CC BY
17
© В.И. Нестеров, Л.Е. Маметьев, A.A. Хорешок, А.Ю. Борисов, С.Г. Мухортиков, 2012
В.И. Нестеров, Л.Е. Маметьев, А.А. Хорешок, А.Ю. Борисов, С.Г. Мухортиков
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДВУХКОРОНЧАТОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА С ТРЕХГРАННЫМИ ПРИЗМАМИ И ДИСКОВЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
Рассмотрены конструктивные особенности двухкорончатого исполнительного органа проходческого комбайна с разрушаюше-погрузочными трехгранными призмами и дисковыми инструментами, обеспечиваюшие со-вмешение процессов разрушения, дробления и погрузки горной массы. Ключевые слова: проходческий комбайн, исполнительный орган, коронка, призма, дисковый инструмент, дробление, разрушение, погрузка.
В настоящее время на шахтах Кузбасса эксплуатируются высокоэффективные зарубежные и отечественные очистные механизированные комплексы, которые предъявляют требования к повышению темпов проходки нарезных выработок. Однако уровень механизации проходческих работ по прежнему отстает от уровня механизации очистных работ. Углубление горизонтов отработки угольных пластов создает опасность отжима угля с выбросом негабаритов с поверхности обнажения забоя как при очистной выемке, так и при проходческих работах. Современные отечественные и зарубежные проходческие комбайны избирательного действия не обеспечивают совмещения процессов разрушения забойного массива с дроблением негабаритов в зоне отжима и транспортированием продуктов разрушения из призабойной зоны на приемный лоток погрузочного устройства.
В рамках целевой подготовки выпускников Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева на этапах выполнения дипломных проектов и совместных хоздоговорных работ ОАО «СУЭК-Кузбасс» с кафедрой горных машин и комплексов был разработан новый исполнительный орган проходческого комбайна избирательного действия в двух вариантах конструктивного исполнения [1].
В первом варианте исполнительного органа корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок выполнен в виде усеченной конической поверхности.
Во втором варианте исполнительного органа корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды.
Основой для создания нового исполнительного органа послужили, разработанные ранее варианты конструкций исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия [2] 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-неодно-родных 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.
Анализ опыта эксплуатации и научно-технической литературы по работе различных исполнительных органов проходческих комбайнов в прибортовых зонах выработок показал, что имеются зоны непокрытые шириной фронта погрузки (рис. 1, а).
Рис. 1. Схема формирования фронта погрузки в прибортовом пространстве выработки
На рис. 1 приведена схема формирования прибортовых полос из штабеля «непогруженных» продуктов разрушения исполнительным органом проходческого комбайна избирательного действия: а — при эксплуатации аксиальных коронок (аналогичная схема при эксплуатации радиальных коронок); б — при эксплуатации нового двухкорончатого исполнительного органа [1]. Процесс погрузки в прибортовых зонах проходческой выработки характеризуется следующими параметрами: Вио. — прибортовая рабочая ширина исполнительного органа; Влн.ш. — ширина непогруженного штабеля продуктов разрушения у левого борта; Впнш. — ширина непогруженного штабеля продуктов разрушения у правого борта; Вв — проектная ширина выработки; Впс. — ширина приемного стола питателя погрузочного устройства, характеризующая ширину зоны фронта погрузки.
Первый вариант исполнительного органа проходческого комбайна (рис. 1, б и рис. 2), содержит стрелу 1, на которой с межцентровым расстоянием 1:м.р. (рис. 2) по осям установлены две разрушающе-погрузочные коронки 2, кинематически связанные между собой через раздаточный редуктор 3. Корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 выполнен в виде усеченной конической поверхности, объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного редуктора 3 с длиной образующей, равной ширине захвата В3 (рис. 2). На наружных поверхностях каждой из разрушающе-погрузочных коронок 2 по ширине захвата В3 жестко приварены трехгранные призмы 6 с ребрами 8 и 9 и с дисковыми инструментами 7 по одинаковым вариантам схем набора. В обоих вариантах исполнительный орган осуществляет проведение выработки циклически с поперечным перемещением разрушающе-погрузочных коронок 2 по ширине захвата Вз вынимаемого слоя при вертикально-ступенчатой или горизонтально-ступенчатой траекториях движения стрелы 1 .
В процессе разрушения вертикально-ступенчатым направлением движения в межкорончатом пространстве образуется целичок в виде выступа высотой Ьв (рис. 2), который зависит от межцентрового расстояния 1:м.р. разрушающе-погрузочных коронок 2 и лабиринтных зазоров в осевом Л1 (рис. 2) и радиальном Д2 (рис. 3) направлениях.
Рис. 2. Формирование целичка в виде выступа высотой Ив в межкорончатом пространстве
Применение нового исполнительного органа (рис. 1, б) позволит обеспечить повышение эффективности погрузки продуктов разрушения из прибор-товых зон проходческой выработки без использования ручного труда и сокращение затрат времени на маневровые заезды комбайна.
Процесс дробления негабаритов в межкорончатом пространстве (рис. 3) может быть совмещен с разрушением и погрузкой горной массы. При этом в крайних плоскостях вращения разрушающе-погрузочных коронок 2 со стороны их больших оснований 5 траектории движения трехгранных призм 6 с дисками 7 образуют зону геометрического и кинематического сопряжения по хорде с длиной Ьк.
Трехгранные призмы 6 с дисковыми инструментами 7 расположены в зонах подвижного сопряжения с образованием лабиринтных зазоров в осевом Л1 (рис. 2) и радиальном Л2 (рис. 3) направлениях с переменными площадями сечений от максимальных Л1 (макс.), Л2 (макс.) до минимальных Л1 (мин), Л2(мин.) в направлении больших оснований 5 корпусов разрушающе-погрузочных коронок 2 (рис. 2, 3).
При работе в межкорончатом пространстве предельная высота Ьв выступа (рис. 2) зависит от межцентрового расстояния 1:м.р. (рис. 2, 3) разрушающе-погрузочных коронок 2 и лабиринтных зазоров в осевом Л1 (рис. 2) и радиальном Л2 (рис. 3) направлениях, диаметров поверхностей разрушения по ширине захвата Вз (рис. 2), определяемых вылетом реборд дисковых инструментов 7 и поверхностей трехгранных призм 6 по соответствующим шагам разрушения 1:р (рис. 2). Степень конструктивно-кинематического сопряжения взаимных траекторий перемещения трехгранных призм с дисковыми инструментами
Рис. 3. Схема процесса дробления негабаритов в межкорончатом пространстве исполнительного органа
соответствует параметрам хорды Ьх (рис. 3), изменение длины которой в направлении к меньшему основанию 4 конического корпуса коронки 2 и ограничивает высоту Ьв выступа целичка (рис. 2) и поверхность разрушаемого забоя в межкорончатом пространстве. Перед каждым рабочим циклом первоначально осуществляют зарубку на ширину захвата В3 (рис. 2) разрушающе-погрузочными коронками 2.
Конструктивно-кинематическое сопряжение трехгранных призм 6 с дисковыми инструментами 7 (рис. 3) по линиям резания в пределах ширины захвата В3 (рис. 2) обеспечивает эффективность дробления негабаритов (рис. 3) от максимальной величины в зоне меньших оснований 4 разрушающе-погрузочных коронок 2 до минимальных величин в зоне больших оснований 5. Если, разрушающе-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 8 или 9 (рис. 2) трехгранных призм 6 от забоя к приемному столу (рис. 4) погрузочного устройства проходческого комбайна.
Рис. 4. Режим оформления поверхности почвы выработки и погрузки штабеля продуктов разрушения
Максимальная ширина фронта погрузки обеспечивается вращением разрушающе-погрузочных коронок 2 по направлениям ю1 и ю2 (рис. 3, 5), что создает внутренний транспор-тирующе-погрузочный коридор в диапазоне параметра межцентрового расстояния 1:м.р. (рис. 2, 3) разрушающе-погрузочных коронок 2.
На рис. 5 представлена схема транспортирования и погрузки продуктов разрушения «п.р.» на приемный стол (рис. 4) погрузочного устройства проходческого комбайна. Ребра 10 с гранями 8 трехгранных призм 6 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения «п.р.» по искусственным сдвоенным коническим поверхностям транспортно-погрузочных желобов 12 при вращении разрушающе-погрузочных коронок по часовой стрелке (рис. 3, 5), а ребра 9 с гранями 11 обеспечивают транспортирование и погрузку продуктов разрушения «п.р.» при вращении разрушающе-погрузочных коронок 2 против часовой стрелки (рис. 3, 5).
Минимальная ширина фронта погрузки обеспечивается в случае направлений вращений ш1' и ш2' (рис. 3, 5) 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 ш'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 возвратно-циклические перемещения разрушающе-
Рис. 5. Направления вращения разрушаюше-погрузочных коронок в процессе погрузочных операций и дробления негабаритов
погрузочных коронок 2 из положения I в положение II по стрелке К механизмом телескопической раздвижности стрелы 1 с совместными возвратно-поворотными качательными движениями стрелы 1 в вертикальной плоскости по стрелке Л с синхронизацией, обеспечивающей направление суммарного перемещения по стрелке М в плоскости, позволяющей совместить поверхности разрушения разрушающе-погрузочных коронок 2 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—5) осуществляются совмещенные процессы: разрушение, дробление негабаритов (рис. 3) и погрузка продуктов разрушения «п.р.» (рис. 4). Разрушающе-погрузочные коронки 2 могут иметь направлениям вращения ш1, ю2 (рис. 3) при нисходящем режиме работы в случаях погрузочных операций и дроблении негабаритов на почве выработки и ш'1, ш'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 1 сокращает телескопическую раздвижность на величину Вз и следующий рабочий цикл обработки забоя повторяется.
Во втором варианте (рис. 6) конструкции исполнительного органа проходческого комбайна корпус каждой из разрушающе-погрузочных коронок выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды, объединяющей меньшее основание 4 со стороны забоя с большим основанием 5 со стороны раздаточного
Рис. 6. Второй вариант исполнения коронки в виде усеченной многогранной пирамиды
редуктора (рис. 1, 2) с длиной образующей, равной ширине захвата Вз. Опорные основания призм 6 с дисковыми инструментами 7 выполнены в виде платы 13 с втулками-проушинами 14 для крепления к базовым поверхностям образующих граней 15 с ребрами 16, что обеспечивает возможность монтажа, демонтажа с изменяемыми вариантами схем набора по ширине захвата В3.
Каждая грань 15 разрушающе-погрузочной коронки (рис. 6) содержит два ряда проушин 17, которые жестко соединены с втулками-проушинами 14 опорных оснований в виде платы 13 трехгранных призм 6 посредством шкворней 18, обеспечивая схемы набора линий разрушения по ширине захвата В3 и создания винтовых поверхностей с разрывами спиралей в виде лопастных шнеков. Шкворни 18 торцевыми буртиками размещены в колпаках-втулках 19, выступающих над поверхностями граней 15 разрушающе-погрузочных коронок со стороны больших оснований 5, обращенных к раздаточному редуктору (рис. 1, 2) и закреплены гайками 20. Аналогичное крепление может быть размещено и со стороны меньших оснований 4, обращенных к забою.
Необходимо отметить особую роль узла крепления дискового инструмента на исполнительном органе горного комбайна, так как от его конструктивных особенностей, количества и расположения зависит эффективность разрушения горного массива, надежность крепления дискового инструмента, напряженно-деформированное состояние всей конструкции.
а б в
Рис. 7. Конструктивные особенности узлов крепления дисковых инструментов: а — Патент РФ 2239059; б — А.с. 1456558; в — А.с. 1555481
В известных конструкциях исполнительных органов очистных и проходческих комбайнов нашли применение двухопор-ные и одноопорные консольные узлы крепления дискового инструмента на жестко закрепленных опорных осях, при этом внутри опор могут быть демпфирующие элементы (рис. 7).
Выводы
Для трехгранных разрушающе-погрузочных призм, закрепленных на реверсивных коронках исполнительного органа проходческого комбайна целесообразно использование варианта консольного крепления дискового инструмента к забойным граням призм. При этом для различных узлов жесткого закрепления опорных осей предпочтительнее использовать свободные внутренние пространства призм, наиболее защищенные от прямого попадания продуктов разрушения и транспортирования. Кроме того, эти пространства в призмах могут защитить элементы гидроразводки системы орошения и пылегашения, подающие пыле-подавляющую жидкость в зоны разрушения забойного массива и дробления негабаритов дисковыми инструментами в межкорончатом пространстве исполнительного органа.
Предлагаемая конструкция двухкорончатого исполнительного органа в двух вариантах может быть рекомендована в виде сменного конструктивного модуля к широкому конструктивному спектру отечественных и зарубежных проходческих комбайнов избирательного действия.
Таким образом, оба рассмотренных варианта исполнительного органа проходческого комбайна позволяют повысить эффективность проведения горных выработок путем совмещения процессов разрушения забоя, дробления негабаритов и погрузки продуктов разрушения по всей ширине выработки.
1. Заявка на изобретение № 2010141881/03. Российская Федерация, МПК E21C 27/00. Исполнительный орган проходческого комбайна / Ма-метьев Л.Е, Хорешок A.A., Борисов А.Ю., Кузнецов В.В., Мухортиков С.Г.; Заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» (ГУ КузГГУ); Заявл. 12.10.2010; Решение о выдаче патента 13.02.2012; Опубл. 20.04.2012 Бюл. №11.
2. Хорешок A.A. Совершенствование конструкции продольно-осевых коронок проходческого комбайна избирательного действия / A.A. Хорешок, Л.Е. Маметьев, А.Ю. Борисов, С.Г. Мухортиков // Горное оборудование и электромеханика. — 2010. — № 5. — С. 2—6. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Нестеров Валерий Иванович — доктор технических наук, профессор, президент Кузбасского государственного технического университета имени Т.Ф. Горбачева, е-шаП: stk@kuzstu.ru,
Маметьев Леонид Евгеньевич — доктор технических наук, профессор, Борисов Андрей Юрьевич — старший преподаватель, е-шаП: bau.asp@rambler.ru, Кузбасский государственный технический университет Т.Ф. Горбачева, Хорешок Алексей Алексеевич — доктор технических наук, профессор, Юргинский технологический институт (филиал) Национальный исследовательский Томский политехнический университет.
Мухортиков Сергей Григорьевич — зам. главного механика ОАО «СУЭК-Кузбасс».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
