СПОСОБ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНОСТРУКТУРНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ И РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2015 года по МПК E21C25/10 E21C41/26 E21C47/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при селективной разработке сложноструктурных месторождений с помощью карьерных комбайнов.

Известны исполнительные органы горных машин с жестко закрепленными на корпусе барабана режущими инструментами, обеспечивающими разрушение породы за счет расположения инструментов по спирали Архимеда [1] или реверса вращения барабана [2].

Конструктивные особенности таких устройств не обеспечивают оптимальных показателей производительности и энергоемкости процесса.

Известен исполнительный орган горной машины [3], имеющий корпус, в отверстиях которого подвижно установлены инструменты, взаимодействующие с механизмом для их перемещения, размещенным в полости корпуса. Механизм для перемещения инструмента выполнен в виде коленчатого вала с шатунами, которые кинематически связаны с инструментами для их перемещения вдоль радиуса, находящегося в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения корпуса.

Данное устройство имеет низкую надежность, высокую энергоемкость и не обеспечивает селективность разработки сложноструктурных месторождений.

Наиболее близким по технической сущности является реверсивный рабочий орган комбайна, включающий барабан со ступицей, кольцом и лопасти с режущим инструментом, установленные с возможностью взаимодействия с кулаками, расположенными на барабане, и соединенные с кольцом с помощью осей, установленных в отверстиях, соосно выполненных в лопастях и кольце.

За счет того, что механизмы для перемещения режущих инструментов расположены на наружной поверхности рабочего органа и могут подвергаться внешнему воздействию - удары, запыленность, снижается надежность устройства. Кроме того, реверс барабана усиливает знакопеременные нагрузки на механизмы рабочего органа.

Технический результат заключается в повышении производительности, надежности и расширении технологической эффективности разрушения пород различной степени крепости и связности посредством регулирования усилия резания в зоне обработки и формирования в поверхностном слое обрабатываемого массива зон разрушения с учетом прочностных характеристик породы при селективной разработке сложноструктурных месторождений с помощью карьерных комбайнов.

Технический результат достигается за счет того, что в способе разработки сложноструктурного месторождения, включающем создание требуемой концентрации напряжений посредством регулирования усилия резания в зоне обработки и формирование в поверхностном слое обрабатываемого массива зон разрушения с помощью режущих инструментов рабочего органа комбайна в зависимости от прочностных характеристик горной породы, для расширения диапазона одновременной обработки и вариантов регулирования усилия резания в зоне обработки формирование зон разрушения осуществляется с учетом прочностных характеристик породы по ширине обрабатываемой поверхности при изменении функциональных параметров - позиционирования режущих инструментов в каждом ряду независимо друг от друга, а также технологических параметров - давления рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров, скорости вращения корпуса рабочего органа и скорости продвижения комбайна, при их рациональном сочетании в условиях селективной разработки сложноструктурных месторождений, при этом прочностные характеристики породы фиксируются датчиками регистрации прочности горной породы, связанными через системный блок с системой управления работой гидроцилиндров, а уравновешенность барабана обеспечивается распределенным смещением гидроцилиндров, причем давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов.

Рабочий орган для осуществления способа, содержащий корпус с подвижно установленными дисками с жестко закрепленными на них режущими инструментами, перемещаемыми относительно шарнирного соединения, сопряженные с корпусом механизмы для перемещения режущих инструментов посредством взаимодействия с дисками, снабжен датчиками регистрации прочности горной породы, установленными на раме комбайна и связанными с системным блоком, соединенным с системой управления работой гидроцилиндров, системой управления работой жестких фиксаторов, системой управления скоростью вращения барабана и системой управления скоростью перемещения самого комбайна, при этом механизмы для перемещения режущих инструментов установлены в полости корпуса и снабжены жесткими фиксаторами, а диски с режущими инструментами снабжены поворотными рычагами и установлены в пазах корпуса с возможностью вращения относительно шарнирного соединения, связанного с проушинами, установленными на корпусе, при этом позиционирование режущих инструментов в каждом ряду осуществляется независимо друг от друга, причем управляемые посредством гидроцилиндров механизмы для перемещения режущих инструментов выполнены в виде звеньев, шарнирно соединенных между собой, а поворотные рычаги кинематически связаны посредством шарнирного соединения со звеньями механизма для перемещения режущих инструментов, при этом для обеспечения уравновешенности барабана гидроцилиндры в каждом смежном ряду установлены со смещением друг относительно друга по окружности, определяемым по формуле:

Λ=360/n,

где n - число смежных гидроцилиндров механизма для перемещения режущих инструментов, причем системы подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам и системы управления работой жестких фиксаторов связаны с вращающимся соединением-опорой, а давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов.

Возможность формирования требуемой последовательности выполняемых действий предложенными средствами позволяет решить поставленную задачу, определяет новизну, промышленную применимость и изобретательский уровень разработки.

Рабочий орган для осуществления способа разработки сложноструктурного месторождения изображен на чертежах.

На фиг.1 - общий вид карьерного комбайна при отработке сложноструктурного месторождения; на фиг.2 - рабочий орган комбайна, сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2, первая позиция рабочих инструментов; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2, вторая позиция рабочих инструментов; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.2, показано распределенное смещение гидроцилиндров; на фиг.6 - блок-схема управления рабочим органом для осуществления способа разработки сложноструктурных месторождений.

Рабочий орган 1 для осуществления способа содержит корпус 2 с подвижно установленными дисками 3 и жестко закрепленными на них режущими инструментами 4, 5, перемещаемыми относительно шарнирного соединения 6. Сопряженные с корпусом 2 механизмы 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5 взаимодействуют с дисками 3. Датчики 8 регистрации прочности горной породы установлены на раме 9 комбайна 10. Механизмы 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5 снабжены гидроцилиндрами 11 и установлены в полости 12 корпуса 2. Диски 3 с режущими инструментами 4, 5 снабжены поворотными рычагами 13 и установлены в пазах 14 корпуса 2 с возможностью вращения относительно шарнирного соединения 6. Шарнирное соединение 6 связано с проушинами 15, установленными на корпусе 2. Позиционирование режущих инструментов 4, 5 в каждом ряду 16 осуществляется независимо друг от друга. Механизмы 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5 выполнены в виде звеньев 17, шарнирно 18 соединенных между собой, и управляются посредством гидроцилиндров 11. Поворотные рычаги 13 кинематически связаны посредством шарнирного соединения 18 со звеньями 17 механизма 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5. Для обеспечения уравновешенности барабана 19 гидроцилиндры 11 в каждом смежном ряду 16 установлены друг относительно друга по окружности 20 со смещением 21, определяемым по формуле:

Λ=360/n,

где n - число смежных гидроцилиндров 11 механизма 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5. Режущий инструмент 5 имеет упорный торец 22 для сопротивления усилию резания при работе режущего инструмента 4. Первые звенья 23 механизмов 7 снабжены жесткими фиксаторами 24, которые включаются при работе режущих инструментов 5 для снятия нагрузки на шток 25 гидроцилиндров 11. Система 26 подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам 11 и система 27 управления работой жестких фиксаторов 24 связаны с вращающимся соединением-опорой 28. Вращающееся соединение-опора 28 позволяет осуществлять свободное вращение барабана 19, позволяя системам 26, 27 оставаться в неподвижном состоянии. Давление рабочей жидкости в поршневых полостях 29 гидроцилиндров 11 рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов 13. Система 26 связана с системой управления 30 работой гидроцилиндров 11. Датчики 8 связаны с системным блоком 31, который соединен с системой управления 30 работой гидроцилиндров 11, системой 27 управления работой жестких фиксаторов 24, системой 32 управления скоростью вращения барабана 19 и системой управления 33 скоростью перемещения комбайна 10.

Способ разработки сложноструктурного месторождения с использованием рабочего органа реализуется следующим образом.

По мере продвижения комбайна 10 установленные на раме 9 комбайна 10 датчики 8 регистрации прочности горной породы подают сигналы на системный блок 31. После обработки полученной информации на систему управления 30 работой гидроцилиндров 11 поступает сигнал. С помощью системы 26 подачи рабочей жидкости происходит срабатывание гидроцилиндров 11 и режущие инструменты 4, 5 устанавливаются в нужном положении, перемещаясь относительно шарнирного соединения 6 с проушинами 15. При настройке первой позиции для отработки высокопрочного участка сопряженные с корпусом 2 и установленные в полости 12 корпуса 2 механизмы 7 взаимодействуют посредством звеньев 17, шарнирно 18 соединенных между собой, с поворотными рычагами 13 дисков 3, установленных в пазах 14. Режущий инструмент 5 имеет упорный торец 22 для сопротивления усилию резания при работе режущего инструмента 4. Давление рабочей жидкости в поршневых полостях 29 гидроцилиндров 11 рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов 13. Штоки 25 гидроцилиндров 11 находятся в своем крайнем положении от гидроцилиндров 11. Осуществляется настройка рациональных технологических параметров - давления рабочей жидкости в поршневых полостях 29 гидроцилиндров 11, скорости вращения корпуса 2 рабочего органа 1 и скорости продвижения комбайна 10. Из системного блока 31 подается сигнал к системе 32 управления скоростью вращения барабана 19 и системе управления 33 скоростью перемещения комбайна 10. На участках с меньшей прочностью происходит срабатывание гидроцилиндров 11 и штоки 25 гидроцилиндров 11 становятся в свое крайнее ближнее положение по отношению к гидроцилиндрам 11. Первые звенья 23 механизмов 7 снабжены жесткими фиксаторами 24, которые жестко фиксируют положение режущих инструментов 5 для снятия нагрузки на шток 25 гидроцилиндров 11 при работе. Системный блок 31 подает сигнал на систему 27 управления работой жестких фиксаторов 24, которые фиксируют нужное положение поворотных рычагов 13 для снятия нагрузки со штоков 25 гидроцилиндров 11. Вращающееся соединение-опора 28 позволяет осуществлять свободное вращение барабана 19, позволяя системам 26, 27 оставаться в неподвижном состоянии. Происходит разрушение поверхностного слоя месторождения. Комбайн послойно отрабатывает крепкую породу, имеющую прослойки менее крепкой и более пластичной породы. Создание требуемой концентрации напряжений посредством регулирования усилия резания в зоне обработки и формирование в поверхностном слое обрабатываемого массива зон разрушения с помощью режущих инструментов 4, 5 рабочего органа 1 комбайна 10 осуществляется по ширине обрабатываемой поверхности в зависимости от прочностных характеристик горной породы, которые могут существенно различаться. Давление рабочей жидкости в поршневых полостях 29 гидроцилиндров 11 рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов 13.

Для обеспечения уравновешенности барабана 19 гидроцилиндры 11 в каждом смежном ряду 16 установлены друг относительно друга по окружности 20 со смещением 21, определяемым по формуле:

Λ=360/n,

где n - число смежных гидроцилиндров 11 механизма 7 для перемещения режущих инструментов 4, 5.

Происходит совмещенная обработка высокопрочных и менее прочных участков месторождения.

Способ включает в себя последовательную отработку различных горных пород, слагающих сложноструктурное месторождение. Горные породы могут значительно отличаться друг от друга по физико-механическим свойствам и для их эффективной разработки необходима одновременная независимая настройка режущих инструментов. Расширение диапазона одновременной обработки и вариантов регулирования усилия резания в зоне обработки обеспечивает повышение производительности, надежности и расширение технологической эффективности разрушения пород различной степени крепости и связности.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №382814. Исполнительный орган угольного комбайна / Больмант Л.В., Брилинг В.И., Немятов B.C., Чефранов В.В., Миллер К.О., Еремин Г.С., Дьяков В.А. - опубл. 23.05.1973. Бюл. №23.

2. Авторское свидетельство СССР №441403. Исполнительный орган угольного комбайна / Станкус В.М. и др. - опубл. 30.08.1974. Бюл. №32.

3. Авторское свидетельство СССР №1149006. Исполнительный орган горной машины / Бреннер В.А., Зысманов Л.Г. и др. - опубл. 07.04.85. Бюл. №13.

2. Авторское свидетельство №1204727 Реверсивный рабочий орган комбайна / Бут В.А., Клиновский А.А., Муравьев В.П., Литовченко Н.А. - опубл. 15.01.1986. Бюл. №2.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при селективной разработке сложноструктурных месторождений с помощью карьерных комбайнов. Техническим результатом является повышение производительности, надежности и расширение технологической эффективности разрушения пород различной степени крепости и связности посредством регулирования усилия резания в зоне обработки и формирования в поверхностном слое обрабатываемого массива зон разрушения с учетом прочностных характеристик породы при селективной разработке сложноструктурных месторождений с помощью карьерных комбайнов. Для расширения диапазона одновременной обработки и вариантов регулирования усилия резания в зоне обработки формирование зон разрушения осуществляется с учетом прочностных характеристик породы по ширине обрабатываемой поверхности при изменении функциональных и технологических параметров и их рациональном сочетании в условиях селективной разработки сложноструктурных месторождений, при этом прочностные характеристики породы фиксируются датчиками регистрации прочности горной породы, связанными через системный блок с системой управления работой гидроцилиндров, а уравновешенность барабана обеспечивается распределенным смещением гидроцилиндров, причем давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ разработки сложноструктурного месторождения, включающий создание требуемой концентрации напряжений посредством регулирования усилия резания в зоне обработки и формирование в поверхностном слое обрабатываемого массива зон разрушения с помощью режущих инструментов рабочего органа комбайна в зависимости от прочностных характеристик горной породы, отличающийся тем, что для расширения диапазона одновременной обработки и вариантов регулирования усилия резания в зоне обработки формирование зон разрушения осуществляется с учетом прочностных характеристик породы по ширине обрабатываемой поверхности при изменении функциональных параметров - позиционирования режущих инструментов в каждом ряду независимо друг от друга, а также технологических параметров - давления рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров, скорости вращения корпуса рабочего органа и скорости продвижения комбайна, при их рациональном сочетании в условиях селективной разработки сложноструктурных месторождений, при этом прочностные характеристики породы фиксируются датчиками регистрации прочности горной породы, связанными через системный блок с системой управления работой гидроцилиндров, а уравновешенность барабана обеспечивается распределенным смещением гидроцилиндров, причем давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов.

2. Рабочий орган для осуществления способа, содержащий корпус с подвижно установленными дисками с жестко закрепленными на них режущими инструментами, перемещаемыми относительно шарнирного соединения, сопряженные с корпусом механизмы для перемещения режущих инструментов посредством взаимодействия с дисками, отличающийся тем, что снабжен датчиками регистрации прочности горной породы, установленными на раме комбайна и связанными с системным блоком, соединенным с системой управления работой гидроцилиндров, системой управления работой жестких фиксаторов, системой управления скоростью вращения барабана и системой управления скоростью перемещения самого комбайна, при этом механизмы для перемещения режущих инструментов установлены в полости корпуса и снабжены жесткими фиксаторами, а диски с режущими инструментами снабжены поворотными рычагами и установлены в пазах корпуса с возможностью вращения относительно шарнирного соединения, связанного с проушинами, установленными на корпусе, при этом позиционирование режущих инструментов в каждом ряду осуществляется независимо друг от друга, причем управляемые посредством гидроцилиндров механизмы для перемещения режущих инструментов выполнены в виде звеньев, шарнирно соединенных между собой, а поворотные рычаги кинематически связаны посредством шарнирного соединения со звеньями механизма для перемещения режущих инструментов, при этом для обеспечения уравновешенности барабана гидроцилиндры в каждом смежном ряду установлены со смещением друг относительно друга по окружности, определяемым по формуле:
Λ=360/n,
где n - число смежных гидроцилиндров механизма для перемещения режущих инструментов, причем системы подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам и системы управления работой жестких фиксаторов связаны с вращающимся соединением-опорой, а давление рабочей жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров рассчитано на усилие, требуемое для вращения поворотных рычагов.