УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ ДРОБЛЕНИЕМ СКАЛЬНОЙ ПОРОДЫ, МИНЕРАЛОВ ИЛИ ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2016 года по МПК E21C27/24 E21C25/10 

Изобретение относится к устройству для проходки с дроблением скальной породы, минералов или других материалов, в частности твердых материалов, содержащему рабочий орган барабанного типа, установленный на опорном устройстве с возможностью вращения вокруг оси барабана и содержащий множество держателей инструмента, которые располагаются таким образом, что они распределены по периферии барабанного рабочего органа, и в которых закреплены режущие инструменты, при этом держатели инструмента вращаются и их оси проходят поперечно по отношению к оси барабана.

Устройство этого типа известно из документа WO 2008/025555 А1. С помощью этого известного устройства возможно эффективно разрабатывать скальные породы или другие твердые материалы с высокой скоростью удаления материала и большой разрабатываемой поверхностью, при этом проходка с дроблением или удаление материала происходит радиально за пределами периферийной части барабанного рабочего органа. Известное устройство может, предпочтительно, использоваться для прохождения галерей или туннелей с помощью горного проходческого комбайна типа "part-face" с помощью механической руки, которая может поворачиваться в поперечном направлении относительно главного направления продвижения комбайна, на переднем конце которого устанавливается с возможностью вращения барабанный рабочий орган.

Однако было показано, что в таких вариантах применения эффективность устройства с его держателями инструмента, которые в процессе выполнения операции дробления все вращаются в одинаковом направлении, существует возможность для улучшений. Направление вращения, которое является одинаковым для всех держателей инструмента, обусловливает отрицательный эффект. Когда механическая рука комбайна, которая несет на себе барабанный рабочий орган, поворачивается в противоположные стороны, то производительность горной разработки в одном направлении поворота удлиняющей механической руки является большей, чем в другом.

Изобретение предназначено для того, чтобы избежать этих недостатков, наблюдаемых у известного устройства, а также для того, чтобы улучшить устройство для проходки с дроблением скальной породы или подобных материалов. Устройство такого типа определено в ограничительной части формулы изобретения, с помощью которого независимо от направления перемещения барабанного рабочего органа достигается одинаковая производительность горной разработки для режущих инструментов, установленных на держателях инструмента.

Эта задача решается путем того, что имеются первая и вторая группы держателей инструмента, при этом направление вращения первой группы противоположно направлению вращения второй группы. Здесь компоновка предпочтительно выполнена так, что держатели инструмента первой группы и второй группы располагаются поочередно по периферии барабанного рабочего органа. Однако альтернативно компоновка может быть выполнена так, что держатели инструмента первой группы располагаются рядом с держателями инструмента второй группы по периферии барабанного рабочего органа, при этом предпочтительно держатель инструмента первой группы и держатель инструмента второй группы в этом случае соответственно располагаются попарно.

Таким образом, в соответствии с изобретением направления вращения держателей инструмента являются различными и за счет различных направлений вращения достигаются одинаково хорошие результаты дробления для режущих инструментов в обоих направлениях вращения барабанного рабочего органа.

Особенно предпочтительным является случай, когда оси держателей инструмента первой группы и оси держателей инструмента второй группы ориентированы и/или могут ориентироваться под различными установочными углами относительно радиального направления барабанного рабочего органа. Поворот держателей инструмента двух групп с различными установочными углами позволяют инструментам оптимально ориентироваться для резания материала. Предпочтительно компоновка выполнена таким образом, что оси держателей инструмента первой группы и оси держателей инструмента второй группы наклонены по отношению друг к другу, при этом оси держателей инструмента первой группы могут описывать первую коническую поверхность вокруг оси барабана, а оси держателей инструмента второй группы могут описывать вторую коническую поверхность вокруг оси барабана, при этом конические поверхности ориентированы зеркально и предпочтительно имеют по меньшей мере приблизительно одинаковый угол. В этой компоновке возможно, что когда барабанный рабочий орган перемещается с помощью поворотной руки, только инструменты первой группы измельчают материал, в то время как инструменты второй группы работают свободно, т.е. не входят в контакт с материалом до тех пор, пока перемещение барабанного рабочего органа не остановится и он при последующем продвижении на глубину врезания не будет поворачиваться или перемещаться в противоположном направлении. В случае этого противоположного направления врезания, инструменты, которые ранее участвовали в извлечении материала, выходят из контакта со скальной породой.

Возможно применять для каждого из держателей инструмента отдельный независимый привод. Однако было доказано, что особенно предпочтительным является вариант, когда держатели инструмента первой и/или второй группы имеют общий привод. Компоновка может быть выполнена, например, таким образом, что общий привод содержит коническое зубчатое колесо, расположенное концентрично оси барабана, и соответственно коническое зубчатое колесо, которое входит в зацепление с этим коническим зубчатым колесом, для каждого держателя инструмента первой и/или второй группы. В этой конструкции возможна неподвижная установка конического зубчатого колеса, в то время как барабанный рабочий орган вращается вокруг оси. Таким образом, держатели инструмента приводятся во вращение тем же приводом, что и барабанный рабочий орган, и достигается фиксированное соотношение скоростей между скоростью барабанного рабочего органа и скоростью держателей инструмента.

В этой конфигурации каждый держатель инструмента может быть присоединен к приводному валу, который на другом своем конце поддерживает коническое зубчатое колесо. Для особенно стабильной конфигурации приводной вал может быть выполнен в виде жесткого вала. Однако также возможно использовать шарнирный вал, предпочтительно карданный вал, который является предпочтительным, в частности, когда предполагается, что установочный угол, на который наклонены держатели инструмента, должен быть переменным.

Предпочтительное усовершенствование изобретения реализуется в том случае, когда коническое зубчатое колесо имеет зубчатые венцы на обеих сторонах, при этом конические зубчатые колеса для держателей инструмента первой группы входят в зацепление с зубчатым венцом конического зубчатого колеса на одной его стороне, а конические зубчатые колеса для держателей инструмента второй группы входят в зацепление с зубчатым венцом конического зубчатого колеса на другой его стороне. Это по существу эквивалентно такому решению, при котором конические зубчатые колеса с односторонним расположением зубьев, которые располагаются бок о бок по оси барабана, хотя при заданном соответствующем большом установочным угле между осями валов они также могут располагаться разнесенными по оси барабана.

Приводные валы соответствующим образом размещаются в защищенном виде внутри барабанного рабочего органа, таким образом можно избежать преждевременного износа зубчатых колес и подшипников. Как уже показывалось, барабанный рабочий орган и держатели инструмента могут приводится в движение общим приводом, при этом конструкция, в которой коническое зубчатое колесо или колеса с коническими зубчатыми венцами для держателей инструмента располагаются на общем приводном валу с центральным зубчатым колесом планетарной зубчатой передачи, через которое приводится в движение взаимосвязанный с ним барабанный рабочий орган, доказала свою особенную предпочтительность. В особенно компактной структуре эта конструкция позволяет обеспечить максимально возможную гибкость для фиксирования соотношения скоростей между скоростью держателей инструмента и скоростью барабанного рабочего органа. Однако также возможно, что хотя держатели инструмента имеют общий привод, он является независимым от привода для взаимосвязанного с ним барабанного рабочего органа, таким образом, скорость вращения держателей инструмента может быть выбрана регулируемой независимо от скорости вращения барабанного рабочего органа.

Предпочтительно барабанный рабочий орган закрывается в его периферийной части с помощью крышек с сегментированной поверхностью оболочки, которые имеют приблизительно трапециевидную форму и располагаются с попеременным наклоном на различных установочных углах по отношению к радиальному направлению и в которых устанавливаются с возможностью вращения держатели инструмента. Компоновка, в которой установочные углы осей валов первой и второй группы наклонены таким образом, что они находятся в диапазоне между ±3° и ±9° по отношению к радиальному направлению барабана, доказала свою особенную эффективность. В такой компоновке может быть надежно гарантировано (там, где необходимо, с небольшим поворотом барабанного рабочего органа по отношению к направлению его продвижения), что при проходке с дроблением скальной породы или подобных материалов только какие-либо инструменты первой или второй группы входят в контакт со скальной породой, в то время как инструменты соответственно другой группы, которые располагаются позади входящих в контакт с породой инструментов в направлении продвижения барабана, вращаются уже в области, где нет материала, и, таким образом, не имеют контакта со скальной породой или подобным материалом, до тех пор пока направление продвижения барабана снова не поменяется на противоположное, и в этом случае при возвратном перемещении барабана используются инструменты другой группы.

Дополнительные признаки и преимущества изобретения представлены в последующем описании и на чертежах, где подробно поясняются предпочтительные варианты осуществления изобретения на основе примеров, в которых:

Фиг.1 показывает горный проходческий комбайн типа "part-face" для проходки туннелей или для горных разработок, содержащий устройство для дробления материала в соответствии с изобретением, представленный на виде в перспективе;

Фиг.2 показывает комбайн, изображенный на фиг.1, на виде спереди;

Фиг.3 показывает подробный вид устройства для дробления материала в соответствии с изобретением, установленного на механической руке комбайна, изображенного на фиг.1, на виде сверху;

Фиг.4 показывает устройство, изображенное на фиг.3, на виде спереди;

Фиг.5 показывает первый вариант осуществления изобретения устройства для дробления материала в соответствии с изобретением, представленного на виде в перспективе;

Фиг.6 показывает общий привод для держателей инструмента в соответствии с фиг.5 на виде сверху; и

Фиг.7 показывает второй вариант осуществления изобретения в соответствии с изобретением в разрезанном виде.

Фиг.1 изображает горный проходческий комбайн типа "part-face", обозначенный в целом позицией 10, который может использоваться для подземных горных разработок, например, для прохождения горизонтальных горных выработок. Комбайн 10 имеет шасси 11 с удлиняющей рукой 12, которая устанавливается с возможностью поворота и перемещения вверх и вниз и к переднему концу (направленному в сторону поверхности действующего забоя) которой прикрепляется вилкообразный держатель 13 барабана. Держатель барабана служит установки устройства 14 для проходки с дроблением материала, являющегося предметом настоящего изобретения. Другие составные части комбайна 10, которые показаны на фиг.1, являются известными и имеют второстепенную важность для настоящего изобретения.

Как видно из чертежей, устройство 14 для дробления материала имеет барабанный рабочий орган 15, который установлен в опорное устройство 13 барабана с возможностью вращения вокруг оси 16 барабана.

Барабанный рабочий орган 15 образует периферийную поверхность 17 кожуха, по части которой располагаются ряды держателей 18 инструмента, которые оснащаются режущими инструментами для работы с материалом, который должен измельчаться/извлекаться, например, с помощью резцов 19 типа Point Attack Picks. Держатели 18 инструмента имеют оси 20, которые проходят поперечно по отношению к оси 16 барабана и приводятся во вращение вокруг этих осей.

В соответствии с изобретением держатели 18 инструмента разделяются на две группы А и В, при этом в варианте осуществления изобретения в соответствии с фиг.5 и 6 компоновка выполнена таким образом, что держатель 18А инструмента одной группы А всегда чередуется с держателем 18В инструмента другой группы В. Держатели инструмента двух групп имеют противоположные направления вращения, так что смежные держатели инструмента вращаются в противоположных направлениях.

Различные направления вращения обозначаются на фиг.3 стрелками 21А и 21В.

Как показано на чертежах, оси 20А держателей 18А инструмента первой группы А и оси 20 В держателей 18В инструмента второй группы В ориентированы на различные установочные углы 22А и 22В относительно радиального направления 23 барабанного рабочего органа 15. Оси 20А держателей 18А инструмента первой группы А и оси 20В держателей 18В инструмента второй группы В, таким образом, взаимно наклонены, при этом оси 20А держателей 18А инструмента первой группы А описывают первую коническую поверхность 24А вокруг оси 16 барабана, а оси 20В держателей 18В инструмента второй группы В описывают вторую коническую поверхность 24В вокруг оси 16 барабана, как показано на фиг.6 и 7. Две конические поверхности 24А, В здесь ориентированы друг к другу зеркально по отношению к центральной плоскости 25 барабанного рабочего органа и имеют такой же угол, который соответствует установочным углам 22А и 22В.

На фиг.5, в частности, можно ясно увидеть, что отдельные держатели 18 инструмента устанавливаются с возможностью вращения в крышках 26 с сегментированной поверхностью оболочки, которые расположены по периферии рабочего органа 15 и которые имеют приблизительно трапециевидную форму. Сегментированные крышки располагаются с попеременным наклоном на различных установочных углах 22А и 22В, при этом более длинные из их взаимно параллельных боковых краев располагаются таким образом, что их средняя область находится радиально дальше, чем более короткие из параллельных боковых краев.

Каждый из держателей 18 инструмента может приводиться в движение отдельным приводом вращения, например компактно встроенными редукторными электродвигателями, которые находятся внутри рабочего органа 15 и соединены с помощью фланцев с нижними сторонами сегментированных крышек 26. Однако в представленных иллюстративных вариантах осуществления изобретения держатели 18 инструмента обеих групп А и В имеют общий привод, который для первого варианта осуществления изобретения наиболее хорошо можно увидеть на фиг.6. Общий привод по существу состоит из двустороннего конического зубчатого колеса 27, расположенного концентрично оси 16 барабана; в первом варианте осуществления изобретения оно установлено неподвижно на опорной оси 28 барабанного рабочего органа 15. Каждый из держателей инструмента соединен с приводным валом 29, который на своем другом, радиально внутреннем, конце имеет коническое зубчатое колесо 30, входящее в зацепление с коническим зубчатым колесом 27 общего привода. Конические зубчатые колеса на валах привода для держателей инструмента первой группы А здесь входят в зацепление с зубчатым венцом 31А конического зубчатого колеса 27 на одной его стороне, а конические зубчатые колеса на валах привода для держателей инструмента второй группы В входят в зацепление с зубчатым венцом 31В конического зубчатого колеса на другой его стороне, как можно видеть на фиг.6. Здесь показана установка осей 20 держателей 18 инструмента по отношению к радиальному направлению.

Если барабанный рабочий орган приводится во вращение приводным двигателем (не представлен на фиг.) через цилиндрическое зубчатое колесо 32, представленное на фиг.5 и 6, то происходит вращение барабана относительно не изменяющего своего положения конического зубчатого колеса 27. Поскольку держатели инструмента 18 на периферии барабанного рабочего органа вращаются барабаном, то они приводятся в относительное вращение за счет зафиксированного конического зубчатого колеса, при этом держатели 18А инструмента вращаются в одном направлении 21А вращения, а держатели 18В инструмента вращаются в противоположном направлении 21В вращения. Соотношение скоростей между скоростью барабанного рабочего органа и скоростью держателей инструмента в этом случае является постоянным и определяется передаточным отношением зубчатых колес 27 и 30.

Второй вариант осуществления изобретения, представленный на фиг.7, в целом похож на предыдущий. Соответственно для компонентов, которые соответствуют компонентам в первом варианте осуществления изобретения, используются те же ссылочные позиции. Различия во втором варианте осуществления изобретения состоят в том, что держатели 18А, В инструмента первой и второй группы не располагаются попеременно по отношению друг к другу в периферийном направлении, но вместо этого может быть выбрано парное расположение, в котором держатель инструмента 18А может находиться непосредственно рядом с держателем инструмента 18В. Кроме того, в этом втором варианте осуществления изобретения держатели 18 инструмента все имеют общий привод, который по существу состоит из двустороннего конического зубчатого колеса 27 и входящих с ним в зацепление конических зубчатых колес 30 на приводных валах 29 держателей инструмента. Однако этот общий привод является независимым от привода барабанного рабочего органа 15. В то же время барабанный рабочий орган в варианте осуществления изобретения в соответствии с фиг.7, может быть приведен во вращение через зубчатое колесо 34, которое в правой части чертежа присоединяется через фланец к валу 33 барабана, при этом на противоположной стороне (в левой части фиг.7) находится второе приводное зубчатое колесо 35, с помощью которого может приводиться во вращение средняя часть 36 опорной оси 28, причем эта средняя часть устанавливается с возможностью вращения относительно барабанного рабочего. На этой средней части 36 коническое зубчатое колесо 27 закрепляется с помощью призматической шпонки 37. Такая конструкция позволяет устанавливать относительную скорость вращения держателей 18 инструмента независимо от скорости вращения барабанного рабочего органа, чтобы она изменялась во время операции, и там где это необходимо, может быть остановлена, а именно, это производится за счет синхронизации вращения средней части 36 с вращением барабанного рабочего органа 15.

Благодаря различным направлениям относительного вращения держателей 18А, В инструмента, несущих на себе режущие инструменты 19, и за счет наклона осей двух групп А, В держателей 18А, В инструмента в противоположных направлениях, когда барабанный рабочий орган 15 относительно направления 38 продвижения поворачивается в направлении, которое обозначено на фиг.1 двойной стрелкой, он может быть ориентирован как в направлении вперед, так и в обратном направлении перемещения при оптимальном угле разрыхления скальной породы, при этом предпочтительно, чтобы только один из держателей инструмента из группы А или В входил в контакт с материалом, в то время как держатели инструмента из другой группы вращаются свободно, без вовлечения в разработку породы. За счет определения различных групп А, В держателей инструмента для перемещения барабанного рабочего органа вперед и назад это перемещение выполняется по существу в направлении оси барабана, и для двух противоположных направлений возможно выбрать установочный угол держателей инструмента, принимающих участие в работе по дроблению породы, оптимальный для соответствующих обстоятельств, при этом установочный угол от 3° до 9°, предпочтительно 6°, по отношению к радиальному направлению барабана, имеет высокую, доказанную на практике эффективность.

Изобретение не ограничивается представленными и описанными иллюстративными вариантами осуществления изобретения, но в значительной степени возможны различные модификации и добавления, не выходящие за пределы объема изобретения. Например, не является необходимым, чтобы приводные валы для держателей инструмента выполнялись жесткими, как единая деталь, но также могут использоваться шарнирные валы, в частности карданные валы, которые целесообразны, в частности, когда барабанный рабочий орган имеет сравнительно большой диаметр и/или когда предполагается, что установочные углы относительно радиального направления могут быть переменными. Двустороннее коническое зубчатое колесо также может иметь составленную из двух частей конструкцию с проставками, которые могут располагаться между двумя частями конического зубчатого колеса, при этом зубчатые венцы располагаются между собой зеркально и могут изменяться, чтобы таким образом изменить установочный угол держателей инструмента.

Изобретение относится к устройству для проходки с дроблением скальной породы, минералов или других материалов, в частности твердых материалов. Технический результат - хорошие результаты дробления для режущих инструментов в обоих направлениях вращения барабанного рабочего органа. Устройство для проходки дроблением содержит барабанный рабочий орган, установленный на опорном устройстве барабана с возможностью вращения вокруг оси барабана и содержащий множество держателей инструмента, расположенных по периферии барабанного рабочего органа, в которых установлены режущие инструменты. Держатели инструмента установлены с возможностью относительного вращения, и их оси расположены поперечно к оси барабана. При этом держатели инструмента включают первую группу держателей инструмента и вторую группу держателей инструмента, при этом направление вращения первой группы противоположно направлению вращения второй группы. 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для проходки дроблением скальной породы, минералов или других материалов, в частности твердых материалов, содержащее барабанный рабочий орган (15), установленный на опорном устройстве (13) барабана с возможностью вращения вокруг оси (16) барабана и содержащий множество держателей инструмента (18), расположенных по периферии барабанного рабочего органа (15), в которых установлены режущие инструменты (19), при этом держатели инструмента установлены с возможностью относительного вращения и их оси (20) расположены поперечно к оси (16) барабана, характеризующееся тем, что
держатели инструмента включают первую группу (А) держателей (18А) инструмента и вторую группу (В) держателей (18В) инструмента, при этом направление (21А) вращения первой группы (А) противоположно направлению (21В) вращения второй группы (В).

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что держатели (18) инструмента первой группы (А) и второй группы (В) расположены поочередно друг другу по периферии барабанного рабочего органа (15) на поверхности (17) его кожуха.

3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что держатели инструмента первой группы (А) расположены рядом с держателями инструмента второй группы (В) по периферии барабанного рабочего органа, при этом держатель инструмента первой группы (А) и держатель инструмента второй группы (В) расположены соответственно попарно.

4. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что оси (20А) держателей инструмента (18А) первой группы (А) и оси (20В) держателей инструмента (18В) второй группы (В) установлены с возможностью ориентирования под разными установочными углами (22А, В) по отношению к радиальному направлению (23) барабанного рабочего органа (15).

5. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что оси (20А) держателей инструмента (18А) первой группы (А) и оси (20В) держателей инструмента (18В) второй группы (В) взаимно наклонены.

6. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что оси (20А) держателей инструмента (18А) первой группы (А) установлены так, что при работе описывают первую коническую поверхность (24А) вокруг оси барабана, а оси (20В) держателей инструмента (18В) второй группы (В) установлены так, что при работе описывают вторую коническую поверхность (24В) вокруг оси (16) барабана, при этом конические поверхности (24А, В) ориентированы зеркально по отношению друг к другу и имеют, по меньшей мере приблизительно, одинаковый угол.

7. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что каждый держатель инструмента (18) снабжен отдельным приводом.

8. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что держатели инструмента (18А, В) первой и/или второй группы (А, В) снабжены общим приводом.

9. Устройство по п.8, характеризующееся тем, что общий привод содержит, по меньшей мере, одно коническое зубчатое колесо (27), расположенное концентрично оси (16) барабана, и коническое зубчатое колесо (30), входящее в зацепление с коническим зубчатым колесом (27), для каждого держателя инструмента (18) первой и/или второй группы (А, В).

10. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что каждый держатель инструмента (18) связан с приводным валом (29), снабженным на своем другом конце коническим зубчатым колесом (30).

11. Устройство по п.10, характеризующееся тем, что приводной вал (29) выполнен в виде жесткого вала или шарнирного вала, предпочтительно карданного вала.

12. Устройство по одному из пп. 9-11, характеризующееся тем, что коническое зубчатое колесо (27) снабжено зубьями на обеих сторонах, конические зубчатые колеса (30) для держателей инструмента (18А) первой группы (А) входят в зацепление с зубчатым венцом (31А) конического зубчатого колеса на одной его стороне, а конические зубчатые колеса для держателей инструмента (18В) второй группы (В) входят в зацепление с зубчатым венцом (31В) конического зубчатого колеса на другой его стороне.

13. Устройство по одному из пп. 9-11, характеризующееся тем, что приводные валы (29) снабжены средствами защиты внутри барабанного рабочего органа (15).

14. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что барабанный рабочий орган (15) и держатели инструмента (18) снабжены общим приводом.

15. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что держатели инструмента (18) снабжены общим приводом, независимым от привода барабанного рабочего органа (15).

16. Устройство по п.15, характеризующееся тем, что скорость вращения держателей инструмента (18) является регулируемой независимо от скорости вращения барабанного рабочего органа (15).

17. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что барабанный рабочий орган (15) закрыт с помощью крышек (26) с сегментированной поверхностью оболочки, имеющих приблизительно трапециевидную форму и расположенных так, что они попеременно наклонены с различными углами (22) по отношению к радиальному направлению (23), при этом держатели инструмента (18) установлены в них с возможностью вращения.

18. Устройство по одному из пп. 1-3, характеризующееся тем, что установочные углы (22) осей первой и второй групп находятся в диапазоне от ±3° до ±9° к радиальному направлению держателей инструмента (18).