МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Магнитогорский государственный
технический университет им. Г.И. Носова
Кафедра механизации и электрификации
горных производств
ПРОХОДЧЕСКИЕ комбайны
Методические указания к лабораторной работе № 8
по дисциплине “Горные машины и оборудование подземных
разработок” для студентов специальности 170100
Магнитогорск
200X
Составители: Великанов В.С.
Гуров М.Ю.
Проходческие комбайны: Метод. указан. к лаб. раб. по дисциплине “Горные машины и оборудование подземных разработок” для студентов специальности 170100. Магнитогорск. МГТУ, 200X. 16 с.
В методических указаниях рассмотрены основные типы, классификация и конструкция существующих проходческих комбайнов применяемых на подземных горных работах.
Рецензент:
Лабораторная работа № 8
ПРОХОДЧЕСКИЕ комбайны
Цель работы: Рассмотреть конструкцию и принцип работы проходческих комбайнов избирательного и бурового действия.
Введение
Проходческие комбайны служат для механизированного проведения подготовительных выработок на угольных шахтах, рудниках, а также тоннелей при строительстве подземных сооружений
Комбайновый способ проведения выработок наиболее прогрессивен, так как позволяет совместить во времени наиболее тяжелые и трудоемкие операции по разрушению забоя и уборке из него горной массы. Кроме того, при комбайновом способе проведения выработок существенно повышается устойчивость последних, так как монолитность пород в массиве нарушается в меньшей степени, чем при буровзрывных работах. Последнее обстоятельство позволяет снизить расходы на поддержание выработок.
Среднемесячные темпы проведения выработок проходческими комбайнами в среднем в 2,7, а производительность труда проходчиков в 1,6 раза выше, чем при буровзрывном способе проведения выработок.
Проходческие комбайны по основным классификационным признакам подразделяют:
по способу обработки забоя исполнительным органом - на избирательного (цикличного) действия с последовательной обработкой поверхности забоя и бурового (непрерывного) действия с одновременной обработкой всей поверхности забоя;
по крепости пород разрушаемого горного массива - для работы по углю и слабой руде с прослойками и присечками слабых пород (sсж = 40 МПа), для работы по породам средней крепости (sсж = 40¸80 МПа) и по крепким породам (sсж > 80 МПа);
по области применения - для проведения основных и вспомогательных подготовительных выработок по полезному ископаемому и смешанным забоям, для проведения основных и капитальных выработок и тоннелей по породе и для осуществления нарезных работ по полезному ископаемому;
по площади сечения проводимых выработок (в проходке) - для проведения выработок от 5 до 16 м2, от 9 до 30 м2 и более 30 м2.
Не исключаются классификации проходческих комбайнов и по другим признакам (установленная мощность привода, конструкция исполнительного органа, органов перемещения и погрузки).
После второй мировой войны проходческие комбайны получили промышленное применение. В европейских странах, включая нашу страну, преимущественное распространение получили комбайны избирательного действия.
Наиболее широкое распространение получили проходческие комбайны в последние десятилетия, когда были созданы многочисленные конструкции самых различных типов.
В соответствии с технологическими операциями проходческого цикла комбайны имеют следующие основные рабочие органы:
исполнительный орган, которым производится разрушение горного массива в забое:
погрузочное устройство, служащее для уборки отбитой горной массы:
транспортно-погрузочные средства, включающие в себя конвейер и перегружатели, с помощью которых отбитая горная масса грузится на общешахтные доставочные средства;
механизм передвижения, предназначающийся для передвижения комбайна во время работы, осуществления маневровых операций и транспортной переброски комбайна из одной выработки в другую. Проходческие комбайны избирательного действия имеют в своем составе механизм поперечной подачи исполнительного органа.
Кроме этих основных узлов, проходческие комбайны имеют вспомогательное оборудование, служащее для привода, управления и контроля за работой основных узлов и механизмов. К их числу относятся электросистема, гидросистема и пульты управления.
Для создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда комбайны оснащаются системой пылегашения, которая обычно обеспечивает пылеотсос и пылеподавление с помощью распыленной воды.
В некоторых случаях конструкция проходческих комбайнов предусматривает применение дополнительных механизмов, выполняющих другие операции (например, механизацию крепления выработки, устройство дренажной канавки и пр.).
Проходческие комбайны должны удовлетворять следующим основным требованиям:
обеспечивать форму выработки, удобную для крепления и иметь возможность регулировать сечение;
осуществлять селективную выемку полезного ископаемого и породы;
конструкция комбайна должна обеспечивать возможность установки навесного оборудования и допускать применение временной передвижной призабойной механизированной крепи;
работать в комплексах с оборудованием для бурения шпуров под анкерную крепь, передовых дегазационных и разведочных скважин и с оборудованием для установки (возведения) постоянной крепи;
обеспечивать санитарные нормы по пыли, шуму и вибрации;
иметь систему дистанционного и автоматического управления.
Проходческие комбайны избирательного действия
Проходческие комбайны избирательного действия со стреловидным исполнительным органом получили наибольшее распространение на угольных шахтах. Они являются высокоманевренными машинами и позволяют производить раздельную выемку угля и породы.
Из серийно выпускаемых проходческих комбайнов наиболее широко применяют комбайны 1ПКЗР, 4ПП2М и семейство комбайнов 1ГПКС. Большими возможностями обладает мощный проходческий комбайн 4ПП5.
Технические характеристики ряда проходческих комбайнов данного типа приведены в табл.1.
Перечисленные машины характеризуются различными областями применения и конструктивными особенностями, что определяет целесообразность рассмотрения их компоновочных схем.
Комбайн ШКЗР может применяться для проведения выработок прямоугольной, трапециевидной и арочной форм.
Комбайн включает в свой состав: стреловидный исполнительный орган с конической резцовой коронкой, который установлен на поворотной раме ходовой части; погрузочный орган, выполненный с виде кольцевого скребкового грузчика; ленточный перегружатель, гидросистему, электрооборудование и систему пылеподавления.
Таблица.1
Техническая характеристика проходческих комбайнов
избирательного действия
| Проходческий комбайн | 1ПК3Р | 1ГПКС | 4ПП2М | 4ПП5 |
| Площадь сечения выработки в проходке, м2 | 5,3-12 | 6-17 | 9-25 | 10-30 |
| Угол наклона выработки, град, не более | ±10 | ±10 | ±10 | ±10 |
| Размеры выработки, м: | ||||
| высота | 2,1-3,2 | 2,1-3,6 | 2,6-4,5 | 2,8-5 |
| ширина по низу | 2,8-4,05 | 2,8-4,7 | 3,6-6,5 | 3,8-6,5 |
| Техническая производительность: | ||||
| по углю, т/мин | 1,4 | - | - | |
| по породе, м3/мин | - | 0,23 | 0,47 | 0,6 |
| Временное сопротивление породы одноосному сжатию, МПа, не более | 70-80 | |||
| Мощность двигателя исполнительного органа, кВт | ||||
| Суммарная мощность, кВт | 107,5 | |||
| Давление на почву, МПа | 0,05 | 0,09 | 0,11 | 0,18 |
| Скорость передвижения комбайна, м/с | 0,023 | 0,113 | 0,034 | 0,034 |
| Масса, т | 12,5 |
Исполнительный орган комбайна 1ПКЗР состоит из резцовой конической коронки, стрелы, редуктора и электродвигателя 4ВР225М4У5 мощностью 45 кВт, соединенных между собой болтами. Резцовая коронка представляет собой литой барабан с приваренными штампованными кулаками (28 кулаков) с отверстиями для резцов типа РКС1.
Проведение выработки по крепким и вязким углям предусматривает последовательное разрушение, в процессе которого резцовая коронка после зарубки в одном из нижних углов выработки перемещается в горизонтальной плоскости до противоположного борта, затем поднимается вверх и смещается в сторону, а затем снова перемещается в горизонтальной плоскости. Проведение выработки по мягким и хрупким углям предусматривает перемещение коронки по периметру с последующим спиралеобразным перемещением к центру. В смешанном забое предусматривается селективная выемка угля и породы.
Семейство комбайнов 1ГПКС предназначено для проведения горизонтальных и наклонных подготовительных выработок по углю, породе (f < 4) и смешанным забоям с присечкой пород (f < 5).
Абразивность пород при применении комбайнов не должна превышать 15 мг, допускаемое давление на почву - 0,09 МПа.
Семейство комбайнов 1ГПКС с большой поузловой унификацией, доходящей до 90%, включает в себя четыре типа комбайнов:
1ГПКС (базовая модель) без ленточного перегружателя для проведения горизонтальных и слабонаклонных (± 10°) горных выработок с погрузкой горной массы на забойный конвейер;
1ГПКС-02 без ленточного перегружателя для проведения горных выработок по восстанию (до +20°) с погрузкой горной массы на забойный конвейер;
1ГПКС-03 без ленточного перегружателя для проведения горных выработок по падению (до -25°) с погрузкой горной массы на забойный конвейер;
1ГПКС-01 с ленточным перегружателем для проведения горизонтальных выработок с погрузкой горной массы на средства рельсового транспорта.
Комбайны 1ГПКС-02 и 1КПКС-03 комплектуются барабанами с канатами, устанавливаемыми на задних осях ходовой части, предназначенными для удержания комбайнов от сползания при проведении наклонных выработок.
Основные унифицированные узлы комбайнов семейства 1ГПКС: исполнительный орган, погрузочное устройство с центрально расположенными скребковым конвейером, прицепной ленточный перегружатель и пульт управления. Гидравлическая и электрическая системы и средства пылеподавления максимально унифицированы. Различные модели комбайнов создаются путем добавления к базовой модели 1ГПКС нескольких узлов и сменного оборудования.
Каждый из семейства проходческих комбайнов 1ГПКС (рис. 1) состоит из исполнительного органа, включающего в себя телескопическую стрелу 3 и резцовую коронку 1; ходовой части 11; погрузочного устройства 12; гидростистемы 6; электрооборудования
| Рис 1. Проходческий комбайн 1ГПКС |
5; пульта управления 7; скребкового конвейера 8, системы пылегашения 2.
Исполнительный орган смонтирован на поворотной турели и посредством силовых цилиндров 4 и 13 может перемещаться в гори зонтальной и вертикальной плоскостях при обработке забоя. Стрела 3 телескопическая, имеет раздвижность до 500 мм.
Ходовая часть представляет собой самоходную гусеничную тележку и предназначена для движения, поворотов и разворотов комбайна. Привод гусениц осуществляется от общего электродвигателя через коническую передачу и кинематические цепи, включающие в себя два рабочих и два тормозных фрикциона.
За ходовой частью размещены гидроцилиндры 10, выполняющие роль вспомогательных опор-аутригеров, использование которых повышает устойчивость комбайна в процессе работы.
Погрузочное устройство состоит из рамы с закрепленными на ней двумя кинематическими связанными редукторами нагребающих лап.
Тяговый орган скребкового конвейера представляет собой кругло-звенную цепь с установленными на ней штампованными скребками. Концевая часть конвейера может перемещаться гидроцилиндрами 9 в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Исполнительный орган комбайна предусматривает возможность использования резцовых коронок конического и барабанного типов. В качестве рабочего инструмента применяются резцы РКС-1 и РКС-2. Электродвигатель типа ЭДКОФ длительной мощностью 55 кВт и часовой 75 кВт обеспечивает через редуктор передачу крутящего момента резцовым коронкам.
Движение ведущим звездам гусениц ходовой части передается от электродвигателя типа ВРП18054У5 мощностью 22 кВт.
Для привода погрузочного органа применен также двигатель мощностью 22 кВт.
При проведении наклонных выработок для удержания комбайнов на ведущие звездочки их гусеничной цепи закрепляются подтяжные барабаны-лебедки, представляющие собой фрикционные механизмы с регулируемым тяговым усилием.
При проведении восстающих горных выработок под траки комбайна закладываются две инвентарные балки на расстоянии 2,5 м друг от друга, к которым поочередно прикрепляются тяговые и предохранительные канаты. Путем навивки канатов на барабаны-лебедки при включении хода "Вперед" осуществляется подтягивание комбайна вверх на забой.
При проведении горных выработок по падению тяговые канаты, закрепленные на инвентарной балке сзади комбайна, разматываются, удерживая комбайн от скатывания на забой. Инвентарная балка в данном случае закрепляется через круглозвенную цепь длиной до 150 м за специальную площадку, раскрепленную стойками между почвой и кровлей выработки. Намотка тягового каната на барабан лебедки осуществляется за счет переключения замков на кругло-звенной цепи.
В систему пылеподавления входят система внутреннего орошения с подачей воды через полый вал исполнительного органа в зону разрушения, дополнительная система внешнего орошения и два гидрореактивных пылеподавителя.
Система внешнего орошения представляет собой коллектор, выполненный в виде кольца и установленный на стреле за коронкой.
Гидрореактивные пылеподавители подвешиваются к верхнякам крепи с таким расчетом, чтобы факелы водовоздушного потока были направлены на забой и в место перегрузки горной массы.
Все три системы применяются одновременно.
Масса комбайна 1ГПКС в зависимости от исполнения составляет от 19 000 до 21 000 кг.
Комбайн 4ПП2М предназначен для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) горных выработок по углю и смешанному забою с присечкой (до 75%) пород с f <, 7 и абразивностью до 15 мг.
Проходческий комбайн 4ПП2М состоит из исполнительного органа стреловидной конструкции с телескопической стрелой, погрузочного устройства в виде наклонного подъемно-поворотного стола питателя с нагребающими лапами и центральным скребковым конвейером, корпуса с опорно-поворотной турелью, гусеничного механизма передвижения, гидросистемы, электрооборудования, пульта управления, системы пылеподавления.
К особенностям проходческого комбайна 4ПП2М относятся: наличие четырех аутригеров для повышения устойчивости комбайна, работающего по породам; встроенная в конструкцию комбайна система орошения с подачей воды через форсунки под резцы; пылеотсос; две скорости резания (1,2 и 2 м/с), средства дистанционного и программного управления.
Комбайн 4ПП5 предназначен для проведения подготовительных горизонтальных и наклонных (до ±10°) выработок по угольным, по родным с f < 6 или смешанным забоям с присечкой пород (до 30%) с f < 7 и абразивностью 15 мг.
При компоновочной схеме, в принципе аналогичной компоновочной схеме комбайна 4ПП2М, проходческий комбайн 4ПП5 характеризуется рядом особенностей. Исполнительный орган комбайна 4ПП5 позволяет эффективно разрушать породы с временным сопротивлением одноосному сжатию 70-80 МПа.
Стреловидный исполнительный орган комбайна представляет собой блок редукторов с электродвигателем и режущей коронкой, установленный в направляющей П-образной раме. С помощью двух гидроцилиндров, вмонтированных в раму, блок может выдвигаться по ее направляющим на 600 мм.
В качестве движителя для индивидуального привода гусениц комбайна принят гидромотор, обеспечивающий две скорости перемещения комбайна и крутящий момент приводной звездочки редуктора, равный 165 кН×м.