ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ГОРНОГО КОМБАЙНА Российский патент 2002 года по МПК E21C25/16 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для отбойки преимущественно крепких горных пород очистными комбайнами.

Известен исполнительный орган, включающий отрезной диск с резцами, ступицу, погрузочные лопасти, дистанционные шайбы и дисковые шарошки, установленные на пальцах и закрепленные в кронштейнах (авторское свидетельство СССР 1280119, кл. Е 21 С 25/00, 1985).

Существенным недостатком данного органа является низкая эксплуатационная технологичность из-за недостаточной прочности и стойкости резцов, расположенных на отрезном диске. Из-за низкой режущей способности резцов такой исполнительный орган способен разрушать горную массу крепостью по шкале проф. М.М. Протодьяконова не более f=4...6. Подшипники скольжения шарошек обладают низкой износостойкостью, т.к. не защищены от инородных тел.

Известен также исполнительный орган, состоящий из корпуса, отрезного диска и шнека, погрузочные лопасти которого оснащены дисковыми шарошками, расположенными на кронштейнах по винтовой линии, направление которой противоположно направлению спирали шнека (авторское свидетельство СССР 1195002, кл. Е 21 С 25/04, 1985).

Однако такой исполнительный орган обладает недостаточной жесткостью и прочностью кронштейнов, малой точностью и повышенной трудоемкостью изготовления и ремонта составного отрезного диска. Поскольку отрезной диск имеет сплошную режущую кромку, удельное давление в зоне контакта инструмента и забоя ниже, чем при использовании нескольких дисковых шарошек малого диаметра в одной линии резания. Это приводит к повышению энергозатрат на разрушение горного массива.

Известен исполнительный орган горного комбайна, включающий ступицу с линейными дисковыми шарошками, отрезной диск с зарубными радиальными и тангенциальными дисковыми шарошками, установленными под углом к оси вращения исполнительного органа (авторское свидетельство СССР 1294987, кл. Е 21 С 25/10, 1987).

Недостатком данного исполнительного органа является наличие тангенциальных зарубных шарошек, вызывающих при эксплуатации ударные нагрузки и повышенную вибрацию как исполнительного органа, так и очистного комбайна. Это приводит к преждевременному выходу из строя шарошек, букс, подшипников шарошечных узлов и редукторов комбайна.

Прототипом изобретения является исполнительный орган горного комбайна, включающий отрезной диск, ступицу с винтовыми погрузочными лопастями, кронштейны с консольно установленными осями, закрепленные винтовыми зажимами, на которых свободно вращаются зарубные и линейные шарошки (патент РФ 2059069, кл. Е 21 С 25/16, 31/04, 1992).

Существенными недостатками данного органа являются формирование кутка забоя криволинейной формы, что осуществляется при последовательной схеме расположения шарошек на отрезном диске с переменным радиусом их вылета и требует высоких энергетических затрат на разрушение массива, недостаточная прочность зубчатых секторов механизма поворота и фиксации зарубных наклонных и стопорных винтов шарошек, сложность изготовления, сборки и ремонта шарошечных узлов, отсутствие возможности регулирования зазоров в подшипнике качения шарошки.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность механического разрушения крепких горных пород, а также уровень производственной технологичности и надежности исполнительного органа.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что исполнительный орган горного комбайна, включающий отрезной диск, ступицу с винтовыми погрузочными лопастями, зарубные и линейные дисковые шарошки, опирающиеся на подшипники, буксы и втулки, в которые консольно установлены оси шарошек, отличается тем, что зарубные шарошки расположены на отрезном диске в два ряда в шахматном порядке с радиальным вылетом, равным радиальному вылету линейных шарошек, при этом оси зарубных шарошек в первом от плоскости отрезного диска ряду установлены параллельно оси исполнительного органа, а во втором ряду - под углом 9. . . 15^o, а хвостовики осей шарошек и посадочные отверстия втулок и букс выполнены коническими, причем буксы - сменными. Ступицы дисковых шарошек выполнены составными из двух частей, установленных с возможностью осевого перемещения.

Подшипники шарошек защищены крышками с лабиринтным уплотнением. Оси резьбовых отверстий хвостовиков осей шарошек смещены относительно осей конических втулок (букс) на величину эксцентриситета 0,5...2,0 мм. Расстояние между шарошками (шаг разрушения t) определяется из соотношения t/H=3,5... 4,5; Н=h₁+h₂+...+h_i, где Н - суммарная глубина резания за один оборот исполнительного органа; h_i - глубина резания i-й шарошки, м.

Расположение на отрезном диске исполнительного органа двух рядов зарубных шарошек в шахматном порядке с одинаковым с линейными шарошками радиусом вылета позволяет снизить энергозатраты за счет разрушения кутка забоя прямоугольной, а не овальной, как в прототипе, формы в режиме силового малоциклового разрушения, при котором за счет многократного воздействия рабочего инструмента на массив при заданном соотношении t/H происходит зарождение трещин (концентраторов напряжений), их рост вглубь массива, слияние и отделение от последнего крупного куска породы. Разрушение с меньшими энергозатратами способствует снижению вибрации исполнительного органа и в целом комбайна.

Применение осей с коническими хвостовиками, втулок и сменных букс с коническими посадочными отверстиями, а также их взаимное положение, когда оси смещены на величину эксцентриситета, повышает надежность стопорных механизмов и упрощает изготовление шарошечных узлов.

Надежность, ремонтопригодность, технологичность изготовления и эксплуатации исполнительного органа улучшаются при защите подшипника от пыли и влаги крышкой с лабиринтным уплотнением, а также использовании сборной, состоящей из двух частей, ступицы, что позволяет производить необходимый натяг подшипника как при его сборке, так и эксплуатации.

Армирование режущего лезвия наклонных зарубных шарошек, например, клиновидными или сферическими вставками из твердого сплава под углом 55...75^o к оси вращения шарошек снижает боковой износ, следовательно, расход инструмента и энергоемкость разрушения.

На фиг.1 изображен главный вид исполнительного органа; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг.5 - вид Г на фиг.4; на фиг.6 - вид Д на фиг.4; на фиг.7 - вид Е на фиг.6; на фиг.8 - развертка одной лопасти исполнительного органа; на фиг.9 - схема разрушения массива забойными дисковыми шарошками.

Исполнительный орган горного комбайна состоит из ступицы 1, отрезного диска 2, втулок 3, сменных букс 4, зарубных 5, 6 и линейных 7 шарошек, погрузочных лопастей 8 с втулками 3, оросительной системы пылеподавления, включающей трубопровод 9 и форсунки 10. Отрезной диск 2 и погрузочные лопасти 8 жестко соединены со ступицей 1, а втулки 3 - с отрезным диском 2 и погрузочными лопастями 8.

Конструкция линейной шарошки (фиг.3) включает ось 11 с коническим хвостовиком, опору в виде шариков 12 и роликов 13, левую ступицу 14 с крышкой 15, правую ступицу 16, регулировочную прокладку 17, которые составляют безсепараторный радиально-упорный подшипник качения. Регулирование рабочих зазоров подшипника осуществляется винтами 18 и прокладкой 17. Лабиринтная втулка 19 герметизирует подшипник. Армированное твердосплавными вставками 20 шарошечное кольцо 21 установлено на левую ступицу 14 и закреплено винтами 18 и гайками 22 и пружинными шайбами 23. Ось 11 шарошки установлена коническим хвостовиком в коническое отверстие втулки 3 и с торца закреплена винтом 24 со стопорной шайбой 25. Самоотвинчивание оси 11 предотвращается смещением оси резьбового отверстия на величину эксцентриситета е=0,5...2 мм.

Конструкция наклонной зарубной шарошки (фиг.4) отличается от конструкции линейной шарошки тем, что твердосплавные вставки 20 установлены на шарошечном кольце 26 наклонно к оси вращения шарошки под углом 55...75^o. Зарубная шарошка 5 установлена в сменной буксе 4 под углом α = 9-15^°, которая закреплена винтами 27 с шайбами 28 (см. фиг.7).

Исполнительный орган работает следующим образом.

При вращении органа и подаче его на забой шарошки 5, 6 и 7 (и т.д.) разрушают горную породу, которая с помощью погрузочных лопастей 8 перемещается на забойный конвейер. В результате реализации предлагаемых схемы расположения шарошек на отрезном диске исполнительного органа и расстояния между ними отделение куска от массива происходит крупным сколом в режиме силового малоциклового разрушения. Схема разрушения горного массива зарубными шарошками показана на фиг.8, 9.

После первого рабочего хода шарошек 5 и 6 образуются элементарные выколы массива объемом V₁ и зародышевые трещины T₁; после второго и последующих рабочих ходов шарошек происходит рост трещин T₂ вглубь массива, их слияние в трещины Т₃ и скол оставшегося не разрушенным массива объемом V₃. Образовавшиеся при выколах надрезы, микро- и макротрещины служат дополнительными плоскостями обнажения и концентратами напряжения, что положительно влияет на разрушение массива дисковыми шарошками.

Испытания исполнительного органа показали существенное снижение динамических нагрузок и вибраций, повышение эксплуатационной технологичности органа при отбойке вязких крепких абразивных пород за счет рациональной схемы набора зарубных дисковых шарошек. Подшипниковый узел шарошки обладает большей долговечностью и высокой ремонтопригодностью, по сравнению с аналогичными узлами, что обусловлено возможностью регулировки зазоров и повышения его герметичности с помощью лабиринтного уплотнения. Применение сплошных износостойких быстросъемных шарошечных колец обеспечивает высокую ремонтопригодность шарошек и технологичность конструкции исполнительного органа при его изготовлении.

Изобретение относится к горной промышленности. Задачей изобретения является повышение эффективности механического разрушения крепкого горного массива, надежности и производственной технологичности исполнительного органа. Исполнительный орган имеет отрезной диск, ступицу с винтовыми погрузочными лопастями, зарубные и линейные дисковые шарошки, опирающиеся на подшипники, буксы и втулки, в которые консольно установлены оси шарошек. Зарубные шарошки установлены на отрезном диске в два ряда в шахматном порядке с радиальным вылетом, равным радиальному вылету линейных шарошек. Оси зарубных шарошек в первом от плоскости отрезного диска ряду установлены параллельно оси исполнительного органа, а во втором - под углом 9-15^o. Хвостовики осей шарошек и посадочные отверстия втулок и букс конические, буксы - сменные. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Исполнительный орган горного комбайна, включающий отрезной диск, ступицу с винтовыми погрузочными лопастями, зарубные и линейные дисковые шарошки, опирающиеся на подшипники, буксы и втулки, в которые консольно установлены оси шарошек, отличающийся тем, что зарубные шарошки расположены на отрезном диске в два ряда в шахматном порядке с радиальным вылетом, равным радиальному вылету линейных шарошек, при этом оси зарубных шарошек в первом от плоскости отрезного диска ряду установлены параллельно оси исполнительного органа, а во втором ряду - под углом 9-15^o, а хвостовики осей шарошек и посадочные отверстия втулок и букс выполнены коническими, причем буксы - сменными. 2. Исполнительный орган по п.1, отличающийся тем, что ступицы дисковых шарошек выполнены составными из двух частей, установленных с возможностью осевого перемещения. 3. Исполнительный орган по п.1, отличающийся тем, что подшипники шарошек снабжены крышками с лабиринтным уплотнением, а оси резьбовых отверстий хвостовиков осей шарошек смещены относительно осей конических втулок (букс) на величину эксцентриситета 0,5-2,0 мм. 4. Исполнительный орган по п. 1, отличающийся тем, что режущие части зарубных наклонных шарошек армированы вставками из твердого сплава, установленных под углом 55-75^o к осям вращения шарошек. 5. Исполнительный орган по п.1, отличающийся тем, что расстояние между шарошками определяется из соотношения
t/H=3,5-4,5; H=h₁+h₂+...+h_i,
где t - расстояние между шарошками (шаг разрушения), м;
Н - суммарная глубина резания за один оборот исполнительного органа, м;
h₁, h₂, h_i - глубина резания соответственно 1-ой, 2-ой, i-ой шарошки, м.