ГОРНОПРОХОДЧЕСКАЯ МАШИНА С ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИМ РАБОЧИМ ОРГАНОМ Российский патент 1997 года по МПК E21C25/60 

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано в проходческих и очистных комбайнах для разрушения горных пород с вращающимися отбойными головами.

Известны горнопроходческие машины с гидромеханическим рабочим органом с отбойной головкой и резцами, установленным на раме машины с возможностью его перемещения, в двух направлениях посредством гидравлических механизмов подачи (патент ФРГ N 2554844, кл. 21 C 25/60), включающие также насосную станцию и гидрораспределители для подачи рабочей жидкости к приводам механизмов перемещения рабочего органа и источник воды высокого давления, обеспечивающие подачу высоконапорной воды в зону разрушения. Такие горнопроходческие машины и их рабочие органы требуют больших расходов воды, так как зоной разрушения при таком исполнении рабочего органа является весь породный уступ обрабатываемой коронкой в целом.

Известны также гидромеханические резцовые рабочие органы указанных выше машин в которых подача высоконапорной воды осуществляется непосредственно в зону контакта каждого резца вращающейся коронки с забоем.

В таких гидромеханических рабочих органах необходимый расход воды в несколько раз меньше, а подача высоконапорной воды, осуществляется встроенным в корпус вращающейся отбойной головки поршнями, привод которых осуществляется, например, посредством контакта хвостовика поршня, оснащенного роликами с неподвижным кулачком (патент Великобритании N 1481198, кл. E 21 C 25/60, 6.05.1976, патенты аналоги в ФРГ N 2548952 и во Франции N 2289716). Однако для привода такого рабочего органа необходимо иметь трансмиссию и приводной двигатель рассчитанный на привод источника воды высокого давления (насоса) и разрушение пород резцами, что приводит к возрастанию габаритов и металлоемкости рабочего органа. Кроме того это устройство не позволяет управлять зоной подачи воды в рабочем органе, так как кулачек в этом устройстве жестко закреплен на корпусе рабочего органа.

Известен также рабочий орган горного комбайна (патент ФРГ N 3222580, кл. E 21 C 25/60, 1984), включающий корпус с размещенным в нем валом, который выполнен с каналом для подвода жидкости, гидросъемник, повысители давления (закрепленные неподвижно относительно вала), поршни которых опираются на эксцентрик, а распределительный элемент выполнен в виде подпружиненных клапанов, хвостовики которых опираются на установленный на корпусе профильный кулачек.

Однако для привода такого рабочего органа также необходимо имеет трансмиссию и приводной двигатель, рассчитанный на привод повысителей давления воды и механическое разрушение породы, что увеличивает габариты рабочего органа и ограничивает суммарный уровень подводимой мощности, и, следовательно, эффективность разрушения. Кроме того, в данном устройстве также не предусмотрено управление зоной подачи рабочей жидкости, так как кулачек, на который оперты клапаны, жестко закреплен на корпусе, что снижает область эффективного использования данного устройства в реальных рабочих органах горных машин и подача воды высокого давления происходит одновременно ко всем струеформирующим насадкам коронки независимо от направления перемещения рабочего органа, что приводит к излишкам затраты гидравлической энергии и снижает эффективность горнопроходческой машины в целом.

В предлагаемой конструкции горнопроходческой машины устранены отмеченные недостатки за счет того, что, преобразователь давления выполнены в виде мультипликаторов установленных в коронке, гидросъемник и распределитель, установленных на выходном конце вала рабочего органа, причем неподвижная часть распределителя выполнена с четырьмя секторами, которые соединены с насосной станцией гидравлическими магистралями через устройство управления (зоной подачи воды в зависимости от направления перемещения рабочего органа), выполненным в виде четырех последовательно соединенных своими каналами в замкнутую цепь гидравлических клапанов "ИЛИ" причем одна пара противолежащих вершин цепи соединена соответственно с поршневой и штоковой полостью домкрата перемещения в горизонтальном направлении, а другая с поршневой и штоковой полостью домкрата перемещения в вертикальном направлении, а каждый клапан "ИЛИ" своим выходным каналом гидравлически связан с одним из секторов распределительного устройства.

Такое исполнение машины обеспечивает зонную подачу воды высокого давления только на той половине коронки, резцы которой непосредственно контактируют с забоем (в соответствии с направлением движения рабочего органа).

При этом, если гидравлическая связь клапанов "ИЛИ" и зон распределителя выполнена в виде двух гидроуправляемых золотников, магистрали управления которых гидравлически соединены с выходными каналами противолежащих элементов "ИЛИ", а выходные каналы с противолежащими секторами распределения, то гидравлическая энергия затрачиваемая на повышение давления воды подаваемой в зону разрушения каждого резца может подаваться от дополнительного источника с автономным приводом, что позволяет значительно (в 2 и более раз) повысить энерговооруженность машины.

Гидравлические клапаны "ИЛИ" могут быть также выполнены в виде трехходовых трехпозиционных гидравлических золотников, соединенных в замкнутую цепь посредством управляющих магистралей, а выходные каналы каждого золотника соединены с одним из секторов распределителя.

Возможно также исполнение гидравлических клапанов в виде двух пар четырехходовых трехпозиционных гидравлически связанных между собой золотников, причем их управляющие каналы соединены попарно с магистралями управления, а выходные каналы образованы попарным соединение выходных каналов золотников и соединены с секторами распределителя.

На фиг. 1 показана породоразрушающая машина и гидравлическая схема устройства управления зоной подачи рабочей жидкости, выполненная в виде соединенных в замкнутую цепь клапанов "ИЛИ"; на фиг. 2 (место 1) показан разрез рабочего органа породоразрушающей машины, выполненного со встроенными мультипликаторами давления; на фиг. 3 показан поперечный разрез А-А по цапфовому распределителю рабочего органа; на фиг. 4 приведена гидравлическая схема устройства управления зоной подачи рабочей жидкости и показана его связь с распределителем посредством двух гидроуправляемых трехходовых золотников; на фиг. 5 гидравлическая схема устройства управления зоной подачи рабочей жидкости, в котором клапана "ИЛИ" выполнены в виде сервозолотников; на фиг. 6 гидравлическая схема устройства управления зоной подачи рабочей жидкости, в котором клапана "ИЛИ" выполнены в виде четырех гидравлически связанных между собой четырехходовых гидроуправляемых золотников.

Породоразрушающая машина (фиг. 1) состоит из рамы 1, установленной на ходовом механизме 2. На раме 1 установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси (вправо-влево) посредством штока 3 гидродомкрата поворота 4 турель 5. На турели 5 установлена с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси (вверх-вниз) посредством штока 6 гидродомкрата 7 рукоять 8. Штоковая полость 9 и поршневая 10 гидродомкрата поворота 4 посредством гидромагистралей 11 14 гидрораспределителя 15, гидроблока 16 машины связана с напорной 17 и сливной 18 магистралями насосной станции 19, закрепленной на раме 1 машины. Штоковая полость 20 и поршневая 21 гидродомкрата подъема 7 посредством гидромагистралей 22 25 гидрораспределителя 26 гидроблока 16 машины связана с напорной 17 и сливной 18 магистралями насосной станции 19. Машина снабжена устройством управления зоной подачи рабочей жидкости 27 состоящим из четырех гидравлических клапанов "ИЛИ" И1, И2, И3, И4 с запорными элементами 28. Входные каналы клапанов "ИЛИ" соединены между собой в замкнутую цепь и образуют четыре вершины 29 32. Противолежащие вершины 29, 31 устройства управления 27 посредством гидромагистралей 33, 34, и 22, 23 соединены с штоковой 20 и поршневой 21 полостями гидродомкрата 7, а противолежащие вершины 30 и 32 посредством магистралей 35, 36 и 11, 12 с штоковой 9 и поршневой 10 полостями гидродомкрата 4.

Выходные каналы клапанов И1, И2, И3, И4 посредством выходных гидромагистралей 37 40 и магистралей распределителя 41 44 связаны соответственно с секторами 45 -48 корпуса распределителя 49.

На рукояти 8 машины установлен электродвигатель 50, который кинематически связан с редуктором 51 на выходном валу 52, которого закреплена посредством шайбы 53 отбойная головка (фиг. 2) состоящая из корпуса 54, на котором закреплены породоразрушающие инструменты 55 и коллектора 56 с насадками 57. В расточках корпуса 54 закреплены гидравлические мультипликаторы включающие корпус 58, в концентрических расточках которого вставлен поршень 59 с задней стороны мультипликатор закрыт крышкой 60, которая образует рабочую полость низкого давления 61. С противоположной стороны корпуса поршень 59 образует полость высокого давления 62, которая через обратный клапан, выполненный в виде шарика 63 поджатого пружиной 64, посредством каналов 65 в корпусе 66 в валу 52, цапфу 67, гидросъемника 68 и трубопровод 69, связана с источником воды (на чертежах не показан). С другой стороны полость 62 посредством канала в корпусе 58 соединена с коллектором 56. Рабочая полость 61 мультипликатора посредством канала 70, канала 71 в валу 52 цапфу 67, радиальные каналы 72 в цапфе 67 соединена с секторами 45 48 в корпусе распределителя 49 (фиг. 3). Цапфа 67 закреплена неподвижно относительно вала 52. Корпус распределителя 49 и гидросъемника 68 закреплен неподвижно относительно корпуса рукояти 8 и удерживается на цапфе 67 крышкой 73. Вал 52 установлен в корпусе рукояти 8 на подшипниках 74 закрепленных крышкой 75 и посредством закрепленного на валу зубчатого колеса 76, находящегося в зацеплении с шестерней и 77, через (фиг. 1) редуктор 51, кинематически связана с двигателем 50.

Устройство управления зоной подачи рабочей жидкости 27 (фиг. 4) состоит из четырех гидравлических клапанов "ИЛИ" И1, И2, И3, И4 с запорными элементами 28. Входные каналы клапанов "ИЛИ" соединены между собой в замкнутую цепь и образуют четыре вершины 29 32. Противолежащие вершины 29, 31 посредством гидромагистралей 33, 34 и (фиг. 1 22, 23) соединены с штоковой 20 и поршневой 21 полостями гидродомкрата 7, а противолежащие вершины (фиг. 4) 30 и 32 посредством магистралей 35, 36 (фиг. 1) 11, 12 с штоковой 9 и поршневой 10 полостями гидродомкрата 4. Выходной канал (фиг. 4) клапана И1 посредством гидромагистрали 37, а противолежащего ему клапана И3 гидромагистралью 39 соединены с каналами управления золотника 78. Выходной канал клапана И2 посредством гидромагистрали 38, а противолежащего ему клапана И4 гидромагистралью 40 соединены с каналами управления другого золотника 79. Золотники 78 и 79 посредством напорной 80 и сливной 81 гидромагистралей соединены с источником дополнительной гидравлической энергии (на чертеже не показан). Подающие каналы золотника 79 посредством гидромагистралей 42 и 44 соединены соответственно с противолежащими секторами 46 и 48 корпуса распределителя 49, а подающие каналы золотника 78 посредством гидромагистралей 41 и 43 соединены соответственно с противолежащими секторами 45, 47 корпуса распределителя 49.

Устройство управления зоной подачи рабочей жидкости 27 фиг. 5 состоит из четырех трехлинейных золотников 82 85, смежные каналы управления которых попарно соединены и образуют замкнутую цепь с вершинами 30 33. Противолежащие вершины цепи 30 и 32 соединены посредством магистралей 35, 36 и, фиг. 1, магистралей 11, 12 соответственно с штоковой 4 и поршневой 10 полостями гидродомкрата поворота рукояти 4, а противолежащие вершины, фиг. 5, цепи 31, 33 посредством каналов 33, 34 и (фиг. 1) 22, 23 с штоковой 20 и поршневой 21 полостями гидродомкрата "подъема-опускания" рукояти7 Сервозолотники 82 85 посредством напорной 80 и сливной 81 магистралей соединены с источником дополнительной гидравлической энергии (на чертеже не показан).

Подающие каналы сервозолотников 82 85 посредством магистралей 41 44 соединены соответственно с секторами 45 48 корпуса распределителя.

Устройство управления зоной подачи рабочей жидкости 27 (фиг. 6) состоит из четырех четырехлинейных сервозолотников 86 89, которые посредством напорной 80 и сливной 81 магистралей запитаны от источника дополнительной гидравлической энергии (на чертеже не показан). Подающие каналы смежных золотников 86 89 попарно соединены магистралями 90 93 и посредством магистралей 41, 42, 43, 44 соединены соответственно с секторами 45 48 корпуса гидрораспределителя 49.

Каналы управления 94 и 95 сервозолотника 86 и каналы управления 96 и 97 противолежащего сервозолотника 88 попарно соединены и образуют две противолежащие вершины 98 и 99.

Каналы управления 100 и 101 сервозолотника 87 и каналы 102 и 103 противолежащего сервозолотника 89 попарно соединены и образуют две противолежащие вершины 104 и 105. Противолежащие вершины 98 и 99 посредством каналов 34 и 33 и (фиг. 1) каналов 23, 22 соединены соответственно поршневой 21 и штоковой 20 полостями гидродомкрата перемещения "вверх-вниз" 7 рукояти 8. Противолежащие вершины (фиг. 6) 104 и 105 посредством магистралей 35, 36 и (фиг. 1) магистралей 11, 12 соединены соответственно с штоковой 9 и поршневой 10 полостями гидродомкрата поворота 4 поворота вправо-влево турели 5 и рукояти 8.

Горнопроходческая машина работает следующим образом:
После включения электродвигателя 50 (фиг. 1), посредством редуктора 51 и передачи 77-76, приводится во вращение вал 52 с породоразрушающей головкой 49 и установленными на ней инструментами 55, каждому из которых соответствует насадка 57, через которую в зону разрушения данного инструмента может быть подана по коллекторам 56 вода под высоким давлением (фиг. 2).

Для разрушения породного забоя породоразрушающая коронка должна перемещаться вправо, влево, вверх или вниз гидроцилиндрами 4 или 7 (фиг. 1).

Движение головки, например, "вверх", обеспечивается соответствующим перемещением золотника 26. Рабочая жидкость от насосной станции 19 подается при этом по напорной магистрали 17 к золотнику 26 и далее по магистрали 25, 23 в поршневую полость 21 гидроцилиндра 7. Шток гидроцилиндра 6 выдвигается стрела с редуктором 51 поворачиваются вверх.

Одновременно рабочая жидкость поступает по магистрали 34 к вершине 31 устройства управления 27 и далее через клапана И1 и И2 по магистралям 37, 38 к секторам 45 и 46 и далее к каналам расположенным в верхней половине вращающегося вала (фиг. 1 и 3). Поршни мультипликаторов 58, находящихся в верхней половине породоразрушающей головки (фиг. 2), будут при этом совершать рабочий ход, нагнетая воду через соответствующие коллекторы 56 и зоны разрушения всех инструментов находящихся в контакте с забоев при движении вверх.

В это время поршни мультипликаторов, находящихся в нижней половине головки, под давлением воды, поступающей через гидросъемник 68 по каналу 66 совершают взвод, выталкивая рабочую жидкость из поршневых полостей 61 по каналам 71 и сектора 47 и 48, каналам 43 и 44 и далее клапаны И3, И4 канал 33 и 24, золотник 26, и сливному каналу 18 в насосную станцию.

Аналогично при движении породоразрушающей головки в любом из названных направлений осуществляется при вращении головки рабочий ход поршней мультипликаторов и подача воды высокого давления в зону разрушения инструментов на рабочей половине оборота головки в направлении ее движения на забой, а на второй половине оборота происходит завод поршней мультипликаторов и заполнение их рабочих камер водой низкого давления.

При работе устройства управления зоной подачи рабочей жидкости показанному на фиг. 4 рабочая жидкость после выхода из клапанов 41 и 42 по каналам 37 и 38 поступает к гидроуправляемым золотникам 78 и 79, смещает их в рабочее положение, чем обеспечивается поступление и секторам 45 и 46 и затем к мультипликаторам рабочей жидкости от дополнительного источника гидравличской энергии, а также отвод к нему отработанной рабочей жидкости из секторов 47 и 48 в сливную магистраль 81.

При работе устройств управления зоной подачи рабочей жидкости показанных на фиг. 5 и 6 рабочая жидкость по каналу 34 поступает в камеры управления золотников 82 и 83 (фиг. 5) или золотников 86 и 88 (фиг. 6), смещает их в рабочее положение, чем обеспечивается поступление к секторам 45 и 46 и затем к мультипликаторам рабочей жидкости от дополнительного источника гидравлической энергии, а также отвод к нему отработанной рабочей жидкости из секторов 47 и 48 в сливную магистраль 81.

В процессе вращения породоразрушающей головки 54 с мультипликаторами 58 и валом 52 каждый из мультипликаторов в течении половины оборота будет соединен с секторами 45 и 46 и совершает рабочий ход, а в течении второй половины оборота соединен с секторами 47 и 48 и совершает обратное движение (взвод) подготовку к очередному рабочему ходу, при котором вода под высоким давлением через соответствующие коллекторы (56 подается в зону разрушения инструментов 55 через форсунки 56, причем на той стороне коронки, которая при ее движении контактирует с забоем. Таким образом обеспечивается подача воды высокого давления на той половине головки, которая направлена в сторону движения рабочего органа машины.

Предлагаемая конструкция обеспечивает существенное снижение расхода воды, эффективность использования энергии воды высокого давления подводимой в зону разрушения, а также значительное повышение энерговооруженности процесса разрушения без увеличения механических нагрузок на рабочий орган и корпус машины, а следовательно повышение устойчивости машины при ее взаимодействии с породным забоем.

Использование: в проходческих и очистных комбайнах для разрушения горных пород с вращающимися отбойными головками. Сущность изобретения: горнопроходческая машина имеет раму, гидромеханический рабочий орган с резцовой коронкой, механизмы перемещения рабочего органа с гидроприводами, насосную станцию, гидрораспределителя для подачи жидкости к приводам механизма перемещения, преобразователь давления с устройством подачи воды высокого давления к насадкам. Преобразователь давления выполнен в виде мультипликаторов, установленных в коронке, гидросъемника и распределителя, установленных на входном конце вала рабочего органа. Неподвижная часть распределителя выполнена с четырьмя секторами, которые соединены с насосной станцией гидромагистралями для подачи воды к мультипликаторам через устройство управления. Последнее выполнено в виде четырех соединенных входными каналами в мостовую схему гидравлических клапанов "ИЛИ". Противоположные пары входов соединены с соответствующими входами гидравлических приводов механизмов перемещения рабочего органа. Каждый клапан "ИЛИ" выходным каналом соединен с одним из секторов распределителя. Связь клапанов "ИЛИ" может быть выполнена в виде двух гидроуправляемых золотников, магистрали управления которых гидравлически соединены с выходными каналами противолежащих элементов "ИЛИ", а выходные каналы - с противолежащими секторами распределителя. Клапан "ИЛИ" может быть выполнен в виде трехходовых, трехпозиционных гидроуправляемых золотников, соединенных в замкнутую цепь посредством управляющих магистралей, а выходной канал каждого золотника соединен с одним из секторов распределителя. Клапаны "ИЛИ" могут быть выполнены в виде двух пар четырехходовых, трехпозиционных гидравлически связанных между собой золотников, управляющие каналы которых соединены попарно с магистралями управления, а выходные каналы образованы попарным соединением выходных каналов золотников и соединены с секторами распределителя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Горнопроходческая машина, включающая раму, установленный на раме с возможностью перемещения в двух направлениях гидромеханический рабочий орган с резцовой коронкой, установленной на выходном конце вала рабочего органа и оснащенной породоразрушающими инструментами и насадками (для подачи воды в зону разрушения), механизмы перемещения рабочего органа с гидравлическими приводами, насосную станцию и гидрораспределители для рабочей жидкости к приводам механизмов перемещения, а также преобразователь давления с устройством подачи воды высокого давления к насадкам, отличающаяся тем, что преобразователь давления выполнен в виде мультипликаторов, установленных в коронке, гидросъмника и распределителя, установленных на входном конце вала рабочего органа, причем неподвижная часть распределителя выполнена с четырьмя секторами, которые соединены с насосной станцией гидравлическими магистралями (для подачи рабочей жидкости к мультипликаторам) через устройство управления, выполненное в виде четырех соединенных входными каналами в мостовую схему гидравлических клапанов ИЛИ, причем противоположные пары входов соединены с соответствующими входами гидравлических приводов механизмов перемещения рабочего органа, а каждый клапан ИЛИ своим выходным каналом соединен с одним из секторов распределителя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлическая связь клапанов ИЛИ и зон распределителя выполнена посредством двух гидроуправляемых золотников, магистрали управления которых гидравлически соединены с выходными каналами противолежащих элементов ИЛИ, а выходные каналы с противолежащими секторами распределителя. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапан ИЛИ выполнен в виде трехходовых, трехпозиционных гидроуправляемых золотников, соединенных в замкнутую цепь посредством управляющих магистралей, а выходной канал каждого золотника соединен с одним из секторов распределителя. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапаны ИЛИ выполнены в виде двух пар четырехходовых, трехпозиционных гидравлически связанных между собой золотников, причем их управляющие каналы соединены попарно с магистралями управления, а выходные каналы образованы попарным соединением выходных каналов золотников и соединены с секторами распределителя.