храповичные и пульсирующие. Эти системы позволяют получать достаточно широкий диапазон скоростей, но они сложны по устройству, малонадежны и процесс работы связан с наличием значительной динамики.

Известны также гидромеханические системы подачи, позволяющие получать плавное бесступенчатое регулирование скорости подачи, но эти системы плохо регулируются в области малых значений скоростей и также довольно сложны по устройству.

Среди систем подач последних разработок следует отметить электромеханические, в которых используются обособленные электродвигатели постоянного тока. Такие системы имеют хорошие регулировочные данные, но также сложны в устройстве, требуют отдельный или многожильный кабель и сложную систему управления.

Все выше перечисленные системы подач довольно трудно автоматизировать, а в условиях горнодобывающей промышленности со сложной структурой пластов вынимаемого полезного ископаемого невозможно обеспечить экстремальное регулирование машины даже по сложным программам.

Известны системы автоматического регулирования горных машин по нагрузке главного двигателя, посредством воздействия на скорость подачи. В качестве примера можно назвать достаточно широко известную систему регулирования - САДУ-2 (см. В.А.Батицкий и др. "Автоматизация производственных процессов на шахтах", "Недра" 1973 г.). Имеются и более современные разработки как отечественных так и зарубежных систем автоматического регулирования, которые, в принципе, мало разнятся с данными САДУ-2. Системы регулирования, подобные САДУ-2, в конечном итоге, регулируют один параметр скорость подачи, величина которой при оптимальной нагрузке двигателя не должна превышать заданную программой. При увеличении нагрузки двигателя машины, происходит снижение скорости подачи, приводящее к стабилизации нагрузки двигателя. Ввиду узости параметров регулирования, данная система не обеспечивает выбор широкого спектра оптимальных режимов разрушения с минимальными удельными энергозатратами и максимальной крупностью добытого полезного ископаемого из-за отсутствия соответствующего регулирования скорости резания машины.

Наиболее желательным вариантом регулирования нагрузки горной машины является изменение скоростей подачи и резания в режиме экстремального регулирования, при котором выбор соотношения этих скоростей осуществляется непрерывно в процессе работы машины.

В настоящее время наименее разработанным является процесс регулирования горной машины по гипсометрии и мощности пласта. Наиболее острой проблемой процесса автоматизации этих параметров на первом месте стоит проблема датчика уголь-порода.

Среди известных датчиков этого параметра можно назвать следующие.

1. Механические, основанные на принципе вдавливания специального элемента в массив. К этому типу можно отнести и гидромеханические датчики, где используется промежуточный гидравлический цилиндр, давление которого воспринимает чувствительный элемент.

2. Ультразвуковые, основанные на принципе рассеяния и поглощения звуковых волн в горном массиве и состоит из излучателя и приемника, устанавливаемых на различных элементах добывающих установок.

3. Радиоволновые, основанные на принципе различия диэлектрических свойств угля и породы и состоящие из автогенератора радиоволн, антенны и приемника.

4. Радиоизотопные датчики используют принцип комптоновского рассеяния гамма-лучей, при котором эти лучи частично поглощаются, а частично отражаются от поверхности пород в зависимости от их плотности. Датчики этого типа состоят из источника радиоактивного излучения и приемника отраженной радиации в виде газоразрядного счетчика.

Все перечисленные датчики, как правило, требуют бесконтактной передачи информации от рабочего органа на элемент сравнения для обработки и выдачи исполнительных команд, надежность работы которых из-за помех требуют желать лучшего. Следует также сказать, что кроме механических датчиков, которые дают непосредственную информацию о физико-механических свойствах пород, все остальные сообщают косвенную, с большими погрешностями, вызванными случайными включениями различных веществ и химических соединений в структуре пласта. Для надежной работы систем автоматического регулирования с названными датчиками применяются достаточно сложные программы, позволяющие корректировать поведение машины при разрушении сложного горного массива.

Стохастический характер физико-механических свойств пласта, его мощности и гипсометрии требует иметь машину способную выбирать оптимальный режим по показателям разрушения и скорости подачи в зависимости от конкретных условий по разрушению данного участка массива, подобно тому, как это решено в автомобиле, где вращение правого и левого ведущих колес происходит в зависимости от внешних, дорожных условий (радиуса поворота, силы сцепления дорога-колесо и т.д.), чего там добиваются применением дифференциального механизма, увязывающего их вращение.

Целью настоящей разработки является создание автоматической горной машины, обеспечивающей снижение энергоемкости процесса разрушения горного массива за счет реализации ударно-режущего способа разрушения с автоматическим выбором оптимального режима разрушения в зависимости от физико-механических свойств данной точки разрушаемого пласта и, соответственно, согласованных усилия и скорости подачи машины на забой, а также позволяющей осуществить доступную возможность автоматического управления машиной по мощности и гипсометрии пласта в экстремальном режиме на основе технической особенности предлагаемого нового органа разрушения, позволяющей ему выполнять функцию датчика "уголь-порода".

Прототипом для такой машины взят шнековый комбайн (а.с. 1328510 от 1985 г. Е 21 С 27/00).

Предлагается создать горную машину с рабочим органом сложной конструкции, в котором сочетаются положительные особенности шнекового, барабанного и планетарного органов разрушения, т.е. возможность установки большого количества инструментов в одну из линий резания, как в барабане; обеспечивающего хорошие транспортно-погрузочные особенности, как в шнеке, и реализующего экономичный ударно-режущий способ разрушения, как в планетарном органе проходческого комбайна ПКГ-3.

Прототипом рабочего органа для такой машины взят шнек со своим приводным валом.

Для решения поставленной задачи предлагается оснастить шнек редуктором-формирователем траекторий, закрепив его корпус между самим шнеком и его валом. Снаружи корпуса редуктора-формирователя траекторий со стороны спиралей шнека, в пределах наружного контура кольца этих спиралей, в специально сделанных в них для этого вырезах, по окружности расположить несколько режущих барабанов и закрепить их на дополнительные валы, установленные в корпусе редуктора-формирователя траекторий параллельно оси шнека. На дополнительные валы режущих барабанов внутри корпуса редуктора-формирователя траекторий закрепить шестерни. Эти шестерни кинематически связать с зубчатым колесом органа, закрепленном на промежуточном дополнительном валу, проходящем внутри вала шнека.

Для обеспечения автоматического выбора оптимального режима разрушения, в зависимости от физико-механических свойств массива, привод промежуточного дополнительного вала с зубчатым колесом кинематически связать с солнечным колесом несимметрично дифференциального механизма привода, а привод вала шнека осуществить от венечного колеса того же дифференциального механизма привода. Сам дифференциальный механизм привода работает от двигателя, момент которого приложен к водилу названного механизма. В процессе работы органа по разрушению массива выходные элементы дифференциального механизма привода (венечное и солнечное колеса) будут увязывать частоты вращения, соответственно, шнека и режущих барабанов.

Анализ кинематической схемы полученного органа разрушения позволяет заключить, что данный механизм органа является дифференциальным, позволяющим суммировать векторы угловых частот шнека и режущих барабанов и, в результате, получать сложное движение кромок режущих инструментов. Конструкция органа дает возможность производить разрушение массива ударно-режущим способом последовательными отдельными выемками, расположенными по дуге окружности внутри цилиндра разрушения с автоматическим выбором траектории движения кромок инструментов по кривым сложной формы, представляющими собой отрезки, в том числе и точечные, некоторых трохоид.

Подачу комбайна на забой, согласованную с вращением шнека, предлагается осуществить от трансмиссии вала шнека путем отбора момента на нужды системы подачи в любой точке кинематической цепи привода шнека.

В механизме предложенного органа разрушения корпус редуктора-формирователя со шнеком является водилом органа, а режущие барабаны выполняют роль сателлитов.

Принцип работы органа заключается в следующем.

При наличии одновременного встречного вращения шнека (водила органа) и режущих барабанов (сателлитов) через зубчатое колесо, закрепленное на промежуточном дополнительном валу, а такое вращение возможно в том случае, когда на валах солнечного и венечного колес, дифференциального механизма привода органа разрушения, моменты, вызванные реактивными сопротивлениями массива, препятствующими вращению режущих барабанов (сателлитов) и шнека (водила органа) приблизительно равны, режущие кромки инструментов, закрепленных на режущих барабанах совершают сложное движение по траекториям отрезков некоторых нестабильных трохоид, форма которых в любой момент может изменяться в зависимости от соотношения частот вращения шнека (водила органа) и режущих барабанов (сателлитов). Кривые этих траекторий расположены в плоскости вращения элементов органа. При таком движении массив разрушается последовательно отдельными выемками сложной формы, расположенными по дуге окружности, т.е. реализуется ударно-режущий способ разрушения.

В работе автоматического комбайна могут иметь место следующие случаи.

1. Если, в силу условий работы органа разрушения, высокая твердость массива будет препятствовать активному внедрению инструментов и произойдет полная остановка шнека (водила органа), то в этом случае режущие барабаны станут вращаться с максимальной частотой, реализуя близкий к чисто режущем (скалывающему) режим разрушения, т.е. орган работает как обойма из режущих барабанов в скалывающем режиме. Подача комбайна на забой и выгрузка отбитой массы в этом случае не осуществляется совсем.

2. При условии, когда большая вязкость разрушаемого массива будет препятствовать вращению режущих барабанов с инструментами и барабаны (сателлиты) полностью остановятся, то в этом случае шнек (водило органа) станет вращаться с максимальной частотой, реализуя близкий к чисто ударному, точнее будет это ударно-отрывной, режим разрушения. Траектории режущих кромок инструментов в этом случае будут представлять собой эпициклоиды или близкие к ней трохоиды, т. е. орган работает как планетарный орган разрушения со стабильными траекториями, форма которых зависит от геометрических размеров элементов органа разрушения. Скорость подачи комбайна на забой и скорость выгрузки отбитой массы при этом будут максимальными.

3. Многообразие промежуточных режимов разрушения массива ударно-режущим способом будет обеспечено автоматически по двум факторам: величине элемента сопротивления внедрению кромки инструмента в массив от момента на приводе шнека (водиле органа), который обеспечивает выбор толщины элементарной стружки; и величине элемента сопротивления срезу (скалыванию) от воздействия момента на приводе режущих барабанов (сателлитов) выбор скорости резания. Оба названные сопротивления характеризуют массив, его физико-механические свойства, поэтому процесс автоматизации выбора режима разрушения обеспечивается внешними условиями. Скорость подачи комбайна на забой и скорость выгрузки отбитой массы при этом будут пропорционально увязаны с частотой вращения шнека (водила органа).

Применив дифференциальный привод, увязывающий вращение шнека (водила органа) совместно с системой подачи комбайна на забой и режущих барабанов (сателлитов) в любой момент работы органа, получим возможность автоматического выбора траекторий движения режущих кромок инструментов, толщины элементарной стружки и направление ее снятия, а также усилия и скорости подачи, в зависимости от физико-механических свойств разрушаемого массива, т. е. в каждый момент работы комбайна выбирается такая форма траектории, связанная с ней толщина элементарной стружки и скорость резания, а также скорость и усилие подачи, которые необходимы для разрушения именно этого участка массива в наиболее экономичном режиме. Система в этом случае работает мягко, перестраиваясь автоматически, сообразуясь с внешними условиями.

Особенность принципа работы предложенного органа разрушения позволила установить, что дифференциальный орган разрушения с автоматическим выбором режима работы является анализатором физико-механических свойств горного массива и может быть использован в качестве датчика контакта "уголь-порода" в системах управления комбайном по мощности и гипсометрии пласта. Функции датчика "уголь-порода" можно осуществить путем считывания частот вращения шнека (водила органа) и режущих барабанов (сателлитов), например, посредством широко известных, надежных тахогенераторных датчиков. После сопоставления этих частот, являющихся оперативной информацией физико-механических свойств данной точки пласта и их логической обработки в соответствующих устройствах систем управления, должна выдаваться команда на работу органа в непосредственной близости контакта "уголь-порода" по известным принципиальным схемам таких систем (см. Батицкий В.А.и др. "Автоматизация производственных процессов на шахтах", с.6 12 и 104 114, а также Поспелов Л.П. "Рудничная автоматика и телемеханика", с.12 14 и 85 87). В случае касания режущим инструментом, например более прочных пород кровли или почвы, при этом резко изменится соотношение частот вращения водила органа и барабанов, должна выдаваться команда на малое перемещение органа в угольный пласт, с последующими постоянными пробными подводами рабочих органов комбайна к контакту "уголь-порода", т. е. в предложенной машине будет осуществлено экстремальное автоматическое регулирование по скорости подачи (частоте вращения шнека - водила органа) и скорости резания (частоте вращения режущих барабанов сателлитов) за счет наличия дифференциального механизма привода органа, а управление рабочими органами по мощности и гипсометрии пласта будет осуществлено известным образом на основе сравнения частот вращения выше названных элементов органа, т.е. шнека и барабанов.

К данному описанию прилагаются чертежи.

На чертежах фигуры 1 и 2 дается кинематическая схема устройства автоматического горного очистного комбайна с дифференциальным шнеко-барабанным органом разрушения и системой подачи на забой, согласованной с вращением шнека (водила органа), причем на фигуре 2 показан вид на комбайн со стороны забоя.

На фигуре 3 дана примерная блок-схема управления комбайном по мощности и гипсометрии пласта, в которой предложенный рабочий орган будет выполнять функции датчика "уголь-порода" на основе сравнения частот вращения элементов органа разрушения.

На фигуре 4 дана схема компоновки комбайна, пригодного для работы в забое по двухсторонней, челночной схеме выемки полезного ископаемого.

Как следует из чертежа (фиг.1 и 2), орган разрушения состоит из обечайки барабана шнека 1, на которой жестко закреплены три спирали 2. К обечайке барабана шнека 1 и спиралям 2 также жестко прикреплен корпус редуктора-формирователя траекторий 3, к которому с другой стороны жестко прикреплен полый вал шнека 4. Т.о. в кинетическом плане шнек, т.е. обечайка барабана шнека 1, спирали 2, корпус редуктора-формирователя траекторий 3 и вал 4 пpедставляют собой одно целое и являются корпусом 1 4 органа разрушения, который, в целом, выполняет функцию водила органа разрушения. В корпусе редуктора-формирователя траекторий 3 на соответствующих подшипниковых опорах установлены три дополнительных вала 5, на которых со стороны спиралей шнека закреплены режущие барабаны 6, оснащенные инструментами 7. Режущие барабаны 6 выполняют роль сателлитов органа разрушения. На других концах валов 5, внутри корпуса редуктора-формирователя 3, закреплены шестерни 8 для привода режущих барабанов 6. Шестерни 8 сцеплены с зубчатым колесом 9, закрепленном на одном конце сплошного промежуточного дополнительного вала 10, пропущенного внутри вала шнека 4. Вал шнека 4 и промежуточный дополнительный вал 10 вторыми концами установлены в корпусе 11 поворотного редуктора-рукояти, надетого в свою очередь на выходной вал 12 венечного колеса 13 дифференциального механизма привода органа, который установлен в корпусе приводов комбайна, Т.о. вал 12 венечного колеса 13, является опорой для корпуса 11 поворотного редуктора-рукояти вместе с органом разрушения 1 ^oC 10. На вторые концы валов 4 и 10 в корпусе 11 поворотного редуктора-рукояти соответственно закреплены ведомые шестерни 15 и 16. Шестерня 15 для привода вала шнека 4 (водила органа) через паразитную шестерню 17, установленную на оси 18 кинематически связана с валом 12 венечного колеса 13 дифференциального механизма привода посредством ведущей шестерни 19, которая закреплена на втором конце вала 12. В свою очередь шестерня 16 для привода режущих барабанов 6, закрепленная на промежуточном дополнительном валу 10 через паразитную шестерню 20, установленную также на оси 18, кинематически связана с валом 21 солнечного колеса 22 дифференциального механизма привода посредством ведущей шестерни 23. Момент от двигателя 24 привода дифференциального механизма подводится к водилу 25 этого механизма посредством трансмиссии из ведущей шестерни 26, закрепленной на выходном валу 27 двигателя 24 и ведомой шестерни 28, жестко скрепленной с водилом 25, на осях которого установлены сателлиты 29 дифференциального механизма привода комбайна.

Для нужд системы подачи комбайна на забой производится отбор момента от венечного колеса 13 дифференциального механизма привода посредством жестко скрепленной с ним ведущей шестерни 30. Шестерня 30 сцеплена с ведомой шестерней 31, закрепленной на входном валу 32 реверсивного редуктора 33 привода подачи. На выходном валу 34 привода подачи закреплено цевочное колесо 35 системы подачи, которое находится в зацеплении с зубчатой рейкой 36 этой системы, проложенной по длине забоя.

На валу 21 солнечного колеса 22 дифференциального механизма привода закреплен датчик 37 контроля частоты вращения режущих барабанов 6 (датчик скорости резания). На входном валу 32 реверсивного редуктора подачи 33 закреплен датчик 38 контроля частоты вращения шнека (водила органа), который является одновременно и датчиком скорости подачи на забой.

Для сервисных нужд комбайна смазка, привод гидравлических исполнительных механизмов в корпусе приводов 14 комбайна установлен гидравлический насос 39 с приводом от двигателя 24 посредством ведомой шестерни 40, закрепленной на выходном валу насоса 41 и сцепленной с ведомой шестерней 28 трансмиссии двигателя 24.

На чертеже фиг.3, в качестве примера, дана известная блок-схема системы управления и регулирования комбайна по мощности и гипсометрии пласта.

Как и любая система автоматического регулирования (см.Поспелов Л.П. "Рудничная автоматика и телемеханика", с.12 14 и 85 87), она имеет замкнутый контур элементов, включающих в себя задатчик режима работы 42, элемент сравнения 43, представляющий собой логическое устройство, управляющий элемент 44, представляющий собой промежуточное устройство для управления исполнительным элементом 45 (сервоприводом), а также регулирующий элемент, в качестве которого используется корпус 11 поворотного редуктора-рукояти, управляющего положением рабочего органа 1^oC10 комбайна в забое.

Система обратной связи комбайна обеспечивается сложной схемой, состоящей из нескольких измерительных элементов, в качестве которых использованы датчик нагрузки двигателя 46, а также вышеупомянутыми датчиком 37 контроля частоты вращения режущих барабанов 6 (датчик скорости резания) и датчиком 38 контроля частоты вращения корпуса 1^oC4 (водила органа) датчиком скорости подачи комбайна на забой 47.

Из схемы взаимодействия элементов следует, что при воздействии забоя 47 на комбайн 1 ^oC 46 сигналы от датчика 37 контроля частоты вращения режущих барабанов 6 (скорости резания) и от датчика 38 контроля частоты вращения корпуса 1^oC4 (водила органа) скорости подачи, а также от датчика нагрузки двигателя 46 и задатчика режима работы 42 подаются на логическое устройство 43, в котором, в зависимости от соотношения частот вращения элементов органа и нагрузки на двигатель, вырабатывается сигнал для воздействия через управляющий элемент 44 на сервопривод 45, в качестве которого может быть использован гидравлический домкрат или иное подобное устройство, способное перемещать поворотный редуктор-рукоять 11 по мощности пласта полезного ископаемого вокруг оси валов 12 и 21.

На чертеже фиг.4 дается схема компоновки горного комбайна, обеспечивающего возможность работы по челночной схеме отработки забоя.

Из чертежа следует, что в конструкцию комбайна входят два дифференциальных механизма привода 14, два поворотных редуктора-рукояти 11, два органа разрушения 1^oC10 (рабочие органы), две системы подачи 30^oC36, два двигателя 24, два логических устройства 43, воздействующих на соответствующие две системы регулирования 42^oC46 и два исполнительных гидравлических домкрата 45, т. е. имеем две независимые системы очистной машины (комбайна). Для привода машины (комбайна), его дифференциальных механизмов привода, можно использовать как раздельные двигатели, так и однодвигательный привод.

Компоновка по двухдвигательной схеме дает возможность независимого контроля и управления положением рабочих органов по мощности и гипсометрии пласта, независимый выбор режима разрушения каждого органа и полную отработку всего пласта за проход комбайна в одну сторону. Поскольку обе системы подачи через колеса 35 замкнуты между собой на рейку 36 системы, то при некоторых условиях работы дифференциальный привод менее нагруженного рабочего органа будет отдавать на нужды подачи более высокий момент, автоматически разгружая при этом своего партнера, т.е. подача на забой и работа органов по разрушению массива будет осуществляться дифференцированно.

Работа одного из органов комбайна происходит следующим образом (см.фиг.1 и 2).

При одновременном встречном вращении режущих барабанов 6 и корпуса 1^oC4 (водила органа), а такое возможно в том случае, когда на выходном валу 12 венечного колеса 13 и выходном валу 21 солнечного колеса 22 дифференциального механизма привода, моменты, вызванные реактивными сопротивлениями массива, препятствующими вращению режущих барабанов 6 и вращению корпуса 1^oC4 (водила органа) совместно с подачей комбайна на забой, окажутся приблизительно равны, режущие кромки инструментов 7 будут совершать сложное движение по траекториям некоторых нестабильных трохоид, форма которых в любой момент может измениться в зависимости от реакции массива, вызывая изменение соотношения частот вращения режущих барабанов 6 (сателлитов органа разрушения) и корпуса 1^oC4 (водила органа) за счет наличия кинематической связи посредством ряда шестерен 8, 9, 13, 16, 20 привода барабанов 6 и соответственного ряда шестерен 12, 14, 15 привода корпуса 1^oC4 с дифференциальным механизмом 13, 22, 25, 29 привода комбайна. При таком движении элементов органа разрушения, массив разрушается отдельными выемками сложной формы, расположенными по дуге окружности обработки забоя, осуществляя одновременно подачу комбайна на забой, пропорционально частоте вращения шнека посредством кинематической связи венечного колеса 13 дифференциального механизма привода цепочкой шестерен 30 и 31 через реверсивный редуктор подачи 33 с цевочным колесом 35 и далее с рейкой 36 системы подачи.

Благодаря наличию привода элементов органа разрушения через дифференциальный механизм, удается увязать частоты вращения режущих барабанов 6 (сателлитов органа) и корпуса 1^oC4 (водила органа) в зависимости от сопротивления разрушаемого массива компонентам сложного движения режущих кромок инструментов 7, а также скорости и усилия подачи комбайна на забой. Реакция данного участка разрушаемого массива, противодействующая вращению корпуса 1^oC4 (водила органа), создающего ударную составляющую процесса разрушения зависит от показателя твердости (в горном деле крепость) данного участка разрушаемого массива. Реакция этого же участка разрушаемого массива, противодействующая вращению режущих барабанов 6, создающих режущую составляющую процесса разрушения, зависит от показателя вязкости (в горном деле сопротивляемость резанию) данного участка разрушаемого массива. В предложенном автоматическом органе разрушения будет преобладать та составляющая процесса разрушения, которая создает меньшее противодействие на элементы дифференциального механизма привода, позволяя менее нагруженному элементу органа разрушения вращаться с большей частотой. В конечном итоге частоты вращения режущих барабанов 6 и корпуса 1^oC4 (водила органа) и, следовательно, режим разрушения будут зависеть от физико-механических свойств разрушаемого массива, т.е. внешние условия будут управлять выбором оптимального, наиболее экономичного режима работы комбайна.

Управление комбайном по мощности и гипсометрии пласта (см.фиг.3) осуществляется посредством системы программного автоматического управления путем выдачи экстремальных или дискретных команд с заданным временным интервалом на осуществление малых перемещений рабочих органов в пласте полезного ископаемого (см. Батицкий В.А. и др. Автоматизация производственных процессов на шахтах, с.112-114).

Схема работы комбайна при этом происходит следующим образом.

При встрече инструментов 7, например, одного из рабочих органов (см.фиг. 1,2, а также 4) с более прочными вмещающими породами произойдет увеличение нагрузки двигателя, а из-за наличия дифференциального механизма привода 13, 22, 25, 29 резко изменится соотношение частот вращения режущих барабанов 6 (сателлитов органа) и корпуса 1^oC4 (водила органа). Эти возмущения, соответственно воспринятые датчиками 46, 37, 38 будут воздействовать на логическое устройство 43 этого органа, которое согласно своей программы выдаст команду на малое перемещение редуктора-рукояти с органом разрушения 1^oC10 в сторону пласта полезного ископаемого посредством, например, гидравлического домкрата 45. Повторная встреча с породным выступом произведет повторное действие, аналогичное описанному выше. При наличии препятствий в системе подачи (заклинивание цевочного колеса 35 на рейке 36, или на упоре комбайна в грудь забоя) произойдет резкое падение частоты вращения корпуса 1^oC4 (водила органа) до нуля, но частота вращения режущих барабанов 6 (сателлитов органа) при этом возрастет до максимальной. При наличии соответствующей программы логическое устройство в этом случае будет выдавать команду на аварийную остановку комбайна.

При отсутствии возмущений, т.е. орган разрушения работает только по разрушению полезного ископаемого, логическое устройство 43 по программе с заданным временным интервалом выдает дискретные команды на поиск границы контакта "уголь-порода" с последующим малым уводом органа разрушения в пласт полезного ископаемого с целью предотвращения неоправданного износа (затупления) режущих кромок инструментов. Второй орган разрушения комбайна работает аналогичным образом, независимо от режима работы партнера.

Поскольку обе системы подачи комбайна механически связаны через цевочные колеса 35 с рейкой 36, то эта особенность дает возможность автоматически разгружать более нагруженный орган разрушения комбайна, рационально перераспределять моменты дифференциальных приводов, идущих на нужды подачи.

Комбайн с предлагаемым органом разрушения, в сравнении с комбайнами оснащенными шнековыми и барабанными органами резания, в которых используется способ скалывания (строгания), позволяет ожидать увеличения скорости резания и повышения надежности инструмента из-за прерывистой работы по разрушению, а также существенного снижения удельных энергозатрат, идущих на разрушение за счет использования ударно-режущего способа разрушения с автоматическим выбором режима разрушения, в процессе которого реализуется физика криволинейных зависимостей ускорения по законам тригонометрических функций и обеспечивающего снятие элементарных стружек в сторону ранее полученного обнажения.

Применение комбайна с данным типом органа разрушения в горнодобывающей промышленности для разрушения пластов полезного ископаемого при их выемке, кроме названных показателей, позволяют ожидать получения относительно более крупного скола. Это должно снизить пылеобразование, улучшить санитарные условия труда. Существующие органы разрушения, использующие способ скалывания, являются источниками большого количества мелкодисперсной пыли.

Кроме названной отрасли предложенный тип органа разрушения может быть применен в строительстве на машинах по разрушению грунта, в сельскохозяйственной технике на машинах по обработке почвы, в коммунальном хозяйстве на машинах по разрушению корки льда или слежавшегося снега на дорогах, тротуарах, взлетно-посадочных полосах аэродромов, возможно, в машиностроении при черновой обработке слоистых и хрупких материалов.

Для пояснения принципа работы органа разрушения к данному описанию дается приложение "КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ", раскрывающие особенности взаимодействия органа разрушения и забоя при фиксированных частотах вращения корпуса (водила органа) и режущих барабанов (сателлитов органа), т.е. с принудительными, заранее заданными режимами работы органа. ЫЫЫ2

Использование: в горно-добывающей промышленности при добыче полезных ископаемых. Сущность изобретения: горный очистной комбайн включает шнек, оборудованный несколькими режущими барабанами закрепленными консольно на дополнительных валах, установленных во встроенном между валом и шнеком корпусе редуктора формирователя траекторий. Последний состоит из закрепленных на другом конце вышеназванных дополнительных валов шестерен и сцепленного с ними зубчатого колеса, закрепленного на промежуточном дополнительном валу, проходящем внутри полого вала шнека, установленного в корпусе поворотного редуктора-рукояти и связанного с редуктором привода. Привод режущих барабанов и корпуса шнека осуществлен через известные кинематические связи солнечного и венечного колец дифференциального механизма привода, автоматически увязывающего частоты вращения барабанов и шнека в зависимости от физико-механических свойств разрушаемого массива. Подача комбайна на забой может осуществляться от трансмиссии привода вала шнека в пропорциональной зависимости от частоты вращения шнека. Комбайн может использоваться как датчик границы контакта "уголь-порода" в системе для автоматического управления комбайном по мощности и гипсометрии пласта. 2 з.п.ф., 4 ил.

1. Горный очистной комбайн, включающий шнек, вал которого установлен в корпусе поворотного редуктора-рукоятки и кинематически связанный с редуктором своего привода, а также систему подачи, отличающийся тем, что шнек снаружи в пределах окружности внешнего контура его спиралей оборудован несколькими режущими барабанами, закрепленными консольно на дополнительных валах, установленных во встроенном между валом и шнеком корпусе редуктора формирователя траекторий, который состоит из закрепленных на другом конце выше названных дополнительных валов шестерен и сцепленного с ними зубчатого колеса, закрепленного на промежуточном дополнительном валу, проходящем внутри полого вала шнека, причем привод режущих барабанов, а также корпуса шнека через известные кинематические связи осуществлен, например, соответственно от солнечного и венечного колес дифференциального механизма привода, посредством которого автоматически увязываются частоты вращения режущих барабанов и шнека в зависимости от физико-механических свойств разрушаемого массива. 2. Комбайн по п. 1, отличающийся тем, что подача комбайна на забой осуществлена от трансмиссии привода вала шнека в пропорциональной зависимости от частоты вращения шнека. 3. Комбайн по п. 1, отличающийся тем, что он обладает свойствами для анализа физико-механических свойств разрушаемого массива и используется как датчик границы контакта уголь порода в системе для автоматического управления комбайном по мощности и гипсометрии пласта.