Рабочее оборудование многоковшовых экскаваторов Опорные слова и термины

Цепной многоковшовый экскаватор, ковшовая рама, цепь с ковшами, подвеска многошарнирной ковшовой рамы, ротор с ковшами, приемно-питающее устройство, привод ротора и стрела.

Рабочее оборудование цепного многоковшового экскаватора состоит из ковшовой рамы с подвеской и цепью, имеющей 20— 60 ковшей.

Ковшовая рама, как правило, имеет жестко направляемую цепь. Экскаваторы с такой цепью применяются 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 цепи имеет более высокий к. п. д., причем цепь в меньшей степени подвержена динамическим нагрузкам при работе в породах с твердыми включениями. Свободно провисающая цепь имеет значительную свободу перемещения как в плоскости своего движения, так и перпендикулярно к ней. Поэтому ковши, встречая при своем движении препятствия, обходят их, чем предотвращаются поломки ковшей или разрывы цепи. Рамы со свободным провисанием цепи в настоящее время применяются редко (главным образом на драгах), так как они ограничивают высоту уступа и снижают производительность экскаватора. В настоящее время при наличии твердых включений в массиве уступа применяют комбинированные рамы. У последних в нижней части цепь провисает свободно, а в верхней — движется в направляющих. У всех видов рам холостая ветвь ковшовой цепи движется по роликам.

Верхняя часть ковшовой рамы размещается в приемном желобе, который опускается до бровки забоя и служит для подъема груженых ковшей к месту разгрузки на приводной звездочке. Остальная часть рамы, поддерживающая холостую ветвь и направляющая рабочие ковши, обязательно имеет шарнир у выхода из приемного желоба, необходимый для изменения ее наклона на угол 55 — 60º от горизонтали в обе стороны (для работы верхним или нижним черпанием).

При наличии одного шарнира и неподвижной верхней части ковшовой рамы разработку ведут веерным способом. Постепенное (после каждого прохода экскаватора по фронту забоя) опускание ковшовой рамы обеспечивает переменное сечение стружки на пути резания. После последнего прохода рама снова поднимается, экскаватор перемещается на расстояние а=1,5 — 6 м и работа производится тем же порядком.

При подвижной верхней части или же при наличии короткого промежуточного звена удается осуществлять перемещение рамы как при нижнем, так и при верхнем черпании. Наличие планирующего звена на конце рамы позволяет качественно зачищать подошву уступа, не оставляя на ней гребешков. Ковшовая рама может иметь до пяти — шести шарниров, что позволяет производить селективную отработку сложно-структурных забоев. На верхнем конце рамы устанавливают ведущие (шести-, восьми- или десятигранные) звездочки, а на нижнем — направляющие колеса. Ковшовые рамы выполняются в виде сварной или клепаной решетчатой фермы прямоугольного поперечного сечения.

Подвеска рамы состоит из системы полиспастов, удерживающих раму в нужном положении. Жесткая рама шарнирно соединена с корпусом экскаватора и за свободный конец подвешена к укосине. Шарнирная рама подвешивается за каждый шарнир. Изменяя длину отдельных подвесок, можно придавать раме желаемый изгиб.

Все подвески, кроме крайней, состоят из параллельных ветвей канатов. В крайней подвеске, кроме параллельных ветвей, имеются ветви, идущие диагонально. В случае упирания ковшовой цепи в непреодолимое препятствие возникают большие боковые нагрузки на раму, под действием которых она отклоняется от вертикальной плоскости. При этом одна диагональ подвески укорачивается, а другая — удлиняется. Тогда проходящая через траверсу горизонтальная ветвь каната с надетой на нее профилированной насадкой начинает двигаться, воздействуя через ролик, удерживаемый цилиндром, на концевой выключатель. Последний выключает поворотные (или ходовые) двигатели, предохраняя ковшовую раму от деформации. Однако при работе экскаватора в плотных породах или при длинной ковшовой раме этого оказывается недостаточно, поэтому дополнительно применяют специальные канатные оттяжки и даже жесткие боковые треугольные фермы.

Подвеску многошарнирной ковшовой рамы экскаватора большой мощности выполняют на шести — восьми полиспастах, состоящих из 24 — 36 ветвей канатов, причем к первому и последнему шарнирам ветви идут крестообразно. Приводные барабаны канатов ковшовой рамы и противовеса часто располагают на одном валу. В этом случае диаметры барабанов и полиспасты подбирают так, чтобы при любом положении ковшовой рамы противовес ее уравновешивал.

В последнее время чаще применяют индивидуальный привод подъема каждого шарнира ковшовой рамы.

Большое значение для уменьшения потерь породы из ковшей после выхода их из забоя имеет конструкция приемного желоба. Для исключения контакта между ковшами и желобом при колебаниях рамы последний должен иметь раструб на входе, обеспечивающий зазор до 80 мм между ковшом и основной частью желоба. Раструб должен начинаться с половины шага ковшей (при четырехзвенном их шаге) от конца желоба. Расстояние от кромки желоба до бровки забоя не должно превышать 25 — 40 мм. Для регулировки этого расстояния применяют телескопическую конструкцию желоба, нижняя часть которого может выдвигаться на 100 — 300 мм.

Для подборки породы, высыпающейся из ковшей, по бокам желоба устанавливают либо небольшие роторы, перегружающие породу в желоб, либо опирающиеся на отвалы лыжные опоры, подвижные в вертикальном направлении. В последнем случае они занимают при работе экскаватора плавающее положение.

Ковшовая цепь состоит из звеньев, соединенных между собой шарнирами. Ковши крепятся к звеньям цепи, называемым рабочими. Между рабочими звеньями находится от четырех до восьми холостых звеньев. По числу холостых звеньев между ковшами бывают четырех-, шести- и восьмизвенные цепи. Наиболее распространены четырехзвенные цепи. Шагом цепи (длиной звена) и числом холостых звеньев определяется расстояние между ковшами. Чем плотнее порода, разрабатываемая экскаватором и чем больше емкость.ковша, тем большими должны быть шаг цепи и число холостых звеньев. Звенья цепей изготовляются литыми или коваными. Последние более прочны и долговечны. Для уменьшения износа плоских поверхностей звеньев сменные накладки направляющих ковшовой рамы изготовляют из более мягкой стали. С этой же целью в отверстия планок запрессовывают втулки из марганцовистой стали. Через втулки проходят пальцы, соединяющие планки между собой, изготовляемые из марганцовистой стали. Обычно шарниры цепей работают без смазки, но на некоторых экскаваторах последних выпусков смазка применяется.

Срок службы цепи в зависимости от абразивности породы изменяется в широких пределах

— от 350 до 2600 ч и определяется главным образом долговечностью тонких (холостых) звеньев. В пересчете на выработанную горную массу срок службы цепи составляет 15 — 18 млн. ма.

Один из наиболее часто встречающихся отказов цепных экскаваторов — обрыв ковшовой цепи. Обрыв одной ветви раньше, чем сработает защита, обычно влечет разрыв и второй ветви. Для предупреждения таких явлений на ковшовой раме устанавливают ловитель.

Ковши многоковшовых цепных экскаваторов изготовляются клепаными или сварными емкостью до 4500 л. Козырек ковшей изготовляют из марганцовистой стали. Во избежание спрессовывания породы боковые стенки ковша выполняют параллельными, однако в этом случае приходится увеличивать размеры козырька для того, чтобы устранить касание уступа хвостовой частью ковша.

Боковые стенки ковша имеют сверху лапы, которыми он крепится к рабочим звеньям цепи.

Натяжной механизм, устанавливаемый у направляющих колес ковшовой цепи, служит для ее натяжения при изменении наклона рамы или планирующего звена.

Ведущие звездочки являются одними из наиболее нагруженных деталей привода. Они изготовляются составными, из нескольких основных элементов, с чередующимися одинарными и двойными зубьями. Наличие шестигранных соединений кольца обода звездочки со ступицей и кольцевых выступов обеспечивает разгрузку соединительных, болтов. Шестигранные звездочки применяют в основном при ковшах емкостью до 600 л.

Рис. 8.1. Схемы прямой разгрузки ротора:

а — гравитационная торцовая; б — инерционная с подъемом материала через ротор; в — то| же, без подъема материала

Многогранная форма звездочек вызывает колебания скорости ковшовой цепи, которые уменьшаются с увеличением числа граней звездочки. Существуют специальные устройства, позволяющие выравнивать скорость ковшовой цепи.

Рабочее оборудование роторных экскаваторов включает в себя рабочий орган — ротор с ковшами, приемно-питающее устройство, привод ротора и стрелу.

Ротор (классификационная схема по проф. В. М. Владимирову). При всей многочисленности рабочие органы роторного типа могут быть разделены наследующие типы.

По способу разгрузки. ковшей на два класса: гравитационные (рис. 8.1, а) и инерционные (рис. 8.1, б, в).

По конструкции роторы с гравитационной разгрузкой бывают бескамерные, камерные и полукамерные (рис. 8.2).

По расположению оси вращения ротора относительно оси барабана приемного конвейера:

-с параллельным расположением (рис. 8.3, а — е);

-под углом в горизонтальной и (или) вертикальной плоскостях (рис. 8.3, ж, з).

По расположению приемной части конвейера относительно ротора:

-с боковым расположением (рис. 8.3,а — е),

-в торце ротора (см. рис. 8.1,а - в);

-внутри ротора (рис. 8.3,ж,з).

По конструкции приемно-питающего устройства при бескамерном и камерном роторе: с неподвижным лотком; с вращающимся конусом; с барабанным или роликовым питателем; с тарельчатым питателем; комбинированные (см. рис. 8.3);

По типу привода — с нерегулируемым и с регулируемым приводом;

По креплению привода к стреле: с жестким креплением и с подвеской на упруго- демпфирующем устройстве.

Рис. 8.2. Схемы роторных колес

Гравитационная разгрузка ротора, получившая преимущественное распространение, осуществляется следующим образом. Порода при выходе ковша за пределы запирающего сектора А1 (см. рис. 8.1,а) падает вниз, скользя о стенке камеры (у камерных роторов), или, выйдя за пределы обечайки, передается на конвейер роторной стрелы (у бескамерных роторов). Последнее может осуществляться либо непосредственно (рис. 8.1,б), либо с помощью приемно-питающих устройств.

Наиболее крупным недостатком роторов с гравитационной разгрузкой является ограничение угловой скорости ротора центробежными силами, препятствующими разгрузке, до величины не более ωmaх (рад/с).

Разгрузке камерного ротора, помимо инерционных сил, мешают силы трения породы о стенки камеры, поэтому возможный угол γо, разгрузки ковша у них не превышает 70 — 80º по сравнению с 120 — 130º у бескамерных.

Камеру роторов внутри образуют обтекаемую поверхность и футеруются износостойкими и антиадгезионными (препятствующими налипанию) материалами, например, супрочен, тефлон. Для улучшения разгрузки задняя стенка камеры выполняется по касательной к окружности небольшого диаметра d1(см. рис. 8.1,а). Камерные роторы не предназначены для реверсирования, в том числе и при нижнем черпании. Значительный суммарный объем собственно ковша Е и его камеры Е и в соответствующих условиях эксплуатации позволяет получать при работе с камерными роторами высокую производительность, превышающую на 30 — 40% номинальную, определяемую, как принято, только по паспортной емкости Е ковша.

У бескамерного ротора порода в ковше емкостью Е и его подковшовой камере емкостью Е1 перемещается по неподвижной обечайке А2, прикрепленной к стреле и закрывающей подковшовое пространство с внутренней стороны. Обечайка и разгрузочный сектор могут выполняться подвижными, что позволяет сохранить благоприятные условия разгрузки породы из ковшей при переменных углах наклона стрелы.

Следовательно, число Z ковшей на роторе и его частота вращения nрдолжны выбираться такими, чтобы за время прохождения ковшом разгрузочного угла γо порода успела соскользнуть с разгрузочной поверхности на конвейер. В свою очередь, число ковшей на роторе и угловая скорость вращения последнего определяют производительность экскаватора. Увеличение числа ковшей сопровождается увеличением диаметра колеса, который может достигать 22 м на мощных экскаваторах, оснащенных до 12 основными ковшами на роторе (и до 12 промежуточными режущими кромками).

Путь, проходимый породой по разгрузочным поверхностями ротора, у бескамерных роторов значительно короче, чем у камерных, что позволяет значительно увеличить частоту вращения бескамерного ротора и число опорожнений ковшей в минуту с 30 — 40 у камерных, до 108 - у бескамерных. Скорость резания при этом у отдельных машин может составлять 1,5— 5 м/с, а частота вращения — 2 — 10 мин - 1.

Комбинированный (полукамерный) ротор имеет удлиненную заднюю стенку ковша, несколько не доходящую до центра колеса. Поэтому ковши вместе с подковшовой камерой,

образованной неподвижным сектором и «хвостом» ковша, имеют в зоне черпания значительную емкость при малых размерах ротора, что повышает производительность экскаватора. Благодаря этому комбинированные роторы по емкости ковша приближаются к камерным, а по легкости разгрузки ковшей — к бескамерным. Камерные и комбинированные роторы наиболее пригодны для разработки сухих, плотных материалов, например углей.

Скорость скольжения породы по разгрузочной поверхности ротора зависит от угла наклона этой поверхности к горизонту.

При боковой разгрузке конструктивно осуществляют наклон оси ротора по отношению к оси конвейера в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 5 — 10º (см. рис. 8.2, ж, з). На- клон ротора в сторону конвейера дает значительное улучшение условий разгрузки без усложнения конструкции ротора. При прямой разгрузке ротор устанавливается перед конвейером.

Инерционная разгрузка позволяет устанавливать существенно более высокую частоту разгрузок ковшей. Инерционная разгрузка теоретически возможна при ω>ωкр. В этом случае порода из ковшей, находящихся в верхнем положении, не падает вниз, а выбрасывается под действием векторной суммы сил тяжести и центробежной. Инерционные роторы по сравнению с гравитационными при равной производительности имеют меньшие габариты и массу. Уменьшение же массы ротора у экскаваторов с большими линейными параметрами может обеспечить примерно 2-3-кратное снижение массы машины, хотя уменьшение диаметра ротора не всегда может быть оправдано по' технологическим условиям отработки уступа. Интенсивный износ высокоскоростных роторов, повышенные пылеобразование и энергоемкость процесса, опасность значительных повреждений рабочего органа при встрече с твердыми включениями в массиве, а также ряд других их отрицательных качеств пока ограничивают область применения инерционных роторов, главным образом, на машинах малой и средней производительности.

Роторы с инерционной разгрузкой устанавливаются впереди конвейера и могут осуществлять разгрузку через ротор с подъемом материала (см. рис. 9.1,6) или за ротором без подъема материала (см. рис. 9.1, в).

Приемно-питающие устройства служат для передачи породы от рабочего (ковша) на транспортирующий (ленту) орган. Их конструкции зависят от параметров рабочего органа и свойств перегружаемого материала. В основном приемно-питающие устройства устанавливаются на экскаваторах с бескамерными роторами.

Наиболее простой конструкцией приемо-питающего устройства является неподвижная наклонная плоскость (лоток) б (рис. 8.3 б,ж), вводимая во внутреннюю полость ротора под углом 60 — 70º к горизонту и обеспечивающая передачу породы на ленту 4 стрелового конвейера. Поверхность скольжения лотка ограничена боковыми стенками. Несмотря на простоту, малый вес и стойкость по отношению к ударным нагрузкам, неподвижный лоток пригоден при разработке только несвязанных, сыпучих и каменистых пород. При разработке вязких и липких пород на лотке целесообразно устанавливать вращающиеся вокруг оси скребки 7 (см. рис. 8.3,а)

Широкое распространение получили приемно-питающие устройства, рабочая поверхность которых выполнена в виде вращающегося конуса 8 (см. рис. 8.3, д) с углом наклона к гори- зонту 60 — 70º. Для очистки поверхности конуса от налипающего грунта и ограничения его потока служат боковые скребки А1(см. рис. 8.3),неподвижные относительно стрелы. Недостатком этой конструкции является невозможность придания породе какой-либо скорости в направлении движения ленты и зависимость условий перегрузки от угла наклона стрелы.

.

Рис8.3. Схемы приемно-питающих устройств роторных исполнительных органов:

/ — 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; // — ленточный питатель; 12 — тарельчатый питатель; 13 — коническая передача; 14— неподвижный скребок

Приводной роликовый стол-питатель (см. рис. 8.3,в) должен иметь уклон в сторону стрелового конвейера и возрастающую скорость 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 (см. рис. 8.3,г), представляющий собой цилиндрический или конический 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 и под прямым углом к направлению движения ленты. Поэтому порода скользит по ленте до тех пор, пока не приобретает той же скорости, что и лента. Следствием проскальзывания породы на ленте является повышенный износ последней.

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 (см. рис. 8.3,з). На последнем используется лента 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. Кроме того, в месте перегрузки породы иногда устанавливают колосники, через которые мелкие куски породы подсыпаются на ленту, защищая ее поверхность от ударов крупными кусками и тем самым уменьшая ее износ.

Относительно равномерный и направленный по движению ленты поток породы можно получить установкой во внутреннюю полость ротора вращающегося наклонного тарельчатого питателя 12 (см. рис. 8.3, е), приводимого в действие через коническую передачу 13 от вала

ротора. Недостатком тарельчатого питателя является сложность конструкции и трудность перекрытия сектора разгрузки при больших диаметрах ротора.

Бескамерная конструкция ротора позволяет его расположить под углом к оси стрелы в горизонтальной или вертикальной плоскости и ввести стреловой конвейер в его внутреннюю полость (см. рис. 8.3,ж,з). Такие схемы применяются 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 связанных 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 делятся на ковшовые и ковшовые с дополнительными рыхлящими ножами или поясами.

Ковши. Конструкция ковша роторного экскаватора должна обеспечивать: осуществление процессов резания и заполнения ковша с возможно меньшими энергозатратами, исключение залипания его режущего периметра и внутренней полости; 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; исключение просыпей при черпании; надежность и ремонтопригодность.

В ковше различают две основные части: режущую, отделяющую стружку от массива, и корпусную, транспортирующую породу к месту разгрузки.

Ковши, в свою очередь, классифицируются:

по 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;

по форме режущего пояса — арочные, прямоугольные и трапецеидальные. Режущая кромка пояса по армировке режущим инструментом может быть с зубьями и без зубьев;

по наклону боковой режущей кромки и радиусу ротора с радиальной, боковой и наклонной (ковши косого резания) режущими кромками.

Режущая часть ковша. Рекомендуется пять основных групп режущей части ковшей. Они подбираются с учетом горно-геологических и климатических условий эксплуатации экскаватора.

I группа. Кромка— сплошная без зубьев. Режущие части этой группы применяются для разработки пород, имеющих незначительную связность, прочность и хорошо рыхлящихся при резании (песчаник, суглинистые грунты), где прежде всего необходимо обеспечить отсутствие просыпей. При черпании мягких пород такими кромками отмечается снижение энергоемкости на 10 — 15% по сравнению с ковшами, имеющими зубья.

II группа. Боковые кромки козырька режущей части в радиальном направлении имеют по обеим сторонам либо выступы- лепестки, выполненные заодно с ним, либо одиночные (рис. 10.27,ll,б), либо сдвоенные зубья. Режущие части этой группы применяются при разработке суглинков и глин, обладающих связностью и хорошей разрыхляемостью.

III группа. Козырьки имеют обратный скос боковой кромки от радиального направления в плоскости ротора и армированы зубьями, установленными так, что в сечении стружки их режущие кромки параллельны кроме козырька. Режущие части этой группы применяются при разработке связных и плотных глин, слабых бурых углей, отделяющихся в виде скалывающихся, кусков где, прежде всего, необходимо ограничить размеры последних. При работе косого козырька последовательное резание зубьями приводит к расчленению стружки на отдельные куски ограниченных размеров, а последовательный выход зубьев из зацепления с забоем обусловливает плавное изменение нагрузки на роторе.

IV группа. На каждой стороне косого козырька режущие кромки зубьев параллельны друг другу в сечении стружки. Режущие части этой группы используются при разработке вязких,

плотных и 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 ковшах так, что траектории движения зубьев смещены друг относительно друга и образуют равномерно расположенные по высоте ковша концентрические окружности, благодаря чему осуществляется сотовая схема отделения стружки.

Корпус ковша может быть: со сплошным днищем для экскавации пород, не восстанавливающих свою связность после экскавации (песчаные и супесчаные породы, угли, скальные прослойки с малой влажностью); с цепной задней стенкой для супесчаных пород, легких суглинков и влажных углей; каркасный со сплошным цепным днищем (рис. 10.28) для экскавации тяжелых и липких пород при любых климатических условиях.

Рис. 8.4. Схема каркасного ковша раздельного резания:

1— косой арочный козырек; 2 — зубья; 3 — каркасный корпус; 4 — цепное днище

Контрольные вопросы

1. Что является рабочим оборудованием цепных экскаваторов?

2. Какую конструкцию имеет ковшовая рама?

3. Какую конструкцию имеет ковшовая цепь?

4. Какую конструкцию имеет подвеска ковшовой рамы?

5. Какую конструкцию имеет ковши цепного экскаватора?

6. Что является рабочим оборудованием роторных экскаваторов?

7. Какую конструкцию имеют роторы?

8. Какую конструкцию имеют ковши роторных экскаваторов?

9. Какую конструкцию имеют приемно-питающие устройства роторов?

Литература

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