Исполнительные орглны выемочных машин

§ 1. Классификация и основные требования

Основное назначение исполнительных органов выемочных машин — эффективно разрушать массив угля на транспортабель­ные куски с наименьшими измельчением, пылеобразованием и удельным расходом энергии.

На врубовых машинах применяются баровые исполнительные органы, на струговых установках — струговые (см. раздел тре­тий, гл. IV), на очистных комбайнах — шнековые, барабанные, буро-скалывающие, баровые и различные комбинации их с ди­сковыми и штанговыми исполнительными органами, имеющими вспомогательное значение и небольшое применение.

Исполнительные органы можно классифицировать по не­скольким характерным признакам:

по схеме отработки, забоя — фланговые (врубовые машины, очистные комбайны, струги) и фронтальные (выемочные агрегаты);

по схеме разрушения массива угля —прорезающие в массиве угля щели (плоские, кольцевые, концентрические) с последующим саморазрушением межщелевых пачек угля (рис. 10.1, а, б) либо разрушением их механическим способом — штангой с дисками (рис. 10.1, в), специальными скалывателями (рис. 10.1, г) или другими устройствами; разрушающие скалыванием с поверхности вабоя (рис. 10.1, д, е) и комбинированно (рис. 10.1, ж);

по ширине захвата: с узким захватом — 0,5; 0,63; 0,8 и 1,0 м на узкозахватных комбайнах, работающих на пологих и наклон­ных пластах, и 0,9 м — на крутых; с широким захватом, т. е. -более 1,0 м, обычно — 1,6; 1,8; 2 м на широкозахватных ком­байнах, работающих на пологих и наклонных пластах;

по способу крепления к корпусу выемочной машины — с раз­воротом в горизонтальной плоскости (врубовые машины, ши­рокозахватные комбайны); неподвижно (узкозахватные ком­байны);

по способу регулирования по вынимаемой мощности пласта — с регулированием посредством гидродомкратов; без регулирования;

по схеме образования первоначального вруба — самозарубаю­щиеся, не требующие подготовки ниш; несамозарубающиеся с под­готовкой ниш.

Исполнительные органы выемочных машин работают в тяже­лых горно-геологических условиях; к ним предъявляются следу­ющие основные требования:

Рис. 10.1. Схемы разрушения массива угля исполнительными органами выемоч«ных машин:

прорезание щелей — а — плоским баром (врубовая машина); б — кольцевым баром (комбайн «Кировец»); в — кольцевым баром с отбойной штангой и дисками (комбайн «Донбасс 1Г»); г — буровой коронкой (комбайн 2КЦТГ); скалывание с поверхности за«боя — д — шнеком; е — барабаном на вертикальной оси вращения (комбайн MK67M)J от — двумя барабанами на горизонтальной оси вращения в комбинации с отрезным пло» ским баром (комбайн «Темп» для крутых пластов)

разрушение массива угля на транспортабельные куски с одно­временной погрузкой разрушенной горной массы на доставочные средства при простых конструктивных решениях;

небольшое измельчение угля при малом удельном расходе энергии, что достигается путем целесообразного выбора типа, конструкции и режимных параметров исполнительного органа, режущего инструмента, схемы набора резцов и др.;

малое пылеобразование в пределах допустимых санитарных норм, что достигается путем применения эффективных средств пылеподавления;

 

высокая производительность по разрушению и погрузке угля;

устойчивое положение выемочной машины при работе как в плоскости пласта, так и в перпендикулярной плоскости, что достигается правильным выбором конструктивных параметров исполнительного органа и машины, режима работы, отсутствием чрезмерных динамических нагрузок и др.;

высокая надежность и долговечность;

высокий механический к. п. д. в целях максимального исполь­зования энергии на полезную работу (разрушение угля) при небольших непроизводительных потерях (на трение и пр.);

незатруднительное регулирование исполнительного органа по вынимаемой мощности пласта на ходу машины;

самозарубка исполнительного органа в пласт и возможность выемки угля на концевых участках очистного забоя без подго­товки ниш, что позволяет исключить применение нишенарезных машин и за счет этого резко снизить продолжительность и трудо­емкость концевых операций;

работа как по челноковой, так и по односторонней схеме;

прямоугольная форма забоя при выемке угля;

надежное крепление резцов в резцедержателях, удобная и быстрая замена их при износе;

простота конструкции и технологичность изготовления, а та­кже удобство эксплуатации;

безопасное применение в шахтах, опасных по газу и пыли.

§ 2. Шнековые, барабанные и дисковые исполнительные органы

Шнековые, барабанные и дисковые исполнительные органы по характеру стружкообразования могут быть объединены в одну группу. Наибольшее применение на узкозахватных комбайнах для пологих пластов получили шнековые исполнительные органы, которыми оснащено 96 % общего числа очистных комбайнов и только 4 % комбайнов с барабанными исполнительными орга­нами и вертикальной осью вращения (МК67М). Дисковые испол­нительные органы используются в небольших количествах в ком­бинации с другими типами исполнительных органов для вспомо­гательных целей: подрубки верхней пачки угля, оформления за­боя и т. п.

Шнековые исполнительные органы. Для примера рассмотрим устройство шнека диаметром по зубкам 1,6 м и с шириной зах­вата 0,63 м для комбайна 1КД1КГ (рис. 10.2). В отличие от сварных этот шнек выполнен из стального литья; он — трех-заходный, g постоянным углом подъема спиралей с правым (или левым) их направлением. Шнек состоит из ступицы 1, спиралей 2 е резцедержателями и резцами, лобовины 3, на которой размещены торцовые резцы типа КБ01 (условно показаны крестиками). Шнек — самозарубной; для выхода и погрузки зарубной мелочи в лобовине предусмотрены проемы.

 

 

Для подвода воды под давлением для орошения в зону ра­боты резцов вдоль спиралей на ступице шнека проложены труб­ки 4 с форсунками орошения около каждого линейного резца. Жидкость подводится через осевое отверстие в вале шнека; место подвода к трубкам орошения закрыто g торца крыш­кой.

Схема набора резцов выполнена «елочкой» (рис. 10.3). Она состоит из линейных нулевых резцов, которые обычно устанавли­ваются по два, три в каждой линии резания, и кутковых с углом наклона 10, 30 45°, устанавливаемых с меньшим шагом резания (25, 33, 42 мм). При более тяжелых условиях работы по проре-ванию массива в каждой линии резания устанавливается по три, четыре нулевых резца.

 

 

В зависимости от горно-геологи­ческих условий, типа узкозахватного комбайна и других факторов применя­ют шнеки нескольких разновидностей:

литой или сварной конструкции;

с правым или левым направле­нием навивки спирали, применитель­но к левому или правому забою, для обеспечения погрузки разрушенного угля на забойный конвейер;

по числу и типу спиралей — обычно двух- и трехзаходные, с постоянным или переменным шагом;

ПО типу режущего Инструмента — нового, барабанного и диско-

с радиальными или тангенциальными вого исполнительных органов резцами или в комбинации из них;

по диаметру — для тонких и средней мощности пластов обы­чно — 0,6; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2 м; для мощных пластов свыше 2,0 м —трехзаходные диаметром 1,6; 1,8 и 2,0 м;

по ширине захвата — 0,5; 0,63; 0,8 реже 1 м в зависимости от типа применяемого очистного комплекса и горно-геологических условий. При выемке мощных пластов применяют шнеки обычно с небольшой шириной захвата — 0,5 м.

При резании угля шнековыми, барабанными и дисковыми ис­полнителями органами форма среза получается близкой к серпо­видной, а толщина среза (глубина резания) h изменяется в широ­ких пределах от 0 до Л_шах в зависимости от угла поворота испол­нительного органа (рис. 10.4),

"шах — _пт>

где v_n — скорость подачи, м/мин; п — частота вращения испол­нительного органа, об/мин; т — число резцов в линии резания.

Образующаяся в процессе резания переменная толщина среза h не позволяет выдерживать оптимальное соотношение t/h, где t — шаг резания, т. е. обеспечивать лучшую сортность угля, минималь­ное пылеобразование, а также удельную энергоемкость разру­шения угля.

При работе шнековых и барабанных исполнительных органов ' с оптимальными параметрами среднее сечение среза составляет 15—30 см². Удельный расход энергии в зависимости от сопро­тивления угля резанию, режима работы и других факторов состав­ляет от 0,5 до 2 кВт-ч/т и более.

Основные преимущества шнекового исполнительного органа: широкая область применения — пологие и наклонные пласты мощностью от 0,7 до 5 м при сопротивляемости угля разрушению до 2,5—3,0 кН/см; обеспечение высокой производительности ком­байна; сочетание в одном органе функций разрушения и погрузки угля; большой диапазон плавного регулирования по вынимаемой

мощности пласта; самозарубка в пласт угля; возможность работы по челноковой или односторонней схеме без перемонтажа и ре­верса шнеков; простота конструкции и технологии изготовления.

Барабанные исполнительные органы с вертикальной осью вращения применяются в узкозахватных комбайнах МК67М для тонких пологих пластов (рис. 10.5). Исполнительный орган состоит из нижнего барабана /, верхнего 3 и выдвижного 6, которые под­вешены на баре 9 и опираются в его расточках на двухрядные ради-ально-сферические подшипники. Камеры подшипников надежно защищены уплотнениями от попадания в них пыли. Смазка пода­ется в исполнительный орган маслонасосом под давлением 0,1 МПа. К барабанам приварены резцедержатели, в гнездах которых шарнирно закреплены стопорами двухлезвийные резцы, что позволяет работать по челноковой cxt-ме без перестановки рез­цов при изменении направления вращения барабанов.

Выдвижной барабан имеет скользящее соединение с верхним барабаном посредством вертикальных пазов. Положение выдвиж­ного барабана по высоте можно плавно регулировать в пределах 240 мм гидродомкратом 5, встроенного в барабан. Кроме того, на выдвижной барабан могут быть установлены съемные диски 4 высотой по 70 мм, что позволяет дополнительно ступенчато регулировать высоту исполнительного органа.

Крутящий момент от редуктора передается на барабаны по­средством режущей цепи 2 бара 9 через звезды 7 я 8. Эти звезды, а также верхний и нижний барабаны соединены между собой зуб­чатым зацеплением и стянуты болтами.

Исполнительные органы с вертикальной осью вращения могут самозарубываться в пласт угля. Разрушение угля по напласто­ванию облегчает этот процесс и несколько снижает удельные энер­гозатраты, которые в среднем составляют 0,5—1,2 кВт • ч/т, включая и погрузку разрушенного угля на забойный конвейер. Барабанный исполнительный орган можно применять на крепких углях и антрацитах.

К его недостаткам следует отнести: сложность устройства для плавного регулирования выдвижного барабана по мощности пла­ста; трудность удаления и погрузки разрушенного угля из зоны работы нижнего барабана. Вследствие этих причин барабанные исполнительные органы с вертикальной осью вращения нашли ограниченное применение на тонких пологих пластах с крепкими углями (узкозахватные комбайны МК67М, КА80).

Барабанные исполнительные органы с горизонтальной осью вращения не получили применения на очистных комбайнах для пологих пластов из-за трудности удаления разрушенного угля из зоны работы барабана, что приводит к его заштыбовке. Однако в условиях наклонных (свыше 35°) и крутых пластов, где фактор заштыбовки отсутствует, так как разрушенный уголь перемещается вниз по почве пласта самотеком, барабанные исполнительные орга­ны на горизонтальной оси вращения нашли применение на очист­ных комбайнах «Темп», «Поиск-2» и др. (см. раздел третий, гл. 3).

 

 

§ 3. Корончатые исполнительные органы

Корончатые исполнительные органы имеют большое разнооб­разие конструктивных схем, которые условно можно разделить на две группы.

1. Буроскалывающие исполнительные органы с лопастными
коронками, которые прорезают в массиве угля глубокую коль^
цевую щель с последующим взламыванием вырезанного керна
екалывателем, расположенным внутри коронки, и погрузкой
разрушенного угля на забойный конвейер лопастями коронки
(см. рис. 10.1, г). Такой исполнительный орган применяется на
очистных широкозахватных комбайнах типа 2К.ЦТГ для тонких
(0,6—0,8 м) пологих пластов.

Буроскалывающие исполнительные органы обеспечивают вы­сокую сортность угля (выход класса 0—6 мм составляет 15—25 %); низкие удельные энергозатраты (0,2—0,6 кВт ч/т); совмещение процессов разрушения и погрузки угля; компактность конструк­ции; возможность тпжменения на жретгких углях и антрацитах.

К. недостаткам следует отнести: ограниченную производитель­ность; сложность замены резцов; невозможность самозарубки в пласт; необходимость комбинации с другими исполнительными органами для получения прямоугольной формы забоя, что ослож­няет конструкцию машины; невозможность регулирования по вынимаемой мощности пласта. Вследствие этих и других недо­статков буроскалывающие исполнительные органы в настоящее врем» на узкозахватных комбайнах не применяются.

2. Стреловидные исполнительные органы с коническими или
другого типа режущими коронками избирательного действия,
разрушающие забой горизонтальными я вертикальными резами,
получили широкое применение на проходческих комбайнах и
небольшое на очистных (рассматриваются в пятом и шестом раз­
делах).

§ 4. Баро-цепные исполнительные органы

Баро-цепной исполнительный орган представляет собой пло­скую, кольцевую или другой формы раму (бар), в направляющих которой перемещается режущая цепь, состоящая из звеньев с рез­цедержателями, в гнездах которых закреплены резцы.

Плоские бары применяются в основном на врубовых машинах и образуют в пласте угля зарубцую щель длиной до 2 м и высотой 90—Г50 мм, что облегчает последующее разрушение угла посред­ством буровзрывных работ (см. рио, 10.1, а).

Кольцевые -бары установлены на очистных комбайнах «Дон-басс-1Г» (см. рис. 10.1, в), «Кировец» (см. рис. 10.1, б) ч др.

Плоский бар (рис. 10.6) состоит из рамы, которая склепана из верхней / и нижней 2 плит, брусьев 3 и 4 и термически обработан­ных накладок 5. Плиты, брусья и накладки образуют направля­ющие ручьи, в которых движется режущая цепь. Хвостовик бара, состоящий из брусьев б и 7, служит для крепления бара к седлу

корпуса режущей части врубовой машины, что обеспечивает по­ворот бара в плоскости пласта на 180°.

Устройство для натяжения режущей цепи состоит из гайки 8, закрепленной неподвижно в плитах бара, натяжного винта 9 и стопорного устройства 10. Натяжной винт, соединенный резьбой с гайкой 8, закреплен в головке бара штифтом //, который позво­ляет винту вращаться и перемещать головку бара относительно рамы, натягивая или ослабляя режущую цепь. После окончания натяжения цепи винт фиксируется штифтом стопорного устройства.

Головка бара состоит из бруса, в расточке которого установлены два радиально-упорных шарикоподшипника и две спаренных звездочки 12, стянутые болтом 13, самоотвинчивание ко­торого предотвращается стопорной шайбой. В конструкции головки предусмотрены уплотнения, предотвращающие попадание штыба и угольной пыли в подшипники. Последние смазываются через от­верстие 14 при помощи шприц-масленки смазкой 1-13 ежесменно.

Беспланочная режущая цепь БРЦ является одношарнирной и может изгибаться только в одной плоскости. Она состоит из резцедержателей 15, в гнездах которых закреплены резцы 16 стопорами 17. Резцедержатели соединяются непосред­ственно друг с другом, для этого каждый из них имеет одинарную и двойную проушины. При сборке цепи в двойную проушину одного резцедержателя вставляют одинарную проушину другою, затем их соединяют между собой валиками 18 с проволочными вамками. При работе резцедержатели упираются друг в друга

своими торцами, что создает жесткость цепи в продольном на­правлении и повышает ее долговечность. Резцы в цепи устанавли­вают по определенной схеме набора и перемещаются они по линиям резания, которых может быть 5, 7 и 9 (нечетное число).

Кольцевой бар очистного комбайна состоит из П-образной на­правляющей рамы (рис. 10.7), в которой движется режущая цепь. Рама состоит из двух плоских щек 6 и утюга 11. Каждая щека оснащена термически обработанными листами 3 и 4, прикреплен­ными к брусу 10, и накладками 5, привинченными к боковой по­верхности бруса 10. Утюг — это литая стальная П-образная рама, к которой прикреплены термически обработанные направляющие 7 и угольник 8. Бар к машине крепится с помощью брусьев 10 и внутренних листов 4, которые входят в Т-образные пазы корпуса поворотной головки 9.

Режущая цепь кольцевого бара натягивается винтовыми на­тяжными устройствами /, которые перемещают щеки бара отно­сительно корпуса поворотной головки. Изменение высоты бара достигается заменой утюга И и соответствующим изменением высоты поворотной головки при помощи литых вставок. Одно­временно устанавливают соответствующий направляющий утюг 2 и наращивают или укорачивают цепь.

Однопланочная одно шарнирная режу­щая цепь для кольцевых баров представляет собой шарнир­ные звенья (рис. 10.8) с резцедержателями /, соединенными с план­ками 2 посредством валиков 3, которые удерживаются от выпада­ния пружинными стопорными кольцами. Резцы крепятся в гнез­дах резцедержателей стопорными болтами. Разрывное усилие цепи около 550 кН.

Порядок чередования звеньев цепи определяется их веером и схемой набора. Веером режущей цепи называется совокупность проекций всех резцов (т. е. линий резания) на плоскость, пер­пендикулярную к ручью бара. Число линий резания всегда не­четное. На рис. 10.8 показана семилинейная схема набора резцов «елочкой». Число резцов в каждой линии резания и порядок их чередования задаются схемой набора резцов. Схема должна обес­печивать равномерный износ всех резцов в условиях конкретного забоя. При одинаковой сопротивляемости угля резанию в заруб-ной щели это достигается равномерным расположением резцов (см. рис. 10.8); при неодинаковой — увеличением числа резцов в тех линиях резания, где сопротивляемость угля больше.

Схема набора может быть и разрежена путем сокращения числа линий резания или уменьшения числа резцов в некоторых линиях. Этим достигаются изменение параметров резания, получение более крупной зарубной мелочи и снижение удельного расхода энергии.

Двух шарнирная режущая цепь. В некоторых очистных и проходческих комбайнах бар имеет фигурную форму. В направляющих такого бара режущая цепь должна иметь воз­можность изгибаться в двух взаимно-перпендикулярных плоско­стях (например, в нарезном комбайне КН). Такие двухшарнирные

 

 

 

режущие цепи изготовляются Г орловским машиностроительным зародом им. С. М. Кирова.

К недостаткам баровых исполнительных органов относятся: низкий к. п. д. (0,3—0,4); высокие удельные энергозатраты (2—4 кВт-ч/т)^ малый срок службы (3—4 мес); невозможность регулирования положения бара по высоте при работе машины; значительное измельчение угля в зарубной щели; низкая транс­портирующая способность режущей цепи, что вызывает зашты-бовку ее при скоростях перемещения машины 1,2—1,5 м/мин; значительный шум во время работы; трудоемкость замены рез­цов. Вследствие этих причин баровые исполнительные органы вытеснены другими более совершенными и имеют ограниченное применение.

Глава 11