Режущий барабан для бурового комбайна Российский патент 2021 года по МПК E21C25/10 E21C27/24 E21C27/12 E21C25/52 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Предложенное изобретение относится к режущему барабану для бурового комбайна, и, в частности, но не исключительно, к нижнему режущему барабану, выполненному с возможностью совместной работы с самыми передними первичными режущими роторами буровой машины с возможностью как резать, так и обеспечивать перемещение срезанного материала в хвост.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Машины непрерывного действия были разработаны для обеспечения сплошного непрерывного бурения. Как правило, комбайн непрерывного действия содержит буровую головку, выполненную с возможностью срезания с поверхности шахты материала, который собирается и укладывается на проходящий в хвост конвейер, который выступает из передней зоны в хвостовую зону буровой машины.

Буровые комбайны могут быть комбайнами непрерывного действия сплошного забоя на гусеничном ходу, выполненными с возможностью мощного и быстрого продвижения вперед в скальной породе и с возможностью либо ручного, либо дистанционного управления. Как правило, буровой комбайн используют для прокладки штреков и забоев, шахтных камер, и для извлечения целиков скальной породы настолько быстро, насколько тяговое оборудование способно удалять указанный материал из зоны работы комбайна. Обычно буровой комбайн включает режущую головку, которая содержит одну пару или более пар самых передних первичных режущих роторов с осями вращения, проходящими, по существу, параллельно основной длине указанной машины. Верхний и нижний режущие барабаны расположены непосредственно позади в продольном направлении указанной машины и, соответственно, в верхней и нижней зонах первичных роторов. Данные режущие барабаны обеспечивают двойное действие по разрезанию или срезанию скальной породы на указанной поверхности шахты, которая не затронута указанными роторами, в дополнение к дальнейшему разрезанию фрагментов материала, уже срезанных роторами.

Тем не менее, обычные буровые комбайны, хотя они эффективны при быстрой резке вперед, как правило, неэффективны с точки зрения энергетических затрат, частично из-за работы нижнего режущего барабана. Причем существующие нижние барабаны не приспособлены для сбора и очистки материала в самых низких зонах шахты, что приводит к накоплению массы срезанного материала в передней и нижней зонах машины. Данный материал периодически повторно вовлекается в работу при помощи нижнего режущего барабана и первичных роторов и повторно измельчается. Соответственно, данное повторное измельчение и указанное проталкивание вперед уже срезанного материала по рабочему горизонту шахты потребляет дополнительную и излишнюю энергию. Кроме того, как станет ясно, распространенной проблемой является ускоренный износ рабочих частей указанных роторов и барабанов. Соответственно, существует потребность в буровом комбайне и режущем барабане для бурового комбайна, которые по меньшей мере частично решают указанные проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью предложенного изобретения является создание режущего барабана бурового комбайна и самого бурового комбайна, обеспечивающих улучшенные сбор и перемещение в хвост срезанного материала от самой передней режущей головки указанной машины. Частной целью является создание режущего барабана бурового комбайна, выполненного с возможностью сокращения потребления питания двигателем и с возможностью повышения производительности буровой машины. Еще одной частной целью является снижение вторичного дробления материала буровым комбайном и максимальное увеличение сбора и перемещения в хвост срезанного материала с поверхности шахты.

Указанные цели достигают с помощью режущего барабана для бурового комбайна, выполненного с возможностью установки непосредственно за самыми передними первичными режущими роторами и в нижней зоне этих режущих роторов, которые содержат лопасти для перемещения материала, проходящие между держателями режущих зубцов (и режущими зубцами). Указанные лопасти специально предназначены для осуществления множества режимов работы и функционирования. В первом режиме работы лопасти собирают и временно удерживают материал, первично срезанный нижним барабаном, а затем перемещают и выгружают данный материал напрямую на конвейер для перемещения в хвост комбайна. Во втором режиме работы указанные лопасти предназначены для сбора, перемещения и продвижения материала, уже срезанного первичными роторами (или даже режущими барабанами), на траекторию первичных роторов для непрямой подачи на хвостовой конвейер. Кроме того, нижний барабан выполнен с возможностью сбора срезанного материала при помощи лопастей для перемещения материала в самых нижних зонах шахты, а именно, в зоне непосредственно под первичными роторами на рабочем горизонте шахты. Пластины специально предназначены как для сбора срезанного материала, так и для дальнейшего перемещения указанного материала (в направлении вращения барабана вокруг продольной оси барабана) с обеспечением перемещения (вращением) срезанного материала вверх и затем его выбрасывания из барабана или на траекторию первичных роторов, или непосредственно на конвейер комбайна. Преимущественно, лопасти ориентированы на барабане с обеспечением возможности выведения срезанного материала с траектории вращения вокруг барабана на траекторию первичных роторов или на конвейер так, чтобы указанный материал не скапливался на барабане и/или не был выброшен из барабана обратно в нежелательное положение, то есть по направлению к рабочему горизонту шахты или к другой зоне шахты или бурового комбайна.

В соответствии с первым аспектом изобретения, предложен режущий барабан для бурового комбайна, имеющий продольную ось, проходящую поперечно или перпендикулярно к осям вращения самых передних первичных режущих роторов бурового комбайна, и содержащий основной корпус, центрированный по продольной оси и имеющий обращенную наружу поверхность барабана; держатели режущих зубцов, выступающие наружу от указанной поверхности барабана и предназначенные для установки соответствующих режущих зубцов на основной корпус; причем режущий барабан отличается тем, что каждая лопасть для перемещения материала имеет соответствующую обращенную наружу поверхность, приподнятую в радиальном направлении над поверхностью барабана, при этом каждая из указанных лопастей, по существу, проходит продольно вдоль указанного барабана между указанными держателями зубцов и все лопасти расположены бок о бок в окружном направлении вокруг барабана, покрывая поверхность барабана.

В качестве варианта выполнения, поверхность каждой лопасти может быть, по существу, плоской. В качестве варианта выполнения, поверхность каждой лопасти имеет, по существу, прямоугольный профиль, при этом основная длина указанной лопасти проходит продольно вдоль барабана и, по существу, параллельно продольной оси барабана. Предпочтительно, в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной к продольной оси, поверхность каждой лопасти наклонена в окружном направлении (в направлении вращения) барабана так, что первая продольная сторона расположена в радиальном направлении позади противоположной второй продольной стороны, то есть на большем радиальном удалении от оси барабана. Такая конфигурация является преимущественной для сбора и захвата срезанного материала для частичного вращательного перемещения вокруг продольной оси барабана. Угол наклона выполнен специально для обеспечения необходимого и заданного расстояния углового перемещения при срезании и/или сборе материала барабаном, вращении и затем выбрасывании либо на траекторию первичных роторов (включая, по существу, перемещение материала вверх и, возможно, вперед), либо на проходящий в хвост конвейер (включая перемещение материала вверх и назад вкруг барабана и из него), относительно продольной оси барабана и основной длины комбайна. В качестве варианта, угол, на который поверхность каждой лопасти наклонена относительно радиуса барабана, находится в диапазоне от 35 до 85°, от 40 до 80°, от 45 до 75° или от 50 до 70°. Данная наклонная ориентация поверхности лопасти (относительно радиальных спиц указанного барабана) обеспечивает необходимые характеристики барабана по захвату, удержанию и выбросу материала, и в частности, предотвращает накопление вокруг барабана срезанного материала, который в противном случае непрерывно вращался бы и, соответственно, увеличивал потребление энергии.

Предпочтительно, лопасти проходят по большей части площади поверхности барабана между держателями режущих зубцов (и зубцами). Данная большая часть может превосходить 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% площади поверхности барабана, обращенной наружу, по существу, цилиндрической поверхности барабана, проходящей в осевом направлении в центральной области барабана между парой кронштейнов, которые удерживают барабан на режущей головке комбайна. При этом, предпочтительно, поверхности лопастей покрывают большую часть указанной поверхности барабана как в осевом направлении, так и в окружном направлении между держателями зубцов. Площадь открытой поверхности барабана, таким образом, минимизирована для предотвращения накопления срезанного материала, который в ином случае не перемещается в указанные первичные роторы или на конвейер.

Предпочтительно, барабан также содержит режущие зубцы, установленные на держателях зубцов, причем каждый из зубцов имеет режущий конец, при этом указанные лопасти расположены на основном корпусе так, что радиальное разделительное расстояние между указанными режущими концами и радиально наиболее удаленными от центра частями указанных лопастей находится в диапазоне от 20 до 80 мм, от 25 до 75 мм, от 30 до 70 мм, или от 35 до 65 мм. Данное разделительное расстояние между указанными режущими концами и наиболее удаленными от центра частями лопастей обеспечивает оптимальный компромисс между скоростью прямого проникновения бурового комбайна и потреблением энергии. Таким образом, указанное разделительное расстояние обеспечивает достаточную длину режущих концов зубцов, проходящих в радиальном направлении барабана и предназначенных для проникновения в скальную породу и ее срезания, при этом предотвращая или минимизируя прямой контакт между лопастями и скальной породой. Таким образом, барабан выполнен с возможностью как эффективного разрезания/срезания скальной породы, так и сбора и перемещения срезанного материала либо на траекторию первичных роторов, либо непосредственно на хвостовой конвейер.

Предпочтительно, лопасти расположены группами, каждая их которых содержит несколько лопастей, расположенных бок о бок в окружном направлении, при этом каждая из указанных групп отделена в осевом направлении держателями зубцов. Распределение лопастей по группам преимущественно для максимизации площади покрытия поверхности барабана между держателями зубцов, выступающими радиально наружу от поверхности барабана. В качестве варианта выполнения, барабан может содержать от 4 до 16, от 4 до 14, от 4 до 12 или от 8 до 12 указанных групп.В качестве варианта выполнения, по меньшей мере некоторые из указанных групп проходят на угловое расстояние в диапазоне от 60 до 120°, от 70 до 110° или от 80 до 100°. В качестве варианта выполнения, длина каждой лопасти или по меньшей мере некоторых из указанных лопастей в каждой группе разная. В качестве варианта выполнения, длина лопастей в пределах одной группы одинакова. Предпочтительно, барабан содержит лопасти различной длины для должного размещения между держателями зубцов как в продольном направлении, так и окружном направлении на поверхности барабана. В качестве варианта выполнения, там, где барабан содержит группы лопастей для перемещения материала, каждая лопасть может быть установлена в каждой группе в индивидуальном порядке. В качестве варианта выполнения, лопасти в каждой группе могут быть сформированы как единое целое с обеспечением возможности независимой замены каждой группы на барабане относительно остальных групп. В качестве варианта выполнения, количество лопастей по меньшей мере в некоторых из указанных групп различно.

Предпочтительно, барабан по меньшей мере на своих выбранных осевых секциях содержит держатели зубцов, расположенные вдоль одной спиральной траектории. В качестве варианта выполнения, держатели зубцов проходят по поверхности барабана вдоль двух спиральных траекторий или вдоль нескольких спиральных траекторий. Единая спиральная траектория предпочтительна для максимального использования указанной компоновки и распределения пластин для снижения потребления энергии двигателем по мере эффективного и рационального сбора и перемещения в хвост срезанного материала с поверхности шахты для устранения или сокращения до минимума нежелательного повторного измельчения.

В качестве варианта выполнения, барабан может быть разделен в осевом направлении так, что он содержит центральную секцию и первую и вторую концевые секции, причем лопасти установлены в центральной секции. Предпочтительно, первая и вторая концевые секции содержат соответствующие ребра для переноса материала, которые выступают радиально наружу от указанной поверхности барабана и проходят спирально по указанной поверхности барабана вокруг указанной оси. Предпочтительно, концевые секции не содержат лопасти для перемещения материала. Такая конфигурация преимущественна для оптимизации эффективности указанных ребер на концевых секциях барабана для переноса срезанного материала в осевом направлении к центральной секции барабана для последующего перемещения и передачи на траекторию первичных роторов и/или на конвейер комбайна.

В качестве варианта выполнения, лопасти для перемещения материала установлены с возможностью съема на барабане для работы в качестве изнашиваемых частей, выполненных с возможностью удобной замены во время или между периодическим техническим обслуживанием бурового комбайна. В качестве варианта выполнения, зоны лопастей для перемещения материала, включающие, предпочтительно, радиально наружные зоны, имеют сварные швы, покрытия или усиления, выполненные для защиты от усиленного фрикционного износа или от повреждений при истирании скальной породой.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен буровой комбайн, содержащий первичные режущие роторы, расположенные в самом переднем в осевом направлении положении на комбайне и имеющие соответствующие оси вращения, проходящие, по существу, в продольном направлении комбайна; и режущий барабан, описанный в настоящем документе, расположенный так, что его продольная ось проходит в поперечном направлении комбайна, при этом барабан установлен за режущими роторами в их нижней зоне в продольном направлении комбайна.

Предпочтительно, комбайн дополнительно содержит верхний режущий барабан, имеющий продольную ось и установленный так, что его продольная ось проходит в поперечном направлении через комбайн, при этом верхний режущий барабан установлен непосредственно за режущими роторами в их верхней зоне в продольном направлении комбайна. Предпочтительно, буровой комбайн представляет собой комбайн непрерывного действия на гусеничном ходу для проходки выработки полным сечением, выполненный с возможностью эксплуатации в жестких условиях. В качестве варианта выполнения, комбайн выполнен с возможностью ручного или дистанционного управления, при котором режущий барабан имеет возможность ручного или автоматического приводного управления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Конкретный вариант выполнения предложенного изобретения описан ниже только в качестве примера и со ссылкой на сопутствующие чертежи. На чертежах:

Фиг. 1 изображает вид в перспективе комбайна бурового типа непрерывного действия на гусеничном ходу, содержащего верхний и нижний режущие барабаны, расположенные непосредственно за парой самых передних первичных режущих роторов в соответствии с конкретным вариантом выполнения предложенного изобретения;

Фиг. 2 изображает вид в перспективе нижнего режущего барабана бурового комбайна, изображенного на Фиг. 1;

Фиг. 3 изображает продольный вид сбоку режущего барабана, изображенного на

Фиг. 2;

Фиг. 4 изображает поперечное сечение по линии А-А, показанной на Фиг. 3;

Фиг. 5 изображает сечение барабана, показанного на Фиг. 2 и 3, в плоскости, перпендикулярной к продольной оси барабана в соответствии с конкретным вариантом выполнения предложенного изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как показано на Фиг. 1, комбайн 10 непрерывного действия на гусеничном ходу для проходки выработки полным сечением содержит основную раму и шасси 12, на которых остановлены гусеничная ходовая часть 13 и конвейер 14 для перемещения в хвост, проходящий в продольном направлении вдоль комбайна 10 от переднего до хвостового положения. Режущая головка 11 расположена на переднем конце комбайна 10 и содержит пару первичных режущих роторов 15а, 15b, имеющих соответствующие оси 33а, 33и вращения, проходящие параллельно основной длине комбайна 10 и конвейера 14. Пара удлиненных режущих барабанов 16, 17, расположенных непосредственно за роторами 15а, 15b (в продольном направлении), при этом первый (нижний) барабан 16 установлен в нижней зоне комбайна 10, а второй (верхний) барабан 17 установлен в верхней зоне комбайна 10. Каждый барабан 16, 17 имеет соответствующие продольные оси 18а, 18b, проходящие перпендикулярно к соответствующим осям 33а, 33b вращения первичных роторов 15а, 15b. Соответственно, режущий барабан 16, 17 проходит в направлении ширины поперек комбайна 10 на головке 11 с обеспечением максимальной режущей ширины головки 11. Как станет ясно, комбайн 10 эффективен при использовании режущей головки 11 для непрерывного срезания скальной породы по мере продвижения комбайна 10 вперед при помощи гусениц 13. Первичные роторы 15а, 15b обеспечивают начальную и первичную резку скальной породы, а барабаны 16, 17 обеспечивают вторичное и дополнительное режущее действие. Комбайн 10, как правило, выполнен с возможностью непрерывной прокладки штреков, забоев, шахтных камер и для непрерывного извлечения целиков для поддержания высокой скорости продвижения вперед. Эффективная резка вперед достигается при помощи прямого перемещения в хвост срезанного материала от режущей головки 11 к штабелям в хвостовом продольном конце машины 10 при помощи конвейера 14 для перемещения материала. Причем, при вращении первичных роторов 15а, 15b вокруг осей 33а, 33b в соответствующих направлениях R₁ и R₂ вращения материал срезается и перемещается к указанному осевому центру головки 11. Самый передний конец конвейера 14 выступает в осевом центре головки 11 непосредственно за роторами 15а, 15b. Дальнейшее резание и перемещение срезанного материала в осевой центр головки 11 достигается при помощи соответствующих верхнего и нижнего барабанов 16, 17, которые вращаются соответственно вокруг осей 18а, 18b в соответствующих направлениях R₃ и R₄ вращения. Причем нижний режущий барабан 16, в частности, предназначен, в соответствии с предложенным изобретением, для активного содействия сортировке и перемещению срезанного материала в осевой центр головки 11 и к самому переднему концу конвейера 14 для эффективного перемещения в хвост и, в частности, для предотвращения повторного измельчения срезанного материала роторами 15а, 15b и барабанами 16, 17, как описано ниже.

Как показано на Фиг. 2 и 3, нижний режущий барабан 16, по существу, выполнен удлиненным, отцентрированным по оси 18а. Наружная поверхность барабана 21, по существу, выполнена цилиндрической вокруг оси 18а. Барабан 16 установлен на режущей головке 11 с помощью пары крепежных кронштейнов 27 редуктора (на Фиг. 2 и 3 показан только один), обеспечивающих поддержку барабана 16 в установленном с возможностью вращения положении в нижней зоне комбайна 10 и непосредственно за указанной нижней зоной роторов 15а, 15b. Барабан 16 разделен в продольном направлении, так что он имеет наличия пары осевых концевых секций 19, первую и вторую, в осевом направлении разделенных центральной секцией 20, причем секции 19, 20 отделены в осевом направлении кронштейнами 27. Для обеспечения возможности установки соответствующих режущих зубцов 23 на концевых секциях 19 и центральной секции 20 распределены держатели 22 режущих зубцов, причем каждый зубец имеет соответствующий режущий конец 24, выполненный с возможностью резания скальной породы, для резания при продвижении вперед комбайна 10 по мере вращения барабана 16 вокруг оси 18а в направлении R₃. В соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения, держатели 22 зубцов установлены на поверхности 21 барабана и выступают от нее с обеспечением следования спиральным траекториям вокруг оси 18а. В частности, держатели 22 зубцов и зубцы 23 на концевых секциях 19 барабана расположены с обеспечением следования двум отдельным спиральным траекториям, а в центральной секции 20 выполнены с обеспечением следования единой спиральной траектории вокруг оси 18а (от первого конца ко второму концу центральной секции 20) между парой кронштейнов 27.

Пара удлиненных ребер 26 для переноса (иначе называемых лопастями) выступают в радиальном направлении от поверхности 21 барабана в каждой концевой секции 19. Ребра 26 расположены так, что они проходят по соответствующим спиральным траекториям, проходящим около распределенных по спирали держателей зубцов и зубцов 22, 23 в соответствующих концевых секциях 19. Ребра 26 предназначены для содействия осевому переносу срезанного материала по направлению к осевому центру барабана 16 и, в частности, к центральной секции 20. Этот осевой перенос обеспечивается благодаря спиральной конфигурации ребер 26, расположенных на поверхности 21 барабана.

Центральная секция 20 барабана также может содержать лопасти 25 для перемещения материала, которые покрывают по существу поверхность 21 барабана (в центральной секции 20). Каждая лопасть 25, в соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения, содержит соответствующую поверхность 28, обращенную радиально наружу, причем каждая поверхность 28 является удлиненной в осевом направлении барабана 16. В частности, поверхность 28 каждой лопасти имеет основную длину, выровненную с осью 18а барабана, и соответствующую ширину, проходящую в окружном направлении вокруг оси 18. Соответственно, поверхность 28 каждой лопасти ограничена в продольном направлении соответствующими первым и вторым концами 29с, 29d, причем каждый конец 29с, 29d расположен около соответствующих разнесенных в осевом направлении держателей 22 зубцов. Поверхность 28 каждой лопасти также ограничена парой противоположных продольных сторон 29а, 29b, которые разнесены в окружном направлении вокруг барабана 16 в пределах центральной секции 20. Лопасти 25 установлены на барабане 16 бок о бок с соответствующими продольными сторонами 29а, 29b соседних лопастей 25, которые в общем случае параллельны друг другу и находятся в контакте или почти в контакте. Соответственно направленная наружу поверхность 21 барабана по существу и, в целом, покрыта держателями 22 зубцов и лопастями 25, причем лопасти 25 расположены в осевом направлении и в окружном направлении между спирально проходящими держателями 22 зубцов (и зубцами 23).

Как показано на Фиг. 4 в сочетании с Фиг. 2 и 3, можно считать, что лопасти 25 разделены на группы 32а, 32b на центральной секции 20 барабана, причем эти группы 32а, 32b ограничены их различным соответствующим расположением на поверхности 21 барабана относительно держателей 22 зубцов, осевых концов центральной секции 21 и пары кронштейнов 27. Каждая группа, в целом, обозначенная позицией 32а, 32b, может быть определена как группа, содержащая лопасти 25, причем каждая продольная сторона 29а, 29b лопасти расположена бок о бок по отношению к соответствующей соседней лопасти 25 (той же группы), так что указанные лопасти в пределах каждой группы проходят по существу непрерывно в окружном направлении вокруг оси 18а для эффективного заполнения указанного зазора на наружной стороне барабана 16 между держателями 22 зубцов. Количество лопастей 25 в каждой группе 32а, 32b может быть различным в зависимости от положения каждой соответствующей группы 32а, 32b на центральной секции 20 барабана, как указано выше. Например, группа 32а, самая близкая в осевом направлении к кронштейнам 27, содержит три лопасти 25, каждая из которых имеет соответственно поверхность 28, ограниченную в продольном направлении концами 29с, 29d и продольными сторонами 29а, 29b.

Каждая группа 32а, 32b лопастей проходит на угловое расстояние 9. В соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения, наружные в осевом направлении группы 32а (расположенные непосредственно за кронштейнами 27) проходят на угловое расстояние 8 между 80 и 100°. Внутренняя в осевом направлении группа 32b, содержащая больше лопастей, чем группа 32а, может проходить на угловое расстояние 9 в диапазоне от 140° до 190°. В качестве варианта выполнения наружные в осевом направлении группы 32а могут содержать три лопасти, а внутренние в осевом направлении группы 32b могут содержать четыре, пять, шесть, семь, восемь или больше лопастей 25.

Каждая лопасть 25 на барабане 16, в соответствии с конкретным вариантом выполнения, содержит соответствующее ребро 30, имеющее основную длину, проходящую в осевом направлении по поверхности 21 барабана, и ширину, проходящую в радиальном направлении барабана 16, и проходящее по соответствующему радиусу барабана. Соответственно каждое ребро 30 имеет такую ширину, которая выступает радиально наружу от поверхности 21 барабана, и длину, которая проходит в осевом направлении между соответствующими держателями 22 зубцов, в пределах указанной единой спиральной траектории по поверхности 21 барабана. Каждая лопасть 25 также может содержать пластину 29, имеющую соответствующую поверхность 28 лопасти, ограниченную продольными сторонами 29а, 29b и в продольном направлении концами 29с, 29d. Пластина 29 каждой лопасти установлена и проходит в окружном направлении между смежными ребрами 30 лопастей через продольные стороны 29а, 29b пластины. В соответствии с конкретным вариантом выполнения, лопасти 25 жестко закреплены на соседних (в окружном направлении) ребрах 30 с помощью сварных швов 31. Швы 31 также являются преимуществом для усиления и обеспечения фрикционной износостойкости лопастей 25 от износа, вызванного истиранием. В соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения пластина 29 каждой лопасти установлена в ориентации под углом или под наклоном в окружном направлении вокруг оси 18а относительно поверхности 21 барабана. В частности, первая продольная сторона 29а удалена от оси 18а на первое радиальное разделительное расстояние R', которое больше, чем соответствующее радиальное расстояние R''' второй соответствующей продольной стороны 29b. Как показано на Фиг. 4, пластина 28 каждой лопасти наклонена относительно ребра 30 каждой лопасти на угол наклона α. В соответствии с указанным конкретным вариантом выполнения α находится в пределах от 50 до 70°. Соответственно, радиальное разделительное расстояние между первой и второй продольными сторонами 29а, 29b пластины 28 каждой лопасти может находиться в пределах от 25 до 65 мм (соответственно разнице между R' и R''').

Как показано на Фиг. 5, лопасти 25 установлены на барабане 16 так, что в радиальном направлении они расположены полностью в пределах режущих концов 24 и режущих зубцов 23 или по меньшей мере большей части радиальной длины каждого зубца 23. Такой вариант выполнения требуется для достижения необходимого проникновения зубцов 23 в скальную породу и для предотвращения загрязнения скальной породой лопастей 25 при вращении барабана 16 в направлении R₃. Соответственно, каждый наконечник 24 зубца расположен на радиальном расстоянии R'', которое больше, чем радиальное расстояние R'. В частности, разность радиального разделительного расстояния h между R'' и R' в соответствии с конкретным вариантом выполнения находится в пределах от 35 до 65 мм. Такая конфигурация предпочтительна для достижения требуемой максимальной скорости прямого проникновения комбайна 10 с предотвращением загрязнения и усиленного фрикционного износа лопастей 25.

В работе, во время вращения барабана 16 в направлении R₃, различные секции вдоль длины барабана 16 должны выполнять различные режущие и транспортирующие функции, как определено их различными соответствующими осевыми положениями на барабане 16 относительно самых передних первичных роторов 15а, 15b. Таким образом, концевые секции 19 барабана, по существу, выступают наружу за пределы радиальных траекторий резания роторов 15а, 15b и, в свою очередь, вносят значительный вклад в резание свежей скальной породы по мере продвижения комбайна 10. Материал, срезанный зубцами 23 на концевых секциях 19 перемещается в осевом направлении вдоль барабана 16 к центральной секции 20 при помощи спиральных ребер 26 для переноса. Наиболее удаленные в осевом направлении от центра группы 32а лопастей 25 могут рассматриваться, как расположенные непосредственно за радиальными режущими траекториями роторов 15а, 15b для взаимодействия с уже срезанным материалом. Лопасти 25 в данных осевых положениях (в осевом направлении непосредственно внутри кронштейнов 27) эффективны для перемещения срезанного материала в направлении R₃ вращения вокруг оси 18а и затем выбрасывания указанного материала по направлению вверх на радиальную траекторию резания роторов 15а, 15b. Материал, выброшенный из групп 32а лопастей, затем перемещается роторами 15а, 15b в осевой центр головки 11 и на передний конец конвейера 14. Лопасти 25 на осевом центре барабана 16 и ниже него (представленные, частично, группой лопастей 32b), расположены снаружи радиальной траектории резания роторов 15а, 15b и соответственно взаимодействуют со стеной неразрезанной скальной породы. Материал, первично срезанный нижним барабаном 16 в осевой центральной зоне секции 20 барабана, собирается и перемещается лопастями 25 (из группы 32b) в направлении R₃ вращения для перемещения вверх и затем выбрасывания по направлению в хвост на осевой центр головки 11 и на передний торец конвейера 14 (без подведения к режущим дорожкам роторов 15а, 15b). Соответственно, лопасти 25 в различных осевых положениях барабана 16 обеспечивают различные соответствующие функции резания, сбора и перемещения вращением материала в зависимости от их соответствующих осевых положений относительно, например, указанных траекторий резания вращением первичных роторов 15а, 15b. Соответственно, указанный угол наклона α, на который наклонена пластина 28 каждой лопасти для прохождения в окружном направлении относительно ребра 30 лопасти, выполнен для удержания срезанного материала достаточное количество времени при перемещении в направлении R₃ вращения с обеспечением возможности его выбрасывания как на траекторию вращения роторов 15а, 15b, так и в направлении хвоста от оси 18а на передний конец конвейера 14. Лопасти 25, выполненные с возможностью по существу полного покрытия поверхности 21 барабана, эффективны для доставки срезанного материала на траектории резания роторов 15а, 15b и на конвейер 14, и в частности, для минимизации или предотвращения ненужного повторного измельчения материала в дополнение к существенному содействию перемещения срезанного материала к хвосту с помощью конвейера 14.

Снова как показано на Фиг. 4, такое расположение лопастей 25 также является преимущественным для минимизации разделительного расстояния S между лопастями 25 и рабочим горизонтом 34 шахты. В сущности, указанный свободный объем под указанным низом барабана 16 уменьшен с помощью радиального объема лопастей 25, которые установлены на барабане 16 так, чтобы занимать большую часть объема между зубцами 23, который иначе был бы свободен, как в осевом направлении, так и в окружном направлении. Лопасти 25, которые занимают данный свободный объем, эффективны для сбора и подбора срезанного материала на рабочем горизонте 35 шахты для предотвращения накопления материала в нижней зоне режущей головки 11. Материал, накопленный в этой нижней зоне, нежелателен, так как это снижает эффективность резания материала и значительно увеличивает потребление энергии комбайна 10. Таким образом, при работе обычных буровых комбайнов собранный в нижней зоне режущей головки 11 материал эффективно переносится вперед по мере продвижения вперед комбайна 10 и периодически вводится в траекторию резания роторов 15а, 15b и барабана 16, где он повторно измельчается. Лопасти 25 минимизируют и, предпочтительно, устраняют накопление материала ниже барабана 16, что снижает потребление энергии режущей головки 11 и увеличивает срок службы активных компонентов режущей головки 11, включая зубцы 23, держатели 22 зубцов, а также компоненты 27 редуктора. Указанное соответствующее радиальное разделительное расстояние h между R' и R'' соответственно представляет компромисс между скоростью прямого проникновения и потреблением энергии, при этом расположение лопастей 25 представляет отвечающий требованиям компромисс с конкретным фокусом на минимизации потребления энергии.

Группа изобретений относится к буровым комбайнам с режущим барабаном. Технический результат - снижение вторичного дробления материала и максимальное увеличение сбора и перемещения в хвост срезанного материала с поверхности шахты, сокращение потребления питания двигателем и повышение производительности. Режущий барабан для бурового комбайна, имеющий продольную ось, проходящую поперек или перпендикулярно осям вращения самых передних первичных режущих роторов бурового комбайна. Режущий барабан содержит основной корпус, отцентрированный на указанной продольной оси и имеющий обращенную наружу поверхность барабана, держатели режущих зубцов, выступающие наружу от указанной поверхности барабана и предназначенные для установки соответствующих режущих зубцов на основном корпусе, лопасти для перемещения материала. Каждая лопасть имеет соответствующую обращенную наружу поверхность, приподнятую в радиальном направлении от поверхности барабана. При этом каждая лопасть проходит, по существу, в продольном направлении вдоль барабана между держателями зубцов, и лопасти расположены бок о бок в окружном направлении вокруг барабана, покрывая поверхность барабана. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Режущий барабан (16) для бурового комбайна (10), имеющий продольную ось (18а), проходящую поперек или перпендикулярно осям (33а, 33b) вращения самых передних первичных режущих роторов (15а, 15b) бурового комбайна (10), и содержащий:

основной корпус, отцентрированный на указанной продольной оси (18а) и имеющий обращенную наружу поверхность (21) барабана,

держатели (22) режущих зубцов, выступающие наружу от указанной поверхности (21) барабана и предназначенные для установки соответствующих режущих зубцов (23) на основном корпусе,

отличающийся тем, что содержит лопасти (25) для перемещения материала, каждая из которых имеет соответствующую обращенную наружу поверхность (28), приподнятую в радиальном направлении от указанной поверхности (21) барабана, при этом каждая лопасть (25) проходит, по существу, в продольном направлении вдоль барабана (16) между держателями (22) зубцов, и лопасти расположены бок о бок в окружном направлении вокруг барабана (16), покрывая поверхность (21) барабана.

2. Барабан по п. 1, в котором указанная поверхность (28) каждой лопасти выполнена, по существу, плоской.

3. Барабан по п. 2, в котором в плоскости поперечного сечения, перпендикулярной продольной оси (18а), указанная поверхность (28) каждой лопасти наклонена в окружном направлении вокруг барабана (16), так что первая продольная сторона (29а) расположена в радиальном направлении за противоположной второй продольной стороной (29b).

4. Барабан по п. 3, в котором угол (α), на который указанная поверхность (28) каждой лопасти наклонена относительно радиуса барабана (16), находится в диапазоне от 35 до 85°, от 40 до 80°, от 45 до 75° или от 50 до 70°.

5. Барабан по любому из пп. 1-4, в котором указанные поверхности (28) лопастей покрывают большую часть поверхности (21) барабана как в осевом направлении, так и в окружном направлении между держателями (22) зубцов.

6. Барабан по любому из пп. 1-5, содержащий режущие зубцы (23), установленные на держателях (22) зубцов, причем каждый из указанных зубцов (23) имеет режущий конец (24), при этом лопасти (25) расположены на основном корпусе так, что радиальное разделительное расстояние (h) между указанными режущими концами (24) и радиально наиболее удаленными от центра частями лопастей (25) находится в диапазоне от 20 до 80 мм, от 25 до 75 мм, от 30 до 70 мм или от 35 до 65 мм.

7. Барабан по любому из пп. 1-6, в котором лопасти (25) расположены группами (32а, 32b), причем каждая группа (32а, 32b) содержит несколько лопастей (25), расположенных бок о бок в окружном направлении вокруг барабана, при этом каждая из указанных групп (32а, 32b) отделена в осевом направлении держателями (22) зубцов.

8. Барабан по п. 7, содержащий от 4 до 16, от 4 до 14, от 4 до 12 или от 8 до 12 указанных групп (32а, 32b) лопастей.

9. Барабан по п. 7 или 8, в котором по меньшей мере некоторые из указанных групп (32а, 32b) лопастей проходят на угловое расстояние (θ) в диапазоне от 60 до 120°, от 70 до 110° или от 80 до 100°.

10. Барабан по любому из пп. 1-9, в котором держатели (22) зубцов распределены по поверхности барабана (16), следуя, по существу, по спиральной траектории вокруг продольной оси (18а) от первого до второго конца барабана (16) в продольном направлении.

11. Барабан по п. 10, в котором указанные держатели (22) зубцов расположены вдоль единой спиральной траектории.

12. Барабан по любому из пп. 1-11, который разделен в осевом направлении так, что он имеет центральную секцию (20) и первую и вторую концевые секции (19), при этом указанные лопасти установлены в центральной секции (20).

13. Барабан по п. 12, в котором первая и вторая концевые секции (19) содержат соответствующие ребра (26) для переноса материала, выступающие в радиальном направлении наружу от поверхности (21) барабана и проходящие спирально по поверхности барабана (16) вокруг оси (18а).

14. Барабан по п. 12 или 13, в котором на концевых секциях (19) отсутствуют лопасти (25) для перемещения материала.

15. Буровой комбайн (10), содержащий:

первичные режущие роторы (15а, 15b), расположенные в самом переднем в осевом направлении положении на комбайне (10) и имеющие соответствующие оси (33а, 33b) вращения, проходящие, по существу, в продольном направлении комбайна (10), и

режущий барабан (16) по любому из пп. 1-14, расположенный так, что его продольная ось (18а) проходит в поперечном направлении комбайна (10), при этом барабан (16) установлен за режущими роторами (15а, 15b) в их нижней зоне в продольном направлении комбайна (10).

16. Комбайн по п. 15, содержащий верхний режущий барабан (17), имеющий продольную ось (18b) и установленный на комбайне (10) так, что его продольная ось (18b) проходит в поперечном направлении комбайна (10), при этом верхний режущий барабан (17) установлен за режущими роторами (15а, 15b) в их верхней зоне в продольном направлении комбайна (10).