Врубовая машина
Врубовая машина — машина для производства вруба в пласте полезного ископаемого (чаще угольном) при подземной разработке. Вруб облегчает отбойку остальной части пласта при помощи механических средств или взрывчатых веществ. Врубовые машины могут работать на пологих, наклонных и крутых пластах.
Первая попытка механизировать отбойку угля была сделана в Великобритании в 1761 году, когда М. Мензис получил патент на механическое приспособление для производства вруба в виде железной кайлы, закреплённой на раме и приводимой в движение штангами и рычагами с поверхности шахты. В 1852 году С. Воринг патентует дисковый рабочий орган для врубовой машины, снабжённый по периферии резцами и приводимый во вращательное движение двумя рабочими через систему рычагов и шестерён.
Дисковые машины[править]
Возросший объем механизации зарубки обусловил конструктивные усовершенствования врубовых машин. Были значительно улучшены старые дисковые врубовые машины, они стали более компактными, в качестве передаточного механизма в них начали применять стальной диск (1900 г.), весь механизм машин помещался в удобном закрытом кожухе (1907 г.). Машину монтировали на салазках. Режущий исполнительный орган машины был также усовершенствован, благодаря чему увеличилась глубина зарубки (вруба). С 1900 года на дисковых машинах начали устанавливать электроприводы. Однако и усовершенствованная дисковая врубовая машина имела ряд серьезных недостатков: трудность удержания машины у груди забоя, зажимания тонкого и широкого диска осаждающимися после подрубки породами, частая поломка зубьев диска и др. Эти недостатки мешали эффективно использовать дисковую врубовую машину в забое, поэтому их начали постепенно заменять более совершенными — штанговыми и цепными врубовыми машинами.
Штанговые машины[править]
Первая штанговая врубовая машина была создана в Англии еще в 50-х годах Х1Хв., однако потребовалось тридцать лет, чтобы эти машины получили распространение. В штанговой машине зарубка угля велась режущими зубками, укрепленными на вращающейся штанге. Перемещалась машина вдоль забоя по рельсам. Машины более поздних конструкций стали монтировать на особой раме с широкими полозьями. В 1887 году появились первые штанговые машины с электроприводом.
Цепные машины[править]
Однако и штанговые, и дисковые машины не получили широкого распространения из-за быстрого износа режущих зубков, частая замена которых весьма удорожала эксплуатацию машины. Наибольший интерес в развитии механизации зарубки представляют цепные врубовые машины, где в качестве исполнительного органа служит режущая цепь с зубками. Изобретателем ее, а также конструктором первой цепной врубовой машины был Вильям Пис. Машина имела бар в форме штанги, на конце которого было укреплено колесо. При помощи колеса натягивали цепь или канат, оснащенные режущими зубками, и направляли их движение.
Первая цепная врубовая машина, которая достигла более или менее удовлетворительных результатов в работе, была сконструирована англичанином Вильямом Бейрдом в 1864 году в г. Гартшери (близ Глазго) и была названа «Гартшери». Машина снабжалась поршневым пневматическим двигателем. Сжатый воздух подавался от компрессора, установленного на поверхности. Вдоль забоя устанавливали рельсы, по которым передвигалась машина. Подача осуществлялась храповым механизмом. В более поздние модели машины «Гартшери» были внесены значительные усовершенствования. В частности, высота корпуса машины была доведена до 61 см (вместе с рельсами), что давало возможность использовать ее на маломощных пластах. Однако внедрению машины «Гартшери» в производство препятствовал большой недостаток — частое обрывание цепей. В 1877 году инженер Джеффри и несколько позднее Лехнер создали цепную врубовую машину в Америке. Рабочим органом этой машины являлся бар, состоящий из направляющей металлической рамы и движущейся в ней режущей цепи с зубками. Бар врубался в уголь на глубину 1,8 м, при этом цепная рама в машине могла поворачиваться на 180°.
Первые цепные врубовые машины были очень несовершенны и ненадежны в работе. Потребовалось много времени, чтобы создать практически пригодную и надежную машину. В 1893 году фирма «Jeffrey» в США сконструировала цепную врубовую машину, которую успешно применяли на угольных шахтах многих европейских стран. В 1894 г. врубовые цепные машины начинает изготовлять фирма «Sullivan», а в 1897 г.— фирма «Goodman».
В 80-х гг. 19 в. в США создаются цепные режущие врубовые машины типа «Брест» с возвратно-поступательным движением бара (рис. 2) и «Шортволл», производившие вруб глубиной до 2—2,5 м и перемещавшиеся в забое первые — вручную, вторые — от собственного двигателя. В 1913 в США добывали 517 млн т угля, в Великобритания — 292 млн т (49 % угля добывалось в США с применением 15 236 В. м.; в Великобритании работало 3518 В. м., которые добывали 7,7 % угля).
Врубовые машины в России[править]
Применение пневматических врубовых машин в России относится к 70-м гг. 19 в. (ударные врубовые машины, привезённые из Великобритании) на Грушевском антрацитовом и Никитовском угольных рудниках в Донбассе. В 1875 г. на Грушевском антрацитовом руднике Русского общества пароходства и торговли была установлена машина Винстанлея. Для питания машины использовался компрессор с приводом от паровой машины, установленной на поверхности. В начале 1900-х годов на Никитовском руднике на проходке штреков применяли шесть пневматических врубовых машин, устанавливаемых на раздвижных колонках (по типу Эйзенбейса). Эффект от их применения был положительным, но как долго они применялись, документально установить не удалось.
Появление тяжелых электрических врубовых машин в России относится к 1903—1904 гг. Две дисковые врубовые машины английской фирмы «Dia-mond and Clark» работали на пластах «Розовый» и «5-й Власовский» (Донбасс) мощностью 0,5—0,7 м антрацитового рудника Азовской угольной компании. По свидетельству Н. А. Чинакала, этот первый опыт применения тяжелой электрической врубовой машины в весьма тонком пласте при отсутствии запасных частей был не вполне удачным; тем не менее себестоимость антрацита при машинной выемке была ниже буровзрывной.
В 1908—1914 гг. угольные компании и отдельные горнопромышленные предприятия применяли тяжелые электрические врубовые машины главным образом американских фирм. Поскольку это носило экспериментальный характер, приобретали машины самых различных типов: от «бреет» и «шортволл» для коротких забоев штреков и уклонов при небольшом угле падения пласта до «лонгволл» для длинных очистных забоев. Из Англии заказывали дисковые и штанговые режущие врубовые машины. Всего Россия приобрела в 1908—1914 гг. 42 тяжелые врубовые машины, в том числе 15 дисковых и 7 штанговых английских и 20 цепных режущих американских. Кроме того, до середины 1914 года, по данным А. М. Терпигорева и Л. Д. Шевякова, было приобретено 78 легких ударных врубовых машин, преимущественно пневматических, используемых для механизации зарубки при проходке подготовительных выработок. Аналогичные пневматические ударные врубовые машины начал выпускать машиностроительный завод Екатеринославского акционерного общества. Однако по числу врубовых машин Россия значительно отставала от США и ряда европейских стран.
Отечественные врубовые машины[править]
К середине 20-х годов на шахтах Донугля использовались врубовые машины тяжелого типа американского производства «Sullivan» («Сулливан») и легкого типа английского производства – «Сискол», за которые приходилось платить 10000 и 2200 рублей золотом соответственно. С целью экономии средств, Донуголь обратился к советским ученым с просьбой помочь наладить выпуск отечественных врубовых машин, но ни один из них не взялся быть консультантом в этом деле.
В 1926 году, в одну из перекличек шахт Луганского округа, был поднят вопрос о необходимости изготовления отечественных врубовых машин. Лозунг "Даешь советскую врубовку!" был подхвачен прессой и стал обсуждаться на всех собраниях, совещаниях и конференциях шахтеров Донбасса. В результате поднятого шахтерами вопроса о том, что страна может и должна изготовлять врубовые машины, а не платить за них золотом, покупая их за границей, Горловскому механическому заводу, который располагался в непосредственной близости от шахты, разрешили проводить опыты по изготовлению врубовой машины.
Над изготовлением врубовой машины трудился весь коллектив горловского завода. Буквально каждый техник и слесарь завода интересовался ходом работы специально созданной бригады, и старался оказать ей какую-то помощь. Первая врубовая машина отечественного производства создавалась в течение нескольких месяцев на основе «Сискола», которая была на заводе разобрана и тщательно изучалась. Горловская врубовая машина получила название – ДЛ (Донуголь лёгкая).
Себестоимость изготовленной в 1927 году на горловском заводе первой электрической врубовой машины оказалась 6000 рублей. В октябре 1928 года, когда была изготовлена 36-я по счету машина, ее себестоимость уже составляла 2000 рублей.
Поскольку на шахтах Донбасса в большинстве случаев использовались врубовые машины тяжелого типа, то на горловском заводе взялись также за изготовление и такой врубовой машины. На завод была доставлена отслужившая свой срок американская «Сулливан», которую разобрали по винтику и на ее основе стали чертить эскизы новой машины. Эту машину назвали – ДТ (Донуголь тяжёлая). Первая ДТ была изготовлена в октябре 1928 года, в качестве подарка к 11-й годовщине Октября. Мощности завода позволяли выпускать ежегодно до 300 машин типа ДТ.
С 1932 года на горловском заводе начат серийный выпуск машин ДТК (Донецкая тяжёлая канатная) с передвижением вдоль забоя при помощи тягового каната.
Позже созданы укороченные врубовые машины ГТК (Горловская тяжёлая канатная) с двигателем мощностью 22—25 квт; ГТК-35 с двигателем около 35 квт; автоматизированные врубовые машины ГТА-1 и ГТА-2 (Горловская тяжёлая автоматическая), ГМА (Горловская мощная автоматическая) с электродвигателем мощностью 41,5 квт (1940), а также лёгкая электрическая БШ (баровая штрековая) для проходки подготовительных выработок по углю.
Автоматические врубовые машины выпускались в экспериментальном порядке. В годы Великой Отечественной войны сконструированы и освоены серийно мощные машины МВ-60 и КМП-1 и КМП-3, обладавшие повышенными тяговыми усилиями на канате, мощными двигателями (65—52 квт), дистанционным управлением, позволявшие производить врубы в пластах угля практически любой крепости и вязкости. Эти машины наряду с портативной ГТК-3М долгое время служили основой для создания врубово-погрузочных машин и угольных комбайнов. ГТК-35 и МВ-60 имели подающую часть с храповым механизмом, обеспечивающим ступенчатое регулирование скорости подачи у первой в пределах 0,2—0,8 и у второй 0,23—0,92 м/мин. У ГТК-35 это достигалось изменением дуги качания ведущей собачки путём увеличения или уменьшения длины кривошипа храпового механизма; у МВ-60 — изменением угла поворота храпового колеса за счёт сдвига положения контакта ведущей собачки с зубом колеса.
Врубовые машины КМП-1 и КМП-3 были снабжены фрикционно-пульсирующим вариатором скорости, обеспечивающим бесступенчатое регулирование рабочей скорости подачи от нуля до 0,86 м/мин (КМП-1) и от 0,3 до 1,4 м/мин (КМП-3). Изготовленные на основе этих машин врубово-погрузочные машины применялись в сочетании со взрывной отбойкой угля.
| Характеристика отечественных врубовых машин | ||||
|---|---|---|---|---|
| Наименование машины | Длина бара, м | Скорость подачи, м/мин | Мощность двигателя длительная (часовая) КВт |
Год создания |
| ДЛ (Донецкая легкая)[1] | - | 2,2(7) | 1928 | |
| ДТ (Донецкая тяжелая) | 1,45 — 2,22 | 0,53 — 1,36; 12 | 8(25) | 1928 |
| ДТК (Донецкая тяжелая канатная) | 1,65 — 2,22 | 0,53 — 1,36; 14 | 8(25) | 1932 |
| БШ-1 (баровая штрековая на распорной колонке и тележке) | 1,8 | - | 5,6(15) | 1934 |
| ШВК-48 (штрековая врубовая Донецкая на распорной колонке и тележке) | 2,4 | 0,33; 3,33 | 14(35) | 1935 |
| ГТК-3 (Горловская тяжелая канатная) | 1,6 — 2 | 0,58; 6,6 | 8(25) | 1935 |
| ЛВШ-2 (легкая врубовая штрековая на плите) | 1,4 | 0,33; 3,33 | 7(18) | 1936 |
| СВ-3 (Стахановская врубовая с изогнутым баром) | 2,05 | 0,75; 10,6 | 8(30) | 1936 |
| ВТУ (врубовая тяжелая универсальная с поворотным баром) | 2,84 | 0,87; 16,8 | 15(35) | 1937 |
| ГВУ (Горловская врубовая универсальная с поворотным баром) | 2,88 | 0,73; 14,05 | 21(41,5) | 1938 |
| КМП-2 (Копейская мощная с пульсирующей подачей) | 1,6 — 2,8 | 0 — 0,86; 8,6 | 15(47) | 1945 |
| МВ-60 (мощная врубовая) | 2 — 2,8 | 0,27 — 1,08; 14,5 | 28,5(60) | 1946 |
| ГТК-35 | 1,6 — 2,2 | 0,2 — 0,8; 12 | 14(35) | 1949 |
| КМП-3 | 2 | 0 — 1,4; 8,6 | 22(50) | 1951 |
| «Урал-33» | 1,6 — 2 | 0,75; 10,6 | 33(80) | 1960 |
Принцип действия[править]
Рабочим органом врубовой машины является бар, состоящий из направляющей рамы и движущейся в ней режущей цепи, собранной из кулаков со вставленными в них зубками. В зависимости от числа планок, соединяющих кулаки, различают одно- или двухпланочные режущие цепи. При отсутствии планок и шарнирном соединении кулаков друг с другом цепи именуются беспланочными. Врубовые машины 60-х годов оборудовались устройством для механической заводки бара в пласт и вывода его из вруба, снабжались приспособлением для удаления штыба — расштыбовщиком и оросительным устройством для гашения пыли во время зарубки.
Подающая часть врубовой машины выполняется гидравлической и обеспечивает относительно плавное движение машины при зарубке и бесступенчатое регулирование скорости подачи от нуля до 2,8 м/мин («Урал-33»). Перемещение машины вдоль забоя осуществляется при помощи каната, наматываемого на барабан машины. Лучшей отечественной врубовой машиной, имеющей Государственный знак качества, являлась поперечно-баровая машина «Урал-33» с двигателем мощностью 88 квт и длиной бара 2 м, на базе которой изготавливались угольные комбайны. В США широко применяется универсальная врубовая машина для производства дуговых врубов в любой плоскости при проведении горных выработок или при выемке угля в коротких забоях.
Разновидности врубовых машин:
- врубово-навалочные машины (для зарубки угля и навалки отбитого угля на конвейер при пологих пластах мощностью 0,8—1,8 м, с устойчивой кровлей)
- врубово-отбойные (для подрубки и отбойки угля).
Особое развитие врубовые машины и механизация зарубки получили в Англии и США. Так, по данным французского инженера Де Ження, изучавшего применение механической зарубки в США в 1900 г., и проф. А. А. Скочинского, посетившего в 1925 г. угольные шахты США и Англии, на шахтах США уже в 1891 г. работало 545 врубовых машин, на долю которых приходилось 6,7 % добычи угля, а в 1898 г. число машин возросло до 2622, а добыча соответственно до 20,4 %, в 1900 г.— до 3907 и в 1913 г.— до 15 235; в 1913 г. с их применением было добыто 49 % угля. В Англии в 1900 г. работало 311 врубовых машин, а в 1913 г. число тяжелых и легких машин увеличилось до 2897, причем около 30 % составляли ударные пневматические врубовые машины. Производительность труда при машинной зарубке угля возросла в два раза по сравнению с ручной. В 1914 г. в шахтах Англии с применением врубовых машин добывали 8,5 % угля, шахтах Бельгии — 10 %, в США — 50,7 %.
Комплексная механизация добычных работ на шахтах СССР с использованием горных комбайнов и комплексов ограничила применение врубовых машин крепкими и вязкими углями (например, Кизеловский угольный бассейн), а позже комбайны окончательно заменили врубовые машины.
Примечания[править]
- ↑ Исполнительный орган — ударно-поворотная штанга с буровой коронкой
