ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ГОРНОГО КОМБАЙНА Российский патент 2003 года по МПК E21C47/08 E21C27/02 E21C27/20 

Данное изобретение относится к горным комбайнам, конкретнее к горным комбайнам, работающим на карьерах при тонкослоевой разработке горных пород шнековыми исполнительными органами, расположенными горизонтально под рамой комбайна и нагруженными частью веса комбайна.

Известны исполнительные органы горных комбайнов, содержащие вращающиеся на горизонтальных осях шнеки, несущие на винтовой поверхности кулаки с закрепленными в них стержневыми резцами. (Кантович Л.И., Гетопанов В.Н. Горные машины. - М.: Недра, 1989, стр. 64-65).

Одним из основных недостатков известных шнековых исполнительных органов комбайнов с породоразрушающими элементами резцового типа является ограниченная область применения в горных породах с коэффициентом крепости до f= 3-5. В более прочных породах резко падает производительность комбайна и стойкость резцов.

Известен исполнительный орган узкозахватного подземного комбайна, разрабатывающего вертикальный забой, с узким отбойным шнеком, оснащенным цилиндрическими шарошками со сменными зубьями. При этом плоскость вращения шарошки, проходящая через ее венец, расположена вертикально, а зубья - перпендикулярно к цилиндрической поверхности шарошки (Патент РФ 2130554, Кл. Е 21 D 23/00, опубл. 20.05.1999).

Один из основных недостатков такой конструкции исполнительного органа состоит в том, что при разработке горизонтального забоя (под действием вертикальной нагрузки) при непрерывном движении по нему комбайна подобная ориентация шарошки имеет ограниченную область эффективного применения по крепости пород.

Наиболее близким к предложенному решению по технической сущности и достигаемому результату является исполнительный орган горного комбайна, содержащий расположенный под рамой комбайна и пригруженный частью его веса горизонтальный барабан с установленными на нем шнеком с закрепленными на винтовой поверхности породоразрушающими элементами - стержневыми резцами с твердосплавными головками (Маттис А.Р., Васильев Е.И., Зайцев Г.Д. Перспективная техника для безвзрывной выемки пород из массива. Горный журнал, 1998, 1, стр. 35-36).

Основным недостатком такого исполнительного органа является стационарность прикрепленных к поверхности шнека с помощью кулаков породоразрушающих элементов в виде радиально ориентированных резцов. Поэтому в горных породах с коэффициентом крепости более f > 4-5 эффективность работы исполнительного органа снижается. Происходит резкое уменьшение производительности и повышение расхода резцов, а значит эксплуатационных расходов.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности работы исполнительного органа горного комбайна с расширением области рационального применения по крепости горных пород, повышением производительности и снижением расхода породоразрушающих элементов.

Решение задачи достигается тем, что в исполнительном органе горного комбайна, содержащем расположенный под рамой комбайна и пригруженный частью его веса горизонтальный барабан с установленным на нем шнеком с закрепленными на винтовой поверхности породоразрушающими элементами, породоразрушающие элементы выполнены в виде армированных твердосплавными штырями или наплавками дисковых шарошек, установленных с возможностью свободного вращения на горизонтальных сменных осях, установленных выше или ниже поверхности шнека, при этом плоскость вращения дисковой шарошки, проходящая через ее венец, расположена под углом к вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана, равным углу подъема шнека или больше его, а оси вращения шарошек для работы в мягких породах прикреплены к лопастям шнека с помощью вилкообразных кулаков, для работы в породах средней крепости - с помощью ленточной опорной винтовой полосы, а для работы в крепких, но малоабразивных породах, закреплены между двумя сближенными и согласно навитыми на барабан шнеками, причем зазор между лопастями спаренных шнеков установлен с учетом толщин упорных шайб, дисков и величины угла разворота последних. При этом для условий работы в породах невысокой крепости для увеличения угла разворота дисковые шарошки установлены на внешних поверхностях эксцентриковых невращающихся втулок с образованием подшипников скольжения, причем между боковыми поверхностями дисковых шарошек и внутренними стенками спаренных шнеков или лап вилкообразных кулаков установлены упорные шайбы, поверхности которых, прилегающие к боковым поверхностям дисковых шарошек, выполнены под углом к вертикальной плоскости, равным углу разворота дисков.

Сущность изобретения, таким образом, заключается в изменении принципа построения породоразрушающей конструкции шнекового исполнительного органа как по форме породоразрушающих элементов, так и по их ориентации и вылету относительно шнековой поверхности, потребовавших изменения узлов и деталей, определяющих новый вид расположения и характер функционирования породоразрушающих элементов. Вследствие разворота плоскостей вращения дисковых шарошек относительно вертикальной радиальной плоскости барабана под углом, равным углу подъема шнека или больше его, обеспечивается их дифференциальное вращение при соприкосновении с породным забоем в процессе вращения и горизонтального перемещения шнекового барабана при рабочем движении горного комбайна. Разрушение породы происходит в эффективном режуще-скалывающем режиме, что в сочетании с установкой осей вращения дисков выше или ниже поверхности шнека повышает уровень адаптации исполнительного органа к изменению условий работы.

Сравнительно медленное вращение дисковых шарошек позволяет применить простые подшипники скольжения (на осях или втулках) при повышенных нагрузках на вращающиеся породоразрушающие элементы. Осуществление нового принципа построения породоразрушающей части шнеков потребовало изменения конструкции кулаков: вместо гнезд под вставные резцы - кулаки вилкообразные с лапами. Для условий работы в крепких, но малоабразивных породах кулаки устранены совсем, и оси дисковых шарошек крепятся между лопастями спаренных шнековых стальных полос.

Сущность и особенность изобретения поясняются последующим описанием, а также прилагаемыми чертежами.

На чертежах: фиг. 1 - схема общего вида исполнительного органа горного комбайна (вид в аксонометрии); фиг. 2 - схема оснащения лопастей (витков) шнека дисковыми шарошками с использованием ленточной опорной полосы; фиг. 3 - сечение по А-А фиг. 2; фиг. 4 - схема оснащения лопастей (витков) шнека дисковыми шарошками с использованием вилкообразных кулаков; фиг. 5 - сечение по Б-Б фиг. 4; фиг. 6 - схема оснащения исполнительного органа дисковыми шарошками при двух сближенных (спаренных) и согласно навитых на барабан шнеках; фиг. 7 - сечение по В-В фиг. 6; фиг. 8 - схема установки (размещения) дисковых шарошек на эксцентриковых втулках (разрез); фиг. 9, 10 - схема одного из видов дисковых шарошек с вставными твердосплавными штырями.

Исполнительный орган горного комбайна (фиг. 1) содержит барабан 1 с размещенным на нем шнеком 2. На винтовой поверхности шнека установлены армированные твердосплавными штырями или наплавками дисковые шарошки 4 с возможностью свободного вращения на горизонтальных сменных осях 5, прикрепленных к лопастям шнека для работы в породах средней крепости f=5-8 с помощью стальной ленточной опорной винтовой полосы 3 (фиг. 1, 2 и 3). В этом случае оси 5 одним концом вставляются в отверстия 6 шнековых лопастей, а другим - в отверстия в опорной полосе 3, которая закреплена на шнеке сваркой с использованием связующих деталей 7 (фиг. 2 и 3) или иными известными способами. Между дисковыми шарошками и боковыми поверхностями лопастей и опорной полосы установлены упорные шайбы 8. Оси 5 закрепляются в отверстиях известными способами. Плоскость вращения каждой дисковой шарошки расположена под углом к вертикальной плоскости, равным углу подъема винта шнека α_ш. Это равносильно развороту оси вращения дисковой шарошки на такой же угол в горизонтальной плоскости. На фиг. 3, 5, 7 обозначено: оа - вертикальная плоскость, проходящая через центр дисковой шарошки и перпендикулярная оси вращения барабана; об - вертикальная плоскость, параллельная оси вращения дисковой шарошки.

Для условий работы в мягких породах (фиг. 4 и 5) оси 5 вставляются и закрепляются своими концами в отверстиях лап 9 вилкообразных кулаков 10, прикрепленных к лопастям шнека 2 известными способами. При этом в шнеках под кулаки могут быть выполнены выемки 11.

Для условий работы в крепких (f>8-10), но малоабразивных породах дисковые шарошки установлены на осях, закрепленных между двумя сближенными и согласно навитыми на барабан шнеками 2 и 12 (фиг. 6 и 7). При этом зазор между лопастями спаренного шнека выполнен с учетом толщин упорных шайб, дисков и угла разворота последних. В общем случае плоскости вращения дисковых шарошек ориентированы по винтовой линии шнека. Однако для условий работы в породах невысокой крепости с целью увеличения угла разворота шарошки на величину α_p (в дополнение к α_ш) дисковые шарошки смонтированы (фиг. 8) на внешних поверхностях эксцентриковых невращающихся втулок 13 с образованием подшипников скольжения. При этом (фиг. 8) между боковыми поверхностями дисковых шарошек и внутренними стенками спаренных шнеков или лап вилкообразных кулаков установлены упорные шайбы 14, поверхности которых, прилегающие к боковым поверхностям дисковых шарошек, выполнены под углом к вертикальной плоскости, равным дополнительному углу разворота α_p диска. Упорные шайбы здесь имеют сечение неравнобочной трапеции. При использовании втулок 13 оси 5 выполняются со шлицами (не показано). Один из целесообразных видов дисковых шарошек для исполнительного органа показан на фиг. 9. Твердосплавные штыри могут закрепляться на рабочей поверхности дисков пайкой и иными известными способами. Число лучей 15 (штырей) колеблется в зависимости от диаметра диска, величина которого, как правило, 12-18 см и зависит от многих факторов, в том числе от внешнего диаметра шнека (включая породоразрушающую часть), который у карьерных горных комбайнов рассматриваемого типа составляет обычно 80-90 см (при длине шнекового барабана 190-260 см). Дисковая шарошка имеет боковой угол атаки β_б (фиг. 9) и может иметь и радиальный угол атаки (не показано).

Величины диаметра дисковых шарошек, шага их расположения на шнеке, вылета штырей и самих дисков, углов атаки штырей, углов разворота дисков выбираются на основе расчетов и экспериментальных данных в зависимости от свойств горных пород.

Наличие угла атаки штыря β_б (фиг.9) в сочетании с разворотом шарошки обеспечивает работу штыря в основном на сжатие и позволяет иметь значительный вылет штырей.

Работа исполнительного органа происходит следующим образом. При вращении барабана 1 со шнеком 2 под вертикальной нагрузкой от части веса комбайна и от усилия подачи при его движении по горизонтальному (или наклонному) забою, происходит внедрение вращающихся дисковых шарошек 4 в горную породу. Поскольку плоскости вращения дисков 4 развернуты относительно вертикальной радиальной плоскости барабана 1 под углом, равным углу подъема шнека α_ш или больше этого угла (α_ш или α_ш+α_p), то происходит дифференциальное вращение дисковых шарошек 4, обеспечивающее режуще-скалывающе-отрывное разрушение горной породы объемной стружкой. Отделенная от массива порода перемещается шнековой поверхностью 2 в приемную систему погрузочного конвейера. Наличие расположенных на винтовой линии шнека вращающихся дисков 4 с увеличенной фронтальной поверхностью (вместо относительно узких резцов или редко расположенных шарошек на барабане) существенно улучшает режим перемещения горной породы к приемному устройству.

По сравнению с прототипом, кроме отмеченных, достигаются следующие преимущества:
1. Расширение области эффективного использования исполнительного органа по крепости горных пород за счет объемного режуще-скалывающего разрушения забоя при переменном контакте штырей дисков с забоем.

2. Относительно медленное вращение дисков (благодаря их развороту) обеспечивает увеличение стойкости простых подшипников скольжения и возможность увеличения нагрузок на исполнительный орган.

3. Увеличение явлений скалывания и отрыва породы сопровождается ростом крупности продуктов разрушения и уменьшением выделения пыли, т.е. повышается экологичность работы.

4. Снижаются удельные затраты энергии на отбойку горной массы (за счет повышения крупности разрушенных пород, увеличения глубины фрезерования и т. д.), т.е. удовлетворяются требования энергосбережения.

5. Достигается более высокая степень адаптации исполнительного органа к изменяющимся горно-геологическим условиям работы за счет изменения углов разворота дисковых шарошек и их вылета над поверхностью шнека.

Таким образом, достигается системное решение поставленной задачи - обеспечивается повышение эффективности работы исполнительного органа с расширением области рационального применения по крепости пород, повышением производительности и снижением расхода породоразрушающих элементов.

Изобретение относится к горным комбайнам, конкретнее к горным комбайнам, работающим на карьерах при тонкослоевой разработке горных пород шнековыми исполнительными органами, расположенными горизонтально под рамой комбайна и нагруженными частью веса комбайна. Задачей изобретения является повышение эффективности работы горного комбайна и расширение его технологических возможностей. Исполнительный орган горного комбайна содержит расположенный под рамой комбайна и пригруженный частью его веса горизонтальный барабан с установленным на нем шнеком с закрепленными на винтовой поверхности породоразрушающими элементами. Породоразрушающие элементы выполнены в виде армированных твердосплавными штырями или наплавками дисковых шарошек, установленных с возможностью свободного вращения на горизонтальных сменных осях, установленных выше или ниже поверхности шнека. Плоскость вращения дисковой шарошки, проходящая через ее венец, расположена под углом к вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана, равным углу подъема шнека или больше него. Оси вращения шарошек для работы в мягких породах прикреплены к лопастям шнека с помощью вилкообразных кулаков, для работы в породах средней крепости - с помощью ленточной опорной винтовой полосы, а для работы в крепких, но малообразивных породах закреплены между двумя сближенными и согласно навитыми на барабан шнеками. Зазор между лопастями спаренных шнеков установлен с учетом толщин упорных шайб, дисков и величины угла разворота последних. При работе в мягких породах для увеличения угла разворота дисковые шарошки могут быть установлены на внешних поверхностях эксцентриковых втулок с образованием подшипников скольжения, причем между боковыми поверхностями дисковых шарошек и внутренними стенками лап вилкообразных кулаков установлены упорные шайбы, поверхности которых, прилегающие к боковым поверхностям дисковых шарошек, выполнены под углом к вертикальной плоскости, равным углу разворота дисков. Повышение эффективности достигается за счет изменения принципов построения породоразрушающего вооружения шнеков, обеспечивающих разрушение забоя в режуще-скалывающем режиме, повышение ресурса стойкости вращающихся твердосплавных штырей, улучшение условий перемещения отбитой горной массы к приемному устройству, повышение экологичности и снижение энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Исполнительный орган горного комбайна, содержащий расположенный под рамой комбайна и пригруженный частью его веса горизонтальный барабан с установленным на нем шнеком с закрепленными на винтовой поверхности породоразрушающими элементами, отличающийся тем, что породоразрушающие элементы выполнены в виде армированных твердосплавными штырями или наплавками дисковых шарошек с возможностью свободного вращения на горизонтальных сменных осях, установленных выше или ниже поверхности шнека, при этом плоскость вращения дисковой шарошки, проходящая через ее венец, расположена под углом к вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси вращения барабана, равным углу подъема шнека или больше его, а оси вращения шарошек для работы в мягких породах прикреплены к лопастям шнека с помощью вилкообразных кулаков, для работы в породах средней крепости - с помощью ленточной опорной винтовой полосы, а для работы в крепких, но малообразивных породах закреплены между двумя сближенными и согласно навитыми на барабан шнеками, причем зазор между лопастями спаренных шнеков установлен с учетом толщин упорных шайб, дисков и величины угла разворота последних. 2. Исполнительный орган по п. 1, отличающийся тем, что при работе в мягких породах для увеличения угла разворота дисковые шарошки установлены на внешних поверхностях эксцентриковых втулок с образованием подшипников скольжения, причем между боковыми поверхностями дисковых шарошек и внутренними стенками лап вилкообразных кулаков установлены упорные шайбы, поверхности которых, прилегающие к боковым поверхностям дисковых шарошек, выполнены под углом к вертикальной плоскости, равным углу разворота дисков.