Опорные слова и термины. Экскаватор, одноковшовые экскаваторы, многоковшовые экскаваторы, прямая мех.лопата, обратная мех.лопата

Экскаватор, одноковшовые экскаваторы, многоковшовые экскаваторы, прямая мех.лопата, обратная мех.лопата, драглайн, грейфер, ходовое оборудование, роторные экскаваторы, цепные экскаваторы, ковшовая рама, цепь с ковшами, подвеска ковшовой рамы, ротор, стрела ротора, разгрузочная консоль, подвеска стрелы ротора.

Наиболее трудоемким процессом при открытом способе разработки полезных ископаемых являются выемочно-погрузочные работы. Механизации их должно уделяться основное внимание. Наиболее прогрессивные - бестранспортные схемы экскавации с применением высокопроизводительных машин, способных перемещать породы на значительное расстояние. Несмотря на развитие бестранспортных систем разработки преобладающими являются транспортные способы ведения работ с применением экскаваторов. Экскаваторы применяются для вскрышных работ и для добычи угля, руд, строительных материалов открытым способом.

Впервые в 1809г. был создан "копательный ковш" с ручным приводом. Он применялся на Днепре при разработке песка и являлся прототипом современного экскаватора. В 1845-1851 г.г на строительстве железной дороги Москва-Петербург работали четыре паровых экскаватора. С 1854г паровые экскаваторы стали применяться на Нижнетагильских рудниках, а с 1894 - на Амурских золотых россыпях. В 1900г на Путиловском заводе были построены экскаваторы на

железнодорожном ходу с ковшом до 2,3 м3.

В 1936 году Уралмашзавод изготовил первый электрический экскаватор М-1У-Э с ковшом З м3и в довоенные годы было изготовлено 11 экскаваторов.

До 1956г Уралмашзавод выпускал экскаваторы СЭ-3 с ковшом Зм3, а 1956г - ЭКГ-4 и более совершенные модификации ЭКГ-4,6, ЭКГ-4,6А и ЭКГ-4,6Б. В настоящее время Уралмашзавод выпускает экскаваторы ЭКГ-5А, ЭКГ – 5В, шагающие драглайны четырех модификаций и мощный карьерный экскаватор ЭКГ-20. Кроме Уралмашзавода различные типы экскаваторов выпускают Ижорский завод, Новокраматорский машиностроительный завод, Донецкий машиностроительный завод, Красноярский и др.

Экскаватором называется машины для зачерпывания (экскавации) горной массы, перемещения ее на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или отвал. Рабочий цикл одноковшового экскаватора складывается из четырех последовательных операций: наполнения ковша (черпания), перемещения его к месту разгрузки (транспортирования), разгрузки и перемещения порожнего ковша к месту зачерпывания для нового цикла. Поэтому одноковшовые экскаваторы - машины циклического действия. Многоковшовые экскаваторы у которых все элементы рабочего цикла осуществляются одновременно (совмещенно), являются машинами непрерывного действия.

Существующие типы экскаваторов классифицируются на: одноковшовые и многоковшовые.

Одноковшовые экскаваторы в свою очередь различают:

- по типу рабочего оборудования: прямая мех.лопата, обратная мех.лопата, драглайн,

грейфер, кран, копер,

специальные типы рабочего оборудования;

-по типу ходового оборудования гусеничные,

шагающие, пневмоколесные, плавучие;

-по типу силового оборудования электрические дизельэлектрические дизельгидравлические электрогидравлические.

По типу и назначению одноковшовые экскаваторы различают:

· ЭО - строительные гусеничные и пневмоколесные экскаваторы Е = 0,16 ÷ 2,5 м3(6 базовых моделей)

· ЭКСГ - карьерно-строительные гусеничные Е = 2,5 ÷ 8м3 (5 базовых моделей)

· ЭКГ - карьерные гусеничные Е = 2,0÷20 м3(6 базовых моделей)

· ЭВГ - вскрышные гусеничные Е = 15÷100 м3(4 базовые модели)

· ЭШ - шагающие (драглайны) Е = 4÷125 м3 (6 базовых моделей)

· ЭКСГ - Д - драглайны гусеничные Е < 6м3.

Базовые модели и модификации всех типов одноковшовых экскаваторов имеют сменные ковши для работы в породах различных категорий (по крепости).

Экскаватор состоит из следующих основных частей: рабочего оборудования (у одноковшовых экскаваторов оно же и транспортирующее), транспортирующего, механического, ходового, силового оборудования, механизмов управления, платформы с рамой, надстройки и кузова.

Карьерные экскаваторы предназначаются для выемки и погрузки тяжелых пород или полезного ископаемого в транспортные средства, находящиеся на одном уровне с экскаватором, или в отвал. Вскрышные лопаты и шагающие драглайны не имеют сменного оборудования и предназначены для разработки высоких забоев с перемещением горной породы в отвал или с погрузкой ее в транспортные средства. Драглайны - для разработки забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора и перемещения породы в отвал, а также для переэкскавации отвалов.

Многоковшовые экскаваторы различают роторные и цепные.

Роторные экскаваторы различают по теоретической производительности:

· ЭР - карьерные роторные (5 базовых моделей) для вскрышных работ (Qт=630; 1250; 2500; 5000; 10000 м3/ч);

· ЭРП - модификация ЭР с повышенным усилием копания КF= 1,4МН/м2 той же производительности.

Эти экскаваторы предназначены для ведения добычных работ. Цепные экскаваторы поставлемые из Германии различают:

· ЕRS - на гусеничном ходу (22 типоразмера) с ковшом емкостью 250÷3150 л и Qтдо 7800 м3/ч по рыхлой массе;

· ЕS - на рельсовом ходу (9 типоразмеров) с ковшом емкостью 900-4500л и Qтдо 14500 м3/ч по рыхлой массе.

Кроме того, существующие одноковшовые и многоковшовые экскаваторы имеют более узкие классификации, отвечающие конкретной специфике конструкции.

Один из главных признаков различия одноковшовых экскаваторов, определяющих их назначение и область применения, является их оборудование (исполнительный механизм). 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, применяемые на открытых разработках, имеют, как правило, один основной вид специализированного рабочего оборудования.

Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов - прямая напорная лопата и драглайн, более ограниченно на открытых работах используется гидравлические прямые и обратные лопаты, ковшовые погрузчики, грейфер, струг, кран.

Существует три вида рабочего оборудования прямой лопаты: напорная прямая с выдвижной рукоятью, напорная колено-рычажная и безнапорная. Напорная лопата имеет систему принудительной подачи рукояти и ковша в забой, действующую от какого-либо привода, у безнапорной лопаты подача ковша в забой осуществляется под действием силы тяжести ковша и рукояти со стрелой (применяются только на экскаваторах с емкостью ковша до 2 м3).

Прямая напорная лопата с выдвижной рукоятью состоит из ковша I, рукояти 2, удерживаемой седловым подшипником 3 и деталями напорного механизма. Стрела опирается на поворотную платформу с помощью пятового шарнира 4 и поддерживается с помощью подвески 5. Подъемный канат от лебедки 01 проходит через головной блок 6 стрелы и в точке В с подвеской 7 ковша образует подвижное звено.

В зависимости от системы напорного механизма и конструкции стрелы различают 4 основных типа прямой мех. лопаты:

-с зубчато-реечным механизмом напора, расположенным на стреле 8 и передающим усилие на зубчатую рейку 9 рукояти через кремальерную шестерню 10 с осью вращения О2и точки контак- та ползунов с рукоятью (т.А).

-с канатным механизмом напора с стрелой, которую шарнир О2делит на две части - верхнею 8 и нижнюю 9 поддерживаемую подкосом 10. Напорная лебедка 11 расположена на платформе. Выдвижение и возврат рукояти производятся канатами 12 и 13, которые огибают центральные блоки 14, закрепленные на рукояти.

-с канатным механизмом капора и неразрезной стрелой 8. Седловой подшипник 3 и центральные блоки 14 укрепляются на оси 02в стреле. Выдвижение и возврат рукояти осуществляются лебедкой 11, также как и в предыдущей схеме.

-с канатным механизмом напора и неразрезной двухбалочной стрелой 8. Седловой подшипник 3 установлен на шарнире стойки 9, не связанной со стрелой. Стойка поддерживается подкосом 10. Напорная лебедка 11 расположена в передней части платформы, выдвижение и возврат рукояти осуществляется также как и на двух предыдущих схемах. Положение рукояти в седловом подшипнике позволяет ей вращаться вокруг оси 02крепления седлового подшипника под дейст- вием усилия в подъемном канате, а также рукоять может поступательно перемещаться в седловом подшипнике под действием напорного механизма и поворачиваться вокруг продольной оси. Таким образом, рукоять имеет три степени подвижности.

Напорные прямые лопаты предназначены для разработки массивов, расположенных, как правило, выше уровня стояния машины, и способны осуществлять черпание ниже уровня стояния на незначительную глубину, достаточную только для самоуглубления машины при проходке траншей.

Прямые колено-рычажные лопаты имеют рукоять, кинематически несвязанную со стрелой и перемещающуюся между стойками двухбалочной неразрезной стрелы. Такого рода лопаты имеют две системы подачи: зубчато-реечной и канатной.

Элементами рабочего оборудования лопаты являются: ковш, рукоять, стрела с головными блоками и пятой, балансир, подвеска ковша, седловой полиспаст, подъемный канат. У колено- рычажных лопат седловой подшипник вынесен на двуногую стойку, а подача рукояти на забой осуществляется напорной балкой, перемещаемой посредством системы подачи.

Рис. 6.1. Конструктивные схемы прямой напорной лопаты с выдвижной рукоятью

Конструктивная схема драглайна состоит из ковша с упряжью, тяговый и подъемный канаты, стрелу с направляющими, головными блоками и пятой. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы во время работы обычно не меняется и определяет-

ся длиной стрелового полиспаста. Исполнительный механизм драглайна имеет два гибких звена - каната, связывающих ковш с ведущими звеньями механизма. Неподвижное звено механизма драглайна является платформа экскаватора с двуногой стойкой и стрелой. Подъемный и тяговый барабаны лебедок образуют с неподвижными звеньями вращательные пары. Механизм воспроизводит рабочие движения драглайна в результате перемещений подъемного и тягового канатов. Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня установки, хотя может работать и выше этого уровня.

Исполнительный механизм грейфера состоит из ковша, замыкающего и поддерживающего канатов, стрелы с головными блоками. Стрела крепится в пяте на платформе. Поддерживающий канат крепится к шарниру, соединяющему тяги ковша. Канат служит для размыкания створок у ковша. Во время разгрузки под действием веса ковша и породы после ослабления замыкающего каната и передачи этих сил на поддерживающий канат средняя часть ковша опускается и створки расходятся. Неподвижным звеном исполнительного механизма является платформа экскаватора с двуногой стойкой.

Механизм воспроизводит рабочее движение грейфера в результате действия поддерживающего и замыкающего канатов, сходящих соответственно с барабанов лебедки. Рабочее оборудование грейфера предназначено для выемки породы со дна глубоких котлованов, водоемов, а также для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов.

Выемочно-погрузочные машины непрерывного действия - многоковшовые экскаваторы - различаются по типу рабочего органа и характеру перемещения его в пространстве.

По типу рабочего органа многоковшовые экскаваторы бывают цепными и роторными. По характеру движения рабочего органа:

экскаваторы продольного копания. Направление рабочего движения (ротора, цепи) совпадает с направлением их перемещения;

экскаваторы поперечного копания (обычно с неповоротной платформой), у которых направление рабочего движения (ротора, цепи) перпендикулярно направлению их перемещения;

экскаваторы радиального копания. Рабочий орган (ротор) таких экскаваторов вместе с платформой поворачивается относительно базы машины.

На открытых разработках применяются преимущественно роторные и цепные экскаваторы поперечного и радиального копания. Эти экскаваторы используются на однотипных работах большого объема, сосредоточенных в одном месте или на большом протяжении.

Экскаваторы продольного копания представлены группой траншейных, фрезерных и землеройных машин, предназначенных для строительства каналов. Эти машины относятся к строительным

Многоковшовый цепной экскаватор зачерпывает горную массу ковшами, укрепленными на бесконечной цепи, двигающейся по ковшовой раме и приводимой в движение приводной звездочкой. Двигаясь по забою снизу вверх, ковши заполняются горной породой и транспортируют ее по приемному желобу до приводной звездочки, где они опрокидываются, и, порода высыпается в бункер или на приемные промежуточные конвейеры.

Исполнительный орган, при отделении стружки от массива, движется в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Основное рабочее движение - прямолинейное движение ковша в плоскости перпендикулярной направлению движения, определяется скоростями резания и поперечной подачи ковшовой рамы (или транспортной скоростью экскаватора, если он работает поперечным черпанием).

Цепные экскаваторы поперечного черпания различают по следующим основным признакам:

· взаимному расположению экскаватора и забоя;

· конструкции рабочего оборудования;

· способу подачи оборудования (рабочего органа) на забой;

· конструкции разгрузочных устройств;

· по способу связи рабочего оборудования с ходовой тележкой;

· по типу ходового оборудования.

По взаимному расположению экскаватора и забоя различают экскаваторы нижнего черпания (забой расположен ниже уровня передвижения экскаватора) и экскаваторы верхнего черпания. У современных моделей экскаваторов рабочее оборудование легко перестраивается. Разработка забоя верхним черпанием менее энергоемка. Но в большинстве случаев наиболее рациональнее применять ротор.

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

По способу подачи на забой цепные экскаваторы могут быть веерного или параллельного черпания. При параллельном черпании с забоя снимается стружка одинаковой толщины по всей длине забоя, а при веерном черпании стружка треугольного сечения. Максимальная толщина - у конца ковшовой рамы, а минимальная - вблизи экскаватора.

По конструкции разгрузочных устройств экскаваторы выпускаются с центральным разгрузочным бункером и непосредственной погрузкой на транспорт и с консольными ленточно- разгрузочными конвейерами (отвалообразователями), длина консольных конвейеров 60÷100 м. Экскаваторы первого типа, как правило, на железнодорожном ходу. Экскаваторы второго типа на гусеничном ходу.

По способу связи рабочего оборудования с ходовой тележкой экскаваторы разделяют на неповоротные и поворотные. У неповоротных экскаваторов рабочее оборудование жестко связано в горизонтальной плоскости с корпусом и ходовой частью, в связи с этим движение экскаватора строго ориентировано относительно плоскости ковшовой рамы. Во втором случае верхняя платформа с рабочим оборудованием может поворачиваться относительно ходового оборудования на некоторый угол или на 360°. Современные цепные экскаваторы, в основном, поворотные.

По ходовому оборудованию экскаваторы подразделяются на экскаваторы с рельсовым, гусеничным и рельсо-гусеничным, а также шагающим (с внутренним опорным башмаком) ходом. Роторный экскаватор представляет собой самоходную машину непрерывного действия, экскавирующую горную породу ковшами, укрепленными на роторном колесе, 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, расположенным на стреле.

Исполнительный орган - роторное колесо (ротор) осуществляет движение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Основными рабочими движениями являются вращение ротора в вертикальной плоскости и поворотное стрелы с ротором на платформе в горизонтальной плоскости. Траектория перемещения ковша определяется скоростями резания и подачи. Роторные экскаваторы радиального и поперечного копания различают по технологическим и компоновочным признакам,

По максимальной теоретической производительности в разрыхленной массе роторные экскаваторы различают - малые (до 630 м3/ч), средние (до 2500 м3 /ч), мощные (до 10000 м3 /ч), сверхмощные (свыше 10000 м3/ч).

По величине расчетного удельного усилия копания (и назначению): с нормальным – до 0,7 МПа (вскрышные), с повышенным – до 1,4 МПа и высоким – до 2,1 МПа (добычные).

По способу отработки забоя: верхнего черпания (если глубина копания ниже горизонта установки машины не более 0,5 диаметра ротора); верхнего и нижнего черпания.

По способу подачи рабочего органа на забой: с выдвижными и не выдвижными стрелами.

По общей компоновке экскаватора (расположению стрелы ротора, разгрузочной консоли, противовеса на основной или промежуточной платформах).

По конструкции разгрузочного оборудования: с консольным разгрузочным конвейером и с мостовым разгрузочным конвейером.

По конструкции стрелы ротора. По типу подвески стрелы ротора.

По уравновешиванию верхнего строения экскаватора.

По конструкции нижней рамы.

Контрольные вопросы

1. Область применения экскаваторов на горных работах.

2. Общая классификация экскаваторов.

3. Классификация одноковшовых экскаваторов.

4. Классификация многоковшовых цепных экскаваторов.

5. Классификация многоковшовых роторных экскаваторов

6. Конструктивные схемы экскаваторов с выдвижной рукоятью.

7. Конструктивные схемы драглайна и грейфера.

Литература

1. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. М.: Недра