СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ, МОНОЛИТОВ И МАССИВОВ И РАБОЧИЙ ОРГАН ГОРНОГО ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА Российский патент 1997 года по МПК E21C27/02 

Изобретение относится к технике, занимающейся вопросами механического резания и разрушения в основном хрупких и слоистых материалов, монолитов и массивов ударно-режущим способом преимущественно в условиях применения в отрасли горнодобывающей промышленности.

Известен способ разрушения с помощью очистных комбайнов [1] с использованием скалывания по принципу работы фрезы. Такие органы разрушают массив внутри цилиндрической поверхности с плоскими траекториями режущих кромок инструментов по циклоидам, форма которых мало отличается от окружности.

Наиболее близким из известных является способ механического разрушения материалов, монолитов и массивов, включающий воздействие режущими инструментами на массив перемещением их режущих кромок. Способ реализуется рабочим органом горного очистного комбайна, включающим шнек, вал которого установлен по центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода [2] При этом образуется линейная поверхность с гребешками и выемками, остающаяся после прохода почти полное попадание данной кромки инструмента в ранее сделанную выемку из-за практически плоских траекторий каждого из инструментов. Такое явление приводит к тому, что почти всегда очередная стружка снимается со дна выемки, т.е. имеет место стабильный фактор блокированного резания. Это увеличивает удельные энергозатраты, так как длина линии отрыва элемента разрушаемого массива и соответственно его площадь, увеличиваются за счет неразрушенных гребешков. Ограниченная энерговооруженность машины заставляет уменьшить толщину стружки или увеличивать количество линий резания, что ведет к неоправданному измельчению разрушенной массы с затратой энергии, к возрастанию пылеобразования.

Поставленной задачи данной разработки являются снижение энергоемкости процесса разрушения массива и уменьшение пылеобразования за счет реализации экономичного перекрестного ударно-режущего способа разрушения с существенным устранением фактора блокированного резания за счет использования встречно-направленных пересекающихся траекторий движения режущих кромок инструментов в зоне разрушения по сложным пространственным кривым, представляющим собой тороидальные винтовые линии, т. е. винтовые линии, уложенные поверхности тора.

Для решения поставленной задачи в способе механического разрушения материалов, монолитов и массивов, включающем воздействие режущими инструментами на массив перемещением их режущих кромок, последние перемещают по тороидальным винтовым линиям правого и левого захода, при этом правый и левый заход последовательно чередуют, а линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. Способ может быть реализован рабочим органом горного очистного комбайна, включающим шнек, вал которого установлен на центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода, причем между шнеком и его валом встроен и жестко с ним связан корпус дополнительного редуктора, в котором на выходных концах дополнительных валов закреплены режущие барабаны, расположенные по окружности в пределах наружного контура спиралей шнека с перекрестным расположением оси вала шнека и осей режущих барабанов, оси соседних режущих барабанов наклонены навстречу друг другу, а закрепленные на дополнительных валах, установленных в корпусе дополнительного редуктора, шестерни связаны с дополнительнымприводом через промежуточный дополнительный вал, установленный в валу шнека, выполненном полым. Шестерни и промежуточные колеса дополнительного редуктора выполнены винтовыми. Дополнительный регулируемый привод связан с режущими барабанами посредством шарнино сочлененных валов. Опорно-подшипниковые узлы ведомых частей этих валов выполнены переставными или поворотными.

На фиг. 1 показан главный вид органа разрушения; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вид со стороны забоя, вид по стрелке Б фиг. 2.

В качестве примера конкретного выполнения представлена схема устройства дифференциального шнекобарабанного органа разрушения с фиксированным расположением режущих барабанов и их кинематической связью с дополнительным приводом посредством винтовых пар зубчатых колес, имеющего по две пары режущих барабанов, оси которых расположены "в елочку", т.е. наклонены друг к другу и имеют встречные углы перекрещивания с осью шнека (водила органа). Режущие барабаны закреплены на дополнительных валах, опертых в корпусе редуктора, формирующего траектории движения режущих кромок инструментов, и расположены на органе консольно без дополнительных опор на обечайке барабана шнека или спиралях.

Предлагаемый орган разрушения состоит из обечайки 1 барабана шнека, на которой жестко закреплены две спирали 2. К обечайке 1 и спиралям 2 также жестко прикреплен корпус дополнительного редуктора 3. Таким образом, в кинематическом плане обечайка 1, спирали 2 и корпус редуктора 3 представляют собой одно целое и являются корпусом органа разрушения, выполняя функцию водила органа. В корпусе дополнительного редуктора 3 на соответствующих подшипниковых опорах установлены две пары дополнительных валов 4 и 5, на которых соответственно закреплены режущие барабаны 6 и 7, оснащенные инструментами 8, и две пары шестерен 9 и 10 для привода этих барабанов. Шестерни 9 винтовым зацеплением кинематически связаны с зубчатым колесом 11, закрепленном на сплошном промежуточном дополнительном валу 12, являющимся выходным валом дополнительного регулируемого привода 13. Шестерни 10 со встречным винтовым заходом зубьев соответственно сцеплены с зубчатым колесом 14, закрепленном также на промежуточном дополнительном валу 12.

Корпус редуктора 3 закреплен на полом валу 15 шнека, одетом на промежуточный дополнительный вал 12. На другом конце вала 15 шнека закреплена ведомая шестерня 16 трансмиссии привода шнека. Шестерня 16 сцеплена с ведущей шестерней 17, закрепленной на валу 18 привода 19 шнека. Привод 19 шнека, дополнительный привод 13 режущих барабанов 6 и 7, атакже трансмиссионные шестерни 16 и 17 установлены в корпусе 20 приводов органа.

Вместо винтового зацепления может быть использовано обычное, в этом случае дополнительный регулируемый привод может быть связан с режущими барабанами посредством шарнирно-сочлененных валов, что также обеспечивает заданные фиксированные углы перекрещивания осей барабанов и шнека. Опорно-подшипниковые узлы ведомых частей шарнирно- сочлененных дополнительных валов 4 и 5 могут быть выполнены переставными или поворотными. Перестраиваемые углы перекрещивания могут обеспечиваться и другими плавными или ступенчатыми механизмами перестановки угла между осями дополнительных барабанов и осью шнека с использованием шаровых либо поворотных подшипниковых узлов и шарнирно-сочлененных валов, которые в необходимых случаях могут быть телескопическими.

Рабочий орган осуществляет способ механического разрушения следующим образом.

Режущие инструменты воздействуют на массив при перемещении их режущих кромок по тороидальным винтовым линиям правого и левого захода, при этом правый и левый заход последовательно чередуют, а линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. Это обеспечивается рабочим органом, в котором при вращении корпуса органа разрушения (поз. 1-3) приводом 19 и при одновременном согласном вращении зубчатых колес 11 и 14 дополнительным приводом 13 (при этом режущие барабаны 6 и 7 имеют вектор вращения, встречный вращению корпуса органа разрушения 1-3) режущие кромки инструментов 8 совершают сложное пространственное движение по винтоподобным траекториям кривых, использующих законы образования трахоид. При таком движении кромок инструменты 8 разрушают массив изнутри поверхности однополостного гиперболоида вращения последовательно отдельными встречно-наклонными "в елочку" выемками переменной глубины.

Целенаправленный выбор векторов вращения приводов 3 и 19 органа, передаточное отношение шестерен 16 и 17 трансмиссии корпуса органа разрушения, передаточное отношение зубчатое колесо 11 шестерня 9 (колесо 14 шестерня 10 соответственно), а также количество и взаимное расположение осей соседних режущих барабанов 6 и 7 на органе и количество инструментов 8 в линии резания каждого барабана с учетом размеров элементов органа, а также углов перекрещивания осей шнека и режущих барабанов дают возможность устанавливать нужный режим работы органа, позволяя задавать толщину элементарной стружки и направление ее снятия как с бермы уступа в выемку, так и со дна выемки на уступ с ослабленной динамикой процесса разрушения, а также существенно устранить фактор блокированного резания.

Для успешной работы рабочего органа регулируемым можно выбрать любой привод или оба одновременно, можно применить однодвигательный привод с соответствующими кинематическими связями посредством коробок передач или сменных шестерен, так как форма и угловой размер элементарной стружки, а также условия ее снятия определяются в основном соотношением векторов угловых частот вращения элементов органа, т.е. его корпуса 1-3 (водила органа) и режущих барабанов.

Предлагаемый орган разрушения по сравнению со шнековым и барабанными, где используется способ скалывания, позволяет ожидать увеличения скорости резания и повышения надежности инструмента по тепловому фактору из-за прерывистой его работы, а также существенного снижения удельных энергозатрат, идущих на разрушение, за счет использования перекрестного ударно-режущего способа разрушения, реализующего физику криволинейных зависимостей ускорения по законам тригонометрических функций типа кориолисовых и обеспечивающего снятие стружки в сторону ранее полученного обнажения, а также за счет использования сложных пространственных траекторий движения режущих кромок инструментов в зоне разрушения, позволяющих значительно устpанить фактор блокированного резания. Изобретение позволяет также ожидать относительно более крупный скол, снизить пылеобразование, улучшить условия труда.

Кроме названной отрасли изобретение может быть применено в строительстве на машинах разрушения грунта, в дорожно-строительных машинах по разрушению старых дорожных покрытий, в коммунальном хозяйстве на машинах по разрушению корки льда или слежавшегося снега на дорогах и тротуарах, в машиностроении при обычной и профильной обработке изделий, в сельскохозяйственной технике на машинах по обработке почвы.

Использование: для механического резания и разрушения материалов, монолитов и массивов, преимущественно в горном деле. Сущность изобретения: способ механического разрушения включает перемещение режущих кромок инструментов по тороидальным винтовым линиям правого и левого захода. Правый и левый заходы последовательно чередуют. Линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. Осуществляющий способ рабочий орган имеет шнек, вал которого установлен по центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода. Между шнеком и его валом встроен и жестко с ним связан корпус дополнительного редуктора. В нем на выходных концах дополнительных валов закреплены режущие барабаны, расположенные по окружности в пределах наружного контура спиралей шнека с перекрестным расположением оси вала шнека и осей режущих барабанов, при этом оси соседних режущих барабанов наклонены навстречу друг другу, а закрепленные на дополнительных валах в корпусе дополнительного редуктора шестерни связаны с дополнительным регулируемым приводом через промежуточный вал, установленный в полом валу шнека. Шестерни и промежуточные колеса могут быть выполнены винтовыми. Дополнительный регулируемый привод может быть связан с режущими барабанами шарнирно- сочлененными валами. Опорно-подшипниковые узлы ведомых частей шарнирно-сочлененных валов могут быть выполнены переставными или поворотными. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ механического разрушения материалов, монолитов и массивов, включающий воздействие режущими инструментами на массив перемещением их режущих кромок, отличающийся тем, что режущие кромки инструментов перемещают по тороидальным винтовым линиям правого и левого заходов, при этом правый и левый заходы последовательно чередуют, а линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. 2. Рабочий орган горного очистного комбайна, включающий шнек, вал которого установлен по центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода, отличающийся тем, что между шнеком и его валом встроен и жестко с ним связан корпус дополнительного редуктора, в котором на выходных концах дополнительных валов закреплены режущие барабаны, расположенные по окружности в пределах наружного контура спиралей шнека с перекрестным расположением оси вала шнека и осей режущих барабанов, при этом оси соседних режущих барабанов наклонены навстречу друг другу, а закрепленные на дополнительных валах, установленных в корпусе дополнительного редуктора, шестерни связаны с дополнительным регулируемым приводом через промежуточный дополнительный вал, установленный в валу шнека, выполненном полым. 3. Рабочий орган по п.2, отличающийся тем, что шестерни и промежуточные колеса дополнительного редуктора выполнены винтовыми. 4. Рабочий орган по п.2, отличающийся тем, что дополнительный регулируемый привод связан с режущими барабанами посредством шарнирно сочлененных валов. 5. Рабочий орган по п.4, отличающийся тем, что опорно-подшипниковые узлы ведомых частей шарнирно сочлененных дополнительных валов выполнены переставными или поворотными.