DE2938777C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung von Grubenbauen in festem Gestein mit einer auf der Sohle der Grubenbaue verschiebbaren Tragstütze, auf der ein Ausleger vertikal und horizontal schwenkbar gelagert ist und an dem ein in vertikaler Ebene verschwenkbares Gehäuse eines schweren Schlaghammers angeordnet ist, dessen Schlagorgan unmittelbar auf das zu lösende Gestein einwirkt.

Der Erfindungsgegenstand kann außerdem im Bergbau und im Bauwesen mit Schlaghämmern von 20 bis 200 kJ zum Brechen von großen Gesteinsbrocken von Fundamenten und Gebäudewänden, zum Aufreißen von Straßenbetondecken sowie bei der Vorbereitungsphase zur Erstellung eines Fundaments von Staudämmen und anderen Wasserbauwerken eingesetzt werden.

Vorrichtungen zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein mit den oben angeführten Merkmalen sind beispielsweise aus der US-PS 38 63 989, der DE-AS 19 57 442 sowie der DE-AS 15 83 806 bekannt.

Bei der Arbeit mit derartigen Vorrichtungen kommt es immer wieder vor, daß das Arbeitsorgan des Schlaghammers Schräg- oder Leerschläge ausführt, die zu hohen dynamischen Belastungen führen, die sich nicht nur auf die Lager des Schlaghammers, sondern auf die ganze Vorrichtung übertragen, wodurch die Vorrichtung insgesamt schneller verschleißt. Bei den hohen Belastungen treten auch Flüssigkeitsverluste in den die Verschwenkbarkeit und die Arbeit gewährleistenden Hydraulikzylindern auf, wodurch es zum Ansprechen der Sicherheitsventile sowie zum seitlichen Ablenken des Schlaghammers kommt, was die Zuverlässigkeit der Vorrichtung mindert. Außerdem erfordert die Ablenkung des Schlaghammers einen zusätzlichen zeitaufwendigen Steuervorgang zum erneuten Ausrichten des Schlaghammers.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend zu verbessern, daß die Beanspruchung der Baugruppen bei Leerschlägen verringert und ein zusätzlicher Steuerungsvorgang zur Schwenkung des Schlaghammers an die Schlagstelle nach einem Leerschlag nicht erforderlich wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung besteht darin, daß der Rahmen zwischen Schenkeln des Auslegers auf einer Drehachse befestigt ist, die in bezug auf den Massenmittelpunkt des Schlaghammers zu der vom Abbaustoß abgewandten Seite versetzt befestigt ist.

Die Befestigung des Schlaghammers durch Verwendung von Dämpfungselementen sichert eine Verringerung derjenigen Beanspruchungen, die bei schräg gerichteten Schlägen und bei Leerschlägen des Schlagkolbens entstehen und vom Schlaghammer auf andere Teile der Vorrichtung übertragen werden. Diese Beanspruchungen werden bis auf zulässige und, was durchaus wichtig ist, leicht kontrollierbare Grenzwerte verringert. Dies führt wiederum zur Verbesserung der Betriebsbedingungen für die Vorrichtungsteile und dadurch zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung.

Außerdem wird durch die ständige Rückführung des Schlaghammers mittels der Dämpfungselemente in die Sollstellung nach seitlich gerichteten Rückschlägen die bei schräg gerichteten Schlägen auftreten, die Zeit zum Ausrichten des Schlaghammers auf ein Minimum verkürzt und die nächstfolgenden Schläge können gegen die Stelle ausgeübt werden, die durch die vorherigen Schläge eine zerstörte Struktur aufweist. Durch die Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung der Wirksamkeit des Abbauverlaufes gewährleistet.

Durch die Ausführung des Auslegers in gabelförmiger Gestalt und die Befestigung des Schlaghammers mit der Möglichkeit seiner Drehung bei seitlich gerichtetem Rückschlag in bezug auf die im wesentlichen durch seinen Massenmittelpunkt gehende Achse wird das Trägheitsmoment des Schlaghammers merkbar verkleinert und damit gemeinsam auch diejenigen Beanspruchungen, die in den Teilen des Schlaghammers und in den anderen Vorrichtungsteilen, die direkt mit dem Schlaghammer verbunden sind, was zweifellos die Zuverlässigkeit der ganzen Vorrichtung in günstiger Weise beeinflußt.

Die Verteilung der Funktionen zum Ausrichten und zur Dämpfung des seitlich gerichteten Rückschlages auf verschiedene Teile der Vorrichtung durch Einführung des Rahmens in ihre Konstruktion vereinfacht einerseits die Konstruktion der Vorrichtungsteile, andererseits aber wird die gleichzeitige Ausnutzung der Dämpfungselemente gewährleistet, und zwar sowohl zur Dämpfung des seitlich gerichteten Rückschlags bei schräg gerichteten Schlägen als auch zur Dämpfung bei Leerschlägen des Schlagkolbens, so daß eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung gesichert wird.

Der Einbau des Rahmens in die Baugruppe zur Befestigung des Schlaghammers am Ausleger gewährleistet die Möglichkeit einer Versetzung der horizontalen Drehachse des Schlaghammers in die vertikale Ebene beim Einstellen und Ausrichten und der horizontalen Drehachse in derselben Ebene beim seitlich gerichteten Rückschlag. Andererseits ist es aber erwünscht, zur Erhöhung der Abbauwirksamkeit eine minimale Stoßfläche des vorzutreibenden Grubenbaues zu haben, da die zur Einstellung erforderliche Zeit, abgesehen von anderen Umständen, wesentlich von der Fläche des zu bearbeitenden Stoßes abhängig ist. Eine Versetzung der Achse des Rahmens in bezug auf den Massemittelpunkt des Schlaghammers in Richtung zum Abbaustoß des zu bildenden Grubenbaues führt zur Vergrößerung der Länge des Auslegerteiles am Schlaghammer, wodurch seinerseits bei vorgeschriebenem lichten Querschnitt des Grubenbaues die Stoßfläche verkleinert und unter Beachtung der oben angeführten Umstände eine Erhöhung der Abbauwirksamkeit begünstigt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein, die eine mit einem Raupenfahrwerk versehene Tragstütze aufweist, in Seitenansicht,

Fig. 2 die Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung,

Fig. 3 die Vorderansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Rahmen und den Schlaghammer gemäß Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in der Stellung beim Abbau der unteren Zone der Stoßfläche,

Fig. 7 eine Abwandlung der Vorrichtung, bei der als Tragstütze ein Tunnelvortriebsschild vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung im Schildquerschnitt in der vertikalen Ebene dargestellt ist, die durch die Längsachse des Vortriebsschildes läuft,

Fig. 8 die Vorderansicht der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein enthält eine verschiebbare Tragstütze 1 (Fig. 1), die durch einen bekannten Antrieb von einer beliebigen bekannten Kraftanlage (nicht dargestellt) bewegt werden kann und die als Tragkörper für die Befestigung aller anderen Vorrichtungsteile dient. Auf der Tragstütze 1 ist auf einer im wesentlichen vertikalen Achse ein gabelförmiger Ausleger 2 befestigt, der in einer in bezug auf die Tragstütze 1 im wesentlichen horizontalen Achse durch Betätigung von zwei Hydraulikzylindern 3 drehbar ist. Zwischen den Schenkeln des Auslegers 2 (Fig. 2) ist ein Rahmen 4 befestigt, der in einer in bezug auf den Ausleger 2 im wesentlichen vertikalen Ebene durch Betätigung von zwei Hydraulikzylindern 5 (Fig. 1) drehbar ist. Der Rahmen 4 weist in seinen Wänden vier Aussparungen 6 (Fig. 1, 2) mit Leitflächen 7 auf, in welchen Tragglieder 8 gleiten. In Bohrungen 9 (Fig. 4) der Tragglieder 8 greifen in ihnen drehbare Zapfen 10 ein, auf denen ein Schlaghammer 11 so befestigt ist, daß die gemeinsame Drehachse eines jeden Paares der Zapfen 10 im wesentlichen durch den Massenmittelpunkt des Schlaghammers und senkrecht zu seiner Längsachse verläuft. Der Schlaghammer 11 ist als Schlagarbeitsorgan des "schußartigen" Typs ausgelegt, wobei die Energie eines Einzelschlages dutzende auch hunderte Kilojoule beträgt, d. h. es ist ein Schlaghammer, dessen Schlagkolben 12 bis zum Augenblick der Schlagausübung in keine Berührung mit dem Abbaustoß tritt.

Der Aufbau des Schlaghammers 11 (Fig. 3) ist mit Ausnahme der oben erwähnten Eigenarten für die Erfindung nicht wesentlich, er kann eine beliebige Bauart aufweisen.

Auf dem Rahmen 4 (Fig. 1, 2) sind in bezug auf die Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Schlaghammers 11 und durch die Achsen der Zapfen 10 läuft, zwei Gruppen von Dämpfungselementen 13 so befestigt, daß jedes Tragglied 8 gegen ein Gleiten in den Leitflächen 7 durch Stößel 14 der Dämpfungselemente 13 gehalten wird. Die Dämpfungselemente 13 (Fig. 1) sind zur Verminderung der Kräfte bestimmt, die vom Schlaghammer 11 (Fig. 4) auf die anderen Teile der Vorrichtung bei schräg gerichteten Schlägen und Leerschlägen des Schlagkolbens 12 des Schlaghammers 11 übertragen werden, sowie zum Aufrechterhalten der Sollrichtung der Längsachse des Schlaghammers 11 nach dem Auftreten von Schräg- und Leerschlägen. Der innere Aufbau der Dämpfungselemente 13 kann beliebig sein.

Bei dem in der Praxis eingesetzten Ausführungsbeispiel enthält jedes Dämpfungselement 13 zwei entgegengesetzt angeordnete Druckluftzylinder, deren Kolbenstangen als Stößel 14 (Fig. 5) dienen, die mit Kolben 19 versehen sind, welche in mit Druckgas gefüllte zylindrische Hohlräume 20 eingreifen. Ist keine Einwirkung durch das führende Tragglied 8 vorhanden, so wird der Stößel 14 infolge des Gasdrucks gegen den Kolben 19 an die vordere Stirnwand 21 des zylindrischen Hohlraumes 20 gepreßt.

Die Zuführung und das Verdrängen des Druckgases in und aus den zylindrischen Hohlräumen 20 erfolgt durch die Öffnung 22. Als Dämpfungselemente können außerdem Hydraulikzylinder, Federn, Gummiglieder u. a. verwendet werden.

Der Rahmen 4 (Fig. 1) wird auf dem Ausleger 2 so befestigt, daß seine Drehachse in bezug auf den Massenmittelpunkt des Schlaghammers 11 in Richtung weg vom Abbaustoß des vorzutreibenden Grubenbaues versetzt ist.

Auf der Tragstütze 1 (Fig. 1, 2, 3) ist unter dem Ausleger 2 mit dem Schlaghammer 11 eine Lademaschine 15 mit Förderer 16 angeordnet, der durch Betätigung von Hydraulikzylindern 17 verschoben und durch Betätigung von Hydraulikzylindern 18 (Fig. 1) gehoben oder gesenkt werden kann. Durch die Ausrüstung der Vorrichtung mit der Lademaschine 15 und dem Förderer 16, die in bezug auf den Ausleger 2 und dem auf ihm befestigten Schlaghammer 11 in Richtung zum Abbaustoß und rückwärts weg von diesem verschiebbar ist, entfällt die Notwendigkeit der Beweglichkeit des Schlaghammers 11 in Richtung zum Abbaustoß und zurück, wodurch die Konstruktion der Aufhängung des Schlaghammers 11 vereinfacht wird. Die Verschiebbarkeit der Lademaschine 15 ermöglicht es außerdem, das Entfernen des abgebauten Gesteins aus dem Stoßbereich gleichzeitig mit der Bearbeitung des Stoßoberteiles durch den Schlaghammer 11 auszuführen, wodurch unproduktive Arbeitszeitverluste vermieden und die Wirksamkeit des Gesteinsabbaues erhöht wird.

Der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein verläuft in folgender Weise.

Die Vorrichtung wird in einem Grubenbau an den Abbaustoß im erforderlichen Abstand herangeführt. Danach wird die Lademaschine 15 (Fig. 6) mit dem Förderer 16 durch die Hydraulikzylinder 17 rückwärts weg vom Abbaustoß versetzt. Der Schlaghammer 11 wird durch die Hydraulikzylinder 3 und 5 gegen einen der unteren Winkel des Abbaustoßes gerichtet, danach in Betrieb gesetzt und übt durch seinen Schlagkolben 12 Schläge gegen ein- und dieselbe Stelle solange aus, bis das Gestein zur gewünschten Tiefe abgeschlagen ist. Darauf wird der Schlaghammer 11 durch Schwenken des Auslegers 2 durch die Hydraulikzylinder 3 gegen die auf der Horizontalen benachbarte Stelle gerichtet und der Abbauverlauf wiederholt sich. Sobald im beschriebenen Verfahren die Bearbeitung des untersten Stoßteiles beendet ist, wird der Schlaghammer 11 durch die Hydraulikzylinder 5 in der vertikalen Ebene aufwärts geschwenkt und die Lademaschine 15 mit dem Förderer 16 wird durch die Hydraulikzylinder 17 vorwärts zum Abbaustoß versetzt. Der weitere Betrieb des Schlaghammers 11 erfolgt wie oben beschrieben. Gleichzeitig mit dem Betrieb des Schlaghammers 11 wird das abgebaute Gestein durch die Lademaschine 15 aus dem Abbaustoßbereich entfernt. Auf diese Weise wird die Bearbeitung der gesamten Fläche des Abbaustoßes des vorzutreibenden Grubenbaues ausgeführt. Danach wiederholt sich das oben beschriebene Arbeitsspiel.

Beim Betrieb des Schlaghammers 11 (Fig. 1) sind ein erheblicher Teil der Schläge seines Schlagkolbens 12 gegen den Gesteinsstoß schräg gerichtete Schläge, d. h. solche Schläge, bei denen die Schlagrichtung mit der Normalen zur Gesteinsoberfläche an der Schlagstelle nicht zusammenfällt. Bei einem seitlich gerichteten Rückschlag in horizontaler Ebene dreht sich der Schlaghammer 11 in bezug auf die durch seinen Massenmittelpunkt laufende vertikale Achse in einem Paar der Zapfen 10, die sich in den über und unter dem Schlaghammer 11 liegenden Traggliedern 8 drehen. Dabei gleiten die Tragglieder 8, die an den Seiten des Schlaghammers 11 liegen, unter der Einwirkung der in sie eingreifenden Zapfen 10 in ihren Führungen 7 und betätigen die Stößel 14 der Dämpfungselemente 13. Nach Beendigung des seitlich gerichteten Rückschlags, d. h. wenn die Energie des seitlich gerichteten Rückschlags des Schlaghammers 11 durch das Paar der Dämpfungselemente 13 aufgenommen ist und der Schlaghammer 11 in seiner Drehbewegung still hält, erfolgt der entgegengesetzte Drehverlauf des Schlaghammers 11 unter der Einwirkung der Dämpfungselemente 13 bis zur Sollstellung. Der seitlich gerichtete Rückschlag in vertikaler Ebene erfolgt in ähnlicher Weise, dabei verbleibt das horizontale Paar der Tragglieder 8 unbeweglich, dagegen verschiebt sich das vertikale Paar der Tragglieder 8 in entgegengesetzte Richtungen. Verläuft der seitlich gerichtete Rückschlag in einer Ebene, die zwischen der Horizontalen und Vertikalen liegt, so sprechen gemeinsam zwei vertikale und zwei horizontale Dämpfungselemente 13 an. Wird durch den Schlagkolben 12 des Schlaghammers 11 ein voller oder teilweiser Leerschlag ausgeführt, d. h. wenn der Schlagkolben 12 bei seiner Vorwärtsbewegung auf keinen Gesteinsstoß trifft oder er seine Energie nicht vollständig zur Zertrümmerung des Gesteins aufzuwenden imstande war, ist der Schlaghammer 11 bestrebt, sich hinter seinem Schlagkolben 12 nach vorwärts zu bewegen und betätigt dadurch seine Zapfen 10 und die auf diese aufgesetzten Tragglieder 8, die Stößel 14 der vorderen Gruppe der Dämpfungselemente 13. Nach Beendigung der Bewegung des Schlaghammers 11 erfolgt der umgekehrte Ablauf, unter der Einwirkung der Stößel 14 der vorderen Gruppe der Dämpfungselemente 13 nehmen die Tragglieder 8, indem sie in den Führungen 7 der Aussparungen 6 im Rahmen 4 gleiten, durch die Zapfen 10 den Schlaghammer 11 mit und bringen ihn in seine ursprüngliche Stellung zurück. Somit können durch Vorgabe der Kenndaten der Dämpfungselemente 13 die Beanspruchungen begrenzt werden, die auf den Rahmen 4 und die anderen Teile der Vorrichtung einwirken.

Bei einer in der Praxis eingesetzten Ausführungsvariante wird bei Entstehung einer Beanspruchung des Stößels 14 (Fig. 5) der Dämpfungselemente 13 (Fig. 1) der Stößel 14 (Fig. 5) im zylindrischen Hohlraum 20 verschoben und komprimiert durch seinen Kolben 19 das im Hohlraum 20 vorhandene Druckgas. Ein seitlich gerichteter Rückschlag oder ein Leerschlag des Schlaghammers 11 wird durch Komprimierung des Gases im zylindrischen Hohlraum 20 der Dämpfungselemente 13 gelöscht. Unter der Einwirkung des Druckgases kehren die Stößel 14, indem sie die in den Führungen 7 der Aussparungen 6 im Rahmen 4 gleitenden Tragglieder 8 betätigen, durch die Zapfen 10 den Schlaghammer 11 in die ursprüngliche Stellung zurück.

Unter Berücksichtigung aller oben angeführten Darlegungen kann festgestellt werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein nicht nur eine im Vergleich mit den bekannten Vorrichtungen höhere Zuverlässigkeit, sondern auch eine höhere Effektivität beim Abbau des Gesteins aufweist.

Bei einer weiteren Ausführungsvariante kann als bewegliche Tragstütze 1, die auf der Sohle des Grubenbaues verschiebbar ist, ein Vortriebsschild (Fig. 7, 8) genutzt werden.

An der in Fig. 7 gezeigten Tragstütze 1 ist auf einer im wesentlichen vertikalen Achse ein Ausleger 2 gabelförmiger Gestalt befestigt, der im wesentlichen in einer horizontalen Ebene in bezug auf die Tragstütze 1 durch Betätigung von zwei Hydraulikzylindern 3 drehbar ist. Zwischen den Schenkeln des Auslegers 2 ist der Rahmen 4 durch Betätigung von zwei Hydraulikzylindern 5 drehbar in einer im wesentlichen vertikalen Ebene in bezug auf den Ausleger 2 befestigt.

Der Aufbau des Rahmens 4 und die Art der Befestigung des Schlaghammers 11 im Rahmen 4 an der in Fig. 7, 8 dargestellten Vorrichtung ist ähnlich der oben beschriebenen, in Fig. 1, 2, 3, 4 gezeigten Vorrichtung. Der Rahmen 4 ist auf dem Ausleger 2 so befestigt, daß die Rahmendrehachse in bezug auf den Massenmittelpunkt des Schlaghammers 11 in Richtung weg vom Abbaustoß des vorzutreibenden Grubenbaues versetzt ist.

Auf der Tragstütze 1 (Fig. 7, 8) wird unter dem Ausleger 2 mit dem Schlaghammer 11 die Lademaschine 15 mit dem Förderer 16 so angeordnet, daß sie durch Betätigung der Hydraulikzylinder 17 entlang der Längsachse der Tragstütze 1 in bezug auf den Ausleger 2 mit dem Schlaghammer 11 in Richtung zum Abbaustoß des zu bildenden Grubenbaues und zurück verschiebbar ist.

Die in Fig. 7, 8 dargestellte Vorrichtung weist eine Lademaschine 15 mit Ladeschaufeln und Kratzerförderer 16 auf. Der Betrieb der in Fig. 7, 8 dargestellten Vorrichtung verläuft ebenso wie derjenige der in Fig. 1, 2, 3 dargestellten Vorrichtung. In der Praxis ermöglicht es der Einsatz der Vorrichtung mit einem Schlaghammer 11, bei dem als verschiebbare Tragstütze ein Vortriebsschild verwendet wird, den Anwendungsbereich des Vortriebsschildes wesentlich zu erweitern.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Vortrieb von Grubenbauen in festem Gestein mit einer auf der Sohle der Grubenbaue ver­ schiebbaren Tragstütze, auf der ein Ausleger vertikal und horizontal schwenkbar gelagert ist und an dem ein in vertikaler Ebene verschwenkbares Gehäuse eines schweren Schlaghammers angeordnet ist, dessen Schlagorgan unmittelbar auf das zu lösende Gestein einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausleger (2) ein den Schlaghammer (11) umgebender Rahmen (4) vertikal schwenkbar befestigt ist und das Gehäuse des Schlaghammers (11) mit senkrecht zu seiner Längsachse angeordneten Zapfen (10) in am Rahmen (4) gegenüberliegend vorgesehenen, auf Leitflächen (7) in Schlagrichtung gleitend gelagerten, Traggliedern (8) drehbar eingreift, wobei an jedem Tragglied (8) an­ liegende, seinen Gleitweg begrenzende Dämpfungselemente (13) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (4) zwischen Schenkeln des Auslegers (2) auf einer Drehachse befestigt ist, die in bezug auf den Massenmittelpunkt des Schlaghammers (11) zu der vom Abbaustoß abgewandten Seite versetzt befestigt ist.