RU2076206C1

RU2076206C1 - Method of mechanical breakage of materials, monoliths and rock mass, and working member of shearer

Info

Publication number: RU2076206C1
Application number: RU94008973A
Authority: RU
Inventors: Иван Кириллович Кривоконев
Original assignee: Иван Кириллович Кривоконев
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1997-03-27

Abstract

FIELD: mechanical cutting and breakage of materials, monoliths and rock mass, applicable, mainly, in mining. SUBSTANCE: method of mechanical breakage of materials, monoliths and rock mass includes moving of cutting edges of tools over toroidal screw lines of right-hand and left-hand runs. Right-hand and left-hand runs are alternated. Lines of trajectory of edge of the next tool intersect or are intersected with line of trajectory of the preceding tool. Working member embodying the method has auger, whose shaft is installed over the central axis of the working member in body of shearer and kinematically connected with reducing gear of the drive. Built-in between auger and its shaft and rigidly connected to it is body of the additional reducing gear. Additional reducing gear has, on the output ends of the additional shafts, cutting drums which are located over circumference within the external contour of auger flights with cross location of auger shaft axis of cutting drums. In this case, axes of neighboring cutting drums are inclined towards each other, and gears secured onto additional shafts in the body of additional reducing gear are connected with additional regulated drive through intermediate shaft installed in auger hollow shaft. Gears and intermediate wheels may be made of screw type. Additional regulated drive may be connected with cutting drums by shafts joined by hinges. Supporting and bearing units of driven parts of shafts joined by hinges may be made rearranged as turning. EFFECT: higher efficiency. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике, занимающейся вопросами механического резания и разрушения в основном хрупких и слоистых материалов, монолитов и массивов ударно-режущим способом преимущественно в условиях применения в отрасли горнодобывающей промышленности. The invention relates to techniques for mechanical cutting and fracture of mainly brittle and layered materials, monoliths and arrays by impact-cutting method, mainly under conditions of use in the mining industry.

Известен способ разрушения с помощью очистных комбайнов [1] с использованием скалывания по принципу работы фрезы. Такие органы разрушают массив внутри цилиндрической поверхности с плоскими траекториями режущих кромок инструментов по циклоидам, форма которых мало отличается от окружности. A known method of destruction using shearers [1] using shearing according to the principle of operation of the cutter. Such organs destroy the array inside a cylindrical surface with flat paths of the tool cutting edges along cycloids, the shape of which differs little from the circle.

Наиболее близким из известных является способ механического разрушения материалов, монолитов и массивов, включающий воздействие режущими инструментами на массив перемещением их режущих кромок. Способ реализуется рабочим органом горного очистного комбайна, включающим шнек, вал которого установлен по центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода [2] При этом образуется линейная поверхность с гребешками и выемками, остающаяся после прохода почти полное попадание данной кромки инструмента в ранее сделанную выемку из-за практически плоских траекторий каждого из инструментов. Такое явление приводит к тому, что почти всегда очередная стружка снимается со дна выемки, т.е. имеет место стабильный фактор блокированного резания. Это увеличивает удельные энергозатраты, так как длина линии отрыва элемента разрушаемого массива и соответственно его площадь, увеличиваются за счет неразрушенных гребешков. Ограниченная энерговооруженность машины заставляет уменьшить толщину стружки или увеличивать количество линий резания, что ведет к неоправданному измельчению разрушенной массы с затратой энергии, к возрастанию пылеобразования. The closest known method is the mechanical destruction of materials, monoliths and arrays, including the impact of cutting tools on the array by moving their cutting edges. The method is implemented by the working body of the mountain shearer, including a screw, the shaft of which is mounted on the central axis of the working body in the combine body and is kinematically connected with the gear of its drive [2] This forms a linear surface with scallops and recesses, which almost completely hits this edge after the passage tool into a previously made recess due to the almost flat paths of each of the tools. This phenomenon leads to the fact that almost always the next chip is removed from the bottom of the recess, i.e. a stable block cutting factor occurs. This increases the specific energy consumption, since the length of the separation line of the element of the destructible massif and, accordingly, its area, increase due to undestructed scallops. The limited power supply of the machine makes it possible to reduce the thickness of the chips or increase the number of cutting lines, which leads to unjustified grinding of the destroyed mass with energy consumption, to an increase in dust formation.

Поставленной задачи данной разработки являются снижение энергоемкости процесса разрушения массива и уменьшение пылеобразования за счет реализации экономичного перекрестного ударно-режущего способа разрушения с существенным устранением фактора блокированного резания за счет использования встречно-направленных пересекающихся траекторий движения режущих кромок инструментов в зоне разрушения по сложным пространственным кривым, представляющим собой тороидальные винтовые линии, т. е. винтовые линии, уложенные поверхности тора. The objectives of this development are to reduce the energy consumption of the process of destruction of the array and reduce dust formation due to the implementation of an economical cross impact cutting method of destruction with a significant elimination of the blocked cutting factor through the use of counter-directional intersecting paths of movement of the cutting edges of the tools in the destruction zone along complex spatial curves representing are toroidal helical lines, i.e. helical lines, laid surfaces of the torus.

Для решения поставленной задачи в способе механического разрушения материалов, монолитов и массивов, включающем воздействие режущими инструментами на массив перемещением их режущих кромок, последние перемещают по тороидальным винтовым линиям правого и левого захода, при этом правый и левый заход последовательно чередуют, а линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. Способ может быть реализован рабочим органом горного очистного комбайна, включающим шнек, вал которого установлен на центральной оси рабочего органа в корпусе комбайна и кинематически связан с редуктором его привода, причем между шнеком и его валом встроен и жестко с ним связан корпус дополнительного редуктора, в котором на выходных концах дополнительных валов закреплены режущие барабаны, расположенные по окружности в пределах наружного контура спиралей шнека с перекрестным расположением оси вала шнека и осей режущих барабанов, оси соседних режущих барабанов наклонены навстречу друг другу, а закрепленные на дополнительных валах, установленных в корпусе дополнительного редуктора, шестерни связаны с дополнительнымприводом через промежуточный дополнительный вал, установленный в валу шнека, выполненном полым. Шестерни и промежуточные колеса дополнительного редуктора выполнены винтовыми. Дополнительный регулируемый привод связан с режущими барабанами посредством шарнино сочлененных валов. Опорно-подшипниковые узлы ведомых частей этих валов выполнены переставными или поворотными. To solve the problem in a method of mechanical destruction of materials, monoliths and arrays, including the impact of cutting tools on the array by moving their cutting edges, the latter are moved along the toroidal helical lines of the right and left approach, while the right and left approach are sequentially alternated, and the trajectory lines of the subsequent tool intersect or intersect with the path line of the previous tool. The method can be implemented by the working body of a mountain shearer, including a screw, the shaft of which is mounted on the central axis of the working body in the combine body and is kinematically connected with the gear of its drive, and between the screw and its shaft, an additional gear housing is integrated and rigidly connected to it at the output ends of the additional shafts, cutting drums are fixed, located around the circumference within the outer contour of the screw spirals with a cross arrangement of the axis of the screw shaft and the axes of the cutting drums, axis co neighboring cutting drums are inclined towards each other, and gears connected to additional shafts installed in the housing of the additional gearbox are connected to the additional drive through an intermediate additional shaft installed in the auger shaft made hollow. Gears and intermediate wheels of an additional reducer are made screw. An additional adjustable drive is connected to the cutting drums via articulated shafts. The bearing-bearing units of the driven parts of these shafts are made interchangeable or rotary.

На фиг. 1 показан главный вид органа разрушения; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 вид со стороны забоя, вид по стрелке Б фиг. 2. In FIG. 1 shows the main view of the organ of destruction; in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. one; in FIG. 3 is a view from the bottom, a view along arrow B of FIG. 2.

В качестве примера конкретного выполнения представлена схема устройства дифференциального шнекобарабанного органа разрушения с фиксированным расположением режущих барабанов и их кинематической связью с дополнительным приводом посредством винтовых пар зубчатых колес, имеющего по две пары режущих барабанов, оси которых расположены "в елочку", т.е. наклонены друг к другу и имеют встречные углы перекрещивания с осью шнека (водила органа). Режущие барабаны закреплены на дополнительных валах, опертых в корпусе редуктора, формирующего траектории движения режущих кромок инструментов, и расположены на органе консольно без дополнительных опор на обечайке барабана шнека или спиралях. As an example of a specific implementation, a diagram of the device of a differential screw-drum destruction organ with a fixed arrangement of cutting drums and their kinematic connection with an additional drive by means of helical pairs of gears having two pairs of cutting drums, the axes of which are located "in the tree", i.e. inclined to each other and have opposite angles of intersection with the axis of the screw (carrier body). The cutting drums are mounted on additional shafts, supported in the gear housing, forming the tool paths of the cutting edges of the tools, and are located on the organ cantilever without additional supports on the auger barrel or spirals.

Предлагаемый орган разрушения состоит из обечайки 1 барабана шнека, на которой жестко закреплены две спирали 2. К обечайке 1 и спиралям 2 также жестко прикреплен корпус дополнительного редуктора 3. Таким образом, в кинематическом плане обечайка 1, спирали 2 и корпус редуктора 3 представляют собой одно целое и являются корпусом органа разрушения, выполняя функцию водила органа. В корпусе дополнительного редуктора 3 на соответствующих подшипниковых опорах установлены две пары дополнительных валов 4 и 5, на которых соответственно закреплены режущие барабаны 6 и 7, оснащенные инструментами 8, и две пары шестерен 9 и 10 для привода этих барабанов. Шестерни 9 винтовым зацеплением кинематически связаны с зубчатым колесом 11, закрепленном на сплошном промежуточном дополнительном валу 12, являющимся выходным валом дополнительного регулируемого привода 13. Шестерни 10 со встречным винтовым заходом зубьев соответственно сцеплены с зубчатым колесом 14, закрепленном также на промежуточном дополнительном валу 12. The proposed destruction organ consists of a shell 1 of the screw drum, on which two spirals 2 are rigidly fixed. An additional gearbox 3 is also rigidly attached to the shell 1 and spirals 2. Thus, in the kinematic plan, the shell 1, spiral 2 and gearbox 3 are one the whole and are the body of the organ of destruction, performing the function of the carrier of the organ. Two additional pairs of additional shafts 4 and 5 are installed in the housing of the additional gearbox 3 on the respective bearing bearings, on which the cutting drums 6 and 7, equipped with tools 8, and two pairs of gears 9 and 10 are respectively mounted to drive these drums. Gears 9 are helically engaged kinematically with a gear wheel 11 mounted on a continuous intermediate additional shaft 12, which is an output shaft of an additional adjustable drive 13. Gear 10 with a counter helical gear teeth are respectively engaged with a gear wheel 14, also mounted on an intermediate additional shaft 12.

Корпус редуктора 3 закреплен на полом валу 15 шнека, одетом на промежуточный дополнительный вал 12. На другом конце вала 15 шнека закреплена ведомая шестерня 16 трансмиссии привода шнека. Шестерня 16 сцеплена с ведущей шестерней 17, закрепленной на валу 18 привода 19 шнека. Привод 19 шнека, дополнительный привод 13 режущих барабанов 6 и 7, атакже трансмиссионные шестерни 16 и 17 установлены в корпусе 20 приводов органа. The gearbox housing 3 is fixed on the hollow shaft 15 of the auger, dressed on an intermediate additional shaft 12. At the other end of the shaft 15 of the auger, the driven gear 16 of the transmission of the auger drive is fixed. The gear 16 is coupled to the drive gear 17, mounted on the shaft 18 of the screw drive 19. The screw drive 19, the additional drive 13 of the cutting drums 6 and 7, as well as the transmission gears 16 and 17 are installed in the housing 20 of the organ drives.

Вместо винтового зацепления может быть использовано обычное, в этом случае дополнительный регулируемый привод может быть связан с режущими барабанами посредством шарнирно-сочлененных валов, что также обеспечивает заданные фиксированные углы перекрещивания осей барабанов и шнека. Опорно-подшипниковые узлы ведомых частей шарнирно- сочлененных дополнительных валов 4 и 5 могут быть выполнены переставными или поворотными. Перестраиваемые углы перекрещивания могут обеспечиваться и другими плавными или ступенчатыми механизмами перестановки угла между осями дополнительных барабанов и осью шнека с использованием шаровых либо поворотных подшипниковых узлов и шарнирно-сочлененных валов, которые в необходимых случаях могут быть телескопическими. Instead of helical engagement, the usual one can be used, in this case an additional adjustable drive can be connected to the cutting drums via articulated shafts, which also provides predetermined fixed angles of intersection of the axes of the drums and auger. The bearing-bearing units of the driven parts of the articulated additional shafts 4 and 5 can be made interchangeable or rotary. Tunable crossing angles can be provided by other smooth or stepwise mechanisms for changing the angle between the axes of the additional drums and the axis of the screw using ball or rotary bearing units and articulated shafts, which can be telescopic if necessary.

Рабочий орган осуществляет способ механического разрушения следующим образом. The working body implements a method of mechanical destruction as follows.

Режущие инструменты воздействуют на массив при перемещении их режущих кромок по тороидальным винтовым линиям правого и левого захода, при этом правый и левый заход последовательно чередуют, а линии траектории кромки последующего инструмента пересекаются или перекрещиваются с линией траектории предыдущего инструмента. Это обеспечивается рабочим органом, в котором при вращении корпуса органа разрушения (поз. 1-3) приводом 19 и при одновременном согласном вращении зубчатых колес 11 и 14 дополнительным приводом 13 (при этом режущие барабаны 6 и 7 имеют вектор вращения, встречный вращению корпуса органа разрушения 1-3) режущие кромки инструментов 8 совершают сложное пространственное движение по винтоподобным траекториям кривых, использующих законы образования трахоид. При таком движении кромок инструменты 8 разрушают массив изнутри поверхности однополостного гиперболоида вращения последовательно отдельными встречно-наклонными "в елочку" выемками переменной глубины. Cutting tools act on the array when moving their cutting edges along the toroidal helical lines of the right and left approach, while the right and left approach are sequentially alternated, and the path lines of the edges of the subsequent tool intersect or intersect with the path line of the previous tool. This is ensured by the working body, in which when the body of the destruction organ (pos. 1-3) is rotated by the drive 19 and while the gears 11 and 14 are simultaneously rotated by the additional drive 13 (while the cutting drums 6 and 7 have a rotation vector that is opposite to the rotation of the body destruction 1-3) the cutting edges of the tools 8 make complex spatial movement along screw-like paths of curves using the laws of formation of the trachoid. With this movement of the edges, the tools 8 destroy the array from the inside of the surface of the single-sheeted hyperboloid of rotation by successively separate counter-inclined "herringbone" recesses of variable depth.

Целенаправленный выбор векторов вращения приводов 3 и 19 органа, передаточное отношение шестерен 16 и 17 трансмиссии корпуса органа разрушения, передаточное отношение зубчатое колесо 11 шестерня 9 (колесо 14 шестерня 10 соответственно), а также количество и взаимное расположение осей соседних режущих барабанов 6 и 7 на органе и количество инструментов 8 в линии резания каждого барабана с учетом размеров элементов органа, а также углов перекрещивания осей шнека и режущих барабанов дают возможность устанавливать нужный режим работы органа, позволяя задавать толщину элементарной стружки и направление ее снятия как с бермы уступа в выемку, так и со дна выемки на уступ с ослабленной динамикой процесса разрушения, а также существенно устранить фактор блокированного резания. Targeted selection of rotation vectors of actuators 3 and 19 of the organ, gear ratio of gears 16 and 17 of the transmission of the organ of destruction, gear ratio of gear 11 gear 9 (wheel 14 gear 10, respectively), as well as the number and relative position of the axes of adjacent cutting drums 6 and 7 on organ and the number of tools 8 in the cutting line of each drum, taking into account the dimensions of the elements of the organ, as well as the angles of intersection of the axes of the screw and cutting drums make it possible to set the desired operating mode of the organ, allowing It is necessary to set the thickness of the elementary chip and the direction of its removal both from the berm of the ledge into the notch and from the bottom of the notch to the ledge with weakened dynamics of the fracture process, and also significantly eliminate the factor of blocked cutting.

Для успешной работы рабочего органа регулируемым можно выбрать любой привод или оба одновременно, можно применить однодвигательный привод с соответствующими кинематическими связями посредством коробок передач или сменных шестерен, так как форма и угловой размер элементарной стружки, а также условия ее снятия определяются в основном соотношением векторов угловых частот вращения элементов органа, т.е. его корпуса 1-3 (водила органа) и режущих барабанов. For the successful operation of the working body, any drive can be selected as adjustable, or both at the same time, you can use a single-motor drive with the corresponding kinematic links through gearboxes or interchangeable gears, since the shape and angular size of the elementary chip, as well as the conditions for its removal, are determined mainly by the ratio of the angular frequency vectors rotation of the elements of the organ, i.e. its body 1-3 (drove body) and cutting drums.

Предлагаемый орган разрушения по сравнению со шнековым и барабанными, где используется способ скалывания, позволяет ожидать увеличения скорости резания и повышения надежности инструмента по тепловому фактору из-за прерывистой его работы, а также существенного снижения удельных энергозатрат, идущих на разрушение, за счет использования перекрестного ударно-режущего способа разрушения, реализующего физику криволинейных зависимостей ускорения по законам тригонометрических функций типа кориолисовых и обеспечивающего снятие стружки в сторону ранее полученного обнажения, а также за счет использования сложных пространственных траекторий движения режущих кромок инструментов в зоне разрушения, позволяющих значительно устpанить фактор блокированного резания. Изобретение позволяет также ожидать относительно более крупный скол, снизить пылеобразование, улучшить условия труда. The proposed fracture organ, in comparison with the screw and drum ones, where the chipping method is used, allows one to expect an increase in the cutting speed and an increase in the reliability of the tool by the thermal factor due to intermittent operation, as well as a significant reduction in the specific energy consumed for destruction due to the use of cross shock - a cutting method of destruction that implements the physics of curvilinear dependences of acceleration according to the laws of trigonometric functions such as Coriolis and provides chip removal in thoron previously obtained outcrop, as well as through the use of complex spatial trajectories of the cutting tools in the edge zone of destruction to significantly blocked ustpanit factor cutting. The invention also allows us to expect a relatively larger chip, reduce dust formation, improve working conditions.

Кроме названной отрасли изобретение может быть применено в строительстве на машинах разрушения грунта, в дорожно-строительных машинах по разрушению старых дорожных покрытий, в коммунальном хозяйстве на машинах по разрушению корки льда или слежавшегося снега на дорогах и тротуарах, в машиностроении при обычной и профильной обработке изделий, в сельскохозяйственной технике на машинах по обработке почвы. In addition to the named industry, the invention can be applied in construction on soil demolition machines, in road-building machines to destroy old pavements, in public utilities on machines to destroy ice crusts or packed snow on roads and sidewalks, in mechanical engineering during normal and profile processing of products , in agricultural machinery on tillage machines.

Claims

1. The method of mechanical destruction of materials, monoliths and arrays, including the impact of cutting tools on the array by moving their cutting edges, characterized in that the cutting edges of the tools are moved along the toroidal helical lines of the right and left approaches, while the right and left approaches are sequentially alternated, and the lines the edge paths of the subsequent tool intersect or intersect with the path line of the previous tool.

2. The working body of the mountain shearer, including a screw, the shaft of which is mounted on the central axis of the working body in the combine body and is kinematically connected to the drive gearbox, characterized in that the housing of the additional gearbox is built in and rigidly connected to it; which at the output ends of the additional shafts are fixed cutting drums located circumferentially within the outer contour of the spirals of the screw with a cross-location of the axis of the shaft of the screw and the axes of the cutting drums, while the axes of adjacent the cutting drums are inclined towards each other, and the gears are mounted on additional shafts installed in the housing of the additional gearbox and are connected to the additional adjustable drive through an intermediate additional shaft installed in the auger shaft made hollow.

3. The working body according to claim 2, characterized in that the gears and intermediate wheels of the additional gearbox are made screw.

4. The working body according to claim 2, characterized in that the additional adjustable drive is connected to the cutting drums via articulated shafts.

5. The working body according to claim 4, characterized in that the bearing-bearing units of the driven parts of the articulated additional shafts are made permutable or rotary.