Очистные комбайны

Очистной комбайн — это комбинированная горная машина, которая механизирует технологические операции в очистном забое одновременно по отделению полезного ископаемого от массива пласта и погрузке его на транспортную машину.

Основными функциональными элементами современных комбайнов (рис. 1.1) являются: исполнительный орган /, раз­рушающий (отделяющий от массива пласта) полезное иско­паемое и грузящий его на забойный конвейер; гидровставка 3 и один или два механизма подачи 8 для перемещения комбай­на вдоль линии очистного забоя; привод, состоящий из одного или двух электродвигателей 7, основных (правого и левого) 2 и поворотных (правого и левого) 9 редукторов, передающих крутящий момент от двигателей на валы исполнительных орга­нов. Представленная на рис. 1.1 принципиальная конструктив­ная схема, относится к комбайну унифицированного ряда РКУ13 и является характерной для большинства современных комбайнов со шнековыми исполнительными органами. При ра­бочем ходе комбайна в направлении вектора скорости подачи v_n наиболее рациональной по фактору процесса погрузки по­лезного ископаемого является схема, когда передний по ходу шнек вынимает уголь у кровли пласта, а отстающий шнек — у почвы пласта. При обратном направлении движения комбай­на положение шнеков меняется с помощью гидродомкратов 4, изменяющих угол установки поворотных редукторов относи­тельно корпуса комбайна. Домкраты 4 служат также для ре­гулирования исполнительного органа комбайна по вынимаемой мощности пласта.

На поворотных редукторах и шнеках установлены форсунки системы орошения. Основные (правый и левый редукторы) со­единяются с корпусом электродвигателя шпильками и болтовы­ми стяжками.

Комбайн имеет общую плиту 6 и при работе перемещается по ставу забойного конвейера, опираясь на него двумя парами опор 5, расположенных со стороны выработанного простран­ства и забойной стороны корпуса комбайна. При этом опоры со стороны выработанного пространства имеют захваты для бо­лее надежного соединения с плоскими или круглыми направля­ющими, размещаемыми на ставе конвейера со стороны вырабо­танного пространства.

Очистные комбайны классифицируют: по мощности и углам падения вынимаемых пластов; ширине захвата исполнительно­го органа; конструкции исполнительного органа и системе по­дачи- виду энергии для привода комбайнов.

По мощности вынимаемых пластов Я_пл различают комбай­ны для пластов —тонких (Я_пл<1,2 м), средней мощности (#_Пл=1,2—2,5 м) и мощных (Я_пл>2,5 м).

По ширине захвата В₃ исполнительного органа (см. рис. 1.1) различают комбайны узко- и широкозахватные. Первые имеют ширину захвата до 1 м, вторые —более 1 м.

В настоящее время узкозахватными комбайнами оснащены очистные комбайновые комплексы и большинство комплектов забойного оборудования, применяемых на угольных, сланцевых шахтах, а также при добыче калийных солей.

Полезная ширина захвата В₃ исполнительных органов узко­захватных комбайнов может составлять: 0,5; 0,63; 0,8 и 0,9 м. При выемке мощных пластов на комбайнах применяют испол_-нительные органы с шириной захвата 0,5 м, пластов средней мощности 0,63, 0,9 м, тонких пластов 0,8; 0,9 м.

Широкозахватные исполнительные органы имеют очистные комбайны «Кировец-2К» (B_s = l,65; 1,8 м) и 2КЦТГ, (В₃ = = 1,55; 1,6 м), которые еще продолжают выпускаться по зака­зам шахт для работы на пластах мощностью 0,55—0,9 м. Эти комбайны работают с почвы пласта в комплекте с разборными или передвижными конвейерами и индивидуальной крепью. ^ В зависимости от угла падения пласта различают комбай­ны для пологих и пологонаклонных пластов (с углом падения до 35°), крутонаклонных (36—45°) и крутых (46—90°) пластов. При работе на пологих и пологонаклонных пластах комбай­ны должны производить принудительную выгрузку угля из зо­ны работы исполнительного органа, а также необходимо при­менять механические средства доставки угля из очистного за­боя (лавы).

На пластах с углами падения более 35° уголь перемещает­ся вниз по очистному забою под действием гравитационных сил.

Исполнительные органы комбайнов по конструктивному ис­полнению могут быть: шнековыми, барабанными, корончатыми, дисковыми, цепными и комбинированными.

К исполнительным органам предъявляются следующие ос­новные требования:

обеспечение максимально возможной производительности при данных горно-геологических и горнотехнических условиях;

разрушение полезного ископаемого с минимальными энер­гоемкостью и степенью измельчения;

осуществление выгрузки полезного ископаемого из зоны ра­боты исполнительного органа и погрузки его на доставочную машину (при работе комбайна на пологих и пологонаклонных пластах);

возможность бесступенчатого регулирования по высоте (по мощности вынимаемого пласта

Рис.1.1. Очистной узкозахватный комбайн РКУ13 со шнековым исполнительным органом

полезного ископаемого);

высокие механический КПД, безотказность и долговечность.

В настоящее время на очистных узкозахватных комбайнах наибольшее распространение получили шнековые исполни­тельные органы 1 (см. рис. 1.1) с горизонтальной осью вра­щения.

Шнек (рис. 1.2) состоит из трубы 4, на которой расположе­ны винтовые лопасти 2, несущие кулаки 3 для закрепления в них резцов. Винтовые лопасти осуществляют погрузку отбито­го резцами угля на забойный конвейер. Выпускаются шнеки в двух исполнениях, отличающихся направлением винтовых ло­пастей, для работы в правом и левом забоях. С забойного тор­ца шнека располагается диск (лобовина) 5, на котором уста­навливается увеличенное число резцов 1 для обработки кутковой части забоя.

Чтобы осуществить фронтальное внедрение шнеков в уголь­ный пласт при зарубке без косых заездов комбайна, в лобови-не шнека выполняются проемы.

В зависимости от горно-геологических условий и других факторов применяют шнеки литой и сварной конструкции; по числу винтовых лопастей (спиралей) и их типу —обычно двух-и трехзаходные с постоянным или переменным шагом навивки лопастей.

Конструктивными параметрами шнековых исполнительных органов являются (см. рис. 1.2): диаметр исполнительного ор­гана — Dm (диаметр шнека по концам установленных на нем резцов, м); внутренний диаметр погрузочной лопасти (диаметр ступицы шнека)— d_m, м; толщина винта шнека — б_ш, м; число заходов шнека — N₃ (обычно два или три); угол подъема вин­та шнека аш — градус; ширина захвата шнека — В₃, м.

Преимущества шнековых исполнительных органов: просто­та конструкции и достаточно высокая безотказность как самих шнеков, так и систем их подвески и регулирования положения шнека по мощности пласта; возможность осуществления по­грузки определенного объема разрушаемого полезного ископае­мого без дополнительных погрузочных устройств.

Диаметры шнеков D_m могут составлять: 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 и 2300 мм.

Все серийно выпускаемые очистные угольные узкозахват­ные комбайны для пологонаклонных пластов (за исключением комбайна КА80) имеют шнековые исполнительные органы. Это комбайны: КЮЗ, 1К101У, КШ1КГУ, 1ГШ68, 2ГШ68Б; КШЗМ, 2КШЗ, 1КШЭ, а также комбайны унифицированного ряда —РКУЮ, РКУ13, РКУ16, РКУП20-25.

Наряду со шнековыми применяют также и барабанные ис­полнительные органы с горизонтальными и вертикальными ося­ми вращения. Барабанные исполнительные органы с горизон­тальными осями вращения имеют те же положительные каче­ства, что и шнековые органы, кроме одного — у них практиче­ски отсутствует погрузочная способность. Поэтому барабаны с горизонтальными осями применяют в комбайнах для работы на крутонаклонных и крутых пластах («Поиск-2», «Темп-1»), где используют гравитационный способ удаления полезного ис­копаемого из забоя.

Комбайн КА80 для тонких пологонаклонных пластов (рис. 1.3) имеет два регулируемых по мощности пласта бара­бана 2,5 с вертикальными осями вращения, которые симмет­рично располагаются по концам корпуса комбайна и обеспечи­вают челноковую схему работы с самозарубкой комбайна в пласт по концам очистного забоя.

Недостатки вертикальных барабанов: сложность их конст­рукции, связанная с наличием встроенных в барабан гидро­домкратов для перемещения в вертикальном направлении верхней части барабанов; низкий КПД привода из-за наличие приводных —режуще-погрузочных цепей 1, 8; низкая, как у всех барабанов, погрузочная способность, требующая обяза­тельного применения погрузочных щитков 3, 6 и погрузочного лемеха 10 на забойной стороне рештачного става 11 конвейера. В то же время резцы вертикальных барабанов работают по напластованию угля, что обеспечивает более низкую энергоемкость разрушения, лучшую сортность угля и позволяет комбай­ну эффективно работать на крепких и вязких углях. Корпус 12 комбайна, состоящий из редукторов привода исполнительных органов 4, 7 и электродвигателя 5, находится за конвейером (со стороны выработанного пространства).

Цепные исполнительные органы в виде плоского бара с ре­жущей цепью, замкнутой в горизонтальной плоскости, приме­няют во врубовой машине «Урал-33», а в виде кольцевого бара с режущей цепью, замкнутой в вертикальной плоскости,— в широкозахватном комбайне «Кировец-2К». Наличие сил тре­ния скольжения при движении режущей цепи в направляющих ручьях плоского и кольцевого баров вызывают повышенный износ цепей и направляющих рам, что предопределяет их отно­сительно небольшую долговечность и низкий (менее 0,5) КПД.

Цепной исполнительный орган в сочетании с буровым корон­чатым используют в комбайне 2КЦТГ.

В современных очистных комбайнах цепные исполнитель­ные органы играют роль элементов трансмиссий для передачи вращения барабанам (комбайн КА80 для пологих и «Темп-1» для крутых пластов), а также элементов погрузочных (КА80) и зачищающих забой («Темп-1») органов.

Рабочим инструментом исполнительных органов очистных комбайнов являются резцы различной конструкции. Резцы очистных комбайнов подразделяют на радиальные и тангенци­альные. Радиальные резцы применяют для разрушения полез­ного ископаемого сопротивляемостью пласта резанию А_р до 360 кН/м и устанавливают в резцедержателях (кулаках) ис­полнительного органа по радиусу шнека или барабана. При этом ось державки резца перпендикулярна к линии резания. Тангенциальные резцы устанавливаются в резцедержателях под острым углом к радиусу. Они предназначены для отделения угля стружками большого сечения и поэтому применяются на очистных комбайнах при работе на углях не выше средней кре­пости (с сопротивляемостью угля резанию до 200— 250 кН/м).

На рис. 1.4 в качестве примеров представлены широко рас­пространенные радиальный резец ЗР4-80 (рис. 1.4, а) и танген­циальный вращающийся резец типа РКС (рис. 1.4,6).

Основными конструктивными параметрами радиальных рез­цов являются: угол заострения б; передний угол 9; конструк­тивный задний угол ч и угол резания а = 6+ч; форма передней грани; форма режущей кромки; ширина режущей кромки Ь; радиальный конструктивный вылет резца /_р.

Передняя грань может быть плоской, клиновидной (см. рис. 1.4, а) и овальной формы. Наиболее распространены рез­цы с плоской и клиновидной передними гранями. Форма режу­щих кромок может быть овальной, прямоугольной, клиновид­ной и трапециевидной.

Основные конструктивные параметры тангенциальных рез­цов типа РКС (см. рис. 1.4, б): диаметр d, угол заострения (конус керна) б, осевой вылет Н_о и угол атаки г|), определяю­щий положение резца относительно траектории движения его вершины.

Резцы изготовляются из высококачественных легированных сталей ЗОХГСА, 35ХГСА с последующей термообработкой для обеспечения высокой прочности. Для обеспечения высокой твердости и износостойкости рабочих поверхностей резцы ар­мируют обычно пластинками или кернами вольфрамо-кобальтового металлокерамического твердого сплава.

Системы перемещения (подачи) очистных комбайнов. Си­стемы перемещения предназначены для передвижения комбай­нов в процессе работы с необходимым тяговым (напорным) усилием, а также для передвижения при различных маневро­вых операциях. Широкое распространение в очистных комбай­нах получили системы с гибкими тяговыми органами (цепные и реже канатные), бесцепные системы перемещения и в ряде случаев гусеничные.

Систему перемещения очистного комбайна образуют гибкий тяговый орган или жесткий опорный (рейка), механизм пере­мещения и удерживающие устройства.

Механизм перемещения представляет собой вариатор ско­рости с редуктором, на выходном валу которого установлена ведущая звездочка, взаимодействующая с круглозвенной цепью, либо специальные зубчатые колеса, которые катятся по рейке, либо канатный барабан (для широкозахватных комбайнов).

В очистных комбайнах применяют встроенные и вынесенные системы перемещения.

Механизм перемещения встроенных систем устанавливается непосредственно в корпусе комбайна. При этом механизм пере­мещения и его ведущий элемент (звезда, колесо, канатный ба­рабан) движется вместе с комбайном, а тяговый или опорный орган (цепь, рейка, канат) — неподвижен.

Схемы очистных узкозахватных комбайнов со встроенной системой перемещения, передвигающихся по раме забойного скребкового конвейера при помощи цепного тягового органа, показаны на рис. 1.5. Встроенный механизм 2 имеет ведущую 6 и отклоняющую 5 звездочки. Цепь 3 растянута вдоль рештач-ного става забойного конвейера. Ведущая звездочка 6, пере­мещаясь по натянутой цепи, заставляет двигаться комбайн в направлении вектора скорости подачи v_a. Отклоняющие звез­дочки 5 в комбайнах 1ГШ68, КШ1КГУ, КШЗМ (рис. 1.5, а), 1КЮ1У, (рис. 1.5,6) кинематически связаны со звездами 6. На участке между звездами 6 я 5 цепь имеет «слабину>, по­этому ведущей является та звезда, на которую цепь набегает (в рассматриваемом случае — звезда 6). Звезда 5, с которой цепь сбегает, принудительно выталкивает ее.

При реверсе механизма перемещения функции звездочек меняются.

По концам тяговой цепи могут устанавливаться компенса­торы длины цепи 4 (пружинные или гидравлические) для натя­жения ее холостой «ветви и вертлюги / для самоцентровки цепи относительно направляющих роликов приводной и отклоняю­щей звездочек.

В системах перемещения очистных комбайнов используют цепи классов точности Д и реже С калибром от 14 до 32 мм. Материал цепи — стали марок ЗОХГМА и 25ХГНМА. Для со­единительных звеньев используют сталь 40ХНМА. Разрывное усилие цепей достигает 1000 кН.

Рис. 1.6. Бесцепная система перемещения (БСП)

К недостаткам цепных тяговых органов относятся: создание опасной ситуации для рабочих при разрывах цепи и ее попе­речных колебаниях; большая амплитуда продольных колеба­ний и вследствие этого неравномерная подача комбайна, осо­бенно при большой длине цепи (длине забоя); необходимость применения предохранительной лебедки при углах падения пласта 9° и более для предотвращения сползания, комбайна вниз по очистному забою в случае разрыва тяговой цепи, ка­нат которой загромождает стесненное рабочее пространство.

Поиски дальнейших путей совершенствования механизмов перемещения очистных комбайнов привели к созданию бесцеп­ной системы перемещения (БСП). В БСП (рис. 1.6) тяговая цепь заменена жесткой направляющей 3, выполненной в виде зубчатой 6 или цевочной 7 рейки. Комбайн 2 перемещается по раме 1 забойного конвейера при помощи встроенного движи­теля /. По числу элементов движители могут быть двухэле­ментными— звездочка 8, цевочная рейка 7 (поз. /" на рис. 1.6) и трёхэлементными—звездочка 4, цевочное колесо 5, зубчатая рейка 6 (поз. /' на рис. 1.6). БСП может иметь также и дру­гие различные варианты исполнения — по расположению дви-

Рис. 1.7. Вынесенная система перемещения (ВСП) с механизмом переме­щения, установленным на раме приводных блоков конвейера (а) и на вен­тиляционном штреке (б)

жителя (со стороны забоя или выработанного пространства) и по расположению приводных элементов 5, 8 (в вертикальной или горизонтальной плоскости).

Преимущества БСП перед системами перемещения с цепны­ми тяговыми органами: значительное снижение колебаний ско­рости перемещения за счет повышения жесткости опорного ор­гана перемещения; повышение безопасности работ в результа­те ликвидации тяговой цепи; отсутствие необходимости в пред­охранительной лебедке.

Бесцепная система перемещения применяется в комбайнах типов 2ГШ68Б, 1КШЭ, РКУ10, РКУ13, РКУ16, РКУП20-25 и будет реализована в комбайнах КЮ4 и К85. Создается рейка с вертикально расположенными зубьями для мощных комбай­нов.

Следует отметить, что БСП комбайнов РКУЮ, РК.У13, РК.У16, РК.УП20-25 и 1КД1Э имеют по два движителя, что су­щественно повышает надежность систем перемещения и ука­занных типов комбайнов в целом.

Вынесенная система перемещения (ВСП) применяется в очистных узкозахватных комбайнах, работающих на тонких пластах. Механизмы перемещения 1 устанавливаются вне очи­стного комбайна на рамах приводных блоков конвейера (рис. 1.7, а) или в прилегающих к очистному забою выработках (рис. 1.7,6). Для этой системы перемещения характерны дви­жущийся по очистному забою тяговый орган (цепь 2, канат 3) и один или два неподвижных механизма перемещения.

Применение ВСП позволяет уменьшить длину очистного комбайна, что улучшает его вписываемость в тонкие пласты. Вынесенная система перемещения комбайнов, работающих на крутонаклонных и крутых пластах, состоит из тягово-предохранительной лебедки /, 2 (см. рис. 1.7,6) типа 1ЛГКНМ, уста­новленной на вентиляционном штреке. Лебедка объединяет в себе механизм перемещения и удерживающее устройство. Один из канатов 3 лебедки является тяговым, другой — предохрани­тельным, обеспечивающим удержание комбайна 4 в случае по­рыва тягового.

Область рационального применения узкозахватных комбайнов:

пласты мощностью 0,55—0,8 м — комбайны с буровыми и барабанными исполнительными органами с вертикальной осью вращения;

пласты мощностью 0,8—1,2 м — комбайны с исполнительными органами любых типов, за исключением барабанных с горизон­тальной осью вращения;

пласты антрацитов, энергетических углей, где повышенный выход крупных фракций обеспечивает значительный экономиче­ский эффект — комбайны с буровыми исполнительными орга­нами;

пласты с кливажистыми углями, явно выраженным контактом с боковыми породами, интенсивным отжимом угля, устойчивыми кровлями — комбайны с барабанными исполнительными органами с вертикальной осью вращения;

пласты с неустойчивыми кровлями, неспокойной гипсометрией и значительными колебаниями мощности пласта, где к сортности угля не предъявляют повышенные требования, — комбайны со шнековыми исполнительными органами;

пласты мощностью более 1,2 м — комбайны со шнековыми и буровыми исполнительными органами. Последние рекомендуются при выемке антрацитов и энергетических углей.

Дата добавления: 2014-10-31