Горная машина Советский патент 1993 года по МПК E21C27/00 E21C27/02 

гателя 10. Половины водила ЗА-ЗБ кинематически связаны, с выходным валом водила дифференциального механизма привода посредством трансмиссии, состоящей из шестерен 14, 15, 17, 19; 20 и 21, оси 16 и валов 5, 18 и 4, а звездочка 1 жесткого элемента органа - связана с выходным валом венечного колеса дифференциального механизма привода посредством трансмиссии из шестерен 22, 15 и 23, оси 16 и вала 2.

Выбор оптимального режима работы органа зависит от соотношения частот вращения водила ЗА-3 В генератора волн и звездочки 1 жесткого элемента. Соотношение угловых частот водила ЗА-ЗБ и звездочки 1 автоматически устанавливается дифференциальным механизмом привода в зависимости от реакции массива - его физико-механических свойств - компонентам сложного двиения режущей кромки инструмента. 1 ил.

Назначение: изобретение относится к технике для разрушения поррд ударно-режущим способом. Конструкция органа состоит из звездочки 1 жесткого элемента, 2 двух половин водила ЗА и ЗБ генератора волн с закрепленными на них роликами 7 и гибкого элемента 8 - режущей цепи с закрепленными на ней инструментами 9. Кольцо контура гибкого элемента 8 плотно охватывает выступающие зубья звездочки.1 и все ролики 7 генератора волн. Привод элементов органа осуществляется от двигателя 10 через дифференциальный меха низм, включающий в себя венечное колесо 11, сателлиты 12 и солнечное колесо 13, которое закреплено на выходном валу дви

Изобретение относится к области техники, занимающейся вопросами механического резания и разрушения в основном хрупких монолитов, материалов и массивов, а более конкретно, к рабочим органам, предназначенным для осуществления разрушения пород ударнорежущим способом в условиях применения таких устройств в отрасли горно-добывающей промышленности.

Цель изобретения - создание горной машины с рабочим органом, обеспечивающим автоматический выбор оптимального режима разрушения горного массива ударно-режущим способом в зависимости от его физико-механических свойств и снижающим энергоемкость процесса разрушения.

Чтобы решить поставленную задачу, предлагается создать новый тип органа разрушения по конструктивным элементам подобный прототипу, которым является плоский бар врубовой машины.

Принципиальной отличительной особенностью нового органа является наличие дополнительного вала, расположенного со- осно с ведущей звездочкой. На этот дополнительный вал закрепляется корпус бара. Корпус бара, в нашем случае, орвобождает- ся от других связей .с корпусом машины с тем условием, чтобы весь бар мог беспрепятственно совершать вращение вокруг оси ведущей звездочки. Для обеспечения автоматического выбора оптимального режима разрушения, в зависимости от физико-механических свойств массива, привод дополнительного вала вместе с корпусом бара и привод ведущей звездочки цепи бара, осуществляется через дифференциальный механизм привода, который в процессе работы органа будет увязывать эти два вращения.

Работа по разрушению массива в предложенном органе отличается от работы бара. В таком органе разрушение массива должны производить только активные инструменты, т.е. те, которые находятся на звеньях режущей цепи, в момент работы по разрушению опертых об окружность обводного элемента, ролика. Пассивные инструменты, т.е. те инструменты, звенья которых находятся на прямолинейном участке движения режущей цепи и на ведущей звездочке, в работе по

разрушению массива участвовать не должны. Иными словами, работа по разрушению в предложенном органе подобна работе ба- рового органа на участке обводного элемента в процессе вырубки.

Внимательное рассмотрение кинематической схемы предлагаемого органа разрушения позволяет заключить, что это типичный дифференциально-волновой механизм с внешним расположением гибкого элемента.

В механизме предложенного органа укороченный корпус бара выполняет роль водила генератора волн волновой передачи. Увеличенная ведущая звездочка для привода цепи бара выполняет роль жесткого элемента, в данном случае, вращаемого.

Гибким элементом механизма является режущая цепь бара. Уменьшенный обводной

элемент бара (пассивная звездочка, ролик

или иное подобное устройство) выполняет

функцию ролика генератора волн.

Работает орган следующим образом: При наличии одновременного встречи го вращения звездочки жесткого элемента

водила генератора волн, а такое возможн в том случае, когда на выходных валах диф ференциального механизма привода органа разрушения моменты, вызванные реактивными сопротивлениями массивапрепятствующими движению гибкого элемейта и вращению водила генератора волн, приблизительно равны, ролик генератора волн перемещает волну гибкого элемента вокруг оси вращения устройства. Волновое движение гибкого элемента заставляет режущие кромки инструментов, опертых о ролик генератора волн совершать сложное двйже- ние по траекториям отрезков некоторых нестабильных гипотрохоид, форма которых

в любой момент может изменяться в зависимости от соотношения частот вращения

водила генератора волн и жесткого элемента. Кривые этих траекторий расположены в плоскости вращения элементов органа. При таком движении массив разрушается отдельными выемками сложной формы, расположенными по дуге окружности, т.е. реализуется ударно-режущий способ разрушения.

В работе аетоматического дифференциально-волнового органа разрушения могут иметь место следующие экстремальные случаи.

Если, в силу условий работы органа разрушения, высокая твердость массива будет препятствовать активному внедрению инструмента и произойдет полная остановка водила генератора волн органа разрушения, то в этом случае гибкий элемент от максимальной частоты вращения жесткого элемента станет двигаться с максимальной скоростью по обводу своего контура, реализуя близкий к чисто режущему (скалывающему) режим разрушения, т.е. в этом случае орган работает как режущий бар врубовой машины.

При условии, когда большая вязкость разрушаемого массива будет препятствовать движению режущей цепи с инструментами и полностью остановится гибкий элемент, то в этом случае водило генератора волн органа разрушения станет вращаться с максимальной частотой, реализуя близкий к чисто ударному, точнее - это будет ударно-отрывной, режим разрушения. Траектории режущих кромок инструментов в этом случае будут представлять собой гипоциклоиды или близкие к ним гипотрохоиды, т.е. орган работает как планетарно-волновой орган разрушения со стабильными траекториями, форма которых зависит от геометрических размеров элементов органа разрушения,

Многообразие промежуточных режимов разрушения ударно-режущим способом будет автоматически обеспечено по двум факторам: величине сопротивления внедрению кромки инструмента в массив от момента вращаемого водила генератора волн (выбор толщины элементарной стружки) и величине сопротивления срезу(скалыванию)от воздействия силы движущегося гибкого элемента со своими инструментами (выбор скорости резания), Оба названные сопротивления характеризуют массив, его физико-механические свойства, поэтому автоматизм процесса выбора режима разрушения обеспечивается внешними условиями.

Применив дифференциальный привод, увязывающий вращение водила генератора волн и жесткого элемента, в любой момент работы органа, получим возможность автоматического выбора траекторий режущих кромок инструментов, толщины элементарной стружки и направления ее снятия, в зависимости от физико-механических свойств 5 массива, т.е. в каждый момент работы оргаг на выбирается такая форма траектории и, связанная с ней, такая толщина стружки и скорость резания, которая необходима для разрушения именно этого участка массива

0 наиболее экономично. Система в этом случае работает мягко, перестраиваясь автоматически, сообразуясь с внешними условиями.

Предложенный орган по своей конструкции является дифференциально-волновым и

5 в дальнейшем именуется автоматическим дифференциально-волновым органом разрушения.

Орган, созданный на основе бара врубовой машины, будет неуравновешенным,

0 поэтому предлагается сделать орган в принципе подобный двухлучевому и даже трехлучевому бару, ведущая звездочка которого находится на оси центра вращаемых масс устройства, а лента гибкого элемента охва5 тывает одновременно выступающие зубья звездочки жесткого элемента и все ролики генератора волн. Такая компоновка конструкции подобна волновой передаче, имеющей двух- илитрехволновой генератор волн.

0 Для получения пространственного органа набирается стопа из плоских дифференциально-волновых органов разрушения. Конструктивно дифференциально-волновой орган разрушения может быть выпол5 нен компактно, т.е, с роликами, оси которых расположены в пределах контура жесткого элемента.

.На чертеже дана схема устройства компактного автоматического дифференциально0 волнового органа разрушения барабанного типа, имеющего трехволново й генератор.

Орган разрушения состоит из жесткого элемента - звездочки 1, закрепленной на среднем полом валу 2. По торцам звездочки

5 1 расположены половины водила ЗА и ЗБ трехволнового генератора волн, из которых половина водила ЗА закреплена на внутреннем сплошном валу 4, а половина водила ЗБ - на внешнем полом валу 5. На каждом луче

0 каждой половины водила генератора волн закреплены оси 6, на которые одеты ролики

7 генератора волн. Лучи половин водила ЗА и ЗБ генератора волн должны располагаться таким образом, чтобы соответствующие оси 5 6 роликов 7 генератора волн были на одной линии. Наружные поверхности роликов 7 и выступающие зубья звездочки 1 жесткого элемента плотно Охватывается, контуром гибкого элемента 8. Лента гибкого элемента

8 может быть выполнена в виде многорядкой цепи или гусеницы. Снаружи звеньев цепи (гусеницы) закрепляются отбойные (режущие) инструменты 9.

Привод звездочки 1 жесткого элемента и половин водила ЗА и ЗБ генератора волн осуществляется от двигателя 10 через дифференциальный механизм привода,состоящий из венечного колеса 11, сателлитов 12 и солнечного колеса 13, при этом солнечное колесо 13 закреплено на выходном валу двигателя 10.

От водила дифференциального механизма привода, на выходном валу которого закреплена ведущая шестерня 14, на половину водила ЗБ генератора волн органа разрушения вращение передается через паразитную шестерню 15, одетую на ось 16, далее на ведомую шестерню 17, закрепленную на другом конце наружного полого вала 5. Синхронное вращение половины водила ЗА генератора волн органа разрушения осуществляется от ведомой шестерни 17 через вал-замыкатель 18 посредством шестерен 19, 20 и 21, из которых шестерни 19 и 20 закреплены на валу-замыкателе 18, а шестерня 21 на другом конце внутреннего сплошного вала 4.

От ведущей шестерни 22, закрепленной на выходном валу венечного колеса 11 дифференциального механизма привода, на звездочку 1 жесткого элемента органа разрушения вращение передается через другую паразитную шестерню 15, одетую на ту же ось 16, далее на ведомую шестерню 23, которая закреплена на другом конце среднего полого вала 2.

Работает устройство следующим образом.

При одновременном встречном вращении звездочки 1 жесткого элемента и водила ЗА-ЗБ генератора волн органа разрушения, а такое возможно в том случае, когда на выходных валах венечного колеса 11 и водила с сателлитами 12 дифференциального механизма привода, моменты, вызванные реактивными сопротивлениями массива препятствующими движению гибкого элемента 8 и вращению водила ЗА-ЗБ генератора волн, приблизительно равны, ролики 7 генератора волн перемещают волны гибкого элемента 8 вокруг оси вращения устройства. Волновое движение гибкого элемента 8 заставляет режущие кромки инструментов 9, звенья которых оперты о ролики 1 генератора волн, совершать сложное движение по траекториям отрезков некоторых нестабильных гипотрохоид, форма которых в любой момент может измениться в зависимости от реакции массива, вызывая

изменение соотношения частот вращения водила ЗА-ЗБ генератора волн и звездочки 1 жесткого элемента за счет наличия кинематической связи посредством рядов шестерен

14, 15, 17 и 22, 15, 23 с дифференциальным механизмом 11. 12. 13 привода. При таком движении массив разрушается отдельными выемками сложной формы, расположенными по дуге окружности обработки.

0 Благодаря наличию привода элементов органа разрушения через дифференциальный механизм, удается увязать частоты вращения водила генератора волн и жесткого элемента органа разрушения в зависимости

5 от сопротивления разрушаемого массива компонентам сложного движения режущих кромок инструментов. Реакция данного участка разрушаемого массива, противодействующая вращению водила генератора волн,

0 создающего ударную составляющую процесса разрушения, зависит от показателя твердости (в горном деле - крепость) данного участка разрушаемого массива. Реакция этого же участка разрушаемого массива,

5 противодействующая вращению жесткого элемента органа разрушения, зависит от показателя вязкости (в горном деле - сопротивляемость резанию). Этот показатель создает режущую составляющую процесса

0 разрушения. В предложенном автоматическом органе разрушения будет преобладать та составляющая процесса разрушения( которая создает меньшее противодействие на элементы дифференциального механизма

5 приврда, позволяет менее нагруженному элементу вращаться с большей частотой, В конечном итоге, частоты вращения жесткого элемента и водила генератора волн органа разрушения и, следовательно, режим разру0 шения будут зависеть от физико-механических свойств разрушаемого массива, т.е. внешние условия будут управлять выбором оптимального, наиболее экономичного режима разрушения.

5Предлагаемый орган разрушения, в сравнении со шнековыми и барабанными органами резания, а также режущим баром, в которых используется способ скалывания (строгания) позволяет ожидать увеличение

0 скорости резания и повышения надежности инструмента из-за прерывистой, работы по разрушению, а также существенного снижения удельных энергозатрат, идущих на разрушение за счет использования ударно5 режущего способа разрушения с автоматическим выбором режима разрушения, в процессе которого реализуется физика криволинейных зависимостей ускорения по законам тригонометрических функций и обеспечивающего снятие элементарных

стружек в сторону ранее полученного обнажения.

Применение данного типа органа в гор- но-добывающей промышленности для разрушения пластов полезного ископаемого при их выемке, кроме названных выше показателей, позволяет ожидать получение от- носительно более крупного скола. Это должно снизить пылеобразование, улучшить санитарные условия труда. Существующие органы разрушения, использующие спосо,б скалывания, являются источниками большого количества мелкодисперсной пыли.

Кроме названной отрасли, данный тип органа разрушения может быть применен в строительстве на машинах по разрушению грунта, в сельскохозяйственной технике на машинах по обработке почвы, в коммунальном хозяйстве на машинах по разрушению корки льда или слежавшегося снега на дорогах, тротуарах, взлетно-посадочных полосах аэродромов, возможно в машиностроении при черновой обработке материалов. Формула изобретен ия Горная машина, включающая корпус, в

котором расположен двигатель, связанный зубчатыми передачами с установленной на выходном валу последней приводной звездочкой барового рабочего органа, имеющего корпус с обводным элементом, отличающ а я с я тем, что. с целью автоматического выбора режима разрушения горного массива и снижения энергоемкости, корпус барового рабочего органа выполнен в виде двух полуводил, связанных посредством до полнительной зубчатой передачи с двигателем, установленных на выходных валах последней и соединенных с выходным валом приводной звездочки посредством дифференциального механизма, причем выходной вал приводной звездочки и выходные валы двух полуводил установлены концентрично.