ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМЛЕСОСНОГО СНАРЯДА Российский патент 2001 года по МПК E02F3/92 

Изобретение относится к области подводной разработки грунтов с помощью землесосных снарядов (земснарядов), преимущественно шламов углей и руд цветных металлов в отстойниках обогатительных фабрик, образовавшихся в процессе обогащения, для их вторичной переработки.

Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда по патенту США МКИ E 02 F 3/92, НКИ: 37-66, N 3738029 от 12 июня 1973 г. Оно содержит несущую балку коробчатого сечения, закрепленную на стреле поперечно и симметрично ее продольной оси, которая, в свою очередь, установлена в носовой части плавучего корпуса земснаряда с возможностью поворота в вертикальной плоскости при помощи гидроцилиндров. При помощи двух крайних и одной средней подшипниковых опор к несущей балке в нижней части параллельно ее оси присоединен вал транспортно-рыхлительного механизма в виде двухвинтового конвейера, винтовые поверхности которого направлены встречно в направлении средней подшипниковой опоры.

К винтовой поверхности радиально с равномерным шагом по окружности прикреплены прямые резцы, имеющие острые кромки. Сверху на несущей балке при помощи шарниров и гидроцилиндров установлен шламоотбойный щит, перекрывающий сверху транспортно-рыхлительный механизм по всей его длине, для направления потока пульпы к средней части грунтозаборного устройства, где находится отверстие всасывающего диффузора, соединенного посредством трубы с шламовым насосом, размещенным на корпусе земснаряда. Гидромотор привода вала прикреплен с наружной стороны к одной из крайних подшипниковых опор.

Недостатком известного грунтозаборного устройства является то, что, несмотря на наличие шламоотбойного щита, количество частиц шлама, которые разбрасываются резцами транспортно-рыхлительного механизма за пределы зоны его действия, остается значительным, что снижает производительность землесосного снаряда и его коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является грунтозаборное устройство землесосного снаряда по патенту США МКИ E 02 F 3/92, 3/06, НКИ: 37-66 N 3962803 от 15.06.76.

Это грунтозаборное устройство также содержит металлическую несущую балку коробчатой формы, которая прикреплена к стреле, установленной с возможностью поворота в вертикальной плоскости в носовой части корпуса земснаряда, поперечно и симметрично ее продольной оси.

При помощи трех подшипниковых опор, двух крайних и одной средней, к несущей балке подсоединен полый вал транспортно-рыхлительного механизма, расположенный ниже и параллельно ее продольно оси. На полом валу между подшипниками (средним и крайними) выполнены винтовые поверхности, направление навивки которых встречное в сторону среднего подшипника.

На периферийных частях винтовых поверхностей размещены режущие пластины, разнесенные в продольном направлении и по периметру так, что каждая из них прикреплена к смежным виткам.

Каждая режущая пластина изогнута по радиусу винтовой поверхности и имеет с рабочей стороны по два зуба, которые выступают над поверхностью режущих пластин и имеют скошенную режущую поверхность.

В средней части грунтозаборного устройства к несущей балке присоединен всасывающий диффузор центробежного шламового насоса. Транспортно-рыхлительный механизм перекрыт сверху на всем протяжении шламоотбойным щитом с вогнутой поверхностью, который служит для направления потока пульпы вдоль транспортно-рыхлительного механизма к всасывающему диффузору шламового насоса и имеет зубки для защиты от попадания негабаритных кусков породы в рабочее пространство.

Полый вал соединен с гидромотором, установленным с наружной стороны одной из крайних подшипниковых опор.

Такое выполнение грунтозаборного устройства землесосного снаряда позволило уменьшить просор шлама. Вместе с тем ему присущи существенные недостатки. Они связаны с тем, что перекрытые режущими пластинами участки межвитковых полостей при разработке вязких, часто пронизанных корнями растений шламов, включающих к тому же соизмеримые с поперечным сечением указанных полостей негабаритные включения или слежавшиеся комья шлама, могут быть плотно закупорены, что может привести к ухудшению процессов рыхления шлама, смешивания его с водой и транспортировки полученной пульпы к всасывающему диффузору.

Еще одним недостатком является размещение гидромотора и подшипниковых опор за пределами транспортно-рыхлительного механизма, что может привести к зависанию всего грунтозаборного устройства на целике шлама.

Следующим недостатком является применение трехопорной конструкции полого вала, что создает статически неопределимую систему. Кроме того, из-за наличия средней подшипниковой опоры винтовые поверхности трубчатого вала в средней части не сходятся, что создает повышенные сопротивления всасыванию шлама в средней части грунтозаборного устройства.

В основу изобретения поставлена задача дальнейшего совершенствования грунтозаборного устройства землесосного снаряда путем изменения конструкции режущих элементов и компоновки трубчатого вала, винтовых поверхностей, подшипниковых узлов и гидропривода с тем, чтобы повысить качество транспортно-рыхлительных операций и тем самым уменьшить просор шлама и вредные сопротивления перемешиванию и транспортировке пульпы к всасывающему устройству.

Поставленная техническая задача решается тем, что в грунтозаборном устройстве землесосного снаряда, включающем стрелу с несущей балкой, закрепленной на конце стрелы поперечно и симметрично ее продольной оси, причем стрела установлена с возможностью вертикального поворота относительно корпуса земснаряда, транспортно-рыхлительный механизм в виде трубчатого вала, установленного в подшипниковых узлах под несущей балкой параллельно ей, двух винтовых поверхностей на трубчатом валу, направленных встречно к середине трубчатого вала и равномерно размещенных по периметру винтовой поверхности режущих элементов, шламоотбойный щит, всасывающий диффузор и гидромотор, согласно изобретению каждый режущий элемент имеет державку, закрепленную радиально, и режущую поверхность, часть которой согнута относительно плоскости державки под углом 90^o в направлении средней части трубчатого вала и образует полку, угол изгиба которой составляет 60^o относительно радиальной оси винтовой поверхности, при этом длина полки определена из формулы
l = L_ш/(n-1),
где l - длина полки;
L_ш - величина шага винтовой поверхности;
n - количество режущих элементов на одном шаге.

Такое выполнение режущего элемента позволяет срезать в целике шлама такую же стружку, как и режущим элементом прототипа, но дополнительно разрезанную на (n-1) частей и за счет центростремительных сил, образующихся на полке, скошенной под углом 30^o к касательной винтовой поверхности (90^o минус угол гиба 60^o, фиг. 4), направлять куски шлама к центру транспортно-рыхлительного механизма. В то же время транспортирующая полость между винтовыми поверхностями остается открытой.

Еще одно усовершенствование состоит в том, что трубчатый вал выполнен с двумя стаканами, прикрепленными к его торцам на фланцах и имеющими продолжения винтовых поверхностей трубчатого вала, а внутри стаканов размещены подшипники и гидромотор.

Это усовершенствование исключает возможность зависания стрелы грунтозаборного устройства на неподработанном режущими элементами целике шлама, т.к. длина подрабатываемой части целика практически равна ширине грунтозаборного устройства (3200 мм и 3400 мм соответственно в изготовленном образце земснаряда). Кроме того, исключается средний подшипник и улучшаются условия всаса пульпы в средней части.

Следующим усовершенствованием является то, что всасывающий диффузор выполнен в форме раструба, длина и высота которого соизмеримы с размерами транспортно-рыхлительного механизма.

Данное усовершенствование позволяет более полно всасывать пульпу, образовавшуюся на всей длине транспортно-рыхлительного механизма грунтозаборного устройства.

Более полно сущность изобретения будет понятна из описания одного из возможных вариантов выполнения грунтозаборного устройства согласно изобретению с приложением чертежей, на которых изображено:
на фиг.1 - землесосный снаряд, вид сбоку;
на фиг. 2 - грунтозаборное устройство землесосного снаряда, фронтальный вид по стреле А на фиг. 1;
на фиг. 3 - сечение А-А по фиг. 2;
на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2;
На фиг. 5 - развертка режущего элемента;
на фиг. 6 - режущий элемент, вид сбоку;
на фиг. 7 - сечение В-В по фиг. 6.

Грунтозаборное устройство землесосного снаряда смонтировано в носовой части корпуса 1 плавучего средства (понтон, баржа, судно) на стреле 2, которая при помощи шарнира 3, рычага 4 и гидроцилиндров 5 может совершать рабочие повороты в вертикальной плоскости.

На корпусе 1 плавучего средства установлены основные и вспомогательные узлы и устройства, которые обеспечивают выполнение всех технологических функций земснаряда, такие как энергетическая установка 6, шламовый насос 7, маслостанции 8, лебедки 9 и трос 10 для перемещения снаряда, кабина 11 и др.

На конце стрелы 2 перпендикулярно ее продольной оси закреплена несущая балка 12, на которой установлены транспортно-рыхлительный механизм 13, шламоотбойный щит 14, а также всасывающий диффузор 15.

Транспортно-рыхлительный механизм 13 состоит из трубчатого вала 16, к которому при помощи фланца 17 пристыкованы стаканы 18 и 19. В стакане 18 размещены гидромотор и первый подшипниковый узел, а в стакане 19 - второй подшипниковый узел (не показан).

При помощи цапф и щек 20, 21 транспортно-рыхлительный механизм 13 прикреплен к концам несущей балки 12 параллельно ее оси.

На наружной поверхности трубчатого вала 16 и стаканов 18 и 19 смонтированы две винтовые поверхности 22 и 23, направленные навстречу друг другу. На винтовых поверхностях 22 и 23 по периметру с одинаковым шагом установлены режущие элементы 24. На торцах стаканов 18 и 19 закреплены поперечные диски 25 и 26 с резцами 27.

Режущие элементы 24 одинаковы по конструкции. Каждый из них представляет собой твердосплавную пластину прямоугольной формы и имеет державку 28 с отверстиями 29 для болтового крепления и режущую поверхность 30, часть которой (полка 31) согнута по отношению к державке 28 под углом 90^o. Линия изгиба по отношению к радиальной оси режущего элемента 24 составляет 60^o. Тем самым при установке режущего элемента 24 в рабочее положение полка 31 с учетом угла винтовой поверхности 22, 23 по отношению к оси трубчатого вала 16 занимает положение, при котором фронтальная часть ее параллельна указанной оси, а плоскость полки 31 по отношению к касательной окружности вращения режущего элемента составляет угол 30^o. Полки 31 согнуты в направлении центра трубчатого вала 16, поэтому различают левые и правые режущие элементы 24 в зависимости от того, на какой винтовой поверхности, 22 или 23, они установлены. Отличие состоит в направлении изгиба полки 31 (влево или вправо по отношению к центру трубчатого вала 16). Режущая поверхность 30 режущего элемента 24 заточена под углом 25^o и имеет задний угол резания, равный 30^o.

Длина полки 31 определена из формулы
l = L_ш/(n-1),
где l - длина полки;
L_ш - величина шага винтовой поверхности;
n - количество режущих элементов на одном шаге.

Шламоотбойный щит 14 представляет собой металлоконструкцию из листового проката выпуклой формы с ребрами жесткости 32 и зубьями 33 для задержания негабаритных предметов (куски породы, древесины и т.п.), которая установлена на несущей балке 12 при помощи шарниров 34 и соединена со стрелой 2 посредством гидроцилиндра 35. Ширина и длина шламоотбойного щита 14 принимаются из условия полного перекрытия сверху транспортно-рыхлительного механизма 13. Всасывающий диффузор 15 представляет собой металлоконструкцию из листового проката в форме раструба с открытой передней частью и задним патрубком 36, к которому подсоединена всасывающая труба 37, соединяющая диффузор 15 со шламовым насосом 6. Размеры всасывающего диффузора 15 определяются размерами транспортно-рыхлительного механизма 13, боковые стенки 38 выполнены по радиусу винтовой поверхности 22 (23). Вся конструкция прикреплена сзади транспортно-рыхлительного механизма 13 к металлоконструкции стрелы 2.

Работа грунтозаборного устройства земснаряда осуществляется следующим образом. Стрела 2 грунтозаборного устройства опускается в рабочее положение при помощи гидроцилиндров 5. Земснаряд, перемещаясь с помощью лебедки 9 и троса 10, подает грунтозаборное устройство к массиву шлама 19. Трубчатый вал 16 транспортно-рыхлительного механизма 13 приводится во вращение гидромотором, встроенным в стакан 18. Режущие элементы 24 в процессе работы разрыхляют массив шлама 39. Разрыхленный шлам подается на винтовые поверхности 22, 23 трубчатого вала 16. Попавший в межвитковое пространство шлам перемешивается винтовыми поверхностями 22 и 23 с водой, образуя пульпу, которая транспортируется в центральную часть всасывающего диффузора 15 и подается шламовым насосом 7 в накопитель. Зубья 33 шламоотбойного щита 14 предохраняют транспортно-рыхлительный механизм 13 от попадания на него негабаритных кусков породы и др.

Сброс негабаритных включений, скопившихся на шламоотбойном щите 14, в нерабочую зону осуществляется путем подъема шламоотбойного щита 14 с помощью гидроцилиндров 35. Поперечные диски 25 и 26 с резцами 27 подрезают боковую сторону забоя, с тем чтобы предотвратить возможность зависания грунтозаборного устройства на целике шлама.

Изобретение относится к подводной разработке грунтов с помощью земснарядов, преимущественно шламов углей и руд цветных металлов в отстойниках обогатительных фабрик, образовавшихся в процессе обогащения, для их вторичной переработки. Задачей изобретения является уменьшение просора шлама и сопротивления перемешиванию и транспортировке пульпы к всасывающему устройству. Грунтозаборное устройство землесосного снаряда имеет стрелу с несущей балкой, закрепленной на конце стрелы поперечно и симметрично ее продольной оси. Стрела установлена с возможностью вертикального поворота относительно корпуса земснаряда. Устройство имеет также транспортно-рыхлительный механизм в виде трубчатого вала, установленного в подшипниковых узлах под несущей балкой и параллельно ей, двух винтовых поверхностей на трубчатом валу и равномерно размещенных по периметру винтовой поверхности режущих элементов, шламоотбойный щит, всасывающий диффузор и гидромотор. Каждый режущий элемент имеет державку, закрепленную радиально, и режущую поверхность, часть которой согнута относительно плоскости державки под углом 90^o в направлении средней части трубчатого вала и образует полку, угол изгиба которой относительно радиальной оси винтовой поверхности составляет 60^o, а ее длина в n-1 раз меньше шага винтовой поверхности, где n - количество режущих элементов на одном шаге. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее стрелу с несущей балкой, закрепленной на конце стрелы поперечно и симметрично ее продольной оси, причем стрела установлена с возможностью вертикального поворота относительно корпуса земснаряда, транспортно-рыхлительный механизм в виде трубчатого вала, установленного в подшипниковых узлах под несущей балкой и параллельно ей, двух винтовых поверхностей на трубчатом валу, направленных встречно к середине трубчатого вала и равномерно размещенных по периметру винтовой поверхности режущих элементов, шламоотбойный щит, всасывающий диффузор и гидромотор, отличающееся тем, что каждый режущий элемент имеет державку, закрепленную радиально, и режущую поверхность, часть которой согнута относительно плоскости державки под углом 90^o в направлении средней части трубчатого вала и образует полку, угол изгиба которой относительно радиальной оси винтовой поверхности составляет 60^o, а ее длина определена из формулы l = L_ш/(n-1), где l - длина полки, L_ш - величина шага винтовой поверхности, n - количество режущих элементов на одном шаге. 2. Грунтозаборное устройство землесосного снаряда по п.1, отличающееся тем, что трубчатый вал выполнен с двумя стаканами, прикрепленными к нему на фланцах и имеющими продолжения винтовых поверхностей, а внутри стаканов размещены подшипники и гидромотор. 3. Грунтозаборное устройство землесосного снаряда по п.1 или 2, отличающееся тем, что всасывающий диффузор выполнен в форме раструба, длина и высота которого соизмеримы с размерами транспортно-рыхлительного механизма.