CC BY
84
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
УДК 622.232.83.054.52
В.И. Нестеров, Л.Е. Маметьев, А.А. Хорешок, А.Ю. Борисов
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ЗАБОЯ С ДРОБЛЕНИЕМ НЕГАБАРИТОВ И ПОГРУЗКОЙ ГОРНОЙ МАССЫ
При проходке горных выработок необходимо механизировать процессы разрушения, дробления негабаритов и погрузки разрушенного массива угольных пластов и присекаемых горных пород на транспортные средства. Это предъявляет повышенные требования к износостойкости породоразрушающего инструмента, к элементам транспортирования и погрузки продуктов разрушения в призабойной зоне, к обеспечению механизированного способа дробления негабаритов.
На кафедре горных машин и комплексов КузГТУ разработаны варианты конструкций исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия [1] для проведения горных выработок по углю и смешанному забою с крепкими и абразивными породными прослойками
и отдельными включениями. Конструкции исполнительных органов позволяют расширить область применения проходческих комбайнов на разрушение структорно-неоднородных сред забойных массивов горных пород, включая негабариты, причиной появления которых являются процессы отжима и внезапных выбросов угля, породы, газа в призабойных пространствах подземных горных выработок [2]. На рис. 1 представлен общий вид исполнительного органа проходческого комбайна, содержащий стрелу 1, на которой с межцентровым расстоянием 1мр. по осям установлены две разрушаю-ще-погрузочные коронки 2, кинематически связанные между собой через раздаточный редуктор 3. Корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 выполнен в виде усеченной конической по-
верхности, объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного редуктора 3 с длиной образующей, равной ширине захвата Вз. На наружных поверхностях каждой из разрушающе-погрузочных коронок
2 по ширине захвата Вз жестко приварены трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 7 по одинаковым вариантам схем набора. Исполнительный орган осуществляет проведение выработки циклически с поперечным перемещением раз-рушающе-погрузочных коронок 2 по ширине захвата Вз вынимаемого слоя при вертикальноступенчатой или горизонтально-ступенчатой траекториях движения стрелы 1. В процессе разрушения вертикально-ступенчатым направлением движения в межкорончатом пространстве образуется целичок в виде выступа высотой Ив
На рис. 2 каждая трехгранная призма1 коронки 2 имеет две грани 3 и 4, которые являются прогрузочно-транспортирующими и имеют общее ребро 5. Линия, проходящая через ребро 5 пересекает продольную ось разрушающе-погрузочной коронки под острым углом р в направлении раздаточного редуктора (см. рис. 1), а плоскость, проходящая через ребро 5 и ось разрушающе -погрузочной коронки, симметрично размещена внутри двухгранного угла ф, образуемого гранями
3 и 4 трехгранной призмы 1. Третья грань 6 трехгранной призмы 1 обращена к забою и имеет сквозное отверстие для консольного размещения в забойной части оси-цапфы 7. Между собой грани 3 и 6 пересекаются по ребру 8, а грани 4 и 6 по ребру 9. При этом трехгранные призмы 1 размещены на образующих поверхностях разрушающе-
погрузочных коронок 2 по схемам набора, на которых ребра 8 образуют винтовую линию с разрывами спирали правого лопастного шнека, а ребра 9 образуют винтовую линию с разрывами спирали левого лопастного шнека. При этом на каждой коронке 2 трехгранные призмы 1 могут образовывать многозаходные лопастные спирали. На каждую ось-цапфу 7 свободно посажен дисковый инструмент 10, консольно установленный перед гранью 6. Крепежная часть оси-цапфы 7 размещена внутри трехгранной призмы 1 и жестко прикреплена планкой-замком 11 к перегородке 12 болтами 13. С обеих сторон дискового инструмента 10 установлены дистанционные торцевые кольца 14, выполняющие функцию упорных подшипников, воспринимающих осевые нагрузки при разрушении. На наружных поверхностях каждой из граней 6 трехгранных призм 1, а также на корпусах разрушающе-погрузочных коронок 2 установлены форсунки орошения 15. Дисковые инструменты 10, расположенные в одних плоскостях вращения, которые размещены по ширине захвата Вз с определенным шагом ^ - шагом расстановки плоскостей вращения для кинематически и конструктивно увязанных трехгранных призм 1
Дисковые инструменты 10 образуют опережающий вылет Lз от поверхности меньшего основания 16 корпуса разрушающе-погрузочной коронки
2, что способствует обеспечению беспрепятственной зарубки на требуемую ширину захвата Вз поворотно-телескопическим способом во всех кинематических режимах эксплуатации разрушающе-погрузочных коронок 2.
На рис. 3 представлен процесс дробления негабаритов в межкорончатом пространстве, кото-
рый может быть совмещен с разрушением и погрузкой горной
массы. При этом в крайних плоскостях вращения разрушающе-погрузочных коронок 1 со стороны их больших оснований 2 траектории движения трехгранных призм 3 с дисками 4 образуют зону геометрического и кинематического сопряжения по хорде с длиной Lх.
Трехгранные призмы 3 с дисковыми инструментами 4 расположены в зонах подвижного сопряжения с образованием лабиринтных зазоров в осевом Д1 (рис. 1) и радиальном Д2 (рис. 3) направлениях с переменными площадями сечений от максимальных до минимальных в направлении больших оснований корпусов разрушающе-погрузочных коронок (рис. 1, 3).
При работе в межкорончатом пространстве предельная высота выступа Ив (рис. 1) зависит от межцентрового расстояния ^.р. (рис. 1, 3) разру-шающе-погрузочных коронок и лабиринтных зазоров в осевом Д1 (рис. 1) и радиальном Д2 (рис. 3) направлениях, диаметров поверхностей разрушения по ширине захвата Вз (рис. 1, 2), определяемых вылетом реборд дисковых инструментов и поверхностей трехгранных призм по соответствующим шагам разрушения ^ (рис. 1, 3). Степень конструктивно-кинематического сопряжения взаимных траекторий перемещения трехгранных призм с дисковыми инструментами соответствует параметрам хорды Ьх (рис. 3), изменение длины
которой в направлении к меньшему основанию конического корпуса коронки и ограничивает высоту Ив выступа целичка (рис. 1) и поверхность разрушаемого забоя в межкорончатом пространстве. Перед каждым рабочим циклом первоначально осуществляют зарубку на ширину захвата Вз разрушающе-погрузочными коронками 2. Конструктивно-кинематическое сопряжение трехгранных призм 3 с дисковыми инструментами 4 (рис. 3) по линиям резания в пределах ширины захвата Вз (рис. 1, 2) обеспечивает эффективность дробления негабаритов (рис. 3) от максимальной величины в зоне меньших оснований 5 разруша-юще-погрузочных коронок 1 до минимальных величин в зоне больших оснований 2. Если, раз-рушающе-погрузочные коронки 2 при этом размещены у почвы выработки, то процесс дробления негабаритов (рис. 3) совмещается с погрузкой и транспортированием (рис. 4) продуктов разрушения соответствующими гранями 3 или 4 (рис. 2) трехгранных призм 1 от забоя к приемному столу погрузочного устройства проходческого комбайна.
Максимальная ширина фронта погрузки обеспечивается вращением разрушающе-погрузочных коронок по направлениям ю1 и ю2 (рис. 3, 5), что создает внутренний транспортирующе-погрузоч-ный коридор в диапазоне параметра межцентрового расстояния ^.р. (рис. 1, 3, 5) разрушающе-погру-зочных коронок.
//////////////
іЬ\л
Приемный стол комбайна
///////////V/
Рис. 4. Режим оформления поверхности почвы выработки и погрузки штабеля продуктов разрушения
На рис. 5 представлена схема транспортирования и погрузки продуктов разрушения (п.р.) на приемный стол погрузочного устройства проходческого комбайна. Здесь ребра 1 с гранями 2 трехгранных призм 3 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения (п.р.) по искусственным сдвоенным коническим поверхностям транспортно-погрузочных желобов 4 при вращении разрушающе-погрузочных коронок по часовой стрелке (рис. 3, 5), а ребра 5 с гранями 6 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения (п.р.) при вращении разруша-юще-погрузочных коронок против часовой стрелки (рис. 3, 5).
Минимальная ширина фронта погрузки обеспечивается в случае направлений вращений ю1' и ю2' (рис. 3) разрушающе-погрузочных коронок, так как транспортирующе-погрузочной способностью будет обладать наружная поверхность только одной из них при перемещениях стрелы от борта к борту выработки. Изменение направлений взаимного вращения разрушающе-погрузочных коронок с ю1 и ю2 на ю'1 и ю'2 (рис. 3, 5) возможно в случае наличия негабаритов на почве выработки или в случае отжима негабаритов с обнаженной поверхности обрабатываемого забоя.
При оформлении поверхности почвы выработки и погрузки оставшихся продуктов разрушения (п.р.) (рис. 4), необходимо осуществлять возвратноциклические перемещения разрушающе-погру-зочных коронок 1 из положения I в положение II по стрелке К механизмом телескопической раздвижно-
сти стрелы 2 с совместными возвратно-поворотными качательными движениями стрелы 2 в вертикальной плоскости по стрелке Л с синхронизацией, обеспечивающей направление суммарного перемещения по стрелке М в плоскости, позволяющей совместить поверхности разрушения разрушающе-погрузочных коронок 1 с плоской поверхностью почвы выработки по всей ширине диапазона поворота стрелы 1 в горизонтальной плоскости от одного борта выработки к другому.
В процессе зарубки и обработки забоя (рис. 1, 3, 4, 5) осуществляются совмещенные процессы: разрушение, дробление негабаритов (рис. 3) и погрузка продуктов разрушения (п.р.) (рис. 4). Раз-рушающе-погрузочные коронки могут иметь направлениям вращения ю1, ю2 (рис. 3) при нисходящем режиме работы в случаях погрузочных операций и дроблении негабаритов на почве выработки и ю'ь ю'2 при восходящем режиме работы с дроблением верхнего потока негабаритов.
После окончательной зачистки почвы от продуктов разрушения (п.р.) по всей ширине горизонтальной выработки (рис. 4), проходческий комбайн подается вперед на забой, а стрела сокращает телескопическую раздвижность на величину Вз и следующий рабочий цикл обработки забоя повторяется.
Несмотря на наличие многих научных школ и широкого спектра рассматриваемых проблем, многие авторы указывают на отсутствие исследований, посвященных изучению влияния гранулометрического состава и формы частиц штабеля
на процессы взаимодействия рабочего органа с зуются “мертвые” зоны формирования штабелей погружаемым материалом [3]. продуктов разрушения на почвах выработок (рис.
В настоящее время за пределами приемных 6). столов погрузочных устройств комбайнов обра-
Рис. 6. Схема формирования фронта погрузки в прибортовом пространстве выработки
На рис. 6 приведены схемы формирования прибортовых полос из штабеля непогруженных продуктов разрушения типовыми исполнительными органами проходческих комбайнов избирательного действия: а - при эксплуатации радиальных коронок; б - при эксплуатации аксиальных коронок; в - при эксплуатации нового [2] двухкорончатого исполнительного органа. Процесс погрузки в прибортовых зонах проходческой выработки характеризуется следующими параметрами: Ви о. - прибортовая рабочая ширина исполнительного органа; Влнш. - ширина непогруженного штабеля продуктов разрушения у левого борта; Впнш. - ширина непогруженного штабеля продуктов разрушения у правого борта; Вв - проектная ши-
рина выработки; Вп.с. - ширина приемного стола питателя погрузочного устройства, характеризующая ширину зоны фронта погрузки.
На практике установлено наличие существенного штабеля непогруженных продуктов разрушения для первых двух типов исполнительных органов (рис. 6, а и б). Применение нового исполнительного органа (рис. 6, в) позволит обеспечить повышение эффективности погрузки продуктов разрушения из прибортовых зон проходческой выработки без использования ручного труда и сокращение затрат времени на маневровые заезды комбайна.
Целенаправленно изменяя направления вращения спаренных кинематически разрушающе-
погрузочных коронок исполнительного органа, можно регулировать ширину фронта погрузки от минимальной до максимальной величины, обеспечивая выгрузку продуктов разрушения из прибор-тового пространства.
Предлагаемая конструкция двухкорончатого исполнительного органа может быть рекомендована в виде сменного конструктивного модуля к широкому конструктивному спектру отечествен-
ных и зарубежных проходческих комбайнов избирательного действия.
Таким образом, рассмотренный вариант исполнительного органа проходческого комбайна позволяет повысить эффективность проведения горных выработок путем совмещения процессов разрушения забоя, дробления негабаритов и погрузки продуктов разрушения по всей ширине выработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хорешок, А.А. Перспективы применения дискового инструмента для коронок проходческих комбайнов / А.А. Хорешок, Л.Е. Маметьев, В.В. Кузнецов, А.Ю. Борисов // Вестник КузГТУ. - Кемерово, 2010. - № 1. - С. 52-54.
2. Заявка на изобретение № 2010141881/03. Российская Федерация, МПК Е21С 27/00. Исполнительный орган проходческого комбайна / Маметьев Л.Е, Хорешок А.А., Борисов А.Ю., Кузнецов В.В., Мухортиков С.Г.; Заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ); Заявл. 12.10.2010; Решение о выдаче патента 13.02.2012; Опубл. 20.04.2012 Бюл. №11.
3. Хазанович, Г.Ш. Метод аналитического определения величины отпора штабеля при перемещении горной массы в плоскости плиты питателя погрузочной машины типа ПНБ / Г.Ш. Хазанович, Е.А. Ревя-кина // Г орное оборудование и электромеханика. - 2009. - № 8. - С. 7-10.
□ Авторы статьи:
Нестеров Валерий Иванович, докт.техн.наук., профессор, президент КузГТУ, тел. 8(3842) 39-69-40, 10-40.:
Маметьев Леонид Евгеньевич, докт.техн.наук, профессор каф. .горных машини комплексов. КузГТУ, .таї. 8(3842) 39-69-40, 10-40.:
Хорешок Алексей Алексеевич, докт.техн.наук., профессор, зав. каф. горных машин и комплексов КузГТУ,. тел. 8(3842) 39-69-40, 10-40.:
Борисов Андрей Юрьевич, ст. преподаватель каф. горных машин и комплексов КузГТУ.
E-mail: [email protected]
