Врубовый щит для проходки горных выработок Советский патент 1940 года по МПК E21D9/06 E21C27/10 

Для удешевления и ускорения работ по проходке горных выработок (в частности, при строительстве тоннелей) предлагается врубовый щит, предназначенный служить не ТОЛЬКО нереДВ1ИЖНЫМ временным креплением забОЯ, но и самостоятельно разрабатывать породу. С этой целью изобретение предусматривает применение на базе имеющегося тоннельного щита (в качестве рабочего органа) це-шюго бара, подвижно укрепленного на ползунке, перемещающемся по вращающейся попереч ине, вращаемой в ножевой части щита главным валом, имеющим опору в центральной ячейке опорного кольца.

Перемещаясь совместно с ползуном: вдоль поперечины, при одновременном ее вращении, бар вырубает в породе спираль, сперва уменьщающуюся в диаметре, а при переходе баром оси вращения поперечины все увеличивающуюся в диаметре. Так как бар при этом наклонен по отношению к оси щита на 45°, то слой породы после проходки на одно кольцо (75 см) оказывается разрубленным на отдельные полосы, не им-еющие больщих связей с массивом и, вследствие этого, падающие щита, где они попадают на скребковый транспортер.

Бар соединен с ползунком посредством щейки, имеющей отверстия, которыми она надевается на цапфы ползунка. Вокруг этих цапф щейка, а вместе с ней и врубовый бар, могут I поворачиваться в пределах 45° к своему первоначально1му положению. 1 Благодаря этому бар при своей раi боте имеет два положеиля: прл пер; вом продольная ось режущей цепи параллельна продольной оси щита, ; при втором она наклонена к этой оси. Эти положения врубовый бар прини; мает автоматически в зависимости от : того, на каком: участке поперечины находится в это время ползунок. Если , ползунок находится у верхней головки поперечины, врубовый бар принимает положение первое, во всех ; других случаях -второе. Изменение угла . наклона бара достигается тем, i что щейка его снабжена двумя план, ками, предназначенными скользить пО двум направляющим рейкам, прикрепленным снаружи к боковым сторонам попер-ечины.

; На чертеже фиг. 1 изображает общий йид |Врубового щита с части . ным разрезом; . 2 - вертикальный разрез забоя; фиг. 3 - часть пути i врубового бара; фиг. 4 - продольный разрез силового передаточного механизма щита; фиг. 5 и 6 - поперечные разрезы по АВ и /CD на фиг. 4; фиг.

7- поперечный разрез вращающейся поперечины и переходной коробки; фиг. 8 - вид снизу нижней головки; фиг. 9 - продольный разрез бара и фиг. 10 - вид его сбоку.

Предлагаемый врубовый щит для проходки горных выработок снабжен цепным баром 4 (фиг. 1), укрепленным на поперечине 1, представляю щей собой литую стальную балку П-образного сечения (фиг. 4, 7), открытой своей стороной обращенную к забою и укрепленную на валу, который приводит ее во вращение в поперечной плоскости щита.

Внутренние боковые стороны поперечины / являются направляющими для продольного передвижения по ней несущего бар ползунка 2. Передв1ижение ползунка 2 происходит посредством спирального винта 29 (фиг. 4, 9), на котором надета гайка, составляющая одно целое с ползунком. Винт расположен внутри поперечины 1 за валом 30, служащим для передачи, вращения режущей цепи бара. Винт 29 и вал 30 имеют своей опорой подишпники, расположенные в головках поперечины 1.

В то Время, как верхняя головка 25 поперечины служит лищь опорой кон1),евым подЩИпникам винта и вала, в нижней головке 16 (фиг. 1, 4) помещена шестеренчатая передача к ним от валов 14 к 31. От вала 14 к винту передача идет через посредство щестерни 33, помещающейся на этом валу, и щестерни 32, находящейся на конце винта. Обе шестерни имеют одинаковое число зубьев. Передача к валу 30 от вала 5/ осуществляется через шестерни 34, 35 и 36 (фиг. 4). Вал 30 снабжен двумя продольными канавками, находящимися со на 180° друг от друга.

Вал 31, вращающий вал 30, находится внутри трубчатого вала 14 (фиг. 4). Опорой валу 14 служит подшипник, установленный в нижней головке, на одном конце, и подшипник переходной коробки 24 - на другом.

8переходной коробке 24 валы 14 и 31 конической передачей соединены соответственно с валами d) и 7. Вал 7

расположен внутри трубчатого вала б, Последний, в свою очередь, расположен внутри полого главного вала 5. Унарное кольцо 38 препятствует продольному перемещению главного вала 5. Переходная коробка отлита„ как одно целое, с телом попереч.ины 1 и поэтому к ней непосредственно и, присоединен фланец главного вала, расположенного точно по центру щита. Силовая передача к валу 5 идет от электромотора 28 (фиг. 5) с чисоЮМ оборотов, произвольно меняемым от 750 до 1500 в минуту, через редуктор 11, с передаточным числом 40 : 1 и систему цилиндрических щестерен, в которую входят три пары шестерен с общим передаточным числом 96 : 1. Таким образом общее передаточное число равно 96 X 40 3840 и, следовательно, скорость вращения главного вала и поперечины /, укрепленной на нем, колеблется от одного оборота в 5 мин. 7 сек. до одного оборота в 2 мин. 33 сек.

Последовательность передачи от электромотора 28 к главному валу 5 происходит в следующем порядке.Вал мотора 28 соединен помощью муфты с бесконечным винтом редуктора 11. На втором валу редуктора 11 надета щестерня 19 (фиг. 1), сцепленная с шестерней 9, помещающейся на одном общем валу с щестерней 20. Шестерня 20 (фиг. 1, 6) сцеплена с щестерней 21. Па одном общем валу с щестерней 21 укреплена шестерня 22. Последняя сцеплена с шестерней 8, сидящей на главном валу 5. Шестерни 20, 21, 22 к 8 расположены в переднем отделении центральной ячейки, между передней и средней стенками, а шестерни 9, 19 и редуктор 11 - за средней стенкой. Мотор 28 помещается Б левой боковой ячейке среднего яруса. Его вал проходит в центральную ячейку через отверстие в вертикальной перегородке, отделяющей центральную ячейку от боковой. Так как вал 6 вращает вал 14 и, через последний, винт 29, служащий для передвижения ползунка 2, то движение ползунка зависит от скорости вращения вала б. Рабочая скорость перемещения ползунка должна быть равна в среднем

около 12 см в МИНуту; скорость об.ратного хода - 24 см в минуту. СоотЕетст1венно этому скорость вращения винта будет в первом случае равна

6,а во втором 12 оборотам в минуту. Так как соотношение шестерен, по которым идет передача от вала 6 к винту, равно 1:1, то винт и вал 6 враш,а1отся с одинаковой скоростью.

Электромотор 27 (фиг. 5), враш,ающий вал б, помещается в правой боковой ячейке среднего яруса опорнрго кольца. Его вал через отверстие в перегородке проходит в центральяую ячейку, где соединяется посредством муфты- с бесконечным винтом редуктора 12, по размерам и конструкции сходного с редуктор01М1 11. На втором валу редуктора 12 помещается шестерня 37, сцепленная с шестерней 10 вала 6.

.Цля сообщения валу 6 необходимой скорости электромотор 27 должен при рабочем перемещении ползунка де.лать около 740 об/мин, при обратном-1480 об/мин. Вал 7, служащий для передачи вращения валу 30, вращается от электромотора 13 (фиг. 1, 4), укрепленного на площадке, перекинутой над средней и задней стенками центральной ячейки. Передача от мотора валу 7 осуществляется целью Галля 26. Скорость вращения мотора 13, примерно, 740 об/мин. В от.личие от электромоторов 27 и 28, реверсивных и меняющих число оборотов, скорость и направление вращения электромотора 13 - постоянны.

Вал 31, получая движение от вала

7,через шестерни 34, 35 к 36 вращает вал 30. Вращение вала 30 передается конической шестерне 44 (фиг. 9), помещенной -на ползунке и перемещающейся вдоль вала 30 совместно с ползунком. Сцепление вала 30 с Еыщеуказанной шестерней осуществляется двумя шподками, имеющимися на ш естерне и скользящими по двум продольным канавкам вала 50. Шестерня 44 вращает коническую шестерню 43, а та через шарнир Гука 42 - вал 41, расположенный в шейке 3, соединяющей врубовый бар с ползунком.

На конце вала 41 (фиг. 9 и 10) по-чещена коническая шестерня, сцепленная с другой такой же шестерней 40. Эта шестерня помещена на одном коротком валике с звездочкой 39, тянущей режущую цепь 50 бара. Вращаясь с той же скоростью, что и шестерня 43, звездочка 39 перемещает режущую цепь со скоростью около 220 см в секунду, что, по мнению автора, обеспечивает нормальную работу врубового бара.

В своем крайнем (первом) положении у верхней головки поперечины 1 (фиг. 1) (И при работе лишь электромоторов вращения поперечины и режущей цепи, бар вырубает в породе канавку по окружности, радиус которой немного больше радиуса щита. Эти.м обеспечивается выемка породы всего профиля и уменьщается сопротивление передвижению щита, что особенно важно при проходке в твердых породах. Режущая цепь врубового бара состоит из ряда звеньев со сменными зубками, часть которых наклонена в разные стороны и часть расположена по вертикали. Режущая цепь скользит в канавке, образуемой жестким основанием бара и защитной накладкой 45 (фиг. 9), прикрепленной к основанию сверху рядом болтов с потайными головками. Длина режущей масти бара определяется из расчета его работы в наклоненном положении и необходимости полного удаления пласта породы глубиною в 75 см.

Соотношение между шириной бара « высотой вруба 2: 1 обеспечивает возможность работы бара на кривой. Этому способствует также наклоненное положение бара (на 45°) во время его работы во втором положении (фиг. 1).

Соединение бара с разъемной щейкой 3 осуществляется рядом болтов, пропускаемых через отверстия, имеющиеся в борту шейки, и завинчиваемых в тело воронкообразной части врубового бара.

Угол между продольными осями врубового бара и шейки равен 142°. Угол между продольной осью шейки а осью короткого вала, вращающегося в ползунке, не постоянен, а меняется в зависимости от того, в каком положении в настоящее время находится врубовый бар. При первом

положенин этот зтол равен 142°, при втором-187°. В виду этого вместо жесткой связи здесь установлен шарнир Гука (фиг. 9). Для избежания попаданий грязи и кусков породы на шарнир он окружен резиновой оболочкой,. Ползунок 2, с которым шарнирно сочленена шейка 3, представляет собой литую массивную деталь, от которой впереди отходят два рогосбразных отростка, оканчивающиеся двумя расходящимися в противоположные стороны цапфами. В теле ползунка имеется от-верстие для прохода вала 30, причем механической связи между ползунком и валом 30 не существует. Благодаря этому передача вращения от вала 30 шестерне 44 не зависит от местонахождения ползунка, так же как не завиоит от того, перемещается ли или не перемещается ползунок в это время.

Для устранения попаданий внутрь поперечины 1 кусков породы к боковым ее сторонам прикреплены две эластичные резиновые ленты 52 (фиг. 7). При прохождении ползунка резиновые ленты раздвигаются им, но затем, благодаря своей упругости, принимают первоначальное положение.

Гидравлические насосы высокого давления, работающие на передвижение щита, могут быть включаемы только при работе электромотора 13 режущей цепи бара. Благодаря этому при передвижке щита врубовый бар врезается в породу на глубину заходки на одно кольцо.

Перед началом передвижки врубовый бар должен находиться в своем крайнем, (первом) положении, у верхней головки поперечины 1 (фиг. 1), а самая поперечина должна быть наклонена к вертикали на 40-45°, чтобы своей нижней головкой не закрывать доступа породы к скребковому транспортеру. Это положение врубового бара и поперечины / врубового щита является исходным перед началом цикла работы по проходке на одно кольцо. Отгрузка породы отбитой врубовым баром производится скребковым транспортером 15 (фиг. 1). Передвижка щита происходит после проходки на одно кольцо (75 см) при

посредстве гидравлических домкратов.

Порядок производства работ помощью данного врубового щита состоит в следующем. Поперечина / и врубовый бар устанавливается в свое исходное положение, после чего щит передвигается на 75 см. Во время передвижки щита, во-первых, освобождается место в щитовой |0болочке для укладки эректором кольца тюбингов, во-вторых, работающим скребковым транспортером удаляется оставшаяся часть породы перед ножом щита и, в-третьих, врубовый бар, при работающей режущей цепи, врезается в породу для проходвд на новое кольцо.

После окончания передвижки щита контроллером включается электромотор 28 для вращения поперечины / (по часовой стрелке). Во время первого оборота врубовый бар вырубает в породе канавку по окружности щита, направленную вдоль по ходу щита на 75 см. С началом второго оборота поперечины нажатием соответствующей кнопки включается механизм перемещения ползунка на рабочее направление и скорость и врубовый бар начинает вырубать в породе спираль (фиг. 3) с уменьшающимся радиусом, одновременно наклоняясь режущим своим концом к ООН щита. К концу второго оборота бар уже наклонен к оси щита (фиг. 1) на 45° (второе положение), оставаясь в наклоненном положении до окончания цикла работы. С началом третьего оборота скорость поперечины / начинают увеличивать, доведя ее в середине четвертого оборота до максимума. Ко времени, когда врубовый бар дойдет до середины поперечины 1, в породе оказываются вырубленными несколько витков спиральной канавки глубиной в 130 см, на всем своем протяжении наклоненной к центру забоя.

В этом положенКИ останавливают поперечину / и меняют ее направление вращения на обратное, устанавливая сразу на вьющую скорость. После этого снова включают электромотор 27 перемещения ползунка на прежнее рабочее направление, так как он автоматически выключился при выключенки электромотора 28 вращения .поперечины /. Изменение направления сращения поперечины после перехода врубовым 6apOMi ее середины необхоД1ИМО для нормальной работы режуDieft цепи бара.

Так как направление перемещения ползунка остается прежним, то врубовый бар продолжает передвигаться к нижней головке поперечины /, все более удаляясь от центра щита, и спиральная канавка, им вырубаемая в породе, будет наклонена уже не к центру, а к периметру забоя. Благодаря этому порода окончательно подрубается «, теряя связь с забоем, падает вниз щита.

Когда ползунок дойдет до нижней головки поперечины /, электромотор 27, его перемещающий, выключается, и спустя несколько минут, во время которых поперечина успевает сделать полный оборот, включается на обратный холостой ход. На этом заканчивается процесс отделения породы от забоя. За ним следует холостой ход врубового бара к исходному положению. После принятия врубовым баром к поперечиной исходного положения цикл работы считается законченным, и все начинается сначала.

Работой щита управляет один человек, находящийся на средней площадке 18 верхнего яруса (фиг. 1), где рйсположены все механизмы управления.

Данный врубовый щит предназначен для про1ходки в средних и твердых грунтах, включая проходку в сплощ ых известняках.

Предмет изобретения.

1.Врубовый щит для проходки горных выработок, отличающийся применением цепного бара 4, укрепленного на вращающейся поперечине 1 и получающего движение вдоль нее с целью образования в породе спирального вруба и для отделения от массива кусков породы выполненного автоматически наклоняющимся к оси выработки в обе стороны.

2.Форма выполнения врубового щита по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью придания цепному бару разного угла наклона по отнощению к оси выработки, щейка его 5 снабжена двумя планками, предназначенньани скользить по направляющим рейкам, прикрепленным к наружным сторонам поперечины /.

Е авторскому свидетельству Ш. Т. Фридмане

Л 57183

Ф.иг.й

Шиг.§

Й1иг7

О {П (W W

J(7

Шиг.З Е авторскому свидетельству Ш.

/

р ////////// ///////////

,/,

...-.-.-r.r ;iE4i i 2 5 r3ur Jf V ™ : p pl 2; -

,: :& %;Ё2 й§: -гШг;:; |-;ййй; Sib .

. -, . , Л 57183

Ёи.г10 Т. Фридмана