УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ОРОШАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ К РЕЗЦУ ГОРНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21C35/22 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано для борьбы с пылью и ее взрывами от фрикционного искрообразования, нагревания резцов и следа резания в процессе работы горных машин в очистных и проходческих выработках, в условиях, где требуется относительно небольшой расход орошающей жидкости при низком ее давлении.

Известно устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины (патент СССР N 1819326 АЗ, кл. E 21 C 25/38, 35/18, 1993), включающее резцедержатель, тангенциальный резец с рабочей головкой и с цилиндрической державкой, стопорный элемент, каналы для подвода и прохода орошающей жидкости и запорное приспособление, которое выполнено в виде кольцевого уплотнительного элемента из упругого материала и кольца, при этом уплотнительный элемент и кольцо установлены в кольцевой проточке державки резца, стопорный элемент жестко соединен с резцедержателем, а кольцо расположено между стопорным и уплотнительным элементами.

Недостатком этого устройства являются большие утечки орошающей жидкости, поскольку низкое давление орошающей жидкости не в состоянии сжать кольцевой уплотнительный элемент в кольцевой проточке державки резца и перекрыть проходное сечение в кольцевом канале для прохода орошающей жидкости, а также утечки орошающей жидкости между наружными стенками резцедержателя и внутренними стенками корпуса исполнительного органа в случаях нарушения их герметичности. Кроме того, это устройство не позволяет использовать резцы повышенной стойкости, диаметр конической рабочей головки которых в месте сопряжения с цилиндрической державкой превышает диаметр державки.

Известно также устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины (патент РФ N 2003797 C1, кл. E 21 C 25/38, E 21 C 35/22, 1993), включающее резцедержатель со сквозным продольным каналом прямоугольной формы, радиальный резец с прямоугольной державкой, стопорный элемент для фиксации резца, канал для прохода орошающей жидкости, уплотнительный элемент, запорное приспособление с упругим элементом и защитную шайбу, причем корпус исполнительного органа выполнен с опорной поверхностью, которая образует со стенками продольного канала в резцедержателе рабочую камеру, а запорное приспособление выполнено в виде прямоугольного основания с осевым каналом и стержня с центральным гнездом и радиальными каналами, при этом упругий и уплотнительный элементы размещены в рабочей камере.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, состоящей из запорного приспособления, защитной шайбы, упругого и уплотнительного элементов, при этом запорное приспособление имеет прямоугольное основание с осевым каналом и стержень с центральным гнездом и радиальными каналами, в процессе работы которого стержень и упругий элемент не свободны от появления трущихся нагрузок, приводящих к выходу из строя упругого элемента.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины (патент РФ по заявке N 94-004645/03(004731), решение о выдаче 14.03.95), включающее закрепленный на корпусе исполнительного органа резцедержатель со сквозным продольным каналом, установленный и подпружиненный относительно корпуса в сквозном продольном канале резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения резец с державкой и с опорным элементом, размещенный в проточке державки резца и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент для фиксации резца в резцедержателе, образованный наружной боковой поверхностью державки и стенками сквозного продольного канала в резцедержателе канал для прохода орошающей жидкости, образованную стенками сквозного продольного канала в резцедержателе и опорной поверхностью корпуса исполнительного органа рабочую полость, расположенный в корпусе исполнительного органа канал для подвода орошающей жидкости и расположенное в рабочей полости запорное приспособление с упругим уплотнительным элементом.

Этому устройству присуща сложность конструкции запорного приспособления, в частности упругого элемента, имеющего пазы, а также наличие трущихся деталей: круглого стержня в защитном элементе и прорези в упругом элементе, длительная работа которых приводит к выходу из строя упругого элемента - весьма важной детали запорного приспособления.

Положительный эффект изобретения достигается тем, что с учетом вышеописанных общих признаков наиболее близкого по технической сущности устройства запорное приспособление выполнено в виде усеченной конической полости, причем усеченная коническая полость обращена в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, сообщена с каналом для подвода орошающей жидкости и выполнена с возможностью свободного размещения в ней упругого уплотнительного элемента и взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности упругого уплотнительного элемента с поверхностью усеченной конической полости. Кроме того, на поверхности резцедержателя, обращенной в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, выполнена кольцевая проточка, в которой размещен дополнительный упругий уплотнительный элемент. Диаметр упругого уплотнительного элемента больше диаметра канала для подвода орошающей жидкости. При использовании резцов с цилиндрической державкой рабочая часть резца выполнена в виде конической головки с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости, при этом продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность которых сопряжена с наружной боковой поверхностью цилиндрической державки, причем в головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов. При использовании радиальных резцов кромка усеченной конической полости, обращенная в сторону державки резца, скруглена.

Обоснование достижения положительного эффекта от изобретения с помощью отличительных признаков следующее.

1. Выполнение запорного приспособления в виде усеченной конической полости с возможностью свободного размещения в ней упругого уплотнительного элемента позволяет упростить его конструкцию и обеспечить надежное перекрытие путем истечения орошающей жидкости при отсутствии нагрузок на резец, устраняя при этом переувлажнение отбитой горной массы, а при наличии нагрузок на резец надежно подавать орошающую жидкость к резцу и далее непосредственно к источникам пыле- и искрообразования и обеспечивать пылевзрывозащиту при работе горной машины.

2. Размещение дополнительного упругого уплотнительного элемента в кольцевой проточке на поверхности резцедержателя позволяет устранить утечки орошающей жидкости в случаях нарушения герметичности между наружными стенками резцедержателя и внутренними стенками корпуса исполнительного органа, например, в результате нарушения сварных швов при сильной вибрации.

3. При использовании тангенциальных резцов с цилиндрической державкой выполнение рабочей части резца в виде конической головки повышенной стойкости с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости, позволит подавать орошающую жидкость непосредственно к источникам пыле- и искрообразования, уменьшая при этом образование и выделение пыли и искр трения и обеспечить надежную пылевзрывозащиту. При использовании радиальных резцов скругление кромки усеченной конической полости, обращенной в сторону державки резца, позволит в процессе работы значительно уменьшить износ упругого уплотнительного элемента и обеспечить плавный выход орошающей жидкости из усеченной конической полости.

4. В новом техническом решении каждый отдельно взятый признак необходим, а все, вместе взятые, достаточны для достижения положительного эффекта.

5. В известных технических решениях отличительные признаки в таком сочетании и взаимосвязи не обнаружены.

На фиг.1 приведена схема устройства при использовании тангенциальных резцов с цилиндрической державкой (положение "закрыто") при отсутствии взаимодействия резца с горной породой; на фиг.2 схема запорного приспособления при отсутствии взаимодействия резца с горной породой (положение "закрыто", увеличено); на фиг.3 схема запорного приспособления при взаимодействии резца с горной породой (положение "открыто", увеличено); на фиг.4 разрез А-А фиг.1; на фиг.5 упругий уплотнительный элемент в виде шара (вариант выполнения); на фиг. 6 схема устройства при использовании радиальных резцов (положение "закрыто") при отсутствии взаимодействия резца с горной породой.

Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины содержит закрепленный на корпусе 1 исполнительного органа резцедержатель 2 со сквозным продольным каналом 3, установленный в сквозном продольном канале резцедержателя с возможностью ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения резец 4 с рабочей частью 5 и державкой 6, имеющей хвостовую часть 7, образованный стенками 8 сквозного продольного канала в резцедержателе и наружной боковой поверхностью 9 державки канал 10 для прохода орошающей жидкости, размещенный в проточке 11 на державке и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент 12 для фиксации резца в сквозном продольном канале резцедержателя, образованную опорной поверхность 13 корпуса исполнительного органа и стенками сквозного продольного канала рабочую полость 14, расположенный в корпусе исполнительного органа канал 15 для подвода орошающей жидкости, расположенные в рабочей полости упругий уплотнительный элемент 16 и запорное приспособление 17. Диаметр упругого уплотнительного элемента больше диаметра канала для подвода орошающей жидкости.

При использовании тангенциальных резцов с цилиндрической державкой (фиг. 1-5) запорное приспособление выполнено в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей 18 и 14, сопряженных между собой цилиндрической горловиной 19 с общей продольной осью O-O. Цилиндрическая горловина выполнена с возможностью размещения в ней цилиндрической хвостовой части 7 державки резца и взаимодействия обращенной в сторону рабочей части резца боковой стенки 20 кольцевой проточки со стопорным элементом 12. Усеченная коническая полость 14, обращенная в сторону опорной поверхности 13 корпуса 1 исполнительного органа, выполнена с возможностью свободного размещения в ней упругого уплотнительного элемента 16 и возможностью взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности 21 упругого уплотнительного элемента с конической поверхностью 22 полости 14 и сообщена с каналом 15 для подвода орошающей жидкости. Рабочая часть 5 (коническая головка 23) резца 4 выполнена с продольными каналами 24, сообщенными с кольцевым каналом 10 для прохода орошающей жидкости. Продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность 25 которых сопряжена с наружной боковой поверхностью 9 цилиндрической державки 6. В головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов. Упругий уплотнительный элемент имеет форму шара (вариант выполнения). Расстояние l₁ между головкой резца и резцедержателем меньше расстояния l₂ между упругим уплотнительным элементом и опорной поверхностью корпуса исполнительного органа и меньше расстояния l₃ между обращенной в сторону стопорного элемента 12 боковой стенки 26 и стопорным элементом.

При использовании радиальных резцов (фиг. 6) запорное приспособление выполнено в виде усеченной конической полости 14, которая, так же как и при использовании тангенциальных резцов, обращена в сторону опорной поверхности 13 корпуса 1 исполнительного органа, сообщена с каналом 15 для подвода орошающей жидкости и выполнена с возможностью свободного размещения в ней упругого уплотнительного элемента 16 и возможностью взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности 21 упругого уплотнительного элемента с конической поверхностью 22 полости 14. Расстояние l₁ между опорным элементом 27 державки 6 резца и опорной торцевой поверхностью 28 резцедержателя 2 меньше расстояния l₂ между упругим уплотнительным элементом и опорной поверхностью корпуса исполнительного органа, меньше расстояния l₃ между державкой резца в проточке 11 при максимальном выходе резца из сквозного продольного канала 3 в резцедержателе по продольной оси O-O устройства и стопорным элементом 12 (при соприкосновении поверхности 30 в проточке 11 державки со стопорным элементом) и меньше расстояния l₄ между торцом хвостовой части 7 державки резца и уступом 29 сквозного продольного канала 3. Кромка 31 усеченной конической полости 14 (в горловине 19), обращенная в сторону державки резца, скруглена.

При использовании как тангенциальных, так и радиальных резцов, дополнительной упругий уплотнительный элемент 32, размещенный в кольцевой проточке 33, может быть выполнен из упругой резины или мягкого металла, например меди, в зависимости от технологии сборки исполнительного органа. В случаях обеспечения надлежащей герметизации между наружными стенками резцедержателя и внутренними стенками корпуса исполнительного органа необходимость использования дополнительного упругого уплотнительного элемента отпадает.

Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины работает следующим образом.

Орошающая жидкость подается под давлением по каналу 15 корпуса 1 исполнительного органа и поступает в усеченную коническую полость 14. При отсутствии взаимодействия резца с горной породой, т.е. при отсутствии нагрузки на резец, орошающая жидкость давит на упругий уплотнительный элемент 16 и подает его вперед вместе с резцом до тех пор, пока поверхность 21 упругого уплотнительного элемента вступит во взаимодействие с поверхностью 22 усеченной конической полости 14. Дальнейшее смещение резца вперед будет происходить по мере сжатия упругого уплотнительного элемента в зависимости от величины давления орошающей жидкости и силы упругости уплотнительного элемента до взаимодействия со стопорным элементом 12 боковой стенки 20 кольцевой проточки 11 державки 6 резца при использовании тангенциальных резцов (фиг.1,2 и 5) и поверхности 30 в проточке 11 державки 6 (фиг.6) при использовании радиальных резцов. Взаимодействие упругого уплотнительного элемента со стенками усеченной конической полости перекроет пути истечения орошающей жидкости к резцу горной машины и далее на забой.

При взаимодействии резца с горной породой, т.е. при нагрузке на резец, резец подается назад на величину l₁, смещая по ходу своего движения упругий уплотнительный элемент 16. При этом поверхность 21 упругого уплотнительного элемента 16 отходит от конической поверхности 22 рабочей полости 14 и открывает пути истечения орошающей жидкости из полости 14 через горловину 19 в канал 10 и далее в направлении поверхности рабочей части 5 резца 4 на след резания и на забой к источникам пыле- и искрообразования. При снятии нагрузки на резец подача орошающей жидкости в зону резания и разрушения горной породы прекращается. Далее процессы подачи и прекращения жидкости будут чередоваться в зависимости от того, есть или нет нагрузки на резец.

Экспериментальная проверка работы устройства для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины проведена в лабораторных условиях. В испытаниях использовался стандартный резец. При отсутствии нагрузки на резец запорное приспособление срабатывало при давлении воды 0,06 МПа в тех случаях, когда резец был в горизонтальном положении и при давлении воды 0,08 МПа в вертикальном положении с направлением головки резца вверх. Утечек воды не было. При нагрузке на резец расход воды изменялся от 1,98 до 7,8 л/мин с изменением давления воды у резца от 0,02 до 0,5 МПа. Для различных типов комбайнов и условий эксплуатации расход воды можно уменьшить или увеличить, варьируя поперечным сечением канала для прохода орошающей жидкости и величиной смещения упругого уплотнительного элемента, т.е. изменением размеров горловины сквозного продольного канала в резцедержателе и упругого уплотнительного элемента.

Базовый объект (Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. М. Недра, 1979, с. 38) содержит исполнительный орган, установленные на исполнительном органе резцедержатели с резцами, каналы для подвода орошающей жидкости и несинхронизированные с работой резцов, нерегулируемые по расходу жидкости, насадки или оросители (форсунки), т.е. постоянно работающие, независимо от того, есть или нет нагрузки на резец. Насадки и оросители имеют низкую надежность работы из-за частой закупорки сопел, диаметр которых составляет 1-2 мм и менее. На прочистку сопел уходит более 1 ч в смену. Закупорка сопел насадок и оросителей приводит к прекращению подачи орошающей жидкости в зону пыле- и искрообразования при разрушении горной породы. Прекращение подачи орошающей жидкости ведет к высокой запыленности воздуха в забое и по пути ее выноса в вентиляционных выработках. Более того, по данным Восточного научно-исследовательского института по безопасному ведению работ в горной промышленности, закупорка 2-3 оросителей может создать опасную ситуацию по воспламенению пылегазовоздушной смеси с последующей вероятностью ее взрыва в забое, распространения взрыва по вентиляционным выработкам, гибель шахтеров, разрушения горных выработок и неисчислимых моральных и материальных затрат.

Предлагаемое устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины свободно от вышеперечисленных недостатков ближайшего аналога и тем более базового объекта. Выполнение запорного приспособления в виде усеченной конической полости позволило упростить конструкцию запорного приспособления и увеличить срок его службы за счет сохранения чистоты обработки упругого уплотнительного элемента, поскольку он свободно размещен в усеченной конической рабочей полости и не подвержен значительному трению, т.е. упругий уплотнительный элемент, свободно расположенный в усеченной конической полости, выполняет (совмещает) функцию запорного приспособления. При использовании тангенциальных резцов с цилиндрической державкой предлагаемое устройство позволяет также применять резцы повышенной стойкости, диаметр конической рабочей головки которых в месте сопряжения с цилиндрической державкой превышает диаметр державки и обеспечивает небольшой расход орошающей жидкости при низком ее давлении за счет устранения утечек жидкости при отсутствии нагрузки на резец. Кроме того, работа устройства при низком давлении орошающей жидкости позволяет отказаться от насосных установок (там же, Технологические схемы пылеподавления орошением: с. 124-127, с.130-135, с.156-157 и др.) и уменьшить затраты на электроэнергию, поскольку давления жидкости в противопожарном трубопроводе, составляющего согласно "Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах" 0,6-1,5 МПа, будет достаточно для нормального функционирования устройства для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины и обеспечения положительного эффекта.

Изобретение относится к резцам горных машин. Сущность: устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины содержит резцедержатель, резец с рабочей частью и державкой, каналы для подвода и прохода орошающей жидкости, опорный и стопорный элементы, рабочую полость и запорное приспособление с упругим уплотнительным элементом. Резцедержатель закреплен на корпусе исполнительного органа и имеет сквозной продольный канал. Рычаг установлен в сквозном продольном канале резцедержателя с возможностью ограниченного возвратно-поступательного осевого перемещения, фиксированного опорным и стопорным элементами. Стопорный элемент расположен в проточке на державке и жестко соединен с резцедержателем. Запорное приспособление выполнено в виде усеченной конической полости, в которой свободно размещен упругий уплотнительный элемент. Усеченная коническая полость обращена в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа и сообщена с каналом для подвода орошающей жидкости. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины, включающее закрепленный на корпусе исполнительного органа резцедержатель со скошенным продольным каналом, установленный и подпружиненный относительно корпуса в сквозном продольном канале резцедержателя с возможностью ограниченного осевого перемещения резец с державкой и опорным элементом, размещенный в проточке державки резца и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент для фиксации резца в резцедержателе, образованный наружной боковой поверхностью державки и стенками сквозного продольного канала в резцедержателе канал для прохода орошающей жидкости, образованную стенками сквозного продольного канала в резцедержателе и опорной поверхностью корпуса исполнительного органа рабочую полость, расположенный в корпусе исполнительного органа канал для подвода орошающей жидкости и расположенное в рабочей полости запорное приспособление с упругим уплотнительным элементом, отличающееся тем, что запорное приспособление выполнено в виде усеченной конической полости, причем усеченная коническая полость обращена в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, сообщена с каналом для подвода орошающей жидкости и выполнена с возможностью свободного размещения в ней упругого уплотнительного элемента и взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности упругого уплотнительного элемента с поверхностью усеченной конической полости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при использовании тангенциальных резцов с цилиндрической державкой рабочая часть резца выполнена в виде конической головки с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность которых сопряжена с наружной боковой поверхностью цилиндрической державки. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при использовании радиальных резцов кромка усеченной конической полости, обращенная в сторону державки резца, скруглена. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр упругого уплотнительного элемента больше диаметра канала для подвода орошающей жидкости. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на поверхности резцедержателя, обращенной в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, выполнена кольцевая проточка, в которой размещен дополнительный упругий уплотнительный элемент.