Очистные комбайны и механизированные комплексы. Проходческие комбайны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Тема: "Очистные комбайны и механизированные комплексы. Проходческие комбайны"



1. Очистные комбайны и механизированные комплексы

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

Рис. 1 Принципиальная схема очистного узкозахватного комбайна

Основные функциональные элементы современных комбайнов (рис. 1): исполнительный орган 7, осуществляющий разрушение (отделение от массива пласта) полезного ископаемого и, как правило, погрузку его на забойную транспортную машину; механизм подачи 6 (перемещения вдоль линии очистного забоя или на забой) комбайна и привод, состоящий из одного или нескольких электродвигателей 5 (или пневмодвигателей) и редукторов 4, 2, передающих крутящий момент от двигателей на валы исполнительного органа и ведущей звездочки (или цевочного колеса) механизма подачи. Комбайн имеет также опорные лыжи 3 и погрузочные щитки 8 (в рабочем положении) и 7 (в транспортном положении).

По ширине захвата В3 исполнительного органа (см. рис. 1) различают комбайны широко- и узкозахватные. Первые имеют ширину захвата более 1 м (1,6,1,8,2 м), вторые -- до 1 м.

В настоящее время широкозахватные комбайны почти полностью вытеснены современными узкозахватными комбайнами.

Узкозахватный комбайн -- основная машина современных очистных механизированных комплексов.

В зависимости от угла падения пласта различают комбайны для полого- (угол падения до 35°) и крутонаклонных (угол падения более 35°) пластов. При углах падения пластов до 35° необходимо применение механических средств доставки угля из очистного забоя. При углах падения более 35° уголь перемещается вниз по очистному забою под действием гравитационных сил.

По мощности вынимаемых пластов различают комбайны для тонких пластов Н < 1,2 м, для пластов мощностью H = 1,2-2,5 м и пластов Н > 2,5 м.

Исполнительные органы очистных комбайнов работают в тяжелых условиях, так как им приходится разрушать не только угли с сопротивляемостью резанию от 60 до 350 кН/м, но и породные прослойки и включения, содержащиеся в пластах и имеющие высокие крепость и абразивность.

К исполнительным органам предъявляется ряд требований:

· разрушение массива пласта угля на транспортабельные куски с одновременной погрузкой горной массы на доставочные средства при простых конструктивных решениях; высокая надежность и производительность по разрушению и погрузке угля;

· небольшое измельчение угля при малом удельном расходе энергии и малое пылеобразование;

· высокий механический коэффициент полезного действия; возможность осуществления самозарубки исполнительного органа в пласт, удобства регулирования его по мощности пласта в процессе работы комбайна и обеспечение работы комбайна как по челноковой, так и по односторонней схеме;

· высокая технологичность изготовления, надежное крепление резцов в резцедержателях и удобство их замены при износе или других механических повреждениях; безопасное применение в шахтах, опасных по газу и пыли.

Указанным требованиям в наибольшей мере отвечают шнековые исполнительные органы с горизонтально расположенными осями вращения, которые получили преимущественное применение в современных очистных узкозахватных комбайнах.

Рис. 2 Шнек очистного комбайна

Шнек (рис. 2) состоит из трубы 1, на которую приварены (или отлиты) 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) 4, на котором устанавливается увеличенное число резцов 5 для обработки кутковой части забоя.

Чтобы осуществить фронтальное внедрение шнеков в угольный пласт, не выполняя комбайном косых заездов, в лобовине шнека делаются проемы.

Конструктивные параметры шнековых исполнительных органов следующие: диаметр исполнительного органа D_ш, м (диаметр шнека по концам, установленных на нем резцов); внутренний диаметр погрузочной лопасти (диаметр ступицы шнека) d_ш м; толщина винта шнека б_ш, м; число заходов шнека N_з (обычно два или три); угол подъема винта шнека а_ш градус.

Полезная ширина захвата шнеков В_з составляет: 0,5; 0,63; 0,8 м.

При выемке мощных пластов применяются шнеки обычно с небольшой шириной захвата -- 0,5 м. Для пластов мощностью до 1 м ширина захвата составляет 0,8 м.

Основные преимущества шнековых исполнительных органов: совмещение функций отделения угля от массива пласта и погрузки его на конвейер; удобство регулирования по мощности пласта; возможность осуществления самозарубки; безотказность и достаточно высокий технический ресурс.

При правильно выбранных конструктивных и режимных параметрах собственно шнеками можно погрузить до 60-70 % отбиваемой горной массы. Для увеличения полноты погрузки применяют дополнительно погрузочные устройства 8 (см. рис. 1), удерживающие отбитый уголь в зоне работы шнека.

Наряду со шнековыми применяются также барабанные исполнительные органы. Барабанный исполнительный орган с горизонтальной осью вращения представляет собой цилиндр, на внешней поверхности которого в определенной последовательности закреплены кулаки с резцами. Он прост по конструкции, но не может грузить уголь на конвейер и обеспечивать самозарубку комбайна в угольный пласт. Поэтому барабанные исполнительные органы применяют в очистных комбайнах для выемки угля из крутых пластов при работе по односторонней схеме снизу -- вверх, когда исключается выгрузка угля из уступа забоя.

Барабанные исполнительные органы с вертикальной осью вращения применяют на комбайнах МК67М и КА80.

Рис. 3 Резцы: а - радиальные, б - тангенциальные

Рабочим инструментом исполнительных органов очистных комбайнов являются резцы различной конструкции. По виду резцы очистных комбайнов подразделяют на радиальные и тангенциальные (рис. 3). Радиальные резцы (рис. 3, а) устанавливаются в резцедержателях (кулаках) исполнительного органа по радиусу шнека или барабана. При этом ось державки резца перпендикулярна к линии резания. Тангенциальные резцы (рис. 3, б) 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).

Конструкции резцов, устанавливаемых на исполнительных органах очистных комбайнов, показаны на рис. 4.

Резец радиальный однолезвийный РО-65 предназначен для исполнительных органов комбайнов для выемки тонких пластов любой абразивности с сопротивляемостью резанию до 350 кН/м для хрупких и 300 кН/м для вязких углей.

Резцы ЗР4-80 и ЗР2-80 имеют увеличенный до, 80 мм вылет резца, предназначены для очистных комбайнов, имеющих повышенную энерговооруженность и работающих при большом сечении среза. Могут работать на углях любой абразивности с сопротивляемостью резанию до 300 кН/м и крепостью возможных породных включений F < 3 при их суммарной мощности не более 10 % от вынимаемой мощности пласта.

Рис. 4 Конструкции резцов очистных комбайнов

Резец тангенциальный ИТ125С с вылетом 125 мм предназначен для шнековых исполнительных органов сланцедобывающих комбайнов при выемке сланца с сопротивляемостью резанию до 350 кН/м и угледобывающих комбайнов при выемке углей с сопротивляемостью резанию 300 кН/м.

Тангенциальный вращающийся резец РКС1 предназначен для проходческих комбайнов, но применяется и для установки на шнеках очистных комбайнов.

Резцы КБ-01 используют в качестве торцовых резцов на шнеках, позволяющих осуществлять фронтальную самозарубку комбайна в угольный пласт.

комбайн очистной проходческий механизированный

Резец УМК-90 предназначен для барабанных исполнительных органов с вертикальными осями вращения.

Системы перемещения 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 канатные), бесцепные системы подачи 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 редуктор, на выходном валу которого установлен ведущий элемент, которым является цепная звезда, взаимодействующая с круглозвенной цепью, либо специальные зубчатые колеса, которые катятся по рейке.

Удерживающие устройства -- это различные стопорные устройства, которые останавливают комбайн при выключении или отказе системы перемещения. Применение удерживающих устройств обязательно, если угол падения пласта больше 8° при установке комбайна на раме конвейера и больше 17° при перемещении комбайна по почве пласта. Удерживающие устройства должны обеспечивать остановку комбайна на пути не более 0,4 м с момента их включения.

В очистных комбайнах применяются встроенные и вынесенные системы перемещения.

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

Схемы очистных комбайнов со встроенной системой перемещения, передвигающихся по раме забойного скребкового конвейера при помощи цепного тягового органа, показаны на рис. 5. Во встроенном механизме перемещения 2 цепь 3 растянута вдоль рештачного става забойного конвейера. Ведущая звездочка 6, перемещаясь по натянутой цепи, заставляет двигаться комбайн в направлении вектора скорости подачи. Отклоняющие звездочки 5 в комбайнах 1ГШ68, КШ1КГУ, КШЗМ (рис. 5, а), 1К101У (рис. 5, б) кинематически связаны со звездами 6. На участке между звездами б и 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 ее выталкивает.

Рис. 5 Схемы очистных комбайнов со встроенной системой перемещения

При реверсе механизма перемещения функции звездочек меняются.

По концам тяговой цепи могут устанавливаться компенсаторы 4 длины цепи (пружинные или гидравлические) и вертлюги 1 для самоцентровки цепи относительно направляющих роликов приводной и отклоняющей звездочек.

Тяговые цепи выпускаются четырех классов прочности A, В, С и Д и двух степеней точности калибром от 14 до 32 м.

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 очистного забоя); необходимость применения предохранительной лебедки при углах падения пласта более 8° для предотвращения сползания комбайна на конвейере вниз по очистному забою в случае разрыва тяговой цепи, канат которой дополнительно загромождает стесненное рабочее пространство.

Поиски дальнейших путей совершенствования механизмов перемещения очистных комбайнов привели к созданию бесцепной системы подачи (БСП). Встроенная БСП (рис. 6) не имеет тяговой цепи. Роль ее выполняет жесткая направляющая l, состоящая из отдельных шарнирно связанных между собой элементов. Комбайн 2 перемещается по раме 1 забойного конвейера с помощью ведущего элемента l бесцепной системы подачи. Ведущим элементом может быть приводимое во вращение звездочкой 4 цевочное колесо 5, находящееся в зацеплении с направляющей 3 в виде зубчатой рейки (рис. 6) или звездочка 4, обкатывающаяся непосредственно по направляющей в виде цевочной рейки (рис. 6).

Рис. 6 Бесцепная система перемещения (БСП)

Преимущества БСП перед системами перемещения с цепными тяговыми органами следующие: повышается безопасность и улучшаются условия труда шахтеров в результате отсутствия тяговой цепи как потенциального источника травматизма, исключения несчастных случаев от обрыва и колебаний цепи; отпадает необходимость в прицепных и натяжных устройствах тяговой цепи на приводах конвейеров и совмещаются операции по передвижке приводных головок забойных конвейеров с работой комбайна; значительно снижаются колебания скорости перемещения комбайна за счет повышения жесткости опорного органа перемещения и, как следствие, снижаются динамические нагрузки в трансмиссиях комбайна; отпадает необходимость применения предохранительных канатов и предохранительных лебедок, устанавливаемых на вентиляционных штреках при работе комбайнов с цепными тяговыми органами в очистных зябоях на пластах с углами падения более 8°, а также устраняются в забое дополнительные цепи полиспастной системы при работе комбайнов на пластах, залегающих под углом до 35°; более полно используется мощность электродвигателей очистных комбайнов, повышается производительность, безотказность и долговечность комбайнов.

Вынесенная система перемещения (ВСП) предназначается для очистных узкозахватных комбайнов, работающих на тонких пластах. Механизмы перемещения 1 (рис. 7) устанавливаются вне очистного комбайна на приводных головках конвейера (рис. 7, а) или в прилегающих к очистному забою выработках (рис. 7, б). Для этой системы перемещения характерны движущийся по забою тяговой орган (цепь 2 или канат 3) и один или два неподвижных механизма перемещения.

Применение ВСП позволяет уменьшить длину очистного комбайна (встроенная система перемещения удлиняет комбайн на 2,2--2,6 м), что улучшает его вписываемость в тонкие пласты. ВСП комбайнов, работающих на наклонных (более 35°) и крутых пластах, состоит из тягово-предохранительной лебедки 1 типа 1ЛГКН, установленной на вентиляционном штреке. Лебедка объединяет в себе механизм перемещения и удерживающее устройство. Один из канатов 3 лебедки -- тяговый, другой предохранительный, обеспечивающий удержание комбайна 4 в случае порыва тягового.

Рис. 7 Вынесенная система перемещения (ВСП): а - механизм перемещения установлен на приводных головках конвейера; б - механизм перемещения установлен на вентиляционном штреке

Структурные схемы механизмов перемещения очистного комбайна приведены на рис. 8. От вала электродвигателя ЭД (рис. 8, а) вращающий момент передается через зубчатую передачу П1 вариатору скорости ВС и от него через вторую зубчатую передачу П2 - ведущему элементу ВЭ (звезда, колесо). Вариатор скорости представляет собой кинематическое звено, передаточное отношение которого плавно регулируется вручную или автоматически для изменения скорости и направления перемещения очистного комбайна. В вариаторе скорости обычно используют удобный для регулирования вид энергии: рабочей жидкости, выпрямленного электрического тока или электромагнитного поля.

Рис. 8 Структурные схемы механизмов перемещения: а - гидравлического; б - с электромагнитной муфтой скольжения; в - с электродвигателем постоянного тока и тиристорным преобразователем

Первый вариатор скорости гидравлический, второй и третий электрические. Механизмы перемещения с указанными вариаторами также соответственно называют гидравлическими и электрическими.

В гидравлических (или гидромеханических) механизмах перемещения применяют объемный гидропривод, позволяющий регулировать скорость подачи комбайна v бесступенчато в широком диапазоне. Силовой контур вариатора скорости образуют насос регулируемой подачи и гидромотор, имеющий неизменную объемную постоянную, соединенные гидролиниями. Рабочая жидкость нагнетается насосом, приводит во вращение гидромотор ГМ и последующую кинематическую цепь. Регулируя с помощью насоса частоту вращения гидромотора и реверсируя его, изменяют скорость и направление перемещения очистного комбайна.

В качестве элементов объемного гидропривода механизмов перемещения используют насосы и гидромоторы радиально-поршневого и аксиально-поршневого типов.

Гидромоторы изготовляют двух типов: низкомоментные (с крутящим моментом до 0,5 кНм и частотой вращения выходного вала до 6,6 с^-1) и высокомоментные (с крутящим моментом более 5кНм и частотой вращения выходного вала 0,3--1,65 с^-1).

Очистные комбайны 1К101У, КШ1КГУ, КШЗМ имеют встроенные механизмы подачи с гидровставкой 1Г405, обеспечивающей скорость подачи до 6 м/мин и максимальное тяговое усилие 180--250 кН.

В гидравлических механизмах перемещения используют индустриальные дистиллятные масла сернокислотной очистки. Индустриальное масло И-40А обладает необходимой вязкостью и смазывающей способностью, оно не разрушает уплотнения на каучуковой основе. Температура масла в процессе работы не должна превышать 60° С.

Электрический механизм перемещения, в котором в качестве вариатора скорости подачи комбайна используется электромагнитная муфта скольжения, применен в очистных комбайнах К103 и КА80 с вынесенной системой подачи ВСП2. Эта система обеспечивает автоматически стабилизацию нагрузки на комбайн регулированием скорости его перемещения.

Каждый из двух приводов ВСП2 (рис. 8, б) имеет автономный асинхронный электродвигатель ЭДА, который через редуктор вращает якорь электромагнитной муфты скольжения ЭМС. При подаче в неподвижное ярмо Я2 тока возбуждения воникает магнитное сцепление якоря и индуктора И, который через редуктор Р2 связан с ведущим элементом ВЭ -- приводной звездой тяговой цепи. Регулируя ток возбуждения, можно менять частоту вращения индуктора И и вращающий момент на нем, обеспечивая тем самым требуемый режим работы комбайна.

Преимущество ВСП2 -- относительная простота конструкции ЭМС и ее привода, недостатки -- большие габариты ЭМС и ее ограниченная мощность.

Второе направление создания электрических механизмов перемещения -- это использование в качестве вариатора скорости подачи комбайна электродвигателя постоянного тока. Для выпрямления переменного тока используется тиристорный преобразователь.

Тиристорный механизм перемещения 1 (рис. 8, в) состоит из последовательно соединенных между собой электродвигателя постоянного тока ЭДП, муфты предельного момента МПМ и редуктора Р с ведущим элементом ВЭ на- выходном валу. Блок питания БП электродвигателя постоянного тока (вариатора скорости) 2 выполнен на мощных управляемых тиристорах, установлен на штреке и связан с ЭДП дополнительным гибким кабелем, проложенным по забою. Воздействуя на ток управления блоком питания БП, можно регулировать величину и изменять направление выпрямленного тока, изменяя таким образом скорость и направление перемещения комбайна. Для защиты механизма перемещения от быстро нарастающих нагрузок установлена муфта предельного момента МПМ. Данный электрический механизм перемещения имеет высокий КПД и может быть встроен в очистной комбайн.

Бесцепная электрическая система подачи с двигателями постоянного тока применена в комбайне 1КШЭ.

Силовое оборудование привода очистных комбайнов.

Привод включает в себя силовое оборудование (двигатель), передаточные механизмы (трансмиссии), различные средства ручного, дистанционного и автоматического управления.

В очистных комбайнах наибольшее распространение получили асинхронные трехфазные короткозамкнутые электродвигатели переменного тока с частотой вращения 25 с^-1. Основным пока является напряжение электрического тока 660 В, но уже начат переход на напряжение 1140 В, что улучшает энергоснабжение очистных комбайнов и повышает их мощность.

По виду системы охлаждения выпускаются двигатели трех типов; ЭКВ -- с водяным охлаждением; ЭДКО -- с наружным обдувом; ЭДК -- необдуваемые (с внутренней циркуляцией воздуха). Здесь буквы Э и ЭД обозначают электродвигатель, К -- комбайновый, О -- обдуваемый, В -- с водяным охлаждением.

Номинальной мощностью электродвигателя является наибольшая полезная мощность на его валу, которую он способен создавать не перегреваясь.

Допустимая температура корпуса комбайновых электродвигателей составляет 100° С, обмотки статора 155° С. При кремнийорганической изоляции класса Н допускается нагрев обмоток до 180° С.

Температурный режим работы электродвигателей -- один из основных критериев. Наиболее эффективно охлаждение двигателей водой. Если принять за 100 % мощность необдуваемого двигателя, то при одинаковых размерах корпуса мощность обдуваемого двигателя составит 180-190 %, а двигателя с водяным охлаждением - 300--350 %.

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют высокую перегрузочную способность. Максимальный вращающий момент достигается при скольжении 10--15 % и в 2--3 раза превышает номинальный момент. Начальный пусковой момент составляет 75--85 % максимального вращающего момента.

Взрывозащищенность электрооборудования очистных комбайнов обеспечивается взрывонепроницаемыми оболочками и искробезопасной электрической цепью. Оболочки не должны деформироваться и пропускать продукты взрыва в окружающую шахтную атмосферу при давлении в результате взрыва в оболочке метано-воздушной среды, достигающим 1 -- 1,5 МПа.

На шахтах, где применение электропривода запрещено правилами безопасности, в горных машинах применяется пневмопривод. Пневматический привод в тех же габаритах, что и электрический, имеет значительно меньшую мощность, невысокий КПД, более сложное и менее надежное управление. Большая протяженность пневматической сети, ее низкий КПД и недостаточная прочность позволяют применять воздух с давлением только 0,3--0,4 МПа, что и есть одна из основных причин относительно малой мощности комбайнов с пневмоприводом.

Передаточные механизмы приводов.

Важная составная часть привода комбайна -- его трансмиссия, соединяющая двигатель с рабочими органами. Вид кинематической схемы зависит от типа рабочего органа, приводимого в движение, соотношения частот вращения на входе и выходе привода, регулировочной способности, пусковых характеристик и мощности двигателя. В очистных комбайнах двигатели осями вращения могут быть расположены вдоль или поперек продольной оси машины. Шнеки большинства очистных комбайнов расположены на качающихся редукторах, обеспечивающих регулировку исполнительных органов по мощности пласта, а оси их вращения перпендикулярны по отношению к оси двигателя. В этом случае трансмиссия предусматривает коническую зубчатую пару, которая в отличие от цилиндрических зубчатых пар обладает пониженной несущей способностью. Поэтому коническая пара располагается по возможности ближе к валу ротора, где передаваемый крутящий момент имеет меньшее значение, как например, в комбайне 2ГШ68Б (бесцепной), кинематическая схема которого приведена на рис. 2.10, а.

Рис. 9 Кинематические схемы узкозахватных комбайнов: а - 2ГШ68Б с БСП; б - К103 с ВСП

Крутящий момент двух электродвигателей передается зубчатыми муфтами 1 на валы I и VII правого редуктора, которые в свою очередь связаны между собой цилиндрическими колесами 2, 3, 18, и на вал I и гидронасос 19 левого редуктора. В правом редукторе с вала VII, в левом редукторе с вала I конической шестерней 17 и колесом 16 момент передается на вал VI, с которого цилиндрическими колесами 4, 5 -- на вал V, а колесами 15, 14 через зубчатую муфту 13 -- на вал II поворотного редуктора. В поворотном редукторе с шестерни 6 на валу II через паразитные колеса 7 -- 9 и колесо 11 момент передается на зал IV, откуда через шестерню 12 и колесо 10 на выходной зал III шнека. При движении комбайна один из шнеков (впереди идущий) регулируется по кровле, другой - по почве угольного пласта. Управление шнеками по мощности и гипсометрии пласта осуществляется домкратами подъема шнеков Д. Бесцепной механизм подачи встроен в комбайн. Редуктор механизма подачи предназначен для передачи вращения от гидромотора 26 (1ДП4) приводному цевочному колесу 21. Приводная шестерня 29, консольно сидящая на валу гидромотора, находится в зацеплении с колесом 28, собранным на залу с шестерней 27. При помощи цилиндрической передачи 25, 23 крутящий момент через зал VIII передается на специальный автоматический тормоз 24, который удерживает комбайн при его остановках. От шестерни 27 через промежуточный блок зубчатых колес 30 -- 22 и зубчатое колесо 20 вращение передается цевочному колесу 21. Кроме приводного цевочного колеса со стороны выработанного пространства к корпусу комбайна шарнирно прикреплена лыжа со специальным захватом, при помощи которого осуществляется направление движения комбайна по рейке. С таким же захватом установлена лыжа на опоре под корпусом энергоблока комбайна. Аналогичная компоновка трансмиссий и в комбайнах 1ГШ68 и 1ГШ68Е (последний рассчитан на напряжение 1140 В), только системы их перемещения имеют цепной тяговый орган. Компоновка трансмиссии привода комбайнов со взаимно перпендикулярными осями вращения двигателей и шнековых исполнительных органов характерны также для комбайнов 1К101У, КШ1КГУ, КШЗМ, 2КШЗ, а также для комбайнов унифицированного ряда РКУ.

При параллельном расположении осей валов двигателей и рабочих органов (например, в комбайне К103) трансмиссии имеют только цилиндрические зубчатые пары. Так, в комбайне К103 (рис. 9, б) кинематические цепи привода правого и левого шнеков одинаковы. От электродвигателей М передача крутящего момента осуществляется установленными на валах электродвигателей шестернями передающими вращение промежуточным шестерням 2, от которых получают вращение колеса 4, закрепленные на валах IV. На залы IV свободно насажены шестерни 13, которые получают вращение при помощи зубчатых муфт 12. При включенной муфте 12 момент шестерней 13 передается колесу 6 на вал I и зубчатой парой 5, 7 -- на вал II, а с вала II зубчатой передачей 11 - 8 с двумя промежуточными колесами 10 и 9 - на вал III привода шнека. Роторные шестерни 1 двух электродвигателей кинематически связаны двумя промежуточными колесами 2 и 3. От колеса 3 приводится насос Н гидросистемы комбайна.

Позиции зубчатых муфт.

Основные параметры очистных узкозахватных комбайнов типа ПУ со шнековыми исполнительными органами, предназначенных для выемки угля в очистных забоях пологих и наклонных пластов мощностью 0,6--5 м, подвигающихся по простиранию пластов с углом падения до 35°, а также по восстанию и падению с углом до 8--10, при сопротивляемости угля резанию до 300 кНм приведены в ГОСТ 2691486. Предусмотрено девять типоразмеров очистных комбайнов: ПУ5, ПУ6, ПУ8, ПУ10, ПУ13, ПУ16, ПУ25 и ПУ35. Цифры после букв указывают нижний предел регулирования высоты исполнительного органа в дециметрах. Верхний предел регулирования высоты исполнительного органа должен составлять не менее 1,6 от нижнего. Например, для типоразмера ПУ10 пределы регулирования высоты исполнительного органа составляют: нижний -- не более 1000 мм, верхний -- не менее 1600 мм.

Ширина полезного захвата В3 исполнительного органа комбайна выбирается из ряда 0,5; 0,63 и 0,8 м.

Связь между мощностью пласта, вынимаемого комбайном, и высотой исполнительного органа выражается следующими зависимостями:

В основном очистные комбайны типа ПУ оснащены шнековыми исполнительными органами. Только комбайны МК67М и КА80, предназначенные для работы на пластах мощностью от 0,6 -- 0,7 м до 1,2 м, имеют барабанные исполнительные органы на вертикальных осях вращения. Узкозахватные комбайны для крутых пластов имеют, как правило, барабанные исполнительные органы с горизонтальными осями вращения. К режимным параметрам комбайнов относятся скорость резания, м/с; скорость подачи, м/мин; частота вращения исполнительного органа, с^-1, толщина среза (глубина резания) h., м (рис. 10).

Рис. 10 Схема обработки забоя шнеками очистного комбайна

Основные компоновочные схемы и технические данные очистных комбайнов. Конструкции узкозахватных комбайнов для выемки тонких пологонаклонных пластов могут компоноваться по трем схемам (рис. 11).

Рис. 11 Компоновочные схемы узкозахватных комбайнов для выемки пластов мощностью до 1,2 м

Первая схема (рис. 11, а). Корпус 1 комбайна находится над ставом забойного конвейера 2. Ограничивают возможность применения такой схемы высота корпуса комбайна от почвы Н и клиренс под корпусом до днища рештака h . Поэтому для тонких пластов мощностью 0,9--1,2 м эта схема может применяться при одностороннем расположении исполнительного органа, когда при указанном направлении вектора скорости конвейера V_k основная масса угля не проходит под корпусом комбайна (комбайн 1К101У).

Вторая схема (рис. 11, б). Корпус 1 размещен между исполнительными органами (комбайн К103). Над ставом конвейера 2 расположен портал J, снабженный захватом за круглую направляющую 4. Комбайн имеет вынесенную систему подачи. Недостатки такой компоновочной схемы -- невозможность фронтальной зарубки исполнительных органов комбайна в угольный пласт и необходимость выполнения для зарубки шнеков косых заездов комбайнов по концам очистного забоя.

Третья схема (рис. 11, в). Корпус 1 комбайна размещен в специально образованной дороге 5 позади рештаков забойного конвейера 2 со стороны выработанного пространства. Портал 5, в котором размещена силовая передача в виде режущей цепи к исполнительным органам комбайна - вертикальным барабанам (комбайн КА80), имеет захват для круглой направляющей 4. Комбайн оснащен вынесенной системой подачи, а его исполнительный орган позволяет осуществлять фронтальную зарубку в угольный пласт. Основной недостаток такой компоновочной схемы -- большая ширина рабочего пространства, занятого комбайном и конвейером.

Гипроуглемашем (г. Москва) совместно с ИГД им. А.А. Скочинского, ПНИУИ, Горловским машзаводом им. СМ. Кирова и НПО "Автоматгормаш" разработан ряд унифицированных комбайнов типоразмеров РКУ10; 13; 16; 20 и 25, в основу конструкции которых заложено применение: для всех типоразмеров комбайнов современной компоновочной схемы с симметричным расположением шнековых исполнительных органов по концам комбайна, что позволяет осуществлять выемку угля без предварительной подготовки ниш; в каждом типоразмере комбайна бесцепной системы с двумя механизмами подачи (кроме РКУ10), что позволяет благодаря встроенному гидравлическому тормозу работать комбайну в условиях наклонных пластов без предохранительной лебедки и повышает безопасность условий труда шахтеров; для всего ряда комбайнов единой гидровставки, базирующейся на применении современных аксиально-поршневых насосов РНАС 125F320 с рабочим давлением до 32 МПа и аналогичных по конструкции аксиально-поршневых гидромоторов РНМА 125F320; для всего ряда комбайнов единого электродвигателя с водяным охлаждением и встроенным в его корпус электроблоком, что позволило увеличить энерговооруженность комбайнов до 200 -- 400 кВт и в перспективе до 315 -- 630 кВт; при жидкостнозаполненных электродвигателях; для всех типоразмеров ряда комбайнов (кроме РКУ10) рам, разгружающих стыки корпусов и электродвигателей комбайна от рассоединения; системы орошения повышенной надежности с подводом воды к шнекам в зоны резания.

Для пластов средней мощности выпускаются современные комбайны 1ГШ68, 1ГШ68Е (на напряжение 1140 В), 2ГШ68Б, осваивается серийное производство комбайнов унифицированных рядов РКУ13 и РКУ16.

Компоновочные схемы комбайнов типов ГШ68 (см. рис. 1) и РКУ аналогичны, только комбайны ГШ68 снабжены погрузочными щитками. Комбайны 1ГШ68 и 1ГШ68Е имеют встроенную систему перемещения с цепным тяговым органом и гидровставки с радиально-поршневыми насосами НП 120 и гидромотором ДП-150-И--01. Комбайн 2ГШ68Б имеет один бесцепной механизм перемещения и гидровставку с насосом 1НП200 и гидромотором 1ДП4. Комбайны РКУ13 и РКУ16 снабжены двумя бесцепными механизмами перемещения и имеют гидровставки с аксиально-поршневыми насосами типа РНАС 125/320 и гидромотором РМНА 125/320.

На шахтах на пластах средней мощности используется также модернизированный комбайн легкого типа КШ1КГУ, имеющий одностороннее расположение шнеков, смонтированных на поворотных редукторах.

Для выемки из пластов мощностью от 1,8--3,3 м применяется комбайн КШЗМ, имеющий два шнека одинакового диаметра, установленных на выходных валах поворотных редукторов, шарнирно закрепленных на центральном редукторе. Каждый шнек имеет индивидуальный привод с самостоятельными электродвигателями 1ЭДК05Р мощностью 145 кВт (длительная мощность 105 кВт).

Для выемки угля из пластов средней мощности и мощных серийно выпускаются комбайны 2КШЗ и 1КШЭ. Компоновочная схема комбайна 2КШЗ аналогична комбайну КШЗМ. Комбайн имеет встроенный бесцепной механизм перемещения с гидровставкой, аналогичной гидровставке комбайна 2ГШ68Б. Привод шнеков, как и у комбайна КШЗМ, индивидиуальный, но более мощный (общая мощность двигателей 430 кВт).

Комбайн 1КШЭ имеет компоновочную схему аналогичную комбайнам типа РКУ. Примерная установленная мощность двигателей составляет 450 кВт. Привод двух бесцепных механизмов перемещения выполнен в виде электромеханических систем с электродвигателями постоянного тока и тиристорными преобразователями.

Привод двух бесцепных механизмов перемещения комбайна РКУП25 осуществляется, как у и комбайна 1КШЭ, электродвигателями постоянного тока с тиристорными преобразователями.

Для работы на крутых и крутонаклонных пластах отечественной промышленностью выпускаются узкозахватные комбайны "Поиск-2р" и "Темп-1".

Комбайн "Поиск-2р" (с радиоуправлением) предназначен для выемки угля в очистных забоях, подвигающихся по простиранию пластов мощностью 0,36--0,75 м, с углом падения 35--85° и сопротивляемостью угля резанию до 300 кН/м. Конструкция комбайна обеспечивает его работу по односторонней схеме с рабочим ходом снизу вверх в лоб уступа очистного забоя по почве пласта с самотечной выгрузкой угля из рабочего пространства. После подъема комбайна на всю длину очистного забоя производится его холостой спуск вниз. Ширина захвата исполнительного органа комбайна 900 мм. Комбайн имеет пневматический привод. Суммарная мощность двух пневмодвигателей комбайна К18Ф-25 составляет 36 кВт при давлении сжатого воздуха 0,4 МПа. Скорость подачи комбайна 0,76; 1,33; 1,95 м/мин -- рабочая и 5,9 м/мин -- маневровая. Тяговое усилие на рабочем канате лебедки составляет 115 кН. Схема расположения барабанных исполнительных органов комбайна в забое показана на рис. 12, а.

Рис. 12 Компоновочные схемы комбайнов с барабанными исполнительными органами на горизонтальных осях вращения: а - комбайн "Поиск -2р", б - комбайн "Темп-1"

Автоматизация комбайнов

Автоматическое регулирование нагрузки и скорости перемещения современных очистных комбайнов с гидравлическими механизмами перемещения осуществляется с помощью автоматического регулятора "Уран".

Регулятор нагрузки и скорости перемещения "Уран" может применяться самостоятельно (комбайны 1К101У, КШ1КГУ) или являться составной частью системы автоматического управления комбайном САУК-М, устанавливаемой на комбайнах 1ГШ68, 2ГШ68Б, КШЗМ, 2КШЗ.

Применение системы САУК-М обеспечивает дистанционное управление (с пульта управления комбайном) пускателями комбайна, предохранительной лебедки, насосной установки системы орошения, а также фидерным автоматическим выключателем комбайна; дистанционное управление пускателем конвейера; отключение пускателя комбайна кнопками "Стоп", расположенными вблизи исполнительных органов с фиксацией этих кнопок в положении "Выключены"; автоматическое выключение пускателя комбайна при опрокидывании или задержке запуска электродвигателей комбайна; отключение пускателя комбайна при концентрации метана, превышающей допустимую; автоматическую стабилизацию нагрузки и скорости перемещения комбайна (автоматический регулятор "Уран"); дистанционное управление положением исполнительных органов комбайна; контроль целостности цепей управления пускателя комбайна и конвейера, перегрева рабочей жидкости в гидравлическом механизме перемещения.

Средства для борьбы с пылью при работе комбайнов.

Правилами безопасности установлены следующие предельно допустимые концентрации взвешенной в воздухе подземных выработок пыли: 2 мг/м3 -- пыли угольно-породной, содержащей от 10 до 70 % свободного оксида кремния; 4 мг/м3 -- пыли угольной, содержащей от 2 до 10 % свободного диоксида кремния, 10 мг/м3 - пыли угольной, содержащей менее 2 % свободного диоксида кремния.

Для борьбы с пылью путем орошения мест пылеобразования все очистные комбайны комплектуются типовыми оросительными системами ТОС, состоящими из насосной установки, расположенной в прилегающей к очистному забою выработке, водопроводных рукавов, проложенных до комбайна по борту забойного конвейера, трехходовых кранов, форсунок орошения, устанавливаемых на комбайне и контрольно-измерительных приборов.

Насосная установка НУМС-30 обеспечивает подачу воды до 100 л/мин с давлением до 2,7 МПа. Форсунки располагаются на корпусе комбайна в местах погрузки угля на конвейер и на шнеках. Применяются конусные (КФ) и плоскоструйные (ПФ) форсунки. На комбайне устанавливается от 10 до 50 форсунок. Удельный расход воды составляет 20--40 л/т, за исключением тонких пластов, где он не превышает 10--15 л/т из-за неудобств, возникающих в этих условиях при обильном применении воды. В исполнительных органах современных комбайнов вода подается через осевое отверстие вала шнека и далее по радиальным и тангенциальным каналам к форсункам, которые направляют факел воды непосредственно в зону работы резца. При подводе воды непосредственно в зону работы резцов запыленность воздуха уменьшается почти в 2 раза и резко снижается вероятность воспламенения метана фрикционными искрами.

На шахтах, где есть пневматическая энергия, сжатый воздух используется для распыления воды в оросительных форсунках, либо в смесителе перед системой орошения. При пневмоорошении создается факел орошения большой плотности с высокой скоростью полета капель.

Для снижения запыленности шахтного воздуха до концентраций, установленных правилами безопасности, применяется также предварительное увлажнение угольного пласта нагнетанием в него воды под давлением через специально пробуренные скважины. Разрабатываются пылеулавливающие установки, а также способ и пеногенераторы для пылеподавления.

Очистные механизированные комплексы для добычи угля в длинных забоях

Несмотря на бурное развитие технического прогресса, подземный способ добычи угля и сегодня остается чрезвычайно сложным и трудоемким. В настоящее время его основной объем обеспечивается комбайновыми и струговыми комплексами оборудования с механизированными крепями. Первый успешный опыт промышленного применения очистных механизированных комплексов (ОМК) относится к началу семидесятых годов XX века, и до настоящего времени этот вид горной техники продолжает динамично развиваться.

Создание и внедрение ОМК в практику подземной добычи угля сыграло исключительную роль в техническом перевооружении угольной промышленности, послужило мощным стимулом развития шахт, привело к повышению технического уровня всех звеньев технологии подземной добычи. Успешное применение ОМК в угольной промышленности способствовало расширению области их применения. Очистные механизированные комплексы стали использоваться на калийных рудниках и при добыче целого ряда других полезных ископаемых преимущественно с пластовой структурой залегания.

При переходе на комплексную механизацию очистных работ в принципе были решены проблемы создания гидрофицированных передвижных секций крепи, забойных передвижных скребковых конвейеров, узкозахватных комбайнов, стругов. Кинематические связи перечисленных механизмов и оборудования обеспечивают согласованное перемещение в циклическом режиме всего комплекса машин и оборудования вслед за подвиганием очистного забоя по мере отработки выемочного столба.

По типу применяемой выемочной машины различают комплексы комбайновые и струговые, а при использовании в качестве выемочной и транспортирующей машины конвейеростругов комплекс оборудования принято называть выемочным агрегатом.

Струговые ОМК имеют преимущество перед комбайновыми комплексами при отработке тонких пластов без прослоев породы и консолидированных твердых включений. Комбайновые комплексы применяются для механизации очистных работ при добыче угля из пластов средней мощности и мощных, а также из тонких пластов со сложной структурой и гипсометрией залегания, где использование стругов нецелесообразно.

Конвейероструговые щитовые агрегаты получили преимущественное распространение при отработке пластов с углом наклона более 35^° по падению лавами, нарезанными по простиранию. Агрегаты с оградительно-поддерживающими крепями используются для добычи угля из пологих и наклонных пластов.

Очистной механизированный комплекс состоит из основного (выемочная машина, комплект секций гидрофицированной передвижной забойной крепи, забойный передвижной конвейер) и вспомогательного оборудования (кабелеукладчик, фронтальный лемех, направляющие балки, секции крепи сопряжений лавы с пластовыми выработками, перегружатель, дробилка, комплект насосных станций, пусковая и защитная аппаратура). Некоторые из перечисленных вспомогательных механизмов и оборудования могут отсутствовать или замещаться другими механизмами.

Согласованное функционирование всех механизмов и оборудования ОМК в основных и вспомогательных режимах обеспечивается интегрированными системами электроснабжения, освещения, сигнализации и управления, гидросистемой, обеспечивающей силовые перемещения секций крепи и конвейера с выемочной машиной, гидросистемой пылеподавления, системами контроля состояния воздуха в выработках, в частности количественного содержания газа метана, телефонной и громкоговорящей связи. Основным требованием к перечисленным оборудованию и системам является обеспечение длительной устойчивой высокопроизводительной и безопасной для людей работы ОМК в изменяющихся горно-геологических условиях по мере отработки выемочного столба. Использование резервирования как метода повышения надежности в очистных механизированных комплексах ограничено, поэтому каждый из элементов, входящих в ОМК, должен быть высоконадежным и взрыво-, искробезопасным. При разработке, изготовлении и эксплуатации ОМК исполнители должны руководствоваться действующими правилами безопасности в угольных шахтах (сланцевых шахтах, рудниках), нормативами по безопасности забойных машин и комплексов и рядом других отраслевых нормативных документов, методик и указаний.

Очистные механизированные комплексы классифицируют по следующим основным признакам:

· по углу залегания пласта - для пологих и наклонных пластов с углом падения до 35^°, и для крутых и крутонаклонных пластов с углом падения более 35^°;

· по мощности пласта - для тонких, средних и мощных пластов;

· по виду добываемого полезного ископаемого - для шахт (добыча угля), для рудников (например, добыча калийной соли);

· по назначению - общего назначения, для использования в шахтах и рудниках в комбайновом или струговом вариантах, и специального назначения, когда используются нестандартные методы ведения очистных работ: с пневмо- или гидрозакладкой выработанного пространства, с выпуском угля при отработке мощных пластов в призабойное пространство на конвейер через люки в оградительном щите секций крепи или позади крепи (рис. 13);

· по типу кинематических связей между машинами и оборудованием комплекса - агрегатные, комплектные и комбинированные (агрегатно-комплектные).

Рис. 13 Схема механизированной крепи с выпуском угля из кровли в призабойное пространство: а) через перекрытие; б) с завальной стороны (через ограждение

В общих характеристиках ОМК фирмы-изготовители или предприятия-пользователи отражают основные классификационные признаки исполнения основных машин и оборудования комплекса: комбайна или струга, секций крепи и забойного конвейера.

В зависимости от условий работы применяют различные типы очистных комбайнов: узкозахватные или широкозахватные, с вынесенными или встроенными механизмами подачи, с цепной системой подачи или с жесткой реечной, со шнековыми, барабанными, корончатыми или баровыми исполнительными органами, с электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом исполнительных органов и механизмов подачи.

В настоящее время все большее распространение получают двухшнековые комбайны симметричной модульной компоновки со шнеками, вынесенными за корпус комбайна по его длине, что делает возможной их работу по челночной схеме с зарубкой косыми заездами, а мощные регулируемые электроприводы механизмов подачи и резания обеспечивают высокую интенсивность выемки со скоростью подачи до 10-45 м/мин. Мощность двигателя привода резания в зависимости от типоразмера и компоновки комбайна изменяется от 75 кВт до 600 кВт, а привода подачи - от 10 кВт до 75-125 кВт с установленной мощностью на комбайн от 85 кВт до 1940 кВт и более.

Рис. 14 Современный высокопроизводительный очистной комплекс (фирма DBT)

Однако использование особо мощных высокопроизводительных комбайнов (рис. 14) предполагает переход с системы электроснабжения напряжением 660 В на напряжение 1140, 2300, 4160 В (например, комбайны серии "Электра", немецкой фирмы DBT) и в дальнейшем на 6-10 кВ.

При этом в зависимости от типоразмера и комплектации вес комбайнов изменяется от 3-5 т (для тонких пластов) до 30-50 т - для выемки угля из пластов средней мощности и до 75-100т - для мощных пластов.

Модульная компоновка современных комбайнов и наличие одной основной несущей рамы, к которой быстроразъемными соединениями крепятся все блоки комбайна, обеспечивают быструю "сборку-разборку" комбайна, поузловую замену при ремонтах, исключение необходимости ремонта в шахтных условиях, возможность работы с двумя или с одним приводом резания и подачи. Все это приводит к повышению надежности работы комбайнов и снижению расходов на их обслуживание и ремонт.

Очистные комбайны оснащаются системами ручного непосредственного управления (используются при наладке комбайнов и тестировании режимов их работы), системами дистанционного радиоуправления (с носимого пульта), программного автоматизированного управления при больших скоростях подачи комбайна, превышающих среднюю скорость перемещения машиниста.

Рис. 15 Рештак с наклонными направляющими скользящих струговых установок

Система датчиков и микропроцессорное оборудование обеспечивают мониторинг состояния узлов и систем комбайна, контроль и оценку режима работы и выдачу необходимой информации машинисту комбайна, оператору лавы, диспетчеру.

В струговых комплексах используются, в основном, отрывные струги с подконвейерной плитой и приводной цепью, расположенной с завальной стороны конвейера, и скользящие струги, опирающиеся при движении на наклонную направляющую, а кольцевая замкнутая тяговая цепь струга расположена с забойной стороны конвейера.

Направляющие скользящего струга закрепляются на корпусе рештака со стороны забоя: нижняя направляющая крепится болтовым соединением или сваркой, верхняя - шарнирно. Ее можно свободно открыть, что обеспечивает доступ к верхней и нижней цепям струга (рис. 15).

Рис. 16 Скользящий струговый исполнительный орган

Нижняя цепь крепится непосредственно к корпусу струга (рис. 16). Расстояние от точки расположения равнодействующей сил резания скользящих стругов до оси тяговой цепи незначительное, что обеспечивает высокую степень уравновешенности стругов при работе, следовательно, устойчивость работы установок в целом и возможность разрушения более крепких углей по сравнению с отрывными стругами.

При увеличении (или уменьшении) мощности вынимаемого пласта предусматривается возможность установки (или снятия) на струг проставок с резцами, а для более точной настройки - бесступенчатая регулировка положения верхнего резца червячной передачей или сменными прокладками.

Важными факторами, обеспечивающими эффективную работу струговых установок, являются следующие их возможности:

· следование струга по границе "почва-пласт", что особенно сложно осуществить при волнистой гипсометрии;

· выбор рационального режима работы по соотношению скоростей струга и цепи конвейера "Vc/Vк" при попутном и встречном движениях;

· эффективная защита приводов струга и конвейера от перегрузок, особенно в момент реверса струга;

· выпрямление линии забоя и става конвейера посредством частичных корректирующих заходов стругового исполнительного органа с любого необходимого места по длине лавы;

· изменение схемы передвижки секций крепи в зависимости от изменяющейся по мере отработки столба устойчивости непосредственной кровли с целью увеличения затяжки кровли (при ухудшении устойчивости) или уменьшения затяжки (при улучшении устойчивости кровли).

Регулирование движения струга по границе угольного пласта и почвы наиболее эффективно выполняется специальными гидроцилиндрами, установленными с завальной стороны конвейера и изменяющими наклон конвейера на забой в зависимости от отклонения опорной плоскости конвейера от почвы.

Рис. 17 Бесцепной механизм подачи комбайна

Забойный конвейер является остовом комплекса. Через него замыкаются все кинематические связи, обеспечивающие направленность циклических перемещений выемочной машины, секций лавной крепи и крепи сопряжений, штрекового оборудования. На конвейере установлены фронтальный лемех или направляющие для струга с забойной стороны, а с завальной стороны - желоб для кабелеукладчика и камеры для размещения магистралей рабочей жидкости гидросистем, кронштейны для крепления гидродомкратов передвижки секций крепи и собственно конвейера. На завальном борту конвейера устанавливаются рейки для механизма подачи (рис. 17) или предусматриваются каналы для тяговой и холостой ветвей цепи струга отрывного действия.

...