УГЛЕДОБЫВАЮЩИЙ БАРАБАННЫЙ КОМБАЙН ДОЛИНСКОГО БКД, СПОСОБ ПОГРУЗКИ УГЛЯ НА КОНВЕЙЕР, БАРАБАННЫЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА, МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА КОМБАЙНА, МЕХАНИЗМ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ КОМБАЙНА, МЕХАНИЗМ ПОДАЧИ КОМБАЙНА Российский патент 2005 года по МПК E21C25/00 E21C25/10 E21C27/00 E21C29/02 E21C31/00 E21C31/04 

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к очистной выемке пластовых угольных месторождений с применением очистных комбайнов и скребковых конвейеров в составе механизированных комплексов.

Известны очистные комбайны для пластов средней мощности типа РКУ10, РКУ13, РКУ16, РКУ20 и РКУ25 с двухшнековыми исполнительными органами по концам машины для работы по челноковой схеме или для односторонней работы с зачистным ходом (см., напр., В.Н. Хорин и др. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. М., Недра, 1985, стр.69-72, рис. 24).

Электродвигатели у всех комбайнов РКУ имеют мощность 200 кВт, причем на первых трех типах установлен один электродвигатель на комбайн; а на двух последних - два электродвигателя.

Известен комбайн типа 2ГШ68Б, имеющий один электродвигатель мощностью 160 кВт на оба шнека и один электродвигатель для привода насосной станции для бесцепной системы подачи (см., напр., А.А. Топорков. Машинист горных выемочных машин. М., Недра, 1991, стр.239, рис. 3.20).

Известен очистной комбайн, включающий основной корпус, привод, механизм подачи и исполнительный орган, который выполнен в виде барабана с горизонтальной осью вращения, и взятый за прототип (см., напр. В.И. Солод и др. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М., Недра, 1982, стр.127).

Недостатком этих комбайнов является малая мощность привода, большой вес и большая длина комбайна, сложность конструкции, а также повышенная энергоемкость отбойки и погрузки угля шнековыми исполнительными органами, снижающими сортность добываемого угля.

Известен способ погрузки угля на конвейер, в котором исполнительный орган в виде шнеков выполняет как функцию резания, так и функцию погрузки угля (см., напр., Л.И. Кантович, В.Н. Гетопанов. Горные машины. М., Недра, 1989, стр.65).

Недостатком такого способа является то, что только 60-70% отбитого угля погружается на конвейер самим шнеком. Для погрузки на конвейер остальной части угля приходится применять дополнительно погрузочные щитки, усложняющие конструкцию комбайна и требующие вспомогательных операций по их обслуживанию (уборка щитков и обратная установка их с использованием дополнительных передач и муфт сцепления).

Известен способ погрузки угля на конвейер, согласно которому осуществляют вращение отбойного барабана вокруг горизонтальной оси с выбросом отбитого угля и движение отбойного барабана вдоль конвейера (см., напр., RU №2130554, опубл. 20.05.1999). Этот способ взят за прототип.

Преимуществом прототипа данного способа погрузки угля на конвейер является то обстоятельство, что отбойные барабаны выполнены с конической частью меньшего диаметра, обращенной в сторону забоя, обеспечивающей на вновь обработанной поверхности забоя фаску у почвы, способствующую облегчению погрузки угля на высокий конвейер за счет создания у забоя при подвигании конвейера "призмы выпирания", известной из теории сыпучих тел.

Недостатком прототипа с точки зрения погрузки угля на конвейер является расположение оси вращения барабана в наклонной плоскости, не параллельной поверхности почвы и кровли, что требует регулярной перестройки оси вращения барабана каждый раз при переходе от почвы к кровле и наоборот.

Из существующего уровня техники известен барабанный исполнительный орган очистного комбайна с горизонтальной осью вращения, включающий цилиндры, на внешней поверхности которых закреплены в определенной последовательности кулаки с резцами. Он прост по конструкции, но не может грузить уголь на конвейер (см. напр. Л.И. Кантович, В.Н. Гетопанов. Горные машины. М., Недра, 1989, стр.66).

Недостатком барабанных исполнительных органов с горизонтальной осью вращения является неудовлетворительная погрузочная способность, и поэтому они применяются только в комбайнах типа А70 и КНД, работающих на крутых пластах (см., напр., В.И. Солод и др. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М., Недра, 1982, стр.127).

Известен барабанный исполнительный орган очистного комбайна с горизонтальной осью вращения, включающий цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами по патенту РФ №2130554, опубл. 20.05.1999. Данное устройство является прототипом изобретению. Комбайн имеет отбойный барабан, внутри которого смонтированы три электродвигателя, расположенных по окружности вокруг центрально расположенного планетарного редуктора, выходной вал которого несет отбойный барабан.

Преимуществом такого привода является его простота из-за наличия всего одной передачи вместо четырех-пяти передач от оси электродвигателя до центральной планетарной передачи. Вторым преимуществом является большая мощность привода от трех электродвигателей вместо одного и полная автономия привода с точки зрения его крепления и перемещения.

Известны механизмы подъема исполнительных органов по мощности пласта комбайнов, включающие поворотную рукоять с горизонтальной осью вращения и домкрат подъема рукояти (см., напр., А.А. Топорков. Машинист горных выемочных машин. М., Недра, 1991, стр.238, 241, рис. 3.9, 3.22, 3.23). Данный механизм принят за прототип.

Недостатком такого механизма является непараллельность подработанной кровли в случае применения шнеков или барабанов с наклонной или повернутой осью вращения.

Известен механизм повышения устойчивости комбайнов от действия опрокидных усилий со стороны забоя при резания угля, особенно крепких углей с сопротивляемостью до 350 кН/м, пластов с породными прослойками. Этот механизм принят за прототип. Он включает переднюю и завальные лыжи комбайна и конвейер с межсекционной балкой, задней опорой на почву и рейкой (см., напр., Л.И. Кантович. Горные машины. М., Недра, 1989, стр.63).

Из существующего уровня техники известен механизм повышения устойчивости комбайна от опрокидных реакций со стороны забоя, включающий переднюю и завальные лыжи комбайна и конвейер, снабженный задней опорой и рейкой (см., напр., RU 2170350 С1 от 10.07.2001). Этот источник взят за прототип.

К средствам повышения устойчивости относится увеличение веса комбайна, уменьшение ширины захвата (узкозахватная выемка), увеличение величины базы между опорами комбайна на конвейер.

Недостатком этих механизмов является их некомплектность, неиспользование веса конвейера, необходимость значительного увеличения веса комбайна, его размеров по длине и ширине, необходимость применения режимов резания с незначительной толщиной снимаемой стружки и необходимость в связи с этим увеличения количества работающих резцов, увеличения энергоемкости резания.

Известен механизм подачи комбайна 1ГШ68, 2ГШ68Б, принятый за прототип и включающий привод бесцепной системы подачи и выходную звездочку, взаимодействующую с пальцами рейки конвейера (см., напр., А.А. Топорков. Машинист горных выемочных машин. М., Недра, 1991, стр.237, 238).

Недостатком механизма являются большие габариты системы подачи, ее сложность и, соответственно, ненадежность, сложность автоматизации, экстренного торможения, регулирования скорости подачи в зависимости от крепости угля и производительности выемки угля.

Задачей изобретения является уменьшение габаритов и снижение вес комбайна, повышение энерговооруженности исполнительного органа, повышение производительности комбайна, повышение погрузочной способности барабанных исполнительных органов, исключение дополнительных погрузочных щитков и снижение энергоемкости процесса погрузки угля, обеспечение эффективной погрузки угля на конвейер, упрощение редуктора, обеспечение параллельности исполнительного органа к почве подрубаемой поверхности кровли при изменении вынимаемой мощности пласта, увеличение устойчивости резания, обеспечение возможности работы с большой стружкой (силовое резание).

Указанная задача решается тем, что в очистной комбайне, включающем основной корпус, привод, механизм подачи и исполнительный орган, который выполнен в виде барабана с горизонтальной осью вращения, согласно изобретению, ось вращения барабана расположена под непрямым углом к продольной оси конвейера и повернута в горизонтальной плоскости в направлении, обеспечивающем смещение траектории выброса отбитого угля в сторону конвейера.

Указанная задача решается также тем, что в способе погрузки угля на конвейер, согласно которому осуществляют вращение отбойного барабана вокруг горизонтальной оси с выбросом отбитого угля и движение отбойного барабана вдоль конвейера, согласно изобретению, производят разворот оси вращения барабана в плане вокруг вертикальной оси в направлении, чтобы траектория отбитого угля повернулась в сторону конвейера, с образованием формы забоя в виде эллипса с закругленными сопряжениями забоя с почвой и кровлей и уменьшением сопротивления при фронтальной передвижке конвейера к забою и концентрации напряжений в кровле, а движение отбойного барабана вдоль конвейера производят сначала по кровле, а затем по почве в сторону вылета отбитого угля с обеспечением зачистки почвы непосредственно перед фронтальной передвижкой конвейера к забою.

Указанная задача решается также тем, что в барабанном исполнительном органе очистного комбайна с горизонтальной осью вращения, включающем цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами, согласно изобретению, внутри цилиндра размещены три или пять электродвигателей, установленных параллельно в расточки неподвижного корпуса, к которому приболчен зубчатый венец с внутренними зубьями, представляющий солнечное колесо планетарного редуктора для взаимодействия с тремя сателлитами, а выходные валы этих электродвигателей находятся в зацеплении с одним общим зубчатым колесом, расположенным соосно с планетарным редуктором и сцепленным с ним посредством торсионного вала, имеющего два зубчатых хвостовика, один из которых взаимодействует с внутренними шлицами ступицы общего зубчатого колеса, а второй зубчатый хвостовик взаимодействует с зубьями трех сателлитов планетарного редуктора.

Указанная задача решается также тем, что в механизме подъема исполнительного органа комбайна по мощности пласта, включающем поворотную рукоять с горизонтальной осью вращения и домкрат подъема рукояти, согласно изобретению, ось вращения рукояти расположена в горизонтальной плоскости под непрямым углом к оси конвейера и повернута в плане в направлении смещения исполнительного органа в сторону забоя.

Указанная задача решается также тем, что механизм повышения устойчивости комбайна от опрокидных реакций со стороны забоя, включающем переднюю и завальные лыжи комбайна и конвейер с межсекционной балкой, задней опорой на почву и рейкой, согласно изобретению, снабжен обратными захватами, установленными на лыжах комбайна, при этом конвейер имеет направляющие выступы на его передней забойной стороне для сцепления с обратным захватом передней лыжи, а рейка установлена на завальной стороне конвейера и выполнена с обратной плоскостью, за которую цепляются обратные захваты завальных лыж комбайна, причем задняя опора конвейера на почву расположена на завальном конце межсекционной балки.

Указанная задача решается также тем, что в механизме подачи комбайна, включающем привод бесцепной системы подачи и выходную звездочку, взаимодействующую с пальцами рейки конвейера, согласно изобретению, привод подачи расположен в плане за рукоятью исполнительного органа и выполнен в виде отдельного электродвигателя с редуктором самотормозящего червячного типа, при этом для обеспечения сцепления выходной звездочки с пальцами рейки конвейера рейка выполнена с обратной плоскостью, за которую цепляются обратные захваты завальных лыж комбайна.

На фиг.1 представлен общий вид комбайна, поперечное сечение по забою, на фиг.2 представлен вид со стороны забоя, на фиг.3 - вид в плане, на фиг.4 - схема работы комбайна, на фиг.5 показано устройство барабана, поперечное сечение, на фиг.6 - вид на барабан со стороны забоя, на фиг.7 приведена схема графического расчета передаточного отношения редуктора и скорости резания.

Комбайн 1 включает отбойный барабан 2 с рукоятью 3 и домкратом 4, корпус 5 с передней лыжей 6 с обратным захватом 7 (первая опора) и завальными лыжами 8 с обратными захватами 9 (вторая и третья опора комбайна), подающую часть 10 с электродвигателем 11, червячным редуктором 12 и выходной звездочкой 13, взаимодействующей с рейкой 14 конвейера 15, электрогидроблок управления 16 с кронштейном 17 для удержания уздечки 18 кабелеукладчика 19, расположенного в желобе 20 закрепленного на завальном стороне конвейера 15. Конвейер опирается на почву передним носком 21, выполняющим роль лемеха, и задней опорой 22, которая отнесена назад до завального конца межсекционной балки 23, соединенной с завальным бортом конвейера жестко в вертикальной плоскости с помощью вертикального пальца 24. Став конвейера имеет направляющие выступы 25 на передней забойной стороне конвейера, а на задней стороне несет рейку 14 с пальцами, выполненную с обратной плоскостью, за которую цепляются обратные захваты завальных лыж 8 комбайна. Наличие трехопорной рамы с обратными захватами позволяет выполнить комбайн с минимальной длиной и минимальным весом.

Способ работы комбайна по отбойке угля и погрузке его на конвейер согласно схеме по фиг.4 осуществляется следующим образом.

В первый период производится движение комбайна в сторону отбойного барабана с отбойкой верхней части пласта (на чертеже при движении слева направо, п.27). При этом барабан работает зоной в 180 градусов и выгрузка угля производится внизу барабана с траекторией отбитого угля, направленной назад и в сторону конвейера, поскольку барабан повернут в плане на угол примерно 15 градусов.

Форма забоя после прохода комбайна имеет эллиптическое сечение с криволинейными сопряжениями с кровлей и почвой, что уменьшает степень концентрации напряжений от горного давления и создает благоприятные условия для передвижки става на забой без возникновения сопротивлений при приближении става к забою.

После отбойки всей ленты комбайн останавливается и барабан опускается вниз до почвы пласта и включается обратный ход подачи комбайна (на чертеже справа налево, п.28).

При обратном движении комбайна, п.29, выполняется зачистной ход с зоной резания у барабана 0...90 градусов в зависимости от мощности пласта, с частичной отбойкой угля и с полной зачисткой почвы для обеспечения последующей фронтальной подачи конвейера на забой без существенного лобового сопротивления. При зачистке почвы поток отбитой массы угля от барабана направляется также в сторону конвейера.

Механизм подъема исполнительного органа устроен таким образом, что независимо от мощности пласта кровля всегда подрубается горизонтально. Это достигается тем, что горизонтальная ось вращения 30 неперпендикулярна к оси конвейера и отвернута примерно на 15 градусов в сторону смещения исполнительного органа в направлении к забою.

Барабанный исполнительный органа включает три или пять электродвигателей 31, вставленных в три или пять расточек неподвижного корпуса 32, к которому приболчен зубчатый венец с внутренними зубьями 33, являющийся по кинематической схеме солнечным колесом планетарного редуктора 34, сцепленным одновременно с тремя зубчатыми сателлитами 35, вращающихся на осях 36, расположенных в гнездах монолитного выходного вала 37 планетарного редуктора. Выходные валы всех электродвигателей через быстроходные шестерни 38 сцеплены с общим зубчатым колесом 39, расположенным соосно с планетарным редуктором, с которым оно соединено посредством торсионного вала 40. Торсионный вал имеет зубчатые хвостовики 41, один из которых сцеплен с внутренними шлицами колеса 39, а второй взаимодействует одновременно с зубьями трех сателлитов 35 планетарного редуктора.

Выходной вал 37 планетарного редуктора опирается на два сферических подшипника 42 и 43 и через шлицевой фланец 44 соединен с цилиндром 45 отбойного барабана 2.

В корпусе 32 предусмотрены три гнезда для электрокоробок 46 для пропуска трех электрокабелей и два отверстия 47 для входа и выхода воды охлаждения электродвигателей. К основанию корпуса 32 приварена втулка 48 для соединения с рукоятью 3.

В центре корпуса и по оси планетарного редуктора пропущен трубопровод 49 для подвода воды к поворотному штуцеру 50, обеспечивающему подачу воды к форсункам орошения каждого резца 51, вращающимся совместно с цилиндром 45 отбойного барабана 2.

Электропитание и подача давления воды поступают к комбайну от кабелеукладчика 19 в электрогидроблок управления 16. Далее по рукояти 3 идут три электрокабеля 52 для подключения трех электродвигателей, два шланга 53 для воды охлаждения электродвигателей 2 и один шланг 53 для орошения в зоне резцов. Два шланга 54 для питания поршневой и штоковой полости домкрата 4 идут непосредственно из гидропульта к домкрату подъема барабана.

Преимуществом редуктора, встроенного в барабан, является существенное упрощение зубчатых передач, в результате чего 4-5 пар зубчатых колес, применяющихся обычно в приводе от вынесенного электродвигателя через редуктор в рукояти, заменены всего одним колесом 39. На фиг.7 приведена схема графического расчета передаточного отношения и скорости резания, которая должна быть в пределах 3...4 м/с.

i=tga/tgu=6,78/0,186=36,4

n=1450636,4=39,8 об/мин

v=πdn/60

v=π·1,75·39,8/60=3,65 м/с.

Расчет показал, что это условие вполне обеспечивается одним колесом 39.

Преимуществом привода подачи является то обстоятельство, что он выполнен совершенно автономным от механизмов комбайна, размещается за рукоятью комбайна, не имеет гидронасосов и гидромоторов за счет применением отдельного электродвигателя 11 и самотормозящего червячного редуктора, который при отключении электропитания обеспечивает удержание комбайна на месте при любом угле падения пласта. Необходимая при этом гарантия зацепления звездочки 13 с пальцами рейки 14 достигается наличием захвата завальными лыжами 8 комбайна за обратную плоскость рейки 14.

Главным преимуществом изобретения является большая энерговооруженность исполнительного органа - в 3...5 раз выше известных, малый вес и габариты комбайна, также в 3-4 раза меньше, чем в прототипах, лучшая погрузка угля на конвейер, возможность полного вывода людей из очистного забоя и резкое повышение скорости движения комбайна и его производительности.

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к очистной выемке пластовых угольных месторождений с применением очистных комбайнов и скребковых конвейеров в составе механизированных комплексов. Обеспечивает повышение энерговооруженности комбайна, улучшение степени и качества погрузки отбитого угля, облегчение и уменьшение габаритов комбайна. Сущность: комбайн включает основной корпус, привод, механизм подачи и исполнительный орган, который выполнен в виде барабана с горизонтальной осью вращения. Она расположена под непрямым углом к продольной оси конвейера и повернута в горизонтальной плоскости в направлении, обеспечивающем смещение траектории выброса отбитого угля в сторону конвейера. Барабан включает цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами. Внутри цилиндра размещаются три или пять электродвигателей. Они вставлены параллельно в расточки неподвижного корпуса с внутренними зубьями, представляющими солнечное колесо планетарного редуктора и взаимодействующими с тремя сателлитами. Выходные валы трех или пяти электродвигателей взаимодействуют с одним общим зубчатым колесом. Оно расположено соосно с планетарным редуктором и сцеплено с ним посредством торсионного вала, имеющего два зубчатых хвостовика. Один из хвостовиков взаимодействует с внутренними шлицами ступицы колеса, а второй взаимодействует с зубьями трех сателлитов планетарного редуктора. Механизм подъема барабана по мощности пласта включает домкрат подъема рукояти и рукоять с горизонтальной осью вращения, расположенной в горизонтальной плоскости под непрямым углом к оси конвейера и повернутой в плане в направлении смещения исполнительного органа в сторону забоя. Лыжи механизма повышения устойчивости комбайна снабжены обратными захватами за выступы на передней забойной и задней завальной сторонах конвейера. Задняя опора конвейера на почву отнесена на завальный конец межсекционных балок. Механизм подачи комбайна включает привод бесцепной системы подачи и ведущую звездочку. Звездочка взаимодействует с пальцами рейки конвейера. Привод расположен в плане за рукоятью исполнительного органа и выполнен в виде отдельного электродвигателя с редуктором самотормозящего червячного типа. Сцепление звездочки с пальцами гарантируется с помощью обратного захвата редуктора за обратные плоскости рейки конвейера, несущей эти пальцы. В способе погрузки угля на конвейер производят разворот оси вращения барабана в плане вокруг вертикальной оси в том направлении, чтобы траектория отбитого угля повернулась в сторону конвейера. Движение отбойного барабана вдоль конвейера производят сначала по кровле, а затем по почве в сторону вылета отбитого угля с обеспечением зачистки почвы непосредственно перед фронтальной передвижкой конвейера к забою. 6 с.п. ф-лы, 7 ил.

1. Очистной комбайн, включающий основной корпус, привод, механизм подачи и исполнительный орган, который выполнен в виде барабана с горизонтальной осью вращения, отличающийся тем, что ось вращения барабана расположена под непрямым углом к продольной оси конвейера и повернута в горизонтальной плоскости в направлении, обеспечивающем смещение траектории выброса отбитого угля в сторону конвейера.2. Способ погрузки угля на конвейер, согласно которому осуществляют вращение отбойного барабана вокруг горизонтальной оси с выбросом отбитого угля и движение отбойного барабана вдоль конвейера, отличающийся тем, что производят разворот оси вращения барабана в плане вокруг вертикальной оси в направлении, чтобы траектория отбитого угля повернулась в сторону конвейера, с образованием формы забоя в виде эллипса с закругленными сопряжениями забоя с почвой и кровлей и уменьшением сопротивления при фронтальной передвижке конвейера к забою и концентрации напряжений в кровле, а движение отбойного барабана вдоль конвейера производят сначала по кровле, а затем по почве в сторону вылета отбитого угля с обеспечением зачистки почвы непосредственно перед фронтальной передвижкой конвейера к забою.3. Барабанный исполнительный орган очистного комбайна с горизонтальной осью вращения, включающий цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами, отличающийся тем, что внутри цилиндра размещены три или пять электродвигателей, установленные параллельно в расточки неподвижного корпуса, к которому приболчен зубчатый венец с внутренними зубьями, представляющий солнечное колесо планетарного редуктора для взаимодействия с тремя сателлитами, а выходные валы этих электродвигателей находятся в зацеплении с одним общим зубчатым колесом, расположенным соосно с планетарным редуктором и сцепленным с ним посредством торсионного вала, имеющего два зубчатых хвостовика, один из которых взаимодействует с внутренними шлицами ступицы общего зубчатого колеса, а второй зубчатый хвостовик взаимодействует с зубьями трех сателлитов планетарного редуктора.4. Механизм подъема исполнительного органа комбайна по мощности пласта, включающий поворотную рукоять с горизонтальной осью вращения и домкрат подъема рукояти, отличающийся тем, что ось вращения рукояти расположена в горизонтальной плоскости под непрямым углом к оси конвейера и повернута в плане в направлении смещения исполнительного органа в сторону забоя.5. Механизм повышения устойчивости комбайна от опрокидных реакций со стороны забоя, включающий переднюю и завальные лыжи комбайна и конвейер с межсекционной балкой, задней опорой на почву и рейкой, отличающийся тем, что он снабжен обратными захватами, установленными на лыжах комбайна, при этом конвейер имеет направляющие выступы на его передней забойной стороне для сцепления с обратным захватом передней лыжи, а рейка установлена на завальной стороне конвейера и выполнена с обратной плоскостью, за которую цепляются обратные захваты завальных лыж комбайна, причем задняя опора конвейера на почву расположена на завальном конце межсекционной балки.6. Механизм подачи комбайна, включающий привод бесцепной системы подачи и выходную звездочку, взаимодействующую с пальцами рейки конвейера, отличающийся тем, что привод подачи расположен в плане за рукоятью исполнительного органа и выполнен в виде отдельного электродвигателя с редуктором самотормозящего червячного типа, при этом для обеспечения сцепления выходной звездочки с пальцами рейки конвейера рейка выполнена с обратной плоскостью, за которую цепляются обратные захваты завальных лыж комбайна.