Лекции по "Геологии"

Ширина забоя при  верхней разгрузке экскаватора  определяется так же, как и при  нижней, но отработка развала возможна только одной заходкой.

Выемка горных пород гидравлическим экскаватором

Конструктивной особенностью гидравлических экскаваторов, определяющих их технологические параметры и технико - экономические показатели, является наличие трех пар мощных гидроцилиндров, соединенных между собой шарнирно, для управления стрелой, рукоятью и ковшом. Качающаяся стрела и рукоять, а также поворотный ковш позволяет благодаря цилиндрам создать траекторию черпания, нежели у обычных канатных экскаваторов, и значительно большие усилия резания на зубьях ковша (сослаться на схему и технологические параметры экс. мехлопат). У канатных экскаваторов ковш при черпании перемещается по криволинейной траектории, вследствие чего усилие резания ограничивается устойчивостью экскаватора, которая обеспечивается противовесом большой массы.

Гидравлические экскаваторы  работают при прямолинейном внедрении  ковша и его последующем повороте в конце черпания. При этом усилие внедрения ковша ограничивается силой сцепления ходовой части  экскаватора с почвой забоя. Схемы работы в забое приведены на плакате и на технологических схемах.

Благодаря лучшей кинематике рабочего органа гидравлические экскаваторы  при одинаковой емкости ковша  по сравнению с канатными имеют  рабочую массу в 1,8 – 2,2 раза меньшую, а усилие копания в 2 – 2,2 раза большее; расход электроэнергии уменьшается на 30 %, а эксплуатационные расходы на экскавацию горной массы – в 2 – 4 раза. Кроме того, могут быть снижены расходы на ремонт транспортных средств. независимое движение напора, подъема и поворота ковша облегчают разборку подошвы забоя и селективную выемку. Благодаря уменьшению минимального и увеличению максимального радиусов на уровне черпания появляется возможность расширить забой экскаватора и значительно увеличить объем горной массы, вынимаемой экскаватором в забое с одного места стояния. Кроме этого увеличивается глубина копания ниже уровня стояния, и улучшаются условия выгрузки породы из ковша.

Несмотря на перечисленные  преимущества, практика эксплуатации гидравлических экскаваторов выявила  существенные недостатки.

Проведенные исследования указывают, что основной причиной возникновения  отказов у ЭГ по сути является загрязнение  гидрожидкости и запуск гидросистем  экскаваторов при экстремально низких температурах.

Загрязнение гидрожидкости  различными частицами, попадающими внутрь системы, является основной проблемой функционирования гидропривода, вызывающей подавляющее большинство его неисправностей.

Следующая проблема связана  с экстремальными климатическими условиями  Крайнего Севера, где температура  окружающей среды может достигать -60 С. Доля отказов гидравлических систем, вызванных холодным запуском не велика, однако они приводят к столь катастрофическим последствиям, что вызывают весьма длительные простои и обусловливают высокую стоимость ремонта.

За последние 20 лет доля карьерных гидравлических экскаваторов в мировом парке добычной техники существенно возросла и на долю карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом приходится не более 25%

В то же время в СНГ  карьерные экскаваторы с электромеханическим приводом составляют основную часть парка.

Анализ имеющийся в  СНГ за те же 20 лет опыт эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, приходится констатировать, что отсутствие опыта создания таких  машин и возникшие организационные  сложности воздействовали негативно  на реализацию потенциальных возможностей нового поколения экскавационной техники. Те выводы, которые, на настоящий момент уже сделаны рядом предприятий России, говорят не в пользу качества гидравлических экскаваторов. И это несмотря на то, что основные технические характеристики - рабочая масса, удельные усилия копания, показатели надежности карьерных гидравлических экскаваторов не только способны удовлетворить требования горных предприятий СНГ, но и значительно превосходят те возможности, которыми обладают канатные экскаваторы с электромеханическим приводом механизмов типа ЭКГ

Наглядным примером является ПО "Якутуголь", которое после  применения экскаваторов с гидроприводом  основных механизмов типа 204-М производства фирмы Marion (США) на протяжении почти 20 лет, вновь обратилась к закупкам традиционных экскаваторов типа "ЭКГ". Из практики применения единичных опытных образцов ЭГ в СНГ и крупномасштабного внедрения их за рубежом делаются противоположные выводы. На разрезе "Нерюнгринский" существует сопоставительный опыт эксплуатации ЭГ и ЭКГ, и он свидетельствует о том, что эксплуатация гидравлических машин обходится дороже на 20 %  

Конструктивной основной особенностью ЭГ является применение в этих машинах дизель-гидравлического привода основных механизмов.

Практика применения гидропривода в различных отраслях доказала, что гидропривод в целом обладает высоким уровнем надежности. Однако под надежностью понимают свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих назначенным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов. В случае, если режимы использования и обслуживания техники отличаются от назначенных, то следует учитывать не только надежность, но и живучесть объекта. Живучесть характеризует способность объекта сохранять работоспособное состояние при внешних воздействиях, превышающих установленные нормы.

Уместно подчеркнуть, что  гидропривод имеет высокую надежность, но обладает относительно низкой живучестью, поскольку чувствителен к ряду внешних воздействий, часто встречающихся в характерных для эксплуатации карьерной техники условиях.

Основными факторами, характерными для эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, являются:

• высокий годовой фонд рабочего времени (7000 часов);
• высокие усилия и динамика (до 70 кН на 1 м:> вместимости ковша) нагружения рабочего оборудования в забое;
• высокая удельная мощность (до 3.7 кВт/т на 1 т. массы);
• удаленность от внешних инфраструктур по ремонту гидрокомпонентов.

Высокий фонд рабочего времени, в первую очередь, предопределяет необходимость  обеспечения высокого ресурса. Высокая  динамика приводит к повышению требований к силовой защите. Высокой мощности должно соответствовать значительное количество агрегатов большой единичной мощности, а также построение ЭГ по модульному принципу. И высокая динамика, и высокая мощность препятствуют реализации высоких характеристик надежности.

Удаленность от сервисных  инфраструктур усложняет преодоление  этих факторов и делает необходимым организацию сервисных услуг на месте.

Кроме того, имеется целый  ряд дополнительных факторов, снижающих  надежность гидропривода на карьерных  экскаваторах в условиях горных предприятий:

• высокий уровень загрязненности воздуха в рабочей зоне (до 1.2 г/л);
• экстремально низкие или высокие температуры окружающей среды, что предопределяет значительные изменения вязкости гидрожидкости: в процессе работы в 10-15 раз, а в процессе запуска в 250 раз;
• высокие нагрузки, возникающие при экскавации очень твердых или плохо взорванных пород, что предопределяет необходимость искусственного ограничения давления в системе для увеличения срока службы гидрокомпонентов;
• недостаточно высокий уровень технического обслуживания по причине низкой квалификации обслуживающего персонала, а также в связи с недостаточным техническим оснащением измерительными приборами и специальным инструментом.

Поэтому по значимости влияния  на надежность, температурный фактор, безусловно, можно поставить на второе место. Эффективное использование гидропривода в таких условиях эксплуатации становится возможным только при наличии дополнительного оборудования, обеспечивающего предварительный прогрев рабочей жидкости по всей системе гидропривода, и применения соответствующей заданным условиям эксплуатации гидрожидкости. Соблюдение заданных оптимальных температур в допустимых пределах является важным фактором, определяющим также КПД и ресурс гидропривода.

Технологические схемы работы механической лопаты приведены на схеме (рис.39 из кн. Анистратова).

Выемка мягких и скальных пород драглайнами

Драглайны применяют  при разработке угольных, железорудных и других месторождений, главным  образом для перевалки мягких пород и разработки забоев, расположенных ниже уровня стояния экскаватора. Широко используются они на земляных работах при строительстве каналов, дорог, гидросооружений и т. д

Работу драглайна можно  описать так.

Ковш наполняется при  его движении по забою под действием  тягового каната из положения I в положение II. Затем ковш поднимается, и экскаватор поворачивается к месту разгрузки. Ковш подвешен к подъемному канату таким образом, что пока тяговый канат слегка натянут, ковш находится примерно в горизонтальном положении. При ослаблении тягового каната ковш опрокидывается передней стороной вниз и разгружается (положение III).

После разгрузки экскаватор поворачивается, и ковш опускается на грунт, возвращаясь в положение I. Если перед опусканием ковш подтянуть к пяте стрелы, а затем отпустить тяговый канат, то ковш можно забросить в положение IY.

Минимальная толщина  стружки должна быть такой, чтобы  ковш заполнялся за одно черпание. Толщину  стружки регулируют изменением длины разгрузочного каната и места крепления тяговых цепей. Большая толщина стружки допускается в мягких породах, меньшая - в тяжелых.

Продолжительность поворота экскаватора зависит главным  образом от места выгрузки породы. При перемещении в отвал ковш иногда разгружается на ходу, без остановки  экскаватора, поворачивающегося на 360 градусов. Продолжительность рабочего цикла при этом минимальная, так как разгрузка совмещается с поворотом и происходит без опускания ковша и остановки для перемены направления движения. Данные о продолжительности цикла приведены в справочных материалах. Продолжительность цикла, в зависимости от типа оборудования колеблется от 45 до 60 секунд при угле поворота 135 градусов.

Основными рабочими параметрами драглайна являются (рис. 4.10 – Хохряков – рисую сам) максимальный радиус черпания R_Ч.max, минимальный радиус черпания на уровне стояния R_Ч.У., радиус разгрузки R_Р, максимальная глубина черпания H_Ч.max., максимальная высота разгрузки H_Р.max.

Наклон стрелы драглайна  составляет 20 – 35 градусов. Ход мощных драглайнов – шагающий. Преодолеваемый уклон составляет 7 – 12 градусов, удельное давление на грунт – 0,1 – 0,2 мПа. Угол между горизонталью и днищем ковша при его подъеме должен составлять 15 – 20 градусов, иначе положение ковша становится неустойчивым.

Формы и размеры  забоя драглайна определяются схемой его работы и рабочими параметрами. Драглайн установленный на кровле уступа, отрабатывает его нижним черпанием, а драглайн установленный на промежуточном горизонте уступа, отрабатывает его верхним и нижним черпанием. Рис.33 и 34 из кн. Анистратова).

Наибольшая производительность драглайна обеспечивается в торцевом забое с нижним черпанием при минимальном угле поворота экскаватора от места черпания к месту разгрузки.

Высота уступа устанавливается  по глубине черпания с учетом расположения драглайна на его кровле за пределами  призмы обрушения при угле наклона плоскости забоя к горизонту в пределах 30 – 60 градусов.

Ширина заходки драглайна  определяется способом его работы и  радиусом черпания. ЕЕ принимают с  таким расчетом, чтобы углы разворота  экскаватора в каждую сторону  не превышали 45 градусов.

Верхнее черпание эффективно только для мощных драглайнов с емкостью ковша 10 – 15 м³ и более. При верхнем черпании высота верхнего подуступа не должна превышать 0,3 – 0,4 – высоты разгрузки драглайна. Угол откоса забоя верхнего подуступа не должен превышать 20 – 25 градусов, иначе возможно недостаточное наполнение или опрокидывание ковша.

Схемы торцевых и тупиковых  забоев приведены на схеме (рис. 33 и 34 из кн. Анистратова).

Для разработки небольших сильно обводненных месторождений применяются башенные экскаваторы с канатной подвеской ковша (рис 35 из кн. Анистратова).

Одна из башен такого экскаватора располагается на отвале пустых пород, другая на кровле вскрышной  толщи. Он последовательно производит экскавацию вскрыши с перемещением ее в отвал и добычу полезного  ископаемого с погрузкой его в средства транспорта.

Производительность  одноковшовых экскаваторов

Годовое время распределяется на рабочее время, и простои в  праздничные и выходные дни, из-за производства капитальных ремонтов, среднего и текущего ремонта, климатических условий, переводов экскаватора из одного забоя в другой. В среднем экскаваторы находятся в работе 240 – 270 дней в году.

Виды и продолжительность  ремонта экскаваторов на карьерах регламентированы специальными нормативами. Капитальный  ремонт должен производиться через 3 – 5 лет, средний – ежегодно, текущий – раз в три или четыре месяца. Кроме того, ежемесячно проводится осмотр или крепежный ремонт. Продолжительность ремонта определяется в каждом отдельном случае в зависимости от состояния и модели экскаватора, а также состояния ремонтной базы. Обычно, порядок, сроки и продолжительность ремонтов прилагаются вместе с паспортом на экскаватор с завода изготовителя в виде инструкции по эксплуатации и обслуживанию.