ПЛАНЕТАРНО-ШНЕКОВЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ГОРНОГО ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА Российский патент 1996 года по МПК E21C27/02 

Изобретение относится к средствам механизации очистных работ в угледобывающей промышленности, в частности к очистным комбайнам, работающим в комплексно-механизированных лавах, и может быть использовано при разработках других пластовых месторождений, например, калийных солей.

Известен исполнительный орган очистного комбайна [1] включающий рабочие органы барабанного типа, рукоять, коромысло на рукояти. Барабаны расположены по концам коромысла, которое не имеет кругового вращения (почему и не является водилом), но может поворачиваться вокруг оси на некоторый угол и фиксироваться в любом положении в пределах заданного сектора поворота. Двигатель привода барабанов расположен в корпусе комбайна, трансмиссия идет по рукояти.

Такая конструкция оставляет неизменной распространенную блокированную схему работы барабанов в уступе забоя, а следовательно, и энергоемкость резания, которая является определяющим параметром рабочих органов.

Наиболее близким заявляемому техническим решением является планетарно-роторный исполнительный орган горного комбайна [2] включающий рукоять, многорычажное водило, многорычажную втулку, качалки на концах рычагов водила, роторы на концах качалок, тяги и гидроцилиндры. Двигатель привода роторов и водила размещен в корпусе комбайна. Регулирование высоты исполнительного органа осуществляется изменением расстояния осей роторов от оси вращения водила.

Такая конструкция исполнительного органа не достигает поставленной цели ее создания по следующим причинам:
1. Конструкция планетарно-роторного исполнительного органа горного комбайна чрезмерно сложна.

2. Размещенные на исполнительном органе в месте погрузки угля тяги, качалки, втулка, гидроцилиндры, отдаляют роторы от борта конвейера на расстояние свыше нормативного.

3. Конструктивное соотношение между диаметром роторов и высотой регулирования принято обратным, т.е. чем больше высота, тем меньше диаметр роторов. Например, чтобы получить указанные пределы регулирования высоты 2,0 - 5,0 м, необходимо иметь роторы диаметром не более 0,9 м, что на существующих мехкомплексах с высотой борта 0,42 м делает нагрузку невозможной.

4. В кинематической схеме заложена прямая связь передач между роторами и водилом, имеющими один привод с одним двигателем. Остановка водила при вращающихся роторах и наоборот исключены, как и независимое изменение скорости вращения водила, что не позволяет оптимизировать толщину стружки. Соотношение векторов скоростей роторов, водила и подачи таково, что для обеспечения на практике требуемой производительности скорость резания должна будет на порядок превосходить предельно допустимую.

5. Исполнительный орган установлен посередине комбайна и находится в пределах его корпуса, что вынуждает вести погрузку угля в щель между корпусом комбайна и бортом конвейера. В случае работы по челноку, режим погрузки при движении комбайна в одном из двух противоположных направлений полностью нарушается.

Изобретение направлено на решение следующих задач:
1. Упрощение конструкции и совершенствование планетарно-шнекового исполнительного органа горного очистного комбайна.

2. Снижение в кратное число раз энергоемкости разрушения угля шнеками.

3. Улучшение погрузки угля шнеками на конвейер в условиях добычи угля механизированными комплексами.

Решение поставленных задач обеспечивается за счет того, что в планетарно-шнековом исполнительное органе горного очистного комбайна, включающем рукоять, водило с рычагами, расположенное на конце рукоятки, шнеки, размещенные на концах водила, кинематически связанные через шестерню на валу двигателя, привод шнеков и водила, привод водила установлен на рукояти с возможностью регулировки скорости вращения водила через блок автоматически в функции скорости подачи комбайна, рычаги водила изогнуты в одном направлении в плоскости вращения, а привод водила оснащен стопорным устройством, при этом последняя ступень редуктора водила выполнена в виде открытой пары, где ведомая шестерня соосно охватывает центральную ступицу водила и неподвижно соединена с ней, двигатель вращения шнеков установлен на общей оси с центральной ступицей водила, а шарнир крепления рукояти к корпусу комбайна расположен в верхней части корпуса.

Выполнение водила с изогнутыми в одном направлении в плоскости вращения рычагами дает возможность отстающей паре шнеков работать с эффективной погрузкой угля при заторможенном водиле и касании обоих шнеков почвы пласта. Компоновочная схема комбайна может в этом случае быть представлена в виде базового корпуса с двумя исполнительными органами планетарного типа по его концам.

Стопорный предохранительный механизм стопорит и удерживает водило под любым заданным (0 360^o) углом, а блок автоматики регулирует скорость вращения водила по заложенному в программу блока автоматики закону в зависимости от скорости подачи комбайна ω_вод= f(v_под). Оно позволяет оптимизировать толщину стружки на всех эксплуатационных режимах работы исполнительного органа, т. е. сохранять толщину стружки максимальной при изменениях скорости подачи комбайна, т.е. осуществляется, так называемое, параметрическое регулирование процесса резания угла шнеками. Параметрическое регулирование резко снижает энергоемкость разрушения массива резцами, особенно на малых и средних скоростях подачи. Резерв еще одного, не менее значительного, снижения энергоемкости заложен и в кинематике данного планетарного исполнительного органа. Он состоит в том, что всем трем участвующим в движении исполнительного органа скоростям (1 подачи, 2 вращения шнеков, 3 вращения водила) задаются строго определенные направление, величина и соотношение, т.е. векторы. Так, шнеки и водило опережающего исполнительного органа на комбайне должны вращаться в направлении, согласном с направлением подачи, а отстающего в несогласном, т. е. противоположном, с обязательным соблюдением соотношения n_вод. f(V_под.). При этом линейная и угловая скорость вращения самих шнеков остается неизменной, не подлежит регулировке, ее вектор является постоянным по величине (но не по направлению!). Такая кинематика исполнительного органа позволяет обрабатывать массив резцами по дополнительной, предварительно обнаженной предыдущим шнеком поверхности забоя с выходом резцов на эту поверхность, т. е. изменить непосредственно схему резания угля шнеками в сравнении с повсеместно принятой на отечественных и зарубежных комбайнах схемой работы с блокированными шнеками. Перечисленные технические решения (ПРР и строго определенная кинематика планетарного исполнительного органа) в совокупности обеспечивают трех и более кратное снижение удельной энергоемкости процесса резания.

Предлагаемый планетарный исполнительный орган очистного комбайна имеет два порядка работы: а) водило принудительно вращается от привода водила; б) водило при остановленном двигателе водила застопорено под углом от 0 до 90^o к почве пласта. Если водило отстающего исполнительного органа комбайна застопорено под углом, например, +15^o или -15^o, и один из геков идет по почве, что на практике, безусловно, будет часто применяться, то решающее значение приобретает изогнутость формы рычагов водила, так как она позволяет открыть погрузочное пространство для самого последнего из двух шнеков на отстающем исполнительном органе и беспрепятственно грузить им последний остаток угля за комбайном. Итак, расположение шарнира крепления рукояти в крайнем верхнем положении относительно остова комбайна в сочетании с изогнутой, т.е. симметрично отклоненной от прямолинейной, формой обоих рычагов водила создает полностью открытое погрузочное пространство для пары шнеков на отстающем исполнительном органе комбайна и особенно для самого последнего, идущего вторым в этой паре, который выполняет задачу окончательной зачистки почвы пласта перед передвижкой конвейера. Для остальных трех шнеков на комбайне, идущих впереди самого последнего, беспрепятственная погрузка полностью гарантирована компоновкой исполнительного органа.

В редуктор привода водила перед первой ступенью передач встроен стопорный механизм, который очень прочно ("намертво") удерживает водило в случае технологической необходимости под любым (0 360^o) углом к почве пласта. Такая необходимость возникает при прохождении пережимов пласта, при выемке пласта близкой к минимальной для данного типоразмера комбайна мощности, при встрече с породными включениями, при выравниваниях наклонившегося комбайна, при оконтуривании прилегающих штреков, при замене резцов и в других случаях.

Последняя ступень редуктора представляет собой открытую, т.е. расположенную вне картера, зубчатую пару шестерен, причем последняя из них, ведомая, неподвижно и венцеобразно насажена на центральную ступицу водила. Через нее крутящий момент от привода непосредственно передается на водило.

Фиг. 1 планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна; фиг. 2 планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна. Привод водила; фиг. 3 планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна. Привод шнеков; фиг. 4 планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна. Схема разрушения.

На фиг. 1 представлен планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна.

Исполнительный орган (фиг. 1) включает рукоять 1, шарнир 2 соединения рукояти с корпусом комбайна, водило 3, рычаги которого изогнуты в одном направлении в плоскости его вращения, например, S-образно или Z-образно, шнеки 4, привод 5 водила, привод 6 шнеков, блок автоматики 7.

Привод водила (фиг. 2) включает двигатель 8, редуктор 9, стопорное устройство 10, ведущую шестерню 11 открытой пары, ведомую шестерню 12 открытой пары, центральную ступицу 13 водила.

Привод шнеков (фиг. 3) включает двигатель 14, редуктор 15 в ступицах шнеков, редуктор 16 в корпусе водила, шестерню 17 на валу двигателя.

Схема разрушения (фиг. 4) включает планетарно-шнековый исполнительный орган (фиг. 1), обнаженную поверхность пласта в лаве, уступ, стружку, дугу контактирования кромки резца с массивом.

Работа исполнительного органа осуществляется следующим образом.

Рукоять 1 с помощью домкрата устанавливается до достижения требуемой высоты исполнительного органа, приводятся во вращение сначала шнеки 4, затем водило 3 и начинается движение исполнительного органа в направлении подачи на забой с определенной скоростью подачи в пределах от 0 до 10 м/мин, например, со скоростью 6 м/мин. Блок регулирования скорости вращения водила 7 (фиг. 1) автоматически устанавливает число оборотов водила, соответствующее скорости подачи 6 м/мин по заданной программе. При изменении скорости подачи с 6 м/мин до, например, 2 м/мин блок автоматики практически мгновенно отслеживает и устанавливает иную скорость вращения водила, сохраняя прежнюю толщину стружки (фиг. 4). Кромки резцов на шнеке движутся по траекториям, которые представляют собой эпициклоиды, наложенные на циклоиды. Дуги контактирования резцов с массивом при такой схеме работы менее 90^o, в то время как в обычных, непланетарных исполнительных органах они равны 180^o. Команда с пульта управления на стопорение водила подается в зависимости от выполняемой технологической операции и или горно-геологических условий в лаве. Стопорение производится с помощью стопорного устройства 10, которое расположено в редукторе привода водила перед первой его ступенью.

После прохода шнека сверху вниз, на забое остается уступ в форме полуарки. Эти периодические эквидистантные поверхности образуются заново после прохода каждого шнека исполнительного органа. ЫЫЫ2

Сущность изобретения: планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна имеет расположенное на конце рукояти водило с рычагами, изогнутыми в одном направлении в плоскости вращения, и шнеки, расположенные на концах водила. Двигатель вращения шнеков установлен на общей оси с центральной ступицей водила. Шарнир крепления рукоятки к корпусу комбайна расположен в верхней части корпуса. Привод водила установлен на рукояти с возможностью регулировки скорости вращения водила через блок автоматики в функции скорости подачи комбайна и оснащен стопорным устройством. Последняя ступень его редуктора выполнена в виде открытой пары, где ведомая шестерня соосно охватывает центральную ступицу водила и неподвижно соединена с ней. 4 ил.

Планетарно-шнековый исполнительный орган горного очистного комбайна, включающий рукоять, водило с рычагами, расположенное на конце рукояти, шнеки, размещенные на концах водила, кинематически связанные через шестерню на валу двигателя, привод шнеков и водила, отличающийся тем, что привод водила установлен на рукояти с возможностью регулировки скорости вращения водила через блок автоматики в функции скорости подачи комбайна, рычаги водила изогнуты в одном направлении в плоскости вращения, а привод водила оснащен стопорным устройством, при этом последняя ступень редуктора водила выполнена в виде открытой пары, где ведомая шестерни соосно охватывает центральную ступицу водила и неподвижно соединена с ней, двигатель вращения шнеков установлен на общей оси с центральной ступицей водила, а шарнир крепления рукояти к корпусу комбайна расположен в верхней части корпуса.