Погрузочное устройство проходческого щита

 

Погрузочное устройство предназначено для использования при проведении выработок проходческим щитом. Устройство содержит корпус, ленточный конвейер с приемной частью, установленной в проеме защитной обшивки корпуса, механизм погрузки с цилиндрами подачи и опорно-ножевую часть корпуса щита. Последняя выполнена из группы активных пластинчатых зубьев с индивидуальными виброударными узлами. Зубья со стороны, противоположной забою, закреплены на каретке с полозьями. Над рабочей поверхностью пластинчатных зубьев в центральной части смонтирован погрузочный механизм в виде клинового плунжера, который через жесткие тяги соединен с цилиндрами, закрепленными на продольных ребрах ленточного конвейера, соединенных с кареткой. Устройство при небольших габаритах позволяет обеспечить погрузку крупных фрагментов породы. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для удаления горной породы при проведении подземных выработок проходческим щитом.

Известен щит для проходки горных выработок (а.с. N 1348523 E 21 D 9/06), включающий корпус, щитовые домкраты, исполнительный орган для разработки забоя, ленточный конвейер, установочные кронштейны для конвейера, защитную обшивку внизу корпуса, в проеме которой установлена приемная часть ленточного конвейера, имеющая продольные борта с поперечным фланцем, приемный барабан и роликоопоры ленты. Основная особенность состоит в том, что с целью увеличения производительности путем повышения надежности и снижения трудоемкости обслуживания, защитная обшивка по периметру проема снабжена опорной поверхностью и поперечный фланец в приемной части конвейера выполнен П-образной формы, размещен сверху на опорной поверхности с перекрытием проема по периметру опорной поверхности, а установочные кронштейны размещены за пределами приемной части конвейера, которая выполнена с возможностью поворота в вертикальной плоскости и прилеганий ее поперечного фланца к опорной поверхности, причем приемный барабан и роликоопорные ленты расположены ниже опорной поверхности.

Недостатком данного технического решения является трудоемкость погрузки горной массы из-за большого объема ручного труда при зачистке забоя.

Наиболее близким по технической сущности является погрузочное устройство проходческого щита (а.с. N 1724880 E 21 D 9/06), включающее приемный стол, механизм погрузки, в котором оси шарнирного крепления рычагов перпендикулярны осям шарнирного крепления лап, гидроцилиндр подачи, прикрепленный к перегородкам опорно-ножевой части корпуса щита, направляющие с ползуном, консольно прикрепленные к поперечной балке. Основная особенность данного технического решения в том, что с целью повышения производительности труда за счет снижения сопротивления внедрению погрузочного устройства в грунт и повышения коэффициента заполнения, приемный стол выполнен из двух наклонных поверхностей, расположенных в перпендикулярной плоскости к продольной оси грунта, относительно которых оси шарнирного крепления рычагов поперечной балки параллельны. При этом лапы имеют: в плане - серцевидную форму, в поперечном сечении - криволинейную рабочую поверхность с возрастающим относительно горизонтали углом наклона от нижней рабочей грани, а также тыльную поверхность, выполненную наклонной с возможностью пересыпания грунта, причем нарезная грань выполнена с углом скоса, соответствующим углу наклона наклонных поверхностей приемного стола.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, загромождающая внутренний объем проходческого щита, что усложняет обслуживание и снижает производительность при загрузке горной массы.

Целью настоящего изобретения является создание малогабаритного погрузочного устройства, не загораживающего сечение проходческого щита и обеспечивающего высокую работоспособность на крупном материале.

Поставленная цель решена следующим образом.

Опорно-ножевая часть корпуса щита выполнена из группы активных пластинчатых зубьев с индивидуальными виброударными узлами, которые сделаны в виде пластин, заканчивающихся со стороны забоя зубьями, а на противоположной стороне снабженными элементами упругого закрепления на каретке с полозьями, взаимодействующими при перемешивании с внутренней поверхностью корпуса, при этом каретка снабжена гидроцилиндрами, закрепленными на поперечном фланце корпуса.

Над рабочей поверхностью пластинчатых зубьев, в центральной части, смонтирован погрузочный механизм, выполненный в виде клинового плунжера, который через жесткие тяги соединен цилиндром (возвратно-поступательного перемещения клинового плунжера), закрепленным на продольных ребрах ленточного конвейера, которые жестко закреплены с кареткой.

Кроме того, в жестких тягах клинового плунжера могут быть встроены ударные узлы с компенсаторами реактивной отдачи, причем ударные узлы энергетически подсоединены к системе питания цилиндра его рабочего хода.

Существенными отличиями предложенного технического решения является следующее.

Опорно-ножевая часть корпуса щита выполнена из группы активных пластинчатых зубьев с индивидуальными виброударными узлами.

Данное техническое решение позволяет снизить энергоемкость процесса внедрения ножевой части корпуса щита при его вторжении в разрушенную кусковую массу.

Проведенными исследованиями установлено, что энергоемкость процесса резко уменьшается, если кромке сообщаются ударные импульсы, направленные по траектории движения активного зуба даже небольшой величины. Это объясняется тем, что чередующиеся ударные импульсы разрушают статические системы равновесия между отдельными кусками горной массы, обеспечивая неустойчивое состояние и способствуя перемещению кромки в навал с меньшими энергетическими затратами.

Индивидуальные виброударные узлы сделаны в виде пластин, заканчивающихся со стороны забоя зубьями, а на противоположной стороне снабжены элементами упругого закрепления на каретке с полозьями, взаимодействующими при перемещении с внутренней поверхностью корпуса.

Данное техническое решение обеспечивает дополнительную площадь для размещения горной массы на опорной поверхности.

Благодаря виброударным импульсам, проходящим по сечению пластин и уменьшающим силы трения и сцепления между пластинами и горной массой, находящейся на ней, перемещение к центральной части осуществляется за счет наклонов, образующихся криволинейной поверхностью корпуса.

Набор пластин активных зубьев повторяет криволинейность корпуса в виде многоугольника. Пластина, со стороны забоя заканчиваемая зубом, снижает энергоемкость процесса внедрения. Пластина на противоположной стороне снабжена элементом упругого закрепления на каретке с полозьями, что дает возможность каждому из пластинчатых зубьев смещается от ударных импульсов вне зависимости от состояния движения или покоя на смежных пластинчатых зубьях и это сокращает расход энергии на ударные возмущения группы активных пластинчатых зубьев.

Выполнение каретки с полозьями, взаимодействующими с внутренней поверхностью корпуса при возвратно-поступательном перемещении, обеспечивает прочность конструкции, способной выдерживать большие динамические нагрузки падающей горной массы, и перемещение по внутренней поверхности корпуса щита без значительных сопротивлений. Каретка с закрепленными на ней активными пластинчатыми зубьями занимает объем, который ограничивается обшивкой корпуса, т.е. заграждает сечение проходческого щита. В то же время конструкция обеспечивает сбор и подготовку горной массы.

Каретка снабжена гидроцилиндрами, закрепленными на поперечном фланце корпуса.

Данное техническое решение обеспечивает сбор горной массы на опорно-ножевой поверхности щита без его передвижения, что упрощает технологию отгрузки горной массы.

Над рабочей поверхностью пластинчатых зубьев, в центральной части, смонтирован погрузочный механизм, выполненный в виде клинового плунжера, который через жесткие тяги соединен цилиндром (возвратно-поступательного перемещения клинового плунжера), закрепленным на продольных ребрах ленточного конвейера, которые жестко закреплены с кареткой.

Данное техническое решение позволяет грузить горную массу любой крупности.

Внедрение рабочего органа клинового плунжера в завал горной массы ведется по металлической поверхности пластинчатых зубьев без каких-либо направляющих, что значительно снижает энергоемкость перемещения рабочего органа в завале. Кроме того, передняя кромка рабочего органа выполнена в виде клина, что также снижает энергоемкость процесса его внедрения.

А задняя кромка, выполняющая роль плунжера, сделана в виде преграды перпендикулярной плоскости перемещения рабочего органа, что обеспечивает транспортировку горной массы по металлической поверхности пластинчатых зубьев.

Небольшая высота плунжерной части, около 10 сантиметров, не загромождает сечение проходческого щита и в то же время обеспечивает погрузку образующейся при щитовой проходке горной массы любой крупности.

Крепление продольных ребер ленточного конвейера обеспечивает настройку механизма погрузки при любом положении каретки, что упрощает обслуживание.

Клиновый плунжер через жесткие тяги соединен с цилиндрами, закрепленными на продольных ребрах ленточного конвейера.

Данное техническое решение позволяет упростить привод клинового плунжера, использовав для этой цели цилиндры - надежно работающие механизмы.

Жесткие тяги обеспечивают удаление привода от забоя, что улучшает технологию обслуживания.

Закрепление цилиндров на продольных ребрах не загромождает сечение проходческого щита.

Кроме того, в жестких тягах клинового плунжера могут быть встроены ударные узлы с компенсаторами реактивной отдачи, причем ударные узлы энергетически подсоединены к системе питания цилиндра его рабочего хода.

Данное техническое решение снижает энергоемкость внедрения клинового плунжера в штабель горной породы, находящейся на ножевой части корпуса щита.

Энергетическое присоединение ударного узла к системе питания цилиндра его рабочего хода обеспечивает работу ударного узла только на период внедрения клинового плунжера в горную массу, т.е. в необходимый промежуток. Во время перемещения клинового плунжера, для транспортировки, ударный узел не работает, что сокращает расход энергии, при этом увеличивается транспортирующая способность, поскольку горная порода не скатывается с клиновой части плунжера.

Сущность предлагаемого технического решения.

Опорно-ножевая часть корпуса снабжена группой активных пластинчатых зубьев, размещенных на каретке и перемещающихся посредством специального цилиндра по внутренней поверхности корпуса щита. При этом обеспечивается неэнергоемкое внедрение ножевой части корпуса в завал горной массы и ее транспортировка в центральную часть, где посредством клинового плунжера, перемещающегося возвратно-поступательно, горная порода доставляется на ленточный конвейер. Причем горная порода при возвратно-поступательном перемещении переходит через клиновой плунжер без ограничений по крупности. Для уменьшения энергоемкости внедрения клинового плунжера в жестких тягах могут быть встроены ударные узлы, которые автоматически включаются в работу при движении в завал горной массы.

Предлагаемое погрузочное устройство компактно, не загромождает сечение проходческого щита, способно высокопроизводительно грузить любую горную породу.

Пример выполнения погрузочного устройства проходческого щита показан на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11, где изображено: фиг. 1 - принципиальная схема погрузочного устройства проходческого щита - вертикальный разрез по центру щита; фиг. 2 - узел A (фиг. 1), ножевая часть; фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, но в плане; фиг. 4 - то же, вид со стороны забоя; фиг. 5 - активный пластинчатый зуб в сборе, вид сбоку; фиг. 6 - то же, что фиг. 5, но вид по стрелке B (снизу); фиг. 7 - каретка крепления активных пластинчатых зубьев, поперечный разрез; фиг. 8 - то же, что фиг. 7, но в плане; фиг. 9 - то же, что фиг. 7, вид по стрелке C;
фиг. 10 - то же, сечение I-I (фиг. 7);
фиг. 11 - клиновой плунжер, продольный разрез.

Погрузочное устройство проходческого щита включает корпус 1 (фиг. 1), щитовые домкраты (известные технические решения по перемещению корпуса шита не показаны), ленточный контейнер 2, защитную обшивку корпуса 3 в проеме 4 (фиг. 1, 2, 3), в которой установлена приемная часть ленточного конвейера 2, поперечные фланцы 5 и 6, жестко закрепленные на корпусе 1, и опорно-ножевую часть корпуса.

Опорно-ножевая часть корпуса выполнена из группы активных пластинчатых зубьев 7 (фиг. 2, 3, 4), установленных на каретке 8, которая снабжена гидроцилиндрами 9, закрепленными на поперечном фланце 5 корпуса 1. Гидроцилиндры 9 имеют ход 100 - 250 мм. Большая длина значительно увеличит вес опоры ножевой части корпуса 1.

Активные пластинчатые зубья 7 (фиг. 2, 3, 4, 5, 6) снабжены индивидуальными виброударными узлами 10, которые жестко закреплены к пластине 11 (основной части пластинчатого зуба 7). Со стороны забоя пластина 11 заканчивается зубом 12, выполненным из материала пластины или, как показано на фиг. 2, 5, 6, зуб 12 выполнен отдельной деталью. На противоположной стороне пластины 11 прикреплен болтами 13 упругий элемент 14 и имеются отверстия 15 для крепления активных пластинчатых зубьев 7 к каретке 8. Между пластиной 11 и зубом 12 выполнен пазух 16, в котором крепится опорное ребро 17 (фиг. 2, 5) каретки 8.

В качестве виброударных узлов 10 могут быть использованы гидравлические, пневматические ударные узлы или гидравлические, пневматические вибраторы направленного действия.

Энергия единичного удара 0,1 - 0,5 Дж, т.е. гидравлические или пневматические ударные узлы, должны обладать небольшой энергией, способной разрушать статические связи между отдельными кусками горной породы. Проведенными исследованиями установлено, что такой энергии достаточно для лезвия зуба длиной 200 мм, чтобы обеспечить надежную погрузку горной массы с незначительными затратами энергии при внедрении в навал горной породы. В качестве виброударных узлов можно использовать гидравлические или пневматические вибраторы направленного действия с возмущающим усилием 1000 - 3000 H (100 - 300 кг) и частотой 1500 - 3000 колебаний в минуту.

Включение и выключение в работу виброударных узлов осуществляется от общего пульта (пульт не показан), посредством которого можно включать в работу необходимое количество виброударных узлов в определенный момент.

Болты 13 являются только монтажными и используются для крепления упругого элемента 14, выполненного из резины, к пластине 11 (фиг. 5, 6). Через отверстия 15 болтами 17 (фиг. 3) активные пластинчатые зубья крепятся к каретке 8. Конструкцией предусмотрено, чтобы болты 17 были разгружены от передачи усилий гидроцилиндров 9 на пластинчатые зубья 7 (фиг. 2, 3).

Передача усилий от цилиндра 9 зубьям 12 осуществляется через каретку 8 и ее опорное ребро 17 (фиг. 2, 8).

Опорная каретка 8 (фиг. 2, 7, 8, 9 и 10) сварной конструкции состоит из опорного ребра 17, фланца 18, криволинейной полосы 19, на которую через отверстия 20 крепятся активные пластинчатые зубья 7.

Опорные ребра 17 и фланцы 18 соединены между собой клинообразными полозьями 21, нижняя полка 22 которых контактирует с внутренней поверхностью корпуса 1, а верхняя полка 23 является опорной пластины 11 активных пластинчатых зубьев 7.

Каретка 8 выполнена объемной конструкции криволинейной формы, копирующей нижнюю часть корпуса 1 проходческого щита. На каретке 8 через амортизаторы 14 монтируется вся группа активных пластинчатых зубьев 7 (фиг. 3, 4). На фланцах 18 каретки 8 выполнены места крепления двух штоков 24 цилиндров подачи 9 (фиг. 3, 9). Криволинейность объемной каретки 8 обеспечивает движение по внутренней поверхности корпуса 1 без направляющих, а большое количество полозьев 21 - достаточную прочность конструкции от ударных нагрузок.

Над рабочей поверхностью пластинчатых зубьев 7 в центральной части смонтирован погрузочный механизм, выполненный в виде клинового плунжера 25 (фиг. 1, 3, 4 и 11), который через жесткие тяги 26 соединен с цилиндром 27, закрепленным на продольных ребрах 28 (фиг.3) ленточного конвейера. В свою очередь продольные ребра 28 ленточного конвейера присоединены к каретке 8.

Посредством цилиндра 27 клиновой плунжер может совершать возвратно-поступательное перемещение на расстояние 200 - 500 мм, что обеспечивает надежную доставку горной массы от забоя до ленточного конвейера.

С целью уменьшения энергоемкости процесса перемещения горной массы в жестких тягах 26 могут быть встроены ударные узлы 29 и компенсаторы реактивной отдачи 30 (фиг. 1). При этом ударные узлы 29 энергетически подсоединены к системе питания рабочего хода цилиндра 27.

В качестве ударных узлов 29 могут использоваться гидравлические или пневматические ударники с энергией единичного удара 0.2 - 0.5 Дж, то есть небольшой, но достаточной для разрушения статических связей между кусками горной массы во время внедрения в завал.

При доставке, создавая условия для перемещения кусков породы, находящихся на поверхности клинового плунжера 25, ударные узлы 29 не работают.

Клиновой плунжер 25 с прямоугольной рабочей поверхностью (фиг. 1, 3, 11) в сторону движения в завал горной массы заострен, а со стороны доставки имеется подпорная стенка - плунжер 31 (фиг. 11).

Проведенными исследованиями установлено, что при высоте плунжера 50 - 100 мм и возвратно-поступательном перемещении на расстояние 200 мм можно эффективно транспортировать горную массу, имеющую в своем составе куски размером до 500 мм, что вполне приемлемо при работе проходческого щита.

Для избежания заштыбовки трассы движения клинового плунжера 25 и его подъема во время движения в клиновом плунжере 25 выполнены в боковых стенках окна 33 и имеется полость 32 (фиг. 11). Мелкая фракция горной массы, попадающая через зазор 34, зазор между клиновым плунжером 25 и пластиной 11, с выступом 35, выталкивается через отверстия 33 или накапливается в полости 32, а затем, при возвратно-поступательном перемещении клинового плунжера 25, сбрасывается в проем 4 на ленточный транспортер 2.

Погрузочные устройства проходческого щита работают следующим образом.

Отбойка горной массы в проходческом щите ведется известными техническими приемами и механизмами.

Отбитая горная масса располагается на рабочих пластинах 11 активных пластинчатых зубьев 7 (фиг. 1, 3, 4), погрузочный механизм включают в работу цилиндром 27. Усилия, создаваемые цилиндром 27, через щиток, жесткие тяги 26 передаются клиновому плунжеру 25. За счет этих усилий клиновой плунжер 25, скользя по рабочим пластинам 11, внедряется в навал горной массы. При этом движении куски горной массы поднимаются на высоту клинового плунжера 25, а затем плунжером 31 ссыпаются за торцевую поверхность клинового плунжера 25. После того, как будет исчерпан ход штока цилиндра 27, движение клинового плунжера 25 остановится и затем, автоматически переключившись, шток цилиндра 27 начнет совершать обратный ход. Куски горной массы, находящиеся за плунжерной поверхностью 31, будут перемещаться и ссыпаться им на конвейер 2, а также транспортироваться из проходческого щита. Куски горной массы, находящиеся на клиновой поверхности, будут перемещаться с ним, а освобождающийся объем будет заниматься горной массой, ссыпающейся с боковых поверхностей. По окончании хода штока цилиндра 27 в обратном направлении произойдет его автоматическое переключение на прямой ход. Клиновой плунжер 25 начнет внедряться в осыпавшуюся с боков горную массу. Клиновой плунжер 25 за счет усилий, развиваемых цилиндром 27, вновь пройдет под горной массой, которая после смены направления движения плунжером будет погружаться на конвейер 2. Так за счет возвратно-поступательных перемещений клинового плунжера 25 горная порода, находящаяся в центральной части, доставляется до конвейера 2 и транспортируется из забоя.

По мере удаления горной породы из центральной части в работу включаются ударные узлы 10 активных пластинчатых зубьев 7, при этом используется пульт управления. В одновременную работу можно включать любое необходимое число ударных узлов 10. За счет колебаний пластин 11 горная порода перемещается к центральной части и доставляется на конвейер работающим клиновым плунжером 25.

После отгрузки всей горной массы, находящейся на рабочих пластинах 11, включают в одновременную работу все ударные узлы 10, расположенные на всех активных пластинчатых зубьях 7, и, кроме того, включают цилиндры 9.

Создаваемые усилия цилиндрами 9 через штоки передаются каретке 8 с закрепленными на ней активными пластинчатыми зубьями 7. За счет усилия подачи цилиндра 9 и одновременной работы ударных узлов 10 происходит внедрение опорно-ножевой части корпуса в разрушенную горную породу. Затем производится отгрузка горной породы, оказавшейся на пластинчатых зубьях 7, по технологии, описанной выше.

После отгрузки горной массы щитовыми цилиндрами (щитовые цилиндры не показаны) щит передвигают и при этом осуществляется обратный ход цилиндров 9, кроме того, возвращение каретки 8 в исходное состояние. По завершении операции производится отгрузка горной массы и цикл повторяется.

Когда в жестких тягах 26 клинового плунжера 25 встроены ударные узлы 29 и компенсаторы реактивной отдачи 30, доставка горной массы аналогична. Работа устройства отличается только тем, что во время перемещения клинового плунжера 25 в навал горной массы в работу включаются ударные узлы 29, которые способствуют движению клинового плунжера 25, уменьшая сопротивление за счет разрушения статических связей между отдельными кусками. При обратном движении клинового плунжера 25 ударные узлы 29 не работают. Процесс обратного движения клинового плунжера 25 подобен описанному выше.

Формула изобретения

1. Погрузочное устройство проходческого щита, включающее корпус, щитовые домкраты, ленточный конвейер, защитную обшивку корпуса, в проеме которой установлена приемная часть ленточного конвейера, имеющего продольные ребра с поперечным фланцем, механизм погрузки с цилиндрами подачи, опорно-ножевую часть корпуса щита, отличающееся тем, что опорно-ножевая часть выполнена из группы активных пластинчатых зубьев с индивидуальными виброударными узлами, выполненными в виде пластин, заканчивающимися зубьями со стороны забоя, а с противоположной стороны снабженными элементами упругого закрепления на каретке с полозьями, взаимодействующими при перемещении с внутренней поверхностью корпуса щита и также самой каретки, снабженной гидроцилиндрами, закрепленными на поперечном фланце корпуса, а над рабочей поверхностью пластинчатых зубьев, в центральной части, смонтирован погрузочный механизм, выполненный в виде клинового плунжера, который через жесткие тяги соединен с цилиндрами, закрепленными на продольных ребрах ленточного конвейера, продольные ребра соединены с кареткой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в жестких тягах клинового плунжера встроены ударные узлы и компенсатор реактивной отдачи, причем ударные узлы энергетически подсоединены к системе питания рабочего хода цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11