Биротативный проходческий щитовой агрегат



Биротативный проходческий щитовой агрегат
Биротативный проходческий щитовой агрегат
Биротативный проходческий щитовой агрегат
Биротативный проходческий щитовой агрегат
Биротативный проходческий щитовой агрегат

 


Владельцы патента RU 2412354:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок и тоннелей. Техническим результатом является разгрузка задней секции от крутящего момента и от продольного тормозящего усилия. Биротативный проходческий щитовой агрегат состоит из трех секций. Две передние секции, считая от забоя, смонтированы на диафрагме посредством шаровых погонов с зубчатыми венцами конической передачи, находящимися в зацеплении с диаметрально противоположных сторон с ведущими коническими шестернями приводов вращения секций, расположенных на диафрагме, которая смонтирована на переднем конце балки с приводом посредством шарнира Гука и гидроцилиндров со штоками, закрепленных на балке и диафрагме посредством цапф. Балка с приводом смонтирована в направляющих задней секции, при этом внутри балки смонтирован шнек с отдельным приводом. На внешней поверхности задней секции расположены элементы противовращения, выполненные в виде пластин, ориентированных вдоль продольной оси секции, при этом на внешних поверхностях передних вращающихся секций расположены винтовые лопасти с встречным направлением навивки. Причем малые исполнительные органы с индивидуальными приводами и рукавами со шнеками смонтированы перед каждой лопастью и элементом противовращения. В центре диафрагмы смонтирована пустотелая балка, внутри которой смонтирован шнек с приводом, при этом снаружи - на забойном конце балки смонтированы раструб и погрузочный ротор с приводом, соединенным с главным исполнительным органом. 5 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проведении горных выработок, тоннелей, строительстве горнопроходческих сооружений, спасательных, геологоразведочных и других работах.

Известен проходческий щитовой агрегат, включающий исполнительный орган, оболочку и механизм передвижения в виде трубчатой спирали на внешней поверхности оболочки, внутри которой закреплены цилиндры домкратов, а снаружи спирали, на штоках домкратов - опорные лыжи, при этом на забойном витке спирали расположен исполнительный орган (А.С. СССР SU №1008458 от 05.08.1981; авторы: Горбунов В.Ф., Эллер А.Ф., Нагорный В.Д., Аксёнов В.В).

Недостатком указанного агрегата является:

- разобщенность операций разработки забоя и передвижки, что снижает производительность;

- большой крутящий момент, создаваемый гидродомкратами, сильно нагружает конструкцию и контур выработки, вызывая обрушение породы и заклинивание оболочки.

Известен проходческий щитовой агрегат, взятый за прототип, для проходки тоннелей, проведения горных выработок и горнопроходческих сооружений, (А.С. СССР SU №1647144 от 05.03.1986; авторы: В.Ф.Горбунов, А.Ф.Эллер, А.Я.Ткаченко, В.В.Аксёнов и В.Д.Нагорный), совмещающий во времени процессы:

- разрушения забоя;

- транспортирования отделенной горной массы от забоя и

- перемещение агрегата в направлении забоя.

Агрегат состоит из цилиндрической оболочки, образуемой кольцевыми секциями, сопрягаемыми с возможностью относительного вращения посредством цевочного механизма. Передняя секция (первая, считая от забоя) снабжена исполнительным органом с приводом и погрузочным ротором с транспортирующим шнеком, а по наружной поверхности - винтовой лопастью, вторая - задняя - имеет по наружной поверхности опорные элементы, выполненные в виде пластин, ориентированных вдоль продольной оси агрегата.

Недостатком данного агрегата является большой крутящий момент (сотни тс·м), действующий между секциями и вызывающий дополнительные продольные тормозящие силы трения, возникающие на опорных элементах противовращения, достигающие величины 100 тс и более.

Задачей данного изобретения является: разгрузка задней секции от крутящего момента и от продольного тормозящего усилия.

Для этого биротативный проходческий щитовой агрегат (далее - биротативный агрегат) составлен из трех секций (фиг.1), расположенных одна за другой. Две передние секции, считая от забоя, смонтированы на диафрагме посредством шаровых погонов. Шаровые погоны выполнены заодно с зубчатыми венцами конической передачи (функции зубчатого венца и шарового погона совмещены; фиг.2; 3). На диафрагме смонтированы приводы вращения секций. Венцы шаровых погонов находятся в зацеплении с диаметрально противоположных сторон с ведущими коническими шестернями приводов вращения секций, расположенных на диафрагме.

Диафрагма с секциями смонтирована на переднем конце балки посредством шарнира Гука. На балке цапфами закреплены четыре цилиндра со штоками. Штоки цилиндров цапфами закреплены на диафрагме. Два цилиндра закреплены в диаметрально противоположных точках в вертикальной плоскости, два - в горизонтальной. Ось диафрагмы является осью вращения секций и осью предстоящей проходки.

Балка своим задним концом смонтирована в направляющих задней секции (фиг.4), препятствующих ее вращению, но допускающих ее перемещение вдоль оси задней секции (оси уже выполненной проходки).

Балка имеет привод, связанный с приводами вращения секций. Балка одновременно является лотком, в котором расположен транспортирующий шнек с приводом.

На внешней поверхности задней секции установлены элементы противовращения в виде пластин, ориентированных вдоль оси секции.

На внешних поверхностях передних вращающихся секций установлены винтовые лопасти с встречным направлением навивки.

Перед винтовыми лопастями и элементами противовращения смонтированы малые исполнительные органы с приводами.

В центре диафрагмы жестко закреплена пустотелая балка, внутри которой размещен шнек с приводом.

На переднем (забойном) конце пустотелой балки находится раструб и погрузочный ротор с лопатками. На конусном днище ротора имеются отверстия Г, расположенные против рукавов малых исполнительных органов. Ротор смонтирован на балке перед раструбом и снабжен приводом, соединенным с главным исполнительным органом. Этот же привод соединен с лобовой шарошкой, которая является частью главного исполнительного органа.

Описание биротативного проходческого щитового агрегата поясняется чертежами:

на фиг.1 изображен общий вид биротативного агрегата;

на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1;

на фиг.3 - место I и вид по В на фиг.1;

на фиг.4 - разрез Д-Д на фиг.1;

на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1.

Биротативный агрегат состоит из трех секций, расположенных одна за другой (фиг.1). Две передние секции 1 и 2, считая от забоя, смонтированы на диафрагме 3 посредством шаровых погонов 4 с зубчатыми венцами 5. Зубчатые венцы 5 находятся в зацеплении с ведущими коническими шестернями 6 приводов 7 вращения секций 1 и 2 (фиг.2; 3). Так как зубчатые венцы 5 находятся в зацеплении с диаметрально противоположных сторон с ведущими коническими шестернями 6 приводов 7 вращения секций 1 и 2, расположенных на диафрагме 3 (фиг.3), то они передают зубчатым венцам 5 вместе с секциями 1 и 2 вращение в противоположные стороны. Отсюда название - биротативный.

Диафрагма 3 с секциями 1 и 2 смонтирована на переднем конце балки 8 посредством шарнира Гука 9. Это позволяет диафрагме 3 качаться в горизонтальной (по курсу) и вертикальной (по тангажу) плоскостях. Для этого на балке 8 цапфами закреплены четыре цилиндра 10. Штоки цилиндров 10 цапфами закреплены на диафрагме 3. Два цилиндра 10 поворачивают (отклоняют) диафрагму 3 в вертикальной плоскости, два - в горизонтальной. Шарнирная подвеска диафрагмы 3 с секциями 1 и 2 дает возможность маневрировать биротативному агрегату в горном массиве по курсу и глубине, так как ось вращения секций 1 и 2 является осью предстоящей проходки.

Балка 8 своим задним концом смонтирована в направляющих 11 задней секции 12 (фиг.4), препятствующих ее вращению, но допускающих ее перемещение посредством привода 13 вдоль оси задней секции 12 (оси уже выполненной проходки).

Балка 8 может выдвигаться из задней секции 12 синхронно с вращением передних секций посредством кинематической (или электрической) связи с приводами 7 их вращения или асинхронно (независимо) от их вращения (в зависимости от фазы рабочего цикла). Балка 8 одновременно является лотком, в котором расположен транспортирующий шнек 14 с приводом 15 для транспортирования отделенной горной массы от забоя.

На внешней поверхности задней секции 12 жестко закреплены элементы противовращения 16 в виде пластин, ориентированных вдоль оси задней секции 12. На внешних поверхностях передних, вращающихся в противоположных направлениях секций 1 и 2 жестко закреплены винтовые лопасти 17, направление навивки которых таково, что при вращении секций 1 и 2 они, взаимодействуя с горным массивом, создают тяговое усилие на забой.

Перед винтовыми лопастями 17 и элементами противовращения 16 смонтированы малые исполнительные органы 18 с приводами 19, формирующие в горном массиве винтовые каналы для лопастей 17 передних вращающихся секций 1 и 2 и прямые - для элементов противовращения 16 задней секции 12.

В центре диафрагмы 3 смонтирована пустотелая балка 20 (фиг.1; 5), внутри которой размещен шнек 21 с приводом 22 для транспортирования отделенной горной массы от забоя в балку 8 задней секции 12, к шнеку 14 с приводом 15 для дальнейшего продвижения отделенной горной массы.

На переднем (забойном) конце балки 20 смонтирован раструб 23 для приема горной массы и погрузочный ротор 24 с лопатками 25. Ротор 24 приводится во вращение приводом 26, смонтированным на балке 20 перед раструбом 23. Привод 26 соединен с главным исполнительным органом 27, обеспечивая его вращение вокруг оси балки 20 (движение подачи) и вокруг собственной оси (движение резания). Этот же привод вращает лобовую шарошку, относящуюся к главному исполнительному органу 27.

Горная масса, отделенная главным исполнительным органом 27 с лобовой шарошкой и малыми исполнительными органами 18 первой секции 1, удаляется лопатками 25 погрузочного ротора 24, а во второй и задней секциях - по рукавам 28, шнеками 29, соединенными со своими приводами 30. Горная масса от малых исполнительных органов 18 передней секции попадает в ротор через отверстия Г.

Биротативный агрегат работает следующим образом.

Агрегат доставляется на подготовленную площадку и запитывается от электросетей. Площадка может быть горизонтальной или наклоненной в сторону забоя на расчетный угол. Весь цикл работ делится на пять фаз. В исходном положении балка 8 втянута в секцию 12 (находится в крайнем заднем положении).

В первой фазе включают те исполнительные органы, которые выполняют следующие операции:

- главный исполнительный орган 27 с лобовой шарошкой разрушают забой, вращаемые приводом 26 вокруг собственных осей и вокруг оси балки 20. Работа ведется на пониженных режимах из-за больших неуравновешенных моментов;

- отделенная горная масса осыпается вниз, на ротор 24, поднимается его лопатками 25 вверх и по достижении ими угла, превышающего угол трения, скатывается в раструб 23 (фиг.5), откуда шнеком 21, вращаемым приводом 22, продвигается в балку 8, а далее - шнеком 14 с приводом 15 отправляется в заднюю секцию 12 для дальнейшей транспортировки;

- исполнительные органы 18 передней секции 1 формируют в горной массе винтовые каналы для винтовых лопастей 17, а отделенная ими горная масса, взаимодействуя со шнеками 29, вращаемыми приводами 30 исполнительных органов 18, перемещается по рукаву 28 к ротору 24, попадает внутрь его через отверстия Г, далее - на лопатки 25, в раструб 23 и далее - вместе с основной отделенной массой - по транспортному потоку;

- передняя секция 1 приводами 7 вращается синхронно с выдвижением балки 8 под действием привода 13 из направляющих 11 задней секции 12. Синхронизация необходима в этой фазе для начала нарезки винтовых каналов с шагом винтовой поверхности, равным шагу винтовых лопастей 17. Схема синхронизации может быть любой: электрической (система «электрического вала»), механической, электронной или другой;

- секция 2 вращается вхолостую, ее приводы 19 малых исполнительных органов 18 и приводы 30 шнеков 29 выключены.

Первая фаза заканчивается тогда, когда передняя секция 1 врежется в горный массив на всю длину.

Во второй фазе все агрегаты секций 1 и 2, а также вращение секций 1 и 2 остановлены. Работают малые исполнительные органы 18 с приводами 19 задней секции 12. Они нарезают прямые каналы для элементов противовращения 16. Напорное усилие на забой создает привод 13, который втягивает балку 8 по направляющим 11 в секцию 12 - подтягивает заднюю секцию. Балка 8 передает усилие через оси шарнира Гука 9 на диафрагму 3, далее через шаровой погон 4 с зубчатым венцом 5 передней секции 1, жестко закрепленным на обечайке секции 1, - на винтовые лопасти 17 и на винтовые каналы горного массива.

Вторая фаза заканчивается тогда, когда балка 8 займет исходное крайнее заднее положение в направляющих 11.

Третья фаза аналогична первой с той разницей, что включаются в работу малые исполнительные органы 18 обеих передних секций 1 и 2 с приводами 19 и шнеками 29 с приводами 30;

- балка 8 синхронно с вращающимися секциями 1 и 2 выдвигается из секции 12. Режимы могут быть повышены, т.к. крутящие моменты секций 1 и 2 взаимно уравновешиваются;

- исполнительные органы 18 секций 1 и 2 формируют в горной массе винтовые каналы для винтовых лопастей 17 обеих секций;

- горная масса, отделенная исполнительными органами 18, подается в рукава 28 и шнеками 29, вращаемыми приводами 30, продвигается в балку 8, откуда шнеком 14 продвигается в заднюю секцию 12 для дальнейшей транспортировки.

Третья фаза заканчивается тогда, когда секция 2 врежется в горный массив на всю свою длину (полный ход балки 8).

Четвертая фаза полностью идентична второй: балка 8 втягивается в заднюю секцию 12, не доходя до крайнего заднего положения на величину 60…100 мм, позволяющую отклонять секции 1 и 2 для маневра по курсу и тангажу, избегая упора секции 2 в секцию 12.

Пятая фаза - основная. Это работа в штатном режиме всех штатных исполнительных органов (главного 27 с лобовой шарошкой и малых исполнительных органов 18) всех трех секций: 1, 2 и 12. Синхронизация отключена, т.к. балка 8 неподвижна (относительно секции 12), а шаг винтовых каналов будет задаваться шагом лопастей 17, которые будут базироваться на ранее выполненные винтовые каналы с шагом, равным шагу винтовой поверхности лопастей. Весь биротативный агрегат будет перемещаться вследствие взаимодействия вращающихся винтовых лопастей 17 с винтовыми каналами, сформированными малыми исполнительными органами 18 в горном массиве (как винты судов или пропеллеры самолетов). Крутящие моменты трения и усилий резания, воспринимаемые секциями 1 и 2, будут почти уравновешены. Разность будет возникать из-за анизотропности горной массы и усилий на главном исполнительном органе 27, где крутящие моменты лобовой шарошки и исполнительного органа барабанного типа сложно уравновесить. Работают все шнеки (14, 21 и 29), продвигая отделенную горную массу. В этом режиме щитовой агрегат работает до выхода в расчетные координаты горного массива.

Таким образом, применение двух встречно вращающихся секций в забойной части биротативного проходческого щитового агрегата порождает два взаимно уравновешивающихся момента (или, в значительной мере скомпенсированных), что разгружает заднюю секцию от крутящего момента и от продольных тормозящих сил, возникающих на элементах противовращения вследствие реакции.

Как побочный эффект: биротативный проходческий щитовой агрегат заявленной конструкции легче прототипа на 10…12% и экономит до 30% энергии на основном технологическом процессе.

Биротативный проходческий щитовой агрегат, состоящий из трех секций: двух передних, считая от забоя, смонтированных на диафрагме посредством шаровых погонов с зубчатыми венцами конической передачи, находящимися в зацеплении с диаметрально противоположных сторон с ведущими коническими шестернями приводов вращения секций, расположенных на диафрагме, которая смонтирована на переднем конце балки с приводом посредством шарнира Гука, и гидроцилиндров со штоками, закрепленных на балке и диафрагме посредством цапф, причем балка с приводом смонтирована в направляющих задней секции, при этом внутри балки смонтирован шнек с отдельным приводом, а на внешней поверхности задней секции расположены элементы противовращения, выполненные в виде пластин, ориентированных вдоль продольной оси секции, при этом на внешних поверхностях передних вращающихся секций расположены винтовые лопасти с встречным направлением навивки, причем малые исполнительные органы с индивидуальными приводами и рукавами со шнеками смонтированы перед каждой лопастью и элементом противовращения, а в центре диафрагмы смонтирована пустотелая балка, внутри которой смонтирован шнек с приводом, при этом снаружи на забойном конце балки смонтированы раструб и погрузочный ротор с приводом, соединенным с главным исполнительным органом.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к щитовой проходке тоннелей, и может быть использовано при щитовой проходке проходных коллекторных тоннелей с бетонной обделкой.

Изобретение относится к горному делу, в частности к механизированному проведению подземных горных выработок с круглой формой поперечного сечения. .
Изобретение относится к способу бурения туннеля в твердой породе. .
Изобретение относится к области строительства тоннелей и может быть применено при устройстве водоспусков на гидроэлектростанциях, а также в процессе сооружения автомобильных и железных дорог в горных условиях.

Изобретение относится к подземному строительству, а более конкретно к сооружению тоннелей, коллекторов. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке тоннелей. .

Изобретение относится к щитовой прокладке тоннелей и может быть использовано преимущественно при проведении тоннелей малого диаметра. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проходке и погашении горных выработок. .

Изобретение относится к тоннелестроению, точнее, к сооружению с использованием проходческих щитов тоннелей большой протяженности под морским или речным дном без выемки грунта при условии мелкого залегания щита от дна моря или реки до свода, высота которого колеблется от 1-10 м в зависимости от типа грунта и профиля дна.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходческим щитовым агрегатам для проведения горных выработок и тоннелей овального сечения
Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству, в частности к щитовой проходке тоннелей различного назначения с использованием элементов сборной кольцевой обделки

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а именно к прокладке линий метрополитена глубокого заложения. Изобретение направлено на обеспечение безопасности, сокращение сроков строительства линии метрополитена в сложных гидрогеологических условиях при плотной городской застройке, а также сокращения количества строительных рабочих и персонала. Указанный технический результат достигается тем, что при прокладке линий метрополитена, до проходки станционных и перегонных тоннелей в начале и в конце заданных зон, формируют монтажную и демонтажную камеры под двухроторный тоннелепроходческий механизированный комплекс (ТПМК), которым осуществляют проходку зоны перегонных тоннелей и 3-4 станционных комплексов. При этом щит заводится до уровня зоны станционного комплекса в монтажной камере, а по завершении проходки выводится через демонтажную камеру и далее переносится в следующую зону формирования станционного комплекса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к подземному строительству, а именно к проходческим щитовым комплексам и агрегатам для проведения подземных выработок. Технический результат направлен на повышение надежности работы и снижение металлоемкости агрегата, повышение скорости проходки и технологичности изготовления агрегата, а также расширение области применения агрегата. Геоход (проходческий щитовой агрегат) содержит головную и концевую цилиндрические секции. В передней части головной секции на рамной конструкции расположен исполнительный орган геохода, содержащий два разрушающих цилиндрических элемента барабанного типа, соединенные с двигателем и установленные под углом α в диаметральной плоскости с эксцентриситетом e относительно продольной оси геохода. На внешней стороне головной цилиндрической секции закреплен движитель, выполненный в виде коротких секторов двухзаходной спиральной поверхности. Перед ними установлены разрушающие органы движителя цилиндрической формы, на боковой поверхности которых расположены радиальные резцы. Приводной двигатель разрушающих органов движителя установлен на внутренней стороне головной секции. На концевой цилиндрической секции закреплены продольные элементы противовращения с установленными перед ними разрушающими органами элементов противовращения цилиндрической формы, ось вращения которых перпендикулярна продольной оси геохода. 7 ил.
Наверх