Опорные слова и термины. Исполнительные органы сплошного и щелевого резания, шнеки, буровые коронки, барабаны, диски, штанги

Исполнительные органы сплошного и щелевого резания, шнеки, буровые коронки, барабаны, диски, штанги, подрезные бары.

Исполнительным органом очистного комбайна называется устройство, с помощью которого выполняются операции по отделению горной массы от массива, ее дроблению и погрузке на транспортные средства.

Существуют два типа исполнительных органов — сплошного и щелевого резания. Исполнительные органы сплошного резания, в свою очередь, делятся по способу разрушения на две группы: исполнительные органы, разрушающие пласт по напластованию и перпендикулярно к напластованию. К первой группе относятся барабаны с вертикальной осью вращения, ко второй

– шнеки и барабаны с горизонтальной осью вращения.

К исполнительным органам щелевого типа относятся буровые коронки, диски и бары. Исполнительные органы по способу погрузки горной массы также делятся на две группы.

К первой относятся исполнительные органы, одновременно выполняющие две операции — реза- ние и погрузку (шнеки, буровые коронки). Ко второй группе относятся исполнительные органы, осуществляющие только отделение горной массы от основного массива (барабаны, диски, штанги), а ее погрузка производится с помощью других механизмов или приспособлений.

К современным исполнительным органам очистных комбайнов предъявляются следующие основные требования:

· обеспечение наиболее полной выемки и погрузки полезного ископаемого при изменяющейся мощности пласта по падению и простиранию;

· малое пылеобразование; хорошая сортность добываемого угля;

· низкие энергозатраты на резание и погрузку;

· простота и надежность конструкции, позволяющая применять однотипный режущий инструмент на всем исполнительном органе.

Исполнительные органы современных очистных комбайнов могут включать в себя одновременно барабаны, шнеки, буровые коронки, подрезные бары, диски и др.

Баровые исполнительные органы по классификации относятся к исполнительным органам щелевого типа (см. рис. 20.1, а). Они могут быть плоскими, изогнутыми и кольцевыми (см. рис. 20.1, б). Плоские бары применяются в качестве основного исполнительного органа на врубовых машинах и в качестве вспомогательного при комбинированных исполнительных органах. Изо- гнутые бары применяются на врубонавалочных машинах, а кольцевые – на широкозахватных комбайнах типа «Донбасс».

Барабанный исполнительный орган с горизонтальной осью вращения представляет собой цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности укреплены кулаки с резцами (см. рис. 20.1, в). Каждый резец за время контакта с забоем срезает серповидную стружку. Исполнительный орган легко регулируется по мощности пласта, прост по конструкции, имеет несложный и надежный привод. К недостаткам его следует отнести значительное измельчение полезного ископаемого и необходимость установки рядом с ним большого

погрузочного устройства, переустанавливаемого вручную при изменении направления движения комбайна и препятствующего фронтальной самозарубке в пласт по концам лавы.

Барабанный исполнительный орган с вертикальной осью вращения собирается из двух половин: нижней неподвижной и верхней подвижной (см. рис. 20.1, г), которая перемещается относительно нижней с помощью гидроцилиндра. Вращение барабана может осуществляться от приводной звездочки редуктора режущей части через врубовую цепь (если барабан является единственным исполнительным органом на комбайне) или непосредственно от выходного вала редуктора режущей части (если барабан выполняет роль верхнего отбойного устройства).

Вертикальные исполнительные органы в большинстве случаев реверсивные. Это делается для того, чтобы резание и погрузка горной массы при изменении направления движения комбайна всегда осуществлялись в сторону обнаженной поверхности забоя – на отрыв.

К недостаткам барабанного исполнительного органа с вертикальной осью вращения относятся сложность и высокая стоимость изготовления, невозможность изменения величины за- хвата без существенного изменения конструкции всей режущей части комбайна.

Буровые коронки относятся к исполнительным органам щелевого резания (см. рис. 20.1, д). С их помощью полезное ископаемое можно добывать с меньшими энергозатратами и хорошей сортности. Исполнительные органы этого типа позволяют производить выемку более крепких пластов полезного ископаемого (А ≤ 400 кН/м).

К недостаткам буровых коронок относятся плохая управляемость относительно почвы пласта и необходимость установки на комбайне других исполнительных органов для придания за- бою прямоугольной формы и регулирования исполнительного органа по мощности пласта.

Шнековый исполнительный орган (см. рис. 20.1, е) по условиям приспосабливаемости к вынимаемой мощности пласта и отделению полезного ископаемого от основного массива мало отличается от горизонтального барабана. Удаление горной массы из зоны разрушения и ее погрузка на забойный конвейер при работе шнека осуществляются интенсивнее и по более ко- роткому пути. При правильно выбранных конструктивных и режимных параметрах собственно шнеком можно погрузить до 60—70 % отбиваемой горной массы, остальные 40—30 % могут быть погружены специальным погрузочным устройством. Полнота погрузки зависит от шага и формы образующей винтовых поверхностей, их высоты, частоты вращения, коэффициента трения горной массы о погрузочные поверхности шнека и размеров разгрузочного окна. Существенным преимуществом шнекового исполнительного органа является возможность его перемещения, как вдоль лавы, так и в поперечном направлении, что позволяет комбайну легко зарубаться в пласт по концам лавы без существенной потери времени на маневровые операции.

На современном этапе развития средств выемки полезных ископаемых большое внимание уделяется вопросам унификации, которая предполагает возможность сборки из отдельных уни- фицированных узлов-блоков (исполнительные органы, редукторы, механизмы перемещения, электродвигатели и т. п.) различных схем компоновки очистных комбайнов для различных технологических схем выемки.

Такой подход позволяет сократить до минимума число типоразмеров отдельных узлов, из которых собираются комбайны, и снизить затраты времени и средств на их изготовление.

На рис. 20.1 представлены компоновочные схемы современных очистных узкозахватных комбайнов со шнековым исполнительным органом, которые применяются в горной промышленности при выемке пластов полезного ископаемого пологого и пологонаклонного залегания.

В настоящее время промышленностью выпускается более 95 % комбайнов этого типа. Конструкция комбайна должна обеспечивать работу по челноковой схеме, но допускается работа комбайна и по односторонней схеме.

Основными преимуществами комбайнов со шнековым исполнительным органом являются: простота конструкции, быстрая и надежная регулировка исполнительного органа по мощности пласта без остановки комбайна, возможность самозарубки по концам лавы.

Выпускаются комбайны с двумя шнеками для челноковой работы, а также одношнековые.

Работа узкозахватного комбайна во многом зависит от компоновочной схемы исполнительного органа. Выбор компоновочной схемы осуществляется с учетом благоприятных условий по резанию и погрузке горной массы на конвейер, устойчивости комбайна на раме конвейера, возможности самозарубки в пласт по концам лавы и работы по челноковой схеме.

Компоновочная схема исполнительного органа и, определяемая ею схема обработки забоя, существенно влияют на процесс резания, сортность угля и устойчивость комбайна. При выборе компоновочной схемы стремятся к тому, чтобы независимо от направления движения комбайна резание угля начиналось всегда с минимальной толщины стружки. Такой подход обеспечивает снижение динамики комбайна при его работе.

Рис. 20.1. Компоновочные схемы очистных комбайнов со шнековым исполнительным органом: а – комбайн К103; б - комбайн 1К101; в – комбайн типа 2К52; г – комбайн типа 1ГШ68; д – комбайн КШЗМ

Условия погрузки горной массы отдельным шнеком при работе комбайна по челноковой схеме неодинаковы. Благоприятным считается направление движения комбайна, при котором резание пласта осуществляется в направлении от почвы к кровле. В этом случае отбитая горная масса сразу попадает на рабочую поверхность погрузочной лопасти и затем грузится на конвейер. При правильно выбранных по условиям погрузки параметрах шнека до 70 % отбиваемой горной массы сразу грузится на конвейер, а остальные 30% — с помощью погрузочного устройства. При работе комбайна на повышенных скоростях подачи наполнение шнека может увеличиться, при этом часть горной массы будет переваливаться через ступицу шнека на нерабочую сторону. При

наличии погрузочного щитка горная масса, перебрасываемая шнеком на нерабочую сторону, снова попадает в зону погрузки, но при этом дополнительно переизмельчается резцами.

При резании пласта в направлении от кровли к почве (комбайн изменил направление движения в противоположную сторону) отбиваемая горная масса под действием собственного веса попадает на почву. Затем порода протаскивается резцами и погрузочными лопастями в зазор между почвой и ступицей шнека на нерабочую сторону шнека, дополнительно переизмельчается, и грузится на конвейер с помощью погрузочного щитка. При отсутствии погрузочного щитка большая часть горной массы остается на почве.

Производительность одиночного шнека (т/мин) по погрузке разрушенной горной массы при полностью открытом разгрузочном окне может быть определена по формуле

2 2

Qп= π(Dл-Dс)SnK3γр/4

где Dл — наружный диаметр погрузочной лопасти, м; Dc — диаметр ступицы шнека, м; S – шаг погрузочной лопасти, м; п – частота вращения шнека, мин-1; Кз – коэффициент наполнения шнека, принимается равным 0,2—0,25 при работе без погрузочного щитка и 0,25—0,35 при работе со щитком; γр -плотность горной массы в разрушенном состоянии, т/м3.

Совершенство компоновочной схемы, взаимного (фазового) расположение шнеков, схемы набора резцов на них, и режимы резания определяют устойчивость комбайна на раме конвейера, производительную работу.

Если комбайн с малой собственной массой работает с высокими скоростями подачи, то суммарная реактивная составляющая от усилий резания на шнеках может достичь критических значений, при которых опоры комбайна теряют контакт с рамой конвейера, и может произойти сбрасывание комбайна с рамы конвейера. Чтобы этого не произошло, к выбору компоновочной схемы подходят особенно тщательно — необходимо обеспечить встречное вращение шнеков, при этом желательно, чтобы верхний шнек был по размерам меньше нижнего.

Челноковая работа комбайна должна осуществляться при неизменных показателях по условиям резания, погрузки, устойчивости, с возможностью выемки ниш независимо от направле- ния движения комбайна.

Барабанные исполнительные органе различают двух типов: с горизонтальной и вертикальной осями вращения.

Барабанный исполнительный орган с горизонтальной осью вращения применяется на комбайнах для выемки крутых пластов. Работа его основана на резании угля резцами, вступаю- щими в действие в определенной последовательности, захватывании отбитого материала передними гранями резцов, кулаков, а иногда и специальными погрузочными элементами и сообщении потоку материала скорости, достаточной для его перебрасывания на нерабочую сторону барабана.

При выемке крутых пластов современные очистные комбайны работают по односторонней схеме: снизу вверх — рабочий ход и сверху вниз — холостой перегон комбайна. Эвакуация материала из зоны разрушения в этом случае производится более интенсивно, так как отбитый материал транспортируется вниз по лаве под действием гравитационных сил.

На рис. 20.2. представлены две типовые компоновочные схемы исполнительных органов комбайнов для выемки крутых пластов. Комбайны оснащаются двухбарабанным исполнительным органом, у которого опережающий барабан, располагаемый у почвы, не регулируется (или регулируется в незначительных пределах), а второй регулируется относительно вынимаемой мощности пласта.

На рис. 20.2, а представлена компоновочная схема, а на рис. 20.3 — конструкция комбайна

«Темп-1», предназначенного для механизированной выемки угля на крутых пластах мощностью 0,65—1,2 м (I типоразмер) и 1,0—1,2 м (II типоразмер) с сопротивляемостью угля резанию до 300 кН/м при устойчивости боковых пород не ниже средней. Комбайн имеет двухбарабанный исполнительный орган одностороннего вращения 1, привод (электродвигатель или пневмодвигатель) 2, редуктор исполнительного органа 3, гидроблок 4, направляющую 5 и опорную лыжу 6, электро- или пневмоблок и систему орошения.

Нижний барабан комбайна разрушает нижнюю пачку пласта всем диаметром, а верхний осуществляет отбойку верхней пачки. Условия резания и устойчивости для верхнего барабана неблагоприятные, так как резание начинается с некоторого уступа. Устойчивость комбайна обеспечивается за счет опережающей лыжи, опирающейся на уступ забоя.

Рис. 20.2. Компоновочные схемы очистных комбайнов с горизонтальным барабанным исполнительным органом:

а — с двумя барабанами, расположенными с одной стороны корпуса (типа «Темп-1»); б — с двумя барабанами, расположенными по концам корпуса (типа А-70М)

Рис. 20.3. Комбайн «Темп-1»

Условия погрузки благоприятные. Отвод материала из зоны разрушения производится в зазоры между кровлей и корпусом комбайна и между новой грудью забоя и боковой стенкой кор- пуса комбайна.

На рис. 20.2, б представлена компоновочная схема комбайна А-70М с двумя барабанами одностороннего вращения одинакового диаметра, расположенными по концам корпуса. Опережающий барабан, регулируемый относительно почвы, вынимает нижнюю пачку пласта, высота которой на 50 мм больше высоты корпуса комбайна. Поэтому корпус комбайна размещается в уступе забоя, не имея гарантированного зазора с кровлей. Если верхняя пачка самопроизвольно отслаивается от кровли и падает на корпус, комбайн может расклиниваться между почвой и кровлей, что в этом случае затрудняет управление комбайном.

Верхний регулируемый барабан снабжен следящим устройством, которое позволяет автоматически перенастраивать его при изменении мощности пласта.

По условиям резания и устойчивости схема аналогична предыдущей, по условиям погрузки — хуже, так как отвод угля из зоны разрушения осуществляется только по одному каналу (между грудью забоя и боковой стенкой корпуса комбайна). Таким образом, первая компоновочная схема исполнительного органа предпочтительнее, чем вторая.

Барабанный исполнительный орган с вертикальной осью вращения используется при создании узкозахватных комбайнов для выемки пологопадающих пластов малой мощности или в качестве верхнего отбойного устройства комбайна с комбинированным исполнительным органом. По способу погрузки материала на конвейер вертикальный барабан относится к группе рабочих органов, у которых погрузка осуществляется в сочетании с другими приспособлениями или механизмами. Погрузка материала с некоторой высоты бермы осуществляется полнее» чем с почвы пласта. Поэтому вертикальный барабан целесообразно использовать в качестве верхнего отбойного устройства. В настоящее время промышленностью выпускаются два типа очистных комбайнов с вертикальным барабанным рабочим органом: КА80 и КА90.

Шнеки комбайнов двухзаходные, с полыми спиралями, внутри которых предусмотрен подвод жидкости к оросителям, установленным на нерабочих сторонах спиралей.

Рис. 20.4. Шнек комбайна: а — общий вид; б — резец И-90В

Конструкция шнека показана на рис. 20.4, а. Верхний шнек имеет ширину 750 мм, нижний—1000 мм. Ширина захвата равна 500, 630 и 800 мм.

В кулачках, приваренных к спиралям, крепятся зубки И-90В (рис. 20,6), расположенные в 17 линиях резания. Расстояние между линиями резания 40 мм. В двух крайних (к забою) линиям резания расположено по два резца, в остальных — по одному.

При работе комбайна после снятия каждой ленты угля резцы не переставляют, поэтому погрузка угля на забойный конвейер при движении комбайна в одном направлении производится по верху шнека, а при движении в обратном направлении — по низу. Скорость резания у верхнего и нижнего шнеков составляет соответственно 2,62 и 2,35 м/с. При скорости подачи комбайна 0— 2,9 м/с толщина снимаемой стружки 20— 40 мм..

Регулирование работы верхнего и нижнего шнеков осуществляется гидравлической системой комбайна, получающей питание от плунжерного насоса, который установлен в основном редукторе.

Рис. 20.5. Исполнительный орган узкозахватного комбайна МК-67М:

1 — вертикальный барабан; 2 — режущие зубки; 3 — кулачки для крепления зубков; 4 — гидродомкрат раздвижки; 5, 6 — звездочки)

Исполнительный орган узкозахватного комбайна МК-67М (рис. 20.5.) представляет собой вертикальный барабан, снабженный двусторонними режущими зубками, которые крепятся в кулачках.

Чтобы освободить центральную часть барабана для размещения гидродомкрата раздвижки 4, привод во вращение верхней и нижней групп барабана происходит от двух звездочек 5 и 6. Обе звездочки приводятся во вращение одной режущей цепью.

Регулирование исполнительного органа по мощности пласта осуществляется раздвижкой верхних дисков гидродомкратом, расположенным в центральной части барабанов.

Гидросистема комбайна служит для регулирования положения исполнительного органа и опорных лыж.

Погрузка угля на забойный конвейер осуществляется с помощью специальных погрузочных лопаток, смонтированных на исполнительном органе, и погрузочного щита.

Барабанные (в большей степени) и шнековые исполнительные органы (в меньшей степени) переизмельчают уголь и поэтому повышают выход угольного штыба и пылеобразование.

Буровые корончатые и исполнительные органы снижают пылеобразование и повышают сортность угля. Среди буровых исполнительных органов буры, разрушающие угольный массив путем вырезания в нем круговых щелей и последующего взламывания образовавшихся кренов угля, получили наиболее широкое применение.

Контрольные вопросы

1. Классификация исполнительных органов.

2. Основные компоновочные схемы комбайнов с барабанными рабочими органами.

3. Основные компоновочные схемы комбайнов со шнековыми рабочими органами.

4. Конструкция шнекового рабочего органа.

5. Конструкция барабанного рабочего органа.

6. Производительность шнека.

7. Анализ конструкций исполнительных органов очистных комбайнов.

Литература

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

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

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