исполнительный орган устройства для разрушения минеральных сред и искусственных материалов

Формула изобретения

1. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ СРЕД И ИСКУССТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий корпус в виде барабана цилиндрической формы и закрепленные на наружной боковой поверхности барабана инструментодержатели, в каждом из которых установлен с возможностью замены разрушающий инструмент, отличающийся тем, что на каждой половине барабана, которая образована соответствующим торцом барабана и плоскостью, перпендикулярной продольной оси симметрии барабана и проходящей через поперечную ось симметрии последнего, разрушающие инструменты размещены по двум двухвитковым винтовым траекториям, которые смещены одна относительно другой по периметру барабана, а в каждой винтовой траектории размещено нечетное количество разрушающих инструментов, при этом разрушающие инструменты в каждой винтовой траектории установлены с постоянными линейным и угловым шагами и смещены относительно разрушающих инструментов, которые расположены в смежной винтовой траектории на соответствующей половине барабана, на величину, равную половине линейного шага, а расположенные соответственно в начальной и конечной точках каждой винтовой траектории разрушающие инструменты размещены на одной прямой линии, которая параллельна продольной оси барабана, причем винтовые траектории, которые расположены на одной половине барабана, имеют встречную навивку по отношению к винтовым траекториям, которые расположены на другой половине барабана, а разрушающий инструмент, который расположен в начальной точке одной из винтовых траекторий на одной из половин барабана, смещен по периметру барабана относительно смежного разрушающего инструмента, который расположен на другой половине барабана в начальной точке соответствующей винтовой траектории, на угол не менее 50^o и не более 75^o.

2. Исполнительный орган по п.1, отличающийся тем, что расположенные на одной и той же половине барабана винтовые траектории смещены одна относительно другой по периметру барабана на угол 180^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к исполнительным органам устройств для разрушения минеральных сред и искусственных материалов, и может быть использовано при образовании выработок в породе или при добыче полезных ископаемых с помощью горных комбайнов, а также при ремонте дорожного или подобного покрытия для удаления последнего с помощью дорожных фрез.

Известен исполнительный орган горной машины, содержащий корпус в виде приводного барабана и установленные на наружной боковой поверхности барабана инстpументодержатели, в каждом из которых размещен с возможностью замены разрушающий инструмент [1]

Анализ нагруженности режущего барабана показывает, что величина крутящего момента на валу барабана варьируется в процессе вращения барабана вокруг его продольной оси, что приводят к снижению долговечности и надежности работы исполнительного органа и его привода за счет неравномерного изменения величины крутящего момента на валу барабана. Необходимость расчета исполнительного органа на его работу при пиковых нагрузках приводит также к увеличению материалоемкости как исполнительного органа, так и его привода.

Наиболее близким к предлагаемому является исполнительный орган устройства для разрушения минеральных сред и искусственных материалов, который содержит корпус в виде приводного барабана цилиндрической формы и закрепленные на наружной боковой поверхности барабана инструментодержатели, в каждом из которых установлен с возможностью замены разрушающий инструмент [2]

Как показали проведенные исследования, в зависимости от режима работы исполнительного органа величина крутящего момента на валу барабана за один его оборот изменяется в 1,3-1,5 раза, что оказывает негативное влияние на динамическую нагруженность привода исполнительного органа. Кроме того такая неравномерная загрузка привода режущего барабана снижает долговечность и надежность работы самого исполнительного органа, особенно при разрушении неоднородных материалов или пород с твердыми включениями. Указанные недостатки вызваны нерациональными параметрами схемы расстановки разрушающих инструментов на барабане.

Цель изобретения увеличение долговечности и надежности работы исполнительного органа путем снижения неравномерности величины крутящего момента на валу исполнительного органа за счет оптимизации схемы расстановки разрушающих инструментов.

Цель достигается тем, что в исполнительном органе для разрушения минеральных сред и искусственных материалов, включающем корпус в виде приводного барабана цилиндрической формы и закрепленные на наружной боковой поверхности барабана инструментодержатели, в каждом из которых установлен с возможностью замены разрушающий инструмент, на каждой половине барабана, которая образована соответствующим торцом барабана и плоскостью, перпендикулярной к продольной оси симметрии барабана и проходящей через поперечную ось симметрии последнего, разрушающие инструменты размещены по двум двухвитковым винтовым траекториям, которые смещены друг относительно друга по периметру барабана, а в каждой винтовой траектории размещено нечетное количество разрушающих инструментов, при этом разрушающие инструменты в каждой винтовой траектории установлены с постоянным линейным и угловым шагом и смещены относительно разрушающих инструментов, которые расположены в смежной винтовой траектории на соответствующей половине барабана, на величину, равную половине линейного шага, а расположенные соответственно в начальной и конечной точках каждой винтовой траектории разрушающие инструменты размещены на одной линии, которая параллельна продольной оси симметрии барабана, причем винтовые траектории, которые расположены на одной половине барабана, имеют встречную навивку по отношению к винтовым траекториям, которые расположены на другой половине барабана, а разрушающий инструмент, который расположен в начальной точке одной из винтовых траекторий на одной из половин барабана, смещен по периметру барабана относительно смежного разрушающего инструмента, который размещен на другой половине барабана в начальной точке соответствующей винтовой траектории, на угол не менее 50^о и не более 75^о.

Кроме того тем, что расположенные на одной половине барабана винтовые траектории смещены друг относительно друга по периметру барабана на угол, равный 180^о.

При исследовании уровня развития науки и техники в данной и смежных областях обнаружен исполнительный орган для фрезерной обработки различных покрытий, который содержит приводной барабан цилиндрической формы и размещенные на наружной боковой поверхности барабана резцедержателя с разрушающими инструментами, при этом разрушающие инструменты расположены на наружной поверхности барабана по винтовым траекториям (линиям), которые образуют расположенный на поперечной оси симметрии барабана шеврон (заявка Франции N 2459329, кл. Е 21 С 27/24, 1981). В известном исполнительном органе разрушающие инструменты размещены на наружной поверхности приводного барабана симметрично относительно поперечной оси симметрии последнего. Однако, как показали проведенные сравнительные испытания, именно такая симметричная схема расстановки разрушающих инструментов на режущем барабане не позволяет снизить величину коэффициента вариации крутящего момента на валу барабана, то есть получаемый технический результат будет хуже по сравнению с заявленной конструкцией исполнительного органа.

На фиг.1 изображена схема проходческого комбайна с исполнительным органом; на фиг.2 схема дорожной фрезы с исполнительным органом; на фиг.3 схема исполнительного органа, поперечный разрез; на фиг.4 то же, общий вид; на фиг.5 развернутая схема установки разрушающих инструментов на наружной боковой поверхности барабана.

Исполнительный орган устройства для разрушения минеральный сpед и искусственных материалов содержит корпус в виде барабана 1 цилиндрической формы. Барабан 1 установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси 2 симметрии на опорах 3. Опоры 3 могут быть расположены, например, на свободном конце рукоятки 4 проходческого комбайна (фиг.1) или на раме 5 дорожной фрезы (фиг.2). Привод барабана 1 может быть осуществлен от размещенного во внутренней полости барабана 1 двигателя 6, например, гидродвигателя (фиг.1) или расположенного на раме 5 двигателя 6, например, электродвигателя (фиг.2), выходной вал которого кинематически связан с валом 7 барабана 1. На наружной боковой поверхности барабана 1 закреплены инструментодержатели 8, которые могут быть соединены с барабаном 1 посредством разъемного или неразъемного соединения. В каждом инструментодержателе 8 установлен разрушающий инструмент 9, который может быть выполнен, например, в виде поворотного резца, армированного твердосплавной вставкой 10. В качестве разрушающего инструмента 9 могут быть использованы радиальные или тангенциальные резцы угольных и проходческих комбайнов или режущий инструмент для струговых установок. Разрушающий инструмент 9 установлен в инструментодержателе 8 с возможностью его замены при поломке или при износе его режущей части, то есть разрушающий инструмент 9 соединен с соответствующим инструментодержателем 8 посредством разъемного соединения. На каждой половине барабана 1, которая образована соответствующим торцом барабана 1 и плоскостью, перпендикулярной к продольной оси 2 симметрии барабана 1 и проходящей через поперечную ось 11 симметрии барабана 1, разрушающие инструменты 9 размещены по двум двухвитковым винтовым траекториям (линиям) соответственно 12 и 13 на одной половине барабана 1 и соответственно 14 и 15 на другой половине барабана 1. Винтовая траектория 12 смещена относительно винтовой траектории 13 по периметру барабана 1 на некоторый угол, и винтовая траектория 14 смещена относительно винтовой траектории 15 по периметру барабана 1 на некоторый угол. Как показали проведенные исследования, наиболее целесообразным является смещение друг относительно друга расположенных на одной половине барабана 1 винтовых траекторий 12 и 13 и соответственно расположенных на другой половине барабана 1 винтовых траекторий 14 и 15 на угол, равный 180^о. В каждой винтовой траектории 12, 13, 14 и 15 размещено нечетное количество разрушающих инструментов 9. Так, например, в каждой винтовой траектории 12, 13, 14 и 15 (фиг.5) расположено по семь разрушающих инструментов 9. Разрушающие инструменты 9 в каждой винтовой траектории 12, 13, 14 и 15 установлены с постоянным линейным шагом t_лин (фиг.5) и с постоянным угловым шагом t_угл (фиг.3 и 5). Разрушающие инструменты 9, которые расположены по винтовой траектории 12, смещены относительно разрушающих инструментов 9, которые установлены по винтовой траектории 13, на величину, равную половине линейного шага, то есть на 0,5t_лин (фиг. 5), а разрушающие инструменты 9, которые расположены по винтовой траектории 14, смещены относительно разрушающих инструментов 9, которые размещены по винтовой траектории 15, на величину, равную половине линейного шага, то есть на 0,5t_лин (фиг.5). Такая расстановка режущих инструментов 9 обеспечивает шахматную (сотовую) схему разрушения забоя. Разрушающий инструмент 9, который расположен в начальной точке 16 (фиг.5) каждой винтовой траектории 12, 13, 14 или 15, находится на одной прямой, которая параллельна продольной оси 2 барабана 1, с разрушающим инструментом 9, который расположен в конечной точке 17 соответствующей винтовой траектории 12, 13, 14 или 15. Винтовые траектории 12 и 13, которые расположены на одной половине барабана 1, имеют встречную навивку относительно винтовых траекторий 14 и 15, которые расположены на другой половине барабана 1. Разрушающий инструмент 9, который расположен в начальной точке 16 винтовой траектории 12, смещен по периметру барабана 1 относительно разрушающего инструмента 9, который расположен в начальной точке 16 винтовой траектории 15, на угол , величина которого составляет не менее 50^о и не более 75^о.

Рукоять 4 проходческого комбайна (фиг.1) шарнирно соединена с корпусом 18 комбайна и установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости посредством гидроцилиндра 19. Корпус 18 комбайна установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно рамы 20 ходовой части 21 комбайна.

Рама 5 дорожной фрезы (фиг.5) установлена на ходовой части 21 фрезы и соединена с тяговым механизмом 22, например трактором. Рама 5 фрезы установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости совместно с исполнительным органом посредством механизма подачи (не показан), который может быть выполнен, например, в виде гидроцилиндра.

Исполнительный орган устройства для разрушения минеральных сред и искусственных материалов работает следующим образом.

С пульта управления (не показан) включают двигатель 6, который приводит во вращение вокруг его продольной оси 2 симметрии барабан 1. Затем осуществляют подачу барабана 1 в направлении к разрушаемому материалу. В варианте использования исполнительного органа на проходческом комбайне (фиг.1) указанное перемещение барабана 1 осуществляют путем включения привода ходовой части 21 комбайна. При варианте использования исполнительного органа на дорожной фрезе (фиг.2) подачу барабана 1 в направлении к разрушаемому материалу (забою) осуществляют включением механизма подачи, с помощью которого рама 5 вместе с вращающимся барабаном 1 перемещается вниз в вертикальной плоскости Перемещение вращающегося барабана 1 в направлении к разрушаемому материалу осуществляют до заданной глубины фрезерования, то есть до заглубления разрушающих инструментов 9 в разрушаемый материал на определенную глубину (толщину стружки). При взаимодействии с разрушаемым материалом (породой или искусственным дорожным покрытием) разрушающие инструменты 9, вращаясь совместно с барабаном 1 вокруг его продольной оси 2 симметрии, воздействуют на разрушаемый материал и образуют в нем борозды резы. При резании с поверхности обычно образуется "развал", когда борозда реза шире передней грани разрушающего инструмента 9, например резца, и между боковой стенкой реза и осью имеется некоторый угол. Расстановка разрушающих инструментов 9 на боковой поверхности барабана 1 реализует шахматной (сотовый) вид резания, который представляет собой разновидность последовательного повторного вида резания. При такой схеме расстановки разрушающих инструментов 9 четные резы, чередуясь с нечетными, осуществляются по целичкам высотой, равной половине толщины стружки. После заглубления барабана 1 на заданную глубину осуществляют линейное перемещение вращающегося барабана 1 по забою. В варианте использования исполнительного органа на проходческом комбайне (фиг.1) указанное перемещение барабана 1 по забою осуществляют последовательным или одновременным поворотом рукояти 4 относительно корпуса 18 комбайна с помощью гидроцилиндра 19 и поворотом корпуса 18 комбайна относительно рамы 20 ходовой части 21 комбайна. При варианте использования исполнительного органа на дорожной фрезе (фиг.2) линейное перемещение вращающегося барабана 1 осуществляют с помощью тягового механизма 22, который соединен с ходовой частью 21 дорожной фрезы. После разрушения материала на всей поверхности забоя, при необходимости, осуществляют повторное перемещение вращающегося барабана 1 в направлении к разрушаемому материалу на заданную глубину фрезерования для снятия следующего слоя материала. После окончания работ выключают двигатель 6 и исполнительный орган приводят в транспортное положение. В процессе работы производят по мере необходимости замену изношенных или вышедших из строя разрушающих инструментов 9 путем установки новых разрушающих инструментов 9 в соответствующие инструментодержатели 8. В процессе разрушения материала к разрушающим инструментам 9 может быть осуществлена подача рабочей жидкости (не показана) для охлаждения разрушающих инструментов 9 и пылеподавления.

Применение исполнительного органа заявленной конструкции позволит увеличить долговечность и надежность его работы за счет снижения неравномерности величины крутящего момента на валу режущего барабана. При этом снижается неравномерность загрузки привода исполнительного органа, что позволяет снизить мощность приводного двигателя и, следовательно, уменьшить энергоемкость процесса разрушения.