Исполнительные органы представляют собой сочетание одного либо двух однотипных рабочих органов (шнеков) и комбайнах со шнековым исполнительным органом, рис. 1.1, либо двух разнотипных рабочих органов (барабана и баро-цепного) в комбайнах с барабанным с вертикальной осью вращения исполнительным органом, рис. 1.2.

Рис.1.1 Вид шнекового рабочего органа (анимамация, объем - 42,5 Кб, состоит из 4 кадров, 5 повторений, сделана в Adobe ImageReady)

 

 

Рис.1.2 Вид барабанного рабочего органа

Исполнительный орган современных очистных комбайнов одновременно выполняет две функции - разрушение пласта и погрузку разрушенного угля на забойный конвейер. Поэтому основным требованием к исполнительным органам очистных комбайнов является превышение производительности органа по погрузке угля над его производительностью по разрушению пласта.

Кроме основного требования, к исполнительным органам очистных комбайнов предъявляется ряд других не менее важных требований: низкие удельные затраты энергии разрушения пласта и погрузки разрушенного угля; минимальная динамичность рабочего процесса и силовая пространственная уравновешенность; повышенная износостойкость; простота и технологичность конструкции; высокий к.п.д.; простота замены органа в шахтных условиях; надежное крепление рабочего инструмента на органе в сочетании с простотой его замены и ряд др. требований.

Разрушение пласта исполнительным органом комбайна производится при относительно не высоких скоростях (скорость резания, как правило, не превышает 3 м/с) и значительных силах, средняя величина которых достигает десятков тысяч Ньютонов. Поэтому к исполнительному органу предъявляется, кроме того, требование прочности. Последнее обусловливает увеличение его геометрических параметров и связанное с этим уменьшение свободного пространства органа, в котором должен размещаться и перемещаться разрушенный им же уголь. Это особенно важно для комбайнов тонких пластов, поскольку уменьшение свободного пространства органа ведет к значительному снижению его погрузочной способности и производительности комбайна, с одной, и к дополнительному сжатию угля, находящегося и перемещающегося в органе, и силовому характеру процесса погрузки угля, с другой стороны. Дальнейшее повышение энерговоо­руженности комбайнов, являющееся одним из важных возможных путей повышения их производительности, еще более усугубляет эту проблему, особенно для очистных комбайнов тонких пологих пластов.

Конструктивно шнек, как рабочий органа комбайна, представляет собой два соединенных между собой полых цилиндра. Один из цилиндров, называемый трубой или ступицей шнека, имеет наружный диаметр 325-360 мм и длину 560 или 690 мм в зависимости от номинальной ширины захвата органа (0,63 или 0,8 м) и на котором устанавливаются лопасти. Второй цилиндр, наружный диаметр которого обусловливается диаметром шнека по резцам (560, 630, 710 или 300 мм), высотой резцедержателя (кулака), радиальным, конструктивным вылетом резца, и толщиной, как правило, 70-75 мм. Для шнека, например, диаметром по резцам 800 мм наружный диаметр этого цилиндра составляет 500 мм. На наружной поверхности указанного цилиндра крепятся резцедержатели, резцы которых образуют так называемую кутковую группу. Этот цилиндр принято называть отрезным диском. Резцы, установленные в резцедержателях, которые крепятся к лопастям шнека, приято называть линейными или забойными. Таким образом, на шнеке, как рабочем органе комбайна, различают кутковую и забойную группу резцов.

К внутренней поверхности трубы шнека крепится так называемая шлицевая втулка, с помощью которой он подвешивается и крепится на шлицевом хвостовике выходного вала поворотного редуктора привода. Такая конструкция подвески и крепления шнека обеспечивает возможность его вращения вокруг оси выходного вала и качания вокруг оси поворотного редуктора привода. Это дает возможность регулирования рабочего органа по высоте (мощности) пласта.

Высота лопастей шнека, боковые поверхности которых являются погрузочными, и величина которых в значительной мере обусловливает его погрузочную способность и др. параметры процесса погрузки угля составляет 55 - 155 мм в зависимости от диаметра шнека по резцам. Это в 2-4 раза меньше высоты лопастей шнеков очистных комбайнов для пластов средней мощности и выше.

Энерговооруженность очистных комбайнов, и особенно, вновь разработанных близка к энерговооруженности очистных комбайнов для пластов средней мощности. Это свидетельствует о примерно равных их производительностях по разрушению пласта. С целью обеспечения высокопроизводительной работы комбайна в условиях тонкого пласта необходимо иметь и погрузочную способность его исполнительного органа, близкую к погрузочной способности исполнительного органа комбайна для пластов средней мощности при параметрах шнеков значительно меньших параметров шнеков комбайнов для пластов средней мощности. Если максимальная высота лопасти у шнека комбайна рассматриваемого типоразмера составляет 155 мм (шнек диаметром 800 мм), то минимальная высота лопасти шнека у очистного комбайна для пластов средней мощности почти в 2 раза больше, а его свободный объем при прочих равных условия больше уже почти в 4 раза. Решение этой задачи,  является увеличения частоты вращения шнека из-за наличия циркуляции угля в органе и зависимости ее от его частоты вращения не дает желаемого результата.

Толщина лопастей шнека образуется толщиной собственно лопастей, обусловленной их прочностными параметрами, и геометрическими параметрами резцедержателей (кулаков), которые тоже определяются их прочностными свойствами. Следует отметить, что геометрические параметры резцедержателей практически не связываются с диаметром шнека, т.е. геометрические параметры резцедержателей практически одинаковы как для шнеков больших, так и для шнеков малых диаметров. Габаритные размеры резцедержателей (кулаков) для радиальных резцов типа ЗР4-80 составляют: 70 мм по высоте, 70 мм по толщине и 90 или 105 мм по длине. Поэтому с уменьшением диаметра шнека относительная величина объема резцедержателей увеличивается и для шнека, например, диаметром 560 мм составляет 35-40 % объема его свободного межлопастного пространства, что обусловливает снижение погрузочной способности комбайна.

С целью увеличения свободного меж лопастного пространства и увеличения прочности крепления резцедержателей (кулаков) к лопасти последние устанавливаются в специально подготовленные в лопастях проемы - «карманы».

При этом передняя поверхность резцедержателя (кулака) делается скошенной (кулак с правым или левым скосом в зависимости от направления навивки лопастей - шнек правой или левой навивки лопастей). Резцедержатели (кулаки) устанавливаются в «карманы» лопастей таким образом, что их скошенные передние поверхности являются формообразующими поверхностями их рабочих поверхностей.

Число лопастей на шнеках очистных комбайнов при диаметре их по резцам до 1250 мм принято равным 2 - двухлопастные шнеки. При диаметре шнека 1400 мм и выше число лопастей может быть и 3 - трехлопастные шнеки.

Угол подъема лопастей шнеков - постоянный и составляет примерно 30, 37 град по наружной поверхности трубы вне зависимости от частоты их вращения и других параметров. Следует отметить, что угол подъема лопастей, оказывает влияние на величину свободного межлопастного пространства шнека и очень существенно влияет на перебрасывание (циркуляцию) угля в органе, а следовательно, и на его погрузочную способность и производительную работу комбайна.

Барабанный с вертикальной осью вращения рабочий орган очистного комбайна представляет собой тоже два, но подвижно соединенных между собой, специальных полых цилиндра, на боковой поверхности которого крепятся резцедержатели (кулаки). Подвижное соединение цилиндров барабана дает возможность плавного регулирования рабочего органа по высоте (мощности пласта). Кроме этого, в барабанном рабочем органе предусматривается и ступенчатое (с помощью отрезных дисков) его регулирование по высоте. Номинальная ширина захвата барабанного с вертикальной осью вращения исполнительного органа составляет 0,8 м. Поэтому диаметр органа по резцам составляет 1000 мм (диаметр барабана с целью обеспечения надлежащей погрузки разрушенного угля всегда должен быть больше ширины захвата). Диаметр наружной поверхности цилиндров составляет 700 мм.

Непосредственное разрушение пласта производится режущим инструментом, который определенным образом располагается на рабочем (исполнительном) органе комбайна. Расположение режущего инструмента  на рабочем органе комбайна 1К101У представлено на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 Схема набора резцов для очистного комбана 1К101У

Схема набора режущего инструмента характеризуется рядом параметров:

- линия резания (непосредственно на схеме этого параметра нет) - это след, оставленный резцом на поверхности забоя,

-число резцов в линии резания - количество резцов, располо­женных в одной линии резания,

-толщина среза (непосредственно на схеме набора этого пара­метра нет) - это расстояние, пройденное комбайном (рабочим органом) за один оборот органа и приходящееся на один резец в линии резания,

-ширина среза - расстояние между соседними линиями резания.

При схеме набора резцов показанных на рис.1.3. коэффициенты неравномерности по низкой частоте будут равны:

Силы (Н) и моменты (Нм), действующие на исполнительный орган:

	Fo	Fx	Fy	Fz	Mx	My	Mz
Kнч	1,25	1,2	3,55	1,13	1,15	1,25	1,3

При этом значения усилий  в резцах на различных линиях резания представлены на рисунке 1.3.          Максимальное усилие равняется более  двух килоньютон, F_z = 2,48Кн.

Усовершенствованная схема набора резцов приведена на рисунке 1.4., коэффициенты неравномерности по низкой частоте будут равны:

	Fo	Fx	Fy	Fz	Mx	My	Mz
Kнч	1,02	1,15	1,2	1,07	1,18	1,02	1,24

Рисунок 1.4 Усовершенствованая схема набора резцов для очистного комбана 1К101У

При этом максимальное усилие достигает лишь F_z= 1,243Кн.  

При новой схеме набора резцов, коэффициент неравномерности по низкой частоте уменьшиться.

 

Список литературы:

1. Сафохин М.С., Александров Б.А., Нестеров В.И. Гірські машини й устаткування: Підручник для вузів. - М.: Надра, 1995-463с 

2. Проектування й конструювання гірських машин і кому-плексов: Підручник для вузів/ Малеев Г.В., Гуляєв В.Г., Бойко Н.Г., Горбатов П.А., Межаков В.А. - М.: Надра, 1989. - 368с. 

3. Яцких В.Г., Спектор Л.А., Кучерявый А.Г. Гірські машини й комплекси. - М.:Надра,1984. - 400с 

4. Топорков А.А. Машиніст гірських выемочных машин. - М.:Надра,1991. - 334с. 

5. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. Гірські машини й автоматизовані комплекси: Підручник для вузів. - М.:Надра,1981. - 503с. 

6. Комплексна механізація очисних робіт на вугільних шахтах/ Дубов В.Д., Голубєв Г.Н., Спицын Ю.Г. і ін. - Київ: Техніка, 1988.-208с