Презентация по горным машинам на тему «Выемочные машины»
Описание презентации по отдельным слайдам:
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ
изучить назначение выемочных машин, классификацию и устройство очистных комбайнов, технологию их работы, научиться использовать полученные теоретические знания на практике для решения проблемных вопросов, проверить свои умения самостоятельно работать с технической литературой
«Если Вы удачно выберете труд и вложите в него всю свою душу, то счастье само Вас отыщет.» (К.Д.Ушинский)
1 Назначение выемочных машин. 2 Краткая история отечественного комбайностроения. 3 Классификация очистных комбайнов. 4 Устройство очистного комбайна. 5 Условия работы выемочных машин и требования к ним. 6 Отличительные особенности современной добычной техники. 7 Технические характеристики комбайнов. Технологичные схемы выемки угля выемочными машинами (самостоятельно).
Каково назначение очистных комбайнов? Как классифицируются очистные комбайны? Назовите основные узлы очистных комбайнов. Какую роль играет гидропривод в очистных комбайнах? Назовите недостатки широкозахватных комбайнов, обусловившие переход на узкий захват.
осуществляет разрушение массива в очистном забое, дробление угля на транспортабельные куски, передачу горной массы на призабойное транспортное средство.
1) выемка угля (отбойка от массива) и погрузка на забойный конвейер; 2) доставка угля из забоя до ближайшей транспортной выработки; 3) крепление забоя и управление кровлей (горным давлением). Каждый процесс выполняется соответствующей машиной: выемочной, доставочной и механизированной крепью.
механизируют все основные процессы в очистном забое: разрушение угля, погрузка его на конвейер, транспортирование вдоль очистного забоя, крепление призабойного пространства; управление горным давлением
Очистной механизированный комплекс Очистной комбайн Секции крепи Скребковый конвейер
Секции механизированной крепи в лаве Угольный пласт
Скребковый забойный конвейер Скребковая цепь
Очистной комбайн КДК 700
При фланговой схеме уголь от массива отделяют выемочной машиной в одной точке забоя. Выемочная машина перемещается вдоль забоя и вынимает стружку определенной ширины, которую называют шириной захвата выемочной машины.
врубовые машины; очистные (угледобывающие) комбайны; струговые установки.
предназначены для механизации только одного процесса – подрубки пласта, т.е. создание щели в пласте с целью облегчения отделения его от массива каким-нибудь способом (чаще всего буровзрывным).
комбинированные машины – предназначены для механизации двух процессов: отделение угля от массива и погрузка его на конвейер.
механизируют три процесса: разрушение угля, погрузка его на конвейер, транспортирование вдоль очистного забоя.
Первые очистные комбайны были созданы в нашей стране. Проекты отечественных угледобывающих комбайнов появились в двадцатых годах ХХ века. В тридцатые годы Горловский машиностроительный завод изготовил первые опытные партии очистных комбайнов конструкции А.И. Бахмутского, В.Г. Яцких, Г.И. Роменского, А.К. Сердюка, которые успешно эксплуатировались в предвоенные годы на шахтах Донбасса. Опыт, полученный в результате испытаний этих комбайнов, позволил создать в 1948г. более совершенный комбайн «Донбасс-1Г», который стал первым в мире серийно выпускавшимся очистным комбайном.
первый в мире серийный комбайн для добычи угля
При использовании широкозахватных комбайнов типа «Донбасс-1Г» такие производственные процессы в очистном забое как переноска конвейера на новую дорогу и крепление и управление горным давлением остаются не механизированными. Попытки создания комплексной механизации работ в лавах при использовании широкозахватной техники были безуспешными.
Устранили эти существенные недостатки только применив узкозахватную технологию добычи угля, при которой выемочная машина имеет захват не более 1м и не требует отдельной широкой машинной дороги перед конвейером. С 60-х годов ХХ века началось широкое внедрение механизированных комплексов очистного оборудования на основе узкозахватных комбайнов 1К-101У, 2К-52М,МК-67М.
Узкозахватные комбайны 2К-52М и МК-67М
Специфические условия выемки угля на крутых пластах длительное время не давали возможности решить проблему их механизации. В 1957 г. конструкторы института Донгипроуглемаш разработали, а Горловский машзавод изготовил два опытных образца комбайна УКР (с электроприводом и с пневмоприводом) для пластов мощностью 0,6-1,1 м. Это была машина с барабанными рабочими органами с горизонтальной осью вращения и с отрезным баром.
КОМБАЙНЫ ДЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ «ТЕМП-1» и «КОМСОМОЛЕЦ»
Узкозахватные очистные комбайны с односторонним (2К-52М, 1К-101У) или расположенным по центру исполнительным органом (МК-67М) требуют подготовки ниш на концах лавы. В нишах уголь добывают с помощью буровзрывных работ или нишенарезных машин. Это усложняет технологию выемки угля в лаве.
Первым комбайном с симметричным расположением исполнительного органа был комбайн 1ГШ-68, созданный Горловским машиностроительным заводом в 1968г. Это было большим шагом вперед в развитии комбайнового машиностроения.
КОМБАЙН ОЧИСТНОЙ ШНЕКОВЫЙ ГОРЛОВСКИЙ ГШ-200Б ДЛЯ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С БЕСЦЕПНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ
КОМБАЙН ОЧИСТНОЙ КА-200 ДЛЯ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ БАРАБАНАМИ С ВЫНЕСЕННОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ
КОМБАЙН ОЧИСТНОЙ ШНЕКОВЫЙ ДЛЯ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С ВЫНЕСЕННОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ УКД-200/250
КОМБАЙН ОЧИСТНОЙ ШНЕКОВЫЙ ДЛЯ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С БЕСЦЕПНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ УКД-300
КОМБАЙН ОЧИСТНОЙ ШНЕКОВЫЙ ДЛЯ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ С БЕСЦЕПНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДАЧИ КДК-500
широкозахватные, т.е. ширина захвата больше 1м (1,6; 1,8; 2; 2,2м) – «Донбас-1Г», «Кировец-2К»; узкозахватные, т.е. ширина захвата меньше 1м (0,5; 0,63; 0,8; 1м) – 1К-101У; 1К-103М; КА-200; РКУ-13; КДК-500.
одностороння схема (широкозахватные комбайны «Донбасс-1К», «Кировец-2К» и комбайны для крутого падения «Темп-1» и «Поиск-2»); двухсторонняя схема с разворотом в конце лавы на 180° (широкозахватный комбайн 2КЦТГ); челноковая (все узкозахватные комбайны для пологих пластов).
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.
Механизированное комплексное оборудование
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:
Рис. 1. 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. 2. Современный высокопроизводительный очистной комплекс (фирма DBT)
Однако использование особо мощных высокопроизводительных комбайнов (рис. 2) 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. 3. 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. 3).
Рис. 4. Скользящий струговый исполнительный орган
Нижняя цепь крепится непосредственно к корпусу струга (рис. 4). 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:
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. 5. 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. 5) или предусматриваются каналы для тяговой и холостой ветвей цепи струга отрывного действия.
Достижения последнего десятилетия в повышении нагрузки на забой и объема добычи с выемочного столба связаны с созданием надежных забойных скребковых конвейеров производительностью до 2000–5000 т/час (2–6 млн т в год) для лав длиной до 250–450 м.
Безотказность и ресурс современных скребковых забойных конвейеров обеспечивается не только прочностью и износостойкостью рештаков, их сменных элементов, тяговых цепей и приводных звездочек, но также системой последовательного запуска двигателей без нагрузки с выдержкой времени, синхронизированным выравниванием нагрузки в приводах при разгоне скребковой цепи конвейера, пробуксовкой специальных муфт при динамических нагрузках на цепь, отключением двигателей при блокировках цепи, совершенствованием редукторов приводов конвейеров (рис. 6).
Рис. 6. Типовые редукторы забойных конвейеров
Механизированные крепи в процессе взаимодействия с углевмещающими массивами в общем случае выполняют три основные функции: управление кровлей, активное поддержание кровли над призабойным пространством и ограждение призабойного пространства от обрушающихся пород кровли. Поэтому по способу и характеру взаимодействия с боковыми породами (т. е. по степени выполнения основных функций) различают типы механизированных крепей: поддерживающие, поддерживающе-оградительные, оградительно-поддерживающие.
По структурной схеме различают механизированные крепи: агрегатные, комплектные и комплектно-агрегатные.
В агрегатных крепях структурные единицы (секции) имеют общую групповую кинематическую связь по длине лавы, фиксирующую интервалы расположения секций, обеспечивающую направленность циклического перемещения и кинематическое взаимодействие секций крепи через конвейер или базовую балку. При этом перемещение секций осуществляется их поочередным подтягиванием к базе-конвейеру.
В комплектных механизированных крепях секции кинематически объединены в комплекты и не имеют общей групповой связи по длине лавы. Передвижка таких секций происходит отталкиванием передвигаемой секции от распертой. Комплектно-агрегатные механизированные крепи имеют как общую групповую кинематическую и силовую связь через базу-конвейер, так и внутригрупповые связи секций крепи.
В настоящее время в мировой практике изготовления ОМК имеется большое разнообразие конструктивных схем секций механизированных крепей. Наиболее широко применяются и изготавливаются ведущими фирмами горного оборудования секции, которые могут быть представлены структурными формулами:
Такие крепи выпускаются в России (М138, М143, М137), Германии (BS 2.1, Хемшайдт 5500-22/60, Хемшайдт 6300-15/28), в Польше, Великобритании и некоторых других странах (рис. 7).
Рис. 7. Двухстоечные однорядные секции механизированных комплексов
Эффективность работы комплексно-механизированных очистных забоев оценивают системой абсолютных и удельных технических и технико-экономических показателей, обеспечивающих сравнительную оценку как самого оборудования, так и эффективность его использования. Однако горно-геологические и горно-технологические условия эксплуатации очистных механизированных комплексов различаются столь значительно, что показатели эффективности работы комплексно-механизированных очистных забоев, даже при отработке одного выемочного столба, трудно сравнивать.
Наличие слабых, а также тяжелых, трудно управляемых, склонных к периодическим блоковым обрушениям кровель, слабых обводненных почв, волнистой гипсометрии, нарушений в залегании пластов, повышенной газоносности – вот далеко не полный перечень горно-геологических факторов, усложняющих эксплуатацию очистных механизированных комплексов при добыче угля в длинных очистных забоях.
Поэтому столь важно выбрать именно тот очистной механизированный комплекс, который в наибольшей степени соответствовал бы горно-геологическим и технологическим условиям отработки конкретного выемочного столба.
Чем выше интенсивность очистных работ, тем большую роль для эффективной и устойчивой работы ОМК играют системы управления выемочными машинами, конвейером, механизированной крепью и комплексом в целом.
Современные цифровые программируемые системы автоматизации предусматривают контроль технического состояния и режимов работы всех механизмов, оборудования и систем ОМК с выводом необходимой информации, в том числе визуального отображения, операторам машин и диспетчеру, а также выбор режимов работы с пульта управления и введение ограничений, переход в случае необходимости с автоматического на дистанционное или ручное управление.
В особо благоприятных условиях управление работой ОМК может быть выведено на поверхность на центральный пульт диспетчера (рис. 8).
Рис. 8. Схема системы управления механизированными комплексами
где
Tp – время работы комплекса в смену, мин;
В – ширина полосы угля, вынимаемая комбайном, м;
H – мощность пласта, м;
r – плотность угля в массиве, т/м 3 ;
Kг – коэффициент готовности комбайна;
М – удельные затраты времени на выполнение операций несовместимых с производительной работой комбайна;
V – скорость подачи.
Из формул следует, что производительность комплекса можно повышать двумя способами: увеличением скорости подачи комбайна и сокращением времени вспомогательных операций.
Рис. 9. Зависимость производительности ОМК от скорости подачи комбайна и времени вспомогательных операций
При развитии комплексов от первого поколения к четвертому в различных сочетаниях использовались оба направления:
В настоящее время при работе современных высокопроизводительных комплексов установленная мощность используется не полностью. Поэтому наиболее интенсивно развивается совершенствование комплексов по второму направлению в совокупности с реконструкцией шахт.
Горно выемочная машина в шахте
4. Проходческие комбайны предназначены для выемки горной массы в подготовительных забоях, в процессе проведения выработки. В настоящее время широко используются проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом избирательного способа действия.
Конструкция проходческого комбайна приведена на рис.5.
Разрушенная исполнительным органом 1 порода поступает на питатель 2 и далее на конвейер 3. Перемещение комбайна производиться гусеничным механизмом перемещения 4.
Применительно к очистным комбайнам для выемки пологонаклонных пластов указанные узлы могут располагаться относительно рештачного става забойных конвейеров следующим образом:
Основными недостатками компоновочных решений корпусных подсистем со смещением в забойную сторону конвейера является пониженная устойчивость машины в пространстве очистного забоя и невозможность фронтальной самозарубки.
Радиальный резец (рис.11) состоит из державки 1 и головки 2. Головка снабжена твердосплавной пластинкой 3 и имеет переднюю К, заднюю L и боковые М поверхности, главную N и боковые Р режущие кромки. Державка располагается в резцедержателе 4.
В настоящее время серийно выпускаются радиальные резцы серии ЗР и ЗРД. Обозначение радиальных резцов включает в себя их исполнение и конструктивный вылет, мм. Например ЗР4.80М
Конструкция радиальных резцов приведена на рисунке 12, а параметры в таблице 1.
Тангенциальный резец состоит из державки 1, головки 2, твердосплавной вставки 3 (керна). Державка 1 размещается в термически обработанной втулке 5, которая вставляется в резцедержатель 4. Резец фиксируется стопорным кольцом 6.
Ввиду того, что основная часть реакции со стороны массива на тангенциальный резец действует вдоль его оси, он может воспринимать значительные по величине нагрузки и обеспечивать разруше-ние горных пород стружками повышенного сечения, что приводит к снижению энергозатрат. Но при этом повышается динамичность действующих нагрузок.
Обозначение тангенциальных резцов, разработанных институтом Донгипроуглемаш, включает в себя их исполнение, диаметр державки и конструктивный вылет, мм. Например РД 32-70.
Конструкция тангенциальных резцов приведена на рисунке 15, а параметры в таблице 2.
3. С помощью стопорного кольца.
Современные конструкции тангенциальных резцов предусматривают наличие у них опорного буртика («юбки»), с помощью которого они опираются на выполненную соответствующим образом термически обработанную втулку 5, помещаемую в резцедержателях 4 (рис.14). Такое соединение способствует продлению срока службы резцедержателей и уменьшает вероятность попадания штыба вовнутрь, тем самым, исключая возможность заклинивания.
При изготовлении державок резцов используют, как правило, высоколегированные стали: хромокремнемарганцевые (35ХГСА и др.), хромоникелевые (45ХМ и др.) и т.д. Применение этих сталей в сочетании с соответствующей термообработкой и другими технологическими операциями позволяет обеспечить приемлемую прочность и износостойкость инструмента. В целях повышения износостойкости режущей части инструмента его оснащают пластинами, кернами или штырями из металлокерамических или наплавочных твердых сплавов.
Наибольшее распространение получили металлокерамические твердые сплавы группы ВК (вольфрамо-кобальтовые). Марки твердого сплава (ВК6, ВК8 и др.) выбирают в зависимости от механических свойств горных пород и способа их разрушения. Для кернов ряда резцов использованы вольфрамо-никеле-кобальтовые твердые сплавы ВН2К10. Для соединения твердых сплавов с корпусами инструментов используют, как правило, припайку или запрессовку.
2.2.8. Исполнительные органы
Исполнительный орган очистного комбайна предназначен для выполнения функций разрушения горного массива, дробления угля на транспортабельные куски, погрузки на призабойное транспортное средство.
В очистных комбайнах применяются шнековые, барабанные с вертикальной и горизонтальной осями вращения, корончатые и бароцепные исполнительные органы.
Требования, предъявляемые к исполнительным органам очистного комбайна:
— разрушение массива угля на транспортабельные куски с одновременной погрузкой разрушенной
горной массы на доставочные средства при простых конструктивных решениях;
— небольшое измельчение угля при малом удельном расходе энергии, что достигается путем
целесообразного выбора типа, конструкции и режима работы исполнительного органа,
режущего инструмента, схемы набора резцов и др.;
— малое пылеобразование в пределах допустимых санитарных норм, что достигается путем
применения эффективных средств пылеподавления;
— высокая производительность по разрушению и погрузке угля;
— устойчивое положение выемочной машины при работе как в плоскости пласта, так и в
перпендикулярной плоскости, что достигается правильным выбором конструктивных параметров
исполнительного органа и машины, режима работы, отсутствием чрезмерных динамических
нагрузок и др.;
— высокая надежность и долговечность;
— высокий механический к. п. д. в целях максимального использования энергии на полезную работу
(разрушение угля) при небольших непроизводительных потерях (на трение и пр.);
— простое регулирование исполнительного органа по вынимаемой мощности пласта на ходу
машины;
— самозарубка исполнительного органа в пласт и возможность выемки угля на концевых участках
очистного забоя без подготовки ниш, что позволяет исключить применение нишенарезных машин
и за счет этого резко снизить продолжительность и трудоемкость концевых операций;
— работа как по челноковой, так и по односторонней схеме;
— прямоугольная форма забоя при выемке угля;
— надежное крепление резцов в резцедержателях, удобная и быстрая замена их при износе;
— простота конструкции и технологичность изготовления, а также удобство эксплуатации;
— безопасное применение в шахтах, опасных по газу и пыли.
Добиться разработки и изготовления универсального исполнительного органа, который удовлетворял бы всем требованиям, предъявляемые к исполнительным органам, невозможно. Поэтому для различных горно-геологических условий принимаются исполнительные органы в составе очистных комбайнов, наиболее полно удовлетворяющие условиям экономичной выемки.
Отделенная комбайном 2 горная масса перемещается в осевом направлении на конвейер 3 за счет спирального движения лопастей 1 (рис.19). Со стороны забоя лобовина закрывается съемной крышкой с окнами 4, для передачи отбитой массы к лопастям 1 (рис.18).
Самозарубывающиеся шнеки на торце лобовины имеют резцы, обеспечивающие внедрение исполнительного органа в массив при самозарубке.
Шнековые ИО можно классифицировать следующим образом:
Для обеспечения регулирования положения исполнительного органа по мощности пласта применяются два шнековых исполнительных органа 1, размещенных на поворотных редукторах. Для повышения эффективности погрузки отделенной горной массы шнековые исполнительные органы могут снабжаться дополнительными погрузочными щитами 2.
Для обеспечения непрерывности линии резания по ширине захвата В3 исполнительного органа выполняется схема набора резцов (рис.21). При этом рабочая ширина органа Ви, определяемая как максимальное расстояние между режущими кромками резцов, расположенных в зоне противоположных торцов ИО, должна быть несколько больше, чем ширина захвата В3.
Номинальный диаметр Dн (м) для шнековых органов в соответствии с ОСТ 12.44.286-85 «Шнеки очистных узкозахватных комбайнов. Типы и основные размеры» должен выбираться из следующего ряда: 0,5; 0,56; 0,63; 0,71; 0,8; 0,9; 1,0; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,3.
Число погрузочных лопастей N3 для шнеков рекомендуется принимать равным двум, трем или четырем. При этом число лопастей увеличивают с повышением параметра Dи.
Для шнековых органов величину В3 принято принимать равной 0,5; 0,63; 0,7; 0,8 или 1,0 м.
Достоинства шнековых исполнительных органов:
— простота конструкции;
— высокая производительность;
— сочетание функций разрушения и погрузки;
— плавная регулировка по вынимаемой мощности пласта (за счет поворотных редукторов) на ходу машины;
— возможность работы как по односторонней так и по челноковой схеме;
— возможность самозарубки в пласт.
Недостатки шнековых исполнительных органов:
— относительно высокие удельные энергозатраты (разрушение пласта вкрест напластования);
— повышенное пылеобразование;
— низкая сортность.
Барабаный исполнительный орган с вертикальной осью вращения
Барабанные выемочно-погрузочные органы с вертикальной осью обеспечивают разрушение массива по напластованию в сторону открытой поверхности забоя.
Разрушение массива происходит по напластованию в сторону открытой поверхности забоя, а направления резания и погрузки применительно к верхней пачке угля достаточно близки.
Достоинства барабанного исполнительного органа с вертикальной осью вращения:
— низкие удельные энергозатраты;
— высокая сортность угля;
— низкое пылеобразование;
— высокая устойчивость комбайна;
— повышенная устойчивость кровли;
— плавная регулировка по вынимаемой мощности пласта;
— возможность работы как по односторонней так и по челноковой схеме;
— возможность самозарубки в пласт.
Недостатки барабанного исполнительного органа с вертикальной осью вращения:
— плохие погрузочные свойства;
— сложность конструкции;
— сложность удаления разрушенного угля из зоны выдвижного барабана (заштыбовка);
— затрудненные условия выгрузки угля из зоны, находящейся ниже борта конвейера;
— практическая невозможность конструктивного обеспечения внутреннего орошения.
Барабанный исполнительный орган с горизонтальной осью вращения (рис.23) состоит из барабана 2 со ступицей 1 на котором расположены резцедержатели 3. В резцедержателях крепятся резцы 4 при помощи болтового крепления.
К числу основных недостатков цепных кольцевых ИО относятся:
— низкий КПД и большой износ подвижно сопрягаемых поверхностей, из-за наличия значительных сил трения между цепями и направляющими;
— отсутствие возможности регулирования высоты органа в процессе работы, что предъявляет требование наличия самообрушения пачки угля у кровли;
— значительное измельчение угля в кольцевой зарубной щели из-за работы большого числа резцов с малыми значениями толщин стружки и шагов резания;
— низкая транспортирующая способность режущей цепи при удалении отделенного и разрых ленного угля из зарубной щели, что при нерациональных соотношениях между скоростями резания и подачи, может приводить к заштыбовке органа;
— требуется подсистема погрузки отбитой горной массы.
Эти исполнительные органы не приспособлены к самозарубке и челноковой схеме работы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:
1. Назовите характеристики разрушаемости угольных пластов.
2. Назовите назначение, условия применения и типы резцового инструмента.
3. Как может располагаться резцовый инструмент относительно радиуса корпуса исполнительного органа?
4. Назовите основные элементы радиального и тангенциального резца.
5. Назовите способы крепления резцов.
6. Перечислите требования, предъявляемые к исполнительным органам очистного комбайна.
7. Объясните конструкцию шнекового исполнительного органа.
8. Приведите классификацию шнековых исполнительных органов.
9. Назовите стандартные значения ширины захвата шнековых исполнительных органов.
10. Назовите достоинства и недостатки шнековых исполнительных органов.
11. Объясните конструкцию барабанного исполнительного органа с вертикальной осью вращения.
12. Назовите достоинства и недостатки барабанного исполнительного органа с вертикальной осью вращения.
13. Объясните конструкцию барабанного исполнительного органа с горизонтальной осью вращения.
14. Назовите область применения барабанного исполнительного органа с горизонтальной осью вращения.
15. Объясните конструкцию корончатого исполнительного органа.
16. Назовите достоинства и недостатки корончатого исполнительного органа.
17. Объясните конструкцию бароцепного исполнительного органа.
18. Назовите достоинства и недостатки бароцепного исполнительного органа.
2.2.9. Передаточные механизмы
В состав большинства силовых подсистем выемочных комбайнов и других горных машин входят редукторные группы или отдельные редукторы. Редукторные группы являются передаточ-ными механизмами и представляют собой совокупность подвижно или жестко соединенных редукторов в отдельных корпусах.
Основной функцией передаточных механизмов является обеспечение передачи движения от электродвигателей к рабочим органам с необходимыми передаточными числами и регулирование ИО относительно почвы и кровли пласта.
Схемы и карты смазки
Смазка передаточного механизма и комбайна в целом является одним из факторов, опреде-ляющих срок его службы и надежность.
В очистных комбайнах наибольшее применение получили, три системы смазки:
1. Принудительная, путем подачи смазочной жидкости к точкам смазки насосом. Система смазки широко применяется в редукторах.
3. Смазка быстровращающихся передач разбрызгиванием при вращении рабочих колес редукторов. При смазке окунанием и разбрызгиванием цилиндрические зубчатые колеса должны быть погружены в масляную ванну на величину не более 3-х модулей, чтобы уменьшить сопротивление вращению и ограничить нагрев масла. Для смазки конической передачи колесо должно погружаться в масло по всей длине зуба. Шестерни в масляную ванну обычно не погружают.
Жидкая смазка трущихся поверхностей производится например, трансмиссионным маслом ТАП-15В с соответствующими присадками типа КП-2 (до 10%) для придания маслам антикор-розионных свойств. Допускается смазка «Шахтол», которая представляет собой однородную вязкую жидкость черного цвета, обладает высокими смазочными и антикоррозионными свойствами.
Большое значение имеет чистота смазки, поэтому ее следует хранить и переносить только в специальной таре, а заливать только с помощью специальных устройств. Особое внимание следует обращать на заливаемую в гидропривод рабочую жидкость. Ее сорт и степень очистки должны строго соответствовать требованиям руководства по эксплуатации. В противном случае гидропривод греется, изнашивается и быстро выходит из строя.
Для уменьшения абразивного износа в редукторы в сливных пробках встраиваются магнитные элементы для улавливания продуктов износа. Встраиваются также фильтры, вводится промывка картеров, очистка и замена смазки. Целесообразным следует считать применение устройств для очистки смазки, например, с помощью центрифуг.
Большое внимание должно уделяться уплотнительным узлам, предотвращающим утечки, перетечки в смежные полости и засорение масла.
В качестве рабочей жидкости гидросистем, которая является, одновременно, и смазочной жидкостью, применяется масло индустриальное типа И-40А, И-50А с соответствующими присадками типа КП-2 (до 5%).
Густая смазка ЦИАТИМ-203 отличается высокими пластичными и антифрикционными свойствами, имеет температуру каплепадения не менее 150 °С и может применяться при рабочей температуре не свыше 90 °С. Она используется для смазки опор электродвигателей и зубчатых муфт, которые отличаются повышенными рабочими температурами и повышенной трудностью удержания в них смазки.
Густая смазка «1-13 жировая», «Литол-24» применяется в подвижных соединениях с рабочей температурой до 50 «С, которыми являются опоры поворотных редукторов.
В системах перемещения очистного комбайна и регулирования положения исполнительного органа в качестве рабочей жидкости применяется масло индустриальное И-40А о добавлением 5 % присадки КП-2.
Пополнение смазки во всех местах смазки комбайна должно производиться ежесуточно за исключением подшипников электродвигателей. При этом контроль заполнения мест смазки осуществляется с помощью контрольных пробок, щупов или по прекращению подачи смазки в соответствующую камеру.
Места смазки, количество смазочных материалов, их марки, периодичность замены и пополнения устанавливаются картой и схемой смазки.
В качестве примера на рисунке 28 приведена схема смазки комбайна УКД200, а в таблице 3 карта смазки.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Для чего предназначен передаточный механизм?
2. Назовите основные требования, предъявляемые к передаточным механизмам.
3. Какие кинематические цепи присутствуют в передаточных механизмах? Назовите основные типы кинематических связей.
4. Каким образом выполняются корпуса редукторов?
5. Назовите основные виды смазки передаточных механизмов. Дайте характеристику.
6. Дайте характеристику и приведите область применения смазочных жидкостей.
7. Как производится контроль за количеством смазочной жидкости?
8. Объясните карту и схему смазки комбайна УКД200 (рис.28, табл.3)
2.2.10. Силовое оборудование выемочных машин
В очистных комбайнах применяются следующие виды приводов: электрический, пневматический и гидравлический (водяная турбина для горных машин гидрошахт). Привод включает в себя, как правило, силовое оборудование (двигатель), устройства для подвода энергии и управления приводом.
Электрический привод, работающий на переменном трехфазном электрическом токе, применяется почти повсеместно при разработке пологих и наклонных пластов. При разработке крутых пластов он применяется там, где это разрешается по условиям безопасности, в остальных случаях применяется пневматическая энергия.
Основным является напряжение 660 В и 1140 В, (в последующем 3,3 кВ), что позволяет улучшить энергоснабжение очистных комбайнов и повысить их мощность. Широкое распространение электро-привода в очистных комбайнах обусловлено его преимуществами: большой мощностью и высоким
к. п. д.; компактностью; простотой канализации электроэнергии, а также управления электроприводом и его защиты; возможностью получения энергии из сети, питаемой централизованными мощными источниками энергии.
Основные требования к электродвигателям очистных комбайнов заключаются в следующем:
1. Электродвигатель должен быть рудничным, взрывозащищенным, трехфазным, асинхронным, короткозамкнутым. Это обеспечивает его максимальную простоту и надежность, а также возможность применения в шахтах, опасных по взрыву метана или угольной пыли.
2. Электродвигатель должен иметь: номинальное напряжение 660 В с возможностью его переключения на 1140 В; частоту вращения ротора, близкую к 1500 об/мин; небольшие габариты, особенно по высоте, обеспечивающие возможность применения комбайнов в условиях тонких пластов; номинальную мощность как можно большей величины, так как она определяет наибольшую возможную сменную производительность комбайна; максимальный вращающий момент такой величины, какую может передать передаточный механизм, что необходимо для преодоления крепких включений в пласте; начальный пусковой момент, обеспечивающий надежный запуск очистного комбайна под нагрузкой; прочность корпуса, обеспечивающую передачу усилий от механизма перемещения к передаточному механизму, между которыми обычно расположен электродвигатель; каналы и камеры для прокладки питающих его проводов, а также циркуляционные каналы для среды, охлаждающей двигатель; пополнение смазки в подшипниках ротора без разборки электродвигателя.
Пневматический привод в тех же габаритах имеет значительно меньшую мощность, невысокий к. п. д., более сложное и менее надежное управление.
2. По высоте корпуса, измеренной в дециметрах без учета местных выступов на нем: 3,5; 4; 5;
Режим работы приводов выемочных машин отличается значительной неравномерностью нагрузки, частыми перерывами в работе, что обусловливает большое число включений двигателя в час и вследствие этого быстрый его нагрев и перегрев, что крайне нежелательно. Температурный режим работы двигателя является одним из основных критериев.
По нагреву двигателей различают три основных режима их работы:
1. Продолжительный или длительный (условное обозначение S1,), когда в течение продолжительного рабочего периода температура двигателя достигает установившегося значения, при котором двигатель может работать неограниченное время.
2. Кратковременный (S2 = 60 мин), когда двигатель работает ограниченное время, в течение которого его температура не успевает достигнуть установившегося значения, а паузы настолько длительны, что двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды; в режиме S2 = 60 мин обмотка статора нагревается до предельной температуры в течение 60 мин.(часовая мощность).
3. Повторно-кратковременный (S4 = 60 мин) характеризуется тем, что электродвигатель включается и выключается периодически.
Обмотки статора изолируются высококачественной кремнийорганической изоляцией класса нагревостойкости F или Н с максимальной температурой нагрева соответственно 155° и 180°.
Питающие обмотку статора провода выводятся в закрытую крышкой боковую камеру и крепятся к выходным зажимам установленного в этой камере реверсивного комбайнового выключателя 8.
В отверстии статора расположен ротор 2, который набирается из тонких пластин электротехнической стали и имеет продольные пазы для двойной литой алюминиевой короткозамкнутой торцевыми кольцами клетки (двойная беличья клетка).
Ротор напрессован на вал ЭД и, кроме того, соединен с этим валом шпонкой. На валу установлен также вентилятор 6, создающий циркуляцию воздуха внутри двигателя для улучшения теплопередачи к корпусу ЭД. Опорами вала являются подшипники, установленные в круглых щитах 7 и 1, расположенных в центральных отверстиях корпуса 5 и закрепленных специальными планками.
Конструкцией подшипниковых узлов предусматривается надежная маслозащита со стороны примыкающих к торцам корпуса ЭД узлов выемочной машины с масляными ваннами. Для этой цели снаружи подшипники закрыты крышками, в которых размещены манжетные уплотнения. От ротора подшипники отделены двойными войлочными уплотнениями. Образовавшиеся камеры подшипников заполняются при помощи пресс-масленки густой смазкой с высокой температурой каплепадения. На обоих выходных концах вала двигателя установлены шестерни (зубчатые полумуфты) для кинематической связи с соответствующими редукторами.
Для подключения комбайна к пускателю используется гибкий экранированный кабель с зазем-ляющей жилой и жилами управления. Количество жил управления выбирается в зависимости от применяемой аппаратуры управления и типом комбайна:
Кабель присоединяется к комбайну при помощи соединительной муфты типа СНВ-М. В обозначении указывается номинальный ток, конструктивное исполнение и группа климатического исполнения. Например, СНВ-320М-ВВХЛ5:
Комбайновые электродвигатели с доминирующей формой корпусов на основе цилиндров и с одним выходным концом вставляют в специальные расточки охватывающих элементов корпусной подсистемы машин. Крепление таких ЭД осуществляется на основе центрирующих поясков на цилиндрической части корпусов и фланцевого присоединения. Корпуса таких двигателей практически разгружены от внешних сил, действующих на корпусную подсистему, что позволяет обеспечить компактность конструкции и высокие параметры двигателей этого типа.
Комбайновые электродвигатели с корпусами в виде прямоугольных параллелепипедов применяются для очистных и проходческих комбайнов, струговых и конвейерных установок. Для стыковки таких двигателей со смежными корпусами на торцах корпусов ЭД предусматриваются соответствующие центрирующие поверхности, отверстия и полости для расположения стягивающих шпилек. Как правило, такие ЭД имеют два выходных конца вала под посадку зубчатых полумуфт.
Электрооборудование управления очистных комбайнов
В составе очистных комбайнов применяется электрооборудование, предназначенное для управления электродвигателями, системами подачи и гидросистемами очистных комбайнов.
В настоящее время разработаны системы автоматизации, которые размещаются как в комбайне, так и на штреке, в составе энергопоезда.
К основным комплексам устройств можно отнести:
— комплекс средств управления очистным комбайном КУОК работающий со штрековым
преобразователем частоты (комбайн УКД300);
— комплекс средств управления очистным комбайном КС-500Ч-02 работающий совместно со
встроенным преобразователем частоты ПЧЭ-120М (комбайн КДК400, 1КДК500, 2КДК500, КДК700).
К электрической сети комбайн подключается с использованием пускателя:
2.2.11. Пневмооборудование очистных комбайнов
Пневмооборудование очистных комбайнов представляет собой пневмопривод, в состав которого входят пневмомоторы и вспомогательная пневматическая арматура (краны местного управления, клапаны дистанционного управления, гибкие шланги, арматуру для сборки пневмоприводов и т.п).
В пневмомоторе используется сжатый воздух, поступающий из шахтной пневматической сети, питающейся от компрессорной станции на поверхности. Большая протяженность пневматической сети, ее низкий к. п. д. и недостаточная прочность не позволяют применять воздух высокого давления. Номинальное давление питания шахтных пневмомоторов составляет всего 0,3-0,4 МПа, что является одной из главных причин относительно малой мощности и пониженной эффективности комбайнов с пневматическим приводом.
В очистных комбайнах нашли применение следующие пневмомоторы:
— типа 8ШК40М, мощностью 35 кВт, потребляющий 43 м 3 /мин воздуха и имеющий частоту вращения выходного вала 1000 об/мин; пневмомотор используется для привода исполнительного органа комбайнов «Темп», конвейероструга щитовых агрегатов 1АЩМ, 1АНЩ и др.;
— типа К18Л1, мощностью 19 кВт, потребляющий 20 м 3 /мин воздуха и имеющий также частоту вращения выходного вала 1000 об/мин; этот пневмомотор используется для привода тягальнопредохранительных двухбарабанных лебедок типа 1ЛГКН.
— К45-16, мощностью 45 кВт, потребляющий 54 м 3 /мин воздуха и имеющий частоту вращения выходного вала 1000 об/мин; пневмомотор используется для привода исполнительного органа комбайнов «Темп», конвейероструга щитовых агрегатов 1АЩМ, 1АНЩ и др.;
— В110-25, мощностью 90 кВт, потребляющий 103 м 3 /мин воздуха для замены двух пневмоторов 8ШК40М в приводе конвейероструга щитовых агрегатов 1АЩМ.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:
1. Какие виды приводов применяются в очистных комбайнах?
2. Назовите основные требования, предъявляемые к электроприводу.
3. Приведите классификацию электродвигателей очистных комбайнов.
4. Объясните понятия номинальная мощность электродвигателя, часовая мощность.
5. Назовите три основных режима работы электродвигателей.
6. Объясните конструкцию электродвигателя с естественным охлаждением
7. Объясните конструкцию электродвигателя с наружным обдувом.
8. Объясните конструкцию электродвигателя с водяным охлаждением.
9. Объясните конструкцию электродвигателя с жидкостным охлаждением.
10. Расшифруйте маркировку электродвигателей ЭДК4-75У5; 4ЭДКО4-110У5; ЭКВ3,5-180У5; ЭКВЖ4-315У5
11. Назовите основные комплексы устройств управления очистными комбайнами.
12. Объясните конструкцию соединительной муфты типа СНВ-М.
13. Какие элементы относятся к пневмооборудованию очистных комбайнов?
14. Назовите типы пневмомоторов очистных комбайнов и щитовых агрегатов.