1.2 Прохідницькі комбайни відбіркової дії
Прохідницькі комбайни з відбірковими виконавчими органами застосовують переважно у складних гірничогеологічних умовах, а також при необхідності зміни в широкому діапазоні величини і форми перерізу виробок і роздільній виїмці гірських порід.
Прохідницькі комбайни відбіркової дії (рис/2 ) із стрілоподібним виконавчим органом ( ВО) здійснюють послідовну обробку забою ріжучою коронкою. Залежно від типу коронки розрізняють виконавчі органи ( ВО) відбіркової дії :
- з подовжньо-осьовою (радіальною) коронкою; - з поперечно-осьовою (аксіальної) коронкою.
На рис. 2 показаний загальний вигляд прохідницького комбайну відбіркової дії, із стрілоподібним виконавчим органом з подовжньо-осьовою (радіальною) коронкою, а на рис. 3 його структурно-компонувальна схема .
Pисунок 2 Конструкція і основні вузли прохідницького комбайну відбіркової дії
1 – завантажувальний стіл; 2 – породоруйнівна коронка з різцями ; 3 - стріловидний виконавчий орган; 4 – перевантажувач ; 5 – гусенична ходова частина.
Рисунок 3. Структурно-компонувальна схема прохідницького комбайна відбіркової дії
1 – породоруйнівний виконавчий орган корончатого типу 2 - виконавчий орган, 3 - гідроциліндри управління положенням виконавчого органу; 4 - корпус комбайна; 4 - ходова частина гусеничного типу; 5 - навантажувальний орган у; 6 – перевантажувальний конвеєр; 7 - пульт управління.
Блок – схема приводу і його основних вузлів наведена на рис. 4
Рисунок 4 : блок-схема привода прохідницького комбайна а – електропривод; б – гідропривод;1- електродвигун; 2 - пристрій керування; З - гідронасос; 4 - гідродвигун; 5 - пристрій керування комбайном; 6 - редуктор ходової частини; 7-редуктор виконавчого органа; 8 - гідроциліндри розпору; 9 - гідроциліндри підйому, повороту виконавчого органа; 10 - виконавчий орган; 11 - навантажувальний пристрій; 12 - водяний насос системи зрошення.
Основним видом енергії для прохідницьких комбайнів служить електрична енергія змінного струму напругою 380, 500, 660 V. До складу електричного устаткування, входять: електродвигуни для привода виконавчих механізмів комбайна, магнітні станції з апаратурою керування, електричні пульти керування, апаратура сигналізації і освітлення, кабельна мережа.
Електродвигуни використовують для привода виконавчого органа, навантажувального і транспортуючого устаткування, ходової частини, а також гідронасоса, вентилятора, водяного насоса, ін.
В прохідницьких комбайнах широке застосування знайшов об’ємний гідропривід , який має високі енергетичні, динамічні та пускові характеристики. За допомогою систем силового гідроприводу працюють гідроциліндри, які здійснюють підйом, поворот, напірне зусилля та висув виконавчих органів, розпір комбайна у вибої, привод гусеничного ходу. Застосування для виконавчих органів комбайнів гідроприводу замість електропривода дає можливість знизити масу і габарити привода в 2 - 10 разів, знизити рівень споживаємої потужності на 20 -30 %.
Навантажувальне обладнання прохідницьких комбайнів. Навантаження гірської маси, зруйнованої виконавчим органом, у прохідницьких комбайнах здійснюється навантажувальним пристроєм, конструкція якого залежить в основному від типу виконавчого органа комбайна.
Навантажувальне устаткування у виді загрібних лап, складається з чотирьох чи двох лап, похилого столу, редуктора, що приводить у рух кривошипно-шатунний механізм і гідродомкратів підйому й опускання всього пристрою, а також конвеєра. Привод лап здійснюють через кривошипний диск. Цей вид навантажувального пристрою завдяки високій продуктивності і надійності знайшов широке застосування як у вітчизняних, так і закордонних прохідницьких комбайнах.
Шнекове навантажувальне устаткування транспортує відбиту гірську масу за допомогою шнеків.
Ходове устаткування прохідницьких комбайнів призначене для створення напірного зусилля на вибій при руйнуванні гірського масиву, навантаження відбитого матеріалу, для маневрування комбайном у вибої під час роботи і транспортування комбайна при переміщенні по гірських виробках.
У залежності від гірничогеологічних умов застосовують гусеничну чи крокуючу ходову частину . Найбільше поширення одержала гусенична, внаслідок високої маневреності і зручності експлуатації.
Гусенична ходова частина переміщує комбайн завдяки зчепленню гусениць з ґрунтом . Складається з центральної рами 1 , двох гусеничних візків з приводом 2, гусеничного ланцюга 5, натяжних пристроїв 6 , двох електродвигунів 3 та двох опорних гідроциліндрів 4. У залежності від типу привода розрізняють гусеничне устаткування з електричним і гідравлічним приводами.
Гусенична ходова частина в порівнянні з крокуючою має високу маневреність, допускає повороти і розвороти комбайна, дозволяє переганяти комбайни власним ходом, тоді як для перегону комбайна з крокуючою ходовою частиною вимагаються додаткові транспортні засоби.
Істотний недолік гусеничного ходу — неможливість одержання великих напірних зусиль на вибій, оскільки ті залежать від маси комбайна і коефіцієнта зчеплення гусениць з ґрунтом, тоді як комбайни з крокуючої ходовою частиною за допомогою гідродомкратів можуть створити зусилля на вибій, у кілька разів перевищуючі власну масу комбайна.
Породоруйнівний інструмент прохідницьких комбайнів. Інструмент розділяють на 2 групи :
1) для руйнування вугілля і неміцних неабразивних порід;
2) для руйнування порід середньої міцності і міцних.
На роботах по вугіллю та слабим породам застосовують різці РКС та РПП. Ріжуча частина різця армована пластинками твердого сплаву ВК-6В або ВК-8В. Для руйнування порід середньої міцності і міцних застосовують дискові ролики, зубчаті шарошки, спеціальні фрези. Основні конструкції породоруйнівного інструменту, які застосовуються в прохідницьких комбайнах представлені на спеціальному стенді в лабораторії № 214
Система пилоподавлення прохідницьких комбайнів. Забруднення повітря пилом від роботи комбайна к прохідницькому вибої при відсутності спеціальних засобів сягає 2000 - 3000 мг/м3 і більше, що недопустимо для нормальної роботи прохідників. Система пилоподавлення комбайнів включає в себе - витяжні вентилятори; трубопроводи; фільтри; водяні насоси; конусні і зонтичні форсунки для зрошення; струменеві форсунки для створення водяної завіси в призабійному просторі. Основні вимоги до системи пилоподавлення прохідницьких комбайнів:
1) зрошування в безпосередній зоні відбійки гірської маси і на перевантажувальних пунктах комбайна, перевантажувачів і конвеєрів;
2) - питома витрата води зрошувальних пристроїв повинний складати 30—50 л на 1 т зруйнованої гірської маси. Як рідину для змочування пилу в установці потрібно застосовувати воду;
3) - ефективність всмоктування і очищення повітря установкою повинна бути не менш 82- 89%.
ПК відбіркової дії поділяють на машини: легкого типу (c масою до 20-25 т, потужністю двигуна виконавчого органу до 60-80 кBт), що забезпечують руйнування гірських порід c межею міцності на одноосьовий стиск до 70-80 МПа, площі поперечного перерізу виробок до 20-25 м2; середнього типу (35-50 т, 100-160 кBт) для руйнування гірських порід до 100-110 МПа, при перерізах до 35 м2; важкого типу (до 100-110 т, до 300-400 кBт) для гірських порід до 140-150 МПа, при перерізах до 40-45 м2. Bcі типи комбайнів обладнуються, як правило, гусеничним ходом. ПК легкого та середнього типів найбільш поширені на вугільних шахтах , де з їх використанням проводиться 40-45% гірничих виробок. Швидкість проведення виробок такими комбайнами складає 140-160 м / міс, максимальна - до 1500 м / міс. Схема обробки поверхні виробки виконавчим органом з подовжньо-осьовою коронкою показана на рис. 5. Поздовжньо-осьова коронка 1 має вісь обертання, співвісну із стрілою комбайна 2. За допомогою цієї коронки можна забезпечити досить рівний (у порівнянні з аксіальної коронкою) профіль проведення виробки.
Сучасні ПК відбіркової дії характеризуються можливістю використання змінних фрезерних коронок в різноманітних гірничогеологічних умовах, навісного обладнання для виконання допоміжних операцій (підйому та встановлення елементів кріплення), механізмів для забезпечення стійкості комбайна, засобів автоматизації режиму роботи (лазерний контроль за напрямком руху, програмне управління ).
Рисунок 5. Схема обробки поверхні виробки виконавчим органом (2) відбіркової дії з подовжньо-осьовою породоруйнівною коронкою (1)
Схеми обробки прохідницького вибою гірничої виробки виконавчим органом з подовжньо - осьовою породоруйнівною коронкою наведені на рис.4 : Робота комбайна по кожній з цих схем обумовлює два режими: Обробка забою горизонтальними заходками (рис. 6 а) переважна з точки зору руйнування та рівномірності надходження гірничої маси по фронту навантаження. Однак в цьому випадку при руйнуванні міцних порід на поздовжньо - осьову коронку діє значне зовнішнє навантаження, при цьому основна компонента головного вектора зовнішнього навантаження спрямована протилежно напрямку подачі коронки.Обробка забою вертикальними заходками (рис. 6 б) є найкращою з точки зору продуктивності і стійкості прохідницького комбайну.
Рисунок 6. Схеми обробки прохідницького вибою гірничої виробки виконавчим органом з подовжньо-осьовою породоруйнівною коронкою: а – горизонтальними шарами ; б – вертикальними шарами
Схеми руйнування масиву гірської породи комбайном відбіркої дії поздовжньо-осьовою породоруйнівною коронкою в режимах попутного і зустрічного фрезерування вибою наведені на рис 7. У першому режимі різець входить в контакт з гірським масивом з нульовою товщиною стружки. При зустрічному фрезеруванні момент входу різця в контакт з гірським масивом характеризується наявністю значної за величиною товщини стружки, що супроводжується додатковими динамічними навантаженнями. Практика показує, що при дуже міцних породах робота коронок в режимі зустрічного фрезерування практично неможлива через високу динамічну навантаженність комбайна.
Рисунок 7. Режими роботи поздовжньо-осьової коронки: а – попутне фрезерування; б – зустрічне фрезерування
Прохідницькі комбайни відбіркової дії з стрілоподібним виконавчим органом з поперечно-осьовою коронкою (рис. 6) мають коронку 1, вісь якої знаходиться в горизонтальній площині і перпендикулярна поздовжній осі стріли 2.
Рисунок. 6. Схема обробки поверхні вибою виробки з виконавчим органом органом з поперечно-осьовою коронкою
Схема обробки забою таким виконавчим органом передбачає такий порядок дій. Спочатку проводиться вруб в нижній частині перерізу виробки на глибину Н, кратний вильоту коронки щодо корпусу редуктора. Вруб здійснюється двома-трьома змінними переміщеннями коронки вздовж осі стріли з бічним зсувом між переміщеннями. Потім подачею стріли в горизонтальній площині створюється розтин біля основи забою глибиною Н. Далі слідують поперемінні переміщення коронок в напрямку знизу вгору на величину 60-150 мм в залежності від конструкції коронки і в горизонтальній площині. На рис. 8 приведена схема послідовної обробки забою і технологічні режими роботи аксіальної коронки (сферичної форми), якими оснащені прохідницькі комбайни. Аналіз цієї схеми показує, що повний цикл обробки забою арочної форми включає значну кількість послідовних операцій. Можлива також схема обробки забою вертикальними заходками.
Рисунок 8. Схема послідовної обробки вибою (а) і режими роботи виконавчого органу з аксіальною коронкою (б)
Руйнування вибою обумовлена виконанням технологічних операцій :
• висуванням стріли на забій – фронтальне руйнування; • підйому виконавчого органу - вертикальне руйнування знизу-вгору; • опусканням виконавчого органу – вертикальне руйнування згори-вниз.
Зважаючи на конструктивні і технологічні особливості, робота прохідницьких комбайнів з поздовжньо-осьовою коронкою, з точки зору якості обробки забою краща, ніж при роботі ВО з поперечно-осьовий коронкою. Це позитивно позначається на трудомісткості процесу кріплення виробки та її стійкості.
Слід зазначити, що ВО з поперечно-осьовою коронкою забезпечують високу стійкість комбайну, ніж ВО з поздовжньо-осьовий коронкою.
Одним з основних вузлів прохідницьких комбайнів із стрілоподібним виконавчим органом є механізм подачі, що забезпечує кутові переміщення виконавчого органу як в горизонтальній, так і у вертикальній площинах.
Перевагами прохідницьких комбайнів із стрілоподібним виконавчим органом є:
• можливість варіювання в широкому діапазоні розмірами і формою виробки; • висока маневреність; • можливість селективної виїмки гірських порід і корисної копалини; • механізація допоміжних операцій; До недоліків відносяться: • послідовний спосіб обробки забою, не забезпечує високої продуктивності комбайна; • недостатня стійкість при роботі, що викликає, зокрема, складнощі в його управлінні.