Врубовая машина
Изобретение предназначено для создания туннелей или подземных дорог и, в частности, для разработки месторождений. Врубовая машина, предназначенная для создания туннелей или подземных дорог, содержит опорную конструкцию, первый и второй режущие узлы. Каждый из режущих узлов содержит режущую головку, выполненную с возможностью вращения, и установочный узел, присоединяющий режущую головку к опорной конструкции с обеспечением возможности перемещения режущей головки относительно опорной конструкции, при этом установочный узел имеет первую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной первой поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в боковом направлении относительно опорной конструкции. Установочный узел имеет вторую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной второй поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в направлении вверх и вниз относительно опорной конструкции, при этом каждая режущая головка содержит режущие блоки, каждый из которых содержит вал, выполненный с возможностью вращения и имеющий центральную продольную ось, и нож, установленный на указанном валу и содержащий дисковое полотно и вставки для абразивной обработки горной породы, причем указанные вставки установлены в радиально периферийной части дискового полотна и выступают из него в наружном направлении. Центральная продольная ось каждой из по меньшей мере некоторых вставок расположена под первым углом относительно первой базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала, причем указанный первый угол больше или равен 20º и меньше или равен 34º. Дисковое полотно имеет заглубленную нижнюю сторону для уменьшения фрикционного взаимодействия между диском и поверхностью горной породы во время операции резания, и нижняя сторона дискового полотна имеет первую наклонную кольцевую поверхность, проходящую под наклоном внутрь дискового полотна от радиально периферийной части диска по направлению к центральной оси вала. Указанная первая наклонная кольцевая поверхность расположена под вторым углом больше или равным 2º относительно второй базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала. Радиально периферийная часть дискового полотна имеет первую кольцевую поверхность, проходящую под наклоном внутрь и вверх по направлению к центральной продольной оси, при этом первая кольцевая поверхность образует третий угол с третьей базовой осью, проходящей параллельно центральной продольной оси вала, причем указанный третий угол больше или равен 5º. Достигаемый технический результат - создание надежной врубовой машины, работающей в режиме «нижней зарубки» в соответствии с двухступенчатой операцией резания. 6 з.п. ф-лы, 11 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к врубовой машине для горной породы, предназначенной для создания туннелей или подземных дорог и в частности, хотя не исключительно, к машине для нижней зарубки, в которой вращающиеся головки могут поворачиваться в боковом наружном направлении и перемещаться вверх и вниз во время резания при проходе вперед. Указанная машина особенно хорошо подходит для разработки месторождений. Данное изобретение также относится к ножу режущего узла, применяемого во врубовой машине.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Разработано множество различных типов экскаваторных машин для вырубки штреков, туннелей, подземных дорог и т.п., в которых вращаемая головка установлена на рычаге, который, в свою очередь, с возможностью перемещения установлен на главной раме с обеспечением создания заданного профиля сечения туннеля. В патентных документах WO 2012/156841, WO 2012/156842, WO 2010/050872, WO 2012/156884, WO 2011/093777 и DE 202111050143 U1 описаны машины для фрезерной резки породы и минералов, в которых вращающаяся режущая головка с усилием входит в контакт с поверхностью горной породы при опоре на подвижный рычаг. В частности, в патентном документе WO 2012/156884 описана режущая часть машины, в которой вращаемые головки могут подниматься и опускаться вертикальным образом и отклоняться в боковом направлении на небольшой угол, стремясь усилить режущее действие.
В патентном документе WO 2014/090589 описана машина для проходки туннелей, дорог и т.п., в которой режущие головки выполнены с возможностью перемещения с обеспечением врезания в плоскость горной выработки по поворотной дугообразной траектории резания. В патентном документе US 2003/0230925 описан экскаватор для скальных пород, на режущей головке которого установлены кольцевые дисковые ножи, подходящие для работы в режиме нижней зарубки.
Однако обычные врубовые машины не оптимизированы для резания твердой горной породы, крепость которой составляет обычно более 120 МПа, с созданием при этом туннеля или подземной полости с заданной конфигурацией сечения безопасным и надежным образом. В патентном документе WO 2016/055087 описана машина такого типа, который обеспечивает решение некоторых из указанных проблем, однако авторами изобретения было установлено, что ножи, применяемые в данной машине, не так хорошо оптимизированы для врубовой машины, как могли бы быть.
Другая проблема, связанная с известными врубовыми машинами, заключается в том, что во время операции резания ножи подвержены воздействию больших усилий. Таким образом, ножи должны быть достаточно прочными и надежными для сохранения их конструктивной целостности и минимизации при этом износа ножей. Авторами изобретения было установлено, что известные ножи недостаточно оптимизированы для того, чтобы обеспечить компромиссное решение с точки зрения прочности ножей и свести при этом к минимуму их износ, обусловленный фрикционным взаимодействием с горной породой. Соответственно, существует необходимость в создании нового ножа, который обеспечивает решение указанных проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью данного изобретения является создание врубовой машины для формирования туннелей и подземных дорог, которая специально предназначено для резания твердой горной породы, например, крепостью более 120 МПа, управляемым и надежным способом, то есть машины, способной выполнять разработку месторождений. Еще одной целью является создание врубовой машины, которая может создать туннель с переменной площадью сечения в пределах максимального и минимального диапазона резания. Еще одной целью является создание врубовой (экскаваторной) машины, работающей в режиме «нижней зарубки» в соответствии с двухступенчатой операцией резания. Еще одной целью является создание ножа, который имеет оптимизированные геометрические параметры резания для врубовой машины. Еще одной целью является создание ножа, который имеет оптимизированные геометрические параметры для обеспечения баланса между прочностью ножа и уменьшением его износа.
По меньшей мере некоторые из указанных целей достигаются путем создания врубовой машины, содержащей режущие узлы, каждый из которых содержит режущую головку, установленную с возможностью вращения и присоединенную к опорной конструкции с помощью установочного узла. Каждый установочный узел выполнен с обеспечением возможности поворота соответствующей ему режущей головки в направлении вверх и вниз, а также в стороны в боковом направлении относительно опорной конструкции. В частности, каждый установочный узел содержит опору, которая шарнирно прикреплена к указанной опорной конструкции и на которой с помощью соответствующей дополнительной шарнирной опоры установлен рычаг, так что каждая режущая головка может поворачиваться вокруг двух поворотных осей. Заданный диапазон перемещения каждой головки в результате расположения двух поворотных осей поперечным образом (в том числе перпендикулярно) относительно друг друга и разнесения их в продольном направлении машины, между передним и задним концами.
Преимущественно режущие головки содержат дискообразные роликовые ножи, распределенные в окружном направлении по периметру каждой головки для образования вруба или прохода в поверхности горной породы, когда головки приводятся в движение вокруг соответствующих поворотных осей. В этом случае головки могут быть подняты вертикально с обеспечением преодоления сравнительно низкой прочности нависающей горной породы на разрыв и ее разрушения под действием силы и энергии, которая намного меньше по сравнению с более распространенным компрессионным режущим действием, обеспечиваемым резцами и т.п. Преимущественно каждый нож содержит дисковое полотно и набор твердых вставок для абразивной обработки горной породы. Вставки расположены с обеспечением оптимизации режущего воздействия врубовой машины.
По меньшей мере некоторые из указанных целей достигаются путем создания ножа, содержащего дисковое полотно и набор твердых вставок для абразивной обработки горной породы. Вставки расположены с обеспечением оптимизации режущего действия врубовой машины. Нож имеет заглубленную нижнюю сторону для минимизации величины трения между ножом и поверхностью горной породы во время операции резания.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения предложена врубовая машина, предназначенная для создания туннелей или подземных дорог и т.п. Врубовая машина содержит опорную конструкцию, имеющую участки, обращенные в целом вверх, вниз, вперед и вбок, и первый и второй режущие узлы, каждый из которых содержит режущую головку, выполненную с возможностью вращения, и установочный узел, присоединяющий режущую головку к опорной конструкции с обеспечением возможности перемещения указанной головки относительно опорной конструкции, при этом установочный узел имеет первую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной первой поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в боковом направлении относительно опорной конструкции, и вторую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной второй поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в направлении вверх и вниз относительно опорной конструкции. Каждая режущая головка содержит режущие блоки, каждый из которых содержит вал, выполненный с возможностью вращения и имеющий центральную продольную ось, и нож, установленный на указанном валу и содержащий дисковое полотно и вставки для абразивной обработки горной породы, причем указанные вставки установлены в радиально периферийной части дискового полотна и выступают из него в наружном направлении, при этом центральная продольная ось каждой из по меньшей мере некоторых вставок расположена под углом α относительно базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала.
Преимущественно в предпочтительных вариантах выполнения значение угла α больше или равно 20° и меньше или равно 34°. В ходе подробных экспериментов авторами изобретения было установлено, что расположенные таким образом вставки обеспечивают наилучшую эффективность резания для врубовой машины данного типа, выполняющей режущие перемещения в боковом направлении и в направлении вверх и вниз.
Первый и второй режущие узлы выполнены с возможностью работы независимо друг от друга. Первая и вторая режущие головки выполнены с возможностью перемещения независимо друг от друга. Режущие блоки распределены по окружной кромке каждой режущей головки. Как правило, каждая режущая головка содержит по меньшей мере 4 режущих блока. Каждая режущая головка обычно содержит не более 20 режущих узлов. Режущие блоки предпочтительно распределены вокруг делительной окружности на режущей головке.
В предпочтительных вариантах выполнения угол α меньше или равен 32°, предпочтительно меньше или равен 31°, более предпочтительно меньше или равен 30° и еще более предпочтительно меньше или равен 29°. В предпочтительных вариантах выполнения угол α больше или равен 21°, предпочтительно больше или равен 22°, более предпочтительно больше или равен 23° и еще более предпочтительно больше или равен 24. Авторами изобретения было определено, что особенно предпочтительный диапазон значений для угла α составляет от 24° до 28°. Авторами изобретения было установлено, что данные углы резания являются особенно эффективными, в частности угол α, составляющий примерно 28°.
Каждый режущий блок содержит вал. Вал установлен в подшипниках, которые поддерживают его при вращении. Вал имеет фланец. Нож установлен на валу. Дисковое полотно имеет верхнюю сторону. Во время операции резания верхняя сторона обращена от поверхности горной породы. Верхняя сторона обращена в направлении фланца вала. Как правило, верхняя сторона является по существу плоской или имеет по существу плоский участок. В предпочтительных вариантах выполнения верхняя сторона примыкает к фланцу вала.
В предпочтительных вариантах выполнения дисковое полотно имеет заглубленную нижнюю сторону для уменьшения фрикционного взаимодействия между диском и поверхностью горной породы во время операции резания. Уменьшение фрикционного взаимодействия между нижней стороной диска и поверхностью горной породы уменьшает износ ножа. Нижняя сторона расположена по существу напротив верхней стороны диска. Во время операции резания нижняя сторона обращена к поверхности горной породы.
В предпочтительных вариантах выполнения нижняя сторона диска имеет наклонную кольцевую поверхность, которая проходит под наклоном внутрь дискового полотна от радиально периферийной части диска по направлению к центральной оси вала. Когда диск находится в по существу горизонтальном положении и нижняя сторона обращена вниз, указанная наклонная кольцевая поверхность проходит под наклоном вверх и внутрь от периферийной части диска, предпочтительно от нижней кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения максимальный диаметр наклонной кольцевой поверхности находится в периферийной и/или нижней части диска.
В предпочтительных вариантах выполнения наклонная кольцевая поверхность расположена под углом γ относительно базовой оси. Базовая ось проходит перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала. Угол γ больше или равен 2°, предпочтительно больше или равен 4°, более предпочтительно больше или равен 6° и еще более предпочтительно больше или равен 8°. Обычно угол γ меньше или равен примерно 20°. Желательно иметь относительно небольшой угол наклона, чтобы максимально увеличить количество материала, примыкающего к вставкам, для получения прочного режущего диска. Авторами изобретения было определено, что наклон под углом приблизительно 6°-10°, предпочтительно около 8°, обеспечивает хороший компромисс между уменьшением трения с одной стороны и прочностью диска с другой стороны.
В предпочтительных вариантах выполнения радиально периферийная часть дискового полотна имеет первую кольцевую поверхность, которая проходит под наклоном внутрь и вверх по направлению к центральной продольной оси. Первая кольцевая наклонная поверхность уменьшает трение между диском и поверхностью горной породы во время операции резания. Предпочтительно указанная поверхность проходит под наклоном в направлении внутрь и вверх от окружной кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения окружная кромка диска соответствует максимальному диаметру диска. Однако вставки при этом выходят наружу за пределы максимального диаметра дискового полотна.
В предпочтительных вариантах выполнения первая кольцевая поверхность образует угол β с базовой осью, которая параллельна центральной продольной оси вала. Угол β больше 0°, предпочтительно больше или равен 5°, более предпочтительно больше или равен 10° и еще более предпочтительно больше или равен 15°. Желательно иметь относительно небольшой угол β, чтобы максимально увеличить количество материала, примыкающего к вставкам, для получения прочного режущего диска. Однако чем меньше угол β, тем больше величина трения между диском и поверхностью горной породы во время операции резания. В предпочтительных вариантах выполнения угол β меньше или равен 65°, предпочтительно меньше или равен 60°, более предпочтительно меньше или равен 55° и еще более предпочтительно меньше или равен 50°. Авторами изобретения было установлено, что наклон, составляющий от примерно 35° до 45°, в частности примерно 40°, обеспечивает хороший компромисс между уменьшением трения с одной стороны и прочностью диска с другой стороны.
В предпочтительных вариантах выполнения радиально периферийная часть имеет вторую наклонную кольцевую поверхность. Как правило, по меньшей мере некоторые вставки, а предпочтительно все вставки, выступают в наружном направлении от второй наклонной кольцевой поверхности. Вторая наклонная кольцевая поверхность является нижней поверхностью. То есть указанная поверхность расположена ниже первой наклонной кольцевой поверхности, когда дисковое полотно ориентировано горизонтально и нижняя сторона обращена вниз. Первая наклонная кольцевая поверхность является верхней поверхностью относительно второй наклонной кольцевой поверхности. В предпочтительных вариантах выполнения первая и вторая наклонные кольцевые поверхности сходятся в направлении окружной кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения окружная кромка соответствует максимальному радиусу дискового полотна. Следует понимать, что вставки выходят за пределы окружной кромки диска в радиально наружном направлении. В предпочтительных вариантах выполнения наклонная кольцевая поверхность, образованная в нижней стороне дискового полотна, и вторая наклонная кольцевая поверхность, образованная в радиально периферийной части дискового полотна, сходятся в направлении самой нижней кромки дискового полотна.
В предпочтительных вариантах выполнения каждый установочный узел содержит опору, установленную с возможностью поворота относительно опорной конструкции при помощи первой поворотной оси, которая расположена по существу вертикально относительно участков, обращенных вверх и вниз, так что каждая опора выполнена с возможностью поворота в сторону в боковом направлении относительно участков, обращенных вбок. В предпочтительных вариантах выполнения каждый установочный узел содержит по меньшей мере одно исполнительное устройство опоры, обеспечивающее независимое перемещение каждой опоры относительно опорной конструкции. В предпочтительных вариантах выполнения каждый установочный узел содержит рычажный узел, шарнирно прикрепленный к опоре при помощи второй поворотной оси, ориентированной в направлении, проходящем поперечно, в том числе перпендикулярно, поворотной оси каждой опоры, с обеспечением возможности поворота рычага независимым образом относительно опоры в направлении вверх и вниз относительно участков, обращенных вверх и вниз. В предпочтительных вариантах выполнения каждый установочный узел содержит по меньшей мере одно исполнительное устройство рычага, обеспечивающее независимое поворотное перемещение рычага относительно опоры. Это обеспечивает плавающее режущее действие, дающее возможность разработки новых горных выработок.
В предпочтительных вариантах выполнения каждая режущая головка, выполненная с возможностью вращения, установлена в направлении свободного конца соответствующего ей рычага, и выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси, проходящей по существу поперечно поворотной оси каждого рычага. Предпочтительно режущие блоки обеспечивают работу в режиме нижней зарубки.
Конфигурация каждой головки, обеспечивающая режим нижней зарубки, является преимущественной для разрушения горной породы с меньшим усилием и, в свою очередь, обеспечения более эффективной операции резания при меньшем потреблении энергии. Предпочтительно машина содержит набор ножей, установленных с возможностью независимого вращения на каждой вращаемой режущей головке. Предпочтительно ножи представляют собой в целом кольцевые ножи, каждый из которых имеет в целом кольцевую режущую кромку или расположенные рядами режущие кромки для обеспечения работы в режиме нижней зарубки. Более предпочтительно ножи установлены в зоне периметра каждой режущей головки так, что они окружают каждую режущую головку в окружном направлении. Такая конфигурация является преимущественной для обеспечения работы машины в режиме нижней зарубки, при котором ножи сначала создают вруб или канавку, проходящую в целом горизонтально в поверхности горной породы. Затем ножи могут быть перемещены вверх для разрушения горной породы путем преодоления сил натяжения непосредственно над врубом или канавкой. Обеспечена более эффективная операция резания, для выполнения которой требуется меньшее усилие и меньшее потребление энергии. Предпочтительно ножи установлены в по существу цилиндрических корпусах и имеют в целом кольцевые режущие кромки, распределенные по периметру режущей головки. Каждая в целом круговая режущая кромка соответствующим образом расположена бок о бок по окружности режущей головки, при этом каждая режущая кромка представляет собой оконечную часть каждого поворотного рычага. Предпочтительно расположение осей вращения ножей относительно поворотной оси соответствующей режущей головки является одинаковым, так что все соответствующие режущие кромки ориентированы в одном и том же положении вокруг режущей головки.
По меньшей мере некоторые режущие диски, а предпочтительно все режущие диски, выполнены с возможностью свободного вращения. То есть по меньшей мере некоторые, а предпочтительно все режущие диски не приводятся во вращение напрямую независимым образом под действием источника движения. Вместо этого все режущие диски прикреплены к корпусу режущей головки. Корпус режущей головки выполнен с возможностью вращения и, как правило, приводится в действие двигателем. Таким образом, режущие дисковые полотна вращаются вместе с корпусом режущей головки. Однако при этом каждое режущее дисковое полотно выполнено с возможностью свободного вращения относительно корпуса режущей головки. Таким образом, режущие диски вращаются относительно корпуса режущей головки в ответ на фрикционное взаимодействие с поверхностью горной породы.
В предпочтительных вариантах выполнения каждое исполнительное устройство рычага содержит узел планетарной передачи, установленный в месте сочленения, в котором каждый рычаг поворачивается относительно каждой опоры. Машина может содержать обычную планетарную передачу, например типа Wolfram, имеющую высокое передаточное отношение. Узел планетарной передачи установлен внутри каждого рычага так, что конструкция режущего устройства является максимально компактной.
В предпочтительных вариантах выполнения каждое исполнительное устройство рычага содержит по меньшей мере один первый приводной двигатель для обеспечения поворотного перемещения рычага относительно опоры. Предпочтительно машина содержит два приводных двигателя для приведения каждого из первого и второго рычагов в движение вокруг их поворотной оси при помощи соответствующих планетарных передач. Предпочтительно соответствующие приводные двигатели установлены внутри каждого рычага и соединены с каждым рычагом при помощи узла планетарной передачи и/или промежуточной приводной трансмиссии.
В предпочтительных вариантах выполнения каждый режущий узел содержит по меньшей мере один второй приводной двигатель для обеспечения вращения режущей головки относительно рычага. В некоторых вариантах выполнения каждая головка содержит два приводных двигателя, установленных сбоку каждого рычага. Такая конфигурация является преимущественной для поворота каждого приводного двигателя вместе с каждой режущей головкой и для обеспечения прямого привода с минимальной промежуточной передачей.
В предпочтительных вариантах выполнения каждое исполнительное устройство опоры содержит гидравлическое линейное исполнительное устройство. Предпочтительно каждое исполнительное устройство опоры содержит линейный гидравлический цилиндр, расположенный на боковых сторонах опорной конструкции и присоединенный с обеспечением его прохождения между салазками и приводным фланцем, проходящим в боковом направлении наружу от каждой опоры. Такая конфигурация является преимущественной с точки зрения минимизации общей ширины устройства при одновременном обеспечении эффективного механизма для поворота каждой опоры и, соответственно, каждого рычага в сторону в боковом направлении.
В предпочтительных вариантах выполнения опорная конструкция содержит главную раму и механизированные салазки, установленные на главной раме с возможностью перемещения для их скольжения в переднем направлении резания, выполняемого машиной, относительно главной рамы. Машина может дополнительно содержать «полозья» или направляющие рельсы для минимизации пробуксовки салазок по главной раме. Предпочтительно машина содержит по меньшей мере один механизированное линейное исполнительное устройство для обеспечения перемещения салазок вперед и назад относительно главной рамы. Следует понимать, что салазки могут быть выполнены с возможностью перемещения в машине в осевом/про до льном направлении при помощи различных исполнительных механизмов, в том числе устройств реечной передачи, ременных приводных устройств, зубчатых устройств и т.п. Предпочтительно опоры и рычаги установлены на салазках, при этом все опоры и рычаги выполнены с возможностью совместного перемещения в направлении вперед и назад.
В предпочтительных вариантах выполнения каждая режущая головка установлена на салазках при помощи соответствующих рычага и опоры с обеспечением возможности ее продвижения в переднем направлении резания. Как вариант, салазки могут быть расположены с обеспечением их работы в продольном направлении между опорами и каждым из соответствующих рычагов. То есть каждый рычаг может быть выполнен с возможностью скольжения в осевом переднем направлении относительно каждой опоры при помощи одного или нескольких исполнительных устройств. Как вариант, каждый рычаг соединен с соответствующей опорой при помощи соответствующего сдвигающего исполнительного устройства так, что все рычаги имеют возможность независимого сдвига относительно друг друга. Как вариант, каждый рычаг может быть выполнен с возможностью сдвига в направлении вперед и назад относительно соответствующей опоры при помощи механизма согласованного и параллельного сдвига.
В предпочтительных вариантах выполнения каждый рычаг выполнен с возможностью поворота в направлении вверх и вниз на угол до 180°, а каждая опора выполнена с возможностью поворота в сторону в боковом направлении на угол до 90°. Как вариант, каждый рычаг может быть выполнен с возможностью поворота в диапазоне до 155°. Как вариант, первая и вторая опоры выполнены с возможностью поворота в сторону в боковом направлении на угол до 90°. Как вариант, опоры могут выполнены с возможностью поворота на угол до 20° в сторону в боковом направлении. Такая конфигурация обеспечивает управление формой профиля и исключает какие-либо разрезы или гребни, которые в противном случае остались бы на своде и полу сформированного туннеля.
В предпочтительных вариантах выполнения машина содержит гусеничные ленты или колеса, установленные на главной раме для обеспечения возможности перемещения машины в направлении вперед и назад. Гусеничные ленты или колеса обеспечивают возможность продвижения устройства вперед и назад внутри туннеля при маневрировании как к поверхности резания, так и от нее между операциями резания, а также продвижения вперед во время операций резания в ходе цикла резания с продвижением, в котором также используются скользящие салазки.
В предпочтительных вариантах выполнения машина дополнительно содержит элементы для взаимодействия с полом и потолком, установленные на главной раме, при этом по меньшей мере элементы для взаимодействия с полом выполнены с возможностью выдвижения и втягивания соответственно для подъема и опускания машины в направлении вверх и вниз. Элементы для взаимодействия обеспечивают расклинивание машины на месте между потолком и полом туннеля с созданием точек крепления, в которые машина может упираться для обеспечения возможности врезания ножей в поверхность горной породы.
В предпочтительных вариантах выполнения машина дополнительно содержит первый конвейер для выноса материала, предназначенный для перемещения вырубленного материала в направлении назад от первой и второй режущих головок, и загребающую головку, предназначенную для направления вырубленного материала на указанный конвейер и расположенную сзади за по меньшей мере одной из первой и второй режущих головок. Машина соответственно выполнена с возможностью транспортировки материала в направлении назад от поверхности забоя для обеспечения беспрепятственного перемещения вперед с врезанием в горную породу.
В предпочтительных вариантах выполнения машина дополнительно содержит блок управления, выполненный с возможностью разъемного присоединения к машине, причем блок управления содержит рабочие компоненты для питания по меньшей мере исполнительных устройств первых и вторых опор и рычагов, а также содержит второй конвейер, предназначенный для приема материала с указанного первого конвейера и выгрузки материала в местоположение, находящееся позади машины и блока управления. Предпочтительно блок управления соединен с машиной разъемным образом для обеспечения возможности его выдвижения и втягивания в переднем и заднем направлениях вместе с врубовой машиной. Предпочтительно блок управления подвешен над полом туннеля при помощи соответствующих связей с устройством. Блок управления может содержать взаимодействующие с грунтом опорные элементы, расположенные в задней и/или передней части. Как вариант, блок управления может быть выполнен с возможностью прикрепления на своем заднем конце к транспортному средству для сбора и выгрузки материала и с возможностью присоединения на своем переднем конце к врубовой машине.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения предложен нож для режущего блока, используемого во врубовой машине, предназначенной для создания туннелей или подземных дорог, причем указанный нож содержит дисковое полотно, имеющее нижнюю сторону, верхнюю сторону, расположенную по существу напротив указанной нижней стороны, радиальную периферийную часть и центральную ось, расположенную по существу перпендикулярно плоскости диска; вставки для абразивной обработки горной породы, установленные в указанной радиально периферийной части дискового полотна и выступающие из него наружу для взаимодействия с горной породой во время выполнения нижней зарубки, при этом центральная продольная ось каждой из по меньшей мере некоторых вставок расположена под углом α относительно базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной оси диска, причем угол α больше или равен 20° и меньше или равен 34°.
В предпочтительных вариантах выполнения нижняя сторона выполнена заглубленной для уменьшения фрикционного взаимодействия между дисковым полотном и поверхностью горной породы во время выполнения нижней зарубки.
В предпочтительных вариантах выполнения дисковое полотно является кольцевым.
В предпочтительных вариантах выполнения угол α меньше или равен 32°, предпочтительно меньше или равен 31°, более предпочтительно меньше или равен 30° и еще более предпочтительно меньше или равен 29°. В предпочтительных вариантах выполнения угол α больше или равен 21°, предпочтительно больше или равен 22°, более предпочтительно больше или равен 23° и еще более предпочтительно больше или равен 24°. Авторами изобретения было определено, что особенно предпочтительный диапазон значений для угла α составляет от 24° до 28°. Авторами изобретения было установлено, что данные углы резания являются особенно эффективными, в частности угол α, составляющий примерно 28°.
Диск имеет верхнюю сторону. Во время операции резания верхняя сторона обращена от поверхности горной породы. Верхняя сторона обращена в направлении фланца вала. Верхняя сторона является по существу плоской или имеет по существу плоский участок. В предпочтительных вариантах выполнения верхняя сторона примыкает к фланцу вала. Диск имеет нижнюю сторону, которая расположена по существу напротив верхней стороны. Во время операции резания нижняя сторона обращена к поверхности горной породы.
В предпочтительных вариантах выполнения нижняя сторона диска представляет собой наклонную кольцевую поверхность, которая проходит под наклоном внутрь от радиально периферийной части диска по направлению к центральной оси диска. Когда диск находится в по существу горизонтальном положении и нижняя сторона обращена вниз, указанная наклонная кольцевая поверхность проходит под наклоном вверх и внутрь от периферийной части диска, предпочтительно от нижней кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения максимальный диаметр наклонной кольцевой поверхности находится в периферийной и/или нижней части диска.
В предпочтительных вариантах выполнения наклонная кольцевая поверхность расположена под углом γ относительно базовой оси. Базовая ось проходит перпендикулярно в наружном направлении от центральной оси диска. Угол γ больше или равен 2°, предпочтительно больше или равен 4°, более предпочтительно больше или равен 6° и еще более предпочтительно больше или равен 8°. Обычно угол γ меньше или равен примерно 20°. Желательно иметь относительно небольшой угол наклона, чтобы максимально увеличить количество материала, примыкающего к вставкам, для получения прочного режущего диска. Авторами изобретения было определено, что наклон под углом приблизительно 6°-10°, предпочтительно около 8°, обеспечивает хороший компромисс между уменьшением трения с одной стороны и прочностью диска с другой стороны.
В предпочтительных вариантах выполнения радиально периферийная часть диска имеет первую наклонную кольцевую поверхность, которая проходит под наклоном внутрь и вверх по направлению к центральной оси диска. В процессе операции резания первая наклонная кольцевая поверхность уменьшает трение между диском и поверхностью горной породы. Указанная поверхность проходит под наклоном в направлении внутрь и вверх от окружной кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения окружная кромка диска соответствует максимальному диаметру диска. Однако вставки при этом выходят наружу за пределы максимального диаметра дискового полотна.
В предпочтительных вариантах выполнения первая наклонная кольцевая поверхность образует угол β с базовой осью, которая параллельна центральной оси диска, причем угол β больше 0°, предпочтительно больше или равен 5°, более предпочтительно больше или равен 10° и еще более предпочтительно больше или равен 15°. Желательно иметь относительно небольшой угол β, чтобы максимально увеличить количество материала, примыкающего к вставкам, для получения прочного режущего диска. Однако чем меньше угол β, тем больше величина трения между диском и поверхностью горной породы во время операции резания. В предпочтительных вариантах выполнения угол β меньше или равен 65°, предпочтительно меньше или равен 60°, более предпочтительно меньше или равен 55° и еще более предпочтительно меньше или равен 50°. Авторами изобретения было установлено, что наклон, составляющий от примерно 35° до 45°, в частности примерно 40°, обеспечивает хороший компромисс между уменьшением трения с одной стороны и прочностью диска с другой стороны.
В предпочтительных вариантах выполнения радиально периферийная часть имеет вторую наклонную кольцевую поверхность, при этом по меньшей мере некоторые вставки, а предпочтительно все вставки, выступают в наружном направлении от второй наклонной кольцевой поверхности. Вторая наклонная кольцевая поверхность является нижней поверхностью относительно первой наклонной кольцевой поверхности. Первая наклонная кольцевая поверхность является верхней поверхностью относительно второй наклонной кольцевой поверхности. В предпочтительных вариантах выполнения первая и вторая наклонные кольцевые поверхности сходятся в направлении окружной кромки диска. В предпочтительных вариантах выполнения окружная кромка соответствует максимальному радиусу дискового полотна. Следует понимать, что вставки выходят за пределы окружной кромки диска в радиально наружном направлении. В предпочтительных вариантах выполнения наклонная кольцевая поверхность, образованная в нижней стороне дискового полотна, и вторая наклонная кольцевая поверхность, образованная в радиально периферийной части дискового полотна, сходятся в направлении самой нижней кромки дискового полотна.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения предложен режущий блок, предназначенный для прикрепления к режущей головке, которая используется во врубовой машине, предназначенной для создания туннелей или подземных дорог, причем указанный режущий узел содержит вал, по меньшей мере один опорный подшипник, поддерживающий вал, режущий диск, установленный на валу и выполненный в соответствии с любой конфигурацией, описанной в данном документе. Центральная ось режущего диска по существу совпадает с центральной продольной осью вала.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения предложена врубовая машина, предназначенная для создания туннелей или подземных дорог и т.п. и содержащая главную раму, имеющую участки, обращенные в целом вверх, вниз и вбок, механизированные салазки, установленные на главной раме с возможностью перемещения для их скольжения в переднем направлении резания, выполняемого машиной, относительно главной рамы, первый и второй рычаги, шарнирно прикрепленные к салазкам при помощи соответствующих поворотных осей, ориентированных в направлении, проходящем поперечно, в том числе перпендикулярно, продольной оси главной рамы с обеспечением возможности поворота каждого рычага независимо от других рычагов в направлении вверх и вниз относительно участков главной рамы, обращенных вверх и вниз, по меньшей мере одно исполнительное устройства первого и второго рычагов, обеспечивающее независимое поворотное перемещение первого и второго рычагов относительно друг друга и главной рамы, причем каждый из первого и второго рычагов содержит режущую головку, выполненную с возможностью вращения и установленную с возможностью перемещения в направлении вверх и вниз и продвижения в переднем направлении резания, причем каждая режущая головка выполнена с возможностью поворота вокруг своей оси, ориентированной с прохождением по существу поперечно соответствующим поворотным осям рычага, и содержит режущие блоки, при этом каждый режущий блок содержит вал, выполненный с возможностью вращения и имеющий центральную продольную ось, и режущий диск, установленный на валу, причем режущий диск содержит вставки для абразивной обработки горной породы, которые установлены в периферийной части диска и выступают из него в наружном направлении, при этом центральная продольная ось каждой из по меньшей мере некоторых вставок расположена под углом α относительно базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала, причем угол α больше или равен 20° и меньше или равен 34°.
В предпочтительных вариантах выполнения каждый из первого и второго рычагов установлен соответственно на первой и второй опорах, установленных с возможностью скольжения относительно главной рамы при помощи общего или соответствующего скользящего средства так, что каждая из первой и второй опор имеет возможность скольжения в сторону в боковом направлении относительно участков, обращенных вбок.
В предпочтительных вариантах выполнения каждая режущая головка, выполненная с возможностью вращения, содержит в целом кольцевой роликовый нож, причем каждый нож имеет в целом кольцевую режущую кромку или расположенные рядами режущие кромки для обеспечения работы в режиме нижней зарубки.
В предпочтительных вариантах выполнения каждый роликов нож выполнен с возможностью независимого вращения относительно соответствующей режущей головки.
В предпочтительных вариантах выполнения роликовые ножи представляют собой в целом кольцевые роликовые ножи, каждый из которых имеет в целом кольцевую режущую кромку или расположенные рядами режущие кромки для обеспечения работы в режиме нижней зарубки.
В предпочтительных вариантах выполнения каждое исполнительное устройство первого и второго рычагов содержит узел планетарной передачи, установленный в месте сочленения, в котором каждый рычаг поворачивается относительно соответствующей опоры.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже приведено описание конкретного варианта реализации данного изобретения, исключительно в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид в изометрии спереди передвижной врубовой машины, предназначенной для создания туннелей или подземных дорог и имеющей установленный спереди режущий блок и расположенный сзади блок управления, согласно конкретному варианту реализации данного изобретения,
фиг. 2 изображает вид в изометрии сзади врубовой машины, показанной на фиг. 1,
фиг. 3 изображает вид сбоку машины, показанной на фиг. 2,
фиг. 4 изображает увеличенный вид в изометрии спереди режущего блока машины, показанной на фиг. 3,
фиг. 5 изображает вид сверху врубовой машины, показанной на фиг. 4,
фиг. 6 изображает вид сбоку врубовой машины, показанной на фиг. 3,
фиг. 7 изображает вид спереди врубовой машины, показанной на фиг. 6,
фиг. 8 изображает продольный разрез режущего блока,
фиг. 9 изображает вид в изометрии режущего диска, входящего в состав режущего блока, показанного на фиг. 8, на котором показана поверхность режущего диска, входящая во взаимодействие с валом,
фиг. 10 изображает вид в изометрии режущего диска, входящего в состав режущего узла, показанного на фиг. 8, на котором показана нижняя сторона режущего диска, и
фиг. 11 изображает увеличенный вид в разрезе режущего диска, показанного на фиг. 9.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как изображено на фиг. 1-7, врубовая машина 100 содержит опорную конструкцию 800, на которой установлены режущие компоненты, предназначенные для врезания в поверхность 1000 горной породы или минерала для создания туннелей или подземных дорог. Машина 100 специально предназначена для работы в режиме нижней зарубки, при котором роликовые ножи 127, выполненные с возможностью вращения, могут врезаться в горную породу с образованием вруба или прохода, а затем поворачиваться вертикально вверх с обеспечением преодоления уменьшенной силы натяжения непосредственно над указанным врубом или проходом и разрушением горной породы. Соответственно, данная врубовая машина оптимизирована для врезания в горную породу или минерал при продвижении вперед с приложением меньшего усилия и энергии, как правило, необходимых для обычных ножей компрессионного типа, в которых используются режущие долота или резцы, установленные на вращающихся головках. Тем не менее, данная машина может быть выполнена с режущими головками других типов, отличных от описанных в данном документе и включающих, в частности, режущие головки с резцами или долотами, в которых каждый резец ориентирован в режущей головке под наклоном для обеспечения заданного угла атаки при резании.
Как изображено на фиг. 1-3, опорная конструкция 800 содержит главную раму 102. Главная рама 102 имеет боковые поверхности 302, ориентируемые по направлению к стене туннеля, обращенный вверх участок 300, ориентируемый по направлению к потолку туннеля, обращенный вниз участок 301, ориентируемый по направлению к полу туннеля, обращенный вперед конец 303, располагаемый обращенным к поверхности резания, и обращенный назад конец 304, располагаемый обращенным от поверхности резания.
Опорная конструкция содержит нижнюю каретку 109. Нижняя каретка 109 установлена в целом под главной рамой 102 и на ней, в свою очередь установлена пара гусеничных лент 103, приводимых в действие гидравлическим (или электрическим) двигателем для обеспечения перемещения машины 100 вперед и назад по грунту в режиме холостого хода. По сторонам 302 рамы в направлении заднего конца 304 установлена пара задних домкратных стоек 106 для взаимодействия с грунтом, которые выполнены с возможностью выдвижения и втягивания линейным образом относительно рамы 102. Рама 102 дополнительно содержит пару передних домкратных стоек 115, также установленных с каждой стороны 302 рамы в направлении переднего конца 303 и выполненных с возможностью выдвижения и втягивания для взаимодействия с полом туннеля. Путем приведения в действие стоек 106, 115 главная рама 102 и, в частности, ленты 103 могут быть подняты и опущены в направлении вверх и вниз с обеспечением подвешивания лент 103 над землей для позиционирования машины 100 в режиме резания. Вверх от главной рамы 102 на ее заднем конце 304 выступает пара захватов 105 для взаимодействия с кровлей, выполненных с возможностью выдвижения и втягивания линейным образом в направлении вверх и вниз при помощи цилиндров 116 управления. Таким образом, захваты 105 выполнены с возможностью подъема в положение контакта со сводом туннеля и в комбинации с возможностью выдвижения домкратных стоек 106, 115 обеспечивают расклинивание машины 100 в неподвижном положении между полом и сводом туннеля в режиме резания.
Опорная конструкция 800 содержит салазки 104. Салазки 104 установлены с возможностью скольжения наверху главной рамы 102 при помощи механизма 203 скольжения. Салазки 104 соединены с линейным гидравлическим цилиндром 201 так, что при возвратно-поступательном выдвижении и втягивании цилиндра 201 салазки 104 могут скользить линейным образом между передним и задним концами 303, 304 рамы.
В главной раме 102, между салазками 104 и блоком 105, 116 для захвата кровли относительно продольного направления машины, установлена пара блоков 107 штанговой крепи, приводимых в действие гидравлическим образом. Блоки 107 обеспечивают прикрепление сетчатой конструкции (не показана) к своду туннеля при продвижении машины 100 в переднем направлении резания. Машина 100 также содержит опорную конструкцию для сетки (не показана), установленную в целом над салазками 104 с обеспечением позиционного поддержания сетки непосредственно под кровлей до ее крепления на месте штанговой крепью.
Врубовая машина 100 содержит первый и второй режущие узлы 900. Первый режущий узел 900 содержит первую режущую головку 128 и первый установочный узел 902. Второй режущий узел 902 содержит вторую режущую головку 128 и второй установочный узел 902. Каждый из первого и второго установочных узлов 902 содержит опору 120. Каждая опора 120 шарнирно установлена на салазках 104 и выступает вперед из них непосредственно над передним концом 303 рамы. Опоры 102 в целом расположены на расстоянии друг от друга в боковом поперечном направлении машины 100 и выполнены с возможностью независимого поворота друг от друга в наружном боковом направлении относительно салазок 104 и главной рамы 102. Каждая опора 102 имеет передний конец 503 и задний конец 504, как показано на фиг. 5. На заднем конце 504 опоры выполнен первый монтажный фланец 118, обращенный в целом назад. От боковой поверхности салазок 104, непосредственно за первым фланцем 118, выступает в боковом наружном направлении соответствующий второй монтажный фланец 119. Между фланцами 118, 119 установлена пара линейных гидравлических цилиндров 117 проходящих так, что в результате их линейного выдвижения и втягивания каждая опора 120 может поворачиваться по существу в горизонтальной плоскости и в сторону в боковом направлении относительно сторон 302 рамы. Как показано на фиг. 4, каждая опора 120 установлена на салазках 104 при помощи поворотной штанги 404, проходящей в целом вертикально (когда машина 100 расположена на горизонтальном грунте) через салазки 104 и подвешенной в целом над передним концом 303 главной рамы. Таким образом, каждая опора 120 выполнена с возможностью поворота или разворота вокруг оси 400 поворота. Как показано на фиг. 5, каждая опора 120 также соединена с соответствующим внутренним гидравлическим цилиндром 500, установленным на внутреннем участке салазок 104 для взаимодействия с цилиндрами 117, установленными по бокам, с обеспечением поворота каждой опоры 120 в боковом направлении вокруг оси 400.
В соответствии с фиг. 4 и 5, поскольку соответствующие оси 400 поворота отстоят друг от друга в направлении ширины машины 100, опоры 120 могут поворачиваться во внутреннем направлении до крайнего внутреннего положения 501 и поворачиваться в боковом наружном направлении до крайнего наружного положения 502. Согласно конкретному варианту реализации угол между внутренним и наружным положениями 501, 502 при повороте составляет 20°.
В соответствии с фиг. 1-3 каждый установочный узел 902 содержит рычаг 121. Каждый рычаг шарнирно установлен в целом на переднем конце 503 соответствующей опоры 120. Каждая режущая головка 128 установлена с возможностью вращения на свободном дистальном конце соответствующего рычага 121. Каждая режущая головка 128 имеет дискообразную (в целом цилиндрическую) конфигурацию.
Каждая режущая головка 128 содержит 12 режущих блоков 700. Элементы режущих блоков 700 лучше всего видны на фиг. 8-11. Каждый режущий блок 700 содержит кожух 701, вал 703, первый подшипник 705, второй подшипник 707, третий подшипник 709 и нож 127, содержащий дисковое полотно 711 и набор 710 вставок. Вал 703 и, следовательно, диск имеют центральную продольную ось 704. Центральная ось 704 расположена по существу перпендикулярно плоскости диска. Вал 703 опирается на первый, второй и третий подшипники 705, 707, 709 и расположен с возможностью свободного вращения в указанных подшипниках. Вал 703 имеет фланец 713, расположенный в направлении нижнего конца 715 вала. Диск 711 прикреплен к нижнему концу 715 вала и поворачивается вместе с валом. Диск 711 присоединен к валу с помощью болтов 717. Болты 717 проходят через сквозные отверстия 719, образованные в плоскости диска 711, в резьбовые отверстия 721, выполненные во фланце 713. Диск 711 является кольцевым. Диск 711 имеет центральное сквозное отверстие 723. Диск 711 установлен на валу 703 так, что нижний конец 715 вала выступает через центральное сквозное отверстие 723. В кольцевом пространстве между наружной поверхностью 727 нижнего конца вала и внутренней поверхностью 729 кольцевого диска расположен муфтовый узел 725.
Диск 711 имеет верхнюю сторону 730, нижнюю сторону 732 и радиально периферийную часть 738.
Во время выполнения нижней зарубки верхняя сторона 730 обращена в целом в направлении рычагов 121 и от поверхности 1000 горной породы. Верхняя сторона 730 имеет верхнюю кольцевую поверхность 731, которая является по существу плоской. Верхняя поверхность 731 примыкает к фланцу 713.
Радиально периферийная часть 738 в целом представляет собой наружный кромочный участок диска. Радиально периферийная часть 738 имеет первую (верхнюю) кольцевую коническую поверхность 733, которая сходится на конус в направлении вверх и внутрь к верхней поверхности 731. Первая коническая поверхность 733 имеет максимальный диаметр у своей нижней кромки 734 и минимальный диаметр у своей верхней кромки 736. Радиально периферийная часть 738 имеет вторую (нижнюю) кольцевую коническую поверхность 735, которая сходится на конус в направлении вниз и внутрь от нижней кромки 734 первой конической поверхности, к своей нижней кромке 737. Таким образом, вторая кольцевая коническая поверхность 735 имеет максимальный диаметр у кромки 734 и минимальный диаметр у кромки 737. Кромка 734 соответствует максимальному диаметру диска 711.
Во время выполнения нижней зарубки нижняя сторона 732 обращена в целом к поверхности 1000 горной породы. Нижняя сторона 732 выполнена заглубленной для уменьшения величины трения между диском 711 и поверхностью 1000 горной породы. Следует понимать, что заглубленная сторона 732 может иметь множество других форм, например, указанная сторона 732 может иметь по существу вогнутую форму. В особенно предпочтительной конфигурации нижняя сторона 732 имеет кольцевую коническую поверхность 739, которая сходится на конус в направлении внутрь и вверх от нижней кромки 737 к верхней кромке 741. Таким образом, кольцевая коническая поверхность 739 имеет максимальный диаметр у нижней кромки 737 и минимальный диаметр у верхней кромки 741.
В кольцевой конической поверхности 735 просверлены отверстия 743. Количество отверстий выбирают в соответствии с областью применения. Как правило, в каждом диске 711 выполнено примерно 30-50 отверстий 743. В каждом отверстии 743 расположена вставка 710. На фиг. 10 изображен диск 711, имеющий 45 вставок 710. Каждая вставка 710 выступает из диска 711 в наружном направлении за пределы максимального диаметра 734 диска. Таким образом, описанный диаметр режущей головки 128 определяется степенью выступания вставок 710 за пределы диска. Вставки 710 изготовлены из твердого материала, такого как карбид вольфрама, и обеспечивают абразивную обработку горной породы при вращении режущей головки 128. Каждая вставка 710 имеет цилиндрическую основную часть, которая установлена внутри отверстия 743, и закругленную конусообразную вершину, выступающую в наружном направлении относительно поверхности 735.
Каждая вставка 710 имеет центральную продольную ось 745. Центральная продольная ось 745 вставки образует угол α с базовой осью 746, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси 704 вала (см. фиг. 11). Базовая ось 746 совпадает с плоскостью дискового полотна. Угол α определяет, каким образом результирующая сила резания, действующая на инструмент, будет распределена вдоль геометрии вставки 710 и перпендикулярно ей. Конфигурация, при которой α=0°, была бы оптимальной для перемещения, при котором происходит резание исключительно вертикальным врубанием, однако такая конфигурация не будет работать должным образом в фазе внедрения. Авторами изобретения было определено, что угол α должен быть больше нуля для обеспечения работы машины. По меньшей мере для некоторых вставок 710, а предпочтительно для каждой вставки 710 диска 711 угол α задан в диапазоне от 20° до 34°, предпочтительно от 24° до 28° и еще более предпочтительно около 28°. После проведения проверки по критерию значимости авторами изобретения было установлено, что указанные диапазоны углов обеспечивают наилучший суммарный режущий эффект для ножей 127 бурильной машины данного типа. В частности, с учетом диапазона перемещения режущих головок 128, обеспечиваемого врубовой машиной для горной породы данного типа.
Другие геометрические особенности диска 711 важны с точки зрения прочности и влияния трения со стороны горной породы во время операции резания. На фиг. 11 можно видеть, что поверхность 739 образует угол γ с базовой осью 747. Базовая ось 747 перпендикулярна центральной продольной оси вала 704. Базовая ось 747 совмещена с поверхностью 739. Базовая ось 747 проходит в радиально наружном направлении от центральной продольной оси 704 в местоположении, по существу находящемся на одной линии с нижней кромкой 737. Авторами изобретения было установлено, что, когда угол γ по существу равен 0°, взаимодействие между поверхностью 739 и горной породой является слишком сильным и вызывает значительный износ диска. Однако если угол γ слишком велик, количество материала, окружающего вставки 710, значительно уменьшено, что снижает прочность ножа 127. В результате проверки по критерию значимости авторами изобретения было определено, что угол γ должен быть больше 0°, и в идеальном случае его значение должно находиться в диапазоне от 3° до 13° для обеспечения компромиссного решения с точки зрения уменьшения трения при одновременном сохранении прочности диска. Особенно предпочтительный диапазон значений угла составляет от 6° до 10°, а особенно предпочтительным значением является примерно 8°.
Другой особенностью геометрии диска 711, которая важна для определения силы трения, действующей на диск 711 во время операции резания, является наклон второй конической поверхности 733. На фиг. 11 можно видеть, что вторая коническая поверхность 733 образует угол β с базовой осью 749, которая расположена параллельно центральной продольной оси 704. На фиг. 11 базовая ось 749 проходит вертикально вверх от поверхности 733, например от нижней кромки 734 поверхности, когда диск 711 находится в по существу горизонтальном положении и нижняя сторона 732 обращена вниз по направлению к грунту. Авторами изобретения было установлено, что, когда угол β по существу равен 0°, взаимодействие между поверхностью 733 и горной породой приводит к возникновению больших сил трения, и имеет место значительный износ диска 711. В результате проверки по критерию значимости авторами изобретения было определено, что угол β должен быть больше 0°, и в идеальном случае его значение должно находиться в диапазоне от 15° до 55° для уменьшения создаваемых сил трения при сохранении достаточной прочности вблизи вставок 710.
В особенно предпочтительной конфигурации ножа 127 α=28°, γ=8° и β=39,5°. Авторами изобретения установлено, что нож 127, имеющий указанные значения углов, очень хорошо сбалансирован во всем диапазоне режущих перемещений, выполняемых режущей головкой 128.
Размер режущего диска 711 выбирают в соответствии с областью применения. Предпочтительный максимальный диаметр диска, как правило, составляет около 17 дюймов (431, 8 мм).
Таким образом, в целом кольцевые или дисковые роликовые ножи 127 установлены по окружному периметру каждой головки 128 и имеют острую кольцевую режущую кромку, специально предназначенную для выполнения нижней зарубки по породу. Ножи 127 установлены с возможностью вращения независимым образом относительно друг от друга и головки 128 и в целом могут свободно вращаться вокруг собственной оси. Каждый нож 127 выступает в осевом направлении за пределы самой передней кольцевой кромки головки 128 так, что, когда рычаги 121 ориентированы с прохождением по существу вниз, роликовые ножи 127 являются самой нижней частью всего узла, состоящего из головки 128 и рычага 121.
Для каждого рычага 121 может быть предусмотрена такая длина, чтобы рычаг 121 был установлен на соответствующей опоре 120 своим проксимальным концом или в направлении указанного конца, а каждая головка 128 была установлена на дистальном конце рычага. В частности, внутри каждого рычага 121 установлена планетарная передача, обозначенная в целом номером 122 позиции. Каждая передача 122 предпочтительно представляет собой планетарную передачу типа Wolfrom и соединена с приводным двигателем 130 через цепь привода, обозначенную в целом номером 123 позиции. На боковых сторонах каждого рычага 121 установлена пара приводных двигателей 125, которые ориентированы приблизительно параллельно оси вращения каждой соответствующей режущей головки 128, как изображено на фиг. 7. Каждый рычаг 121 также содержит внутренний приводной и передаточный узел 124, соединенный с коробкой 126 передач, установленной на одном конце соответствующего приводного двигателя 125. Каждая режущая головка 128 присоединена с возможностью приведения в действие к приводным двигателям 125 при помощи соответствующего передаточного узла 124 для обеспечения вращения головки 128 вокруг оси 402.
Как изображено на фиг. 7, каждый рычаг 121 соединен с соответствующим двигателем 130, установленным на переднем конце салазок 104. Каждая планетарная передача 122 отцентрирована на поворотной штанге 405, имеющей ось 401 поворота, как показано на фиг. 4. Каждая ось 401 ориентирована в целом горизонтально, когда устройство 100 расположено на горизонтальном грунте. Соответственно, каждый рычаг 121 выполнен с возможностью поворота (относительно соответствующей опоры 120, салазок 104 и главной рамы 102) в направлении вверх и вниз (в вертикальной плоскости) при приведении в действие соответствующего двигателя 130. По существу, каждая режущая головка 128 и, в частности, роликовые ножи 127 могут быть подняты и опущены по дугообразной траектории 602, как показано на фиг. 6. В частности, каждый рычаг 121, головка 128 и ножи 127 могут быть повернуты между самым нижним положением 601 и самым верхним, поднятым положением 600, при этом угол между положениями 600, 601 составляет приблизительно 150°. При нахождении в самом нижнем положении 601 каждый роликовый нож 127 и, в частности, головка 128 подвешены в наклоненной ориентации так, что самый передний нож 127 расположен ниже, чем самый задний нож 127. Согласно конкретному варианту реализации данный угол наклона составляет 10°. Это является преимущественным с точки зрения врезания ножей 127 в поверхность горной породы при заданном угле атаки для создания начального вруба или канала в ходе первой стадии операции нижней зарубки. Кроме того, может быть обеспечен широкий диапазон перемещения режущих головок 128 по поверхности горной породы отчасти вследствие того, что ось 401 отделена от оси 400 и расположена впереди нее на расстоянии, соответствующем длине каждой опоры 120.
Таким образом, режущее перемещение машины 100 может рассматриваться, как включающее два основных субперемещения. Сначала имеет место неглубокое взаимодействие ножей 127А, 127В с поверхностью горной породы в направлении уровня дна шахты (часто называемое «первоначальным врубом») При этом глубина вруба увеличивается от нуля до нескольких миллиметров. На этой стадии каждое дисковое полотно 711 расположено приблизительно параллельно полу, и нижняя сторона 732 обращена к полу.
Затем рычаги 128 перемещают головку 128 вверх по поверхности 1000 горной породы. На данном этапе дисковые полотна 711 расположены по существу перпендикулярно полу или перемещаются по направлению к такой ориентации, при этом нижняя сторона 732 обращена в направлении поверхности 1000 горной породы. На данном этапе толщина вруба достигает максимума. Обычно данный этап называют «вертикальным врубанием». Этап вертикального врубания продолжается далее в цикле резания.
Как изображено на фиг. 4, поворотная ось 400 каждой опоры ориентирована в целом перпендикулярно поворотной оси 401 соответствующего рычага. Кроме того, ось 402 вращения каждой режущей головки 128 ориентирована в целом перпендикулярно поворотной оси 401 соответствующего рычага. Соответствующая ось 704 вращения каждого ножа 127 расположена под углом относительно оси 402 режущей головки с отклонением наружу в направлении вниз. В частности, ось 704 каждого роликового ножа ориентирована с обеспечением ее приближения к ориентации оси 402 вращения соответствующей режущей головки и поворотной оси 400 опоры относительно в целом перпендикулярной оси 401 вращения рычага.
Соответственно, каждая опора 120 выполнена с возможностью поворота в боковом наружном направлении в горизонтальной плоскости вокруг оси 400 этой опоры между крайними внутренним и наружным положениями 501, 502. Кроме того, как показано на фиг. 6, каждый соответствующий рычаг 121 выполнен с возможностью поворота в направлении вверх и вниз вокруг поворотной оси 401 рычага для подъема и опускания ножей 127 между крайними положениями 600, 601.
На переднем конце 303 главной рамы, непосредственно сзади каждой режущей головки 128 установлена загребающая головка 129. Загребающая головка 129 имеет типичную форму и конфигурацию с боковыми загрузочными лотками и в целом наклонной поверхностью, обращенной вверх и контактирующей с материалом, для приема и направления вырубленного материала назад от поверхности резания (и режущих головок 128). Машина 100 также содержит первый конвейер 202, проходящий в продольном направлении от загребающей головки 129 и выступающий в заднем направлении от заднего конца 304 рамы. Соответственно, материал, вырубленный из забоя, собирается головкой 129 и транспортируется назад вдоль устройства 100.
Как изображено на фиг. 1-3, на заднем конце 304 рамы с помощью шарнирного соединения 200 установлен блок 101 управления, выполненный с возможностью отсоединения. Блок 111 управления содержит кабину 110 для персонала (занимаемую оператором). Блок 111 также содержит электрический и гидравлический модуль 114 питания, предназначенный для управления различными гидравлическими и электрическими компонентами машины 100, связанными с поворотным перемещением опор 120 и рычагов 121 в дополнение к скользящему перемещению салазок 104 и приведению во вращение режущих головок 128.
Блок 101 управления дополнительно содержит второй конвейер 112, проходящий в целом в продольном направлении вдоль блока 101 и соединенный на своем самом переднем конце с самым задним концом первого конвейера 202. Блок 101 также содержит разгрузочный конвейер 113, выступающий в заднем направлении от заднего конца второго конвейера 112 с наклоном под углом вверх. Соответственно, вырубленный материал может быть перемещен в заднем направлении от режущих головок 128 вдоль конвейеров 202, 112 и 113 для погрузки в грузовик или другое транспортное средство.
При эксплуатации машина 100 расклинивается между полом и сводом туннеля при помощи домкратных стоек 106, 115 и захватов 105 для взаимодействия с кровлей. Затем салазки 104 могут быть перемещены в переднем направлении относительно главной рамы 102 для введения ножей 127 во взаимодействие с поверхностью горной породы. Режущие головки 128 вращаются с помощью двигателей 125 и образуют начальный вруб или проход в поверхности горной породы в самом нижнем положении. После этого первый рычаг 121 поворачивается вокруг оси 401 при помощи двигателя 130 для подъема ножей 127 вдоль траектории 602 с переходом ко второму этапу, на котором выполняется операция нижней зарубки. Затем первая опора 120 может быть повернута в сторону в боковом направлении путем поворота вокруг оси 400, в комбинации с вращением ножей 127 при их подъеме и опускании создавая углубление или карман в горной породе непосредственно перед первым рычагом 121 и опорой 120. Затем второй рычаг 121 и соответствующие ему головка 128 и ножи 127 приводятся в действие в соответствии с работой первого рычага 121, что предусматривает поворот как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Данное последующее двойное поворотное перемещение второго рычага 121 не зависит от начального двойного поворотного перемещения первого рычага 121. Поэтапность и последовательность поворота рычагов 121 вокруг осей 401, а также опор 120 вокруг осей 400 регулируются при помощи блока 101 управления. Ножи 127 оптимизированы для осуществления режущего действия и обеспечения компромисса между контактом ножей 127 с поверхностью 1000 горной породы при низком коэффициенте трения и прочностью ножей 127.
При достижении максимального переднего хода салазок 104 домкратные стойки 106, 115 втягиваются для обеспечения контакта гусеничных лент 103 с грунтом. Ленты 103 ориентированы в целом под наклоном (под углом приблизительно 10° относительно пола) так, что при их контакте с грунтом ножи 127 поднимаются вертикально, освобождая пол туннеля. Затем машина 100 может перемещаться вперед по с помощью лент 103. После этого домкратные стойки 106, 115 могут быть снова приведены в действие для подъема лент 103 с земли, а захваты 105 перемещены в контакт со сводом туннеля для повторения цикла резания. Над салазками 104 установлен самый передний захват 108 для взаимодействия с кровлей, обеспечивающий стабилизацию машины 100, когда салазки 104 продвигаются вперед при помощи линейного приводного цилиндра 201.
Несмотря на то что данное изобретение описано применительно к конкретным предпочтительным вариантам выполнения, следует понимать, что заявленное изобретение не ограничено такими конкретными вариантами выполнения. Кроме того, специалисту должно быть очевидно, что возможно выполнение модификаций вышеописанного варианта выполнения, находящихся в рамках объема изобретения.
Например, число режущих блоков 700, входящих в режущую головку 128, может быть различным. Как правило, режущая головка 128 содержит от 6 до 18 режущих узлов и предпочтительно от 8 до 16 режущих узлов.
Несмотря на то что на чертежах вставки 710 показаны с закругленным конусообразным выступающим профилем, возможны другие профили, например в форме резца.
1. Врубовая машина, предназначенная для создания туннелей или подземных дорог, содержащая опорную конструкцию, имеющую участки, обращенные в целом вверх, участки, обращенные в целом вниз, участки, обращенные в целом вперед, и участки, обращенные в целом вбок, первый и второй режущие узлы, каждый из которых содержит режущую головку, выполненную с возможностью вращения, и установочный узел, присоединяющий режущую головку к опорной конструкции с обеспечением возможности перемещения режущей головки относительно опорной конструкции, при этом установочный узел имеет первую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной первой поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в боковом направлении относительно опорной конструкции, и установочный узел имеет вторую поворотную ось, причем режущая головка выполнена с возможностью перемещения вокруг указанной второй поворотной оси с обеспечением перемещения головки по существу в направлении вверх и вниз относительно опорной конструкции, при этом каждая режущая головка содержит режущие блоки, каждый из которых содержит вал, выполненный с возможностью вращения и имеющий центральную продольную ось, и нож, установленный на указанном валу и содержащий дисковое полотно и вставки для абразивной обработки горной породы, причем указанные вставки установлены в радиально периферийной части дискового полотна и выступают из него в наружном направлении, при этом центральная продольная ось каждой из по меньшей мере некоторых вставок расположена под первым углом относительно первой базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала, причем указанный первый угол больше или равен 20º и меньше или равен 34º, причем дисковое полотно имеет заглубленную нижнюю сторону для уменьшения фрикционного взаимодействия между диском и поверхностью горной породы во время операции резания, и нижняя сторона дискового полотна имеет первую наклонную кольцевую поверхность, проходящую под наклоном внутрь дискового полотна от радиально периферийной части диска по направлению к центральной оси вала, при этом указанная первая наклонная кольцевая поверхность расположена под вторым углом относительно второй базовой оси, проходящей перпендикулярно в наружном направлении от центральной продольной оси вала, причем указанный второй угол больше или равен 2º, причем радиально периферийная часть дискового полотна имеет первую кольцевую поверхность, проходящую под наклоном внутрь и вверх по направлению к центральной продольной оси, при этом первая кольцевая поверхность образует третий угол с третьей базовой осью, проходящей параллельно центральной продольной оси вала, причем указанный третий угол больше или равен 5º.
2. Машина по п.1, в которой первый угол меньше или равен 29º.
3. Машина по п.1, в которой первый угол больше или равен 24º.
4. Машина по п.1, в которой третий угол меньше или равен 65º.
5. Машина по п.1, в которой радиально периферийная часть имеет вторую наклонную кольцевую поверхность, при этом каждая вставка выступает в наружном направлении от указанной второй наклонной кольцевой поверхности.
6. Машина по п.1, в которой по меньшей мере некоторые ножи, или все ножи, расположены с возможностью свободного вращения.
7. Машина по п.1, в которой каждый установочный узел содержит опору, установленную с возможностью поворота относительно указанной опорной конструкции при помощи первой поворотной оси, которая расположена по существу вертикально относительно участков, обращенных вверх, и участков, обращенных вниз, так, что каждая опора выполнена с возможностью поворота в сторону в боковом направлении относительно участков, обращенных вбок, по меньшей мере одно исполнительное устройство опоры, выполненное с возможностью обеспечения независимого перемещения каждой опоры относительно опорной конструкции, рычажный узел, шарнирно прикрепленный к опоре при помощи второй поворотной оси, ориентированной в направлении, проходящем поперечно, в том числе перпендикулярно, поворотной оси соответствующей опоры, с обеспечением возможности поворота рычага независимым образом относительно опоры в направлении вверх и вниз относительно участков, обращенных вверх, и участков, обращенных вниз, по меньшей мере одно исполнительное устройство рычага, выполненное с возможностью обеспечения независимого поворотного перемещения рычага относительно опоры, причем каждая режущая головка, выполненная с возможностью вращения, установлена в направлении свободного конца соответствующего ей рычага и выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси, проходящей по существу поперечно поворотной оси соответствующего рычага, при этом режущие блоки обеспечивают работу в режиме нижней зарубки.
