Опорные слова и термины. Очистные комбайны, широкозахватные и узкозахватные комбайны, баровые, барабанные, дисковые и шнековые рабочие органы

Очистные комбайны, широкозахватные и узкозахватные комбайны, баровые, барабанные, дисковые и шнековые рабочие органы, буровые рабочие органы, схемы компоновки комбайнов и комплексов в лаве, механические, гидравлические и электрические механизмы перемещения комбайнов, встроенные механизмы перемещения, вынесенные системы подачи, бесцепная система подачи, зубчатая, трубчатая и цевочная рейки механизма перемещения, двигатели, пусковое оборудование (пускатели магнитные, пусковые и аварийные кнопки, понижающие трансформаторы, реле); коммутационная аппаратура, кабели, разъединители, шланги.

Очистным комбайном называется машина, которая одновременно отделяет горную массу от массива, дробит ее на транспортабельные куски и грузит их на средства транспорта.

Очистной комбайн для выемки крутых пластов выполняет только две операции — отделение горной массы от массива и дробление ее на транспортабельные куски, так как отбитая горная масса доставляется вдоль забоя к месту погрузки в вагонетки или другие виды транспорта под действием собственного веса.

Очистные комбайны подразделяются:

по углу падения пласта — для пологих, наклонных и крутых пластов;

по мощности пластов — для тонких (0,7—1,2 м), средних (1,2 — 3,5 м) и мощных пластов (более 3,5 м);

по ширине захвата исполнительного органа — широкозахватные (В=1÷2 м) и узкозахватные (В = 0,5; 0,63 и 0,8 м);

по схеме работы — односторонняя схема с холостым перегоном в исходное положение и челноковая схема;

по типу исполнительного органа — баровые, осуществляющие выемку угля посредством разделения пласта режущими цепями; барабанные, дисковые и шнековые, срезающие с поверхности забоя стружку серповидной формы;, корончатые, срезающие с поверхности забоя стружку большой толщины при сложном движении коронок; буровые, разрушающие уголь путем прорезания узких кольцевых щелей с последующим взламыванием керна внутренними поверхностями коронок.

Очистные комбайны выпускаются для работы в коротких и длинных забоях. В СНГ очистные комбайны выпускаются преимущественно для работы в длинных забоях (лавах).

По технологической схеме работы в лаве на пластах пологого падения различают: комбайны с фланговым расположением исполнительного органа, перемещающиеся вдоль

забоя по почве пласта рядом с забойным конвейером. По этой схеме работают широкозахватные комбайны типа «Донбасс» (см. рис. 19.1,б);

комбайны с фланговым расположением исполнительного органа, перемещающиеся вдоль забоя по раме конвейера. По такой схеме работают узкозахватные комбайны со шнековым ис- полнительным органом типа 1К101 (см. рис. 19.1, е);

комбайны с фланговым расположением исполнительного органа, перемещающиеся вдоль забоя по полке конвейера, расположенной со стороны выработанного пространства, или по специальному желобу, примыкающему к конвейеру со стороны завала. По такой схеме работают комбайны типа МК 67 (см. рис. 19.1, г);

комбайны с лобовым расположением исполнительного органа, перемещающиеся по почве пласта рядом с рамой конвейера или по почве пласта с частичным размещением корпуса комбайна над конвейером. Направление движения вдоль забоя определяется рамой забойного конвейера, а устойчивость комбайна – обратными захватами, расположенными с завальной стороны става конвейера. По такой схеме работает комбайн К103.

На крутых пластах работают комбайны с лобовым расположением исполнительного органа и размещением корпуса комбайна в уступе забоя (см. рис. 19.1, ж). Рабочий ход комбайна осуществляется, как правило, при движении снизу вверх. По такой схеме работают комбайны с барабанным исполнительным органом с горизонтальной осью вращения типа «Темп-1».

Современные узкозахватные комбайны выпускаются для работы по челноковой схеме с возможностью самозарубки по концам лавы. На некоторых шахтах, по разным причинам челноковые комбайны работают по односторонней схеме, В таких случаях рабочий ход комбайна осуществляется без погрузочного устройства и на повышенных скоростях подачи, За комбайном на почве остается до 40—50 % отбитого угля. Окончательная зачистка почвы осуществляется при движении комбайна в противоположную сторону на максимально возможной скорости подачи. После зачистки почвы производится передвижка забойного конвейера на новую дорогу.

В настоящее время промышленностью выпускается более 95 % комбайнов шнекового типа. Шнековые комбайны должны соответствовать государственному стандарту «Комбайны очистные. Основные параметры и размеры. Общие технические требования». типоразмеры комбайнов предназначены для работы в пологих и наклонных пластах мощностью от 0,56 до 4,5 м. Конструкция комбайна должна обеспечивать работу по челноковой схеме, но допускается работа комбайна и по односторонней схеме.

Очистные комбайны унифицированного ряда РКУ предназначены для механизации выемки угля на пологих и наклонных пластах мощностью 1,1-4,5 м с углом падения до 35° по простиранию, а для типоразмеров РКУ10-РКУ16 также до 10° по падению и восстанию при сопротивляемости угля резанию до 360 Н/мм.

Унифицированный ряд комбайнов РКУ включает в себя пять основных типоразмеров — РКУ 10, 13, 16, 20, 25. Каждый типоразмер в свою очередь может иметь ряд исполнений, отличающихся компоновкой исполнительного органа (одно- или двухшнековая), диаметром шнека, напряжением, конструкцией движителя подачи (в зависимости от типа рейки), конструкцией рычажно-опорного механизма и т.д.

Выемка угля может производиться как по челноковой, так и по односторонней схемам работы с самозарубкой без ниш в комплексе с соответствующим оборудованием.

Комбайны работают с рамы забойных конвейеров в составе механизированных комплексов.

РКУ10 и РКУ13 могут работать в комплекте с индивидуальной крепью при условии оснащения забойного конвейера рейкой для бесцепной системы подачи.

Унифицированный ряд комбайнов разработан на базе двух электродвигателей ЭКВЭ4-200 и ЭКВЭЖ4-315 мощностью соответственно 200 и 315 кВт.

Базовой моделью ряда является комбайн РКУ10, базовыми узлами — гидровставка, энергоблок, механизм подачи, трансмиссии основных и поворотных редукторов, а также элементы гидросистемы, систем пылеподавления и управления комбайнами.

Комбайны в основном исполнении оснащены исполнительным органом, состоящим из двух шнеков одинакового диаметра, симметрично расположенных по концам корпуса на поворотных редукторах и имеющих регулировку по гипсометрии и мощности пласта. Конст- рукция шнеков допускает возможность самозарубки в пласт (в основном косыми заездами), шнеки оснащены линейными резцами ЗР4.80М и торцевыми ШБМ2С-1-1-04.

Предусмотрена возможность компоновки комбайнов РКУ 10 и РКУ 13 одним шнеком для работы в комплексах с двухкомбайновой выемкой, а также в условиях слабых пород кровли.

Комбайн РКУ 10 комплектуется откидными погрузочными щитами с гидроуправлением, а на комбайне РКУ 16 предусмотрена установка перекидных погрузочных щитов с гидроприводом управления на базе гидромотора МР1.

Комбайны унифицированного ряда РКУ оснащены двумя бесцепными механизмами подачи:

· РКУ 10 и РКУ 13 — с гидроприводом на базе радиально-поршневого насоса 1НП200. РКУ

16 — с гидроприводом на базе насоса 311.112.11.000. и радиально-поршневого гидромотора МР2,5.

· 2РКУП20/25 и РКУП10 — с электроприводом (с тиристорным преобразователем) на базе электродвигателя постоянного тока ДРК-20/25 и тиристорной подстанции КППВ. В дальнейшем планируется перевод всех комбайнов ряда РКУ на тиристорный привод механизмов подачи (ряд комбайнов РКУП).

Перемещение очистных комбайнов осуществляется посредством механизмов перемещения, которые по типу привода делятся на: механические, гидравлические и электрические. Электрические механизмы перемещения в настоящее время находятся в стадии разработки. По месту установки привода различают встроенные механизмы перемещения, монтируемые непосредственно на очистном комбайне, и вынесенные системы подачи, монтируемые на рамах приводных блоков забойного конвейера. В условиях крутых пластов роль механизма перемещения выполняет тяговая лебедка, устанавливаемая на вентиляционном штреке (см. рис. 20.1, ж). По тяговому элементу механизмы перемещения разделяют на: канатные, цепные, бесцепные (с жесткой направляющей или с траковой цепью) и шагающие.

Механический механизм перемещения — это встроенный в корпус машины редуктор- вариатор с большим передаточным отношением (i ≥1000), на выходном валу которого установлен барабан с канатом. Перемещение комбайна осуществляется помощью тягового каната, растянутого вдоль лавы. Один конец каната закрепляется на упорной стойке, которая раскреп- ляется между почвой и кровлей на расстоянии 20—30 м от комбайна по ходу его движения, а второй конец закреплен на барабане. При включении механизма перемещения канат нама- тывается на барабан, и комбайн начинает двигаться в сторону упорной стойки с заданной скоростью. К механическим относятся храповые и пульсирующие механизмы перемещения.

Гидравлические механизмы перемещения, как и механические, включают механизмы подачи и тяговый орган. В качестве механизма подачи применяется объемный гидропривод, состоящий из насоса и гидродвигателя, которые соединены между собой гидравлическими магистралями (трубопроводами). Роль тягового органа выполняет круглозвенная калиброванная цепь, которая в последнее время постепенно заменяется зубчатой или цевочной шарнирной рейкой.

Насос предназначен для преобразования энергии вращения электропривода в гидравлическую энергию напора, а гидродвигатель, в свою очередь, преобразует энергию напора рабочей жидкости, полученную от насоса, в механическую энергию вращения выходного вала механизма подачи. В современных механизмах перемещения очистных комбайнов наибольшее применение получили регулируемые радиально-поршневые и аксиально-поршневые насосы, регулируемые и нерегулируемые поршневые радиальные и аксиальные гидродвигатели. Регулируемые насосы работают с переменной производительностью, а нерегулируемые — с постоянной.

Гидродвигатели изготавливаются двух типов: низкомоментные (с крутящим моментом до 0,5 кН м и частотой вращения выходного вала до 6,6 с-1) и высокомоментные (с крутящим мо- ментом более 5 кН м и частотой вращения выходного вала 0,3— 1,65 с-1).

Гидропередачи с высокомоментными гидродвигателями позволяют создавать механизмы перемещения без редуктора или использовать простейший редуктор. Применение низкомоментных гидродвигателей требует обязательного наличия редуктора для снижения скорости и увеличения крутящего момента на выходном валу.

В гидравлических механизмах перемещения в качестве рабочей жидкости применяются индустриальные масла сернокислой очистки.

В очистных комбайнах широко применяются встроенные гидравлические механизмы перемещения типа Г404, Г406 и др., выполненные по схеме «регулируемый насос — нерегулируемый гидродвигатель» (рис. 22.1, а — е) и вынесенные на штреки механизмы перемещения (рис. 22.1, ж). По месту расположения цепи относительно комбайна и

выработанного пространства, различают системы с расположением тягового органа со стороны завала (см. рис. 22.1, а, е), со стороны забоя (см. рис. 22.1, в) и со смешанным расположением (см. рис. 22.1, б, г).

При работе очистного комбайна тяговая цепь растягивается вдоль лавы, ее концы закрепляются на рамах приводных блоков забойного конвейера. Ведущая звездочка механизма перемещения перекатывается по натянутой тяговой цепи как по зубчатой рейке, осуществляя перемещение комбайна. Ведущие и отклоняющие звездочки могут располагаться в горизонтальной или вертикальной плоскостях — в зависимости от конструктивного исполнения механизма перемещения. По концам тяговой цепи могут устанавливаться компенсаторы длины цепи (пружинные или гидравлические) для натяжения ее холостой ветви и вертлюги — для самоцентровки цепи относительно направляющих ручьев приводной и отклоняющей звездочек.

Рис. 19.1. Системы подачи очистных комбайнов с цепным тяговым органом:

1 – вертлюг; 2 – тяговая цепь; 3 – ведущая звездочка; 4 – отклоняющая звездочка; 5 – компенсатор длины цепи; 6 – блок; 7 – гидроцилиндр натяжения цепи

К преимуществам гидравлического механизма перемещения следует отнести плавное регулирование скорости подачи и неподвижность тягового элемента, что обеспечивает сравнительно удобное и безопасное его расположение на приводных элементах комбайнов и в лаве.

Вынесенные системы подачи (ВСП) по характеру работы могут быть гидравлическими и электромеханическими, с ручным и автоматическим управлением. Этими системами комплектуются узкозахватные очистные комбайны и струги для разработки тонких пологонаклонных пластов мощностью 0,55 – 0,8 м с углом падения до 35°, где крайне затруднен доступ к встроенным механизмам перемещения.

Для ВСП характерно наличие двух приводов, подвижно размещенных на приводных головках забойного конвейера, вместе с которыми они перемещаются. Подача комбайна осуществляется вертикально замкнутой калиброванной цепью, расположенной с завальной стороны конвейера. Передний по ходу движения комбайна привод ВСП является основным, а задний— вспомогательным, так как осуществляет вытяжку холостой ветви цепи. Если направление движения комбайна изменяется, то роль приводов ВСП также меняется. Для регулирования скорости подачи и тягового усилия механизм перемещения оснащается электро- магнитной муфтой скольжения ЭМС.

Преимуществами ВСП являются использование мощности основного электродвигателя только для привода исполнительного органа, сокращение длины комбайна на 1,5 – 2 м и хорошая доступность к узлам ВСП при осмотрах и ремонтах.

Главные недостатки заключаются в наличии двух движущихся ветвей тяговой цепи в лаве, что затрудняет передвижение забойного конвейера и возведение крепи (особенно в местах искривления лавы) и двух механизмов подачи, расположенных по концам лавы.

Рис. 19.2. Схема расположения БСП в лаве (а) и возможные варианты зацепления колеса с зубчатой (б), трубчатой (в) и цевочной (г) рейками

1 – комбайн; 2 — конвейер; 3 — жесткая направляющая; 4 — концевая каретка; 5 – гидроцилиндр натяжения; 6 – ведущая звездочка; 7- цевочное колесо

Бесцепная система подачи (БСП) позволяет совершенствовать механизмы перемещения очистных комбайнов. Различные конструктивные решения БСП можно классифицировать по следующим признакам:

по месту расположения исполнительного органа — встроенные на комбайне и рассредоточенные по всей длине лавы;

по характеру подачи — непрерывного и цикличного действия;

по исполнительному органу — колесные, траковые и с помощью гидроцилиндров;

по тяговому органу — зубчатые направляющие, цевочные плоские и цевочные трубчатые направляющие.

Встроенные БСП не имеют тяговой цепи. Роль ее выполняет жесткая направляющая, состоящая из отдельных шарнирно связанных между собой элементов.

В промышленности наибольшее распространение получили встроенные гидравлические механизмы перемещения непрерывного действия с колесным исполнительным органом. В качестве тягового органа применяются зубчатые и цевочные направляющие (рис. 19.2).

Основные преимущества БСП перед цепными заключаются в возможности:

создания на базе БСП самотормозящих механизмов перемещения, обеспечивающих работу комбайна на пологих и наклонных пластах, что не удавалось осуществить в цепных механизмах перемещения;

работы комбайна с весьма малыми колебаниями скорости подачи, что создает условия для резания полезного ископаемого с постоянной глубиной при более эффективном использовании установленной мощности привода;

повышения надежности и безопасности при обслуживании комбайна.

Отсутствие тяговой цепи в лаве сокращает простои комбайна в лаве из-за отказов механизма перемещения до 45 %.

В зависимости от типа комбайна и условий его работы механизм перемещения должен обеспечивать максимальное тяговое усилие в пределах 150÷300 кН. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют гидравлические механизмы перемещения, чем и объясняется их широкое распространение.

Привод горных машин включает в себя силовое оборудование, передаточные механизмы (редукторы, редукторы-вариаторы), различные средства ручного, дистанционного и автоматического управления.

К силовому оборудованию относятся: двигатели комбайнов, конвейеров, перегружателей, насосных станций и станций орошения; пусковое оборудование (пускатели магнитные, пусковые и аварийные кнопки, понижающие трансформаторы, реле); коммутационная аппаратура, кабели, разъединители, шланги (при работе с пневмо- и гидроприводом).

На современных очистных и проходческих комбайнах в основном применяются наиболее экономичные электрические и гидравлические приводы. Пневмопривод устанавливается на ма- шинах и механизмах, работающих в тех горно-геологических условиях, где применение электропривода запрещено правилами техники безопасности, а также на некоторых бурильных машинах. Эксплуатация пневматического силового оборудования требует дорогостоящих установок и обходится в несколько раз дороже, чем эксплуатация электрического.

Независимо от рода потребляемой энергии силовое оборудование горных машин должно отвечать следующим основным требованиям: обеспечение взрыво- и противопожарной безопасности; безопасность в обслуживании; искробезопасность; высокая механическая прочность и надежность работы во влажной и запыленной атмосфере при повышенных температурах; малые габариты при большой установленной мощности; большая перегрузочная способность и большой пусковой момент.

В горной промышленности широкое распространение получили асинхронные трехфазные короткозамкнутые электродвигатели переменного тока напряжением 380 и 660 В с частотой вра- щения 25 с-1. В последнее время ведутся работы по внедрению в горную промышленность электродвигателей постоянного тока.

Основные преимущества асинхронного электродвигателя: надежность в работе, простота конструкции, обеспечение взрывобезопасности, небольшие габариты, высокая прочность.

Электродвигатели горных машин во взрывобезопасном исполнении со знаком РВ выполняются в трех вариантах:

· единой серии ВАО мощностью до 1000 кВт;

· конвейерные обдуваемые фланцевые КОФ мощностью до 160 кВт;

· комбайновые ЭДК, ЭДКО и ЭКВ (соответственно необдуваемые, обдуваемые и с водяным

охлаждением), с номинальной мощностью 22, 30, 40, 55, 75, 100, 125, 160, 200 и 315 кВт.

Из трех перечисленных способов охлаждения электродвигателей наиболее эффективным является водяное охлаждение. Первая цифра после буквенного обозначения электродвигателя (например, ЭДК04) означает высоту корпуса электродвигателя в дециметрах, а цифра после черточки — мощность двигателя в кВт (например, ЭДКО-125).

Комбайновые электродвигатели имеют форму параллелепипеда. Высота корпуса унифицирована и может быть равной 310, 350, 400 и 500 мм, а ширина — 780 и 1400 мм. Электродвигатели серии ВАО и КОФ имеют цилиндрический корпус.

Электродвигатели серии ЭДК и ЭДКО выпускаются для номинальных длительного и часового режимов работы и соответственно длительной и часовой мощностей.

Электродвигатель ЭКВ выпускается для номинального длительного режима и длительной мощности. Обычно номинальная мощность указывается на табличке электродвигателя, а номи- нальный режим работы двигателя соответствует продолжительному режиму с числом включений до 120 в час.

Часовая мощность Nчac (кВт)—мощность, развиваемая двигателем в течение 1 ч работы без перегрева его обмотки выше установленных норм, обусловленных классом примененной изоляции.

Длительная мощность Nдл (кВт)—мощность, развиваемая двигателем в течение длительного времени (8 ч и более) без перегрева его обмотки выше установленных норм, обу- словленных классом примененной изоляции.

Очистные и проходческие комбайны, буровые машины и станки работают в специфических условиях, сопровождающихся частыми пусками машины под нагрузкой, мгновенными остановками при встрече исполнительного органа с весьма крепкими включениями породы, реверсированием неостановившегося ротора. Поэтому электродвигатели этих машин должны допускать двух- и трехкратную перегрузку и иметь большой пусковой момент:

Mмax= (2÷2,8)Mном.

Создание обдуваемого электродвигателя позволило повысить длительную мощность в 1,5—2 раза при тех же габаритах корпуса и соответствующем увеличении моментов. Переход на водяное охлаждение обеспечил увеличение мощности двигателя в 2 – 3 раза. При этом напря- жение в сети – 660 В. Дальнейшее увеличение мощности электродвигателей горных машин приведет к переходу на напряжение в сети 1140 В. Это позволит более эффективно использовать двигатели большой мощности.

Контрольные вопросы

1. Классификация очистных комбайнов.

2. Технологические схемы работы комбайнов в лаве.

3. Основные элементы конструкции очистных комбайнов.

4. классификация механизмов перемещения очистных комбайнов.

5. Встроенные и вынесенные механизмы перемещения.

6. Бесцепные механизмы перемещения.

7. Привод очистных комбайнов.

8. Электродвигатели, применяемые в приводах очистных комбайнов.

Литература

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра

2. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра.

3. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра

4. Клорикьян С.Х. и др. Машины и оборудование для шахт и рудников: М, МГГУ 2002.