ИМПАКТИТОДОБЫВАЮЩИЙ КОМБАЙН Российский патент 2015 года по МПК E21C47/00 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для добычи полезных ископаемых.

Целью изобретения является создание агрегата для добычи импактитов.

На Земле известно около 200 кратеров, образованных в результате падения небесных тел. В России наиболее крупным таким кратером является Попигайский, расположенный на севере Красноярского края, импактиты которого отличаются особой прочностью. Специалисты считают, что их прочность в 2,4 раза выше, чем у обычных алмазов [1].

Такие импактиты необходимы при производстве композитных материалов, например износостойких подшипников скольжения.

При добыче алмазов обычно используют способы, где применяются химические и бризантные вещества, которые загрязняют окружающую среду и разрушают алмазы [2].

В отличие от этого нами ранее был предложен алмазодобывающий комбайн, при использовании которого применялась подача водяного пара в подбуровое пространство с целью разуплотнения алмазосодержащего кимберлита в результате резкого перепада температур [3].

Учитывая, что Попигайский кратер также находится в зоне устойчивой вечной мерзлоты, этот способ мы предлагаем использовать и здесь, но сам комбайн, приспособленный для бурения скважин, не подходит для добычи импактитов, находящихся в брекчиевых котловинах.

Вместо конусообразного бура здесь нами предлагается бур, где использован резонансный двигатель, использующий энергию полимерного гидрогеля [4], способного при определенном повышении температуры воды, в которой он находится, коллапсообразно увеличивать свой объем в 500 раз, что при соответствующей опытной подборке чередования импульсов может способствовать необходимому разрушению брекчии [5].

С этой целью нами представлен бур, подвешенный к полиспасту, резервуар с водой, коромысло с балансиром, на котором подвешены с одной стороны паровой котел, а с другой - баллон со сжатым воздухом, причем бур связан с маховиком, который имеет два диска, при этом верхний диск имеет зубья, а на нижнем диске установлены цилиндры, заполненные полимерным гидрогелем, который при повышении температуры способен, коллапсообразно увеличиваясь в объеме, ударять головкой толкателя по зубьям.

Нагрев воды в цилиндрах происходит за счет того, что под нижним диском установлен кожух, примыкающий к нижнему диску маховика, благодаря которому вызывают нагрев полимерного гидрогеля.

Рама тележки дистанционно управляется в те моменты, когда устанавливается перерыв в работе над раскалыванием брекчии и тележка имеет возможность передвинуться с одной делянки на другую.

Бур снабжен водилом с паровой камерой, расположенной над поверхностью, где между шарошками установлены форсунки, используемые для подачи пара в подбуровое пространство.

Когда водило бура поднято, крутящий момент может быть передан через трансмиссию и преобразователь энергии на коробку передач, электрогенератор, сцепление и систему управления тележкой.

На фиг.1 приведен разрез комбайна по А-А на фиг.2; на фиг.2 - разрез комбайна по В-В на фиг.1; на фиг.3 - продольный разрез гелиевого цилиндра в статичном состоянии (пунктиром - то же в момент удара толкателя по зубцу маховика двигателя); на фиг.4 - фрагменты продольного разреза водила бура; на фиг.5 - разрез подборщика породы по В-В на фиг.1 (пунктиром - то же, при подъеме).

На фиг.1-5 представлены бур 1, подвешенный к полиспасту 2, резервуар с водой 3, коромысло 4 с балансиром, являющееся противовесом буру 1, на котором подвешены с одной стороны паровой котел 5, а с другой - баллон со сжатым воздухом 6; маховик двигателя 7, паропровод 8, преобразователь импульсов энергии 9, коробка передач 10, электрогенератор 11, аккумуляторная батарея 12, сцепление 13, система управления 14 перемещением комбайна по сигналам с автоматизированной системы управления (АСУ), видеокамера 15, осветительные фары 16, подборщик породы 17, рама 18 тележки, колеса 19 тележки, сопло 20 воздуховода 21, телескопический подъемник 22 подборщика 17, электронагреватель 23 внутри парового котла 5, водило 24 бура, подшипник 25 водила, паровая камера 26 бура, обеспечивающая подачу пара на брекчиевую поверхность, причем подъем и спуск бура обеспечивает подшипник 25, расположенный на водиле бура (фиг.4).

На фиг.3 представлен фрагмент двигателя, который представляет из себя маховик 27, состоящий из двух параллельно установленных, взаимосвязанных дисков с зазором 28 между ними, насаженных на одну вертикальную ось 29, параллельную оси бура, при этом на верхнем 30 диске имеются зубья 31, выходящие в зазор 28, а на нижнем 32 диске установлены цилиндры 33, заполненные водой и находящимися внутри цилиндров поршнями с нижней 34 головкой и вынесенной за пределы цилиндра верхней 35 головкой, выполняющей функцию толкателя по зубьям 31, причем поршни снабжены пружиной 36,прикрепленной внизу к нижней головке 34 поршня, а вверху к верхнему днищу 37 цилиндра, в котором через имеющееся отверстие с компрессионными кольцами способен проходить стержень 38 поршня, при этом между нижним 39 днищем цилиндра и нижней 34 головкой поршня уложена масса полимерного гидрогеля 40, а сама нижняя 34 головка снабжена отверстиями 41, через которые может свободно просачиваться вода, находящаяся в цилиндре. При достижении определенной критической температуры воды в цилиндре гидрогель, коллапсообразно увеличиваясь в объеме, сжимает пружину 36 и ударяет верхней головкой 35 поршня (толкателем) по зубу 31, находящемуся на верхнем 30 диске. В этот момент снизу за нижним днищем поршня перед цилиндром выдвигается упорный палец 42, закрепленный на подвижном механизме кронштейна 43 маховика 27, воспринимая при этом отбойный удар зуба 31, не давая цилиндру возможности отодвинуться в обратном направлении. Маховик 27 приобретает крутящий момент, который передает через установленную на нем шестерню 44 на установленную рядом на вертикальной оси 29 бура шестерню 45, расположенную на водиле 24 бура. После этого температура воды в цилиндре снижается, объем гидрогеля уменьшается, пружина 36 отводит толкатель 35 в прежнее доударное положение. Палец 42 по сигналу из АСУ при помощи механизма, установленного на кронштейне, опускается вниз, освобождая место для прохода последующего цилиндра, после чего цикл повторяется.

Нагрев воды в цилиндрах происходит за счет того, что под нижним диском 32 установлен кожух 46, через который пропущен идущий от парового котла 5 к водилу 24 бура паропровод 8, который установлен таким образом, что вода в цилиндрах, проходящих мимо кожуха, постепенно нагревается, достигая критического уровня в момент прохождения маховика 27 над упорным пальцем 42.

Этапы процесса следующие: вначале электронагреватель 23 доводит воду в котле 5 до кипения; пар по паропроводу 8 обеспечивает вращение маховика 27, а через водило 24 и самого бура; пар поступает в паровую камеру 26 и в подбуровое пространство 47. Вращение бура прекращается, он при помощи полиспаста 2 приподнимается вверх, образуя пространство над поверхностью брекчии, где происходит заполнение микротрещин паром, который мгновенно превращаясь в лед, разуплотняет брекчиевый массив. После этого бур опускается и приводится во вращательное движение, а паровой котел 5 пополняется водой из расположенного над ним резервуара 3 с водой. Противовес бура - коромысло 4 через полиспаст 2 поднимает бур, после чего цикл повторяется. Бур после нескольких подобных циклов поднимают, а в подбуровое пространство 47 нагнетают из баллона 6 сжатый воздух по воздуховоду 21 и соплам 20, который сметает отработанную породу 48 в подборщик 17, шарнирно закрепленный на раме 18 тележки. Отработанная порода, попавшая в подборщик после подъема телескопического подъемника 22 ссыпается в ковш автокара 49, подъехавшего к комбайну, чтобы обеспечить сохранность ее в условиях вероятного снегопада.

В тот период, когда бур не вращается, а работа двигателя продолжается, крутящий момент через трансмиссию 50 передается на преобразователь энергии 9, с него на коробку передач 10, затем на электрогенератор 11, связанный с аккумуляторной батареей 12, на сцепление 13 и на систему управления 14, которая по команде с АСУ через карданный вал 51 приводит в действие передний 52, средний 53 и задний 54 мосты тележки, которая перемещается на новую делянку.

Комбайн оборудован необходимой теплоизоляцией и по мере надобности снабжается водой, сжатым воздухом и заряженными аккумуляторными батареями.

Использованные источники

1. Похиленко Н. РАН: Внеземные алмазы из Сибири непригодны для ювелирных изделий // «Деловая газета» за 17 сентября 2012 г.

2. RU 2136887, С1, 1999.

3. RU 2426879, С2, 2011.

4. Филипова О.Е. «Умные» полимерные гидрогели // Природа, 2005, №8, С.8.

5. Большая советская энциклопедия. Т.21, Изд.3. 1975, М.: БСЭ, С.588-592, «Резонанс».

6. Политехнический словарь, Изд.3, 1998. М.: БСЭ, С.611, «Эксцентриситет».

Комбайн для добычи импактитов. Комбайн содержит резонансный двигатель, передающий крутящий момент на бур, подборщик, шарнирно установленный к раме тележки, и полиспаст для поднятия бура. В качестве противовеса буру подвешено коромысло, на одном плече которого установлен паровой котел, а на другом баллон со сжатым воздухом. 5 ил.

1. Комбайн, включающий бур, двигатель, резервуар с водой, паровой котел, баллон со сжатым воздухом, отличающийся тем, что бур получает крутящий момент от двигателя, являющегося резонансным, представляющего из себя маховик, включающий два взаимосвязанных, расположенных друг над другом диска, при этом верхний диск снабжен по краям зубьями, о которые имеют возможность ударять толкатели, расположенные в цилиндрах, прикрепленных по краям нижнего диска, в которых имеется полимерный гидрогель, способный при достижении критической температуры воды коллапсообразно увеличивать свой объем, при этом энергию отдачи от удара имеют возможность воспринимать упорные пальцы, выполненные с возможностью упираться о днище цилиндра с последующим перемещением после сигнала с автоматизированной системы управления на механизм, установленный на кронштейне двигателя, вниз для пропуска последующего цилиндра, при этом изменение температуры в цилиндре связано с наличием паропровода, проходящего от парового котла к паровой камере установки и заключенного в кожух, примыкающий к нижнему диску маховика, причем бур подвешен к полиспасту на одном плече, противовесом которому является коромысло с балансиром, на котором, в свою очередь, сбалансированы паровой котел и баллон со сжатым воздухом, который используется для сдува отработанной породы в подборщик, который шарнирно прикреплен к раме тележки, на которой установлен комбайн и которая дистанционно управляется с автоматизированной системы управления, при этом паровой котел имеет возможность пополняться водой из расположенного над ним резервуара с водой, которая нагревается в паровом котле, причем бур снабжен водилом с паровой камерой, где между шарошками установлены форсунки, используемые для подачи пара в подбуровое пространство, причем в периоды, когда бур отключен, крутящий момент может быть передан через трансмиссию и преобразователь энергии на коробку передач, электрогенератор, сцепление и на систему управления тележкой комбайна.