САМОХОДНАЯ ГОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2018 года по МПК E21C27/24 

Область техники

Изобретение относится к самоходной горной машине, в частности к самоходной горной машине для проходки тоннелей, галерей или шахт в твердых скальных породах, и т.п.

Предшествующий уровень техники

В отрасли проходки туннелей давно известны передвижные (самоходные) горные машины, позволяющие осуществлять проходку шахты, в частности, также в твердых скальных породах. Соответствующие буровые туннелепроходческие машины, имеющие на передней стороне рамы машины режущее колесо в виде инструментального барабана с режущими дисками, распределенными по боковой поверхности режущего колеса, известны, например, из патентных документов US 4548442 или US 5234257.

Изобретение основано на горной машине и способе в соответствии с документом WO 2010/050872 А1. Соответствующая машина предназначена для проходки туннелей, а также в целом для проходки горной выработки и работает подобно другим известным буровым туннелепроходческим машинам с инструментальным барабаном, вращающимся на своей оси и имеющим ряд направленных и выдвинутых радиально наружу и распределенных по боковой поверхности барабана инструментов для проходки горной выработки в виде режущих дисков. Плечо стрелы, имеющее на переднем конце инструментальный барабан, и поворотное устройство, позволяющее поворачивать плечо стрелы относительно подвижной несущей рамы горной машины, обеспечивают проходку породы в рабочем забое или рабочей поверхности головки перед режущей головкой посредством поворота режущей головки в разные стороны. В самоходной горной машине, раскрытой в документе WO 2010/050872 А1, режущие диски могут свободно вращаться в своих подвесках. Режущие диски распределены по всей боковой поверхности инструментального барабана и развернуты таким образом, что оси вращения некоторых режущих дисков параллельны оси вращения инструментального барабана, а оси вращения других режущих дисков наклонены относительно оси вращения инструментального барабана. Вследствие такого развернутого расположения режущих дисков при каждом поворотном перемещении каждого режущего диска происходит лишь частичное срезание материала. Поэтому нагрузка на отдельные режущие диски и, таким образом, износ инструментов для проходки горной выработки на режущем колесе снижаются. Ось поворота расположена, по существу, перпендикулярно, по меньшей мере, к приводному шасси несущей рамы машины. Плечо стрелы может быть поднято или опущено с помощью цилиндра наклона для того, чтобы обломить материал режущим колесом на различных высотах или уровнях. В одном из вариантов поворотное перемещение инструментального барабана происходит по дуге забоя, образованной передним концом плеча стрелы. В документе WO 2010/050872 А1 раскрыта конструкция горной машины с двумя или тремя режущими колесами. Эти режущие колеса могут поворачиваться внутрь или наружу на поворотном подшипнике относительно несущей рамы машины. Отдельные режущие колеса, таким образом, свободно подвешены на раме, которая может поворачиваться вокруг продольной оси туннеля, так что вращение рамы с установленными на ней многочисленными режущими колесами позволяет вести проходку туннеля вперед с использованием движущихся в противоположные стороны режущих колес, которые сами по себе можно поворачивать только перпендикулярно оси вращения инструментального барабана.

Кроме машин, осуществляющих проходку туннелей посредством принципиально пассивных режущих дисков, описанных в документах US 2010/0001574 А1 или US 7631942 В2, известны также горные или буровые машины, имеющие самовращающиеся инструменты для проходки горной выработки, установленные на вращающемся барабане. Реально инструменты для проходки горной выработки в таких машинах содержат отдельные буровые долота, вращающиеся преимущественно с высокой скоростью вокруг оси вращения держателя инструмента, на котором закреплено несколько таких долот. Посредством вращения инструментального барабана только отдельные долота на одном держателе имеют кратковременный контакт с извлекаемой породой в одно и то же время. Поскольку в таких горных машинах в каждый момент времени только одно долото или только небольшое число долот имеют контакт с извлекаемой породой, при проходке требуется относительно небольшое усилие для создания необходимого контактного давления, хотя по-прежнему может быть достигнуто значительное усилие проходки породы.

Из документов US 4645266 A, US 5192116 А и US 7182407 В1 известны другие горные машины.

Задачей изобретения является создание самоходной горной машины, позволяющей осуществлять проходку туннелей, галерей и шахт даже в твердых скальных породах при высокой производительности проходки породы и с небольшим износом инструмента.

Кроме того, изобретение направлено по меньшей мере, частично, на устранение или преодоление одной или более проблем известных систем.

Раскрытие изобретения

Одним объектом изобретения является самоходная горная машина в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.

Согласно другому объекту изобретения обеспечивается способ проходки тоннелей, галерей или шахт в твердых скальных породах или т.п., включающий в себя, например, применение описанной самоходной горной машины и поворот узла стрелы машины вокруг оси поворота. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых осуществляют проходку горной выработки породы в рабочем забое с вращающимся инструментальным барабаном в процессе поворота в обоих направлениях, а также вращают ось инструментального барабана между каждой операцией поворота посредством вращательного механизма во время проходки горной выработки породы в рабочем забое, так что осуществляется непрерывная проходка горной выработки инструментами для проходки горной выработки.

Прочие характеристики и особенности изобретения будут очевидны из последующего описания и чертежей.

Краткое описание чертежей

Преимущества и конструкции горной машины согласно изобретению, а также способ для проходки горной выработки будут понятны из последующего описания одного варианта изобретения, схематично показанного на чертеже.

На фиг. 1 упрощенно показана самоходная горная машина согласно изобретению, вид сбоку;

на фиг. 2 - самоходная горная машина на фиг. 1, вид сверху;

на фиг. 3 упрощенно представлен инструментальный барабан в трех различных положениях наклона узла стрелы для проходки горной выработки породы по поверхностным путям разной высоты, схематичный вид;

на фиг. 4 значительно упрощенно показана конструкция узла несущего рычага и инструментального барабана с наклонными вращающимися держателями инструментов, схематичный вид; и

на фиг. 5А-5IL - последовательность операций при проходке горной выработки породы машиной согласно изобретению.

Варианты осуществления изобретения

Далее приведено подробное описание на примерах вариантов осуществления изобретения. Примеры вариантов осуществления изобретения, раскрытые в описании и на чертежах, предназначены для пояснения принципов изобретения, что позволит специалистам в данной области реализовать и использовать изобретение в различных условиях и для разных областей применения. Поэтому раскрытые примеры вариантов осуществления изобретения не предназначены и не должны рассматриваться в качестве ограничений объема патентной защиты. Объем патентной защиты определен формулой изобретения.

В соответствии с изобретением узел стрелы может включать в себя узел переднего несущего рычага, на который одной стороной установлен инструментальный барабан, и основную часть. Между узлом несущего рычага и основной частью находится вращательный механизм для поворота узла несущего рычага и тем самым также инструментального барабана или оси барабана относительно основной части вокруг продольной оси узла стрелы. Вращательный механизм, расположенный между узлом несущего рычага с одной стороны и основной частью с другой стороны, позволяет, в случае установки инструментального барабана одной стороной, постоянно направлять инструментальный барабан так, чтобы ось барабана всегда была направлена в сторону движения узла стрелы. Вследствие этого, в любой момент времени с горной породой в рабочем забое могут контактировать только отдельные долота (не все сразу).

На фиг. 1 и 2 самоходная горная машина согласно изобретению, указанная ссылочным обозначением 10, имеет несущую раму 1 любой формы, которая может быть приведена в действие (перемещена) в туннеле, а также в подземной галерее и т.п., посредством приводного шасси 2, например, от гусеничного трактора. Несущая рама 1 машины показана схематично только, чтобы символически обозначить самоходную горную машину 10, и может быть снабжена различными приводными устройствами, если применимо - ленточным транспортером для удаления пройденной породы, кабиной водителя и дополнительными устройствами. На несущей раме 1 машины установлена скользящая каретка 3, которая в показанном варианте осуществления выполнена с возможностью продольного перемещения по направляющим так, что инструментальный барабан 4 тоже может перемещаться вместе со скользящей кареткой без перемещения приводного шасси 2 вперед или назад в тех пределах, в каких это позволяет перемещение скользящей каретки 3. Инструментальный барабан 4 соединен со скользящей кареткой 3 через узел 5 стрелы. В показанном варианте весь узел 5 стрелы поддерживается вблизи к инструментальному барабану 4 на несущей раме 1 через скользящую каретку 3 на несущей раме 1 машины. Инструментальный барабан 4 выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси Т, которая только обозначена, и содержит инструменты для проходки горной выработки породы, указанные ссылочным обозначением 6 и расположенные на угловом расстоянии друг от друга на боковой поверхности корпуса 7 барабана, при этом каждый инструмент 6 для проходки горной выработки породы, как будет описано далее, имеет выполненный с возможностью вращения держатель 13 инструмента с несущей головкой 14, расположенной снаружи корпуса барабана 7.

Инструментальный барабан 4 установлен на одной стороне узла 8 несущего рычага. Узел 8 несущего рычага образует квазиодноплечее коромысло в качестве односторонней поворотной опоры инструментального барабана 4. Узел 8 несущего рычага, в свою очередь, образует вместе с основной частью 9 узел 5 стрелы, в котором между узлом 8 несущего рычага и основной частью 9 в соответствии с изобретением расположен вращательный механизм 11, посредством которого могут быть повернуты узел 8 несущего рычага и, следовательно, также ось Т инструментального барабана 4 относительно основной части 9 вокруг продольной оси L (обозначена на фиг. 1) узла 5 стрелы. Узел 5 стрелы в свою очередь может быть наклонен вокруг оси К наклона посредством устройства 12 наклона и может быть повернут вправо и влево посредством поворотных цилиндров вокруг оси S поворота, обозначенной крестиком на фиг. 2, как будет пояснено далее.

Конструкция инструментального барабана, а также узла 8 несущего рычага, выполненного в виде одноплечего коромысла, будет сначала пояснена со ссылками на схематичное изображение на фиг. 4. На фиг. 4 инструментальный барабан 4 показан без корпуса, а из десяти инструментов 6 для проходки горной выработки, распределенных по боковой поверхности, показано только два инструмента 6 для проходки горной выработки, смещенных на угловое расстояние один от другого на 180°. Каждый инструмент для проходки породы содержит держатель 13 с несущей головкой 14, расположенной вне корпуса (не показан) инструментального барабана и снабженной несколькими долотами 15. Держатели 13 инструментов выполнены с возможностью вращения от привода, так что их оси W валов направлены, по существу, поперечно относительно оси Т инструментального барабана 4. Конструкция выполнена так, что оси W валов держателей 13 инструментов выровнены относительно радиального направления или нормали N к оси Т инструментального барабана 4, образуя угол α приблизительно 15° с плечом 16 коромысла узла 8 несущего рычага. Такое наклонное положение оси W вала обеспечивает проходку горной выработки породы, когда инструментальный барабан 4, предпочтительно, перемещается вдоль оси Т барабана посредством устройства наклона и/или поворотного механизма, так что достигается свободный угол и только отдельные долота 15 удаляют породу на обрабатываемой поверхности, тогда как другие долота вращаются без контакта с породой до тех пор, пока они снова не будут расположены для проходки горной выработки породы в результате вращения держателей 13 инструментов.

Кроме того, на фиг. 4 показано, что держатели 13 инструментов имеют расположенный внутри инструментального барабана 4 общий привод, в состав которого входит коронное зубчатое колесо 17, закрепленное неподвижно и концентрично на оси T барабана. Каждый держатель 13 инструментов снабжен своим собственным приводным валом 18, на обращенном радиально внутрь барабана конце, противоположном несущей головке 14, коническим зубчатым колесом 19, зубья которого входят в зацепление с зубьями коронного зубчатого колеса 17. Общий привод целиком расположен внутри корпуса (не показан на фиг. 4) инструментального барабана 4 для защиты от пыли, грязи и т.п. Приведение во вращение инструментального барабана 4 происходит через понижающую зубчатую передачу 20, установленную внутри плеча 16 коромысла узла 8 несущего рычага и, в свою очередь, защищенную от пыли и грязи, для чего узел 8 несущего рычага выполнен полым. При приведении во вращение инструментального барабана 4 посредством зубчатой передачи 20, инструментальный барабан 4 вращается относительно коронного зубчатого колеса 17, закрепленного на оси барабана во внутренней камере. Держателям 13 инструментов, установленным на боковой поверхности инструментального барабана 4 с возможностью вращения, вращение передает жесткое коронное зубчатое колесо 17 через конические зубчатые колеса 19. В результате отношение скорости вращения инструментального барабана 4 и скорости вращения держателей 13 инструментов остается постоянным и может быть определено передаточным числом пары зубчатых колес 17, 19, например, 10:1.

Передача вращения инструментальному барабану 4 извне осуществляется посредством привода вращения (26, фиг. 1), который установлен на основной части (9, фиг. 1) узла 5 стрелы и от которого на фиг. 4 показан только выходной вал 21. Вращение выходного вала 21 передается зубчатой передаче 20 через еще одну зубчатую передачу 22, показанную упрощенно только в схематичном виде. Выходной вал 21 привода вращения расположен центрально относительно продольной оси L узла стрелы и проходит центрально через боковую часть 11A несущего плеча (обозначена только частью контура на фиг. 4) вращательного механизма 11, вследствие чего узел 8 несущего рычага может, в принципе, поворачиваться любым образом, по меньшей мере, однако, на приблизительно 180° в одном и в другом направлении вокруг продольной оси L, так что ось T барабана может быть всегда направлена в сторону перемещения узла стрелы, а сторона инструментального барабана 4, удаленная от плеча 16 коромысла, всегда находится впереди относительно направления перемещения узла стрелы. Это направление перемещения зависит от направления, в котором узел 8 несущего рычага перемещается посредством поворотного устройства или устройства наклона.

Обратимся теперь к фиг. 1 и 2. Узел стрелы 5 закреплен таким образом, что он может наклоняться вокруг оси К наклона на консоли 23 наклона, имеющей два кронштейна 23А с каждой стороны от основной части 9 узла 5 стрелы. Основная часть 9 в результате имеет наклоняемую опору 24 с поворотным гнездом в задней области и упорным фланцем 25 в передней области, так что подходящий привод 26 вращения с возможностью замены прикреплен резьбовыми соединениями к упорному фланцу 25, а выходной вал, как пояснено выше, проходит центрально сквозь вращательный механизм 11 внутрь узла 8 несущего рычага. Два кронштейна 23А консоли 23 наклона установлены на поворотном устройстве 27, которое может поворачиваться вокруг оси S поворота узла стрелы, проходящей перпендикулярно скользящей каретке 3. Для поворота устройства 27 относительно скользящей каретки 3 выполнено два поворотных цилиндра 28, прикрепленных своими задними упорами 29 к скользящей каретке 3 и упирающихся своими передними упорами 30 в боковые выступы 31 поворотного устройства 27. Расстояние между передними упорами 30 цилиндров больше расстояния между задними упорами 29 этих цилиндров на скользящей каретке 3. Устройство 12 наклона, в свою очередь, имеет два цилиндра 32 наклона, каждый из которых одним концом 33 прикреплен к передней области поворотного устройства 27, а другие концы цилиндров прикреплены вблизи вращательного механизма 11 к корпусу привода 26 вращения.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления инструментальный барабан 4 определяет предпочтительное направление S проходки, которое может быть, по существу, параллельно оси Т инструментального барабана 4 и/или, по существу, перпендикулярно продольной оси L узла 5 стрелы.

Промышленная применимость

Процедура проходки горной выработки породы посредством самоходной горной машины будет теперь пояснена со ссылками, в частности, на фиг. 3 и 5А-5I. На фиг. 3 показан узел 5 стрелы рядом с инструментальным барабаном 4 в трех разных наклонных положениях для проходки горной выработки породы по трем разным поверхностным путям, а именно, по самому нижнему поверхностному пути, среднему поверхностному пути и самому верхнему поверхностному пути. Сечение выемки между дном 34 и кровлей 35 туннеля, заданное на рабочей поверхности В головки, показано на фиг. 3. Продольная ось L при проходке горной выработки по среднему поверхностному пути отклонена вверх на угол приблизительно 9° от горизонтали. Эффективный диаметр барабана, определяемый расстоянием между радиально самыми внешними долотами на этом инструментальном барабане 4, в рассматриваемом варианте больше расстояния от оси К наклона до дна 34 туннеля. Средний поверхностный путь проходки горной выработки породы и нижний поверхностный путь проходки горной выработки породы, для работы в котором продольная ось L отклонена вниз от горизонтали, лежат приблизительно один над другим, тогда как верхний поверхностный путь проходки горной выработки породы, как это ясно видно на фиг. 3, четко смещен назад относительно первых двух поверхностных путей. Проходку горной выработки по отдельным поверхностным путям осуществляют посредством полного поворота указанного поворотного устройства 27, для чего втягивают и выдвигают поворотные цилиндры, являющиеся приводными элементами для такого поворота. Однако когда инструментальный барабан 4 проходит вблизи к боковым стенкам туннеля, приводят в действие вращательный механизм 11, расположенный между основной частью 9 и узлом 8 несущего рычага, для перемещения инструментального барабана 4 к следующему более высокому или следующему более низкому поверхностному пути выемки породы, продолжая в то же время проходку горной выработки породы. Для этого также втягивают или выдвигают одновременно оба цилиндра 32 наклона. Поскольку за счет соответствующего приведения в действие вращательного механизма 11 инструментальный барабан 4 в процессе проходки всегда проходит за узлом 8 несущего рычага, этот узел несущего рычага каждый раз оказывается «в тени» инструментального барабана 4, а ось барабана всегда параллельна направлению перемещения узла 5 стрелы.

Цикл проходки горной выработки, осуществляемый самоходной горной машиной 10, содержащей вращательный механизм 11, показан последовательно на фиг. 5А-5I. На фиг. 5А процесс проходки породы начинается на правой боковой стороне горной выработки в самом верхнем поверхностном пути. Посредством поворота поворотного устройства 27 инструментальный барабан 4 перемещают к левой боковой стороне горной выработки туннеля (фиг. 5В), а затем, продолжая проходку породы, и посредством одновременного приведения в действие вращательного механизма 11 и цилиндров 32 наклона в составе устройства наклона (фиг. 5С), инструментальный барабан 4 опускают на уровень среднего поверхностного пути, при этом инструментальный барабан поворачивают на 180° до тех пор, пока ось Т этого инструментального барабана 4 снова не окажется, по существу, горизонтальной (фиг. 5D). Затем, в результате повторного приведения в действия поворотного устройства 27 и без приведения в действия устройства наклона и вращательного механизма при вращающихся инструментах 6 для проходки горной выработки на вращающемся инструментальном барабане 4, происходит проходка горной выработки по среднему поверхностному пути от левой боковой стороны горной выработки туннеля к правой боковой стороне горной выработки туннеля (фиг. 5Е). После достижения правой боковой стороны горной выработки туннеля во второй раз инструментальный барабан 4 снова перемещают посредством одновременного приведения в действия вращательного механизма 11 и цилиндра 32 наклона (фиг. 5F) в самый нижний поверхностный путь и в то же самое время осуществляют обратный поворот на 180° при такой же ориентации инструментального барабана 4 и оси Т барабана (фиг. 5G), как перед проходкой породы по верхнему поверхностному пути, вследствие чего инструментальный барабан 4 проходит вперед за узел 8 несущего рычага, кроме того, в направлении перемещения узла 5 стрелы. После этого происходит проходка горной выработки породы по самому нижнему поверхностному пути в результате, по существу, горизонтального поворота посредством поворотного устройства. Затем посредством одновременного приведения в действия вращательного механизма 11 и цилиндра 32 наклона инструментальный барабан 4 перемещают обратно на средний поверхностный путь (фиг. 5H, фиг. 5I), причем вращательный механизм 11 поворачивают еще приблизительно на 180° относительно последнего поворота в том же самом направлении вращения до тех пор, пока не будет достигнуто конечное положение, показанное на фиг. 5J. Во время следующего поворота, когда инструментальный барабан 4 находится на среднем поверхностном пути, производят регулировку глубины проходки инструментального барабана 4 в направлении проходки посредством приведения в действие либо скользящей каретки 3 (фиг. 5K), либо приводного шасси, а по достижении правой боковой стороны горной выработки туннеля в третий раз, в результате поворота вращательного механизма 11 в обратную сторону и приведения в действие устройства наклона или цилиндра 32 наклона (фиг. 5I), возвращаются в исходное положение (фиг. 5А) в начало самого верхнего поверхностного пути. Затем снова можно начать процесс проходки после предварительной установки глубины n проходки в самом верхнем поверхностном пути. Однако весь процесс проходки породы происходит непрерывно, без каких-либо перерывов и без простоя или холостого хода инструментального барабана, который в каждом случае поворачивают посредством вращательного механизма сначала приблизительно на 180° в одном направлении, затем поворачивают обратно, далее поворачивают еще приблизительно на 180° в том же самом направлении и снова поворачивают обратно, так что во время проходки по поверхностным путям приводят в действие только поворотное устройство.

Для специалистов в данной области из предшествующего описания должны быть очевидны многочисленные изменения, попадающие в объем прав, определяемый формулой изобретения. Все изображения зубчатых колес, а также расположения долот и т.п. служат единственно для пояснения конструкции горной машины. Варианты вращательного механизма могут иметь самую разную конструкцию, допускающую достаточный поворот двух относительно больших соединительных фланцев одного относительно другого. Вращательный механизм может быть приведен в действие посредством, например, червячной передачи, так что два соединенных одно с другим поворотных кольца, одно из которых соединено с узлом несущего рычага, а другое соединено с основной частью или приводом вращения, поворачиваются одно относительно другого. Как правило, достаточно, чтобы вращательный механизм позволял поворачивать ось барабана приблизительно на 180° в обоих направлениях, т.е. всего приблизительно на 360°. Число держателей инструментов, распределенных по боковой поверхности барабана, и число долот на этих держателях могут варьироваться, а все направления работы и пути перемещения могут быть изменены на противоположные. И наклон вокруг оси наклона, и поворот вокруг оси поворота могут быть осуществлены с использованием приводов, отличных от цилиндров.

В самоходной горной машине согласно изобретению каждый из нескольких инструментов для проходки горной выработки, распределенных по боковой поверхности барабана, содержит выполненный с возможностью вращения держатель инструмента с несущей головкой, каждая из которых имеет несколько долот инструмента, при этом ось вращения каждого из держателей инструментов, предпочтительно, наклонена относительно оси барабана. В результате наложения поворотного движения инструментального барабана на вращательное движение держателя инструмента, удерживающего долота на боковой поверхности инструментального барабана, происходит проходка горной выработки породы с внешней стороны от боковой поверхности инструментального барабана, причем можно добиться очень кратковременного «импульсного» зацепления каждого отдельного долота с породой, выемку которой необходимо осуществить, во время горных работ. Несмотря на большое усилие проходки горной выработки, которое может быть достигнуто с использованием таких инструментов для проходки горной выработки, может потребоваться лишь относительно небольшое контактное усилие, прижимающее инструментальный барабан к извлекаемой породе, вследствие чего использование такого инструментального барабана в самоходной горной машине может дать большое преимущество. Посредством, предпочтительно, наклонного положения осей вращения держателей инструментов относительно нормали к оси барабана можно, поддерживая свободный угол, соответствующий наклонному положению осей вращения, добиться, чтобы отдельные долота входили в контакт с породой, которая подвергается проходке, только в рабочем забое и могли скалывать породу соответственно на этом рабочем забое. На каждом держателе инструмента установлено несколько долот, причем эти долота могут быть не только распределены по боковой поверхности на дуге одной и той же окружности, но могут быть также расположены на разных радиальных расстояниях от оси вращения соответствующего держателя инструмента и от оси барабана. Кроме того, с использованием такого инструментального барабана можно осуществлять проходку горной выработки рабочего забоя или очистного забоя, высота и ширина которого больше эффективного диаметра инструментального барабана, осуществляющего проходку горной выработки. Посредством раскрытого вращательного механизма можно непрерывно осуществлять выработку рабочего забоя, например, по трем горизонтальным поверхностным путям, а именно самому верхнему, среднему и самому нижнему поверхностному пути, причем таким рабочим барабаном осуществляют проходку горной выработки породы непрерывно даже во время перехода между средним и самым верхним или самым нижним путями инструмента. Поскольку вращательным механизмом изменяют ориентацию оси инструментального барабана соответственно направлению перемещения узла стрелы, проходка горной выработки породы имеет место также во время смены уровня, на котором осуществляют проходку горной выработки, при сохранении такого же контакта с породой. Инструментальный барабан перемещают во время проходки горной выработки породы туда и обратно между двумя боковыми сторонами горной выработки туннеля или подобного объекта посредством поворотного устройства и в то же время устройством наклона перемещают барабан между дном и кровлей туннеля, который нужно пройти в направлении вперед. Посредством вращательного механизма, в свою очередь, возможно осуществлять поворот, по отношению к центральному положению, в котором ось барабана лежит горизонтально, по меньшей мере на 180° в обоих направлениях относительно исходного положения, вследствие чего инструменты для проходки горной выработки на инструментальном барабане всегда располагаются напротив породы, которую необходимо пройти, с одной и той же стороны в забое, и осуществляют проходку горной выработки породы соответствующим образом. Узел несущего рычага, который может быть, предпочтительно, выполнен в виде одноплечего коромысла, во время проходки горной выработки расположен всегда сзади относительно направления перемещения узла стрелы, т.е. в «тени» инструментального барабана, вследствие чего порода может быть непрерывно пройдена посредством долот во время поворотного и наклонного перемещения.

Это может быть особенно предпочтительно, если привод вращения инструментального барабана установлен в основной части, и в частности, если выходной вал этого привода расположен центрально на продольной оси узла стрелы, поскольку этот вращательный механизм должен перемещать только инструментальный барабан и не обязательно служить приводом вращения инструментального барабана, так что можно одинаково и относительно просто обеспечить постоянный привод для инструментального барабана независимо от углового положения вращательного механизма.

Может быть особенно предпочтительно, если узел несущего рычага выполнен, по существу, L-образным и/или является полым, так что зубчатая передача может быть защищена посредством установки внутри узла несущего рычага и использована для передачи вращения выходного вала приводному зубчатому колесу для инструментального барабана. Как подробно раскрыто в патентном документе US 2010/0001574 А1, применительно к инструментальному барабану с расположенными поперечно, и если применимо - наклонно поперечно, держателями инструментов привод вращения инструментального барабана может быть в равной степени использован в качестве привода вращения для отдельных держателей инструментов посредством установки неподвижного зубчатого колеса на оси инструментального барабана. Это неподвижное зубчатое колесо находится в зацеплении с приводными зубчатыми колесами, которые соединены с возможностью вращения с отдельными держателями инструментов и преобразуют вращение инструментального барабана в производное вращение держателей инструментов. В качестве альтернативы можно снабдить каждый из отдельных держателей инструментов своим отдельным приводом.

В горной машине в соответствии с изобретением устройство наклона может, предпочтительно, содержать по меньшей мере один, в частности два, подъемных цилиндра, каждый из которых прикреплен одним концом к упору на основной части, а другим концом - к поворотному устройству. Особенно предпочтительно, если поворотное устройство установлено, в свою очередь, с возможностью поворота на устройстве скользящей каретки, которая способна перемещаться в продольном направлении относительно несущей рамы машины и которая позволяет регулировать глубину проходки без перемещения горной машины, поскольку устройство скользящей каретки регулируют на заданную глубину проходки до момента, пока устройство скользящей каретки не дойдет переднего ограничительного упора.

В горной машине в соответствии с изобретением поворотное устройство может также содержать поворотные цилиндры в качестве приводных элементов. Особенно предпочтительно, чтобы эти поворотные цилиндры были установлены между поворотным устройством и устройством скользящей каретки, что позволяет относительно просто поворачивать указанное поворотное устройство вокруг оси поворота, проходящей ортогонально устройству скользящей каретки. Может быть особенно предпочтительно, если ось поворота, ось наклона узла стрелы и продольная ось узла стрелы имеют общую точку пересечения. Однако горная машина может быть выполнена таким образом, что эти отдельные оси не имеют общей точки пересечения, либо только две оси имеют точку пересечения.

Для обеспечения подходящего поворотного перемещения указанного поворотного устройства может быть предпочтительным, чтобы поворотные цилиндры прикреплялись на поворотном устройстве к упорам, расстояние между которыми больше расстояния между точками крепления поворотных цилиндров к скользящей каретке. Основная часть может быть прикреплена для наклонного перемещения к консоли наклона, которая, предпочтительно, закреплена на поворотном устройстве. Посредством консоли наклона может быть обеспечено предпочтительное расстояние по вертикали между осью наклона и дном туннеля даже при низком приводном шасси и относительно большом диаметре инструментального барабана. Наиболее предпочтительно, чтобы ось наклона имела вертикальное расстояние меньше эффективного диаметра для проходки горной выработки породы инструментальным барабаном, определяемого рабочими долотами, находящими на наибольшем радиальном расстоянии от оси барабана. Для проходки горной выработки по самому нижнему поверхностному пути продольная ось узла стрелы может или должна быть наклонена вниз относительно горизонтали. Для проходки горной выработки по среднему поверхностному пути эта ось может или должна быть слегка отклонена вверх от горизонтальной плоскости. Для самого верхнего поверхностного пути ось может или должна быть круче отклонена вверх. Это может давать дополнительное преимущество, заключающееся в том, что на среднем и самом нижнем поверхностных путях проходка происходит на примерно одинаковом расстоянии от оси наклона, тогда как самый верхний поверхностный путь смещен назад относительно двух других поверхностных путей.

Для проходки горной выработки отдельными долотами может быть особенно предпочтительно, чтобы оси вращения держателей инструментов располагались под углом к нормали к оси барабана. Этот угол наклона к нормали, т.е. угол 90°+α, может быть, предпочтительно, выбран так, чтобы сам угол α находился в пределах от 6° до 18° и, более предпочтительно, составлял примерно 15°±1°.

Кроме того, в способе согласно изобретению проходку горной выработки породы осуществляют посредством соответствующих инструментов для проходки горной выработки, содержащих выполненные с возможностью вращения держатели инструментов, так что каждый держатель имеет одну несущую головку, в каждой из которых закреплено несколько долот, причем ось вращения каждого держателя, предпочтительно, наклонена относительно оси барабана. В способе согласно изобретению узел стрелы дополнительно имеет между передним узлом несущего рычага, на котором одной стороной установлен инструментальный барабан, и основной частью, вращательный механизм для поворота узла несущего рычага и инструментального барабана относительно основной части вокруг продольной оси узла стрелы, что позволяет осуществлять проходку горной выработки породы способом согласно изобретению таким образом, что во время проходки горной выработки породы на рабочем забое после каждого поворота ось инструментального барабана поворачивают посредством вращательного механизма в направлении перемещения узла стрелы, вследствие чего проходка горной выработки инструментами для проходки горной выработки может происходить непрерывно, а именно даже во время поворота узла стрелы по вертикальной плоскости посредством устройства наклона. Во время поворота узла несущего рычага наряду с осью инструментального барабана посредством вращательного механизма устройство наклона также может быть приведено в действие, чтобы во время операции наклона продолжать проходку горной выработки породы посредством инструментов и осуществить следующий поворот, не прерывая проходку горной выработки выше или ниже ранее вынимаемой поверхности или поверхностного пути.

Регулирующее перемещение может быть выполнено либо посредством приводного шасси горной машины перед или во время проходки горной выработки по среднему поверхностному пути, либо горная машина может иметь согласно предпочтительному варианту перемещаемую в продольном направлении скользящую каретку, на которой установлено поворотное устройство, вследствие чего регулирующее перемещение может быть произведено посредством скользящей каретки перед или во время проходки горной выработки по среднему поверхностному пути.

Хотя были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, возможны различные усовершенствования и модификации, не выходящие за пределы объема формулы изобретения.

Группа изобретений относится к области горного дела. Технический результат - непрерывная проходка туннелей, галерей или шахт даже в твердых скальных породах с высокой производительностью и при небольшом износе инструментов. Самоходная горная машина содержит подвижную несущую раму, вращающийся инструментальный барабан и инструменты для проходки горной выработки, привод вращения для приведения в действие инструментального барабана, узел стрелы, поворотное устройство для поворота узла стрелы относительно несущей рамы машины вокруг оси (S) поворота, устройство наклона для наклона узла стрелы вокруг оси (К) наклона, вращательный механизм. Инструменты для проходки горной выработки распределены по боковой поверхности инструментального барабана, причем по меньшей мере один из инструментов для проходки горной выработки содержит выполненный с возможностью вращения от привода держатель инструмента с несущей головкой, выполненной с возможностью закрепления нескольких долот. Узел стрелы включает в себя основную часть и передний узел несущего рычага, на котором с возможностью вращения установлен инструментальный барабан. Вращательный механизм установлен между узлом несущего рычага и основной частью для поворота узла несущего рычага и инструментального барабана относительно основной части вокруг продольной оси (L) узла стрелы. Узел несущего рычага выполнен, по существу, L-образным и/или полым, и в узле несущего рычага установлена зубчатая передача. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Самоходная горная машина (10), содержащая:

подвижную несущую раму (1);

инструментальный барабан (4), выполненный с возможностью вращения вокруг оси (T) барабана и включающий в себя инструменты (6) для проходки горной выработки, распределенные по боковой поверхности инструментального барабана (4), причем по меньшей мере один из инструментов (6) для проходки горной выработки содержит выполненный с возможностью вращения от привода держатель (13) инструмента с несущей головкой (14), выполненной с возможностью закрепления нескольких долот (15);

привод (26) вращения для приведения в действие инструментального барабана (4);

узел стрелы (5), включающий в себя основную часть (9) и передний узел (8) несущего рычага, на котором с возможностью вращения установлен инструментальный барабан (4);

поворотное устройство (27) для поворота узла (5) стрелы относительно несущей рамы (1) машины вокруг оси (S) поворота;

устройство (12) наклона для наклона узла (5) стрелы вокруг оси (К) наклона;

вращательный механизм (11), установленный между узлом (8) несущего рычага и основной частью (9), для поворота узла (8) несущего рычага и инструментального барабана (4) относительно основной части (9) вокруг продольной оси (L) узла (5) стрелы,

причем узел (8) несущего рычага выполнен, по существу, L-образным и/или полым и в узле (8) несущего рычага установлена зубчатая передача (20).

2. Самоходная горная машина по п. 1, в которой привод (26) вращения установлен в основной части (9), а выходной вал (21) привода (26) вращения проходит, предпочтительно, центрально относительно продольной оси (L) узла (5) стрелы.

3. Самоходная горная машина по п. 1, в которой инструментальный барабан (4) с возможностью вращения установлен одной стороной на переднем узле (8) несущего рычага; и/или

инструментальный барабан (4) определяет предпочтительное направление (S) проходки, которое, по существу, перпендикулярно оси (T) барабана.

4. Самоходная горная машина по п. 1, в которой устройство (12) наклона содержит по меньшей мере один подъемный цилиндр (32), прикрепленный одним концом к упору на основной части (9), а другим концом к поворотному устройству (27).

5. Самоходная горная машина по п. 4, в которой поворотное устройство (27) установлено с возможностью поворота на скользящей каретке (3), которая выполнена с возможностью перемещения в продольном направлении относительно несущей рамы (1) машины и обеспечивает регулирование глубины проходки без перемещения горной машины (10).

6. Самоходная горная машина по п. 5, в которой между поворотным устройством (27) и указанной скользящей кареткой (3) установлены поворотные цилиндры (28) в качестве приводных элементов для поворота указанного поворотного устройства (27) вокруг оси (S) поворота, проходящей ортогонально скользящей каретке.

7. Самоходная горная машина по п. 6, в которой поворотные цилиндры (28) прикреплены к поворотному устройству (27) упорами (30) цилиндров, расстояние между которыми больше расстояния между точками крепления этих поворотных цилиндров (28) к скользящей каретке (3).

8. Самоходная горная машина по п. 4, в которой основная часть (9) закреплена для наклонного перемещения на консоли (23C) наклона на поворотном устройстве (27).

9. Самоходная горная машина по п. 1, в которой оси (W) вращения держателей (13) инструментов наклонены под углом 90° + α к оси (T) барабана, где угол (α), предпочтительно, находится в пределах между примерно 6° и 15°, в частности α = 15° ± 1°.

10. Самоходная горная машина по п. 1, в которой ось (W) вращения держателя (13) инструмента наклонена относительно нормали к оси (T) барабана.

11. Способ проходки туннелей, галерей или шахт в твердых скальных породах, включающий в себя этапы, на которых:

обеспечивают самоходную горную машину в соответствии с одним из пп. 1-8;

поворачивают узел (5) стрелы вокруг оси (S) поворота;

осуществляют проходку горной выработки породы в рабочем забое с вращающимся инструментальным барабаном (4) во время поворота в обоих направлениях, и

вращают ось (T) инструментального барабана (4) между каждой операцией поворота посредством вращательного механизма (11) во время проходки горной выработки породы в рабочем забое, так что осуществляется непрерывная проходка горной выработки породы инструментами (6) для проходки горной выработки.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором во время поворота узла (8) несущего рычага наряду с осью (T) инструментального барабана (4) посредством вращательного механизма (11), приводят в действие устройство (12) наклона для проходки горной выработки породы инструментами (6) для проходки горной выработки и для выполнения следующей операции поворота узла стрелы без прерывания проходки горной выработки выше или ниже поверхности, на которой перед этим проводилась проходка горной выработки.

13. Способ по п. 11 или 12, дополнительно включающий в себя этап, на котором выполняют подающее перемещение посредством приводного шасси (2) горной машины перед или во время проходки горной выработки по среднему поверхностному пути.

14. Способ по п. 11, дополнительно включающий в себя этап, на котором выполняют подающее перемещение посредством скользящей каретки (3) перед или во время проходки горной выработки по среднему поверхностному пути, причем поворотное устройство (27) установлено на скользящей каретке (3), выполненной с возможностью перемещения в продольном направлении относительно несущей рамы (1) машины.