ВРУБОВЫЙ ЩИТ

Предметом настоящего изобретения является врубовый щит для проходки горных выработок.

Отличием данной конструкции от известных тоннельных щитов является применение цепного бара, укрепленного на вращающейся поперечине и получающего движение вдоль нее.

Применением такого бара достигается образование в породе спирального вруба. Для отделения кусков породы от массива бар выполнен автоматически наклоняющимся в обе стороны к оси выработки. Для возможности придания цепному бару разных углов наклона по отношению к оси выработки, его шейка снабжена двумя планками, которые скользят по направляющим рейкам, прикрепленным к наружным сторонам поперечины.

При работе врубовым щитом отпадает необходимость в самостоятельной заблаговременной проходке передовых штолен, а также в взрывных работах и исключаются работы сжатым воздухом.

Порода, отделенная от забоя, предварительно попав на скребковый транспортер, выносится в готовый тоннель назад, за тележку эректора, и там или перегружается в вагонетки или снова по главному транспортеру, установленному в тоннеле, транспортируется до ствола. Отбойка породы, ее отгрузка и укладка тюбингов производятся одновременно.

Передвижка врубового щита, также как и щита системы Грейтхэда, производится после проходки на одно кольцо (75 см) с помощью гидравлических домкратов.

На чертеже фиг. 1 изображает общий вид врубового щита, фиг. 2 - схематический вид забоя, фиг. 3 - силовую передачу врубового щита в продольном разрезе, фиг. 4 - разрез по АВ в меньшем масштабе фиг. 3, фиг. 5 - разрез по СД на фиг. 3 в меньшем масштабе, фиг. 6 - вид сбоку врубового бара и фиг. 7 - врубовый бар в продольном разрезе.

Рабочей частью врубового щита является врубовый бар 4, подвижно укрепленный на ползунке 2, который перемещается на поперечине 1, вращаемой в ножевой части щита главным валом, имеющим опоры в центральной ячейке опорного кольца.

Перемещаясь совместно с ползунком 2 вдоль поперечины 1 при одновременном вращении поперечины цепной бар вырубает в породе спираль, сперва уменьшающегося, а при переходе баром оси вращения поперечины - увеличивающегося диаметра. Так как бар при этом наклонен по отношению к оси щита на 45°, то слой породы оказывается разрубленным на отдельные полосы, не имеющие связи с остальной породой забоя и вследствие этого падающие вниз на скребковый транспортер.

Цепной бар по своему строению напоминает бар врубовых машин. Соединяется он с ползунком 2 посредством шейки 3, имеющей отверстия, которыми она надевается на цапфы ползунка 2. Вокруг этих цапф шейка, а вместе с ней и врубовый бар могут поворачиваться в пределах 45° по отношению к своему первоначальному положению. Благодаря этому врубовый бар при работе имеет два положения: при первом положении продольная ось режущей цепи параллельна продольной оси щита, при втором положении она наклонена к этой оси на 45°. Эти положения врубовый бар принимает автоматически, в зависимости от того, на каком участке поперечины 1 находится ползунок 2: если ползунок 2 находится у верхней головки поперечины 1, врубовый бар принимает первое положение, во всех других случаях - второе. Изменение положений цепного бара вызывается тем, что шейка 3 снабжена двумя планками, скользящими по двум направляющим рейкам, прикрепленным снаружи к боковым сторонам поперечины 1.

Поперечина 1 представляет собой литую стальную балку П-образного сечения, открытой стороной обращенную к забою. Поперечина укреплена на валу 5 (фиг. 3) и вращается валом в поперечной плоскости щита.

Внутренние боковые стороны поперечины 1 являются направляющими для ползунка 2, перемещающегося вдоль них. Для передвижения ползунка 2 служит винт 29, на который надета гайка, составляющая одно целое с ползунком. Винт расположен внутри поперечины за гладким валом 30, служащим для передачи вращения режущей цепи бара. Как винт 29, так и гладкий вал 30 опираются на подшипники, расположенные в головках поперечины 1, прикрепленных болтами к ее противоположным концам. В то время как верхняя головка 25 поперечины служит лишь опорой концевым подшипникам винта и вала, в нижней головке 16 помещается зубчатая передача к ним от валов 14 и 31. Передача от вала 14 к винту происходит через шестерню 33, помещенную на этом валу, к шестерне 32, помещающейся на конце винта 29. Передача к валу 30 идет от вала 31 через шестерни 34, 35 и 36.

На теле вала 30 выфрезерованы две канавки, расположенные на 180° друг к другу. Одноходовый винт 29 имеет тот же диаметр, что и вал 30. Длина вала 30 и винта 29 соответствует длине поперечины 1. Вал 31, вращающий вал 30, находится внутри пустотелого вала 14. Опорой валу 14 служат подшипник, установленный в нижней головке, на одном конце, и подшипник переходной коробки 24 - на другом. В переходной коробке 24 валы 14 и 31 соединены конической передачей с валами 6 и 7. Вал 7 расположен внутри вала 6. Последний, в свою очередь, находится внутри главного вала 5. Валы в своем вращении совершенно независимы друг от друга. Опорой главному валу служат два основных подшипника, укрепленных один в передней, а другой в средней стенках центральной ячейки опорного кольца. Упорное кольцо 38 препятствует продольному перемещению главного вала 5. Поперечина прикрепляется к главному валу своей центральной частью. Место соединения поперечины и главного вала образует переходную коробку 24, в которой происходит передача вращения от валов 6 и 7 валам 14 и 31. Переходная коробка отлита как одно целое с телом поперечины; к ней непосредственно присоединяется фланец главного вала.

Главный вал 5 расположен точно по оси щита. Силовая передача к нему идет от электродвигателя 28 (фиг. 4) через систему цилиндрических шестерен. (Скорость вращения главного вала 5 и поперечины 1, укрепленной на нем, колеблется от 1 оборота в 5 мин. 7 сек. до 1 оборота в 2 мин. 33 сек.).

Вал двигателя 28 соединяется, муфтой с бесконечным винтом редуктора 11. На второй вал редуктора 11 надета шестерня 19, находящаяся в зацеплении с шестерней 9, помещающейся на одном валу с шестерней 20. Шестерня 20 сцепляется с шестерней 21. На одном валу с шестерней 21 укреплена шестерня 22, которая сцеплена с шестерней 8 (фиг. 1, 3), укрепленной на главном валу 5. Шестерни 20, 21, 22 и 8 расположены в переднем отделении центральной ячейки щита, между передней и средней стенками. Шестерня 9, 19 и редуктор 11 расположены за средней стенкой. Двигатель 28 помещается в левой боковой ячейке среднего яруса. Его вал проходит в центральную ячейку через отверстие в вертикальной перегородке, отделяющей центральную ячейку от боковой.

Вал 6 вращает вал 14 и, через последний - винт 29, служащий для передвижения ползунка 2. Таким образом движение ползунка зависит от вращения вала 6. (Рабочая скорость перемещения ползунка должна быть равна в среднем 12 см в минуту, скорость обратного хода - 24 см в минуту). Электродвигатель 27 (фиг. 4), вращающий вал 6, помещается в правой боковой ячейке среднего яруса. Его вал через отверстие в перегородке проходит в центральную ячейку, где соединяется посредством муфты с бесконечным винтом редуктора 12, по размерам и конструкции сходного с редуктором 11. На втором валу редуктора 12 помещается шестерня 37, зацепленная с шестерней 10 вала 6.

Вал 7, служащий для передачи вращения валу 30, вращается от двигателя 13, укрепленного на площадке, перекинутой над средней и задней стенками центральной ячейки. Передача от двигателя валу 7 осуществляется цепью 26 Галля. В отличие от реверсивных двигателей 27 и 28 с переменным числом оборотов скорость, и направление вращения двигателя 13 постоянны.

Вращение гладкого вала 30 передается конической шестерне 44 (фиг. 7), помещенной на ползунке 2 и перемещающейся вдоль гладкого вала 30 совместно с ползунком. Сцепление гладкого вала с шестерней 44 осуществляется двумя шпонками, имеющимися на шестерне и скользящими по двум канавкам вала 30.

Шестерня 44 вращает коническую шестерню 43, а последняя через шарнир 42 Гука - вал 41, расположенный в шейке, соединяющей врубовый бар с ползунком. На конце вала 41 помещена коническая шестерня, зацепленная с другой такой же шестерней 40. Эта шестерня помещена на одном коротком валике с звездочкой 39, тянущей режущую цепь 23 (фиг. 6) врубового бара.

Вращаясь с той же скоростью, что и шестерня 43, звездочка 39 перемещает режущую цепь.

При своем крайнем (первом) положении у верхней головки поперечины и при работе лишь двигателей вращения режущей цеди и вращения поперечины, врубовый бар вырубает в породе канавку по окружности, радиус которой немного больше радиуса щита. Этим достигается выемка породы всего профиля и уменьшается сопротивление породы передвижке щита.

Для того чтобы хорошо выдерживать сопротивление породы и возможные удары падающих кусков, врубовый бар имеет жесткое основание, составляющее опору режущей цепи и тупым воронкообразным своим концом соединяемое с шейкой.

Угол между валом 41 и осью короткого вала, вращающегося в передней стенке ползунка, не постоянен и поэтому между этими двумя валами установлен шарнир Гука.

Во избежание ненормальной работы шарнира Гука его точка перегиба должна обязательно находиться на одной оси с осями цапф, вокруг которых вращается шейка ценного бара. В этом случае переход врубового бара от одного положения к другому будет происходить плавно, не отражаясь на работе силовой передачи режущей цепи. Во избежание попадания грязи и кусков породы на шарнир, последний окружается резиновой оболочкой.

Ползунок 2, с которым шарнирно сочленена шейка, представляет собой литую массивную деталь с двумя рогообразными отростками, оканчивающимися двумя расходящимися в противоположные стороны цапфами. Расстояние между отростками таково, что они не мешают вращению шарнира Гука. Валик, на концах которого укреплены коническая шестерня 43 и одна вилка шарнира Гука, имеет своей опорой подшипник, расположенный в стенке ползунка 2. Боковые стороны ползунка обработаны так, чтобы их размер и форма соответствовали внутренним сторонам боковых стенок поперечины 1, по которым они перемещаются. В теле ползунка укреплена бронзовая гайка, которая, перемещаясь при вращении винта, помещенного в поперечине, увлекает за собой ползунок. В теле ползунка 2 имеется также отверстие для прохода гладкого вала 30.

Передача вращения от гладкого вала 30 шестерне 44 не зависит от местонахождения ползунка 2, так же как не зависит от того, перемещается ли или не перемещается ползунок 2 в это время.

Во избежание попадания внутрь поперечины кусков породы, к боковым ее сторонам укреплены две эластичные резиновые ленты, в свободном состоянии закрывающие доступы во внутреннюю полость поперечины. При передвижении ползунка резиновые ленты раздвигаются им, но затем благодаря своей упругости принимают первоначальное положение.

Отгрузка породы, отбитой врубовым баром, производится скребковым транспортером 15. Скребковый транспортер 15 установлен за щите, соединен с ним и, при передвижке щита, передвигается им по рельсовому пути, укладываемому в готовом тоннеле за щитом. Конец скребкового транспортера, забирающий породу, расположен внизу средней нижней ячейки щита, выдвигаясь (на 25-30 см) в область аванбека. На фиг. 1 цифрой 17 обозначен щитовой домкрат, а цифровой 18 - пульт управления.

Порядок производства работ врубовым щитом следующий. Поперечина и врубовый бар устанавливаются в исходное положение, после чего щит передвигается на 75 см. Продолжительность передвижки - 10-15 минут. Во время передвижки щита освобождается место в щитовой оболочке для укладки эректором кольца тюбингов, работающим скребковым транспортером удаляется оставшаяся часть породы перед ножом щита, и врубовый бар при работающей режущей цепи врезается в породу для проходки на новое кольцо.

По окончании передвижки щита контролером включается вращение поперечины 1 по часовой стрелке. Во время первого оборота поперечины бар вырубает в породе канавку. С началом второго оборота поперечины, нажатием соответствующей кнопки включается механизм перемещения ползунка на рабочую скорость, и цепной бар начинает вырубать в породе спираль с уменьшающимся радиусом, одновременно режущим своим концом наклоняясь к оси щита. К концу второго оборота бар уже наклонен к оси щита на 45° (его второе положение) и остается в наклонном положении до окончания цикла работы. С началом третьего оборота скорость вращения поперечины начинает увеличиваться, доходя в середине четвертого оборота до максимума.

Ко времени, когда бар дойдет до середины поперечины, в породе оказываются вырубленными несколько витков спиральной канавки, на всем своем протяжении наклонной к центру забоя. В этом положении поперечину останавливают и меняют ее направление вращения на обратное, устанавливая сразу на высшую скорость. После этого снова переключают мотор перемещения ползунка на прежнее, рабочее, направление.

Изменение направления вращения поперечины после перехода баром ее середины необходимо для нормальной работы режущей цепи врубового бара.

Так как направление перемещения ползунка 2 остается прежним, бар продолжает передвигаться к нижней головке поперечины, все болев удаляясь от центра щита, и спиральная канавка, вырубаемая им в породе, будет наклонена уже не к центру, а к периметру забоя. Благодаря этому порода окончательно подрубается и, теряя связь с забоем, падает на низ щита.

Когда ползунок 2 дойдет до нижней головки поперечины, двигатель выключается и спустя пять минут, во время которых поперечина 1 успевает сделать полный оборот, включается на обратный, холостой, ход. На этом заканчивается процесс отделения породы от забоя на одно кольцо. Затем следует холостой ход врубового бара к исходному положению.