устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины

Формула изобретения

1. Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины, включающее закрепленный на корпусе исполнительного органа резцедержатель с продольным сквозным каналом, установленный в продольном сквозном канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси и ограниченного осевого перемещения резец с рабочей частью и цилиндрической державкой, имеющей хвостовую часть, образованный стенками продольного канала в резцедержателе и наружной боковой поверхностью цилиндрической державки кольцевой канал для прохода орошающей жидкости, размещенный в кольцевой проточке на хвостовой части державки и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент для фиксации резца в продольном сквозном канале резцедержателя, образованную опорной поверхностью корпуса исполнительного органа и стенками продольного сквозного канала рабочую полость, расположенный в корпусе исполнительного органа канал для подвода орошающей жидкости, уплотнительный элемент и запорное приспособление, отличающееся тем, что запорное приспособление выполнено в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей, сопряженных между собой цилиндрической горловиной с общей продольной осью, причем цилиндрическая горловина выполнена с возможностью размещения в ней цилиндрической хвостовой части державки резца и взаимодействия обращенной в сторону рабочей части резца боковой стенки кольцевой проточки со стопорным элементом, а усеченная коническая полость, обращенная в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, выполнена с возможностью свободного размещения в ней уплотнительного элемента и взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности уплотнительного элемента с конической поверхностью полости и сообщена с каналом для подвода орошающей жидкости, при этом рабочая часть резца выполнена в виде конической головки с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность которых сопряжена с наружной боковой поверхностью цилиндрической державки.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что в головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде шара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано для борьбы с пылью и ее взрывами от фрикционного искрообразования, нагревания резцов и следа резания в процессе работы горных машин в очистных проходческих выработках, в условиях, где требуется относительно небольшой расход орошающей жидкости при низком ее давлении.

Известно устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины (патент СССР N 1819326 A3, кл. E 21 C 25/38, 35/18, 1993), включающее резцедержатель, резец с рабочей головкой и с цилиндрической державкой, стопорный элемент, канал для подвода орошающей жидкости и запорное приспособление, которое выполнено в виде кольцевого уплотнительного элемента из упругого материала и кольца, при этом уплотнительный элемент и кольцо установлены в кольцевой проточке державки резца, стопорный элемент жестко соединен с резцедержателем, а кольцо расположено между стопорным и уплотнительным элементами.

Недостатком этого устройства являются большие утечки орошающей жидкости, поскольку низкое давление орошающей жидкости не в состоянии сжать кольцевой уплотнительный элемент и перекрыть проходное сечение. Кроме того, это устройство не позволяет использовать резцы повышенной стойкости, диаметр конической рабочей головки которых в месте сопряжения с цилиндрической державкой превышает диаметр державки.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины (патент РФ N 2006579 C1, кл. E 21 C 25/38, 35/22, 1994), включающее закрепленный на корпусе исполнительного органа резцедержатель с продольным сквозным каналом, установленный в продольном сквозном канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси и ограниченного осевого перемещения резец с рабочей частью и цилиндрической державкой, имеющей хвостовую часть, образованный стенками продольного канала в резцедержателе и наружной боковой поверхностью цилиндрической державки кольцевой канал для прохода орошающей жидкости, размещенный в кольцевой проточке на хвостовой части державки и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент для фиксации резца в продольном сквозном канале резцедержателя, образованную опорной поверхностью корпуса исполнительного органа и стенками продольного сквозного канала рабочую полость, расположенный в корпусе исполнительного органа канал для подвода орошающей жидкости, уплотнительный элемент и запорное приспособление.

Недостатком этого устройства, так же как и аналога, являются большие утечки жидкости, и, кроме того, оно содержит вкладыш. В то же время это устройство не позволяет использовать резцы повышенной стойкости, диаметр конической рабочей головки которых в месте сопряжения с цилиндрической державкой превышает диаметр державки.

Положительный эффект изобретения достигается тем, что с учетом вышеописанных общих признаков наиболее близкого по технической сущности устройства запорное приспособление выполнено в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей, сопряженных между собой цилиндрической горловиной с общей продольной осью, причем цилиндрическая горловина выполнена с возможностью размещения в ней цилиндрической хвостовой части державки резца и взаимодействия обращенной в сторону рабочей части резца боковой стенки кольцевой проточки со стопорным элементом, а усеченная коническая полость, обращенная в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, выполнена с возможностью свободного размещения в ней уплотнительного элемента и взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности уплотнительного элемента с конической поверхностью полости и сообщена с каналом для подвода орошающей жидкости, при этом рабочая часть резца выполнена в виде конической головки с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости. Кроме того, продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность которых сопряжена с наружной боковой поверхностью цилиндрической державки. В головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов. Уплотнительный элемент выполнен в виде шара.

Обоснование достижения положительного эффекта от изобретения с помощью отличительных признаков следующее.

1. Выполнение запорного приспособления в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей и сообщенных между собой цилиндрической горловиной с общей продольной осью, а также свободное размещение уплотнительного элемента в усеченной конической полости, обращенной в сторону опорной поверхности корпуса исполнительного органа, позволяет при отсутствии нагрузки на резец надежно перекрыть пути истечения орошающей жидкости.

2. Выполнение рабочей части резца в виде конической головки повышенной стойкости с продольными каналами, сообщенными с кольцевым каналом для прохода орошающей жидкости, позволит подавать орошающей жидкость непосредственно к источникам пыло- и искрообразования и обеспечить надежную пылевзрывозащиту.

3. В новом техническом решении каждый отдельно взятый признак необходим, а все, вместе взятые, достаточны для достижения положительного эффекта.

4. В известных технических решениях отличительные признаки в таком сочетании и взаимосвязи не обнаружены.

На фиг.1 приведена схема устройства при отсутствии взаимодействия резца с горной породой; на фиг.2 схема запорного приспособления при отсутствии взаимодействия резца с горной породой (увеличено); на фиг.3 схема запорного приспособления при взаимодействии резца с горной породой (увеличено); на фиг.4 разрез А-А фиг.1; на фиг.5 уплотнительный элемент в виде шара (вариант выполнения).

Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины содержит закрепленный на корпусе 1 исполнительного органа резцедержатель 2 с продольным сквозным каналом 3, установленный в продольном сквозном канале резцедержателя с возможностью поворота вокруг своей продольной оси и ограниченного осевого перемещения резец 4 с рабочей частью 5 и цилиндрической державкой 6, имеющей хвостовую часть 7, образованный стенками 8 продольного канала в резцедержателе и наружной боковой поверхностью 9 цилиндрической державки кольцевой канал 10 для прохода орошающей жидкости, размещенный в кольцевой проточке 11 на хвостовой части державки и жестко соединенный с резцедержателем стопорный элемент 12 для фиксации резца в продольном сквозном канале резцедержателя, образованную опорной поверхностью 13 корпуса исполнительного органа и стенками продольного сквозного канала рабочую полость 14, расположенный в корпусе исполнительного органа канал 15 для подвода орошающей жидкости, уплотнительный элемент 16 и запорное приспособление 17. Запорное приспособление выполнено в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей 18 и 14, сопряженных между собой цилиндрической горловиной 19 с общей продольной осью О-О. Цилиндрическая горловина выполнена с возможностью размещения в ней цилиндрической хвостовой части 7 державки резца и взаимодействия обращенной в сторону рабочей части резца боковой стенки 20 кольцевой со стопорным элементом 12. Усеченная коническая полость 14, обращенная в сторону опорной поверхности 13 корпуса исполнительного органа, выполнена с возможностью свободного размещения в ней уплотнительного элемента 16 и взаимодействия обращенной в сторону державки резца поверхности 21 уплотнительного элемента с конической поверхностью 22 полости 14 и сообщена с каналом 15 для подвода орошающей жидкости. Рабочая часть 5 резца 4 выполнена в виде конической головки 23 с продольными каналами 24, сообщенными с кольцевым каналом 10 для прохода орошающей жидкости. Продольные каналы в головке резца выполнены, например, в виде пазов, нижняя продольная поверхность 25 которых сопряжена с наружной боковой поверхностью 9 цилиндрической державки 6. В головке резца выполнено не менее четырех продольных каналов. Уплотнительный элемент имеет форму шара (вариант выполнения). Расстояние между головкой резца и резцедержателем l₁ меньше расстояния l₂ между уплотнительным элементом и опорной поверхностью корпуса исполнительного органа и меньше расстояния l₃ между обращенной в сторону стопорного элемента 12 боковой стенки 26 и стопорным элементом.

Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины работает следующим образом.

Орошающая жидкость подается под давлением по каналу 15 корпуса 1 исполнительного органа и поступает в рабочую полость 14. При отсутствии взаимодействия резца с горной породой, т.е. при отсутствии нагрузки на резец, орошающая жидкость давит на уплотнительный элемент 16 и подает его вперед вместе с резцом до тех пор, пока поверхность 21 уплотнительного элемента вступает во взаимодействие с конической поверхностью 22 рабочей полости 14. Дальнейшее смещение резца вперед будет происходить по мере сжатия уплотнительного элемента в зависимости от величины давления орошающей жидкости и силы упругости уплотнительного элемента до взаимодействия боковой стенки 20 кольцевой проточки державки резца со стопорным элементом 12. Взаимодействие уплотнительного элемента со стенками рабочей полости перекроет пути истечения орошающей жидкости к резцу горной машины и далее на забой.

При взаимодействии резца с горной породой, т.е. при нагрузке на резец, резец подается на величину l₁ до взаимодействия головки резца 4 с резцедержателем 2, смещая по ходу своего движения уплотнительный элемент. При этом поверхность 21 уплотнительного элемента 16 отходит от конической поверхности 22 рабочей полости 14 и открывает пути истечения орошающей жидкости из полости 14 через цилиндрическую горловину 19 в коническую полость 18. Из конической полости 18 орошающая жидкость поступает в кольцевой канал 10 и далее через продольные каналы 24 конической головки 23 подается на забой к источникам пыле- и искрообразования, сопровождающими процесс резания и разрушения горной породы. При снятии нагрузки на резец подача орошающей жидкости в зону резания и разрушения горной породы прекращается. Далее процессы подачи и прекращения жидкости будут чередоваться в зависимости от того, есть или нет нагрузки на резец.

Экспериментальная проверка работы устройства для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины проведена в лабораторных условиях. В испытаниях использовался стандартный резец. При отсутствии нагрузки на резец запорное приспособление срабатывало при давлении воды 0,06 МПа в тех случаях, когда резец был в горизонтальном положении и при давлении воды 0,08 МПа в вертикальном положении с направлением головки резца вверх. Утечек воды не было. При нагрузке на резец расход воды изменялся от 1,98 до 7,8 л/мин с изменением давления воды у резца от 0,02 до 0,5 МПа. Для различных типов комбайнов и условий эксплуатаций расход воды можно уменьшить или увеличить, варьируя поперечным сечением кольцевого канала для прохода орошающей жидкости, т.е. изменением диаметра продольного канала в резцедержателе.

Базовый объект (Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. М. Недра, 1979, с.38) содержит исполнительный орган, установленные на исполнительном органе резцедержатели с резцами, каналы для подвода орошающей жидкости и нерегулируемые по расходу жидкости насадки или оросители (форсунки), т.е. постоянно работающие, независимо от того, есть или нет нагрузки на резец. Насадки и оросители имеют низкую надежность работы из-за частой закупорки сопел, диаметр которых составляет 1-2 мм и менее. На прочистку сопел уходит более 1 ч в смену. Закупорка сопел насадок и оросителей приводит к прекращению подачи орошающей жидкости в зону пыле- и искрообразования при разрушении горной породы. Прекращение подачи орошающей жидкости ведет к высокой запыленности воздуха в забое. Более того, по данным Восточного научно-исследовательского института по безопасному ведению работ в горной промышленности, закупорка 2-3 оросителей может создать опасную ситуацию по воспламенению пылегазовоздушной смеси с последующей вероятностью ее взрыва.

Предлагаемое устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины свободно от вышеперечисленных недостатков ближайшего аналога и тем более базового объекта. Оно позволяет использовать резцы повышенной стойкости, диаметр конической рабочей головки которых в месте сопряжения с цилиндрической державкой превышает диаметр державки, и обеспечивает небольшой расход орошающей жидкости при низком ее давлении за счет устранения утечек жидкости при отсутствии нагрузки на резец. Выполнение запорного приспособления в виде двух противоположно направленных усеченных конических полостей и сообщенных между собой цилиндрической горловиной с общей продольной осью позволило в процессе работы устранить истирание цилиндрической горловины и стенок усеченных конических полостей, особенно рабочей полости цилиндрической державкой и сохранить чистоту обработки не только конической поверхности полости, но и уплотнительного элемента, поскольку он свободно размещен в усеченной конической рабочей полости. Кроме того, работа устройства при низком давлении орошающей жидкости позволит отказаться от насосных установок и уменьшить затраты на электроэнергию, поскольку давления жидкости в противопожарном трубопроводе, составляющего согласно Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах 0,6-1,5 МПа, будет достаточно для нормального функционирования устройства для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины и обеспечения положительного эффекта.