PL192808B1 - Organ urabiający do kombajnu ścianowego, szczególnie o szerokim zakresie roboczej prędkości posuwu oraz sposób urabiania węgla - Google Patents

Abstract

Organ urabiający do kombajnu ścianowego szczególnie o szerokim zakresie roboczej prędkości posuwu wyposażony w noże skrawające osadzone w uchwytach nożowych, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na pobocznicy koncentrycznych brył obrotowych w formie walców na liniach skrawania o określonej podziałce, znamienny tym, że wierzchołki ostrzy noży (1) leżące w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego w linii skrawania rozmieszczone są na co najmniej dwóch okręgach o różnych promieniach.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest organ urabiający do kombajnu ścianowego szczególnie o szerokim zakresie roboczej prędkości posuwu oraz sposób urabiania węgla.

Pokłady węgla w ścianowych systemach eksploatacyjnych urabiane są kombajnami frezującymi. Maszyny te wyposażone są w bębnowe organy urabiające umieszczone na ramionach wychylnych. Współczesne ścianowe kombajny węglowe posiadają dwa bębnowe organy ślimakowe. Zbudowane są one z piasty, na której osadzone są płaty ślimakowe oraz tarcza odcinająca. Liczba płatów ślimakowych w obecnie wytwarzanych organach urabiających waha się w granicach od 2 do 4. Do płatów ślimakowych oraz tarczy odcinającej przyspawane są uchwyty nożowe, w których mocowane są noże skrawające - promieniowe lub styczne. Organy urabiające realizują proces urabiania calizny węglowej za pomocą noży skrawających i ładowania uzyskanego urobku na ścianowy przenośnik zgrzebłowy za pomocą płatów ślimakowych. Wykonują one ruch złożony składający się z ruchu obrotowego z prędkością kątową w wokół swojej osi obrotu i ruchu postępowego wzdłuż czoła ściany z prędkością posuwu vp. W wyniku tego złożonego ruchu organu urabiającego noże skrawające przemieszczają się wzdłuż krzywych płaskich będących cykloidami. W związku z powyższym głębokość skrawów wykonywanych przez noże jest zmienna i zależy od chwilowego położenia danego noża. W przypadku organu wyprzedzającego, urabiającego warstwę węgla o wysokości równej jego średnicy, głębokości poszczególnych skrawów zmieniają się począwszy od zera do wartości maksymalnej gmax, a następnie maleją ponownie do zera. Przebieg głębokości skrawów wykonywanych przez organ tylny jest podobny, z tą różnicą jednak, że wartość początkowa głębokości rozpatrywanego skrawu w chwili wejścia danego noża w kontakt z urabianą calizną, może być równa zero lub może być większa od zera. Zależy to od kierunku obrotów tego organu oraz od wysokości urabianej przez organ tylny warstwy węgla, będącej różnicą wysokości ściany i średnicy organu wyprzedzającego.

Maksymalna wartość głębokości skrawów wykonywanych przez poszczególne noże jest wprost proporcjonalna do prędkości posuwu ścianowego kombajnu węglowego oraz odwrotnie proporcjonalna do prędkości kątowej organu urabiającego i liczby noży w linii skrawania (w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego).

Znane są organy urabiające w formie walca wyposażone w noże skrawające, osadzone w uchwytach nożowych przyspawanych do płatów ślimakowych, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o jednakowych promieniach. W zależności od sposobu rozmieszczenia noży skrawających wyróżnić można dwa, trzy lub cztery noże w linii skrawania, działające w jednej płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego przechodzącej przez wierzchołki ostrzy tych noży. Im większa przy tym liczba noży w linii skrawania tym mniejsze, przy danej prędkości posuwu kombajnu ścianowego vp, głębokości skrawów uzyskiwanych przez poszczególne noże. Prowadzi to w konsekwencji, szczególnie przy małych prędkościach posuwu kombajnu, do znacznego rozdrobnienia urobku i wzrostu ilości wytwarzanego podczas urabiania pyłu, czemu towarzyszy duża energochłonność procesu urabiania.

Z przeprowadzonych badań wynika, że energochłonność urabiania uzyskiwana przy obecnie stosowanych układach noży w przypadku prędkości posuwu kombajnu mniejszych od 2 m/min jest od 5 do nawet 10 razy większa w stosunku do energochłonności uzyskiwanych przy urabianiu z prędkością posuwu zbliżoną do maksymalnej.

Zmniejszenie energochłonności, zwiększenie wychodu grubych sortymentów oraz obniżenie zapylenia w ścianie możliwe jest poprzez zapewnienie dużych głębokości skrawów wykonywanych przez poszczególne noże w czasie obrotu organu urabiającego w całym zakresie prędkości posuwu kombajnu. Głębokości skrawów ograniczone są jednak przez maksymalne wysunięcie noży z uchwytów nożowych uwarunkowane ich maksymalnym obciążeniem zdeterminowanym wytrzymałością trzonka noża. Kolejnym czynnikiem ograniczającym jest moc silnika napędowego zainstalowanego w układzie urabiania ścianowego kombajnu węglowego.

Osiągnięcie zamierzonego celu możliwe jest poprzez dostosowanie liczby noży urabiających caliznę węglową działających w linii skrawania (w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego) do prędkości posuwu kombajnu. Korzystne jest zatem zmniejszenie liczby noży urabiających węgiel w linii skrawania przy małych prędkościach posuwu ścianowego kombajnu węglowego, co umożliwia zwiększenie głębokości skrawów wykonywanych przez noże. Z kolei przy dużych prędkościach posuwu kombajnu konieczne jest zwiększenie liczby noży działających w linii skrawania, aby głębokości skrawów wykonywanych przez noże nie przekroczyły wartości dopuszczalnej.

PL 192 808 B1

Znany jest z opisu patentowego 143 097 organ urabiający, w którym noże skrawające tworzą pary, przy czym jeden z nich jest osadzony wyprzedzająco wobec drugiego. W każdej parze nóż osadzony wyprzedzająco ma krawędź tnącą na większej średnicy w porównaniu z drugim nożem. Uchwyty nożowe tworzące pary przesunięte są wzajemnie wzdłuż osi obrotu organu urabiającego o wielkość równą szerokości noża, tak że noże tworzące parę nie są usytuowane w jednej linii skrawania.

Przy małej prędkości posuwu kombajnu, calizna urabiana jest tu tylko przez noże zamocowane na średnicy większej. Gdy prędkość posuwu kombajnu jest większa w procesie urabiania biorą również udział noże rozmieszczone na mniejszej średnicy.

Rozwiązanie to stanowi szczególny przypadek, w którym noże rozmieszczone są jedynie na dwóch różnych średnicach. Wadą jest również zgrupowanie noży rozmieszczonych na różnych średnicach w pary. Ogranicza to w sposób istotny układy noży, w których możliwe jest zastosowanie tego rozwiązania. Wadą tego rozwiązania jest ponadto konieczność wykonania wgłębień pod uchwyty nożowe, w których osadzone są noże rozmieszczone na mniejszych średnicach na wszystkich płatach ślimakowych organu urabiającego oraz niekorzystny duży kąt zwicia linii spiralnych, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży.

Znane są również z opisów patentowych 141 716 i 158 146 organy urabiające kombajnu ścianowego, w którym na jednym płacie ślimakowym osadzone są noże styczne rozmieszczone na okręgach o promieniu mniejszym od promienia okręgów, wzdłuż których rozmieszczone są noże promieniowe osadzone na pozostałych płatach ślimakowych. Noże promieniowe, bardziej odsunięte od osi obrotu organu urabiającego, wykonują skrawy pozostawiając żebra. Noże styczne, działające na mniejszym promieniu, wyrównują powierzchnię calizny węglowej urabiając żebra pozostawione przez noże wcześniej działające.

Wadą tych rozwiązań jest możliwość realizacji jedynie skrawów przestawnych przez noże rozmieszczonych na okręgach o różnych promieniach. W przypadku zastosowania tego rozwiązania w organach, w których noże promieniowe rozmieszczone są na więcej niż jednym płacie ślimakowym, przy małych prędkościach posuwu kombajnu, noże promieniowe leżące w jednej linii skrawania wykonują skrawy o małych głębokościach powodując tym samym duże rozdrobnienie urobku. Istotną wadą jest również zastosowanie mieszanego układu noży, to znaczy noży promieniowych i stycznych. Stwarza to duże komplikacje technologiczne, a przede wszystkim eksploatacyjne w przodku ścianowym.

Celem wynalazku jest określenie układu ostrzy noży skrawających na pobocznicy organu urabiającego, który zapewni możliwość uzyskania dużych głębokości skrawów wykonywanych przez noże w szerokim zakresie roboczej prędkości posuwu ścianowego kombajnu węglowego, co zapewni obniżenie energochłonności urabiania i zapylenia oraz zwiększenie wychodu grubych sortymentów urobku węglowego.

Osiągnięcie założonego celu możliwe jest poprzez dostosowanie liczby noży urabiających caliznę węglową w linii skrawania do prędkości posuwu ścianowego kombajnu węglowego poprzez odpowiednie zróżnicowanie promieni określających położenie wierzchołków ostrzy noży, tak że przy małych prędkościach posuwu urabia mniejsza liczba noży w linii skrawania, a w miarę zwiększania prędkości posuwu - calizna węglowa urabiana jest przez większą liczbę noży działających w linii skrawania. Zapewnienie zmiennej liczby noży urabiających węgiel możliwe jest dzięki rozmieszczeniu wierzchołków ostrzy noży leżących w linii skrawania (w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego), na co najmniej dwóch okręgach o różnych promieniach oraz odpowiedniej sekwencji stopniowania promieni tych okręgów. Zróżnicowanie promieni okręgów, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży uzyskuje się poprzez zróżnicowanie wysokości płatów ślimakowych w miejscu mocowania uchwytów nożowych lub poprzez zróżnicowanie kątów ustawienia noży względnie zróżnicowanie wysunięcia noży z uchwytów nożowych.

Sposób urabiania węgla organem urabiającym według wynalazku charakteryzuje się tym, że przy małych prędkościach posuwu kombajnu caliznę węglową urabia się mniejszą liczbą noży w linii skrawania. Uzyskuje się dzięki temu większe głębokości skrawów w porównaniu z głębokościami skrawów, które wykonuje się nożami, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o jednakowych promieniach. W miarę zwiększania prędkości posuwu kombajnu maksymalne głębokości skrawów rosną. Po osiągnięciu granicznych wartości maksymalnej głębokości skrawów, odpowiadających granicznym wartościom prędkości posuwu kombajnu, węgiel urabia się większą liczbą noży w linii skrawania. Dzięki większej liczbie noży urabiających caliznę węglową w linii skrawania unika się wzrostu wartości maksymalnej głębokości skrawów poza wartość graniczną wynikającą z wysunięcia noży z uchwytów nożowych. Graniczne prędkości posuwu, przy których następuje zmiana liczby noży

PL 192 808 B1 w linii skrawania będących w kontakcie z calizną zależy od liczby okręgów o różnych promieniach, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży oraz kolejności ich rozmieszczenia na tych okręgach.

Zaletą wynalazku jest pełne wykorzystanie możliwości kombajnów ścianowych, szczególnie tych o szerokim zakresie prędkości posuwu.

Organ urabiający do kombajnu ścianowego według wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rozwinięcie pobocznicy organu urabiającego czterowchodowego z czterema nożami w linii skrawania w wersji pierwszej, fig. 2 przedstawia usytuowanie noży leżących w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego w linii skrawania w wersji pierwszej, fig. 3 - obrazuje rozwinięcie organu urabiającego czterowchodowego z czterema nożami w linii skrawania w wersji drugiej, zaś fig. 4 przedstawia usytuowanie noży leżących w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego w linii skrawania w wersji drugiej.

Organ urabiający według wynalazku w przykładzie wykonania w wersji pierwszej wyposażony jest w noże skrawające 1a, 1b, 1c i 1d, których ostrza rozmieszczone są na pobocznicy brył obrotowych 6 i 7 w formie koncentrycznych walców o promieniach R1 i R2 oraz szerokości B równej teoretycznej wartości zabioru organu, w liniach skrawania o określonej podziałce t (fig. 1). W linii skrawania znajdują się cztery noże osadzone w uchwytach nożowych, przyspawanych do czterech różnych płatów ślimakowych 2, 3, 4 i 5. Wierzchołki ostrzy noży znajdują się w różnych odległościach od osi obrotu organu urabiającego (fig. 2). I tak, wierzchołki ostrzy noży 1a i 1c rozmieszczone są na okręgach o promieniach R1 = R3 = 800 mm, zaś wierzchołki ostrzy noży 1b i 1d rozmieszczone są na okręgach o promieniach R2 = R4 = 780 mm.

Sposób urabiania węgla organem według wynalazku w wersji pierwszej polega na tym, że obraca się on ze stałą prędkością kątową w = 4 rad/s i przesuwa się wraz z całym kombajnem ze zmienną prędkością posuwu vp zależną głównie od chwilowej wartości siły uciągu. Poszczególne noże wykonują w tym czasie skrawy o różnej maksymalnej głębokości gmax. Przy małych prędkościach posuwu udział w skrawaniu biorą jedynie noże 1a i 1c rozmieszczone na okręgach o większych promieniach. I tak, przy prędkości posuwu vp= 3 m/min noże 1a i 1c wykonują skrawy o maksymalnej głębokości gmax = 40 mm, podczas gdy noże 1b i 1d rozmieszczone na okręgach o mniejszych promieniach nie biorą jeszcze udziału w urabianiu. Gdyby wszystkie noże leżące w linii skrawania rozmieszczone były na okręgach o jednakowych promieniach, wykonywałyby skrawy o maksymalnej głębokości gmax = 20 mm. Przy wzroście prędkości posuwu powyżej wartości granicznej (vp > 3 m/min) w urabianiu biorą udział również noże 1b i 1d, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o mniejszych promieniach. Przykładowo, przy prędkości posuwu vp= 6 m/min noże 1a i1c wykonują skrawy o maksymalnej głębokości gmax = 60 mm, podczas gdy noże 1b i 1d wykonują skrawy o maksymalnej głębokości gmax = 20 mm. Dalszy wzrost prędkości posuwu kombajnu do wartości vp= 9 m/min powoduje, że noże 1a i 1c wykonują skrawy o maksymalnej głębokości gmax = 80 mm, podczas gdy noże 1b i 1d skrawają z maksymalną głębokością gmax = 40 mm. Organ urabiający w przykładzie wykonania w wersji pierwszej, przy małych prędkościach posuwu kombajnu urabia zatem caliznę węglową mniejszą liczbą noży równą połowie całkowitej liczby noży, w które jest on wyposażony. Dzięki temu głębokości skrawów są zdecydowanie większe w porównaniu z głębokościami skrawów wykonywanych przez noże, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o jednakowych promieniach.

Ponieważ w sąsiednich liniach skrawania układ noży jest przesunięty o jeden płat ślimakowy, organ urabiający w przykładzie wykonania według wariantu pierwszego realizuje podczas urabiania skraw powtórny przestawny.

Organ urabiający, w przykładzie wykonania w wersji drugiej, którego rozwinięcie przedstawiono na fig.3 posiada w linii skrawania cztery noże skrawające 1a, 1b, 1c i 1d osadzone w uchwytach nożowych, przyspawanych do czterech różnych płatów ślimakowych 2, 3, 4 i 5. Wierzchołki ostrzy noży znajdują się na pobocznicy brył obrotowych 6, 7 i 8 w formie koncentrycznych walców (fig. 4). Wierzchołek ostrza noża 1a rozmieszczony jest na okręgu o promieniu R1 = 850 mm, wierzchołki ostrzy noży 1b i 1c - na okręgach o promieniach R2 = R3 = 800 mm, zaś wierzchołek ostrza noża 1d - na okręgu o promieniu R4 = 820 mm. Organ urabiający obraca się ze stałą prędkością kątową wynoszącą w = 6 rad/s i przeznaczony jest do kombajnów o dużej prędkości posuwu dochodzącej do vp = 16 m/min.

Sposób urabiania calizny węglowej organem urabiającym jak w przykładzie wykonania w wersji drugiej, polega na tym, że poszczególne noże leżące w linii skrawania rozpoczynają skrawanie przy różnych prędkościach posuwu. Wyróżnić tu należy trzy graniczne wartości prędkości posuwu, to znaczy: 2 m/min, 6 m/min i 11 m/min. I tak, przy prędkościach posuwu mniejszych od 2 m/min skrawa węgiel jedynie nóż 1a. Przy prędkości vp = 2 m/min do strefy skrawania wchodzi nóż Id, z kolei przy prędkoPL 192 808 B1 ści vp = 6 m/min proces skrawania realizowany jest dodatkowo przez nóż 1c, zaś nóż 1b rozpoczyna skrawanie dopiero przy prędkości vp = 11 m/min. Przy małych prędkościach posuwu kombajnu urabia zatem mała liczba noży w linii skrawania. Dzięki temu głębokości skrawów są zdecydowanie większe w porównaniu z głębokościami skrawów wykonywanych przez noże, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o jednakowych promieniach. Przy urabianiu z maksymalną prędkością posuwu wynoszącą 16 m/min proces urabiania calizny węglowej realizowany jest przez wszystkie noże w linii skrawania, a więc przez wszystkie noże, w które wyposażony jest organ urabiający. Poszczególne noże wykonują wówczas skrawy o maksymalnej głębokości wynoszącej odpowiednio:

nóż 1a gmax =100 mm; nóż 1b gmax = 20 mm; nóż1c gmax= 70 mm; nóż 1d gmax = 90 mm.

W miarę wzrostu prędkości posuwu urabia zatem coraz większa liczba noży, co przeciwdziała zbyt dużemu wzrostowi wartości maksymalnej głębokości skrawów ograniczonej wysunięciem noża z uchwytu.

Przedstawiony w przykładzie wykonania w wersji drugiej układ noży na sąsiednich liniach skrawania realizuje skraw powtórny zgodny.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Organ urabiający do kombajnu ścianowego szczególnie o szerokim zakresie roboczej prędkości posuwu wyposażony w noże skrawające osadzone w uchwytach nożowych, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na pobocznicy koncentrycznych brył obrotowych w formie walców na liniach skrawania o określonej podziałce, znamienny tym, że wierzchołki ostrzy noży (1) leżące w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu organu urabiającego w linii skrawania rozmieszczone są na co najmniej dwóch okręgach o różnych promieniach.
2. 2. Organ urabiający według zastrz. 1, znamienny tym, że zróżnicowanie promieni okręgów, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży (1) uzyskuje się poprzez zróżnicowanie wysokości płatów ślimakowych w miejscu mocowania uchwytów nożowych.
3. 3. Organ urabiający według zastrz. 1, znamienny tym, że zróżnicowanie promieni okręgów, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży (1) uzyskuje się poprzez zróżnicowanie kątów ustawienia noży względnie zróżnicowanie wysunięcia noży z uchwytów nożowych.
4. 4. Sposób urabiania węgla za pomocą organu urabiającego, znamienny tym, że przy małych prędkościach posuwu kombajnu caliznę węglową urabia się mniejszą liczbą noży w linii skrawania, dzięki czemu uzyskuje się większe głębokości skrawów w porównaniu z głębokościami skrawów, które wykonuje się nożami, których wierzchołki ostrzy rozmieszczone są na okręgach o jednakowych promieniach, przy czym w miarę zwiększania prędkości posuwu kombajnu maksymalne głębokości skrawów rosną, a po osiągnięciu granicznych wartości maksymalnej głębokości skrawów wynikających z wysunięcia noży z uchwytów nożowych, odpowiadających granicznym wartościom prędkości posuwu kombajnu, węgiel urabia się większą liczbą noży w linii skrawania, przy czym graniczne prędkości posuwu, przy których następuje zmiana liczby noży w linii skrawania będących w kontakcie z calizną zależy od liczby okręgów o różnych promieniach, na których rozmieszczone są wierzchołki ostrzy noży oraz kolejności ich rozmieszczenia na tych okręgach.