-
-
Tragarmstelivorrichtung für Bergwerksmaschinen, insbesondere für
-
Schrämwalzenl ader und Teilschnittvortriebsmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Stellvorrichtung für den Tragarm einer Bergwerksmaschine, insbesondere
eines Schrämwalzenladers oder einer Teilschnittvortriebsmaschine, die wenigstens
einen die Stellkraft erzeugenden und den Tragarm in seiner Betriebslage haltenden,
doppelseitig beaufschlagbaren Druckzylinder besitzt, dessen Kolben am Ende seiner
jeweiligen Stellbewegung durch Abschließen der beiden Zylinderräume festgelegt ist.
-
Im Langfrontbau eingesetzte Walzenschrämmaschinen, aber auch im Tunnel
bau eingesetzte Teilschnittvortriebsmaschinen unterliegen, wenn sie mit ihrer Schrämwalze
härtere Mi neral schichten anfahren und lösen müssen, besonders starken Erschütterungen.
Verursacht werden diese Erschütterungen und Vibrationen durch die auf dem Schrämwalzenumfang
angebrachten, schlagartig in das Mineral einlaufenden Schrämwerkzeuge. Die Tragarmstellvorrichtung,
die den Tragarm und damit die Schrämwalze in ihre Arbeitsposition schwenkt, trägt
nicht zur Dämpfung dieser Erschütterungen bei, weil Lufteinschlüsse, aber auch die
Elastizität des Druckzylinders die Kompressibilität der auf beiden Kolbenseiten
anstehenden Ulsäulen erheblich vergrößern. Mit zunehmender Kompressibilität nimmt
die Nachgiebigkeit dieser beiden Ulsäulen zu und mit ihr auch der Weg, also die
Amplitude, des unter den stoßartigen Belastungen innerhalb des Druckzylinders oszillierenden
Kolbens. Da beide Ulsäulen wie Federn auf den oszillierenden Kolben einwirken, verstärken
sie die Kolbenausschläge und damit auch den unruhigen Lauf der Schrämwalze und erhöhen
dadurch die stoßartige Belastung der Schrämmeißel beträchtlich, vor allein, wenn
Resonanz im System auftritt. Rückwirkungen auf das Untersetzungsgetriebe, ja selbst
auf den Antriebsmotor, lassen sich unter diesen Umständen nicht vermeiden und führen
zu starken Belastungsspitzen, die letztlich vom Tragarm bzw. vom Maschinengestell
aufzunehmen sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stellvorrichtung für den Tragarm
einer Bergwerksmaschine, insbesondere eines Schrämwalzenladers oder einer Teilschnittvortriebsmaschine,
zu schaffen, die den Kolben des bzw. der Druckzylinder in seiner jeweiligen Ruhestellung
weitgehend unbeweglich hält und dessen durch äußere Kräfte hervorgerufene Oszillationsbewegungen
dämpft und unterdrückt, um die Laufruhe einer Schrämwalze zu verbessern.
-
Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung von der Erkenntnis aus,
daß die Druck-Weg-Kennlinie eines Druckzylinderkolbens, den in der Figur 2 dargestellten,
etwa parabelförmigen Verlauf hat.
-
Diese Kennlinie beginnt im Nullpunkt des Koordinatensystems und verläuft
zunächst kurvenförmig ansteigend, um dann in einen weitgehend geraden Abschnitt
überzugehen, der etwa bei einem Druck von 60 bar beginnt. Unterhalb des 60 bar betragenden
Bereiches zieht jede Ortsveränderung des Kolbens nur eine verhältnismäßig geringe
Veränderung des Druckes der vor den Kolbenstirnflächen anstehenden Flüssigkeitssäulen
nach sich, während.oberhalb dieses Bereiches, nämlich in dem geradlinig verlaufenden
Abschnitt der Kennlinie, jeder Kolbenbewegung eine entsprechende Zunahme oder Abnahme
des Druckes der vor dem Kolben anstehenden Flüssigkeitssäule gegenübersteht.
-
Zur Lösung des Erfindungsproblems wird deshalb vorgeschlagen, den
Kolben des Druckzylinders zumindest in seiner festgelegten Stellung, d. h. in seiner
jeweiligen Betriebsstellung, in der er den Tragarm festhält, beidseitig ständig
zu beaufschlagen und unter eine ihn in seiner jeweiligen Lage haltenden Vorspannung
zu setzen, bei der jede änderung /\ S des Kolbenweges jeder änderung A der Vorspannung
weitgehend proportional ist. Stelivorrichtungen, deren Druckzylinderkolben beidseitig
in der vorgeschlagenen Weise hydraulisch verspannt werden, sind gegen stoßartige
Belastungen der Schrämmeißel, wie sie beim Umlaufen einer Schrämwalze fortlaufend
auftreten, wesentlich unempfindlicher und dämpfen die beim Schneiden der Scnrämwalze
hervorgerufenen Tragarm-
schwingungen und Erschütterungen erheblich
stärker. Dieses Verhalten ist durch Messungen bestätigt worden, die eine gleichmäßigere
Motorbelastung und eine spürbare Senkung der Spitzen des Motordrehmomentes und damit
auch der Getriebekräfte nachweisen.
-
Aufgrund dieser Maßnahmen kann daher mit einer verbesserten Laufruhe
der Schrämwalze gerechnet werden, und zwar selbst dann, wenn die Schrämwalze in
besonders hartem Gestein tätig ist. Neben einer längeren Standzeit der einzelnen
Schrämwerkzeuge eröffnet sich somit die Möglichkeit zum Einsatz von Teilschnittmaschinen
und Walzenschrämmaschinen auch in hartem Gebirge bzw. beim Durchfahren von Störungszonen,
die wegen der Härte des Gesteins mittels Schrämwalzen bisher nicht gewinnbar waren.
-
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal können einer derart ausgebildeten
Tragarmstelivorrichtung zwei Flüssigkeitspumpen zugeordnet sein, von denen eine
zur wechselweisen Beaufschlagung der Druckzylinder dient und die Stellbewegung des
Tragarmes erzeugt, während die andere den den Kolben verspannenden Beaufschlagungsdruck
auf beiden Kolbenseiten aufrechterhält und deshalb mit beiden Zylinderräumen ständig
verbindbar ist. Zur Erzeugung der Stellbewegung des Tragarmes dient somit die erste
der beiden vorgenannten Flüssigkeitspumpen, während die zweite Flüssigkeitspumpe
den Verspannungsdruck des bzw. der Druckzylinderkolben in der jeweiligen Schwenkstellung
des Tragarmes aufrechterhält und dafür sorgt, daß ständig auf beiden Kolbenseiten,
also in beiden Zylinderräumen, alle Leckölverluste ausgeglichen werden.
-
Eine derartige Tragarnstellvorrichtung ist sowohl für Differentialzylinder,
d. h. für Druckzylinder mit ungleich großer Kolbenfläche, als auch für Gleichlaufzylinder,
d. h. für Druckzylinder mit gleich großen Kolbenflächen brauchbar.
-
Bei Tragarmstellvorrichtungen, die mit einem als Differentialzylinder
ausgebildeten Druckzylinder ausgestattet sind, können beide Zylinderräume über je
ein einstellbares Druckbegrenzungsventil miteinander verbindbar sein, deren Uffnungsdruck
um-
gekehrt proportional dem Verhältnis der beiden beaufschlagbaren
Kolbenflächen ist und von denen das Druckbegrenzungsventil, welches den auf der
größeren Kolbenseite befindlichen Zylinderraum abschert, über zwei Rückschlagventile
einerseits mit dem anderen Zylinderraum und andererseits mit dem Tank verbindbar
ist, wobei das in der zum Tank führenden Leitung liegende Rückschlagventil auf einen
höheren Uffnungsdruck eingestellt ist als das andere Rückschlagventil. Den beiden
in unterschiedlicher Höhe vorgespannten Rückschlagventilen fällt die Aufgabe zu,
die vor der größeren Kolbenfläche anstehende Flüssigkeit bei der Hubbewegung des
Kolbens auf die andere Kolbenseite zu leiten und die Anteile der Flüssigkeit, die
dieser Raum wegen der Kolbenstange nicht aufzunehmen in der Lage ist, zum Tank abzuführen.
Dagegen sorgen die beiden Druckbegrenzungsventile dafür, daß die zum Verspannen
des Kolbens auf beiden Kolbenseiten herrschenden Beaufschlagungsdrücke unterschiedlich
groß sind, so daß sich die auf den Kolben einwirkenden Verspannungskräfte ausgleichen.
-
Bei Tragarmstellvorrichtungen, die mit auf eine gemeinsame Schwenkwelle
einwirkenden Gleichlaufzylindern ausgestattet sind, ist es aber auch möglich, die
beiden Kolbenseiten der Gleichlaufzylinder über ein gemeinsames Senkbremsventil
und ein diesem vorgeschaltetes 4/3 Wegeventil mit der sie beaufschlagenden Flüssigkeitspumpe
zu verbinden und zwei parallel zueinander angeordnete Abschaltventile vorzusehen,
die gemeinsam über das 4/3 Wegeventil, und zwar in dessen Mittelstellung, mit der
Flüssigkeitspumpe verbunden sind und einerseits mit dem Senkbremsventil und andererseits
mit beiden Gleichlaufzylindern derart in Verbindung stehen, daß sie deren Zylinderräume
beim Unterschreiten eines im Proporti onal bereich der Druck-Weg-Kennlinie befindlichen
Mindestdruckes mit der Flüssigkeitspumpe verbinden. In diesem Fall wird nur eine
einzige Flüssigkeitspumpe für die Tragarmstellvorrichtung benötigt. Diese erzeugt
sowohl die Stellbewegung der Vorrichtung, also die dazu erforderliche Kolbenbewegung,
als auch den zum Verspannen der Zylinderkolben erforderlichen Beaufschlagungsdruck
und hält diesen Druck ständig in allen Zylinderräumen aufrecht.
-
Es ist möglich, den Kolben des Differentialzylinders, während des
Schwenkvorganges der Tragarmstellvorrichtung unter der gewählten Vorspannung zu
halten, indem man in dem zum Tank führenden Leitungszweig des 4/3 Wegeventiles ein
einstellbares Druckbegrenzungsventil anordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil hält
in der Abflußleitung das zum Verspannen des Zylinderkolbens erforderliche Druckniveau
aufrecht und sorgt dafür, daß auch während des Verstellvorganges der Schrämwalze
der den Tragarm bewegende Druckzylinderkolben beidseitig unter der gewünschten Vorspannung
steht.
-
In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt
und im folgenden Beschreibungsteil näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Teilschnittvortriebsmaschine in Seitenansicht;
Fig. 2 die Druck-Weg-Kennlinien zweier Druckzylinder; Fig. 3 den hydraulischen Schaltplan
eines Differentialzylinders; Fig. 4 den hydraulischen Schaltplan zweier auf eine
Tragarmschwenkwelle einwirkender Gleichlaufzylinder.
-
Die in der Figur 1 dargestellte Teilschnittvortriebsmaschine ist mit
1 bezeichnet. Sie führt mit ihrem allseitig schwenkbaren Tragarm 2 die Schrämwalze
3 über die Ortsbrust der herzustellenden Strecke und ist dazu mit Druckzylindern
4 ausgestattet, die auf den Tragarm 2 einwirken und ihn in die vom Bedienungsmann
der Maschine 1 vorgesehene Arbeitsposition bringen. In dieser Position werden die
Kolben 5 des bzw. der Druckzylinder 4 in ihrer jeweiligen Lage hydraulisch verspannt,
d. h. es wird in beiden Zylinderräumen, also vor und hinter dem Kolben 5, der Zylinderdruck
so weit angehoben, daß der Kolben 5 weitgehend unbeweglich zwischen den beiden hochgespannten
Flüssigkeitssäulen festliegt.
-
Beim Beaufschlagen eines Druckzylinderkolbens 5 folgt der Druckanstieg
dem Lauf des Linienzuges A oder B des Druck-Weg-Diagramms der Figur 2.
-
Bezogen auf den Schaltplan des Ausführungsbeispiels der Figur 4, in
welchem die Stellvorrichtung mit Gleichlaufzylindern 6a;6b ausgestattet ist, deren
beaufschlagbare Kolbenflächen 7a;7b gleiche Größe haben, hat die Kennlinie A für
den Zylinder 6a und die Kennlinie B für den Zylinder 6b Gültigkeit. Wählt man den
im Schnittpunkt P beider Kennlinien A;B herrschenden Zylinderdruck als Verspanndruck,
der auf beiden Kolbenseiten 7a;7b beider Druckzylinder oa;6b ansteht,so führt das
durch eine äußere Kraft, beispielsweise durch das Schrämwalzen- oder aber durch
das Tragarngewicht verursachte Schwenkmoment in den Zylinderräumen 8a zu einer Drucksteigerung,
der auf der anderen Kolbenseite 7b, in den Zylinderräumen 8b, eine gleich große
Druckminderung gegenübersteht.
-
Eine entsprechende Drucksteigerung würde nach diesem Diagramm (Fig.
2), bei nicht verspannten Kolben 9a;9b , einen Kolbenweg iS' hervorrufen, während
sie bei dem im Schnittpunkt P beider Kennlinienzüge herrschenden Flüssigkeltsdruck
nur den erheblich kleineren Kolbenweg aS verursacht. Die Verspannung der auf beiden
Seiten 7a;7b der Zylinderkolben (9a;9b) anstehenden Flüssigkeit, schränkt daher
die Bewegungsmöglichkeit, die die Kolben 9a;9b unter dem Einfluß äußerer Kräfte
haben, ganz erheblich ein und macht die Stellvorrichtung des Tragarmes 2 widerstandsfähiger.
-
Der in der Figur 4 dargestellte hydraulische Schaltplan zeigt schematisch
die Stellvorrichtung eines Tragarmes 2, die mit zwei auf eine gemeinsame Schwenkwelle
10 einwirkenden, doppelseitig beaufschlagbaren Gleichlaufzylindern 6a;6b ausgestattet
ist. Beide Gleichlaufzylinder 6a;6b werden von einer Flüssigkeitspumpe 11 über ein
4/3 -Wegeventil 12 mit Druckflüssigkeit versorgt, und zwar derart, daß die Kolben
9a;9b beider Zylinder 6a;6b jeweils in Gegenrichtung beaufschlagt und ihre nicht
beaufschlagten Kolbenseiten 7a;7b mit dem Tank 13 verbunden sind. Zwischen dem 4/3-
Wegeventil
12 und der Stellvorrichtung befindet sich ein Senkbremsventil 14 , bestehend aus
zwei parallel zueinander liegenden Stromventilen 15, Drosseln 16 und Rückschlagventilen
17. Weiterhin ist zwischen der Flüssigkeitspumpe 11 und dem 4/3-Wegeventil 12 ein
Druckbegrenzungsventil 18 vorgesehen. Darüberhinaus sind zwei Abschaltventile 19
vorhanden, die parallel zueinander angeordnet und über eine gemeinsame Leitung 20
mit dem 4/3 -Wegeventil 12 verbunden sind. Jedes dieser beiden Abschaltventile 19
steht außerdem mit dem Senkbremsventil 14 in Verbindung und auch mit den Räumen
8a;8b der beiden Gleichlaufzylinder 6a;6b.
-
Je nach Stellung des 4/3-Wegeventiles 12 beaufschlagt die Flüssigkeitspumpe
11 über das Senkbremsventil 14 die Räume 8a oder 8b der Gleichlaufzylinder 6a;6b
und leitet dadurch ein Drehmoment in die Schwenkwelle 10 ein, das den Tragarm 2
verschwenkt und die Schrämwalze 3 in ihre Arbeitsposition bringt. Nach beendeter
Verstellbewegung hat das 4/3-Wegeventil 12 die in der Figur 4 dargestellte Mittelstellung
eingenommen, in der die Flüssigkeitspumpe 11 die angesaugte Flüssigkeit über die
beiden Abschaltventile 19 in den Tank 13 zurückdrückt. Beide Abschaltventile 19
sind so eingestellt, daß sie den für das Verspannen der beiden Kolben 9a;9b erforderlichen
Mindestdruck ständig im Leitungssystem aufrecht erhalten und im Bedarfsfall, nämlich
beim Auftreten von Leckölverlusten, das vorgegebene Druckniveau halten. Auf der
Stirnfläche 7a;7b beider Kolben 9a;9b liegt daher ständig ein beispielsweise 80
bar betragender Pumpendruck, der über die Leitungen 21;22 wirkt, die beiden Kolben
9a;9b verspannt und sie gegen äußere Kräfte, die von der Schrämwalze 3 oder vom
Tragarm 2 herrühren weitgehend unempfindlich macht. Der zum Einleiten einer Stellbewegung
des Tragarmes 2 notwendige Flüssigkeitsdruck der Flüssigkeitspumpe 11 überlagert
sich diesem Verspannungsdruck. Dazu wird das 4/3 -Wegeventil 12 in die gewünschte
Schaltstellung gebracht und der Druck der Flüssigkeitspumpe 11 auf die entsprechenden
Kolbenseiten 7a gelenkt, die nach wie vor, wie auch die gegenüberliegenden Kolbenseiten
7b, unter dem von den beiden Abschaltventilen 19 kontrollierten Verspanndruck stehen.
-
Der in dem Schaltplan nach der Figur 3 dargestellte Differentialzylinder
4 ist auf beiden Kolbenseiten 23a;23b von der Flüssigkeitspumpe 24 beaufschlagbar.
Die Beaufschlagungsrichtung dieses Druckzylinders 4 wird mit Hilfe eines 4/3 Wegeventils
25 bestimmt; das über ein Doppelrückschlagventil 26 die eine oder die andere Kolbenseite
23a;23b beaufschlagt und die jeweils gegenüberliegende Kolbenseite 23a;23b mit dem
Tank 27 verbindet. Beide Räume 28a;28b dieses Druckzylinders 4 sind über zwei parallel
zueinander angeordnete Druckbegrenzungsventile 29a;29b miteinander verbindbar. Während
das den Obertritt der Flüssigkeit vom kolbenstangenseitigen Raum 28b des Zylinders
4 gestattende Druckbegrenzungsventil 29b unmittelbar mit dem gegenüberliegenden
Zylinderraum 28a verbunden ist, erfolgt die Verbindung des Zylinderraumes 28a mit
dem kolbenstangenseitigen Zylinderraum 28b über ein Druckbegrenzungsventil 29a und
ein diesem nachgeschaltetes Rückschlagventil 30. Weiterhin besteht für diesen Leitungszweig
31 über ein weiteres Rückschlagventil 32 eine Verbindung zum Tank 27.
-
Beide zu den Zylinderräumen 28a;28b führenden Leitungszweige 33;34
stehen mit je einer durch ein Rückschlagventil 35 abgesicherten Leitung 36;37 in
Verbindung, die von einer Flüssigkeitspumpe 38 mit Druckflüssigkeit versorgt werden.
Diese Pumpe 38 dient nur zur Aufrechterhaltung des Verspannungsdruckes in den Zylinderräumen
28a;28b , wohingegen die Flüssigkeitspumpe 24 die Stellbewegung des Druckzylinders
4 erzeugt.
-
Mit Hilfe des 4/3 Wegeventils 25 wird beim Verstellen des Tragarmes
2 von der Flüssigkeitspumpe 24 wahlweise der Zylinderraum 28a oder der Zylinderraum
28b beaufschlagt und gleichzeitig auch der nicht beaufschlagte Zylinderraum 28a;28b
mit dem Tank 27 verbunden. Um auch innerhalb des nicht beaufschlagten Zylinderraumes
28a;28b den zum Verspannen des Kolbens 5 erforderlichen Flüssigkeitsdruck aufrechtzuerhalten,
ist zwischen Tank 27 und 4/3 Wegeventil 25, in der Ablaufleitung 39, ein einstellbares
Druckbegrenzungsventil 40 vorgesehen, das einen Druckabfall auf der nicht beaufschlagten
Kolbenseite 23a;23b verhindert. Unter dem Beaufschla-
gungsdruck
der Flüssigkeitspumpe 24 bewegt sich nunmehr der Kolben 5 des Druckzylinders 4 in
die eine oder andere Richtung und bringt den in dieser Abbildung nicht dargestellten
Tragarm 2 in die gewünschte Position. Bei diesem Vorgang bleibt der beispielsweise
80 bar betragende Vorspannungsdruck auf beiden Kolbenseiten 23a;23b erhalten und
wird auf der jeweils beaufschlagten Kolbenseite 23a;23b vom Beaufschlagungsdruck
der die Stellbewegung bewirkenden Flüssigkeitspumpe 24 überlagert. Am Ende der Hubbewegung
liegt daher der Kolben 5 des Druckzylinders 4, von den beiden Fliissigkeitssäulen
gehalten, weitgehend unverrückbar fest. Alle auftretenden Leckverluste werden auch
hier fortlaufend durch die Flüssigkeitspumpe 38 ersetzt.