Реферат - Широкозахватная техника добычи угля. Этапы совершенствования

Подождите немного. Документ загружается.

Добыча полезных ископаемых началась с тех пор, как человек понял,

что камень может быть ему полезен, т.е., по существу, со времен его созна-

тельного существования. Вначале человек подбирал разные камни, которые

залегали на поверхности. Но, усвоив их пользу, он начинал добывать их из-

под земли. Дело государственной важности «и для себя и для потомков

наших» видел Петр I в поиске и добыче полезных ископаемых. В 1719 г. он

издает указ, так называемую «Берг - привилегию», где разведка и добыча

полезных ископаемых узаконивалась по всей территории России вне

зависимости от границ частных владений. В частности, там указывалось, что

каждый может «как на собственных, так и на чужих землях искать, копать,

варить, плавить и чистить всякие металлы... и всяких красок потребные

земли и каменья».

За довоенные годы было создано много типов машин, оборудования.

Однако состояние механизации добычи угля характеризовалось низким

уровнем. Удельный вес трудовых затрат на различные операции составляло:

зарубка - 5 %; бурение - 4 %; навалотбойка - 50 %; управление кровлей - 20

%; перенос конвейера - 10 %; слесарно-ремонтные и прочие работы -11%.

Отсутствие в лавах совершенных технических средств для механиза-

ции отбойки и навалки угля приводило к тому, что на эти процессы задал-

живалось половину всех ресурсов рабочего времени. Для осуществления

комплексной механизации угледобычи необходимо было гармонично увязать

механизацию зарубки, отбойку и навалку угля, создать угледобывающий

комбайн.

Создание комбайнов являлось значительным шагом в развитии техники

горнопроходческих работ. Применение комбайнов обеспечило почти трех-

кратное увеличение скорости проходки и производительности труда по

сравнении, с буровым способом. На рубеже XIX и XX вв. американским

инженером Мак-Кинли был разработана первая комбинированная проход-

ческая машина, принцип действия которой основывался на идее высвер-

ливания горизонтальной выработки в некрепкой горной породе. В 1910г.

американский изобретатель Е.Морган впервые построил и испытал комбайн

для проходки выработок по углю малой вязкости. В разработанной конструк-

ции нижний горизонтальный и два вертикальных бара производили врубы по

трем плоскостям. Отбойная рама с долотами отбивала уголь, нанося удары по

забою от почвы к кровле. Отбитый уголь грузился конвейером, передний

конец которого был введен в нижнюю зарубную щель. Первые предложения

о создании горных комбайнов в нашей стране относятся к концу прошлого

столетия, С технической точки зрения они представляли собой попытки

сконструировать горные машины универсального назначения. О создании

подобных средств механизации для угольной промышленности в царской

России речь даже не шла. В 1907 г. русский изобретатель Ф.А. Поляков-

Ковтунов получает привилегию (патент) на горнопроходческий комбайн со

строгающим рабочим органом. При работе машины режущая часть

приводилась во вращение, а подающая часть обеспечивала движение

машины по рельсам в забой.

Несмотря на ряд конструктивных недостатков первых проходческих

комбайнов (громоздкость, низкая надежность рабочих органов и систем

передачи движения), они обозначили прогрессивные технические идеи и

послужили прототипами для более совершенных машин.

В Советском Союзе механизацию угледобычи начали с механизации

самого трудоемкого процесса - зарубки. Она в дальнейшем развивалась по

пути так называемой тяжелой механизации. Это направление в отличие от

принятой в Европе ориентировки на применение отбойных молотков, уголь-

ных пил и легких врубовых машин предусматривало использование в очист-

ных забоях врубовых машин преимущественно тяжелого типа и переход к

созданию комбинированных систем машин, дающих возможность механизи-

ровать остальные производственные процессы.

С индустриализацией страны возрастали требования к угольной про-

мышленности, темпы механизации которой отставали от темпов, необхо-

димых народному хозяйству. Потребность поднять уровень механизации

угледобычи обусловила в 1925—1926 гг. необходимость создания

угледобывающего комбайна. Эта задача была сформулирована приме-

нительно к потребностям основного угольного бассейна страны — Донбасса.

Курс на специализацию назначения машин применительно к различным

условиям угледобычи, стремление к повышению производительности ком-

байнов при одновременном снижении энергоемкости разрушения угля,

забота об одновременной комплексной увязке уровней механизации всех

производственных процессов в лаве — эти тенденции советского угольного

комбайностроения стали исходными на его новом этапе развития.

В 1930—1932 гг. в СССР было разработано около 50 конструкций

угледобывающих комбайнов, 4 из них в 1932г. были практически реалии-

зованы. Наиболее перспективной из реализованных советских комбайнов

была машина Б-1, сконструированная А. И. Бахмутским, в то время главным

механиком Первомайского рудоуправления треста «Кадиевуголь». К особен-

ностям комбайна Б-1 следует отнести: использование электродвигателя,

подающей и режущей частей от тяжелой врубмашины; образование замкну-

того контура вруба режущими органами комбайна, разрезавшими блок угля

на две пачки; отбойка угля верхней вращающейся штангой с дополни-

тельными режуще-отбойными элементами; навалка отбитого угля

скребковыми транспортерами; возможность регулировки режуще-отбойных

органов комбайна для работы в пластах разной мощности. Опытная

эксплуатация комбайна показала, что в благоприятных условиях он может

давать за час до 20 т угля, увеличивая производительность труда рабочего по

лаве в 3 раза.

Почти одновременно с А. И. Бахмутским в том же тресте оригинальное

предложение конструкции угледобывающего комбайна внес коллектив

механизаторов, руководимый инженерами В. Г. Яцких и Г. И. Роменским.

Было разработано несколько проектов угледобывающих комбайнов.

Наиболее подходящим для практического осуществления был признан

угледобывающий комбайн, известный под названием ЯР-1.Основные

особенности комбайна ЯР-1: оригинальное конструктивное оформление

замкнутого контура вруба (два плоских цепных бара с вертикальной раз-

движной штангой между ними), возможность регулировки положения

верхнего бара по высоте, применение для отбойки угля усиленного резания в

сочетании с использованием естественной способности вырезанной пачки

угля к саморазваливанию. ЯР-1 имел лучший, чем комбайн Б-1, орган

зарубки угля — плоский цепной бар, а не режущую штангу. В то время

комбайн Б-1 имел эффективный орган отбойки угля, в комбайне ЯР-1 этого

органа не было.

Несмотря на конструктивные недостатки первых комбайнов, их созда-

ние явилось крупной победой советской техники, имевшей большое значение

для развития угольного комбайностроения, положило начало созданию ком-

байнов, базирующихся на тяжелых врубовых машинах. Была доказана

целесообразность применения в угледобывающих комбайнах режуще-

отбойных органов, дающих замкнутый контур вруба. Однако от отдельных

достижений до массового применения комбайнов было еще далеко. И

комбайностроители искали наиболее соответствующие конкретным усло-

виям принципы конструирования комбайнов, развивали уже оправдавшие

себя идеи. Имевшийся богатый технический опыт проектирования

различных узлов и конструктивных элементов комбайнов, многие

плодотворные идеи и принципы этих машин, выработанные в

предшествующие годы, нуждались в синтезировании и заслуживали

творческого использования. Очевидна была также необходимость решать с

принципиально новых позиций ряд проблем конструирования комбайнов и

прежде всего вопрос об эффективной навалке угля без перебивки крепи в

лаве.

В предвоенные годы Горловский завод выпустил более двухсот ком-

байнов С-24, которые внедрялись на многих шахтах Донбасса. Комбайн

представлял собой серийную врубовую машину ГТК-3, оснащенную изо-

гнутым баром и ленточным навалочным конвейером. При работе на пластах

вязкого и малокливажистого угля исполнительный орган комбайна, как

правило, плохо отбивал уголь. Для расширения области применения

комбайна С-24 конструкторское бюро «Главуглемаша» и Горловского завода

в 1940—1941 гг. спроектировали несколько вариантов дополнительных от-

бойных органов (гидропатроны, пневмоотбойные молотки и др.). Реали-

зация этих проектов была сорвана войной.

Для последующего развития советского комбайностроения большое

значение имело изготовление Горловским заводом первых советских коль-

цевых баров. В 1939 г. прошел испытания кольцевой бар с двухшар-нирной

цепью, а в начале 1941 г. был изготовлен кольцевой бар с цепью, изгибав-

шейся в одной плоскости.

Из комбайнов, созданных для пологих пластов, наиболее совершенной

была последняя модель комбайна А. И. Бахмутского — Б-6-39, созданная в

1939 г. Горловским машиностроительным заводом. Комбайн Б-6-39

базировался на новой мощной советской врубовой машине ГМА, имел

регулируемую по высоте и удачно конструктивно оформленную отбойную

штангу с дисками, шнековый расштыбовщик. Первая серия этих комбайнов

(5 штук) в 1940—1941 гг. успешно эксплуатировалась на шахтах Донбасса.

Нападение гитлеровской Германии помешало реализации многих

планов и технических идей комбайностроителей. Некоторые из этих идей

были претворены в жизнь в Карагандинском бассейне в годы Отечественной

войны эвакуировавшимся, туда донецким механизатором С. С. Макаровым,

под руководством которого был сконструирован комбайн КМ.

В послевоенный период советское угольное комбайностроение

вступает в новое русло. Чтобы обеспечить быстрое и успешное выполнение

задач, поставленных перед угольным комбайностроением, Советское

правительство привлекло коллективы машиностроительных заводов страны,

научно-исследовательских, проектных и конструкторских организаций

различных отраслей промышленности к решению задач механизации

наиболее трудоемких и тяжелых процессов угледобычи. С этой целью в 1947

г. был объявлен Всесоюзный конкурс на лучшие угольные комбайны.

Победителем конкурса стал коллектив Донецкого филиала Гипроуглемаша,

создавший в содружестве с горловскими машиностроителями и

механизаторами шахт бассейна угледобывающий комбайн «Донбасс».

В качестве исходного рабочего варианта при проектировании новой

машины было взято предложение, выдвинутое в 1945 г. инженером М. Ф.

Горшковым. В этом схематическом проекте угледобывающего комбайна

содержалась смелая идея применить кольцевой бар с одношарнирной цепью

в сочетании с отбойной штангой, имеющей две опоры. Такое решение

позволяло надеяться на устранение в конструкции комбайна ряда прин-

ципиальных недостатков режуще-отбойных органов, имевших место у

большинства предшествующих машин. Но для этого необходимо было

разработать работоспособную конструкцию режуще-отбойных органов,

спроектировать приводные устройства, заново решить вопрос о механизме

навалки угля и т. д. Эти задачи решил коллектив конструкторов Донецкого

филиала Гипроуглемаша и машиностроителей Горловского завода им. С. М.

Кирова. К середине 1948 г. был создан опытный образец угледобывающего

комбайна «Донбасс».

В данном конструктивном исполнении комбайн «Донбасс» предназна-

чался для одновременной и полной механизации зарубки, отбойки и навалки

угля на конвейер в очистных забоях пологих пластов мощностью от 0,8 до

1,5 м при углях мягких и средней крепости и кровле средней устойчивости.

Комбайн был сконструирован на базе новой советской мощной вру-

бовой машины МВ-60, от которой без принципиальных изменений были

взяты подающая часть и электродвигатель. В качестве режущего органа

комбайна использовался кольцевой бар с открытыми направляющими, в

которых двигалась одношарнирная режущая цепь, оснащенная зубками,

разведенными в обе стороны от 0 до 40°. В верхней части оригинального

редуктора рабочего органа располагался шнековый расштыбовщик, по-

зволявший ликвидировать запрессовку цепей мелкими фракциями угля.

Равновесие верхней и нижней ветвей режущей цепи создавало устойчивое

положение комбайна у забоя без дополнительных приспособлений.

Для дальнейшего разрушения угля в комбайне использовалась от-

бойная штанга. Двухстороннее крепление с регулировкой положения дисков

по длине обеспечивало устойчивую работу отбойной штанги и позволяло

приспосабливаться, в известных пределах, к отбойке угля различной

вязкости.

Большим достижением советского угольного комбайностроения яви-

лось создание оригинального и высокоэффективного погрузочного устрой-

ства — активного кольцевого грузчика УКГ с автономным приводом и

реверсивным электродвигателем. Этот грузчик, нашедший впоследствии

применение в комбайнах различной конструкции и назначения, обеспечивал

навалку угля на лавный конвейер без перебивки крепи, а также приемку угля

различной кусковатости. Консольные скребки грузчика участвовали в рас-

плитовке угля, а наличие вне угля верхней (холостой) ветви рабочей цепи

исключало заштыбовку грузчика.

Удачно и оригинально был решен редуктор режущей части с

поворотной турелью, который давал возможность без какого-либо сущес-

твенного демонтажа переводить машину из рабочего положения в транспорт-

ное и обратно.

Все эти новшества сделали «Донбасс» наиболее совершенной из всех

известных в то время в мировой практике угледобывающих машин подоб-

ного класса.

В годы пятой пятилетки советские комбайностроители совершенство-

вали уже созданные угледобывающие комбайны и создавали новые кон-

струкции для различных горногеологических условий. В результате

модернизации основных узлов комбайна «Донбасс-1» был создан надежный

и эффективный угледобывающий комбайн «Донбасс-1К». Модернизируя

комбайн, конструкторы и машиностроители стремились повысить прочность

узлов машины, улучшить конструкцию исполнительного и погрузочного

органов, чтобы повысить эффективность разрушения угля и погрузку его на

забойный конвейер.

В 1956—1957 гг. Донгипроуглемашем, Горловским машиностроитель-

ным заводом им. С. М. Кирова, а также заводами, изготавливающими

электрооборудование комбайна, проведены работы по доводке и совер-

шенствованию конструкции всех узлов комбайна. После пробных испытаний

и внесения изменений в конструкцию комбайн получил наименование

«Донбасс-2К».

Несмотря на внешнее сходство с комбайном «Донбасс-1», конструкция

основных узлов «Донбасс-2К» имеет ряд принципиальных отличий: большая

мощность главного электродвигателя (длительная мощность – 50 кВт),

обеспечивающая высокую производительность комбайна; отсутствие

расштыбовщика — зарубной штыб на забойный конвейер грузится непо-

средственно режущей цепью, для чего ведущая звезда установлена на

значительной высоте от почвы пласта у боковой поверхности комбайна,

обращенной к забойному конвейеру; наличие двух скоростей движения

режущей цепи, что позволяет работать на более выгодном режиме; высокая

тяговая характеристика подающей части, обеспечивающая надежную работу

комбайна при натяжении каната на рабочем ходу до 15 000 кг; наличие

фрикционно-пульсирующей подачи, обеспечивающей более плавную, чем

при храповичном устройстве, работу редуктора и позволяющей плавно

регулировать среднюю рабочую скорость подачи комбайна в широких

пределах.

На шахтах Донбасса во многих очистных забоях комбайны «Донбасс-

1» были заменены комбайнами «Донбасс-2К», что значительно улучшило

технико-экономические показатели работы.

Дальнейшая модернизация комбайна «Донбасс-1» привела к созданию

комбайна ЛГД, разработанного Гипроуглемашем совместно с работниками

бывшего Луганского совнархоза. Модернизация произведена, в основном, за

счет оснащения машины новой гидравлической подающей частью ГПЧ-2 и

мощным электродвигателем с поверхностным обдувом.

Одним из первых советских комбайнов для разработки пластов мощ-

ностью 0,5—0,75 м был созданный в 1949—1951 гг. инженерами Гипро-

углемаша в творческом содружестве с механизаторами шахт комбайн УКТ-1.

В 1949 г. его изготовили на Малаховском экспериментальном заводе. УКТ-1

предназначался для механизации основных процессов выемки угля —

зарубки, отбойки и навалки на забойный конвейер в лавах на тонких пологих

пластах мощностью 0,45—0,75 м с углями различной крепости, углом

падения от 0 до 25°, со средней по устойчивости кровлей, допускающей

наличие незакрепленного пространства 8-10 м

. Комбайн рассчитан был на

работу в комплексе с конвейером СКТ-2 - 6 м. УКТ-1 – машина с канатной

подачей, работающая в лоб заходки. Это позволяло расположить конвейер

непосредственно у груди забоя и осуществить полную навалку угля машин-

ным способом. Для устранения весьма трудоемкого холостого спуска маши-

ны комбайн работал по челноковой схеме с разворотом на 180° в начале и

конце лавы после завершения каждого цикла по выемке угля.

В комбайне использованы с небольшими изменениями подающая часть

и электродвигатель врубовой машины КМП-2. Устойчивость комбайна в

плоскости пласта обеспечивала массивная лыжа, которая опиралась на забой

и конвейер. Направление в вертикальной плоскости регулировалось положе-

нием исполнительного органа машины и ее опорными лыжами.

Исполнительный орган комбайна состоял из четырех буровых коронок

с резцами, забурниками и отбойно-погрузочной цепи. Расположенная позади

коронок отбойно-погрузочная цепь, снабженная зубками и лопатками, двига-

лась в направляющих кольцевого бара, подрезала уголь у почвы и кровли

пласта, захватывала его при своем движении и грузила на забойный

конвейер. Движение коронок было направлено в ту же сторону, что и

движение нижней ветви отбойно-погрузочной цепи, то есть погрузка угля

частично производилась буровыми коронками.

На основании опыта эксплуатации комбайнов УКТ-1 в различных

горногеологических условиях Гипроуглемашем в 1954 г. был разработан

проект модернизированного комбайна УКТ-2 и УКТ-2М. Они явились базой

для разработки комбайна КЦТ, предназначенного для использования в тех же

условиях.

В 1962 г. институт ШахтНИУИ разработал техническую документацию

на применение комбайна КЦТ с гидравлической подающей частью от

врубовой машины «Урал-33». Комбайн КЦТГ был усовершенствованной

моделью КЦТ и предназначен для выемки и навалки угля различной крепо-

сти и вязкости при разработке пологих пластов мощностью 0,55—0,75 м со

спокойным залеганием, с кровлей устойчивой и средней устойчивости,

допускающей незакрепленное пространство в зоне работы комбайна не менее

10 м

В 1952 г. была изготовлена первая опытная партия комбайнов УКМГ-1.

В 1953 г. завод изготовил вторую партию усовершенствованных комбайнов

УКМГ-2. В 1953 г. выпущена серия комбайнов УКМГ-2М.

Малое обнаженное пространство (5 м

), простота конструкции и

надежность в работе обеспечили достаточно эффективную работу комбайнов

даже в тяжелых горногеологических условиях на тонких пологих пластах.

Производственный опыт показал, что использованная в комбайне

подающая часть врубмашины ГТК-35М ненадежна в работе из-за частой