Демченко И. И. Выемочно-погрузочные машины

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет

И. И. Демченко, С. Б. Васильев

ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Горные машины и оборудование» направления подготовки «Технологические машины и оборудование», 25.03.2010 г.

2-е издание, исправленное и дополненное

Красноярск СФУ 2011

1

УДК 621.869.3(07) ББК 39.9я73 Д30

Первое издание вышло в 2002 г. С. Б. Васильева не было в числе авторов Рецензенты: А. И. Шадрин, доктор технических наук, профессор Иркутского государственного технического университета; А. Н. Анушенков, главный научный сотрудник лаборатории «Подземная разработка месторождений» Института горного дела Сибирского отделения РАН

Демченко, И. И. Д30 Выемочно-погрузочные машины : лаб. практикум / И. И. Демченко, С. Б. Васильев. – 2-е изд., испр. и доп. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2011. – 124 с. ISBN 978-5-7638-2408-7 В практикуме изложены особенности конструкций, эксплуатации, области применения, классификация рабочего оборудования экскаваторов цикличного и непрерывного действия. Рассмотрены технические характеристики основных типов и типоразмеров экскаваторов, выпускаемых отечественной промышленностью и за рубежом. Представлены основные принципы построения конструктивных схем одноковшовых и роторных экскаваторов. Описаны порядок выполнения лабораторных работ и содержание отчетов, даны вопросы для самопроверки. Предназначен для студентов специальностей «Горные машины и оборудование», «Открытые горные работы», «Маркшейдерское дело». УДК 621.869.3(07) ББК 39.9я73  Красноярская государственная академия цветных металлов и золота, Ачинский филиал, 2002 ISBN 978-5-7638-2408-7

 Сибирский федеральный университет, 2011, исправления и дополнения

2

ВВЕДЕНИЕ Характерными представителями выемочно-погрузочных машин, эксплуатируемых на открытых разработках, являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы. Экскаватором называется машина, предназначенная для зачерпывания (экскавации) горной массы, перемещения ее на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или в отвал. История создания современных экскаваторов насчитывает почти два столетия. Первые действующие прототипы паровых многоковшовой землечерпалки и одноковшового экскаватора с прямой лопатой были применены, соответственно, в 1812 г. русским инженером А. Бетанкуром в Кронштадте и в 1836 г. американским инженером В. Оттисом. В России до революции тоже строили экскаваторы (сейчас сказали бы «изготавливали по лицензии»). Путиловский завод выпустил 39 экскаваторов по чертежам Bucyrus. Это были механические неполноповоротные паровые лопаты на рельсовом ходу с ковшами вместимостью до 2,3 м3 и десять многоковшовых экскаваторов, построенных по чертежам германской фирмы «Lu'beck». Прообразом первых советских экскаваторов стали экскаваторы Bucyrus и Marion, которые советское правительство закупило в 1930-е гг., в том числе с целью накопить необходимые данные для проектирования собственных машин. Импортные модели были взяты за основу, поэтому в современных ЭКГ-5А угадывается конструктивнокомпоновочная схема работавших на советских стройках Bucyrus 50В, 120В, Marion 37, 4160, 4120. Первым советским экскаватором принято считать паровой полноповоротный М-III-п (вместимость ковша 1,5 м3, масса 65 т), выпущенный на Воткинском заводе по чертежам Проектно-технической конторы экскаваторостроения. Ранее при содействии Бюро земмашин проводилась модернизация уже имеющихся экскаваторов. Так, на Турксибе модернизировали американские полноповоротные паровые лопаты Marion моделей 28, 31 и 46. Экскаваторы перевели на гусеничный ход, оборудовали драглайном и затем использовали для рытья траншей бестранспортным способом с отсыпкой грунта в отвал. Анализ работы импортных машин помог выбрать конструкцию паровых лопат М-III-п (1,5 м³), М-II-п (0,75 м³), M-IV-э (электрический, 3 м3). Был освоен ряд машин с ковшами вместимостью 0,35; 3

0,75; 1,5; 3 м3 и, кроме того, лопата на рельсовом ходу с ковшом вместимостью 2,5 м3. В те годы американское экскаваторное машиностроение, насчитывающее уже 100-летнюю историю, значительно превосходило германское. Экскаваторы немецких фирм (например, Demag) имели худшие эксплуатационные показатели, были менее надежны. Они отличались сложностью механизмов. Базовые детали выполнялись сварным способом из углеродистых сталей, тогда как в США применялось качественное литье крупных форм из легированной стали, а простота конструкции значительно повышала надежность и снижала трудозатраты на обслуживание механизмов. Американские экскаваторы были более выгодны в производстве и эксплуатации. Проектно-техническая контора экскаваторостроения приняла решение проектировать новые модели машин с выполнением основных деталей литыми и разрабатывать самостоятельные конструкции с выбором наиболее подходящих для наших условий вариантов исполнения основных узлов. Нельзя забывать, что в те годы отечественное машиностроение, представленное в основном национализированными частными заводами царской России, очень отставало от западного и многие инновационные решения были попросту неприменимы в условиях заводов. В 1931 г. Ковровский завод приступил к выпуску паровых машин «Ковровец» на рельсовом ходу (масса 70 т), а с 1932 г. наладил выпуск паровых гусеничных ППГ-1,5 (ковш 1,5 м3). Завод производил 80 ед. ППГ-1,5 в год, чего явно было недостаточно для строек СССР. С 1933 г. экскаваторы изготавливали уже на нескольких заводах. Костромской завод наладил выпуск экскаватора М-II-п, Воткинский завод выпускал аналогичный по конструкции М-III-п. Самой распространенной моделью малой мощности стал М-1-ДВ (0,35 м3) московского завода «Машиностроитель». Его создали на базе трактора СТЗ мощностью 30 л.с. Дмитровский завод и московский завод «Красный металлист» наладили выпуск многоковшовых экскаваторов для рытья траншей (MK-I, МК-П). В 1936 г. Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ) выпустил экскаватор Э-3 (M-IV-э) с ковшом 3 м3 и двигателем мощностью 250 л.с. Эта машина положила начало советскому тяжелому экскаваторостроению и всей будущей линейке ЭКГ. Таким образом, к 1936 г. были освоены основные типоразмеры экскаваторов, в дальнейшем добавлялись новые, более мощные машины. В классе строительных экскаваторов основными производителями стали заводы 4

«Машиностроитель» (Москва), Ковровский, «Рабочий металлист» (Кострома), Боткинский, Дмитровский, «Красный экскаваторщик» (Киев), Кунгурский (Д-0,35 «Кунгурец» с ковшом вместимостью 0,35 м3). В дальнейшем были введены в строй Воронежский экскаваторный и Тверской экскаваторный заводы, подключены мощности Ждановского завода (г. Мариуполь). Иначе обстояли дела в классе тяжелых карьерных экскаваторов. В 1937 г. экскаваторный отдел конструкторского бюро Уральского завода тяжелого машиностроения (Уралтяжмаш) спроектировал карьерные экскаваторы Э-1203 (ковш 3 м3) и Э-4 (ковш 4 м3). В 1947-м был выпущен первый карьерный экскаватор СЭ-3. В этой машине были использованы конструктивные принципы довоенных моделей Э-1203 и Э-4. Экскаваторы СЭ-3 работали в самых тяжелых условиях на строящихся и действующих карьерах. Именно эти машины в определенной степени обеспечили развитие открытого способа добычи полезных ископаемых в СССР в 1950-е гг. Позднее Уралтяжмаш освоил выпуск карьерного экскаватора ЭКГ-4.6 массой 188 т с ковшом вместимостью 4,6 м3. Был разработан ЭКГ-5 с канатным напором, однобалочной, разгруженной от кручения рукоятью и шарнирно-сочлененной стрелой. Эту модель передали для производства на Ижорский завод тяжелого машиностроения (ИЗТМ), и она послужила прообразом базовых серий ЭКГ-8И и ЭКГ-12,5. Уралтяжмаш продолжил выпуск ЭКГ-4.6Б с последующей модернизацией в ЭКГ-5А с зубчато-реечным напором, односекционной стрелой и двухбалочной рукоятью, повторяя схему прототипов Bucyrus. Была выпущена модель ЭКГ-8 также с реечным напором. ЭКГ-5А выпускают серийно с 1980 г. и по сей день, он является самым распространенным карьерным экскаватором на всем постсоветском пространстве. Быстрому развитию техники для открытых горных работ способствовали труды коллективов ряда НИИ, таких, как Институт горного дела (ИГД) им. А. А. Скочинского, УкрНИИпроект, НИИ открытых горных работ (НИИОГР), Московский государственный горный университет (МГГУ); машиностроительных заводов: Уральского, Новокраматорского (НКМЗ), Ижорского и др. Наибольшее распространение на открытых горных работах получили одноковшовые экскаваторы. Рабочий цикл одноковшового экскаватора складывается из четырех последовательных операций: наполнения ковша (черпания), перемещения его к месту разгрузки (транспортирования), разгрузки и 5

перемещения порожнего ковша к месту зачерпывания для воспроизведения нового цикла. В отличие от них у многоковшовых экскаваторов все элементы рабочего цикла осуществляются одновременно (совмещенно). Существующие типы экскаваторов по количеству ковшей и порядку выполнения операций подразделяются на экскаваторы цикличного действия (одноковшовые экскаваторы), когда все операции производятся в определенном порядке, повторяясь через некоторые промежутки времени (прямая и обратная механическая лопата, драглайн); экскаваторы непрерывного действия, когда машина производит все действия одновременно (цепные и роторные многочерпаковые экскаваторы, а также экскаваторы фрезерного типа). Одноковшовые экскаваторы по вместимости ковша Е бывают малой (Е < 2 м3), средней (Е = 2–6 м3), большой мощности (Е > 6 м3). Многоковшовые экскаваторы по теоретической производительности в рыхлой массе подразделяются на экскаваторы малой производительности (до 630 м3/ч), средней (630–2 500 м3/ч), большой (2 500– 5 000 м3/ч) и сверхмощные (свыше 5 000 м3/ч). По величине угла поворота платформы, на которой устанавливается рабочее оборудование, одноковшовые экскаваторы выполняются полноповоротными и неполноповоротными. Преимущественное распространение получили полноповоротные экскаваторы. Неполноповоротными выполняются ряд строительных экскаваторов малой мощности с навесным рабочим оборудованием на базе колесных тракторов. По возможности замены рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы подразделяются на универсальные, полууниверсальные и специальные. Универсальный экскаватор может иметь не менее четырех видов рабочего оборудования (прямая и обратная лопата, драглайн, грейфер, кран). Полууниверсальный имеет лишь 2–3 вида рабочего оборудования, а специальные – один. По конструкции рабочего оборудования одноковшовые экскаваторы подразделяются на две группы. К первой группе относятся экскаваторы, у которых ковш укреплен на жестких балках (стрела и рукоять) и поэтому имеет принудительную траекторию движения, почти независящую от свойств экскавируемых пород. К ним относятся экскаваторы типа механическая лопата (ЭКГ) и гидравлические экскаваторы – прямая (ЭГ) и обратная (ЭГО) лопаты. Ко второй группе относятся экскаваторы, имеющие гибкую связь рабочего органа с машиной посредством канатов. У этих экскаваторов траектория дви6

жения ковша определяется его весом и свойствами горных пород. К ним относятся драглайн, грейфер, обратный скребок. По способу отработки забоя одноковшовые и многоковшовые экскаваторы бывают верхнего и нижнего черпания. В зависимости от условий работы и назначения горной машины на экскаваторах применяют гусеничное, пневматическое, шагающее и рельсовое ходовое оборудование. По роду потребляемой энергии силовое оборудование экскаваторов подразделяются на электрические, дизельные и с комбинированным приводом (дизель-электрические или дизель-гидравлические). По количеству приводов, от которых механизмы экскаватора приводятся в движение, они могут быть одно- или многодвигательными. Если все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя, то он называется однодвигательным. Обычно по такой схеме оборудованы строительные экскаваторы малой мощности. Если каждый механизм (или некоторые из механизмов) приводится в движение отдельным двигателем, то привод называется многодвигательным. Обычно многодвигательный привод имеют экскаваторы, применяемые на открытых горных работах. Экскаваторный парк на открытых горных работах насчитывает более 1 500 машин. Однако для быстрого повышения производительности труда необходимы не количественные, а качественные изменения за счет увеличения единичной мощности машин, создания более безопасного, надежного в эксплуатации и ремонтопригодного оборудования, обладающего комфортностью для экипажа и удобством в управлении, и, наконец, создания и внедрения принципиально новых средств труда, превосходящих по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и зарубежные машины. Чтобы решить эту задачу необходимо изучить уже существующие конструкции, принцип их действия, оценить достоинства и недостатки применяемых в горной промышленности образцов техники. Ознакомиться с тенденциями и перспективами развития выемочно-погрузочных машин. Курс «Механическое оборудование карьеров» является одним из профилирующих для студентов, готовящихся к работе в области эксплуатации горных машин и комплексов открытых разработок. Успешная работа современного горного инженера требует глубоких знаний основ механизации и автоматизации горного производства, эксплуатационных и технических данных горных машин, элементов их конструкции и режимов работы. 7

При изучении курса студентам предлагается выполнить ряд лабораторных работ, в которых изучаются конструкции, особенности эксплуатации основных групп горных машин по имеющимся моделям, плакатам и видеофильмам. При изложении материала в лабораторных работах уделено внимание назначению, области применения и классификации выемочно-погрузочных машин, их принципу действия, конструкции и режимам управления.

Лабораторная работа 1 ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ И ТИПАЖЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ Цель работы: изучить назначение, особенности технических характеристик и конструкций основных типов выпускаемых отечественных и зарубежных экскаваторов цикличного и непрерывного действия.

1.1. Экскаваторы цикличного действия Цикличные, или одноковшовые, экскаваторы классифицируют по эксплуатационному назначению. По этому признаку построены параметрические ряды и типажи отечественных экскаваторов. Параметрические ряды составлены в соответствии с рядом предпочтительных чисел по главному параметру – вместимости ковша. Для карьерных лопат вместимость ковша характеризует экскаватор по всем основным параметрам: длине стрелы, радиусу черпания и разгрузки, мощности главных приводов, продолжительности цикла, производительности. Для вскрышных лопат и драглайнов определяющими будут вместимость ковша и радиус черпания. Одноковшовые экскаваторы бывают следующих типов: ЭО – универсальные (строительные) гусеничные и пневмоколесные (Е = 0,16–4,00 м3); ЭКСГ – карьерно-строительные гусеничные (Е = 1,25–8,00 м3); ЭКГ – карьерные гусеничные (Е = 2–20 м3); ЭГ – (ЭГО) – гидравлические (Е = 5–20 м3); 8

ЭДГ – гусеничный драглайн (Е = 3,2 м3 и длина стрелы – 30 м); ЭВГ – вскрышные гусеничные (Е = 35 м3); ЭШ – шагающие драглайны (Е = 4–125 м3). Экскаваторы ЭО и ЭКСГ на карьерах применяются редко. Базовые модели и модификации всех типов одноковшовых экскаваторов имеют сменные ковши для работы в породах различных категорий по крепости. Вместимость сменного ковша соответствует вместимости стандартных ковшей предыдущего и последующего по параметрическому ряду типоразмера экскаватора. Карьерные мехлопаты представляют полноповоротные экскаваторы (Э), карьерные (К), гусеничные (Г) электрические со стандартным или удлиненным оборудованием. Они могут разрабатывать полезные ископаемые и породы вскрыши до III категории включительно без предварительного рыхления с помощью буровзрывных работ. Для работы в различных климатических условиях выбирают экскаваторы следующих модификаций: «У» (умеренный) – предельные границы температур при эксплуатации составляют ±40 оС; «ХЛ» (хладоустойчивый) – от +40 до –60 оС; «С» (северный) – от +40 до –50 оС; «Т» (тропический) – от +55 до –20 оС. Механизмы экскаватора, расположенные на поворотной платформе, закрыты металлическим кузовом, снабжены принудительной напорной вентиляцией и внутренним освещением. Кабина машиниста приподнята над кузовом для обеспечения хорошей обзорности во время работы, герметизирована, снабжена системами отопления, вентиляции и обогрева стекол, а при тропическом исполнении и кондиционирования. В экскаваторах имеется ряд вспомогательных механизмов для обеспечения ремонтных и монтажных работ. Номенклатура экскаваторов Ижорского завода тяжелого машиностроения предусматривала производство семи моделей прямых мехлопат (табл. 1.1) [11]. В маркировках экскаваторов после обозначения вместимости ковша машины со стандартным оборудованием (базовые) могут иметь индекс «И» (буква «И» означает «ижорский»). Экскаватор ЭКГ-8И (включая его модификации) за 20 лет был выпущен в количестве 2 680 шт. Эти очень надежные и долговечные машины до настоящего времени можно встретить в любом уголке России. 9

Таблица 1.1. Техническая характеристика карьерных экскаваторов – механических лопат ИЗТМ Показатель Вместимость ковша, м3: основного сменных

ЭКГ-8И ЭКГ-10 ЭКГ-5У ЭКГ-8Ус ЭКГ-15 ЭКГ-12Ус ЭУГ-8У

8 10,0

10 8,0; 12,5

Длина стрелы, м

13,35

13,85

Длина рукояти, м

11,51

11,37

Максимальный радиус черпания на уровне стояния, м

12,2

12,6

14,5

13,5

15,6

17,5

20,2

Максимальное усилие на блоке ковша, кН

784

960

490

784

1 470

1 274

784

Максимальное усилие напора, кН

363

490

Мощность сетевого двигателя, кВт

8 12,5

15 – 18

Нет свед.

13,58

Нет свед.

615

630

Продолжительность цикла, с Масса экскаватора с противовесом, т

5 8,0

26 370

8 –

Нет свед.

Нет свед. 1 250

30 395

12,5 –

386

28 405

672

32

35

695

710

Примечание. Подводимое напряжение для ЭКГ-8И составляет 6 000/ 3 000 В, а для остальных экскаваторов – 6 000 В.

Индекс «Ус» имеют машины со среднеудлиненным рабочим оборудованием, предназначенные для выемки уширенных заходок и погрузки горной массы в транспортное средство, располагаемое на уровне установки экскаватора. Машины с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки горной массы имеют индекс «У» (табл. 1.1). Переоборудование базовой модели экскаватора в экскаватор с удлиненной стрелой производится заменой рабочего оборудования (стрелы, рукояти, ковша, подкоса и вант). Остальные узлы являются полностью унифицированными с узлами базовой модели. Техническая концепция карьерных лопат ОАО «Уралмаш» (в советское время – УЗТМ) – двухбалочная рукоять, реечный напор, 10

двухгусеничный ход с раздельным приводом на каждую гусеницу – обеспечивает их надежную и производительную работу в самых тяжелых условиях. Серийная машина ОАО «Уралмаш» – экскаватор ЭКГ-5А (рис. 1.1) с ковшом вместимостью 5,2 м3 – популярна в горнодобывающих отраслях. Начав производство этой модели в 1980 г., завод выпустил более 5 000 машин.

Рис. 1.1. Экскаватор ЭКГ-5А производства УЗТМ (ОАО «Уралмаш»)

В соответствии с требованиями заказчиков на базе ЭКГ-5А создано несколько модификаций – экскаваторы со встроенными в ковш пневмоударными зубьями (ЭКГ-5В), автономные машины с дизельным приводом, модели с удлиненным рабочим оборудованием и, наконец, гусеничный драглайн (ЭДГ). Для горной промышленности, несомненно, представляют интерес более крупные модели карьерных экскаваторов ЭКГ-10 (рис. 1.2), ЭКГ-12 с ковшом 12, 14 и 16 м3 и ЭКГ-20А с ковшом 20 м3. Экскаваторов ЭКГ-12 выпущено два, а ЭКГ-20, ЭКГ-20А – 20 шт. Машины успешно работают в Костомукше, Нерюнгри и Кузбассе. 11

На ОАО «Уралмаш» сформирован типоразмерный ряд карьерных лопат, включающий 3 базовые модели и их модификации: Базовая мдель

Модификация

ЭКГ-5

ЭКГ-5В ЭКГ5Д ЭКГ-4Ус ЭКГ-12В

ЭКГ-12 ЭКГ-20А

Рис. 1.2. Экскаватор ЭКГ-10 в забое Мазульского известнякового рудника

На базе экскаватора ЭКГ-12 также разработаны модификации (табл. 1.2) – экскаватор со встроенными в ковш пневмоударными зубьями и гусеничный драглайн с ковшом 8 м3 и стрелой 50 м. Карьерные прямые гидравлические лопаты типа ЭГ предназначены для работы на карьерах и строительстве с большими объемами перемещения горной массы, отрабатывающих уступы выше уровня установки экскаватора, а обратная лопата типа ЭГО – для 12

отработки нижних уступов пород I–II категорий без предварительного рыхления. Все модели ЭГ и ЭГО проектируются в умеренном климатическом исполнении. Таблица 1.2. Техническая характеристика экскаватора ОАО «Уралмаш» ЭКГ-12 и его модификаций Показатель

ЭКГ-12 ЭКГ-12В ЭДГ-8.50

3

Вместимость ковша, м : основного сменных

12 10; 14; 16

Длина стрелы, м

–

16

Радиус черпания, м: максимальный на уровне стояния

21,0 14,3

Максимальная высота черпания, м

55 20,5 13,8

15

Максимальный радиус выгрузки, м

18,5

8 10

51,6 – –

18,0

51,6

Максимальная высота выгрузки, м

10,0

24,5

Максимальная глубина черпания, м

–

27,5

Расчетная продолжительность цикла, с

26

28

47

Среднее удельное давление на грунт при движении, МПа

0,22

0,28

0,18

Рабочая масса, т

638

670

600

Примечание. Для ЭКГ-12 и его модификаций скорость движения составляет 1,1 км/ч, а номинальная мощность сетевого двигателя – 1 250 кВт.

ОАО «Уралмаш» планировало выпускать семь моделей прямых и обратных гидравлических лопат (табл. 1.3). В настоящее время Ижорский и Уральский машиностроительные заводы вошли в состав корпорации «Объединенные машиностроительные заводы» (ОМЗ). Ныне это ОМЗ-ГОиТ (горное оборудование и технологии), важнейшие подразделения которого – предприятие ИЗ-КАРТЭКС (карьерная техника и тяжелые экскаваторы). Конструкторы ОМЗ-ГОиТ спроектировали, а предприятие ИЗ-КАРТЭКС изготовило универсальный гидравлический экскаватор ЭГ-110, который может работать с ковшами вместимостью 4–7 м3. Такая необходимость возникла в связи с тем, что в последние годы 13

российские горняки стали приобретать именно гидравлические экскаваторы с дизельным приводом, которые более маневренны, автономны (не зависят от линий электропередач), при тех же усилиях на зубьях ковша имеет меньшую массу, очень удобны в управлении и обладают рядом других преимуществ. Таблица 1.3. Техническая характеристика карьерных гидравлических лопат ОАО «Уралмаш» Тип рабочего оборудования Показатель

Прямая лопата

Обратная лопата

ЭГ-150 ЭГ-250 ЭГ-350 ЭГ-550 ЭГО-150 ЭГО-350 ЭГО-550 (ЭГ-6) (ЭГ-10) (ЭГ-15) (ЭГ-20Б) (ЭГО-4) (ЭГО-8) (ЭГО-14)

Вместимость ковша, м3

5–8 (6)

8–12 (10)

12–18 (15)

18–24 (20)

4–8 (5)

8–14 (8)

14–18 (14)

Мощность привода, кВт

500

660

910

1 660

660

910

1 660

Максимальный радиус копания, м

12,9

14,0

16,0

21,2

15,7

21,8

25,0

Максимальная высота копания, м

13,5

14,0

16,0

19,0

12,3

16,7

18,0

Глубина копания, м

–

–

–

–

9

12

14

Высота разгрузки, м

9,7

11,0

13,0

15,2

9,0

12,5

14,0

Усилие копания, тс

60

100

130

190

50

80

120

Тяговое усилие, тс

104

150

190

340

104

190

340

Скорость передвижения, км/ч

1,7

1,6

1,7

1,0

1,7

1,7

1,0

Удельное давление на грунт, МПа

0,170

0,160

0,167

0,220

0,170

0,167

0,210

Максимальная производительность насосов, л/мин

1 600

1 680

2 520

5 040

1 440

2 520

5 040

Частота вращения платформы, мин–1

4,01

3,06

3,79

3,0

4,01

3,79

3,00

База гусеничного хода, м

5

6

7

8

5

7

8

Масса экскаватора, т

150

250

350

560

150

350

550

Примечания: 1. В скобках указана вместимость ковша по стандарту СЕСЕ для насыпной плотности пород 1,8 т/м3. 2. Максимальное рабочее давление для карьерных гидравлических лопат составляет 30 МПа.

14

Однако отечественное машиностроение оказалось не готово удовлетворить потребность рынка в карьерных гидравлических экскаваторах. Горняки вынуждены заключать контракты с известными зарубежными корпорациями, такими, как «KOMATSU», «Caterpillar» и др. Гидравлические экскаваторы получили широкое распространение за рубежом (табл. 1.4). Таблица 1.4. Техническая характеристика зарубежных карьерных гидравлических экскаваторов типа «прямая лопата» Модель экскаватора, фирма, страна Показатель

РС-650 UH-801 R-991 H-65 12-66D «KOMATSU» «HITACHI» «LIEBHERR» «DEMAG» «KOEHRIHG» Япония Япония Германия Германия США

Рабочая масса, т

65

157

139

70

130

Вместимость ковша, м3

3,8

7,0

5,6

4,3

6,3

Мощность главных приводов, кВт

310

610

520

330

480

Расчетное усилие копания, тс

23

50

45

25

50

Высота копания, м

8,8

11,5

11,0

9,0

9,8

Радиус копания, м: максимальный на уровне стояния

10,0

15,6

16,0

9,8

15,8

9,0

13,5

Скорость передвижения, км/ч

3,1

2,1

2,85

9,4

13,0 2,95

2,3

Новокраматорский машиностроительный завод с 1994 г. также приступил к выпуску карьерных машин ЭКГ-5Н и ЭКГ-10Н. Вскрышной экскаватор этого завода ЭВГ-35.65М с ковшом вмести15

мостью 35 м3 и длиной стрелы 65 м является наиболее мощной из современных машин стран СНГ. Гусеничные вскрышные мехлопаты типа ЭВГ предназначены для отработки уступов выше уровня установки в породах I–III категорий крепости без предварительного рыхления и со взрывным рыхлением более крепких пород, на разрезах при бестранспортной разработке с непосредственной разгрузкой горной массы на отвал в выработанное пространство. Вскрышные экскаваторы в бывшем СССР выпускались с ковшами вместимостью 35 м3. Однако вскрышные лопаты по основным показателям (длина стрелы, радиус черпания, разгрузки) не конкурентоспособны по сравнению с драглайнами. Их производство прекращено. За последнее время в мире не выпущено ни одной вскрышной лопаты, за исключением ЭВГ-35.65М. Стрела и надстройка экскаватора ЭВГ-35.65М с ковшом вместимостью 35 м3 выполнены для облегчения конструкции из тонкостенных трубчатых элементов. Стрела длиной 65 м состоит из верхней и нижней секций, шарнирно соединенных между собой. Механизм напора – коленно-рычажного типа. Длина рукояти экскаватора составляет 37 м, высота черпания – до 40 м, радиус разгрузки – не более 62 м. Шагающие экскаваторы-драглайны типа ЭШ представляют собой полноповоротные электрические машины с шагающим ходовым оборудованием. Они предназначены для выемки нижним (реже верхним) черпанием пород I–IV категорий крепости и более крепких после их взрывного рыхления при производстве вскрышных работ по бестранспортной системе разработки с отгрузкой породы в отвал, в выработанное пространство или на борт карьера. Драглайны имеют преимущество перед вскрышными лопатами при большой мощности вскрыши (свыше 30 м), при низкой несущей способности грунтов и в стесненных условиях карьера, где требуется высокая маневренность. У драглайна меньшая металлоемкость и стоимость по сравнению со вскрышными лопатами при одинаковых рабочих параметрах. Он не уступает вскрышной лопате по производительности, особенно в условиях хорошо подготовленных взрывом забоев. Эксплуатация драглайнов разрешается на высоте не выше 1 000 м над уровнем моря при скорости ветра до 20 м/c (НКМЗ) и до 25 м/с (УЗТМ) при относительной влажности воздуха не выше 90 %. 16

Шагающие экскаваторы в СНГ выпускают УЗТМ в России (рис. 1.3) и НКМЗ на Украине. УЗТМ выпускались следующие модели драглайнов: с 1949 по 1959 гг. 1958 г. 1967 г. 1971 г. с 1959 г. с 1965 по 1980 гг. с 1981 по 2001 гг. с 1978 по 1979 гг. с 1982 г. 1977 г.

ЭШ-14.75 и ЭШ-14.65 (к моменту выпуска самые мощные в мире), ЭШ-10.75 ЭШ-25.100 № 1 ЭШ-25.100А № 2 ЭШ-25.100А № 3 ЭШ-15.90 ЭШ-15.90А ЭШ-20.90 ЭШ-40.85 № 1 и 2 ЭШ-40.85С ЭШ-100.100 № 1, ЭШ-65.100

27 шт.

25 шт. 119 шт.

Рис. 1.3. Шагающий экскаватор в забое разреза «Черногорский»

УЗТМ планирует выпускать ЭШ-20.90 большей (на 25 %) производительности. По спецзаказу выпускаются ЭШ-15.100 и ЭШ-40.100. Последняя модель признается наиболее перспективной на ближайшие 10–15 лет. 17

ОАО «Уралмаш» предлагает заказчикам 13 типоразмеров шагающих экскаваторов, в том числе 6 (отмечены звездочкой) с пониженным на 20–25 % удельным давлением на грунт: Базовая модель ЭШ-11.75 ЭШ-20.90 ЭШ-25.90*

Модификация ЭШ-15.100 ЭШ-24.95 ЭШ-20.100* ЭШ-15.110* ЭШ-30.110* ЭШ-25.120* ЭШ-40.130

ЭШ-40.100 ЭШ-65.100 ЭШ-100.125

Начиная с 1949 г., ОАО «Уралмаш» выпустил 240 крупных шагающих экскаваторов с ковшами вместимостью от 14 до 100 м3 и длиной стрелы от 65 до 100 м. Новое направление в развитии экскаваторов-драглайнов ОАО «Уралмаш» – гусеничные драглайны (табл. 1.5). Таблица 1.5. Техническая характеристика гусеничных драглайнов ОАО «Уралмаш» Показатель

ЭДГ-3,2.30

ЭДГ-3,2.30А

ЭДГ-4.25

ЭДГ-4.25А

Вместимость ковша, м3

3,2

4,0

Длина стрелы, м

30

25

Радиус черпания наибольший, м

28,9

Высота выгрузки наибольшая, м

29,9

24,4

10,65

8,65

Среднее удельное давление на грунт, кгс/см2

1,6

1,3

1,6

1,3

Масса экскаватора, т

189

194

184

189

1 100

1 400

1 100

1 400

Ширина гусеничного звена, мм

Примечание. Остальные показатели для этих модификаций драглайнов имеют общие значения: угол наклона стрелы – 30о, глубина черпания наибольшая – 15 м, скорость передвижения – 0,55 км/ч, допустимый наклон рабочей площадки – 3о, расчетная продолжительность цикла при работе в отвал и угле поворота 120о – 42 с, мощность сетевого двигателя – 250 кВт, масса закладного противовеса – 30 т.

18

На Украине НКЗМ выпускались следующие модели экскаваторов: с 1948 по 1951 гг. с 1952 по 1984 гг. с 1958 по 1960 гг. с 1961 по 1971 гг. с 1971 по 1987 гг. с 1985 г. с 1988 г.

ЭШ-1 (3,4.38) ЭШ-4.40, ЭШ-5.45, ЭШ-6.45М ЭШ-6.60 ЭШ-10.60 ЭШ-10.70 и его модификация ЭШ-13.50 ЭШ-6,5.45 ЭШ-11.70, ЭШ-14.50, ЭШ-15.80 и его модификации ЭШ-20.65 и ЭШ-10.100

Планируется на базе ЭШ-6,5.45 выпускать серию драглайнов с вместимостью ковша 5–10 м3 и длиной стрелы 45–30 м. Экскаваторы ЭШ-11.70 и ЭШ-14.50 снабжены стрелой из углового проката. По сравнению с базовыми моделями ЭШ-10.70А и ЭШ-13.50 они обладают рядом новых технических решений, обеспечивающих повышение производительности машины на 10 % при снижении удельной металлоемкости почти на 8 % (табл. 1.6). Таблица 1.6. Техническая характеристика драглайнов НКМЗ ЭШ- ЭШ6,5.45 11.70

Показатель

ЭШ14.50

ЭШ15.80

ЭШ- ЭШ20.65 10.100

Наибольший радиус копания, м

43,5

66,5

46,5

76,5

61,0

93,5

Наибольшая глубина копания, м

22

35

21

40

31

49

19,5

27,5

20,5

32,0

27,0

42,0

Теоретическая производительность, м /ч

557

754

1 292

930

1 385

600

Конструктивная масса, т

295

623

615,5

1 120

1 070

1 130

Наибольшая высота разгрузки, м 3

Преимущественный выпуск и использование драглайнов на вскрышных работах в России и за рубежом объясняется их большой универсальностью для применения в сложных горно-геологических условиях и экономичностью в эксплуатации.

1.2. Экскаваторы непрерывного действия Карьерные роторные экскаваторы начали широко применяться в 1935–1936 гг. на открытых горных работах в Германии. Лидирую19

щая роль Германии в области производства и использования роторных экскаваторов сохранилась до настоящего времени (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Роторный экскаватор ТАКРАФ SRs (K) 4000

В 50–60-е гг. производство и использование роторных экскаваторов были развернуты в странах Восточной Европы (Чехословакия, Югославия, Польша) и особенно в Советском Союзе. Создание роторных экскаваторов было организовано на Новокраматорском и Донецком машиностроительных заводах (Украина). Используя немецкий опыт создания роторных экскаваторов, на этих заводах были созданы оригинальные образцы роторных экскаваторов, приспособленные к специфическим горно-геологическим и климатическим условиям отечественных угольных и рудных месторождений (повышенные усилия копания, возможность работы при отрицательных температурах, низкой несущей способности грунтового основания, способности пород к налипанию и намерзанию). В настоящее время производство роторных экскаваторов сосредоточено главным образом на Новокраматорском, Донецком и Азовском машиностроительных заводах (Украина), фирмах «KRUPP», «ЛМГ», «Оренштейн Коппель», «Такраф» (Германия), «Витковицкий концерн» (Чехия). На открытых горных работах в СНГ роторные экскаваторы широко применяются на угольных разрезах Сибири (Канско-Ачинский и Иркутский бассейны), Казахстана (Экибастузский бассейн), Украины 20

(Днепропетровский буроугольный бассейн), на марганцевых карьерах Украины, железорудных карьерах Курской магнитной аномалии, карьерах Казахстана и Узбекистана. Многообразие горно-геологических и климатических условий, большой диапазон производительности обусловили значительную вариацию рабочих параметров и принципиальных конструктивных схем выпускаемых роторных экскаваторов. Производительность экскаваторов колеблется от 200 до 19 000 м3/ч по разрыхленной горной массе, высота отрабатываемых уступов – от 6 до 50 м и масса экскаваторов – от 50 до 13 000 т. В отечественной практике принята следующая градация карьерных роторных экскаваторов по их номинальной теоретической производительности, м3/ч: Малые…………………………………………………. до 630 Средние…………………………………………… 630–2 500 Большие………………………………………….. 2 500–5 000 Мощные…………..……………….…...………… 5 000–10 000 Сверхмощные……………………...………….… свыше 10 000

По принципиальным компоновочным схемам большинство выпускаемых роторных экскаваторов выполняется с невыдвижной стрелой, что существенно упрощает ее конструкцию. Каждая новая стружка образуется перемещением машины. Преобладающий тип ходового оборудования роторных экскаваторов – гусеничный: двухгусеничный и трехопорный многогусеничный. Первый тип ходового оборудования характерен для машин массой до 1–12 тыс. т, второй тип – для более тяжелых машин. Оригинальный тип ходового оборудования (шагающерельсовый) создан на НКМЗ применительно к экскаваторам массой более 2–3 тыс. т. Применение шагающе-рельсового ходового оборудования в сравнении с многогусеничным обеспечивает значительное повышение маневренности машины, уменьшение максимальных удельных давлений на грунт в 1,5–2,5 раза. У отечественных роторных экскаваторов (табл. 1.7, 1.8) принята следующая маркировка. Начальные буквы в обозначении марки экскаваторов ЭРШРД, ЭРГ, ЭР показывают тип экскаватора (ЭР – роторный); тип ходового оборудования (ШР – шагающе-рельсовое, Г – гусеничное, индекс может быть опущен или стоять в конце маркировки); назначение (Д – добычной или П – с повышенным коэффициентом удельного усилия копания КF). Далее приводится производитель21

ность экскаватора в кубических метрах в час по рыхлой массе при номинальном КF и после точки через черточку записывается отношение высоты к глубине копания в метрах. Если экскаватор имеет центробежный ротор, то в его маркировку вводится индекс «Ц». А если имеется выдвижная стрела, то через тире вписывается числовое значение величины выдвижения в метрах. Таблица 1.7. Техническая характеристика новых роторных экскаваторов НКМЗ

Показатель

С нормальным усилием копания (по 0,8 МПа)

С высоким усилием копания (до 1,4 МПа)

ЭРЭРЭРЭРЭРПЭРПЭРП7000/30 7000/35 7000/40 7000/45 7000/30 7000/35 7000/40

Производительность: объемная, м3/ч

7 000 10 000

по массе, т/ч

8 000 12 000

7 000 10 000

8 000 12 000

Мощность привода ротора, кВт

2х500

2х530

1 250

2х500

2х1 000

2х800

2х1 250

Высота отрабатываемого уступа, м

30

35

40

45

30

35

40

3 750

4 150

4 050

4 350

5 500

Конструктивная масса, т

5 400

Примечание. Питающее напряжение для ЭР-7000/35 составляет 10 000 и 6 000 В, а для остальных экскаваторов – 10 000 В. Таблица 1.8. Техническая характеристика роторных экскаваторов Донецкого машиностроительного завода Показатель Производительность: объемная, м3/ч по массе, т/ч

ЭРГВ- ЭР- ЭРЭРЭРП630 1250 1250Д 1250-ОЦ 1250 630 1 350 1 000 1500

Мощность привода ротора, кВт

300

Высота отрабатываемого уступа, м

10

Конструктивная масса, т

305

1 250

2 300

3200

3 800 500

16 700

17

16

18

20,5

1 050

1 090

1 065

Примечание. Питающее напряжение для экскаваторов – 6 000 В.

22

ЭРП1600-Ц

1 650

320 17

ЭРП1600

На разрезах и карьерах эксплуатируются роторные экскаваторы Азовского и Новокраматорского машиностроительных заводов (табл. 1.9). Таблица 1.9. Техническая характеристика роторных экскаваторов Азовского и Новокраматорского машиностроительных заводов Показатель Назначение экскаватора Производительность: объемная, м3/ч по массе, т/ч Мощность привода ротора, кВт Длина стрелы ротора, м Конструктивная масса, т Подводимое напряжение, В

Азовмаш ЭРП-2500 Добычной

НКМЗ ЭРШР-5000 ЭРШРД-5000 Вскрышной Добычной

2 500 3 600 860 27,0 1 860 6 000

5 000 6 750 1 150 63,3 4 250

1 720 57,0 4 700 10 000

Цепной экскаватор – самоходная выемочно-погрузочная машина непрерывного действия на рельсовом, гусеничном или реже шагающем ходу с поворотной либо неповоротной платформой, предназначенной для ведения вскрышных или добычных работ верхним либо нижним черпанием в породах и углях невысокой (до 0,6–0,7 МПа) крепости. Цепные экскаваторы, применяемые на горнодобывающих предприятиях, имеют теоретическую производительность от 300–400 до 6 000 м3/ч, массу от 200–300 до 5 000 т. В мире основным изготовителем и потребителем карьерных цепных экскаваторов является Германия. На горнодобывающих предприятиях стран СНГ (главным образом в Европейской части) работает около 40 цепных экскаваторов различных типов с теоретической производительностью 400–2 000 м3/ч. В угольной промышленности наибольшее применение цепные экскаваторы нашли на буроугольных разрезах Днепровского бассейна. Цепной экскаватор работал на Назаровском разрезе компании «Красноярскуголь» (рис. 1.5). К основным преимуществам цепных экскаваторов по сравнению с роторными можно отнести: возможность работы верхним и особенно нижним черпанием; качественную планировку рабочего горизонта 23

под любым углом залегания; возможность отработки весьма тонких пластов; низкую кусковатость экскавируемой массы; равномерную нагрузку на вал привода ковшовой цепи; отсутствие многочастотных колебаний конструкций экскаватора в целом.

Рис. 1.5. Цепной экскаватор в забое Назаровского разреза

Процесс экскавации экскаваторов фрезерного типа осуществляется за счет вращения широкозахватного рабочего органа роторного или шнекового типа и непрерывного горизонтального перемещения всей машины. Экскаваторы фрезерного типа обеспечивают отработку горного массива средней крепости (до f = 7–8) без предварительной буровзрывной подготовки. Конструктивно-технологические особенности фрезерных машин (табл. 1.10) предопределяют послойную отработку уступов по высоте и полосовую отработку в каждом слое. Созданием нового типа оборудования в настоящее время занимаются главным образом фирмы «WIRTGEN», «KRUPP» (Германия) и компания «RAHCO» (США). 24

Теоретическая производительность по разрыхленной горной массе, м3/ч Расчетная техническая производительность по плотной массе, м3/ч Ширина захвата (полосы), м Диаметр рабочего органа, м Наибольшая высота отрабатываемого слоя, м Мощность привода рабочего органа, кВт Удельная энерговооруженность (при расчетной производительности), кВт·ч/м3 Скорость хода при расчетной производительности, м/мин Конструктивная масса, т

Показатель

0,40

0,25

25

60

1,27

0,95

65

3,0

2,6

0,39

720

390

0,72

1 000

560

129

0,43

450

0,47

1,40

3,5

1 050

1 500

3500SM

10,0

3000SM

280

2600SM

155

0,37

550

0,60

2,1

4,2

1 500

2 100

190

1,7

370

2,50

3,55

5,6

1 400

2 000

0,26

380

2,4

740

2,75

3,85

7,1

2 800

4 000

4200SM КСМ-2000 КСМ-4000

Машины фирмы «WIRTGEN»

Машины фирмы «KRUPP»

Таблица 1.10. Техническая характеристика машин фрезерного типа

400

1,3

0,79

1 100

3,00

4,50

6,0

1 400

2 000

КСМ-2000

Машина германороссийского производства

Нет свед.

475 л.с.

0,15 – 4,26

Нет свед.

3,65

400 т/ч

800 т/ч

СМЕ-12

Машина фирмы «RAHCO»

Машины приспособлены в основном к отработке сложноструктурных залежей горизонтального и слабонаклонного залегания при относительно небольших значениях мощностей отдельных пластов и породных пропластков. Их целесообразно использовать в сочетании с автотранспортом при относительно невысоких объемах горных работ либо введением в состав горнотранспортного оборудования дополнительного звена (перегружателя), осуществляющего связь между непрерывно перемещающейся экскавационной машиной и, например, линией ленточных конвейеров.

1.3. Перспективные конструкции выемочно-погрузочных машин и горных комплексов Как отмечалось в п. 1.1, в России одним из ведущих производителей экскаваторной техники является компания ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Она имеет более чем 50-летний опыт производства карьерных экскаваторов. Основу парков добычной техники всех крупных горных предприятий России, Казахстана, Украины и Узбекистана составляют машины ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Это ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-15 и их модификации. Сегодня стратегия компании направлена на разработку новой линейки экскаваторов с ковшами вместимостью 10–65 м3. Это ЭКГ-12К, ЭКГ-20, ЭКГ-30, ЭКГ-50. Каждый типоразмер экскаватора спроектирован под автосамосвал оптимальной грузоподъемности, исходя из условий их загрузки за 3–5 циклов экскаватора. Новая линейка экскаваторов ИЗ-КАРТЭКС включает четыре типоразмерные группы [8, 14]: К первой типоразмерной группе относится экскаватор ЭКГ-12К (рис. 1.6) [6] с ковшами вместимостью 10–16 м3, его базовый ковш 12 м3 рассчитан для тяжелых условий эксплуатации при разработке горных пород IV категории прочности. ЭКГ-12К предназначен для работы с автосамосвалами грузоподъемностью 75–110 т, он призван заменить в парках горных предприятий экскаваторы ЭКГ-8И и ЭКГ-10. Экскаватор ЭКГ-12К имеет традиционную для ОАО «Ижорские заводы» схему рабочего оборудования, в которой канатный напор сочетается с шарнирно-сочлененной двухбалочной стрелой и однобалочной рукоятью круглого сечения со встроенным механизмом демпфирования. Преимуществом этой схемы рабочего оборудования является разгруз26

ка стрелы от изгиба (в вертикальной плоскости), а рукояти от кручения, что наряду со снижением динамических нагрузок в напорном механизме приводит к уменьшению веса рабочего оборудования.

Рис. 1.6. Перспективный экскаватор первой типоразмерной группы ЭКГ-12К (ООО «ИЗ-КАРТЭКС»)

Стрела длиной 14,35 м состоит из двух шарнирно-сочлененных секций: верхней и нижней. Секции стрелы двухбалочные с мощными поперечными связями между балками. В местах сочленения секций стрелы на напорной оси расположен седловой подшипник, в котором перемещается рукоять, а также направляющие блоки напорного и возвратного канатов. Однобалочная трубчатая рукоять (по сравнению с двухбалочной) имеет существенно меньший вес, что позволяет увеличить усилие резания на зубьях ковша и продлить срок службы. В хвостовой части рукояти установлен механизм демпфирования двустороннего действия, который снижает динамические нагрузки на рукоять и механизм напора при встрече ковша с труднопреодолимым препятствием в забое и при ударе рукояти о седловой подшипник. 27

Передняя стенка и зубья ковша выполнены литыми из высокомарганцовистой, износостойкой стали. На козырьке ковша между зубьями предусмотрены клинообразные утолщения, существенно увеличивающие срок службы козырька. Для увеличения долговечности ковшей их корпус и днище армированы листовыми накладками, имеющими высокую твердость. Экскаватор ЭКГ-12К в отличие от экскаватора ЭКГ-10 выполнен с бесполиспастным механизмом подъема ковша без коромысла и уравнительных блоков, что существенно улучшает условия копания, позволяет реализовать большие усилия на зубьях ковша, увеличивает высоту копания. По сравнению с ЭКГ-10 новый экскаватор имеет, соответственно, на 0,6 и 1,5 м большие радиус и высоту копания, на 0,7 и 1,4 м большие радиус и высоту разгрузки. Радиус копания на уровне стояния у экскаватора ЭКГ-12К на 1,4 м больше, что дает возможность отказаться от дополнительных машин при подготовке подошвы забоя. Поворотная платформа экскаватора состоит из центральной части балочно-рамной конструкции и облегченных боковых площадок. Наиболее тяжелые узлы (электромашинный агрегат, лебедка подъема, механизмы поворота, шкафы электрооборудования и др.) смещены назад от оси вращения, что позволило уменьшить массу противовеса. Поворотная платформа ЭКГ-12К на 0,8 м шире, чем у экскаватора ЭКГ-10, что обеспечивает большие проходы между механизмами и улучшает условия обслуживания и ремонта. Лебедки подъема и напора двухбарабанные с консольным расположением барабанов на выходном валу редуктора и с комбинированными планетарно-рядными редукторами. Используемое разделение силового потока обеспечивает установку зубчатых колес меньшего модуля, увеличение плавности хода, снижение шума и вибрации. Гусеничное ходовое устройство унифицировано с ходовым устройством экскаватора ЭКГ-10. Привод хода на каждую гусеницу осуществляется раздельно через трехступенчатый редуктор и бортовую передачу. Экскаватор сможет преодолевать подъем до 12о. На экскаваторе использована современная цифровая процессорная система управления, обеспечивающая плавность рабочих движений при оптимальных механических характеристиках и высоком коэффициенте полезного действия (КПД). В состав этой системы входят специальные устройства контроля работы электроприводов и диагностики оборудования. 28

Машинист управляет экскаватором с помощью эргономичных двухкоординатных ручных командоконтроллеров (джойстиков), применение которых позволяет снизить утомляемость машиниста и увеличить точность управления механизмами экскаватора. Управление экскаватором осуществляют из двухэтажной виброи шумозащищенной кабины. Верхний этаж кабины двухсекционный, включающий рабочее помещение и комфортабельное помещение для отдыха. На нижнем этаже кабины смонтирована установка регулирования микроклимата. В рабочем помещении установлено виброизолированное кресло-пульт. Кабина герметична, снабжена системой отопления, кондиционером, вентиляцией и обогревом стекол. Вторая типоразмерная группа (рис. 1.7) представлена унифицированным экскаватором ЭКГ-20 с ковшами вместимостью 16–24 м3 для работы в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью 120–150 т. Базовый ковш 18 м3 предназначен для машины с реечным напорным механизмом ЭКГ-18Р (рис. 1.7, а) и 20 м3 – для машины с канатным типом напорного механизма ЭКГ-20К (рис. 1.7, б). Экскаватор целесообразно использовать как для угольных, так и для рудных горнодобывающих предприятий при наращивании объемов добычи. Третья типоразмерная группа (рис. 1.8) представлена унифицированным экскаватором ЭКГ-30 с ковшами вместимостью 20–50 м3 для работы в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью 190– 240 т. Базовый ковш 32 м3 предназначен для машины с реечным напорным механизмом ЭКГ-32 Р (рис. 1.8, а) и 35 м3 – для машины с канатным напорным механизмом ЭКГ-35 К (рис. 1.8, б). Основные заказчики машины – активно развивающиеся угольные предприятия и горно-металлургические компании, осваивающие новые крупные месторождения полезных ископаемых. Четвертая типоразмерная группа представлена экскаватором ЭКГ-50 (рис. 1.9) с ковшами вместимостью 40–65 м3 для работы в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью 280–340 т. Базовый ковш – 55 м3. Экскаватор предназначен для применения на мощных угольных разрезах и карьерах новых перспективных месторождений. Эффективность применения новой линейки экскаваторов ИЗ-КАРТЭКС по сравнению с серийными машинами ЭКГ-10 и ЭКГ-15 обеспечивается: унификацией машин одного класса в рамках единой платформы (уровень унификации достигает 80 %); 29

а

б Рис. 1.7. Перспективные экскаваторы второй типоразмерной группы ООО «ИЗ-КАРТЭКС»: а – ЭКГ-18Р; б – ЭКГ-20К

30

а

б Рис. 1.8. Перспективные экскаваторы третьей типоразмерной группы ООО «ИЗ-КАРТЭКС»: а – ЭКГ-32Р; б – ЭКГ-35К

31

высокой производительностью и долговечностью машин за счет применения ковшей большей вместимости, бесполиспастной системы подвески ковша, большей надежности и долговечности редукторов и ходового механизма;

Рис. 1.9. Перспективный экскаватор четвертой типоразмерной группы ЭКГ-50 (ООО «ИЗ-КАРТЭКС»)

снижением расхода запчастей и трудоемкости технического обслуживания за счет увеличения ресурса основных механизмов и металлоконструкций, применения автоматической системы централизованной смазки, использования роликовых кругов с коническими роликами, установленными на втулках, не требующих смазки, современных канатов большой ходимости и других конструкторских новаций; применением современной системы приводов, снижающих энергопотребление и увеличивающих срок службы электрооборудования; применением информационно-диагностической системы (ИДС), обеспечивающей диагностику и защиту механического и электрического оборудования, учет основных технологических параметров экскавации. ИДС позволяет выводить на дисплей основные параметры, 32

контролировать работу экскаватора в режиме реального времени. Машинист получает информацию о весе породы в ковше, количестве рабочих циклов, объеме отгруженной горной массы, времени полезной работы и расходе электроэнергии за смену. Не выходя из кабины, он сможет узнать о состоянии главных электроприводов, температуру обмоток и подшипников двигателей, давление в системах сжатого воздуха, уровень масла в редукторах, загрузку двигателей подъема, напора и поворота. Предусматривается система автоматических защит механического оборудования. ИДС должна сигнализировать о превышении контрольных величин усилий в подъемных канатах или механизме напора, о напряжениях в ответственных точках металлоконструкций и др.; созданием комфортных условий труда экипажа за счет применения новой кабины, которая максимально удобна не только для работы машиниста, но и отдыха и приема пищи; увеличением нормативного срока эксплуатации машины с 17 до 20 лет; повышением эффективности использования автосамосвалов большой и особо большой грузоподъемности (120–250 т и более). В мае 2009 г. на Талдинском разрезе ОАО «УК Кузбассразрезуголь» принят в эксплуатацию экскаватор ЭКГ-1500Р с ковшом вместимостью 18 м3, изготовленный в ООО «ИЗ-КАРТЭКС». Он подтвердил свои технические характеристики и показал среднюю часовую производительность 1 000–1 200 м3. Воплощение новой стратегии ООО «ИЗ-КАРТЭКС» было начато с производства экскаватора ЭКГ-12К. В августе 2009 г. отгружен опытный образец для железорудного комбината ОАО «Олкон» (Северсталь-Ресурс). Завершены проектные работы по экскаваторам новой линейки ЭКГ-18Р и ЭКГ-32Р. Поставка этих машин начинается в 2011 г. на угольные разрезы ОАО «УК Кузбассразрезуголь». Переоснащение парков выемочно-погрузочной техники на предприятиях России, Казахстана, Украины, Узбекистана экскаваторами ООО «ИЗ-КАРТЭКС» диктуется все большей долей автосамосвалов грузоподъемностью 120–250 т и более в транспортных парках карьеров. Другим направлением развития экскавационной техники является создание карьерного гидравлического экскаватора с непрерывной разгрузкой горной массы (ЭГН) в ООО «ОМЗ-ГОиТ» (рис. 1.10, табл. 1.11). Экскаватор предназначен для экскавации как связанных 33

горных пород, так и взорванной горной массы. Рабочее оборудование ЭГН такое же, как у традиционных гидравлических экскаваторов типа «прямая лопата». Отличительной особенностью нового экскаватора является оснащение его кольцевым конвейером оригинальной конструкции, что позволяет преобразовать цикличный характер копания в непрерывный поток погружаемой породы. Общая компоновочная схема такой машины исключает необходимость поворота рабочего оборудования машины на разгрузку в процессе рабочего цикла. Разгрузка породы из ковша производится непосредственно в кольцевой конвейер в плоскости копания.

Рис. 1.10. Схема экскаватора ЭГН

По сравнению с гидравлическими экскаваторами традиционного исполнения новая экскавационная машина ЭГН обеспечивает: повышение производительности за счет сокращения продолжительности рабочего цикла; непрерывную погрузку экскавируемой горной массы в различные транспортные средства; возможность использования экскаватора ЭГН в сочетании с перегружателем для погрузки экскавируемой горной массы как в сред34

ства железнодорожного транспорта (в думпкары и полувагоны), так и автомобильного, а также для работы в схемах циклично-поточной и бестранспортной технологии; разгрузку горной массы из ковша в постоянное место, что позволяет автоматизировать часть рабочего цикла копания. Таблица 1.11. Техническая характеристика экскаватора ЭГН Показатель Вместимость основного ковша, м

3

Значение 10,0

Наибольшее усилие на зубе ковша, кН, не менее

800

Радиус копания, м: наибольший на уровне стояния

14 11

Наибольшая высота, м: копания разгрузки

15 6

Расчетная продолжительность цикла копания, с, не более

16

Скорость передвижения по подготовленной трассе, м/с (км/ч), не менее

0,55 (1,5)

Удельное давление на грунт при передвижении, МПа, не более

0,22

Установленная мощность привода, кВт

1 000

Масса, т, не более

280 3

Теоретическая производительность, м /ч, не менее

2250

Производительность ЭГН с ковшом вместимостью 10 м3 эквивалентна производительности гидравлического экскаватора традиционного исполнения с ковшом вместимостью 15–16 м3. Добычной комплекс (ДК) предназначен для экскавации полезных ископаемых и вскрышных пород с их погрузкой в автомобильные и железнодорожные транспортные средства, а также для работы в схемах циклично-поточной технологии, бестранспортной и транспортно-отвальной системах разработки. Добычной комплекс представляет собой сочетание различных видов горного оборудования с непременным присутствием в качестве разрабатывающей машины ЭГН. В ходе проектирования было предложено несколько вариантов исполнения добычного комплекса с различным сочетанием оборудования. 35

Из разнообразия вариантов наиболее экономичным на первой стадии является вариант добычного комплекса, состоящего из экскаватора и перегружателя. Существенное преимущество данного варианта заключается в том, что он легко вписывается в имеющуюся технологию разработки карьера и перспективен для использования на складах. Величина заходки при погрузке в железнодорожный транспорт составляет не менее 21 м, а при работе на складах – до 40 м (рис. 1.11). При увеличении параметров перегружателя или использовании дополнительных конвейеров можно довести величину заходки до необходимых заказчику размеров.

Рис. 1.11. Параметры заходки экскаватора ЭГН с перегружателем

Загрузка автосамосвалов осуществляется как с использованием перегружателя, так и непосредственно экскаватором ЭГН. Расчеты показали, что сочетание экскаваторов типа ЭГН в бестранспортной технологии с драглайнами вместимостью 10–40 м3 и 36

отвалообразователями с радиусом разгрузки 120–150 м позволяет довести суммарную высоту вскрышных уступов до 50–60 м. Сравнительный технико-экономический анализ базовой и новой технологии в зависимости от вариантов технологических схем, параметров оборудования и объемов вскрышных работ свидетельствует о снижении стоимости оборудования до 21 %, численности основного эксплуатационного персонала до 70 %, годовых эксплуатационных затрат до 47 %. Предложенная конструкция комплекса, позволяющая повысить эффективность добычных работ, накладывает следующие ограничения на подготовку горной массы: максимальные размеры куска горной массы не должны превышать 800 мм; содержание глины в породе не должно быть более 15 %. Эксплуатация ЭГН связана с возникновением следующих эксплуатационных рисков: появлением ударных нагрузок на ЭГН при разгрузке; дополнительным источником шума при перемещении горной массы по кольцевому конвейеру; усложнением конструкции; повышением требований к слаженности работы механизмов и автоматизации отдельных операций. Комплекс оборудован автоматической системой управления, которая согласовывает взаимодействие работы механизмов и оборудования, экскавацию и транспортирование горной массы. Ширина заходки ЭГН с погрузкой при использовании перегружателя в железнодорожный транспорт в 2–2,5 раза выше, чем при использовании экскаватора традиционного исполнения, что значительно снижает расходы на перемещения железнодорожных путей. Увеличенная удельная масса ЭГН позволяет реализовать большие усилия копания. Использование ДК с погрузкой горной массы в железнодорожный транспорт с учетом увеличенной ширины заходки дает возможность снизить эксплуатационные расходы на 50–60 млн руб./год по сравнению с погрузкой в автомобильный транспорт. Следует отметить также и то, что поточный способ погрузки в транспорт обеспечивает наименьшее силовое воздействие на последний. Представленный ООО «ОМЗ-ГОиТ» новый способ разработки горных пород с помощью экскаватора типа ЭГН позволяет не только сократить цикл копания и превратить цикличный процесс копания в поточную разгрузку и перемещение горной массы, но и повлиять на 37

развитие новой технологии добычи. Внедрение ДК дает возможность существенно повысить производительность, сократить суммарную численность обслуживающего персонала, получить значительный экономический эффект [5]. В Красноярске конструкторское бюро «Крастяжмаш» (КБ КТМ) работает над новыми конструкциями экскаваторов КТМ, которые ломают сложившуюся классификацию горных экскаваторов на канатные и гидравлические. Они представляют собой новый класс машин с приводом типа «механический толкатель» (МТ), в котором оптимальным образом соединены преимущества обоих классов и устранены все известные недостатки существующих моделей горных экскаваторов. Экскаваторы КТМ – полноповоротные землеройные машины, построенные на базе универсальной платформы (УП), рис. 1.12. На поворотной универсальной платформе смонтирована кабина с органами управления, трансформатор (дизельный электрогенератор) и рабочее оборудование. Экскаваторы КТМ оборудованы системами управления, смазки, тормозной, самодиагностики и сигнализации, вентиляции, балансировки и развесовки, бортовых грузоподъёмных приспособлений. Экскаваторы КТМ имеют модульную компоновку, т.е. состоят из транспортных модулей (ТМ): КТМ-405Т – из четырех ТМ, КТМ-510Т – из пяти ТМ и т. д. Предварительная сборка и настройка ТМ и экскаватора в целом происходит на заводе-изготовителе, после чего машина разбирается на модули, каждый из которых приспособлен для транспортировки на стандартных авто- и железнодорожных платформах. После получения всех ТМ специалисты заказчика под руководством сертифицированного шеф-инженера производят сборку экскаватора в течение нескольких рабочих смен (от 2 для модели КТМ-400 до 7 для КТМ-600). Сразу же после сборки экскаватор КТМ будет готов к началу работы. В пределах одного экскаватора на всех приводах применен один тип электродвигателя – переменного тока с частотным регулированием. Мощность привода достигается путем использования нужного количества электродвигателей, что с учетом резервирования мощности (до 160 %) позволяет сохранить работоспособность узла при выходе из строя одного или двух модулей «электродвигатель – привод». Редукторы хода и поворота дифференциально-планетарного типа, являются собственной патентованной разработкой КБ КТМ, в течение эксплуатации в ремонте не нуждаются, т.е. имеют расчетный ресурс, сравнимый с ресурсом экскаватора в целом. 38

1

а 3

5

2 4 б

Рис. 1.12. Внешний вид (а) и строение (б) универсальной платформы КТМ-400: 1 – электродвигатели приводов хода и поворота; 2 – редуктор привода поворота; 3 – редуктор привода хода; 4 – механический толкатель натяжения гусеничной ленты МТ-50; 5 – механический толкатель угла установки гусеничной тележки, системы балансировки и развесовки МТ-100

39

Питание в бортовую сеть подается от внешнего источника либо от бортового дизельного электрогенератора. Универсальная платформа – силовая пространственная рама, закрытая съемными капотами, со смонтированными в ней приводами хода, поворота, силовым электрооборудованием. Опорно-поворотное устройство (ОПУ), расположенное в универсальной платформе, представляет собой конусную цапфу, установленную на серийные роликовые подшипники качения. С внешней стороны справа и слева УП на независимой подвеске смонтированы гусеничные тележки, на корме установлен кабельный барабан (300 м кабеля). Гусеничные тележки (рис. 1.13) имеют свободный ход вокруг оси ведущего колеса с углом установки относительно УП ±4 %, что обеспечивает разницу высоты между правым и левым передним направляющими катками (например, УП КТМ-400 – до 0,5 м). Независимая подвеска в автоматическом режиме устанавливает опорные поверхности гусеничных тележек на четыре опорные точки, что исключает ударные нагрузки на силовые элементы конструкции («качание» экскаватора) во время копания.

4о 4о

Рис. 1.13. Схема гусеничных тележек КТМ

Гусеничные тележки оборудованы механическим токателем натяжения гусениц с ручным приводом. Гусеница разъемная, состоит из цепи и съемных башмаков (сталь 110Г13Л). Гусеничные тележки передвигаются по цепи гусеницы на опорных катках в балансирах, заднем направляющем и переднем направляющем натяжном катках. Усилие на цепь передается ведущим колесом, расположенным в верхней части гусеничной тележки. Между ведущим колесом и пе40

редним направляющим катком гусеницу поддерживают направляющие катки, исключающие избыточное провисание и растяжение гусеничной цепи. Необходимо отметить, что универсальная платформа может выполнять функцию транспортной платформы для перемещения особо тяжелых и габаритных грузов, а также нести на себе иное оборудование (например, буровой станок, перегружатель, подъемный кран и т.д.). Кабина рассчитана на двух членов экипажа с одним рабочим местом и зоной для отдыха, шумоизолирована, оборудована системами приточно-вытяжной вентиляции, пылеудаления, кондиционирования и вибропоглощения; оснащена защитным силовым козырьком, остеклением «триплекс», подогревом переднего стекла, дворником переднего стекла, боковой форточкой, круговым трапом для обслуживания, аудиоусилителем и высококачественными динамиками, системой громкой связи. Рабочее место машиниста – эргономичное кресло с регулировками и подогревом, удобно расположенными органами управления типа «джойстик», ЖК-монитором с высоким разрешением, системами управления и диагностики-сигнализации, а также системой кругового видеообзора. Зона для отдыха – откидной столик и встроенная тумбочка с холодильником, микроволновой печью и розетками ~220 В для чайника, а также эргономичное кресло для помощника машиниста. Экскаваторы КТМ отличаются возможностью монтажа на универсальную платформу различных типов рабочего оборудования: «П» (параллелограмм) – экскаватор – погрузчик прямая лопата; «О» – экскаватор – погрузчик обратная лопата; «Т» (треугольник) – экскаватор – прямая механическая лопата; «РК» (роторный комплекс); «Д» (драглайн); «КП» (конвейерный перегружатель); «ПК» (подъемный кран). Каждому классу УП соответствует рабочее оборудование, имеющее определенные параметры (табл. 1.12). Привод рабочего оборудования осуществляется разработанным «КБ КТМ» патентованным приводом «механический толкатель» (рис. 1.14), представляющем собой подшипнико-винтовую пару оригинальной конструкции, заключенную в пыле- и влагонепроницаемый кожух. Этот линейный механический редуктор при массе от 6 до 15 т 41

создает нагрузку от 100 до 800 т в диапазоне от 2 до 8 м и обеспечивает линейную скорость хода толкателя до 2 м/с. Механизм сохраняет работоспособность даже при значительном неравномерном износе винта (до 1 мм на 1 м длины). Высокие ресурсные характеристики достигаются использованием в качестве материала винта кованой стали ШХ-15. Таблица 1.12. Возможные параметры рабочего оборудования на базе УП КТМ Рабочая масса, т (вместе с рабочим оборудованием) 120–210

УП

КТМ-400

Допус- Скорость тимая передвимасса жения по перево- ровной позимого верхности, груза, т м/ч 300

Рабочее оборудование и его параметры «Д», вме«П», «О», «РК», простимость «Т», вмеизводиковша, м3 стимость тельность, / вылет ковша, м3 т/ч стрелы, м

«ПК», вылет стрелы, м

5–12

От 5/40 до 6/35

До 40

6–20

От 6/70 до 10/40

2 000

200–600

180–350

КТМ-500

600

600–1 000 До 70

420–800

КТМ-600

1 200

1 500

6–30

От 10/80 1 200–2 000 До 120 до 15/60

650–1 000

КТМ-800

2 000

1 000

25–40

От 15/90 2 500–4 000 До 160 до 25/70

Система управления диагностирует тип рабочего оборудования, смонтированного на УП, обеспечивает корректное управление всеми заявленными функциями, не допускает управления экскаватором без специального ключа. Она оборудована механическими и электронными ограничителями и предохранителями всех критических режимов эксплуатации. С помощью блока GPS или ГЛОНАСС система управления обеспечивает точную фиксацию местоположения экскаватора, позволяет передачу с помощью средств связи необходимых параметров в диспетчерскую, интуитивно понятно отображает в режиме реального времени происходящие процессы на ЖК-экранах с высоким разрешением (в том числе визуализирует положение центра тяжести, углы наклона гусеничных тележек, работу кинематики рабочего оборудования, положение рабочего органа, массу породы в ковше, состояние всех систем экскаватора). Кроме того, она позволяет проводить диагностику и своевременное выявление критических ре42

жимов эксплуатации и неисправностей, предупреждает о необходимых планово-предупредительном (ППР) и капитальном ремонте (КР), имеет специальный блок архивирования данных («черный ящик»), обеспечивающий фиксацию и запись всех режимов работы за заданный период времени с выдачей параметров по запросу. Также система управления измеряет, рассчитывает и записывает ряд показателей, например, таких, как количество циклов, масса погруженной породы, моточасы наработки каждого узла и экскаватора в целом, энергозатраты на погруженную тонну для каждого машиниста.

Рис. 1.14. Внешний вид механического толкателя

Система смазки экскаватора автоматическая, с системой фильтрации, самодиагностики и резервации, имеет два независимых контура – на поворотной платформе и внутри универсальной платформы. Смазка автоматически и точечно подается во все зоны трения всех вращающихся механизмов. Подшипники всех катков, сочленений стрелы выполнены по закрытой схеме и набиваются смазкой, рассчитанной на период между ППР. Каждый контур системы смазки включает маслостанцию, два маслонасоса (основной и резервный), масляные фильтры, систему диагностики и сигнализации (чистота, наличие стружки, температура, давление) работоспособности маслонасоса, механизм автоматического переключения на резервный маслонасос в случае аварийной остановки основного, трубы и шланги маслопроводов. Система самодиагностики и сигнализации обеспечивает снятие необходимых параметров со всех датчиков всех узлов и механизмов, 43

диагностирует приближение критических режимов, передает необходимую информацию в систему управления, автоматически принимает экстренные контраварийные меры в случае бездействия экипажа (аварийное отключение электроэнергии, сверхнормативная нагрузка на рабочее оборудование, превышение безопасных углов наклона экскаватора, превышение лимитов ресурса узлов до ППР, КР, неисправность системы смазки, неисправность тормозной системы, превышение предельной температуры масла в системе смазки и воздуха в технологических отсеках), обеспечивает автоматическое выравнивание нагрузки на ходовое оборудование (управление домкратами качалок независимой подвески гусеничных тележек) во время копания. Тормозная система экскаватора гидроэлектрическая. Тормозными механизмами (ремень с асбестовыми накладками по стальному барабану в масляной ванне) оборудованы все механические толкатели, редукторы поворота, хода (правый, левый), ротора (в случае роторного комплекса), тяговый и подъемный (в случае драглайна), приводного барабана (в случае конвейерного перегружателя). Тормозные механизмы «безремонтные», т.е. их ресурс рассчитан на весь срок службы экскаватора. Исполнительные механизмы системы торможения – серийные крановые электрогидротолкатели, имеющие встроенную систему автоматической блокировки при аварийном отключении электропитания. Система вентиляции обеспечивает создание и поддержание заданной температуры и чистоты воздуха в технологических отсеках, а также кабине экскаватора. Система балансировки и развесовки обеспечивает снятие параметров с датчиков нагрузки, автоматическое управление механическими толкателями качалок гусеничных тележек с целью выравнивания нагрузок, рассчитывает и передает в систему управления положение центра тяжести экскаватора относительно безопасной зоны. Система бортовых грузоподъёмных приспособлений позволяет производить замену двигателей всех приводов, демонтаж и монтаж всех редукторов без привлечения специальной техники. Семейство экскаваторов на базе УП КТМ-400 включает в себя все основные типы горных экскаваторов – прямую и обратную лопату, экскаватор-погрузчик с подвижным ковшом (рис. 1.15), драглайн. Экскаваторы этого семейства разрабатывались с учетом сложившейся за долгие годы практики и технологии добычи в первую очередь на территории стран бывшего СССР. 44

Базовая модификация платформы КТМ-405Т – прямая механическая лопата (рис. 1.16) с базовым ковшом 5 м, по основным параметрам копания аналогична самому распространенному на этой территории экскаватору типа ЭКГ-5. При этом она обладает значительно превосходящими ЭКГ-5 остальными параметрами и имеет уникальные дополнительные свойства, ранее никогда не использовавшиеся в области экскаваторостроения. Предполагая, что экскаваторы КТМ могут быть использованы вне сложившейся технологии добычи (на складах, для перегрузки, на вновь формируемых участках добычи), специалисты «Крастяжмаша» разработали модификации с уменьшенным радиусом копания и увеличенным объемом ковша (7–10–12 м3, при удельной массе породы 2,2 т на 1 м3 и до 18 м3 при 0,9 т на 1 м3), экскаваторы с подвижным ковшом (5–8–12 м3) для селективной выемки, отработки наклонных пластов, обратную лопату, а также экскаватор-драглайн (рис. 1.17) и роторный комплекс (табл. 1.13). Одним из узких мест традиционных схем открытой разработки твердых полезных ископаемых является жесткая зависимость высоты разрабатываемого уступа от линейных параметров карьерных экскаваторов. Это обстоятельство ограничивает высоту уступа – основного элемента транспортной системы разработки – в пределах 10–15 м, величина которой практически не меняется вот уже 30–40 лет, тогда как глубина разрезов увеличилась в 3–4 раза, вместимость ковшей карьерных экскаваторов увеличилась до 15–20 м3 и более, а объемы разрабатываемой горной массы возросли в 4–5 раз. В результате этого на разрезе работает мощная техника на небольших уступах. Так, например, на разрезе «Нерюнгринский» отработка вскрышных пород на глубину 300 м ведется уступами высотой 15 м с использованием экскаваторов ЭКГ-20. В рабочей зоне находится до 20 уступов, имеет место выполаживание рабочего борта до 15–16о. Общая длина фронта работ породных уступов превышает 50–60 км. Это приводит: к необходимости выполнения дополнительного большого объема вскрышных работ; низкому коэффициенту использования карьерных экскаваторов; снижению эффективности во всех звеньях горного производства – на экскавационных работах, транспортных, буровзрывных, вспомогательных.

45

а Высота, м Ось вращения

Расстояние, м б Рис. 1.15. Внешний вид (а) и траектории копания (б) экскаватора КТМ-405ПУ

46

а Высота, м Ось вращения

Расстояние, м б Рис. 1.16. Внешний вид (а) и траектории копания (б) экскаватора КТМ-405Т

47

а Расстояние, м

Ось вращения

Расстояние, м б Рис. 1.17. Внешний вид (а) и траектории копания (б) экскаватора КТМ-405/40Д

48

Таблица 1.13. Технологические параметры экскаваторов на базе универсальной платформы КТМ-400 Параметр

КТМ- КТМ- КТМ- КТМ- КТМ- КТМКТМКТМ-405О 405Т 407Т 410ТТ 412ТТ 405ПУ 408П 405/40Д

Вместимость сменного ковша, м3, при заданной массе породы: 2,2 т/м3 1,7 т/м3 1,1 т/м3 0,9 т/м3 Тип рабочего оборудования

5 6 8 10

Ширина базового ковша, м

2,5

2,8

3

3,5

2,5

2,8

Максимальный радиус, м: черпания разгрузки при максимальной высоте

14

12

14

12

14

12

12

10

12

11

10

Максимальная высота, м: копания эффективная 12 разгрузки

11

12

11

12 9

11

Максимальная глубина черпания ниже уровня стояния, м

–1

–3,4

–2,4

Расчетная продолжительность цикла, с

7 8 10 12

10 11 12,5 14

12 14 16 18

Прямая механическая лопата

7

–1,4 19

–1,4

–1

21

26

5 6 8 10

8 9 11 12

5 6 8 10

Погрузчик – Погрузчик – Драгпрямая лопата обратная лайн лопата 2,5

14 9

32

10

4 32

–6

–30

8

19

Скорость передвижения по ровной поверхности, м/ч, до

2 000

Единичная мощность примененного электродвигателя, кВт / тип

55 / ПЧ (с преобразователем частоты)

Мощность привода, кВт (количество электродвигателей, шт.): хода поворота

35

45

220 (4) 220 (4)

подъема 220 (4) 275 (5)330 (6)385 (7) 330 (6) 385 (7) 330 (6) напора тяговой ле110 (2) 165 (3) 220 (4) бедки для драглайна

49

110 (2)

Окончание табл. 1.13 Параметр

КТМ- КТМ- КТМ- КТМ- КТМ- КТМКТМКТМ-405О 405Т 407Т 410ТТ 412ТТ 405ПУ 408П 405/40Д

Номинальная мощность трансформатора, кВт

250

Максимальная сила, тс: взлома подачи вперед Усилие на зубьях ковша, тс Тип привода рабочего оборудования Длина кабеля в барабане, м Количество опорных катков / количество балансиров Напряжение питающей сети, кВ Возможность применения встроенного дизельного генератора Масса рабочая, т Удельное давление на грунт, кг/см2, при ширине башмака гусеничной ленты: 700 мм 800 мм 900 мм Количество ТМ

400

350

0

300

30

25

35

35

400

45

40

50

35

40 МТ

Канат 300 6/3 6 Есть

120

135

140

125

135

125

160

1,7 1,5 1,3

1,85 1,64 1,45

2 1,75 1,55

1,8 1,56 1,4

1,9 1,7 1,5

1,8 1,56 1,4

2,3 2 1,8

5

4

5

4

6

4

Время сборки / разборки бригадой из 5 чел., рабочих смен по 8 ч

3

За последние 25–30 лет железорудные карьеры Кривбасса также углубились до 250–300 м. При этом высота уступа практически осталась прежней. Попытки увеличить высоту уступов при транспортной системе разработки ограничивались следующим правилом: высота уступа не должна быть больше высоты черпания экскаватора. 50

В Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) и ФГУП «Национальный научный центр горного производства “Институт горного дела им. А. А. Скочинского”» (ФГУП ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского) [7] были выполнены НИР, в результате которых был предложен и разработан новый экскаватор-кранлайн с нижним черпанием и погрузкой горной массы ковшом с гибкой связью в транспорт на уровне своего стояния (рис. 1.18). При использовании этого экскаватора высота уступа может быть увеличена до 30–40 м. Отличительной особенностью предложенного экскаватора от традиционных является то, что он имеет преимущество драглайна осуществлять выемку уступов нижним черпанием и преимущество мехлопаты осуществлять точную и безударную погрузку горной массы в транспортные средства. Это удалось решить за счет применения двух дополнительных блоков канатов, установленных в средней части конструкции укороченной стрелы с целью фиксации ковша перед разгрузкой вблизи от кабины машиниста. Причем эти два блока расположены под углом 7–8о друг к другу, образуя V-образную связку с ковшом, и обеспечивают снижение поперечных колебаний ковша. Для этого применена дополнительная третья лебедка, которая находится на поворотной платформе экскаватора. При расположении ковша над транспортным средством в любой точке по его площади он, при полностью расслабленном тяговом канате лебедки, удерживается посредством подъемных канатов и каната лебедки его заброса и может быть опущен непосредственно в кузов транспортного средства для разгрузки. Снабжение кранлайна отклоняющими блоками канатов подъемной лебедки, которые находятся у пяты стрелы, обеспечивает избирательность установки ковша над транспортным средством во время разгрузки. Расположение блока каната заброса ковша в концевой части стрелы уменьшает грузовой момент стрелы и этим ее металлоемкость и инертность, а также исключает возможность возникновения в канатах недопустимых усилий «растяжки». Данная конструкция существенно сокращает время цикла за счет уменьшения угла поворота и снижения инерционности экскаватора. Исследования показали, что отработка высокими (до 30 м) уступами с использованием кранлайнов обеспечивает важные экономические преимущества по сравнению с традиционной технологией отработки 15-метровыми уступами: 51

52

Рис. 1.18. Конструктивная схема экскаватора-кранлайна ДШП-20.50

увеличивается генеральный угол рабочего борта карьера, что позволяет снизить объемы вскрышных и вспомогательных работ; сокращается количество уступов и транспортных горизонтов на карьере, что приводит к уменьшению длины транспортных коммуникаций и дальности транспортирования экскавируемой горной массы, а также уменьшению объемов путевых работ; увеличивается производительность буровых станков из-за уменьшения времени на их переезды от скважины к скважине и улучшения их обслуживания и ремонта; сокращается объем буровых работ за счет увеличения расстояния между скважинами и уменьшения объема перебуров; повышается выход горной массы с одного погонного метра скважины; сокращается количество взрывов в течение года, в целом уменьшаются затраты на буровые и взрывные работы; повышается надежность электроснабжения и долговечность приключательных пунктов и питающих кабелей в 1,4–1,7 раза, а следовательно, сокращается потребность в указанных изделиях; уменьшаются размеры территорий, отторгаемых открытыми разработками. Развитие добычных комплексов, описанных выше, получило в работах Сибирского федерального университета [2]. Исходя из общей концепции ресурсосбережения, а также необходимости быстрого реагирования на изменение конъюнктуры рынка углепродукции и повышения конкурентоспособности получаемого углепродукта, к добывающему и перерабатывающему горному оборудованию выдвигаются следующие требования: оно должно базироваться на модульноблочном принципе построения и быть мобильным. Учитывая особенности карьерного фонда, изобилующего разрезами малой и средней мощности, а также то, что на разрезах с большой производственной мощностью имеются пласты-спутники, которые в настоящее время ввиду несовершенства технологии зачастую отрабатываются в отвал, весьма перспективным становится более широкое применение мобильных экскаваторов фрезерного и фрезерно-ковшового типа СМ, КСМ, КГФ и др. Опыт эксплуатации экскаватора КСМ-2000РМ на разрезе «Талдинский» показал, что эти машины можно применять как на вскрышных, так и на добычных работах, а главное, они обеспечивают полноту выемки полезного ископаемого. Поэтому предлагается использо53

вать экскаватор типа КСМ вместе с другими горными машинами в составе горного комплекса-комбината (ГКК) по добыче и переработке угля. На рис. 1.19 изображен экскаватор 1 типа СМ, работающий в технологической цепочке с мобильным сепарационно-сортировочным агрегатом 2 и мобильным упаковочно-брикетным комплексом (УБК) 3. Сортовой уголь и продукты углепереработки, в данном случае брикеты, отгружаются в контейнеры 4. Исходя из специфики конкретных разрезов и требований рынка возможно дополнительное включение или замена одного мобильного перерабатывающего оборудования на другое. Например, дополнительно к УБК можно разместить установку по производству сорбентов или при отработке некондиционных и сажистых углей в технологическую цепочку вместо УБК включить оборудование по микробиологической трансформации угля с получением гумусосодержащей суспензии в качестве компонента удобрения обедненных малогумусных почв.

4

1

2

3

Рис. 1.19. Комплекс карьерного горного оборудования в забое

Главными условиями использования ГКК являются мощность карьера и производительность участка, блока. Показанная на рис. 1.19 технологическая цепочка лишь схема. Конечно, не на каждом разрезе горно-геологические условия дают 54

возможность разместить вслед за экскаватором шлейф перерабатывающего оборудования. Однако, во-первых, перерабатывающее оборудование на мобильном шасси можно устанавливать вблизи добычного участка, связывая его с экскаватором внутрикарьерным транспортом, например межуступным перегружателем, и перемещать это мобильное оборудование по мере продвижения фронта работ. Это для малых разрезов будет выгоднее строительства стационарных перерабатывающих заводов ввиду больших затрат на капитальное строительство, высоких транспортных издержек, к тому же возможно изменение спроса на продукцию завода, что повышает коммерческий риск такого предложения. 4

5

3

2

1

Рис. 1.20. Горный карьерный комплекс для экскавации угля с получением высококачественных углепродуктов

Во-вторых, компактность и относительно малая материалоемкость экскаваторов фрезерного и фрезерно-ковшового типа могут послужить основой для создания ГКК по добыче и переработке угля на одном шасси. На рис. 1.20 представлен вариант ГКК по добыче и переработке угля, который включает в себя экскавационное оборудование 1, сортировочный блок 2, блок брикетирования 3, грузоподъемное оборудо55

вание 4. Сортовой уголь и продукты углепереработки отгружаются в контейнеры 5. Грузоподъемное оборудование обеспечивает перегрузку с ГКК на транспортные средства груженых и в обратном направлении порожних контейнеров. Также грузоподъемное оборудование сможет обеспечить перегрузку с транспортных средств необходимых для работы ГКК расходных материалов, например связующего для брикетного участка. Безусловно, что на ГКК должна быть предусмотрена отгрузка и рядового угля без переработки. Принципиальной основой при создании ГКК должен являться блочно-модульный способ его построения. Причем, как и в первом варианте, должна быть предусмотрена возможность установки дополнительных перерабатывающих блоков или замена отдельных модульных блоков на другие. Важной особенностью экскаваторов фрезерного типа является выход «нужного» гранулометрического состава, наиболее пригодного для переработки. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с основными типами выпускаемых одноковшовых экскаваторов, их маркировкой, краткой характеристикой и назначением. 2. Ознакомиться с техническими характеристиками карьерных мехлопат: завод-изготовитель, климатическое исполнение, понятие о базовых моделях и индексации. По схемам разобраться в конструктивных особенностях карьерных мехлопат, прямых и обратных гидравлических лопат и вскрышной мехлопаты. 3. Ознакомиться с техническими характеристиками шагающих и гусеничных драглайнов: завод-изготовитель, маркировка, типажный ряд, базовая модель. По плакатам и телефильмам разобраться в конструктивных особенностях основных типов драглайнов. 4. Ознакомиться с техническими характеристиками роторных экскаваторов отечественного производства: завод-изготовитель, маркировка, базовая модель, назначение. По схемам разобраться в конструктивных особенностях роторных экскаваторов. 5. Разобраться с назначением и основными преимуществами цепных и фрезерных экскаваторов. Содержание отчета 1. Назначение, область применения и классификация одноковшовых и многоковшовых экскаваторов. 2. Классификация экскаваторов цикличного действия. 56

3. Классификация экскаваторов непрерывного действия. 4. Основные преимущества и недостатки цепных экскаваторов по сравнению с роторными. 5. Основные преимущества и недостатки экскаваторов фрезерного типа. Вопросы и задания для самопроверки 1. Объясните понятие «базовая модель» экскаватора. 2. Что значат индексы «У», «Ус», «С» и другие в маркировке выпускаемых мехлопат? 3. Расскажите об основном назначении, преимуществах и недостатках гидравлических экскаваторов. 4. Каковы перспективы разработки и выпуска экскаваторов ЭКГ, вскрышных мехлопат типа ЭВГ, гусеничных драглайнов ЭДГ, машин фрезерного типа? 5. Какие параметры являются определяющими для драглайнов и как от них зависит энерговооруженность экскаватора? 6. Какая информация заключается в маркировке, например, экскаватора ЭРШРД-5250.22/2,1? 7. Как и почему зависит теоретическая производительность роторных экскаваторов от крепости разрабатываемой горной массы? 8. Назовите основные преимущества цепных экскаваторов по сравнению с роторными. 9. Расскажите об основных направлениях и тенденциях развития выемочно-погрузочных машин и горных комплексов.

Лабораторная работа 2 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ Цель работы: изучить конструктивные схемы, принципы работы, назначение, достоинства и недостатки рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов различных типов – с выдвижной и невыдвижной рукоятью; напорной и безнапорной лопаты; с жесткой и гибкой связью рабочего органа с поворотной платформой. 57

2.1. Классификация, область применения Конструктивной схемой, в отличие от кинематической, называют схематическое изображение всей машины или ее основных узлов с указанием их действительного взаимного расположения и кинематической связи. Одним из главных признаков различия одноковшовых экскаваторов, определяющих их назначение и область применения, является рабочее оборудование. Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора (рабочего органа, системы подвески стрелы и рабочего органа), обеспечивающий его действие в зоне работы экскаватора. В зависимости от назначения рабочее оборудование одноковшовых экскаваторов имеет различную конструкцию и кинематику. На универсальных экскаваторах могут применяться до десяти видов сменного рабочего оборудования. Однако экскаваторы, используемые на открытых горных разработках, имеют, как правило, один основной вид специализированного рабочего оборудования. Все одноковшовые экскаваторы по способу связи рабочего органа с поворотной платформой (стрелой) подразделяются на две группы – с жесткой и гибкой связями. К первой группе относятся прямая и обратная лопаты, ко второй – драглайн, грейфер. Прямая лопата – экскаватор с укрепленным на рукояти ковшом, копающим в направлении от экскаватора. Она предназначена для разработки массивов, расположенных выше уровня установки машины, но способна осуществлять черпание и ниже уровня установки на незначительную глубину, достаточную для сомозаглубления машины. Обратная лопата – экскаватор с укрепленным на рукояти в сторону машины ковшом и копающий в направлении к экскаватору. Основным видом рабочего оборудования мехлопат является прямая лопата. Обратная лопата применяется для рытья небольших котлованов и траншей, расположенных ниже уровня стояния экскаватора. Напорная лопата имеет систему принудительной подачи рукояти и ковша в забой, действующую от какого-либо привода. Известны четыре вида рабочего оборудования прямой лопаты: прямая с выдвижной рукоятью, коленно-рычажная, рычажная типа «Суперфронт» и гидравлическая.

58

2.2. Конструктивные схемы прямой напорной лопаты В зависимости от системы напорного механизма напорные лопаты могут быть с зубчато-реечным и канатным механизмами напора. Прямая лопата с зубчато-реечным механизмом напора (рис. 2.1) состоит из ковша 1, рукояти 2, удерживаемой седловым подшипником 3, и зубчато-реечного механизма напора, расположенного на стреле 8 и передающего усилие на зубчатую рейку 9 рукояти через кремальерную шестерню 10 с осью вращения О2. Стрела 8 опирается на поворотную платформу пятового шарнира 4 и поддерживается с помощью подвески 5. Подъемный канат от лебедки О1 проходит через головной блок 6 стрелы и с подвеской 7 ковша образует подвижное звено.

6

3

7

5 9

10 2 8 1 4

Рис. 2.1. Конструктивная схема прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью с зубчато-реечным механизмом напора: 1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – седловой подшипник; 4 – пятовой шарнир; 5 – подвеска стрелы; 6 – головной блок; 7 – подвеска ковша; 8 – стрела; 9 – зубчатая рейка; 10 – кремальерная шестерня

В зависимости от конструкции стрелы различают три типа напорной лопаты с выдвижной рукоятью и канатным механизмом напора (рис. 2.2): 59

10 15

2

3

5

8

6 16 7

13 12 9 4

14

1

11

а 5

14

3

15

6

8 16

11 7

2

13 12

1

4 9 б 10

15

3

6

5 8 2

7

11

4

12 13 9

14

16

1

в Рис. 2.2. Конструктивные схемы прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью, канатным механизмом напора и стрелой: а – разрезной; б – неразрезной; в – неразрезной двухбалочной; 1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – седловой подшипник; 4 – пятовой шарнир; 5 – подвеска стрелы; 6 – головной блок; 7 – подвеска ковша; 8 – стрела; 9 – нижняя часть стрелы; 10 – поддерживающий подкос; 11 – напорная лебедка; 12, 13 – канаты; 14 – центральные блоки; 15, 16 – полублоки

60

разрезная стрела, которую шарнир О2 делит на две части: верхнюю 8 и нижнюю 9, поддерживаемую подкосом 10 (рис. 2.2, а). Напорная лебедка 11 располагается на платформе. Выдвижение и возврат рукояти производят канатами 12 и 13, которые огибают центральные блоки 14, закрепленные на рукояти; неразрезная стрела 8, в которой на оси О2 укрепляется седловой подшипник 3 и центральные блоки 14 (рис. 2.2, б). Выдвижение и возврат рукояти осуществляются лебедкой 11 так же, как и у лопаты с разрезной стрелой (рис. 2.2, а); неразрезная двухбалочная стрела 8 (рис. 2.2, в), у которой седловой подшипник 3 установлен в шарнире стойки 9, не связанной со стрелой. Стойка поддерживается подкосом 10, напорная лебедка 11 расположена в передней части платформы. Выдвижение и возврат рукояти осуществляются так же, как у лопаты с неразрезной стрелой (рис. 2.2, б). В прямой напорной лопате с выдвижной рукоятью весь зубчатореечный механизм напора расположен на стреле и увеличивает как момент инерции поворотной части и опрокидывающий момент экскаватора, так и массу противовеса, что, в свою очередь, требует уменьшения либо вместимости ковша, либо радиуса черпания. Увеличение динамического момента инерции и радиуса масс, вращающихся вместе с поворотной платформой (за счет увеличения плеча расположения центра тяжести механизма напора относительно оси вращения платформы), повышает инерционные нагрузки на детали механизма поворота. Возрастает время разгона и торможения платформы, что увеличивает время цикла. Поэтому зубчато-реечная система напора имеется только на моделях экскаваторов, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях.

2.3. Конструктивные схемы коленно-рычажной напорной лопаты На вскрышных экскаваторах, где требуется значительный вылет рукояти, применяется коленно-рычажной механизм напора (рис. 2.3), в котором рукоять кинематически не связана со стрелой и перемещается между стойками двухбалочной неразрезной стрелы. Такого рода лопаты наиболее распространены с двумя системами подачи: зубчато-реечной (рис. 2.3, а) и канатной (рис. 2.3, б). 61

Элементами рабочего оборудования лопаты являются ковш 1, рукоять 2, стрела 3 с головными блоками 4 и пятой 5, балансир 6, подвеска ковша 7, стреловой полиспаст 8, подъемный канат 9.

4 10

8

3

6

9 7

11 2 1 5 а

4

11

8

10

3 2

12 6

9 7

1

5

б Рис. 2.3. Конструктивные схемы коленно-рычажной прямой лопаты: а – с зубчато-реечным механизмом напора: 1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – стрела; 4 – головной блок; 5 – пята; 6 – балансир; 7 – подвеска ковша; 8 – стреловой полиспаст; 9 – подъемный канат; 10 – напорная балка; 11 – зубчато-реечная система; б – с канатным механизмом напора: 1–10 – то же; 11, 12 – канаты напорной системы

У коленно-рычажных лопат седловой подшипник А вынесен на двуногую стойку, а подача рукояти на забой осуществляется напорной балкой 10, перемещаемой либо зубчато-реечной системой 11 62

(рис. 2.3, а), либо системой канатов 11 и 12 (рис. 2.3, б). В этом случае привод механизма напора (двигатель с редуктором) располагается на двуногой стойке или на поворотной платформе. Траектория копания зависит от результата сочетания поворотного (относительно точки Д) и поступательного (относительно седлового подшипника А) движения напорной балки 10 рукояти 1. Рукоять и ковш образуют вращательные пары в шарнире Д и в точке В. Точкой Д является универсальный шарнир, который имеет две пересекающиеся оси: а) вертикальную (для поворота рукояти и предохранения ее от изгибающих усилий, когда под действием сил инерции при повороте экскаватора на выгрузку или к забою ковш отклоняется от плоскости стрелы); б) горизонтальную (вокруг которой рукоять поворачивается при подъеме ковша). Во время черпания породы нагрузка на зубья ковша распределяется неравномерно, но ковш от перекоса удерживают канат 9 и подвеска 7. Перекос ковша не создает скручивающих нагрузок на рукоять, так как она может свободно поворачиваться вокруг продольной оси на цапфе универсального шарнира. Коленно-рычажная система позволяет разгрузить стрелу от веса механизма напора и напорного усилия. Масса стрелы при этом может быть уменьшена на 15–20 %.

2.4. Конструктивная схема напорной лопаты с рабочим оборудованием «Суперфронт» Рабочее оборудование «Суперфронт» (экскаватор 204М фирмы «Марион» США) имеет рычажный механизм напора (рис. 2.4) и состоит из стрелы 22, на которой установлен нижний блок 2 канатного привода подъема рамы 6, образующий с верхним блоком 3 через уравнительный блок 5 полиспастную систему. Два напорных гидравлических цилиндра 16 при выдвижении перемещают штангу 17 и мачту 20 относительно оси О1. Мачта напорным звеном 21 передает усилие на раму 6. Гидрофиксатор 9 через канат 11, профильный полублок 13 и канат 12 удерживает ковш 8 от поворота по часовой стрелке вокруг оси О2, укрепленной на рукояти 23 ковша. Ковш в исходное положение возвращается под действием сопротивления копанию или 63

поворотом рамы 6 относительно оси О3 механизма подъема или напора. Напорное усилие передается через звено 7, и ковш поворачивается относительно оси О2 до полного выбирания слабины каната 14. Стрела 22 может подниматься и опускаться, поворачиваясь вокруг шарнира О4, за счет перемещения мачты 20. При разгрузке ковша его днище открывается с помощью пневмоцилиндров 24, установленных на задней стенке ковша.

6

21

3

20

14

16

5 9

4 22

13

7

17

19 18

2

23

15 11

1

12 8

24 10

Рис. 2.4. Конструктивная схема прямой лопаты типа «Суперфронт»: 1 – подъемная лебедка; 2 и 3 – нижний и верхний блоки механизма подъема; 4 – подъемный канат; 5 – уравнительный блок; 6 – подъемная рама; 7 – подъемное звено; 8 – ковш; 9 – гидрофиксатор; 10 – блок; 11, 12 – канаты поворота ковша; 13 – профильный полублок; 14 – канат фиксации положения ковша; 15 – база рукояти; 16 – гидроцилиндры напора; 17 – штанга; 18 – двуногая стойка; 19 – поддерживающее звено; 20 – мачта; 21 – напорное звено; 22 – стрела; 23 – рукоять; 24 – пневмоцилиндр опрокидывания ковша

Таким образом, траектория рабочего движения образуется при сложном взаимодействии трех механизмов: подъема, напора и поворота ковша. В результате обеспечивается движение ковша, параллельное подошве уступа, что позволяет эффективно внедрять его в нижнюю часть забоя, используя с этой целью вес стрелы и рукояти, а также усилие подъема и поворота ковша. 64

2.5. Конструктивная схема прямой гидравлической лопаты Прямая гидравлическая лопата с поворотным ковшом (рис. 2.5) имеет следующие элементы рабочего оборудования: стрелу 1, рукоять 2 и ковш 3, соответственно поворачивающиеся относительно шарниров О1, О2 и О3 с помощью гидравлических цилиндров подъема-опускания стрелы 4, напора рукояти 5 и поворота ковша 6. Гидроцилиндр 6 может одним концом крепиться как к рукояти, так и к стреле, а другим концом – к угловой тяге 7, соединенной шарниром с тягой ковша 8.

1

2

3

5 4

6 7

8

9

Рис. 2.5. Конструктивная схема прямой гидравлической лопаты с поворотным ковшом: 1 – стрела; 2 – рукоять; 3 – ковш; 4 – гидроцилиндр подъемаопускания стрелы; 5 – гидроцилиндр напора; 6 – гидроцилиндр поворота ковша; 7 – угловая тяга; 8 – тяга ковша; 9 – задняя стенка ковша

Гидравлическая лопата может быть выполнена с ковшом, имеющим челюстной створ. В этом случае в задней стенке 9 устанавливают дополнительные гидроцилиндры, поворачивающие переднюю часть ковша вокруг шарнира О3. При этом задняя стенка является неподвижным звеном. В кинематическом отношении неподвижным звеном исполнительного механизма экскаватора служит поворотная платформа. Траектория копания образуется сочетанием перемещений основных элементов рабочего оборудования. 65

Обратная гидравлическая лопата копает к экскаватору и может иметь неповоротный ковш. В этом случае отсутствует гидроцилиндр 6, а тяги 7 и 8 используют для крепления ковша к рукояти. Гидравлическая лопата в отличие от механической может разрабатывать забой различными способами: копанием на месте только поворотом ковша; копанием по наклонной траектории, близкой к горизонтальному направлению; копанием ниже своего уровня на глубину около четверти максимальной высоты копания, образуя вертикальные стенки котлованов; срезанием вниз грунта и последующей планировкой дна забоя неглубоких подкопов; срезанием, как драглайн. Обратная лопата может копать по любой траектории, наполняя ковш только за счет его поворота, поворота рукояти, подъема стрелы или совмещения всех этих движений. Применение экскаватора с гидравлическим приводом позволяет получить на зубьях ковша усилия, в 3-4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием механических машин такой же мощности и массы.

2.6. Конструктивные схемы драглайна и грейфера Драглайн (рис. 2.6, 2.7) состоит из ковша 1 с упряжью, тягового 2 и подъемного 3 канатов, стрелы 4 с направляющими 5, с головными блоками 6 и пятой 7. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы во время работы обычно не изменяется и определяется длиной стрелового каната или полиспаста 10. Исполнительный механизм драглайна имеет два гибких звена – каната, связывающих ковш с ведущими звеньями механизма. Неподвижным звеном механизма драглайна является платформа экскаватора с двуногой стойкой и стрелой. Подъемный 8 и тяговый 9 барабаны лебедок образуют с неподвижными звеньями в точках О2, О3, О4 или О1, О3 и О4 вращательные пары. Механизм воспроизводит рабочие движения драглайна в результате перемещений подъемного и тягового канатов. 66

Рис. 2.6. Драглайн ОАО «Уралмаш (УЗТМ)» в забое

67

Разгрузка ковша осуществляется за счет ослабления тягового каната и поворота ковша, имеющего центр тяжести впереди точки А крепления вертикальной подвески. При этом канат упряжи проскальзывает относительно блока 11, давая возможность ковшу опрокинуться.

10

3 6 8 9

4

2

11

7 1 5

Рис. 2.7. Конструктивная схема драглайна: 1 – ковш; 2 – тяговый канат; 3 – подъемный канат; 4 – стрела; 5 – направляющие; 6 – головной блок; 7 – пята; 8 – подъемная лебедка; 9 – тяговая лебедка; 10 – стреловой канат; 11 – блок упряжи

Толщина стружки может регулироваться подъемным канатом. При его натяжении натягивается разгрузочный канат, и толщина стружки уменьшается. При заполнении ковша начинается подъем ковша подъемным канатом, без прекращения работы тягового каната. Ковш отрывается от грунта в положении, при котором зубья и днище подняты под углом 15о к горизонту и одновременно экскаватор начинает поворот. За время поворота без ослабления тягового каната подъемный канат перемещает ковш к голове стрелы. 68

Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня стояния экскаватора, хотя вполне успешно драглайн может работать и выше этого уровня. Исполнительный механизм грейфера (рис. 2.8) состоит из ковша 1, замыкающего 2 и поддерживающего 3 канатов, стрелы 4 с головными блоками 5 и 6. Стрела крепится к пяте 7 на платформе. Поддерживающий канат крепится к шарниру В, соединяющему тяги 8. Канат 2 служит для размыкания (замыкания) створок 9 ковша. После ослабления замыкающего каната и передачи этой силы на поддерживающий канат средняя часть ковша под действием веса ковша и породы опускается, и створки расходятся. Зачерпывание породы грейфером осуществляется после опускания открытого ковша на грунт в результате действия поддерживающего и замыкающего канатов, сходящих, соответственно, с барабанов 10 и 11 лебедки. 6

5

2

11 10

4

3 8 1

7 9

8

Рис. 2.8. Конструктивная схема грейфера: 1 – ковш; 2 – замыкающий канат; 3 – поддерживающий канат; 4 – стрела; 5, 6 – головные блоки; 7 – пята; 8 – тяги ковша; 9 – створки ковша; 10 и 11 – лебедки замыкания и поддержки ковша

Грейферы предназначены для выемки породы со дна глубоких котлованов, водоемов, а также для погрузки сыпучих мелкокусковых материалов. 69

Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с классификацией одноковшовых экскаваторов по конструкции рабочего оборудования. 2. Изучить конструктивные схемы прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью. Выполнить схемы (см. рис. 2.1, 2.2). 3. Изучить конструктивные схемы прямой коленно-рычажной напорной лопаты. Выполнить схемы (см. рис. 2.3). 4. Изучить конструктивную схему прямой напорной лопаты с оборудованием типа «Суперфронт». Выполнить схему (см. рис. 2.4). 5. Изучить конструктивную схему прямой гидравлической лопаты. Выполнить схему (см. рис. 2.5). 6. Изучить конструктивные схемы драглайна и грейфера. Выполнить схемы (см. рис. 2.7, 2.8). Содержание отчета 1. Назначение, область применения и классификация экскаваторов цикличного действия по конструкции рабочего оборудования. 2. Конструктивные схемы экскаваторов. 3. Общее устройство, достоинства и недостатки экскаваторов цикличного действия: прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью; экскаватора с коленно-рычажным механизмом напора; экскаватора с рабочим оборудованием типа «Суперфронт»; гидравлического экскаватора; экскаваторов с гибкой связью рабочего органа. Вопросы и задания для самопроверки 1. Назовите основные принципиальные различия между конструктивными схемами прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью. 2. Перечислите основные достоинства и недостатки зубчатореечного механизма напора. 3. Каким образом в коленно-рычажных лопатах уменьшают перекос ковша и устраняют скручивающие нагрузки на рукояти? 4. В чем основные принципиальные отличия схемы лопаты типа «Суперфронт» от схем коленно-рычажных прямых лопат? 5. В чем заключаются преимущества прямой гидравлической лопаты перед механическими лопатами? 70

6. Каким образом можно регулировать толщину стружки при зачерпывании горной массы драглайном? 7. Как осуществляется разгрузка ковша драглайна и грейфера?

Лабораторная работа 3 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ Цель работы: изучить конструктивные схемы, принцип работы, назначение, достоинства и недостатки рабочего оборудования экскаваторов непрерывного действия (цепных, роторных и фрезерного типа).

3.1. Классификация, назначение и область применения Выемочно-погрузочные машины непрерывного действия – многоковшовые экскаваторы, они различаются по типу рабочего органа и характеру перемещения его в пространстве. По типу рабочего органа экскаваторы непрерывного действия бывают цепными, скребково-ковшовыми, роторными, фрезеро-ковшовыми, с бесковшовым фрезерным рабочим органом. По характеру движения рабочего органа экскаваторы непрерывного действия подразделяются: на экскаваторы продольного копания, у которых направление рабочего движения (ротора, цепи) совпадает с направлением их перемещения; экскаваторы поперечного копания (обычно с неповоротной платформой), у которых направление рабочего движения (ротора, цепи, скребка) перпендикулярно к направлению их перемещения; экскаваторы радиального копания, у которых рабочий орган (ротор, ковшовая цепь) вместе с платформой поворачивается относительно базы машины. На открытых разработках применяются преимущественно роторные и цепные экскаваторы поперечного и радиального копания. 71

Эти экскаваторы используют на однотипных работах большого объема, сосредоточенных в одном месте или на большом протяжении. Экскаваторы продольного копания – это машины фрезерного типа, а также траншейные и землеройные машины. Последние предназначены для строительства каналов и относятся к строительным.

3.2. Конструктивные схемы цепных экскаваторов Многоковшовый цепной экскаватор (рис. 3.1) зачерпывает горную массу ковшами 1, укрепленными на бесконечной цепи, двигающейся по ковшовой раме 2 и приводимой в движение приводной звездочкой 3. Двигаясь по забою снизу вверх, ковши заполняются горной массой и транспортируют ее по приемному желобу 4 к приводной звездочке, где они опрокидываются и порода высыпается в бункер или на приемные промежуточные конвейеры на отвальной консоли 6, откуда она через погрузочные устройства поступает в вагоны или на магистральный конвейер. Ковшовая рама имеет роторное колесо 9 для подборки породы. Вся конструкция экскаватора смонтирована на нижней раме 5 и может поворачиваться на шариковом круге относительно центральной колонны 7. На колонне монтируются стрелы для подвески отвальной консоли 8 и ковшовой рамы 10. Исполнительный орган при отделении стружки от массива движется в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Цепные экскаваторы поперечного черпания различают по следующим основным признакам: взаимному расположению экскаватора и забоя; конструкции рабочего оборудования; способу подачи рабочего оборудования в забой; конструкции разгрузочных устройств; способу связи рабочего оборудования с ходовой тележкой; типу ходового оборудования. По взаимному расположению экскаватора и забоя различают экскаваторы нижнего черпания (забой расположен ниже уровня передвижения экскаватора) и экскаваторы верхнего черпания (забой выше уровня передвижения экскаватора). У современных моделей экскаваторов рабочее оборудование может легко перестраиваться с верхнего черпания на нижнее и наоборот. Разработка забоя верхним черпанием менее энергоемка, однако для него в большинстве случаев более рационально применять роторные экскаваторы. 72

В зависимости от конструкции рабочего оборудования экскаваторы могут быть: с жестко направленной ковшовой цепью, свободно провисающей нижней ветвью ковшовой цепи и комбинированные.

8

7

10

3 4 6

1 5

9 2

Рис. 3.1. Конструктивная схема многоковшового экскаватора с гусеничным ходовым оборудованием: 1 – ковши; 2 – ковшовая рама; 3 – приводная звездочка цепи; 4 – приемный желоб; 5 – нижняя рама; 6 – отвальная консоль; 7 – центральная колонна; 8 – стрела подвески отвальной консоли; 9 – роторное колесо для подборки породы; 10 – подвеска ковшовой рамы

Ковшовая рама, как правило, имеет жестко направленную цепь. Такие экскаваторы применяют для работы в однородных грунтах или на планировке откосов. Рамы с направляющими для цепей обеспечивают хорошее наполнение ковшей и позволяют работать с большой глубиной черпания. Рама со свободно висящей нижней ветвью имеет более высокий КПД, причем цепь в меньшей степени подвержена динамическим нагрузкам при работе в породах с твердыми включениями. Свободно провисающая цепь обладает значительной свободой перемещения, как в плоскости своего движения, так и перпендикулярно к ней. Поэтому ковши, встречая при своем движении препятствия, обходят их, чем предотвращают поломки ковшей и разрывы цепи. Рамы со свободным провисанием цепи в настоящее время применяют редко (главным образом на драгах), так как они ограничивают высоту уступа и снижают производительность экскаватора. 73

При наличии твердых включений в массиве уступа используют комбинированные рамы, у которых в нижней части цепь провисает свободно, а в верхней – движется в направляющих. У всех видов рам холостая ветвь ковшовой цепи движется по роликам. По способу подачи рабочего оборудования в забой цепные экскаваторы могут быть веерного или параллельного черпания. Современные экскаваторы в зависимости от конструктивного исполнения ковшовой рамы и машины в целом могут работать тем и другим способом. По конструкции разгрузочных устройств и способу связи разгрузочной консоли с ходовой тележкой (рис. 3.2) экскаваторы выпускают: с центральным разгрузочным бункером, расположенным в нижней раме (рис. 3.2, а); с консольным неповоротным (рис. 3.2, б, в) ленточным конвейером; с консольным поворотным полностью уравновешенным конвейером (рис. 3.2, г); с консольной отвалообразующей стрелой (рис. 3.2, д), длина которой может достигать 60–100 м; с разгрузочным мостом (рис. 3.2, е), применяемым для наиболее мощных экскаваторов. Как видно из схем, по способу связи разгрузочной консоли с ходовой тележкой экскаваторы подразделяются на неповоротные и поворотные. У первых разгрузочная консоль жестко связана в горизонтальной плоскости с корпусом и ходовой частью. У вторых рабочая консоль поворачивается относительно ходового оборудования в горизонтальной плоскости на некоторый угол или на 360о (полноповоротные). По ходовому оборудованию экскаваторы могут быть с рельсовым, гусеничным, рельсогусеничным и шагающим ходом. В настоящее время цепные экскаваторы изготавливают на гусеничном (рис. 3.2, в–е) или, реже, на рельсовом (рис. 3.2, а, б) ходу. У экскаваторов с рельсовым ходом подвижной состав для погрузки, как правило, пропускают под корпусом машины через портал, на котором установлены бункеры и погрузочные устройства (рис. 3.2, а). Экскаваторы называют однопортальными, если под ними проходит один железнодорожный транспортный путь, и двухпортальными, если два пути. Одной из существенных особенностей работы крупных многоковшовых экскаваторов (при условии отгрузки горной массы на железнодорожный транспорт) является то, что во время работы по специальной рельсовой колее движется сам экскаватор, а не загружаемый им железнодорожный состав. 74

а

б

в

г

д

е Рис. 3.2. Схемы компоновки цепных экскаваторов: а – на рельсовом ходу с разгрузкой через бункер нижней рамы; б – с консольным неповоротным конвейером; в – с неповоротным разгрузочным конвейером; г – с полноповоротным уравновешенным консольным конвейером; д – с консольной отвалообразующей стрелой; е – с разгрузочным мостом

75

Разгрузочные конвейеры устанавливают в основном (как видно из схем) на гусеничных машинах.

3.3. Конструктивные схемы роторных экскаваторов Роторный экскаватор (рис. 3.3) представляет собой самоходную машину непрерывного действия, экскавирующую горную породу ковшами, укрепленными на роторном колесе 1, и предназначенную для одновременной разработки и транспортирования вскрышных пород или полезного ископаемого. В отличие от цепного экскаватора транспортирование породы после разгрузки ее из ковшей ротора осуществляется ленточным конвейером 12, расположенным на стреле 2. В роторном экскаваторе с выдвижной стрелой (рис. 3.3) дальнейшее транспортирование горной массы осуществляется по конвейеру 13 стрелы противовеса 6 через перегрузочный конвейер 14 на отвальный конвейер 15, расположенный на отвальной консоли 9. Стрела ротора может перемещаться с помощью выдвижной тележки 7, а подвеска 3 стрелы на пилоне 4 обеспечивает ее подъем лебедкой 8, установленной на стреле противовеса 6. Верхнее строение экскаватора с противовесом роторной стрелы размещено на поворотной платформе 11, находящейся на гусеничной тележке 10. Исполнительный орган – роторное колесо (ротор) осуществляет движение в горизонтальной и вертикальной плоскости. Основное рабочее движение – вращательное ротора в вертикальной плоскости и поворотное стрелы с ротором на платформе в горизонтальной плоскости. Роторные экскаваторы радиального и поперечного копания различают по технологическим и компоновочным признакам. Технологические требования, предъявляемые к роторному экскаватору, могут быть удовлетворены благодаря различным конструктивным решениям его основных узлов и их общей компоновке. По компоновочным признакам роторные экскаваторы можно классифицировать следующим образом: по общей компоновке экскаватора; конструкции разгрузочного оборудования; конструкции стрелы ротора; типу подвески стрелы ротора; уравновешиванию верхнего строения экскаватора; конструкции нижней рамы. 76

4

1

10

11

2

5 12

14

13

15

6

7

9

8

77

Рис. 3.3. Конструктивная схема роторного экскаватора с выдвижной стрелой ЭРГ-1600-40/10.31 (НКМЗ): 1 – ротор; 2 – выдвижная стрела; 3 – подвеска стрелы; 4 – пилон; 5 – надстройка; 6 – стрела противовеса; 7 – выдвижная тележка; 8 – лебедка подъема стрелы; 9 – отвальная консоль; 10 – гусеничная тележка; 11 – поворотная платформа; 12 – конвейер роторной стрелы; 13 – конвейер стрелы противовеса; 14 – перегрузочный конвейер; 15 – отвальный конвейер

3

По общей компоновке экскаватора возможно различное взаимное расположение стрелы ротора и приемной части разгрузочной консоли: стрела ротора 2 и приемная часть разгрузочной консоли 3 расположены на поворотной платформе верхнего строения 6 (рис. 3.4); стрела ротора расположена на поворотной платформе верхнего строения, а приемная часть разгрузочной консоли – на нижней раме (рис. 3.3); стрела ротора расположена на поворотной платформе верхнего строения 6, а приемная часть разгрузочной консоли – на центральной промежуточной платформе (рис. 3.5). Приемная часть разгрузочной консоли относительно оси поворота может располагаться как соосно (рис. 3.4), так и со смещением (рис. 3.5). Для экскаваторов малой и средней производительности характерно соосное расположение мест разгрузки и крепления стрелы ротора и разгрузочной консоли, что упрощает транспортирование породы при любых углах поворота в плане. Наиболее мощные роторные экскаваторы имеют несоосное расположение разгрузочной консоли с местом разгрузки стрелы ротора, что требует установки передаточных конвейеров, но уменьшает высоту верхнего строения. По конструкции разгрузочного оборудования роторные экскаваторы могут быть с консольным (рис. 3.4–3.6, а) и с мостовым (рис. 3.6, б) разгрузочным конвейером. По конструкции стрелы ротора экскаваторы могут иметь постоянный (рис. 3.4, 3.5) и переменный (рис. 3.6) вылет стрелы. В первом случае стрела перемещается по направляющим верхнего строения, во втором – раздвигается. Современные роторные экскаваторы, как правило, делают с невыдвижными стрелами, что на 20–25 % снижает их массу по сравнению с экскаваторами, имеющими выдвижные стрелы. Отсутствие выдвижной стрелы на мощных отечественных экскаваторах компенсируется маневренностью машины на шагающерельсовом ходовом устройстве. По типу подвески стрелы ротора экскаваторы могут быть с канатной и с гидравлической подвесками. Наиболее распространена канатная подвеска (рис. 3.4, 3.5). По уравновешиванию верхнего строения экскаваторы могут выполняться: 78

4 7

2

1

8

6

3

9

5

10

а

7

4

1

6 2

8

5

9

10

б

Рис. 3.4. Конструктивные схемы роторных экскаваторов: а – ЭРГ-400; б – ЭР-1250; в – ЭРП-1250; г – ЭР-2500; 1 – ротор; 2 и 3 – роторная и разгрузочная стрелы; 4 – консоль противовеса; 5 – поворотная платформа; 6 – верхнее строение; 7, 8 – подвеска роторной и разгрузочных стрел; 9 – опорно-поворотное устройство; 10 – гусеничное и шагающерельсовое ходовое оборудование (начало, окончание см. на с. 80)

79

3

6 7 4 1 2 8

5

9 10 3

в

7 6 2

1

8 4

5 9 10

г Рис. 3.4. Окончание (начало см. на с. 79)

80

3

7 6 2 4

1 8 5 9

10 3 9

11

а

7

6 4

1 2 8

3

5 9 10 11 б Рис. 3.5. Конструктивные схемы роторных экскаваторов: а – ЭРГ-1600; б – ЭРП-5250; 1 – ротор; 2 и 3 – роторная и разгрузочная стрелы; 4 – консоль противовеса; 5 – поворотная платформа; 6 – верхнее строение; 7, 8 – подвеска роторной и разгрузочных стрел; 9 – опорно-поворотное устройство; 10 – гусеничное и шагающе-рельсовое оборудование; 11 – опорная база

81

с уравновешиванием только стрелы ротора 2 (рис. 3.4, 3.5); уравновешиванием стрелы ротора и соосным опиранием мостового разгрузочного пролета (рис. 3.6, б);

а

б Рис. 3.6. Конструктивные схемы роторных экскаваторов («Уничовски строирни», Чехия): а – К-300; б – KU-800

раздельным уравновешиванием стрелы ротора и стрелы разгрузочного конвейера; взаимным уравновешиванием стрелы ротора и стрелы разгрузочного конвейера, а также размещением их на одной металлоконструкции (рис. 3.4); 82

уравновешиванием стрелы ротора разгрузочного конвейера и смещением оси ее вращения относительно оси поворота (рис. 3.5, а). По конструкции нижней рамы экскаваторы могут быть без горизонтирования (рис. 3.4) и с горизонтированием (рис. 3.4, г, 3.5) верхнего строения. По приведенным схемам, не исчерпывающим всего многообразия конструктивной компоновки карьерных роторных экскаваторов, можно судить о том, что имеет место широкая вариация технологических и кинематических параметров, приводящая к большому числу конструктивных решений как машин в целом, так и основных узлов. Поиск конструктивных решений при создании уникальных машин далеко не закончен. Так, одним из перспективных направлений является широкое применение силового гидропривода, что приведет к новым конструктивным решениям как общих схем экскаваторов, так и их основных узлов.

3.4. Конструктивные схемы экскаваторов фрезерного типа Машины фрезерного типа, на западе известные под названием «Серфис Майнер» (СМ), представляют собой самоходные машины непрерывного действия, экскавирующие горную массу за счет вращения широкозахватного рабочего органа роторного или шнекового типа и непрерывного горизонтального перемещения всей машины. Транспортирование в пределах машины и погрузка в средства транспорта экскавируемой горной массы осуществляются ленточными конвейерами и совмещаются во времени с процессом экскавации. Рабочий орган машины закреплен непосредственно на ее раме. Отсутствие традиционных для роторных экскаваторов поворота верхнего строения и стрелы позволяет существенно снизить влияние усилий копания на конструктивные элементы машины, уменьшить ее габариты и массу, расширить диапазон разрабатываемых горных пород по крепости. Конструктивное исполнение машин фирмы «WIRTGEN» (рис. 3.7) характеризуется центральным расположением рабочего органа под рамой машины. Ходовое оборудование машины включает в себя две гусеничные тележки, размещенные спереди и сзади рабочего органа. Такая конструкция позволяет изменять направление движения машины по определенному радиусу (невозможность разворота машины на месте). 83

Конструктивное исполнение машин фирмы «KRUPP» (тип КСМ – «Крупп Серфис Майнер», рис. 3.8) отличается консольным расположением рабочего органа и двухгусеничным ходовым оборудованием. Это оборудование более универсально, хорошо приспосабливается к различным горнотехническим условиям и наиболее эффективно может применяться для производства вскрышных работ при относительно больших объемах горных работ, обладая также возможностью селективной разработки слоисто-структурных залежей.

4

2 3

5

1

Рис. 3.7. Конструктивная схема экскаватора фрезерного типа «WIRTGEN» (Германия): 1 – рабочий орган; 2 и 3 – соответственно, передняя и задняя ходовая тележка; 4 – поворотная разгрузочная консоль; 5 – рама машины 3

1

2

4

5

Рис. 3.8. Конструктивная схема экскаватора фрезерного типа «KRUPP» (Германия): 1 – рабочий орган; 2 – ходовая тележка; 3 – поворотная разгрузочная консоль; 4 – рама машины; 5 – опорный башмак

Экскаватор непрерывного действия модели СМЕ-12 компании «RAHCO» (рис. 3.9) разработан для добычи угля открытым способом. 84

9

10

5

2

4

85

Рис. 3.9. Конструктивная схема экскаватора фрезерного типа СМЕ-12 фирмы «RAHCO»: 1 – рабочий орган; 2 – подающий конвейер; 3 – общий сборочный узел шасси; 4 – рычаг подъема шнека; 5 – кабина оператора; 6 – силовая установка; 7 – рычаг подвески разгрузочного конвейера; 8 – разгрузочный конвейер; 9 – передаточный конвейер; 10 – гусеничное ходовое оборудование

8

7

6

1

3

Модель СМЕ-12 снабжена шнековым рабочим органом (спереди), подающим транспортером, передаточным конвейером (снизу) и разгрузочным конвейером (сзади). Экскаватор обеспечивает выемку угля и его погрузку непосредственно в карьерные самосвалы или передачу на магистральный конвейер на поверхности для транспортировки из разреза и погрузки в штабель. Рабочий орган СМЕ-12 (шириной 3,65 м) снабжен сменными резцами с твердосплавным покрытием. Он приводится в движение сдвоенными гидромеханическими двигателями. Шнековый рабочий орган снабжен кожухом для предотвращения просыпания угля. За рабочим органом расположен подающий транспортер с гидравлическим приводом, перемещающим горную массу от шнекового рабочего органа на передаточный транспортер. Этот транспортер (конвейер) предназначен для пропускания угля под машиной и подачи его на разгрузочный конвейер, который может подниматься и опускаться, а также перемещаться из стороны в сторону для обеспечения точной разгрузки. Ходовое оборудование – гусеничное двухскоростное с гидравлическим приводом. Оператор может управлять каждой из гусениц индивидуально. Раздельные регуляторы движения гусениц обеспечивают значительную маневренность машины, делая ее эксплуатацию высокоэффективной в ограниченном пространстве разреза. Кабина оператора СМЕ-12 снабжена самыми современными органами управления и всем необходимым оборудованием, которое является легкодоступным, что повышает эффективность его эксплуатации. Удобное расположение используемых оператором органов управления и наличие системы управления микроклиматом кабины делает работу комфортабельной, снижает усталость и повышает производительность труда. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с назначением и общей классификацией многоковшовых экскаваторов. 2. Изучить конструктивные схемы многоковшовых цепных экскаваторов в соответствии с основными классификационными признаками. Выполнить схему (см. рис. 3.1). 3. Изучить конструктивные схемы роторных экскаваторов в соответствии с основными компоновочными признаками. Выполнить схему (см. рис. 3.3) и одну из схем (рис. 3.4, 3.5). Дать каждой из кон86

структивных схем роторных экскаваторов характеристику по всем компоновочным признакам. 4. Изучить конструктивные схемы экскаваторов фрезерного типа. Выполнить одну из схем (см. рис. 3.7–3.9). 5. Посмотреть телефильм «Многоковшовые экскаваторы». Содержание отчета 1. Назначение, область применения и классификация экскаваторов непрерывного действия. 2. Общее устройство, классификация, достоинства и недостатки многоковшовых цепных экскаваторов. Таблица характеристик цепных экскаваторов по основным классификационным признакам. Конструктивная схема экскаватора. 3. Общее устройство, классификация, достоинства и недостатки роторных экскаваторов. Таблица характеристик роторных экскаваторов по основным компоновочным признакам. Конструктивная схема экскаватора. 4. Общее устройство, достоинства и недостатки экскаваторов фрезерного типа. Конструктивная схема экскаватора. Вопросы и задания для самопроверки 1. Дайте характеристику любой из конструктивных схем цепного экскаватора по всем классификационным признакам. 2. Поясните понятия «однопортальный» и «двухпортальный» цепной экскаватор. 3. Как с помощью конструкции рамы и способа подвески цепи предотвратить поломки ковшей и разрыв цепи цепных экскаваторов? 4. Дайте характеристику любой из конструктивных схем роторного экскаватора по всем компоновочным признакам. 5. Укажите основные достоинства и недостатки соосного расположения разгрузочной консоли и места разгрузки стрелы роторного экскаватора. 6. Назовите достоинства и недостатки роторного экскаватора с постоянным вылетом стрелы. 7. Дайте характеристику любой из конструктивных схем экскаваторов фрезерного типа.

87

Лабораторная работа 4 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ Цель работы: изучить элементы рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов (механических лопат и драглайнов).

4.1. Назначение и состав рабочего оборудования Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора, обеспечивающий его действие в зоне работы. Рабочее оборудование определяет тип экскаватора и его конструктивную схему. Обычно оно включает такие элементы, как рабочий орган (ковш, рукоять), стрела, исполнительные механизмы. Некоторые из них могут быть заменены на большие или меньшие, или на элементы другого типа. Все многообразие типов рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов по способу связи исполнительного органа – ковша с поворотной платформой (стрелой) – подразделяется на две группы: с жесткой и гибкой связями. К первой группе относят механическую и гидравлическую лопату, ко второй – драглайны, грейфер и кран. Рабочее оборудование драглайна состоит из ковша, стрелы и направляющих блоков. У механической лопаты к рабочему оборудованию относят стрелу, рукоять, ковш, механизм напора и открывания днища ковша.

4.2. Рабочее оборудование механической лопаты Существующие конструкции рабочего оборудования прямой лопаты с выдвижной рукоятью по конструкции стрелы подразделяют на два типа: 88

механические лопаты с внешней рукоятью, у которых балки рукояти проходят снаружи стрелы (двухбалочные), например, ЭКГ-4,6Б, ЭКГ-5А, ЭКГ-20; механические лопаты с внутренней рукоятью, у которых балки рукояти проходят внутри стрелы (однобалочные), например, ЭКГ-8И, ЭКГ-12,5 и их модификации, ЭВГ-35.65М. Рукоять служит для передачи на ковш напорного усилия. Однобалочные рукояти состоят из пустых балок прямоугольного или круглого сечения, один конец которых проушинами соединяется с ковшом. На другом конце балки крепится напорный блок (при канатном напоре) или вилка (при коленно-рычажном напоре) универсального шарнира. Однобалочная рукоять круглого сечения (рис. 4.1) состоит из балки 1, к передней части которой приварена встык концевая отливка 2, имеющая верхние проушины для шарнирного крепления ковша и нижние – для регулирования угла наклона ковша к рукояти посредством тяг переменной длины. На отливке установлены кронштейны 3 для валика механизма открывания днища ковша и резиновый буфер 4 для амортизации ударов днища ковша о рукоять. Напорный и возвратный канаты через полублоки 5 и 6 сообщают возвратно-поступательное движение рукояти. Передний 7 и задний 8 упоры ограничивают ход рукояти. Задний упор установлен на корпусе поглощающих аппаратов 9, служащих для гашения энергии удара в механизме напора при стопорении рукояти в забое во время движения «от себя». Двухбалочную трубчатую рукоять внешнего типа (рис. 4.2) выполняют из двух балок 1, соединенных концевой отливкой 2. По верхним накладкам 3 балок скользят ползуны седловых подшипников. При износе накладки заменяются. Снизу приварены зубчатые рейки 4. С ковшом рукоять соединяется кронштейнами 5 и тягами переменной длины. К достоинствам однобалочных рукоятей по сравнению с двухбалочными следует отнести меньшую массу и простоту конструкции, как самих рукоятей, так и их седловых подшипников. Однобалочные рукояти наиболее часто применяют с канатными механизмами напора. Однако известны конструкции однобалочных рукоятей с реечной системой напора. Внешняя (двухбалочная) рукоять обеспечивает хорошую устойчивость ковша в процессе отделения породы от массива и применяется на карьерных лопатах, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации. 89

5

7

8

6

1

2

9 3

4

Рис. 4.1. Однобалочная рукоять круглого сечения: 1 – балка; 2 – концевая отливка; 3 – кронштейны для механизма открывания днища; 4 – резиновый буфер; 5, 6 – полублоки; 7 и 8 – передний и задний упоры; 9 – корпус поглощающих аппаратов

4

5

3

1

Рис. 4.2. Двухбалочная трубчатая рукоять: 1 – балка; 2 – концевая отливка; 3 – накладка; 4 – зубчатая рейка; 5 – кронштейны для ковша

90

2

В настоящее время на отечественных карьерных и вскрышных экскаваторах с канатной системой выдвигания рукояти в основном применяют двухбалочные стрелы и внутреннюю рукоять. Однобалочные стрелы и двухбалочные внешние рукояти имеют экскаваторы с зубчато-реечной системой напора. Большинство стрел современных моделей экскаваторов имеют в плане расширенную к пяте форму (рис. 4.3), при этом на моделях с однобалочной стрелой иногда используют боковые оттяжки (рис. 4.3, а) для улучшения ее устойчивости.

а

б

в Рис. 4.3. Схемы конструкций стрел экскаваторов (однобалочные): а – с боковыми оттяжками; б, в – коробчатого сечения с расставленными опорными проушинами

Схемы конструкций стрел (рис. 4.3, 4.4) могут быть: однобалочные с боковыми оттяжками (рис. 4.3, а); однобалочные коробчатого сечения с расставленными опорными проушинами (рис. 4.3, б, в); 91

двухбалочные разрезные (рис. 4.4, а, б); двухбалочные цельнорамные (рис. 4.4, в, г).

а

б

в

г Рис. 4.4. Схемы конструкций стрел экскаваторов (двухбалочные): а, б – разрезные шарнирно-сочлененные; в, г – цельнорамные

При двухбалочной наружной рукояти стрела однобалочная. При однобалочной внутренней рукояти стрелу обычно выполняют двухбалочной. Двухбалочные стрелы применяют на экскаваторах с канат92

ным и коленно-рычажным напором. Эти стрелы выполняют цельнорамными (рис. 4.4, в, г) или шарнирно-сочлененными (рис. 4.4, а, б). Стрелы экскаваторов с коленно-рычажным и канатным напором либо не несут на себе механизма напора, либо несут меньшую его часть и работают только на продольное сжатие. Имеются небольшие нагрузки от веса в вертикальной плоскости и инерционные нагрузки от собственного веса в горизонтальной плоскости. Шарнирно-сочлененная двухбалочная стрела экскаватора с канатным напором состоит из двух частей – нижней и верхней (рис. 4.4, а, б). На экскаваторе нижняя часть стрелы образует жесткий треугольник с двуногой стойкой на платформе и подкосами. Так как верхняя часть стрелы передает только сжимающие усилия от подъемных канатов, ее выполняют в виде стоек коробчатого или трубчатого сечения. Корпуса стрел изготавливают сварными коробчатого или круглого сечения. Трубчатые элементы вскрышных лопат с коленнорычажным напором изготавливают в виде неразрезной цельнорамной двухбалочной конструкции (рис. 4.4, в). Подвеска стрелы прямых лопат в рабочем положении осуществляется с помощью канатного полиспаста, вант и реже жесткой тяги. При вантовой подвеске или жесткой тяге стрела удерживается в рабочем положении несколькими канатами (вантами) или жесткими тягами постоянной длины, имеющими на концах коуши или кованые заделки. Поэтому при вантовой подвеске угол установки стрелы может быть изменен только путем замены длины вант (тяг). При полиспастной подвеске стрелы ее угол установки может быть изменен увеличением (уменьшением) пролета канатов между блоками подвески стрелы с помощью стреловой лебедки, располагаемой на крыше кузова либо на поворотной платформе. Конструкции ковшей, применяемых на лопатах, отличаются большим многообразием и зависят от назначения ковша, способов его изготовления и опорожнения. Конструкции ковшей прямых лопат по виду соединения с рукоятью можно разделить на две группы: с шарнирным и с жестким соединениями. Ковши с шарнирным соединением применяют на большинстве карьерных экскаваторов, ковши с жестким соединением – на вскрышных экскаваторах. В таких ковшах концевая отливка рукояти является задней стенкой ковша. 93

По назначению ковши подразделяются на тяжелые, средние и легкие, соответственно, для разработки тяжелых, средних и легких пород, а также для выемки и погрузки угля. Ряды вместимости ковшей прямых лопат от 4 м3 и более установлены для следующих типов ковшей: КОПЛ – для особо легкой породы (плотность до 1,6 т/м3); КПЛ – для легкой породы (плотность от 1,6 до 2,0 т/м3); КПС – для средней породы (плотность от 2,0 до 2,5 т/м3); КПТ – для тяжелой породы (плотность от 4,0 т/м3). Назначение ковшей определяет собой и технологию его изготовления. Для работ в тяжелых условиях (погрузка руды скальных пород и др.) применяют преимущественно литые ковши, в легких условиях – сварные ковши; наиболее широко распространены комбинированные ковши – сварно-литые. Зубья ковша прямой лопаты сменные. Для экскаваторов средней и большой мощности их отливают из высокомарганцевой стали 11ОГ13Л, а для экскаваторов малой мощности – из высокоуглеродистой стали У8 и наплавляют твердым сплавом. Зубья или их сменные наконечники, как правило, делают симметричными относительно продольной оси. Для дальнейшей работы после затупления зуб или наконечники снимают и поворачивают на 180о. Зуб считается непригодным, если угол его заострения превышает 60о. Подвеска ковша осуществляется либо с помощью коромысла, проушины которого крепятся в его боковых стенках, либо с помощью блоков, обоймы которых укреплены непосредственно в боковых стенках ковша. Напорное усилие на ковше прямой лопаты создается с помощью механизма напора, который может быть выполнен по независимой или комбинированной схеме. Обе схемы могут осуществляться как при канатной, так и при зубчато-реечной подаче рукояти. На карьерных и вскрышных лопатах используют независимую схему напора с индивидуальным приводом. Зависимые и комбинированные схемы напора применяют на малых моделях универсальных лопат с выдвижной рукоятью. Усилие от привода механизма напора через канатно-полиспастную систему или зубчато-реечную пару передается непосредственно на рукоять ковша.

94

3

а

4

1

6

4

10

7

б

3

11

9

95

Рис. 4.5. Механизм напора с канатно-полиспастной системой перемещения рукояти (ЭКГ-8И): а – схема запасовки канатов; б – кинематическая схема лебедки; 1, 2 – напорные и возвратные канаты; 3, 4 – барабаны лебедки; 5, 6 – головные блоки на стреле; 7 и 8 – передний и задний полублоки рукояти; 9 – муфта предельного момента; 10 – редуктор лебедки; 11 – устройство для регулировки натяжения канатов

2

8

5

При зубчато-реечном механизме напора размещение всего механизма на стреле увеличивает как момент инерции поворотной части и опрокидывающий момент экскаватора, так и массу противовеса, что, в свою очередь, требует уменьшения либо вместимости ковша, либо радиуса черпания. Увеличение динамического момента инерции и радиуса масс, вращающихся вместе с поворотной платформой, повышает инерционные нагрузки на детали механизма поворота. При этом время разгона и торможения платформы также возрастает, что увеличивает время цикла. Поэтому зубчато-реечная система напора имеется только на моделях экскаваторов, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях. У экскаваторов с канатно-полиспастной системой перемещения рукояти на стреле остаются только направляющие блоки и седловой подшипник. Лебедка механизма напора отнесена на поворотную платформу (в переднюю часть). Схема принята за основу для реализации на многих моделях типажного ряда отечественных карьерных и вскрышных лопат. У механизма напора с канатно-полиспастной системой перемещения рукояти (рис. 4.5) напорные 1 и возвратные 2 канаты, сбегая с барабанов 3 и 4, огибают блоки 5 и 6, установленные на стреле, и идут к переднему 7 и заднему 8 полублоками рукояти. Вращение барабанов 3 и 4 вызывает осевое перемещение рукояти. Канатный механизм напора имеет простое устройство и при высоком качестве канатов надежен в работе, а его обслуживание и ремонт несложны. Для защиты механизма напора от стопорных нагрузок предусмотрена муфта предельного момента 9, установленная между двигателем М1 и редуктором 10. Барабан 3 разъемный, имеет устройство 11 для регулирования натяжения канатов механизма напора. Аналогичную кинематическую схему лебедки напора и схему запасовки канатов имеют все модели экскаваторов производства ИЗТМ.

4.3. Рабочее оборудование драглайна Рабочее оборудование драглайна состоит из стрелы, ковша и направляющих блоков. Стрела драглайна может иметь различное конструктивное исполнение. По основным конструктивным признакам стрелы драглай96

нов можно объединить в четыре группы: вантовые, трехгранные жесткие, ферменные и комбинированные. Вантовые стрелы пространственной конструкции различных исполнений до 1972 г. применялись на драглайнах УЗТМ. В вантовых стрелах элементы, работающие на растяжение, выполнены из канатов, что делает стрелу легкой и достаточно прочной. Трехгранная жесткая стрела (рис. 4.6) применяется на отечественных драглайнах. Стрела выполнена из трех жестких трубчатых поясов 1, 2, 4, образующих с головной частью трехгранную пирамиду с вертикальными трубчатыми стойками 3 и вантовыми диагональными связями 5. Верхний трубчатый пояс 4 стрелы предварительно напряжен системой вантовых канатов до суммарного усилия, равного усилию растяжения пояса от концевой нагрузки и веса стрелы, что увеличивает выносливость последней. Стрелу на жестких серьгах 6 подвешивают к стойке 7 поворотной платформы. На верхнем поясе стрелы также располагают ролики для подъемных канатов, которые касаются роликов при ослаблении натяжения, например во время копания. Трехгранная трубчатая стрела с канатными раскосами тяжелее, чем вантовая, но имеет большую эксплуатационную надежность. Масса 1 м трубчатой стрелы составляет 1,3–1,4 т, а вантовой – 1,1–1,2 т. Комбинированные шарнирно-сочлененные стрелы представляют собой пространственную ферменную конструкцию, выполненную из уголков или труб, которые могут состоять из верхней и нижней частей, связанных шарниром. Комбинированные стрелы применяют на драглайнах средней мощности производства НКМЗ. Головные блоки 5 на драглайнах средней и большой мощности установлены в подвижной раме (люльке), которая позволяет им следить за отклонением подъемных канатов (рис. 4.7). Это устраняет трение канатов о боковые поверхности ручьев блоков и уменьшает износ как канатов, так и блоков. Направляющие блоки (наводка) тяговых 4 и подъемных 3 канатов устанавливают между опорами стрелы на платформе экскаватора для обеспечения постоянного направления канатов на барабаны тяговой 1 и подъемной 2 лебедок. На экскаваторах малой мощности наводка состоит из двух вертикальных и двух горизонтальных блоков, объединенных общей поворачивающейся обоймой. На мощных экскаваторах тяговые канаты от упряжи 8 ковша 7 проходят через нижние блоки 6, поворотные вокруг вертикальной оси. Далее они идут на верхние 4 неповоротные и затем на барабан лебедки 1. 97

3

3

3 1

2

2 4

1

2

98

Рис. 4.6. Трехгранная жесткая стрела драглайна ЭШ-100.100: 1, 2 – жесткие трубчатые пояса; 3 – вертикальные трубчатые стойки; 4 – верхний трубчатый пояс; 5 – вантовые диагональные связи; 6 – серьга; 7 – стойка поворотной платформы

7

6

4

5

3

2

13

1

4

3

6

12

11

8

5

7

99

Рис. 4.7. Схема навески канатов экскаватора ЭШ-25.100А: 1, 2 – барабаны тяговой и подъемной лебедок; 3, 4 – отводные блоки подъемных и тяговых канатов; 5 и 6 – головной и направляющий блоки; 7 – ковш; 8 – упряжь ковша; 9 – барабан стреловой лебедки; 10 – отводной блок; 11 – блоки поддержки стрелы; 12 – блок надстройки; 13 – перекидной блок

13

12

10

9

11

Схема навески канатов для подъема стрелы включает барабан стреловой лебедки 9, отводной блок 10, блоки поддержки стрелы 11, блоки надстройки 12 и перекидной блок 13. 15 15

16

10 9 8

4

13

3

1 5

12

6

12

7

2 11

6

14

Рис. 4.8. Ковш драглайна: 1 – сварной корпус; 2 – козырек; 3 – арка; 4 – разгрузочные канаты; 5 – проушины; 6 – тяговые цепи; 7 – проушины для подъема; 8 – подъемные цепи; 9 – траверса; 10 – балансир цепи; 11 – зубья ковша; 12 – полозья; 13 – распорная балка; 14 – тяговые канаты; 15 – подъемные канаты; 16 – блоки

Ковш драглайна (рис. 4.8) состоит из сварного корпуса 1, козырька 2, отлитого заодно с основанием зубьев и арки 3. Последняя служит для придания боковой жесткости ковшу и крепления разгрузочных канатов 4. Наибольшей жесткостью обладают литые арки, однако они тяжелее сварных. К передней части ковша (щекам) привари100

вают проушины 5 для тяговых цепей 6, а к боковым стенкам приклепывают проушины 7 для цепей 8 подъема. Через траверсы 9 и балансир 10 цепи 8 соединяются с подъемными канатами 15. В основании козырька вставляют зубья 11. Чтобы защитить днище ковша от изнашивания, к нему приваривают стальные полозья 12 внутри и снаружи. Для предохранения подъемных цепей 8 от истирания о ковш предусмотрена распорная балка 13. Центр тяжести ковша с грузом находится между подъемными цепями и аркой. Вследствие этого при ослаблении тяговых 14 и разгрузочных канатов последние проскальзывают по блоку 16, ковш поворачивается вокруг осей крепления подъемных цепей, и порода свободно выгружается через открытое пространство под аркой и между тяговыми цепями. В транспортном положении (при поворотах) ковш удерживается в горизонтальном положении с помощью натянутых тяговых и разгрузочных канатов. Совокупность деталей, соединяющих ковш с тяговым и подъемным канатами, называется упряжью ковша. В последнее время на драглайнах начали применять ковши безарочной конструкции, отличающейся низкой металлоемкостью. Безарочная конструкция позволяет создавать расширение в области режущей кромки, в результате чего облегчаются заполнение и разгрузка ковша и уменьшается возможность образования пустот в ковше при черпании. Зубья ковшей драглайнов отливают из высокомарганцевой стали. Их конструкции аналогичны применяемым на прямых лопатах. Порядок выполнения работы 1. По плакатам ознакомиться с основными элементами рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов. 2. Изучить основные конструкции стрел механических лопат. Выполнить по одному эскизу однобалочной и двухбалочной стрелы. 3. Изучить назначение, основные узлы и типы рукоятей мехлопат. 4. По плакатам изучить конструкции и типы ковшей механических лопат. 5. По плакатам изучить конструкции механизма реечного напора и седлового подшипника. 6. Выполнить схему с пояснением основных узлов механизма напора с канатно-полиспастной системой перемещения рукояти. 7. Посмотреть телефильм «Рабочее оборудование мехлопат». 8. Познакомиться с различными конструктивными исполнениями стрел драглайнов (плакаты). 101

9. Изучить устройство и основные узлы ковша драглайна. 10. Выполнить схему навески канатов драглайна с указанием основных элементов. 11. Посмотреть телефильм «Рабочее оборудование драглайна». Содержание отчета 1. Общее устройство, классификация и особенности конструкции основных элементов рабочего оборудования механических лопат. Выполнить эскизы по рис. 4.1–4.5. 2. Общее устройство, классификация и особенности конструкции основных элементов рабочего оборудования драглайнов. Выполнить эскизы по рис. 4.6–4.8. Вопросы и задания для самопроверки 1. Укажите основные достоинства и недостатки однобалочных и двухбалочных рукоятей. 2. Почему применение зубчато-реечного механизма напора, при всех прочих равных условиях, влечет за собой уменьшение длины стрелы или вместимости ковша? 3. Для чего делают предварительное напряжение верхнего пояса жесткой трехгранной стрелы драглайна? 4. Зачем головные блоки на драглайнах устанавливаются в подвижной раме? 5. Какие функции выполняет арка ковша драглайна? 6. Что называют «упряжью» ковша? Какие функции она выполняет? 7. Назовите основные достоинства и недостатки безарочных ковшей драглайна.

Лабораторная работа 5 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ Цель работы: изучить элементы рабочего оборудования многоковшовых экскаваторов основных типов (цепных и роторных). 102

5.1. Назначение и состав рабочего оборудования Рабочим оборудованием называется комплекс узлов экскаватора, обеспечивающий его действие в зоне работы. Рабочее оборудование цепного многоковшового экскаватора состоит из ковшовой рамы с подвеской, цепи, имеющей 20–60 ковшей, и привода. Рабочее оборудование роторных экскаваторов включает рабочий орган – ротор с ковшами, приемно-питающее устройство ротора, его привод и стрелу.

5.2. Рабочее оборудование цепных экскаваторов Ковшовая рама чаще всего имеет жестко направляемую цепь. Экскаваторы с такой цепью работают в однородных грунтах или на планировке откосов. Рамы с направляющими для цепей обеспечивают хорошее наполнение ковшей и позволяют работать с большой глубиной черпания. При наличии твердых включений в массиве уступа применяют комбинированные рамы, у которых в нижней части цепь провисает свободно, а в верхней – движется в направляющих. У всех видов рам холостая ветвь ковшовой цепи движется по роликам. Подвеска рамы (рис. 5.1) состоит из системы полиспастов, удерживающих раму в нужном положении. Жесткая рама 7 одним концом шарнирно соединена с корпусом экскаватора, а за другой, свободный, подвешена к укосине на приводных барабанах 6 канатов подвески. Шарнирная рама подвешена за каждый шарнир. Изменяя длину отдельных подвесок, можно придавать раме желаемый изгиб. Все подвески по длине рамы, кроме крайней, состоят из параллельных ветвей канатов. Подвеску многошарнирной ковшовой рамы экскаватора большой мощности выполняют на 6–8 полиспастах, состоящих из 24–36 ветвей канатов. Крайняя подвеска делается диагональной с противоперекосным устройством (рис. 5.1). В случае упирания рабочей ветви 8 ковшовой цепи в непреодолимое препятствие возникают большие боковые нагрузки на ковшовую раму 7, под действием которых она отклоняется от вертикальной плоскости. При этом одна диагональ подвески укорачивается, а другая – удлиняется. Тогда проходящая через траверсу 2 103

горизонтальная ветвь каната 9 с надетой на нее профилированной насадкой 1 начинает двигаться. Ролик 3, удерживаемый цилиндром 4, отжимается и воздействует рычажком на концевой выключатель 5, который дает сигнал на отключение поворотных (или ходовых) двигателей, что предохраняет ковшовую раму от деформации. 6

I

6

2

9

7 8 I 4 5 3

1

9

2 Рис. 5.1. Диагональная подвеска ковшовой рамы с противоперекосным устройством: 1 – профилированная насадка; 2 – траверса; 3 – ролик; 4 – цилиндр; 5 – концевой выключатель; 6 – приводные барабаны подвески; 7 – ковшовая рама; 8 – рабочая ветвь ковшовой цепи; 9 – канат подвески

Ковшовая цепь состоит из звеньев, соединенных между собой шарнирами. Ковши крепятся к звеньям цепи, называемым рабочи104

ми. Между рабочими звеньями находится от четырех до восьми холостых звеньев. Четырех-, шести- и восьмизвенные цепи зависят от числа холостых звеньев между ковшами. Наиболее распространены четырехзвенные цепи. Шагом цепи (длиной звена) и числом холостых звеньев определяется расстояние между ковшами. Чем плотнее порода, разрабатываемая экскаватором, и чем больше вместимость ковша, тем большими должны быть шаг цепи и число холостых звеньев.

5.3. Рабочее оборудование роторных экскаваторов Рабочие органы роторного типа могут различаться по следующим признакам: способу разгрузки ковшей на гравитационные и инерционные; конструкции роторного колеса с гравитационной разгрузкой (рис. 5.2): камерные, бескамерные и полукамерные; расположению оси вращения ротора относительно оси барабана приемного конвейера: с параллельным расположением, под углом к горизонтальной или вертикальной плоскости; расположению приемной части конвейера относительно ротора: с боковым расположением, с расположением в торце или внутри ротора; конструкции приемно-питающего устройства при бескамерном и камерном роторе: с неподвижным лотком, с вращающимся конусом; барабанным или роликовым питателем, с тарельчатым питателем, комбинированные; типу привода: с нерегулируемым и регулируемым приводом; креплению привода к стреле: с жестким креплением и с подвеской на упругодемпфирующем устройстве. Гравитационная разгрузка частиц породы из ковша, когда он поднимается в верхнее положение на колесе, осуществляется через открытую нижнюю полость свободным потоком под действием веса разгружаемого материала. Инерционная разгрузка обеспечивается при высокой скорости движения ковшей под действием центробежных сил, выбрасывающих породу из ковша через его переднюю часть в месте разгрузки по касательной. 105

3

2 3

1 4

4 а

5 1 2

4

4

б Рис. 5.2. Схемы роторных колес: а – камерный ротор; б – бескамерный ротор; 1 – диск колеса; 2 – ковш; 3 – обтекаемые желоба (камеры); 4 – конвейер роторной стрелы; 5 – подковшовая камера

106

Камерный ротор представляет собой колесо (рис. 5.2, а) на периферии диска 1, на котором укреплены ковши 2. Под ковшами внутри колеса расположены обтекаемые желоба (камеры) 3, по ним порода после выхода ковша за пределы запирающего сектора А1, высыпаясь, стекает на конвейер 4 роторной стрелы. Камеры внутри футеруются износостойкими и препятствующими налипанию материалами, например супроленом, тефлоном. Для улучшения разгрузки задняя стенка камеры выполнена по касательной к окружности небольшого диаметра d1. Камерные роторы предназначены главным образом для верхнего черпания и редко реверсируются для работы ниже уровня стояния экскаватора. Значительный суммарный объем собственно ковша Е и его камеры Е1 в конкретных условиях эксплуатации позволяет получить производительность экскаватора с камерными роторами на 30–40 % более высокую, чем номинальная, определяемая только по паспортной вместимости ковша Е. У бескамерного ротора (рис. 5.2, б) порода в ковше 1 вместимостью Е и его подковшовой камере 5 вместимостью Е1 перемещается по неподвижной обечайке А2, прикрепленной к стреле и закрывающей подковшовое пространство с внутренней стороны. Обечайка и разгрузочный сектор могут выполняться подвижными, что улучшает условия разгрузки породы из ковшей при переменных углах наклона стрелы. Комбинированный (полукамерный) ротор имеет удлиненную заднюю стенку ковша, немного не доходящую до центра колеса. Подковшовая камера образуется неподвижным сектором («хвостом») ковша. Ковши вместе с подковшовой камерой имеют в зоне черпания значительную вместимость при малых размерах ротора, что повышает производительность экскаватора. Благодаря такой конструкции комбинированные роторы по вместимости ковша приближаются к камерным, а по легкости разгрузки ковшей – к бескамерным. Камерные и комбинированные роторы наиболее пригодны для разработки сухих, плотных материалов, например углей. Приемно-питающие устройства (рис. 5.3) служат для передачи породы от ковшей на транспортирующий орган (ленту конвейера). Их конструкции зависят от параметров рабочего органа и свойств (липкость, влажность и т.д.) перегружаемого материала. Отбор материала от ротора является одним из основных вопросов, решаемых при его конструировании. Есть много конструктивных решений, начиная от установки ротора под углом к оси стрелы и кончая принудительной отгрузкой материала с применением специальных роликовых, ленточных и тарельчатых питателей. 107

6 7

6 5

2

3

2

3 4

4

5

1 1

а

б 9

10

4

5

3

3 2

4

1 5

1 2

в

г

Рис. 5.3. Схемы приемно-питающих устройств роторных исполнительных органов: 1 – опора роторного колеса; 2 – редуктор; 3 – роторное колесо; 4 – лента конвейера роторной стрелы; 5 – бортик конвейера; 6 – лоток; 7 – скребок; 8 – вращающийся конус; 9 – ролик; 10 – барабан; 11 – ленточный питатель; 12 – тарельчатый питатель; 13 – коническая передача; 14 – неподвижный скребок (начало, окончание см. на с. 109)

108

8 2

5

3

12

6

2

14 13

4

5 8

1

1 4

3

д

е 6

4

3 5 11

1

2

1

2

5 3

ж

з Рис. 5.3. Окончание (начало см. на с. 108)

109

Наиболее простой конструкцией приемно-питающего устройства является неподвижная наклонная плоскость – лоток 6 (рис. 5.3, б), которая вводится во внутреннюю полость ротора под углом 60–70о к горизонту и обеспечивает подачу породы на ленту 4 конвейера. Поверхность скольжения лотка ограничена боковыми стенками. Несмотря на простоту, малую массу и стойкость по отношению к ударным нагрузкам, неподвижный лоток пригоден при разработке только несвязных, сыпучих и каменистых пород. При разработке вязких и липких пород на лотке целесообразно устанавливать вращающиеся вокруг оси скребки 7 (рис. 5.3, а). Более надежной системой принудительной разгрузки породы является приводной роликовый стол-питатель (рис. 5.3, в), который должен иметь уклон в сторону стрелового конвейера и возрастающую частоту вращения роликов 9 в направлении разгрузки. Ролики устанавливают с минимальным зазором, чтобы порода не просыпалась между ними, а их поверхность покрывают резиной. Роликовый питатель снижает высоту падения материала, но одновременно уменьшает конструктивный сектор разгрузки. Модификацией роликового питателя является барабанный питатель (рис. 5.3, г), представляющий собой цилиндрический барабан 10, перекрывающий по своей длине сектор разгрузки. При установке очистительных устройств применение питателя эффективно на любых породах, однако, порода на конвейер выносится питателем со значительной поперечной скоростью под его прямым углом к направлению движения ленты. Поэтому порода скользит по ленте до тех пор, пока не обретает ту же скорость, что и лента. Следствием проскальзывания породы является повышенный износ ленты. Для того чтобы предохранить длинную дорогостоящую ленту стрелового конвейера от быстрого износа, иногда применяют промежуточный короткий (по длине близкий к диаметру ротора) продольный конвейер-питатель 11 (рис. 5.3, з). На нем используют ленту с более толстым слоем резины. Порода с промежуточного конвейера поступает на главный конвейер со скоростью, равной скорости движения ленты главного конвейера и почти совпадающей с ней по направлению. В месте разгрузки породы иногда устанавливают колосники, через которые мелкие куски породы попадают на ленту, защищая ее поверхность от ударов крупными кусками и тем самым уменьшая ее износ. 110

Широкое распространение получили приемно-питающие устройства, рабочая поверхность которых выполнена в виде вращающегося конуса 8 (рис. 5.3, д), с углом наклона к горизонту 60–70о. Для очистки поверхности конуса от налипающего грунта и ограничения его потока служат боковые скребки 16, неподвижные относительно стрелы. Недостатками этой конструкции являются невозможность придания породе какой-либо скорости в направлении движения ленты и зависимость условий перегрузки от угла наклона стрелы. Относительно равномерный и направленный по движению ленты поток породы можно получить установкой во внутреннюю полость ротора вращающегося наклонного тарельчатого питателя 12 (рис. 5.3, е), приводимого в действие через коническую передачу 13 от вала ротора. Разгрузка породы и направление ее на ленту конвейера осуществляется неподвижным скребком 14. Недостатками тарельчатого питателя являются сложность конструкции и трудность перекрытия сектора разгрузки при больших диаметрах ротора. Бескамерная конструкция ротора позволяет расположить его под углом к оси стрелы, осуществляя боковую разгрузку, и ввести стреловой конвейер в его внутреннюю полость (рис. 5.3, ж, з). Скорость скольжения породы по разгрузочной поверхности ротора зависит от угла наклона этой поверхности к горизонту. Боковая разгрузка конструктивно осуществляется наклоном оси ротора по отношению к оси конвейера в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 5–10о. Наклон ротора в сторону конвейера дает значительное улучшение условий разгрузки без усложнения конструкции ротора. Такие схемы применяют на некоторых мощных зарубежных роторных экскаваторах. При работе в нелипких породах на экскаваторах с небольшим диаметром ротора наилучшие результаты дает эксплуатация простого лотка или вращающегося конуса, а на экскаваторах с большим диаметром ротора – приводной роликовый стол или однобарабанный питатель. При работе в связных породах и на экскаваторах с небольшим диаметром ротора наиболее приемлем тарельчатый питатель; при средней мощности ротора – вращающийся конус и при большой мощности ротора – однобарабанный или продольный питатель. По конструкции режущей части роторы могут быть ковшовые и ковшовые с дополнительными рыхлящими поясами. Рыхлящие пояса представляют собой режущие кромки от ковша без днища. Они устанавливаются в промежутке между ковшами. 111

1

5

2

6

3 а 1 2

6

4

5

б Рис. 5.4. Схемы компоновки роторного узла: 1 – роторное колесо; 2 – редуктор; 3 – упругая опора редуктора; 4 – муфта; 5 – конвейер; 6 – вал роторного колеса (начало, окончание см. на с. 113)

112

4 1

6 2 5

в 1 2 2

6 5 3 4

г Рис. 5.4. Окончание (начало см. на с. 112)

113

Различные схемы компоновки роторных узлов экскаваторов представлены на рис. 5.4. Роторный узел включает роторное колесо 1, редуктор 2 с двигателем, упругую опору редуктора 3, предохранительную муфту 4, погрузочное устройство конвейера 5, вал роторного колеса. Приводы ротора классифицируются по следующим признакам: компоновке: с приводом, встроенным в ротор (рис. 5.3, в); наружным размещением привода (рис. 5.4, а–в); с комбинированным размещением привода (рис. 5.4, г); конструктивному исполнению: с планетарной передачей; с передачей обычного исполнения (рис. 5.4, а–в); с комбинированной передачей (рис. 5.4, г); способу крепления привода к роторной стреле: с жестким креплением; с посадкой редуктора на вал ротора 6 (рис. 5.4, а) с одной стороны и через упругую демпфирующую опору 3 на металлоконструкцию роторной стрелы с другой стороны; способу передачи крутящего момента: через вал (рис. 5.4, а, б); через зубчатый венец с внутренним или внешним зацеплением, закрепленный на роторе (рис. 5.3, е); числу скоростей привода: с одно- и многоскоростным приводом. Последний по способу регулирования скорости может быть ступенчатым и бесступенчатым. На рис. 5.4, в представлен редуктор с коробкой скоростей, позволяющий иметь две скорости; числу двигателей привода ротора: одно- и многодвигательный. В приводе роторных экскаваторов применяются предохранительные муфты фрикционного, гидравлического, электромагнитного и планетарного типов. Установка муфт 4 (рис. 5.4, б) может производиться на валу ротора, на промежуточном валу механической передачи (рис. 5.4, в) и на валу двигателя (рис. 5.4, г). По типу металлоконструкции роторные стрелы могут выполняться в виде пространственных ферм, трубчатыми и балочными. Фермы могут иметь прямоугольные, трехгранные и реже ромбические формы сечения. Роторный экскаватор может выполняться как со стрелой постоянной длины, так и с выдвижной стрелой (рис. 5.3, б). У экскаваторов с выдвижными стрелами крепление опорной части роторной стрелы может быть выполнено с опиранием на напорную тележку. Подача стрелы на забой и обратно может осуществляться зубчато-реечным механизмом или тяговыми лебедками. 114

5.4. Ковши цепных и роторных экскаваторов Конструкция ковша многоковшового экскаватора должна обеспечивать: осуществление процессов резания и заполнения ковша с возможно меньшими энергозатратами; исключение налипания и намерзания горной массы; полную разгрузку породы в пределах разгрузочного сектора; ограничение величины кусков, образующихся в результате отделения стружки; снижение неравномерности внешней нагрузки, возникающей в результате периодического входа и выхода режущих элементов из контакта с забоем и исключение просыпей при черпании. В ковше различают две основные части: режущую, отделяющую стружку от массива, и корпусную, транспортирующую породу к месту разгрузки. Ковши можно классифицировать по следующим признакам: конструкции и наличию днища – с жестким днищем, с гибким днищем и без днищ (при инерционном способе разгрузки). Жесткое днище может быть сплошным или прутковым, гибкое – цепным или кольчужным; форме режущего пояса (козырька) – арочные, прямоугольные и трапецеидальные. Режущая кромка пояса по армировке режущим инструментом может быть с зубьями и без зубьев; наклону боковой режущей кромки и радиусу ротора – с радиальной, боковой и наклонной (ковши косого резания) несущими кромками. Рекомендуется подбирать ковши с учетом горно-геологических и климатических условий эксплуатации экскаватора по пяти основным группам режущих частей ковшей (рис. 5.5). I группа. Кромка козырька 1 (рис. 5.5, I, а–г) – сплошная без зубьев. Режущие части этой группы применяются для разработки пород, имеющих незначительную связность, прочность и хорошо рыхлящихся при резании, где прежде всего необходимо обеспечить отсутствие просыпей. Корпус ковша может быть выполнен со сплошным днищем (рис. 5.5, I, д), так как он предназначен для пород, не восстанавливающих свою связность после экскавации и не налипающих (песчаные, супесчаные породы, угли, скальные прослойки с малой влажностью). При черпании мягких пород такими кромками отмечается снижение энергоемкости на 10–15 % по сравнению с ковшами, имеющими зубья. 115

1

3

4 4

4

3

4

5

5

5

5

2

3

116

а б в г д Рис. 5.5. Схемы режущих поясов ковшей: 1 – козырек; 2 – сплошное днище; 3 – зубья; 4 – отделяемая стружка; 5 – цепная задняя стенка

4

1 3

3

1

1

1

1

II группа. Боковые кромки режущего пояса в радиальном направлении имеют по обеим сторонам либо выступы-лепестки (рис. 5.5, II, а, в), выполненные заодно с корпусом, либо одиночные (рис. 5.5, II, б) зубья, либо сдвоенные (рис. 5.5, II, г) зубья 3. Режущие части этой группы применяются при разработке суглинков и глин, обладающих связностью и хорошей рыхлимостью. III группа. Козырьки 1 (рис. 5.5, III, д) имеют обратный скос боковой кромки от радиального направления в плоскости ротора и армированы зубьями 3, установленными так, что в сечении стружки их режущие кромки параллельны кромке козырька. Режущие части этой группы применяются при разработке связных и плотных глин, слабых бурых углей, отделяющихся в виде скалывающихся кусков, размеры которых необходимо ограничить. При работе косого козырька последовательное резание зубьями приводит к расчленению стружки на отдельные куски ограниченных размеров, а последовательный выход зубьев из зацепления с забоем обуславливает достаточно плавное изменение нагрузки на роторе. IV группа. Режущие кромки зубьев 3 (рис. 5.5, IV, д) на каждой стороне косого козырька параллельны друг другу. Режущие части этой группы используют при разработке вязких плотных крупнотрещиноватых пород. Ковши наиболее полно удовлетворяют основным требованиям по ограничению динамики и кусковатости. Поскольку зубья установлены на косом козырьке, при срезании стружки они отстают один от другого, создавая в породе автономное напряженное состояние перед каждым зубом. Отделение элементов стружки происходит последовательно и раздельно, так как каждый зуб козырька, перемещаясь в массиве, обнажает поверхность для среза элемента стружки другим зубом. V группа. Конструкция козырька аналогична козырьку IV группы, однако имеет большее число зубьев, установленных на двух соседних, следующих друг за другом ковшах так, что траектории движения зубьев смещены друг относительно друга (рис. 5.5, V, г) и образуют равномерно расположенные по высоте ковша концентрические окружности, благодаря чему осуществляется сотовая схема отделения стружки. Корпус ковша для II–V групп режущих частей может быть: с цепной 5 задней стенкой (рис. 5.5, III–V, д) для супесчаных пород, легких суглинков и влажных углей; каркасный со сплошным цепным

117

днищем (рис. 5.6) для экскавации тяжелых и липких пород при любых климатических условиях.

4 2 3

1 Рис. 5.6. Схема каркасного ковша раздельного резания: 1 – косой арочный козырек; 2 – зубья; 3 – каркасный корпус; 4 – цепное днище

Ковши всех средних и крупных отечественных роторных экскаваторов снабжены цепным днищем. В верхнем положении ковша на роторе цепи провисают внутрь, стряхивая с себя породу. Наибольшее распространение в последнее время получили ковши косого резания. Хорошие результаты по снижению кусковатости отделяемой горной породы и уменьшению динамики при работе машин достигаются установкой про межуточных режущих поясов между ковшами, которые представляют собой режущую кромку от стандартного ковша без корпуса. Порядок выполнения работы 1. По плакатам изучить конструкции и основные узлы ковшовой рамы цепного экскаватора. Начертить схему подвески ковшовой рамы (рис. 5.1). 2. Разобраться в принципиальном различии камерных, бескамерных и полукамерных роторов. 3. Изучить схемы приемно-питающих устройств роторных органов. 4. Начертить схемы приемно-питающих устройств. Дать полную характеристику каждой из этих схем по классификационным признакам и назвать основные узлы. 5. Изучить схемы компоновки роторных узлов экскаваторов. 118

6. По плакатам ознакомиться с конструкциями роторных стрел экскаваторов. 7. Разобраться в особенностях конструкций пяти групп режущих частей ковшей. Начертить эскизы этих ковшей. 8. Посмотреть телефильм «Рабочее оборудование роторных экскаваторов». Содержание отчета 1. Общее устройство, особенности конструкции ковшовой рамы цепного экскаватора. Схема подвески рамы. 2. Классификация, основные узлы, достоинства, недостатки, назначение приемно-питающих устройств роторных органов. Эскизы (см. рис. 5.3). 3. Общее устройство роторных узлов и классификация приводов ротора экскаваторов. 4. Особенности конструкции, назначение и область применения основных групп режущих частей ковшей роторных экскаваторов. Эскизы (см. рис. 5.5). Вопросы и задания для самопроверки 1. Каковы особенности устройства и область применения комбинированной ковшовой рамы? 2. Назовите основные достоинства и недостатки камерных, бескамерных и полукамерных роторов. 3. Какие схемы приемно-питающих устройств роторных органов могут успешно работать при вязких и липких породах? 4. Что собой представляют режущие пояса (подрезные ковши) ротора экскаватора? 5. Объясните, что значит «сотовая схема» отделения стружки. 6. Для чего делается цепное днище у ковшей роторных экскаваторов?

119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Бритарев, В. А. Горные машины и комплексы / В. А. Бритарев, В. Ф. Замышляев. – М. : Недра, 1984. – 286 с. 2. Демченко, И. И. Ресурсосберегающие и экологичные технологии обеспечения качества углепродукции / И. И. Демченко, В. Д. Буткин, А. И. Косолапов. – М. : МАКС Пресс, 2006. – 344 с. 3. Домбровский, Н. Г. Многоковшовые экскаваторы. Конструкция, теория и расчеты / Н. Г. Домбровский. – М. : Машиностроение, 1972. – 432 с. 4. Домбровский, Н. Г. Экскаваторы. Общие вопросы теории, проектирования, исследования и применения / Н. Г. Домбровский. – М. : Машиностроение, 1969. – 318 с. 5. Казаков, В. А. Добычной комплекс ДК-2000 / В. А. Казаков, И. П. Кубышкин // Горное оборудование и электромеханика. – 2007. – № 12. – С. 35–38. 6. Казаков, В. А. ЭКГ-12К – экскаватор нового поколения на замену ЭКГ-10 / В. А. Казаков, А. И. Варгасов, В. М. Донской // Горное оборудование и электромеханика. – 2007. – № 12. – С. 38–42. 7. Кранлайны – техника открытых горных работ XXI века / К. Н. Трубецкой, Н. П. Сеинов, Н. А. Киселев, И. А. Сидоренко // Уголь. – 1999. – № 11. – С. 46–49. 8. Матренин, М. В. Ижорские экскаваторы: ближайшее будущее / М. В. Матренин // Горное оборудование и электромеханика. – 2008. – № 9. – С. 46–48. 9. Махно, Д. Е. Эксплуатация и ремонт карьерных экскаваторов в условиях Севера / Д. Е. Махно. – М. : Недра, 1984. – 133 с. 10. Михайлов, Ю. Н. Горные машины и комплексы / Ю. Н. Михайлов, Л. И. Кантович. – М. : Недра, 1975. – 425 с. 11. Открытые горные работы : справ. / К. Н. Трубецкой, М. Г. Потапов, К. Е. Виницкий и др. – М. : Горн. бюро, 1994. – 590 с. 12. Подэрни, Р. Ю. Механическое оборудование карьеров : учеб. / Р. Ю. Подерни. – 6-е изд. – М. : МГГУ, 2007. – 678 с. 13. Ржевский, В. В. Открытые горные работы : в 2 ч. / В. В. Ржевский. – Ч. 1 : Производственные процессы : учеб. для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : Недра, 1985. – 509 с. 14. Самолазов, А. В. Основные тенденции развития экскаваторно-автомобильных комплексов / А. В. Самолазов, Н. И. Паладеева, А. А. Беликов // Горная промышленность. – 2009. – № 4. – С. 20–23. 120

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….. Лабораторная работа 1. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ И ТИПАЖЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ............ 1.1. Экскаваторы цикличного действия........................................… 1.2. Экскаваторы непрерывного действия....................................... 1.3. Перспективные конструкции выемочно-погрузочных машин и горных комплексов…………………………………………… Лабораторная работа 2. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ...............…. 2.1. Классификация, область применения........................................ 2.2. Конструктивные схемы прямой напорной лопаты................... 2.3. Конструктивные схемы коленно-рычажной напорной лопаты 2.4. Конструктивная схема напорной лопаты с рабочим оборудованием «Суперфронт».................................. 2.5. Конструктивная схема прямой гидравлической лопаты.......... 2.6. Конструктивные схемы драглайна и грейфера..........................

3 8 8 19 26

57 58 59 61 63 65 66

Лабораторная работа 3. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ................ 3.1. Классификация, назначение и область применения.............… 3.2. Конструктивные схемы цепных экскаваторов........................... 3.3. Конструктивные схемы роторных экскаваторов....................... 3.4. Конструктивные схемы экскаваторов фрезерного типа...........

71 71 72 76 83

Лабораторная работа 4. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ ЦИКЛИЧНОГО ДЕЙСТВИЯ…………… 4.1. Назначение и состав рабочего оборудования......................… 4.2. Рабочее оборудование механической лопаты........................... 4.3. Рабочее оборудование драглайна...............................................

88 88 88 96

121

Лабораторная работа 5. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.....….…. 5.1. Назначение и состав рабочего оборудования………………... 5.2. Рабочее оборудование цепных экскаваторов............................ 5.3. Рабочее оборудование роторных экскаваторов........................ 5.4. Ковши цепных и роторных экскаваторов..................................

102 103 103 105 115

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………… 120

122

Учебное издание

Демченко Игорь Иванович Васильев Сергей Борисович ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНЫЕ МАШИНЫ Лабораторный практикум 2-е издание, исправленное и дополненное

Редактор Л. Г. Семухина Компьютерная верстка Н. Г. Дербеневой

123

Подписано в печать 17.10.2011. Печать плоская. Формат 60х84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 7,21. Тираж 500 экз. Заказ № 4873 Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79 Тел./ факс (391) 244-82-31, e-mail: [email protected] Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел/факс (391)249-74-81, 249-73-55 E-mail: [email protected]; http://lib.sfu-kras.ru

124