Рабочий орган проходческого щита Советский патент 1983 года по МПК E21C25/60 E21D9/10 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к рабочим органам проходческих щитов.

Известен рабочий орган проходческого щита, включающий ротор с планщайбами, на которых установлены резцы 1.

Недостатком этого рабочего органа является низкая надежность его работы, обусловленная быстрым износом режущего инструмента, особенно при проходке в крепких породах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является рабочий орган проходческого щита, включающий ротор с установленными на нем под углом к оси вращения гидрометными устройствами с каналами для подвода жидкости 2.

Недостатком такого рабочего органа является низкая эффективность его работы из-за того, что струи жидкости прорезают в породе лишь отдельные щели, а участки породы между ними удаляются при помощи механического скалывающего инструмента, который быстро изнашивается.

Целью изобретения является повышение эффективности рботы рабочего органа.

Поставленная цель достигается тем, что в рабочем органе проходческого щита, включающем ротор с установленными на нем под углом к оси вращения гидрометными устройствами с каналами для подвода жидкости, каждое гидрометное устройство имеет привод вращения, при этом гидрометные устройства через одно взаимно сфокусированы, а другие расфокусированы, причем гидрометные устройства и ротор выполнены с возможностью эксцентричного вращения.

Кроме того, каждое гидрометное устройство выполнено в виде электровибрационной гидрометной головки, а ротор выполнен полым.

На фиг. 1 показана принципиальная конструкция рабочего органа проходческого щита; на фиг. 2 - вариант коНстукции гидрометного устройства; на фиг. 3 - кинематическая схема механизма планетарного движения гидрометных устройств совместно с ротором.

Роторный рабочий орган проходческого щита содержит полый ротор 1, связанный с электроприводом 2, и размещенные на этом роторе электровибрационные гидрометные головки 3, снабженные индивидуальными электроприводами 4, якорную 5 и статорную 6 электрообмотки привода 2 .

Ротор 1 связан с электроприводом 2 с помощью подводящей к нему рабочую жидкость коленчатой трубы 7, связанной с вращающимся якорем этого электропривода, а через соединительный гидрощланг - С резервуаром рабочей жидкости (не показаны) .

Корпус-статор 8 электропривода 2 закреплен на ходовой части проходческого

щита (торец ходовой части условно показан пунктирными линиями).

Ротор 1 соединен с коленчатой трубой 7, закрытой с торца глухой крышкой 9 посредством радиальных распределительных патрубков 10 и представляет с ним единую жесткую конструкцию.

Гидрометные головки 3 установлены равномерно по окружности ротора-коллектора 1, причем одна часть всей совокупности

0 головок через одну направлена своими выходны.ми соплами (условно показано стрелками 11) к оси симметрии (горизонтальная пунктирная линия) ротора 1 и взаимно сфокусирована (точка Р), а другая их часть наоборот, направлена (стрелки 12) от этой

5 оси симметрии, т. е. расфокусирована.

Стрелки 11 и 12 одновременно являются направления.ми истекающих из выходных сопел гидрометных головок высоконапорных струй рабочей жидкости.

1 Кроме того, гидрометные устройства размещены на глухой крышке 9 образуя центральную головку 13, а также на распределительных патрубках 10 (не показаны) и направлены на разрушаемую поверхность 14.

5 Каждая гидрометная головка 3 заключена Б неподвижно закрепленный на роторе 1 корпус 15, который защищает ее от внешних механических воздействий и одновременно является (или жестко связан с ни.м) статоро.м электропривода 4.

0 Сама гидрометная головка 3 состоит из гидрометного блока 16, заключенного в собственнь й корпус, выполненный в виде единого или составного коленчатого патрубка 17, являющегося одновременно (или жестко с ним связанного) вращающимся

якорем электропривода 4.

Коленчатость патрубка 17 обеспечивает эксцентричность вращения гидро.метного блока 16.

Гидрометный блок 16 состоит из образующих между собой разгонные каналы 18

упругих элементов 19, опертых на опорную 20 и связанную с электровиброприводом 21 вибрационную 22 решетки.

Разгонные каналы 18 служат для высо-. коскоростного разгона поступающей в них рабочей жидкости с помощью возбуждаемых в упругих элементах 19 изгибных (радиалыю-изгибных) бегущих волн.

Устройство включает также якорную 23, статорную 24 электрообмотки привода 4

(стрелками 25 и 26 соответственно показаны направления вращения ротора я гидрометных устройств), опоры 27 вращения гидрометного блока (подшипники) и опорный фланец 28.. - эксцентриситет .между осями симметрии корпуса-статора 15 и корпуса-якоря 17.

Подводящие электрокабели 29 к электроприводам 4 гидрометных головок проходят внутри коленчатой трубы 7 и ротора 1 (показано пунктиром) и укреплены на их внутренних стенках.

Аналогичным образом может быть выполнено подведение электропитания к электровиброприводам 21 гидрометных блоков 16 с помощью электрокабелей 30. При этом вращающаяся вместе с электровиброприводом 21 часть электрокабеля 30 связана с неподвижной его частью посредством соединительной вращающейся электромуфты 31; 32 - электроконтактное устройство; стрелками 33 и 34 показаны направления движения жидкости.

Поверхность 35 покрывается единичными жидкостными струями при эксцентричном вращении гидрометной головки 3, расположенной по окружности ротора 1; поверхность 36-единичными жидкостными струями при эксцентричном вращении центральной гидрометной головки 13; поверхность 37 - единичными жидкостными струями при эксцентричном вращении гидрометной головки 38, расположенной на радиальном распределительном патрубке 20; поверхность 39 перекрывается ротором-коллектором при его эксцентричном вращении; стрелкой 40 показано направление планетарного движения гидрометной головки 3, расположенной по окружности ротора 1, т. е. траектория перемещения поверхности 35; стрелкой 41 - направление планетарного движения центральной гидрометной головки 13, т. е. траектория перемещения поверхности 36; стрелкой 42 - направление планетарного движения гидрометной головки 38, расположенной на распределительном патрубке 10, т. е. траектория перемещения поверхности 37. Рабочий орган работает следующим образом. Рабочая жидкость (вода) из резервуара с помощью насосов по подводящему гидрошлангу подается в коленчатую трубу 7, а из нее подается в полый ротор 1 (стрел.ка 33), из которого по распределительным патрубкам 10 (стрелки 34) поступает в разгонные каналы 18. При включении электровибропроводов 21 под действием возбуждаемых в упругих элементах 19 гидрометных блоков 16 изгибных (радиально-изгибных) бегущих волн находящаяся в разгонных каналах 8 рабочая жидкость (вода) разгопяется в них до высоких (вплоть до сверхзвукпрых) скоростей и выбрасывается из них наружу в виде отдельных «игольчатых струй 11 и 12, направленных на разрущаемую поверхность 14. Одновременно с этим включаются в действие электропризоды 2 и 4 соответственно ротора-коллектора и гидрометных головок 3, 13 и 38. Благодаря коленчатости трубы 7 и патрубка 17 ротор 1 и гидрометные устройства имеют эксцентричные вращения, а совместно с эксцентрично вращающимся ротором 1 установленные на нем с возможностью собственного эксцентричного вращения гидрометные головки соверщают сложное плоскопараллельное (планетарное) вращение.

При этом истекающие из разгонных каналов гидрометных головок высоконапорные «игольчатые жидкостные струи также соверщают указанное планетарное движение, воздействуяВ процессе этого движения на всю площадь разрушаемой поверхности 14.

Использованием эксцентричного вращения гидрометных устройств, установленных на эксцентрично вращающемся роторе-коллекторе 1 и совершающих вместе с ним сложное плоско-параллельное (планетарное) движение, достигается повышение интенсивности гидродинамического разрушения породы за счет непрерывного перемещения жидкостных струй по взаимно пересекающимся траекториям и постоянного дробления разрушаемой поверхности, а также полного исключения демпфирующего влияния обратных струй отработанной жидкости, при этом достигается также увеличение площади разрушаел ои поверхности при минимальном числе гидрометных головок. Направлением, одной части всей совокупности гидрометных головок к. оси симметрни ротора Л и их взаимной фокуси РОБКОЙ достигается интенсификация процесса разрушения породы за счет образования кумулятивных струй, ударных волн и предварительного образования пилотствола. Направлением другой части гидрометных головок, наоборот, от оси симметрии ротои-а 1 достигается расширение пробиваемого CTBO.iia тоннеля до размеров, превышающих диаметр окружности (показана пунктиром. ограничивающим поверхность 39), описываемой ротором 1 при его эксцентричном вращении, за счет чего исключается всякое механическое взаимодействие ротора 1 и его рабочих элементов со стенками пройденного ствола. Использованием в качестве гидрометных устройств, гидрометных головок с электровибрационным энергоприводом, позволяющих полностью исключить громоздкие, низко эффективные в отнощении КПД и скорости истечения жидкостных струй высоконапорные устройства (аккумуляторы высокого давления), достигается повыщение КПД рабочего органа и устройства в целом при снижении его габаритов и веса, так как КПД электровибрационных гидрометных головок, использующих для высокоскоростного разгона упругие бегущие волны, значительно выuie, а скорости истечения получаемых с их

помощью «игольчатых жидкостных струй могут достигать значения 1000-2000 м/с и более.

Фив-2

Все это позволяет повысить эффективность работы рабочего органа проходческого щита.

20

J9

2

«;

57

J8

1. РАБОЧИЙ ОРГАН ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА, включающий, ротор с установленными на нем под углом к оси вращения гидрометными устройствами с каналами для подвода жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы, каждое гидрометное устройство имеет привод вращения, при этом гидрометные устройства через одно взаимно сфокусированы, а другие расфокусированы, причем гидрометные устройства и ротор выполнены с возможностью эксцентрично вращения. 2. Рабочий орган, отличающийся тем, что каждое гидрометное устройство выполнено в виде электровибрационной гидрометной головки, а ротор выполнен полым.