PL224055B1 - Urządzenie wydobywcze - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia wydobywczego w eksploatacji podziemnej, zwłaszcza kombajnu ścianowego bębnowego.

Dla uzyskania stabilności ruchomych maszyn (urządzeń) konieczne jest postawienie ich na więcej niż trzech nogach. Jednakże cztery lub więcej nóg powodują mechaniczne przestalenie i stąd brak stabilności. Zastosowanie większej ilości nóg w przypadku maszyn górniczych z powodu nierównego podłoża nie jest w prosty sposób możliwe. Maszyny z większą ilością nóg potrzebują szczególnych zabiegów. Dodatkowo nogi powinny móc ustawić maszynę pionowo także na pochyłych podłożach. To oznacza, że nogi powinny być sterowane.

Z opisu polskiej publikacji patentowej PL 176378 (B1) znane jest urządzenie do automatycznego nastawiania poziomu cięcia maszyn urabiających, prowadzonych wzdłuż ściany na prowadnicy, zwłaszcza struga węglowego, za pomocą hydraulicznych siłowników nastawczych, przestawiających prowadnicę do jej położeń prostopadłych, przy zastosowaniu elektronicznej jednostki analizującej i sterującej, przerabiającej sygnały pomiarowe z czujników, do sterowania siłownikami nastawczymi. Istotą cytowanego rozwiązania jest to, że czujniki stanowią czujniki rozpoznające, odczytujące warstwę graniczną skały spągowej, które są umieszczone rozdzielnie wzdłuż prowadnicy i przez przewody przenoszące sygnały pomiarowe są przyłączone do elektronicznej jednostki analizującej i sterującej.

Z kolei w rozwiązaniu przedstawionym w amerykańskiej publikacji patentowej US 3854775 (A) ujawniono układ sterowania przeznaczony dla urządzenia górniczego wyposażonego w elementy przeznaczone do cięcia, przy czym wspomniane elementy przeznaczone do cięcia mogą być unoszone lub obniżane w celu wykonania cięcia prowadzącego do utworzenia sklepienia lub podłogi. Wspomniane urządzenie górnicze w postaci kombajnu ścianowego wyposażone jest w regulowane hydrauliczne podpory oraz w środki wykrywające, które umożliwiają odpowiednie poziomowanie urządzenia górniczego.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie wydobywcze, zwłaszcza kombajn ścianowy w eksploatacji podziemnej, obejmujące ramę, do której jest przymocowane co najmniej jedno ramię nośne, przy czym korpus spoczywa na co najmniej czterech nogach, z których każda obejmuje po jednym urządzeniu umożliwiającym poruszanie się maszyny, a co najmniej jedna noga jest regulowana i zawiera czujnik drogi i/lub czujnik siły, który wykrywa działające na nogę obciążenie i ruch w kierunku regulacji, przy czym co najmniej dwie sąsiadujące ze sobą nogi zawierają siłownik hydrauliczny, charakteryzujące się tym, że między obydwoma siłownikami hydraulicznymi jest przewidziany hydrauliczny przewód wyrównawczy. W korzystnej realizacji wynalazku w hydraulicznym przewodzie wyrównawczym jest przewidziany zawór odcinający. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku co najmniej jedna noga jest utrzymywana w swojej pozycji względem ramy za pomocą dwóch siłowników. W następnej korzystnej realizacji wynalazku dwie sąsiadujące ze sobą nogi utrzymywane są w swojej pozycji względem ramy każda za pomocą dwóch siłowników i że siłownik nogi j est połączony z siłownikiem sąsiadującej nogi poprzez hydrauliczny przewód wyrównawczy. Korzystnie oba hydrauliczne przewody wyrównawcze są połączone ze źródłem ciśnienia, każdy korzystnie poprzez zawór przeciwzwrotny. Równie korzystnie co najmniej jedna noga, a korzystnie wszystkie nogi mają postać wahaczy. Jeszcze korzystniej na wolnym końcu wahacza znajduje się jarzmo. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku noga jest wyposażona w siłownik hydrauliczny, w którym zintegrowany jest dwufunkcyjny czujnik siły/drogi oraz korzystnie także czujnik położenia. W następnej korzystnej realizacji wynalazku przewidziany jest elektrohydrauliczny układ sterowania, za pomocą którego następuje regulacja położenia i obciążenia poszczególnych nóg.

Przykładowe realizacje wynalazku przedstawiono na figurach rysunku, na których:

fig. 1 prezentuje schematyczny widok aksonometryczny urządzenia wydobywczego z czterema nogami, fig. 2 prezentuje schemat układu sterowania położenia urządzenia wydobywczego, fig. 3 prezentuje schematyczny widok aksonometryczny urządzenia wydobywczego z ośmioma nogami, fig. 4 prezentuje schematyczny widok z góry zębatki napędowej, fig. 5 prezentuje schematyczny widok z boku nogi napędowej urządzenia wydobywczego, fig. 6 prezentuje schemat układu sterowania hydraulicznej kompensacji obciążenia dla napędu urządzenia wydobywczego, fig. 7 prezentuje schemat połączenia dwóch nóg urządzenia wydobywczego za pomocą jarzma,

PL 224 055 B1 fig. 8 prezentuje schemat połączenia dwóch nóg urządzenia wydobywczego za pomocą jarzma z wahaczem, fig. 9 prezentuje schematyczny widok aksonometryczny urządzenia wydobywczego z czterema nogami osadzonych na jarzmach z wahaczami, fig. 10 prezentuje pierwszą realizację uniwersalnego czujnika ciśnienia i drogi siłowników i położenia urządzenia wydobywczego, natomiast fig. 11 prezentuje drugą realizację uniwersalnego czujnika ciśnienia i drogi siłowników i położenia urządzenia wydobywczego.

Przykłady realizacji

Fig. 1 ukazuje ramę 10 (korpus) kombajnu ścianowego bębnowego, do której z boku zamocowane jest ramię nośne 12 z organem urabiającym 14, co prowadzi do niesymetrycznego rozkładu obciążeń ramy 10. Równocześnie drugim skutkiem jest ten, że także przy równym podłożu obciążenie nie rozkładałoby się na wszystkie cztery nogi A do D. Nierówności powiększają ten nierówny rozkład obciążeń. Według wynalazku w jednej lub każdej nodze A do D może być wbudowany siłownik hydrauliczny, przy czym przewidywana jest regulacja położenia i obciążenia poszczególnych nóg kombajnu. W tym celu na ramie 10 może być przewidziany czujnik przechyłu 16, który wykrywa pochylenie ramy w kierunku wzdłużnym, tj. w kierunku posuwu, i w kierunku poprzecznym. Ponadto każda noga może posiadać wbudowany czujnik drogi i siły. W maszynach, w których do celów sterowania dostępna jest hydraulika, czujnik siły, który na fig. 1 zaznaczony jest liczbą 18, może być czujnikiem nacisku.

Do regulacji położenia maszyny ukazanej na fig. 1 przydatny jest układ sterowania naszkicowany na fig. 2. Każdy siłownik nogi A-D jest wyposażony w czujnik przesuwu i nacisku 18. Każde sąsiadujące ze sobą siłowniki są połączone hydraulicznym przewodem wyrównawczym 20, 22, 24, który poprzez zawór sterujący 2/2-drogowy 26, 28, 30 może być także zamknięty. Ilość płynu w każdym siłowniku może być dodatkowo zmieniana poprzez zawór sterujący 3/3-drogowy 32, 34, 36 38. Do sterowania zaworami są one połączone z elektronicznym układem sterowania 40, z którym są połączone także czujniki przesuwu i nacisku 18, przypisane do poszczególnych siłowników hydraulicznych.

W przewidzianym według wynalazku układzie sterowania dla maszyny z czterema nogami możliwa jest realizacja następujących funkcji:

- Sąsiadujące nogi mogą skompensować obciążenie za pomocą hydraulicznego przewodu wyrównawczego 20, 22, 24, podobnie jak za pomocą jarzma mechanicznego, i w ten sposób zniwelować mechaniczne przestalenie.

- Siłowniki nóg A-D posiadają czujniki 16, 18, które dostarczają informacji o nacisku, przesunięciu i położeniu maszyny.

- Dodatkowy system z zaworami, które są połączone ze źródłem ciśnienia, umożliwia regulację położenia.

- Do regulacji używany jest mikroprocesor 40.

Jeżeli używane są więcej niż cztery nogi do stabilizacji maszyny, i nogi te biegną wzdłuż szyny (jak np. w eksploatacji podziemnej kombajn ścianowy bębnowy wzdłuż przenośnika), to muszą one być regulowane w pionie. Konieczne jest także, żeby te nogi mogły podążać za zakrętami szyny.

W przypadku kombajnu ścianowego oczekuje się, że połowa nóg przesuwa kombajn. Realizuje się to zazwyczaj poprzez mechanizm zębatkowy. Problemem przy kilku napędach jest to, że zębatka (listwa zębata złożona z pojedynczych odcinków) przy ruchomym przenośniku zawsze ma jakiś błąd podziałki. Przez ten błąd podziałki obciążenie jest rozłożone nierówno. Rozwiązanie tego problemu nie jest możliwe jedynie za pomocą regulacji przy silniku. Najlepszym rozwiązaniem jest wbudowanie tu łącznika elastycznego bądź sprzęgła poślizgowego. Błąd podziałki daje się jednak osiągnąć także przez hydrauliczne podparcie sił napędowych.

Fig. 3 ukazuje kombajn ścianowy, w którym może być sterowanych osiem nóg A-D, A'-D'. Z powodu trudnej mechanicznej budowy korzystne może być zredukowanie zwykłych ruchów nóg. Fig. 3 wskazuje także, że nogi mogą być przesuwane w kierunku Y. Z tego przesunięcia można jednak zrezygnować, jeżeli przednie cztery nogi, a także tylne cztery nogi dzieli niewielki odstęp.

Jeśli wyjść z założenia, że pochylenie poprzeczne kombajnu w kierunku a nie wymaga korekcji, to mechanika upraszcza się jeszcze bardziej. Na zębatce 50 maszynę napędzać mogą dwa lub cztery koła zębate. Kłopotliwe jest to, że zębatka 50 (por. też fig. 4) przy przenośniku 52 posiada błąd podziałki. Ten błąd podziałki powodowany jest przez poszczególne człony zębatki i nie da się go wyrównać jedynie za pomocą regulacji prędkości silników.

PL 224 055 B1

W znanych napędach nie przedsięwzięto żadnych kroków, aby wyrównać błędy podziałki np. przez specjalne sprzęgło w przekładniach. Koło napędowe nie pozwala również na regulację w pionie. Maszyna stoi przy napędzie na prowadniku, który ma formę jarzma i przenosi obciążenie po lewej i prawej stronie koła napędowego. Nogi po stronie czoła ściany nie są przesuwne w pionie tylko wykonane jako wahacze.

W przypadku konstrukcji z większą ilością nóg posuw kombajnu może odbywać się także tylko za pomocą dwóch kół zębatych. Także tutaj sensowne jest takie rozwiązanie napędu, żeby błędy podziałki nie doprowadzały do przeciążenia pojedynczego napędu. Możliwe jest tu sprzęgło poślizgowe. Lepsze jest jednak hydrauliczne ułożyskowanie nogi napędowej jak jest to ukazane na fig. 5.

Fig. 5 ukazuje przykładowo jedną z nóg napędowych 54 kombajnu ścianowego, prowadzoną na zębatce 50. Numer 56 oznacza napędzające koło zębate, numerem 58 są oznaczone koła napędowe, które przenoszą napęd przez wysokość nogi, a numer 60 oznacza oś zawieszenia wahadła nogi 54, która równocześnie tworzy oś przekładni. Z każdej strony osi zawieszenia wahadła 60 znajduje się jeden siłownik hydrauliczny 62 wzgl. 64, który utrzymuje nogę 54 względem ramy 10 w pożądanym położeniu.

Za pomocą przedstawionego na fig. 5 hydraulicznego ułożyskowania nóg napędowych można zrealizować hydrauliczną kompensację obciążenia dla napędu kombajnu. Jak naszkicowano na fig. 6, w tym celu łączone są hydraulicznie ze sobą pojedyncze siłowniki hydrauliczne 62, 64 i 62', 64' obu nóg napędowych 54 i 54', lewy siłownik 62 jednej nogi napędowej 54 z 54' i analogicznie do tego także wszystkie prawe siłowniki. Połączone ze sobą siłowniki otrzymują przez odpowiednie zawory przeciwzwrotne 66 i 68 zdefiniowane ciśnienie P* np. 20 bar. Gdy z powodu błędu podziałki dochodzi do nierównego rozkładu obciążeń na oba koła napędowe 56, 56', to prowadzi to do zwiększenia ciśnienia w jednym z obu siłowników nogi z podwyższonym obciążeniem. Przez hydrauliczne połączenie z odpowiednim siłownikiem drugiej nogi, druga noga jest przesuwana, aż w siłownikach obu nóg zapanuje identyczne ciśnienie przez to obie nogi napędowe są tak samo obciążone. Numerem 70 oznaczony jest wielodrogowy zawór sterujący.

Regulacja hydraulicznej kompensacji obciążenia może odbywać się za pomocą opisanego poniżej uniwersalnego czujnika, który mierzy ciśnienie, przesuw i położenie każdego pojedynczego siłownika, i za pomocą zaworu elektromagnetycznego, za pomocą którego można otwierać każdą z obu zamkniętych przestrzeni.

Przez połączenie dwóch sąsiadujących ze sobą powierzchni ślizgowych 73, 75 za pomocą jarzma 72 (por. fig. 7) liczba nóg może zostać zmniejszona o połowę. Z czterech powierzchni ślizgowych powstają w ten sposób dwie nogi, co po stronie napędu może być korzystne, ponieważ napędy nie są regulowane w pionie i pochylenie maszyny definiowane jest wówczas już przez dwie nogi.

Po dwie powierzchnie ślizgowe po stronie czoła ściany mogą również przez użycie jarzma 72 zostać zamocowane do nogi (por. fig. 8). Ta noga może być wykonana jako wahacz 54. Wahacz utrzymuje powierzchnię ślizgową w kierunku posuwu stabilniej niż pionowo przesuwna noga.

Gdy uwzględnić, że pochylenie wzdłuż maszyny nie musi być regulowane, to konieczna regulacja położenia redukuje się do jedynie dwóch siłowników. Za pomocą czterech następnych siłowników można wyrównać siłę posuwu (por. fig. 9).

Do regulacji tych siłowników konieczne jest podanie układowi sterowania informacji o ciśnieniach i drogach siłowników i o położeniu maszyny lub części maszyn jako wartość zmierzoną. Te trzy różne wielkości pomiarowe można uzyskać przy użyciu jednego uniwersalnego czujnika. Ten uniwersalny czujnik, wbudowany jest do siłownika hydraulicznego 81, jest przedstawiony na fig. 10.

Tłok 80 siłownika 81 otrzymuje specjalny magnes 82. Obudowa czujnika zbudowana jest z odpornej na ciśnienie, niemagnetycznej stali szlachetnej. Na dnie obudowy wewnętrznej 84 odbywa się pomiar pola magnetycznego przez czujnik pola magnetycznego 88, który jest połączony z układem sterującym przetwarzania 86.

Jeśli pożądany przesuw jest większy niż linearny zakres pola magnetycznego, to obudowa 84 formowana jest jako dłuższa i stosuje się więcej czujników pola magnetycznego 88 (patrz fig. 11). We wnętrzu obudowy jest także czujnik nacisku 90, który jest połączony poprzez kanał z przestrzenią tłoczną 92. We wnętrzu czujnika przewidziany jest dla wszystkich osi przestrzeni czujnik przyspieszenia 94 o zakresie pomiaru +/- 1 g.

Wszystkie wartości zmierzone są odczytywane przez mikroprocesor 86 i przekazywane jako sygnał cyfrowy do złącza wtykowego 96. Doprowadzenie prądu do czujnika następuje przez to samo złącze wtykowe.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie wydobywcze, zwłaszcza kombajn ścianowy w eksploatacji podziemnej, obejmujące ramę (10), do której jest przymocowane co najmniej jedno ramię nośne (12), przy czym korpus spoczywa na co najmniej czterech nogach, z których każda obejmuje po jednym urządzeniu umożliwiającym poruszanie się maszyny, a co najmniej jedna noga jest regulowana i zawiera czujnik drogi i/lub czujnik siły, który wykrywa działające na nogę obciążenie i ruch w kierunku regulacji, przy czym co najmniej dwie sąsiadujące ze sobą nogi (A, B, C, D) zawierają siłownik hydrauliczny (62, 64), znamienne tym, że między obydwoma siłownikami hydraulicznymi (62, 64) jest przewidziany hydrauliczny przewód wyrównawczy (20, 22, 24).
2. 2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że w hydraulicznym przewodzie wyrównawczym (20, 22, 24) jest przewidziany zawór odcinający (26, 28, 30).
3. 3. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że co najmniej jedna noga (A, B, C, D) jest utrzymywana w swojej pozycji względem ramy (10) za pomocą dwóch siłowników (62, 64).
4. 4. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że dwie sąsiadujące ze sobą nogi (A, B, C, D, A', B', C', D') utrzymywane są w swojej pozycji względem ramy (10) każda za pomocą dwóch siłowników (62, 62', 64, 64') i że siłownik (62, 64) nogi (A, B, C, D) jest połączony z siłownikiem (62', 64') sąsiadującej nogi (A', B', C', D') poprzez hydrauliczny przewód wyrównawczy (65, 67).
5. 5. Urządzenie według zastrzeżenia 4, znamienne tym, że oba hydrauliczne przewody wyrównawcze (65, 67) są połączone ze źródłem ciśnienia (P*), każdy korzystnie poprzez zawór przeciwzwrotny (66, 68).
6. 6. Urządzenie według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń 1-5, znamienne tym, że co najmniej jedna noga (A, B, C, D), a korzystnie wszystkie nogi (A, B, C, D) mają postać wahaczy.
7. 7. Urządzenie według zastrzeżenia 6, znamienne tym, że na wolnym końcu wahacza znajduje się jarzmo (72).
8. 8. Urządzenie według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń 1-7, znamienne tym, że noga (A, B, C, D) jest wyposażona w siłownik hydrauliczny (62, 64), w którym zintegrowany jest dwufunkcyjny czujnik siły/drogi oraz korzystnie także czujnik położenia.
9. 9. Urządzenie według co najmniej jednego z powyższych zastrzeżeń 1-8, znamienne tym, że przewidziany jest elektrohydrauliczny układ sterowania, za pomocą którego następuje regulacja położenia i obciążenia poszczególnych nóg (A, B, C, D).