Проходческий комбайн

 

П.Я. Фадеев, B.ß. Фадеев, Л.А. Кит, В. . Коробков, P.À. Кулагин, С.А. Бабенко и M. . Аi матов... б

I .1 . 1

Специальное конструкторское бюро г роимйульсной техники Сибирского отделения АН ССР и;.:;.,Институт гидродинамики Сибирского отделения / (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) ПРОХОДЧЕСКИЙ КОМБАЙН

Изобретение относится к горному машиностроению,а именно к проходческим машинам, оборудованным высокоэнергетическим исполнительным органам ударного действия, позволяющим проходить выработки по крепким породам без распора в стенки выработки.

Известен проходческий комбайн с ударным органом для крепких пород, включающий основание, погруэочный орган, раму с опорными элементами, рас16 пираемую в стенки выработки, гидроцилиндры подачи рамы и поворота исполнительного органа (13 .

Недостатками этого комбайна являются малая маневренность и значитель15 ная масса распорных конструкций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является проходческий комбайн, включающий

20 основание с погрузочным органом, опорно-поворотное устройство, стрелу, закрепленную на опорно-поворотном устройстве, кронштейн с ударным органом, установленный на конце стрелы на горизонтальной оси, гидроцнлиндры подъема и подачи ударного органа, причем стрела размещена на первой каретке, перемещающейся по основанию, ударный орган — на второй каретке, перемещающейся по стреле, а ось креп ления кронштейна расположена ниж0 продольной оси ударного органа (2).

Однако известный комбайн не может быть применен -для крепления пород при высокоэнергетическом ударном органе, так как в случае ударов по наклонной поверхности с отскоком в вертикальной плоскости возникают большие ударные нагрузки, передающиеся по цепочке от ударного органа до основания проходческого комбайна, т.е. все узлы испытывают динамические нагрузки, это снижает надежность конструкции.

Особенно иеблагопрятным является случай, когда кронштейн упирается на основание стрелы, а отскок в вертикальной плоскости направлен вверх.

6178

86

В этом случае происходит отскок удар ного органа совместно с кронштейном и стрелой, что вызывает большие динамические нагрузки на бойке и корпусе ударного органа в момент отскока, так как момент инерции последнего велик вследствие значительного расстояния центра тяжести ударного орга. на от оси вращения стрелы.

Кроме того, при отскоках в вертикальной плоскости возможен увод на значительное расстояние ударного органа от исходной точки за счет срабатывания предохранительных клапанов цилиндров поворота кронштейна с ударным органом относительно стрелы, После каждого такого отскока не обходим возврат ударного органа с кронштейном в исходную точку, Зто приводит к увеличению вспомогательного времени, затрачиваемого на манипулирование, и уменьшение основного времени, затрачиваемого на разрушениегорного массива, производительность проходческого комбайна снижается.

В случае ударов по наклонной поверхности с отскоком в горизонтальной плоскости возникнут большие ударные нагрузки, также передающиеся по цепочке до основания комбайна. При срабатывании предохранительных клапанов цилиндров поворота опорно-поворотного устройства и цилиндров вращения стрелы происходит увод ударного органа от исходной точки. Зто также приводит к снижению надежности и уменьшению производительности комбайна.

Консольное закрепление ударного органа высокой энергии на кронштейне усложняет конструкцию исполнительного органа и кронштейна и приводит к возникновению значительных ударных нагрузок в случаях холостого хода, ког- да ударник исполнительного органа не встречает препятствий на своем пути, например, из-за пустот в породном массиве и вывалов и т.д.

Такое выполнение, кроме того, не обеспечивает демпфирование усилий, возникающих лри отскоках в горизонтальной плоскости. Зто также приведет к снижению надежности комбайна.

Расположение консольно закрепленного кронштейна с ударным органом над стрелой приводит к увеличению момента, действующего на опорно-поверхностное устройство при холостых ходах и ударах по наклонной поверхности с отскоком в вертикальной плоскости, Закрепление ударного органа на кронштейне с возможностью скольжения по ней приводит к изменению положения центра тяжести ударного органа относительно оси вращения стрелы, что будет сопровождаться изменением момента инерции его относительно укаэанной оси ° Момент инерции ударного органа прямо пропорционален квадрату расстояния от его центра масс до оси вращения, следовательно с увеличением указанного расстояния момент инерции существенно будет увеличиваться, что приведет к резкому возрастанию динамических нагрузок и отрицательно скажется на надежности комбайна.

Цель изобретения — повышение надежности работы комбайна в крепких породах.

Указанная цель достигается тем, что конец стрелы комбайна выполнен в виде вилки, в которой размещены кронштейн с ударным органом, закрепленным на вертикальной оси с возможностью поворота и снабженным боковыми упорами, при этом ось закрепления ударного органа совмещена с его центром тяжести и вынесена вперед относительно горизонтальной оси кронштейна, которая установлена на стреле выше центра тяжести ударного органа.

Кроме того, кронштейн связан с гидроцилиндрами подъема ударного органа посредством одной пары амортизаторов, а боковые упоры ударного органа соединены с кронштейном посред. ством другой пары амортизаторов, размещенных на кронштейне.

На фиг. 1 изображен проходческий комбайн, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3проходческий комбайн, вид в плане; на фиг. 4 — вариант проходческого комбайна с щитом, вид сбоку; на фиг. 5 " то же, вид спереди. Проходческий комбайн (фиг. !) имеет подвижное основание 1, погрузочный орган 2, опорно-поворотное устройство 3, стрелу 4 с цилиндрами 5 поворота вокруг вертикальной оси 6, закрепленную одним концом на опорноповоротном устройстве .3 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси

6 (фиг. 3), кронштейн с цилиндрами

8 поворота. Кронштейн 7 расположен на другом конце стрелы 4 и закреплен

8661 78 6

40 с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 9. На кронштейне

7 закреплен ударный орган 10 который имеет возможность вращения в горизонтальной плоскости вокруг вер5 тикальной оси ll. Ось закрепления

il ударного органа 10 на кронштейне

7 отнесена вперед относительно горизонтальной оси 9 крепления кронштейна 7 к стреле 4, при этом ось 9 крепления расположена выше продольной оси ударного органа 10.

Ударный орган 10 снабжен баковыми упорами 12, которые расположены в плоскости его горизонтального вращения.

Упоры 12 взаимодействуют со штоками амортизаторов 13 горизонтального вращения ударного органа 10, которые расположены в боковых стенках кронштейна 7, последние имеют окна 14 для размещения упоров 12 ударного органа 10.

Цилиндры 8 поворота взаимодейству» ют с кронштейном 7 через штоки амортизаторов 15 вертикального вращения кронштейна (фиг. 2).

Стрела 4 выполнена в виде вилки (фиг. 3), ширина внутреннего контура которой достаточна для обеспече30 ния поворота хвостовой части ударного органа 10 в горизонтальной

1 и вертикальной плоскостях.

Перемещение ударного органа !О в пространстве с целью его установки в любой точке забоя обеспечивается подачей рабочей жидкости в цилиндры 8 поворота кронштейна 7 в вертикальной плоскости вокруг оси 9 и цилиндры 5 поворота стрелы 4 в горизонтальной плоскости вокруг оси 6. В каждой позиции обе гидравлические полости цилиндров 5 и 8 замкнуты с помощью гидрозамков (не показаны), что обеспечивает точную фиксацию ударного органа 10 в каждой позиции.

При нанесении по забою прямого удара вся энергия ударного органа

10 передается породному массиву. Ди намические нагрузки, возникан:шие в, этом случае, направлены вдоль оси gg ударного органа 10,малы по величине, растянуты во времени и легко воспринимаются жесткими конструктивными элементами проходческого комбайна.

В случае косого удара по наклонной плоскости ударный орган 10, помимо осевого движения на забой, приобретает вращательное движение в боковом направлении под действием реакции со стороны забоя, Реакция, возникающая на бойке ударного органа !О при ударе в забой, и, следовательно, ее боковая составляющая при ударе по наклонной плоскости, имеет большую величину.

Вследствие этого энергия бокового вращения, которую приобретает ударный орган 10 при боковом отскоке, также велика.

Испытаниями установлено, что величина энергии бокового вращения ударного органа 10 может составлять

I0X и более полной энергии ударника.

Поглощение этой энергии жесткимн элементами комбайна сопровождается возникновением черезмерных динамических напряжений в конструкции по нричине малой податливости указанных элементов. Чтобы снизить возникающие динамические нагрузки до допустимых величин необходимо упругую деформацию системы при боковых ударах увеличить в несколько де4ятков раз.

Это достигается установкой амортизаторов вертикального вращения 15 и амортизаторов горизонтального вращения 13.

Этой же цели служит закрепление ударного органа 10 на кронштейне 7 с возможностью вращений вокруг оси

11 и закрепление кронштейна 7 на стреле 4 с возможностью вращения вокруг оси 9. Ири этом пространство внутреннего контура стреле 4, выполненной в виде вилки, выбрано достаточным для обеспечения необходимого отклонения ударного органа 10 в горизонтальной и вертикальной плоскостях с целью передачи боковой энергии удара амортизаторам 13 и !5.

Демпфирование боковых динамических нагрузок происходит следующим образом,.

В случае возникновения на бойке .ударника боковой нагрузки, лежащей в горизонтальной плоскости вращения ударного органа 10, возникает вращающий момент относительно вертикальной оси 11, стремящийся повернуть ударный орган 10 в горизонтальной плос= кости. Вследствие этого в контакте упора 12 и штока амортизатора 13 воз.никает реакция, направленная по оси амортизатора IЗ.

В поршневом пространстве амортизатора !3 установлен упругий элемент, например пружина, сжатый воздух, ре866178 зина и т.п. с заданным начальным усилием сжатия.

Поршень амортизатора 13 в исходном состоянии фиксирован жестким упором. Когда величина реакции в контакте упора 12 и штока амортизатора 13 достигнет величины усилия начального сжатия упругого элемента амортизатора 13, шток последнего придет в движение, сжимая упругий элемент и по- !!! глощая энергию бокового отскока, вследствие чего вращейие ударного органа 10 в горизонтальной плоскости затормаживается на заданном пути и после сжатия упругого элемента прекращается. 3а счет потенциальной энергии, накопленной сжатым упругим элементом амортизатора 13, происходит возврат ударного органа в исходную точку до упора.

В случае появления на бойке ударника боковой нагрузки в вертикальной плоскости возникает вращающий момент относительно оси 9, который стремится повернуть кронштейн 7 с закрепленным на ней ударным органом

10 вокруг оси 9, под действием указанного момента на штоке амортизатора 15 возникает реакция, направленная вдоль его оси. Под действием этой реакции шток амортизатора 15 приходит в движение, сжимая упругий элемент в поршневом пространстве, поглощая энергию бокового отскока в вертикальной плоскости и тем самым затормаживая вращение кронштейна 7 на заданном пути. После поглощения энергии бокового отскока сжатый упругий элемент амортизатора 15 расправляется, возвращая кронштейн 7 с ударным органом 10 в исходное положение до удара.

Благодаря тому, что продольная ось ударного органа 10 расположена ниже оси 9 закрепления кронштейна 7 на переднем конце стрелы 4, появляет- 45 ся возможность уменьшения динамических чагрузок, действующих на машину в момент холостого хода.

В случае холостого хода со стороны ударного органа 10 на кронштейн 7 действует усилие холостого хода, направленное вдоль оси ударного органа

10. Под действием указанного усилия возникает вращающий момент вокруг

SS оси 9, который также как описано выше, приводит к возникновению осевой силы на штоке амортизатора 15, благоцаря чему поглощается кинетическая энергия ударного органа 10 во время холостого хода.

Величина боковых усилий на бойке органа 10, возникающих во время ударапо наклонной плоскости, прямо пропорциональна моменту инерции системы, через которую энергия бокового отскока передается амортизатору 15.

Для повышения долговечности инструмента ударного органа величину боковых нагрузок на нем необходимо ограничивать. Для этого ударный орган !О на кронштейне 7 и кронштейн

7 на балке 4 закрепляются таким образом, чтобы момент инерции системы был минимальным.

Это достигается тем, что ось 11 крепления ударного органа 10 на кронштейне 7 проходит через центр тяжести последнего.

Смещение оси 11 крепления ударного органа 10 на кронштейне 7 вперед относительно оси 9 крепления кронштейна 7 на стреле 4 обеспечивает такую траекторию вращения ударного органа в вертикальной плоскости, которая допускает пропуск отбитой породы в любом заданном положении исполнительного органа при минимальной высоте проходческого комбайна, что также положительно сказывается на надежности конструкции при работе.

Кроме того, в предлагаемой .конструкции амортизаторы !3 и 15 установлены таким образом, что количество элементов в отличие от известного устройства, одновременно участвующих в Передаче энергии бокового отскока и холостого хода от ударного органа 10, является минимальным.

Энергия бокового отскока в горизонтальной плоскости поглощается благодаря вращению исполнительного органа вокруг оси 11.

Энергия холостого хода и бокового отскока в вертикальной плоскости поглощается благодаря вращению ударного органа с кронштейном вокруг оси 9, При этом остальные элементы комбайна неподвижны. В результате суммарный момент инерции системы, передающей динамические нагрузки от ударного органа 10 на корпус комбайна, и следовательно боковые динамические нагрузки на ударйике малы, что благоприятно сказывается на на дежность конструкции.

9 86

Формула изобретения

1. Проходческий комбайн, включающий основание с погрузочным органом, опорно-поворотное устройство, стрелу, закрепленную на опорно-поворотном устройстве, кронштейн с ударным органом, установленный на конце стрелы на горизонтальной оси, гидроцилиндры подъема ударного органа, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы комбайна в крепких породах, кореец стрелы выполнен в виде вилки, в которой размещены кронштейн с ударньии органом, закрепленным на вертикальной оси с возможностью поворота и снабженным боковыми упорами, при этом ось закрепления ударного органа совмещена с его центром тяжес6178 10 тн и вынесена вперед относительно горизонтальной оси кронштейна, которая установлена на стреле выше центра тяжести ударного органа.

2. Комбайн по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что кронштейн связан с гидроцилиндрами подъема ударного органа посредством одной пары амортизаторов а боковые упоры а ударного органа соединены с кронштейном посредством другой пары амортизаторов, размещенных на кронштейне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции У 2207241, кл. Е 21 С 27/00, опублик. 1974.

2. Патент Франции Ф 2193138, кл. Е 21 С 35/06, опублик. 1974 (прототип), 866178

Составитель А. 111естиииров

Редактор В. Лазаренко Техред H.Àñòàëîø 1ЮРРектор " Огар

Заказ 8030/52 Тираж 630 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москвад Ж-35 Раушская ыаб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4