Функциональные органы горных комбайнов

Радел IV. Исполнительные органы горных машин.

Тема 7. Классификация исполнительных органов машин для коротких и длинных забоев. Шнековые, барабанные и дисковые органы разрушения, корончатые органы выемочных и проходческих машин, струговые, цепные и планетарные органы разрушения. Затраты мощности при работе органов разрушения пород.

Функциональные органы горных комбайнов.

Горные комбайны - это комбинированные машины, одновременно выполняющие операции по отделению горной породы от массива, дроблению ее до транспортабельных размеров и погрузке на забойные транспортные средства.

Общеизвестна эффективность применения комбайнов в рудной промышленности, где они и получили самое широкое распространение. На шахтах существует четкое деление комбайнов на проходческие и очистные, что вытекает из специфики ведения горных работ. Это положение справедливо для рудных шахт, ведущих разработку пластовых месторождений длинными лавами. Для камерных систем разработок эта разница незначительна, и проходческие комбайны могут быть использованы для добычных работ без каких-либо существенных конструктивных изменений, что дает возможность иногда называть их проходческо-очистными комбайнами.

Многообразие горно-геологических и горнотехнических условий подземной добычи полезных ископаемых предопределяет и разнообразие конструкций горных комбайнов, но, несмотря на это, все они состоят из следующих функциональных элементов: органа разрушения, органа погрузки, механизма перемещения, передаточных механизмов, силового оборудования, средств борьбы с пылью и системы управления.

Органы разрушения горных комбайнов. Органы разрушения (исполнительные органы) горных комбайнов предназначены для выполнения основной производственной операции технологического цикла очистных или подготовительных работ - отделение транспортабельных кусков горной породы от массива. Некоторые органы разрушения кроме своей основной функции могут еще одновременно выполнять и функцию погрузки отбитой горной массы на призабойный конвейер (шнеки, струги и др.)

В зависимости от назначения горных комбайнов, органы разрушения можно разделить на две группы: для очистных комбайнов; для проходческих комбайнов.

Требования, предъявляемые к органам разрушения, и их классификация. Независимо от назначения горных комбайнов их органы разрушения должны удовлетворять следующим требованиям:

обеспечение максимально возможной производительности комбайна по разрушению массива горной породы в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях;

возможно меньшая удельная энергоемкость процесса разрушения горной породы; высокий механический коэффициент полезного действия; обеспечение минимальной динамичности рабочего процесса;

минимальное пылеобразование при работе;

простота замены породоразрушающего инструмента и надежность его крепления;

возможность регулирования частоты вращения органа разрушения (пока допускается дискретное изменение скорости резания);

простота конструкции, высокая надежность и долговечность органа разрушения;

возможность автоматизации выбора оптимальных режимных параметров органа разрушения.

К органам разрушения очистных комбайнов предъявляются еще дополнительные требования, обусловленные спецификой их работы в длинных забоях: обеспечивать высокую сортность добываемого угля;

обеспечивать выемку угля по всей мощности пласта за один проход комбайна при плавном регулировании высоты органа разрушения в заданных пределах; осуществлять на пологих пластах одновременно с отделением угля от массива и его погрузку на забойный конвейер;

обеспечивать самозарубку комбайна по концам лавы и возможность работы по односторонней или челноковой схемам.

В коротких забоях при проведении подготовительных выработок наблюдаются изменения в широком диапазоне сечения (по площади), формы (прямоугольная, трапециевидная, овальная, арочная и др.) проводимых выработок и физико-механических свойств разрушаемых горных пород, что и обусловливает специфические дополнительные требования к органам разрушения проходческих комбайнов:

размеры органа разрушения не должны превышать габаритных размеров проводимых выработок;

сечение и форма проводимой выработки должны быть постоянными и стандартными, пригодными для крепления современными средствами, без дополнительных трудоемких ручных операций по оформлению стенок выработок;

допускать раздельную выемку полезного ископаемого и породы при проведении выработки по смешанному забою;

обеспечивать высокую производительность при разрушении смешанного забоя без смены породоразрушающего инструмента.

Совершенство конструкции органа разрушения зависит от степени удовлетворения перечисленных выше требований, что является крайне сложной задачей. Степень удовлетворения этих требований к органу разрушения зависит от правильности выбора типа органа разрушения, его конструктивных и режимных параметров и их согласования с параметрами и конструкцией других функциональных органов горного комбайна, его компоновочной схемой и технологической схемой его работы в конкретных горно-геологических условиях.

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

По основным конструктивным признакам органы разрушения очистных комбайнов можно подразделить на баровые (барово-цепные), дисковые, штанговые, барабанные, шнековые, бурошнековые, буровые, корончатые, комбинированные, стреловые, угольные пилы.

Исполнительные органы классифицируют по схеме отработки забоя – на фланговые и фронтальные.

Фланговые – выемочные комбайны, струги, врубовые машины

Фронтальные – выемочные и проходческие агрегаты

Исполнительные органы классифицируют по схеме разрушения массива забоя на: прорезающие в массиве руды щели (плоские, кольцевые, концентрические) с последующим разрушением межщелевых пачек руды, разрушающие скалыванием с поверхности забоя, комбинированная схема разрушения забоя.

Исполнительные органы классифицируют 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 угля.

Исполнительные органы классифицируют по способу крепления к корпусу выемочной машины - с разворотом в горизонтальной плоскости (врубовые машины, широкозахватные комбайны) и на закрепляемые неподвижно - узкозахватные комбайны.

Исполнительные органы классифицируют по - способу регулирования по вынимаемой мощности пласта:

с регулированием посредством гидродомкратов

без регулирования

Исполнительные органы классифицируют по - по схеме образования первоначального вруба:

Самозарубающиеся, несамозарубающиеся (требуют подготовки заходных ниш)..

Шнековые исполнительные органы.

Шнеки бывают нескольких разновидностей:
• литой и сварной конструкции, с правым и левым направлением навивки спирали, применительно к правому или левому забоям, для обеспечения погрузки разрушенного угля на забойный конвейер;
• по числу и типу спиралей – одно (редко), двух и трехзаходные, с постоянным и переменным шагом;
• по типу режущего инструмента – с радиальными и тангенциальными резцами или в комбинации из них;
• по диаметру – для тонких и средней мощности пластов обычно – 0,56; 0,63; 0,71; 0,8; 1,0; 1,12; 1,25; и 1,4 м; для мощных пластов диаметром – 1,6; 1,8 и 2,0 м;
• по ширине захвата – 0,5; 0,63 м для пластов мощностью более 1 м и 0,8 м пластов мощностью менее 1 м.

Преимущества:
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;
большой диапазон плавного регулирования по вынимаемой мощности пласта;
самозарубка в пласт;
возможность работы по челноковой или односторонней схеме без перемонтажа и реверса шнеков;
простота конструкции и технологии изготовления.

Недостатки:
снижение погрузочной способности при уменьшении диаметра шнека;
сложность замены резцов.

Конструктивные параметры шнека

Диаметр ступицы шнека, мм

Схема набора резцов выполнена «елочкой».
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 прорезанию массива в каждой линии резания устанавливается по три, четыре нулевых резца

Барабанные исполнительные органы

С горизонтальной осью вращения и с вертикальной осью вращения

Барабанный исполнительный орган представляет собой цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами

С вертикальной осью вращения.

Область использования – добыча крепких, вязких углей и антрацитов на пологих и наклонных пластах

Достоинства:
-возможность разрушения крепких, вязких углей и антрацитов;
- возможность самозарубки в пласт угля

Недостатки:
-сложность устройства для плавного регулирования выдвижного барабана по мощности пласта;
- трудность удаления и погрузки разрушенного угля из зоны работы нижнего барабана