Горный комбайн Российский патент 2021 года по МПК E21C35/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к горным комбайнам непрерывного действия, и предназначено для расширения функциональных возможностей горных комбайнов, используемых при проведении горных выработок при добыче полезных ископаемых подземным способом.

Уровень техники

В горной промышленности известно большое количество горных комбайнов с вращающимися исполнительными органами роторного типа, обеспечивающими разрушение горного массива при проведении подземных горных выработок по различным породам.

При работе комбайнов непрерывного действия при проходке горных выработок и на очистных работах в камерах, когда комбайн движется на забой по оси выработки – важной задачей является обеспечение согласованной работы исполнительного органа и нижнего отбойно-погрузочного устройства посредством оснащения комбайна приводами исполнительного органа и нижнего отбойного устройства с возможностью настройки кинематической схемы в зависимости от характеристик вырабатываемой породы. Это обеспечит беспрепятственное продвижение горного комбайна, тогда как несоответствие параметров работы исполнительного органа параметрам работы нижнего отбойно-погрузочного устройства будет препятствовать нормальной погрузке отбитой исполнительным органом горной массы и затруднять продвижение комбайна на забой.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение согласованной работы исполнительного органа и нижнего отбойно-погрузочного устройства в процессе выработки.

Указанные выше технические результаты достигаются тем, что горный комбайн содержит ходовую часть, верхнее отбойное устройство, два исполнительных органа с роторным режущим устройством на каждом и нижнее отбойно-погрузочное устройство с кинематической цепью его привода, выполненной в виде зубчатых передач. Частота вращения упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства n_н.о. определяется по формуле

(об/мин),

где L – расстояние между осями вращения исполнительных органов (м);

R – радиус вращения ротора исполнительного органа (м);

n_р – частота вращения ротора (об/мин);

d_шн – внутренний диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

D_шн – наружный диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

t – шаг витков спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м).

При этом значение n_н.о. находится в интервале от 60 до 70, а зубчатые передачи установлены в кинематической цепи привода нижнего отбойного устройства с возможностью регулирования частоты вращения n_н.о. упомянутого нижнего отбойного устройства таким образом, чтобы отношение n_н.о. к n_р находилось в интервале от 4,2 до 5.

Также указанные выше технические результаты достигаются тем, что на концевых частях отбойно-погрузочного устройства установлены бермовые фрезы частота вращения которых определяется по формуле

Сопоставление заявляемого горного комбайна с существующими на сегодняшний день техническими решениями, позволяет сделать вывод об отсутствии в последних – признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого изобретения.

Также изобретение не следует явным образом из уровня техники, поэтому авторы считают, что объект является новым и имеет изобретательский уровень, поскольку при отсутствии вышеуказанных технических решений, не представляется возможным обеспечить согласованную работу исполнительного органа и нижнего отбойно-погрузочного устройства с максимальной производительностью, а, следовательно, исчезает и технический результат.

Описание чертежей

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где изображено:

Фиг. 1 – Сечение выработки горного комбайна;

Фиг. 2 – Общий вид горного комбайна;

Осуществление изобретения

Добыча твердых полезных ископаемых методом проходки включает в себя ряд сложных технологических процессов, таких как, разрушение горной породы, формирование необходимой геометрии (профиля) забоя, удаление отбитой породы из зоны обработки, транспортировка отбитой породы и т.д. Горные проходческие комбайны предназначены для выполнения все этих процессов.

Одной из актуальных задач в этой области является поиск решений по оптимизации режимов синхронной работы исполнительных органов и отбойно-погрузочных устройств горно-проходческих комбайнов.

Добываемые горные породы имеют значительный разброс механических, физических и геологических свойств. Состав, строение и условия залегания пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих внутри земной коры или на её поверхности. С геохимической точки зрения горные породы — естественные агрегаты минералов, состоящих преимущественно из петрогенных элементов (главных химических элементов породообразующих минералов). Известно, что по происхождению горные породы делятся на три группы: а) магматические (эффузивные и интрузивные), б) осадочные и в) метаморфические. Магматические горные породы по своему происхождению делятся на эффузивные и интрузивные.

Одним из важнейших исходных параметров является прочность – свойство горных пород (материалов) сопротивляться разрушению и образованию больших деформаций, т.е. не разрушаться под действием определенной нагрузки. Чем выше прочность горной породы, тем выше силы резания, которые необходимо приложить для ее разрушения и тем большие нагрузки действуют на узлы и агрегаты комбайна.

Породы рыхлые, несвязные и мягкие характеризуются значительно меньшей прочностью и устойчивостью и большей деформируемостью, сильной водопроницаемостью. Природа свойств крупнообломочных, песчаных и особенно глинистых пород обусловливается не только их геолого-петрографическими особенностями, но и таким свойством, как дисперсность, так как эти породы – многофазные системы, состоящие из минеральных частиц, воды и воздуха или других газов. От физических и механических свойств зависят и технологические свойства породы, например, сопротивляемость резанию.

Плотность добываемых проходческим методом пород может изменяться от 0,4 до 4,5 т/м³. Свойства и условия добычи угля существенно отличаются, например, от добычи калийной соли. Существенным разбросом свойства обладают и другие виды породы, например, сильвинит, карналлит, каменная соль, гипс, трона.

Вышесказанное показывает, что создание горно-проходческого комбайна, обладающего универсальностью, т.е. способностью эффективно работать при добыче широкого диапазона пород, является сложной задачей. Как правило, проходческие комбайны создаются для добычи породы какого-то одного вида и их конструктивные параметры закладываются для работы в каком-то конкретном месторождении или даже конкретной шахте.

Настоящее изобретение направлено на создание горного комбайна, который обеспечивает согласованную работу исполнительного органа и отбойно-погрузочного устройства горного комбайна при большом разбросе факторов.

Горный комбайн содержит ходовую часть (1), верхнее отбойное устройство (2) и нижнее отбойно-погрузочное устройство (3) с приводом (4) и два исполнительных органа с роторами (5).

Конструкция комбайна должна обеспечивать вращение ротора (5) с частотой вращения n_р.

Нижнее отбойно-погрузочное устройство горного комбайна содержит привод с кинематической схемой, основными параметрами которого являются частота n_н.о..

Исходными данными для создания горного комбайна и определения оптимальных значений его параметров являются: вид разрушаемой породы, габариты выработки и производительность горного комбайна.

Вид добываемой породы определяет технологические параметры воздействия режущим устройством для ее разрушения и обеспечения заданной кусковатости и влияет на производительность нижнего отбойно-погрузочного устройства, зависящей от ряда переменных, среди которых внутренний d_шн и наружный D_шн диаметры спирали, а также шаг витков t спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (3);

Экспериментально установлено, что оптимальной является величина отношения n_н.о. к n_Д находящаяся в интервале от 4,2 до 5. Снижение отношения ниже значения 4,2 приведет к увеличению объема отбитой породы в призабойной зоне выработки и препятствованию продвижению комбайна на забой. Увеличение же отношения выше значения 5 приведет к переизмельчению породы отбиваемой нижним отбойно-погрузочным устройством в нижней части забоя.

В таблице 1 ниже приведен фракционный состав калийной соли при проходке горным комбайном с роторным исполнительным органом с различным значением отношения n_н.о. к n_р.

Таблица 1. Фракционный состав породы и производительность нижнего отбойного устройства в зависимости от отношения n_н.о. к n_р

Отношение
n_н.о. к n_р Содержание мелкой фракции, % Содержание средней фракции, % Содержание крупной фракции, % В том числе содержание труднообогащаемой фракции, % Производительность отбойно-погрузочного устройства, % от производительности исполнительного органа 4,0 18 46 36 2 81
89
100
101,5
102,1
102,8
103,4
114,2 4,1 19 46 35 2,5 4,2 21 45 34 3 4,4 23 44 33 3,5 4,6 25 43 32 4 4,8 28 41 31 5 5 31 40 29 5,5 5,1 35 38 27 8

Расчет n_н.о., исходя из исходных параметров нижнего отбойно-погрузочного устройства (3), определяют по формуле

(об/мин),

где L – расстояние между осями вращения исполнительных органов (м);

R – радиус вращения ротора исполнительного органа (м);

n_р – частота вращения ротора (об/мин);

d_шн – внутренний диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

D_шн – наружный диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

t – шаг витков спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м).

В процессе работы комбайна роторные режущее устройство (6) постепенно меняет свои режущие свойства, т.к. происходит затупление инструмента, снижается его стойкость, изменяется геометрия. Таким образом, те параметры, которые были оптимальны в начале работы могут стать неоптимальными через какое-то время.

Для решения этой проблемы привод нижнего отбойно-погрузочного устройства выполнен с возможностью внесения изменений в кинематическую схему для регулирования частоты вращения нижнего отбойно-погрузочного устройства таким образом, чтобы она находилась в интервале от 4,2 до 5.

Управление частотами вращения n_р и n_н.о., может осуществляться путем изменения передаточного отношения привода нижнего отбойно-погрузочного устройства осуществляемого установкой в кинематическую цепь привода зубчатых колёс с различным числом зубьев.

Кроме того, в конструкции отбойно-погрузочного устройства могут быть предусмотрены концевые бермы частота вращения которых будет определяться по формуле

Следует отметить, что приведенная конфигурация горного комбайна и ее элементы являются частным случаем и могут быть исполнены по-другому. Существенными являются сами возможности, которые такая конфигурация дает и которые, тем не менее, могут быть достигнуты рядом других конструктивных решений.

Также для заявленного горного комбайна в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, существует возможность его изготовления и применения с помощью известных до даты подачи заявки средств и методов.

Заявляемое изобретение может найти широкое применение в горной промышленности для проведения горных выработок, в частности проходческими комбайнами непрерывного действия, используемыми при добыче полезных ископаемых подземным способом.

Изобретение относится к горным комбайнам. Технический результат: обеспечение согласованной работы процессов выработки и отгрузки породы при максимальной производительности. Горный комбайн содержит ходовую часть, верхнее отбойное устройство, два исполнительных органа с роторным режущим устройством на каждом и нижнее отбойно-погрузочное устройство с кинематической цепью его привода, выполненной в виде зубчатых передач. При этом значение частоты вращения упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства n_н.о. находится в интервале от 60 до 70, а зубчатые передачи установлены в кинематической цепи привода нижнего отбойно-погрузочного устройства с возможностью изменения частоты вращения n_н.о. упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства таким образом, чтобы отношение n_н.о. к частоте вращения ротора n_р находилось в интервале от 4,2 до 5. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Горный комбайн, содержащий ходовую часть, верхнее отбойное устройство, два исполнительных органа с роторным режущим устройством на каждом и нижнее отбойно-погрузочное устройство с кинематической цепью его привода, выполненной в виде зубчатых передач, при этом значение частоты вращения упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства n_н.о. находится в интервале от 60 до 70, а зубчатые передачи установлены в кинематической цепи привода нижнего отбойно-погрузочного устройства с возможностью изменения частоты вращения n_н.о. упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства таким образом, чтобы отношение n_н.о. к частоте вращения ротора n_р находилось в интервале от 4,2 до 5.

2. Горный комбайн по п.1, отличающийся тем, что частота вращения упомянутого нижнего отбойно-погрузочного устройства n_н.о. определяется по формуле

(об/мин),

где L - расстояние между осями вращения исполнительных органов (м);

R - радиус вращения ротора исполнительного органа (м);

n_р - частота вращения ротора (об/мин);

d_шн - внутренний диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

D_шн - наружный диаметр спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м);

t - шаг витков спирали нижнего отбойно-погрузочного устройства (м).

3. Горный комбайн по п.1, отличающийся тем, что на концевых частях отбойно-погрузочного устройства установлены бермовые фрезы, частота вращения которых определяется по формуле

где n_н.о. - частота вращения отбойно-погрузочного устройства (об/мин);

D_н.о. - диаметр отбойно-погрузочного устройства (м);

D_ф - диаметр бермовой фрезы (м).