Конструктивные схемы драглайнов. Описание основного рабочего оборудования данного механизма. Порядок определения линейных размеров и масс основных элементов рабочего оборудования драглайна. Требования, предъявляемые к ходовому оборудованию горных машин.
Аннотация к работе
Экскаватором называется машина, предназначенная для черпания (экскавации) горной массы, перемещения ее на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или в отвал. Любой экскаватор, одноковшовый или многоковшовый, состоит из рабочего (у одноковшовых экскаваторов оно же и транспортирующее), транспортирующего, механического, включающего главным образом передаточные механизмы (трансмиссии), ходового и силового оборудования, а также механизмов управления, металлоконструкций платформы и надстройки, кузова. 1) имеет ковш 1 с упряжью, тяговый 2 и подъемный 3 канаты, стрелу 4 с направляющими 5, головными 6 блоками и пятой 7. Несмотря на многообразие типов рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов, все они по способу связи исполнительного органа - ковша с поворотной платформой (стрелой) - подразделяются на две группы: с жесткой и гибкой связями. У прямой (обратной) лопаты к рабочему оборудованию относят стрелу, рукоять, ковш, механизм напора и открывания днища ковша.По всему миру с каждым годом наблюдается увеличение сложности условий ведения горных работ. Наиболее лакомые куски выработаны, увеличиваются объемы вскрыши, горные работы уходят на глубину.
Введение
Наиболее характерными представителями выемочно-погрузочных машин, эксплуатируемых на открытых разработках, являются одноковшовые и многоковшовые экскаваторы.
Экскаватором называется машина, предназначенная для черпания (экскавации) горной массы, перемещения ее на относительно небольшие расстояния и погрузки на транспортные средства или в 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 черпания для воспроизведения нового цикла. Поэтому одноковшовые экскаваторы являются машинами цикличного (прерывного) действия. В отличие от них многоковшовые экскаваторы, у которых все элементы рабочего цикла осуществляются одновременно (совмещено), являются машинами непрерывного действия.
Существующие типы экскаваторов в общем виде классифицируются типажом по следующим признакам: назначению и роду выполняемой работы; вместимости ковша (Е, м3 - одноковшовые) или теоретической производительности (Q м3/ч - многоковшовые); видам рабочего, ходового и силового оборудования. В свою очередь одноковшовые экскаваторы подразделяются на лопаты: карьерные прямые напорные механические гусеничные (ЭКГ), прямые гидравлические (ЭГ) и обратные гидравлические (ЭГО), прямые вскрышные гусеничные (ЭВГ) и на драглайны - шагающие (ЭШ) и гусеничные (ЭДГ). Карьерно-строительные лопаты (преимущественно гидравлические) маркируются как ЭО.
Многоковшовые экскаваторы подразделяются на: роторные гусеничные - вскрышные (ЭР или ЭРГ), вскрышные на шагающе-рельсовом ходу (ЭРШР), добычные гусеничные (ЭРП или ЭР-Д), добычные на шагающее-рельсовом ходу (ЭРШР-Д) и на цепные гусеничные (ERS) или на рельсовом ходу (Es). Кроме упомянутых больших классов экскаваторов имеются и некоторые мало распространенные разновидности экскаваторов, например прямые лопаты с рабочим оборудованием типа «Суперфронт» и с рабочим оборудованием фрезерного типа (барабан с зубками).
Силовое оборудование мощных экскаваторов преимущественно электрическое, на машинах среднего класса и малой мощности применяются также дизель-электрические и дизель-гидравлические и электрогидравлические приводы.
В свою очередь, одноковшовые и многоковшовые экскаваторы имеют более узкие классификации, отвечающие конкретной специфике конструкций той или иной группы машин, которые будут рассмотрены ниже, в соответствующих разделах.
Любой экскаватор, одноковшовый или многоковшовый, состоит из рабочего (у одноковшовых экскаваторов оно же и транспортирующее), транспортирующего, механического, включающего главным образом передаточные механизмы (трансмиссии), ходового и силового оборудования, а также механизмов управления, металлоконструкций платформы и надстройки, кузова.
Конструктивные схемы драглайнов
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. 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.
Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов, применяемого на открытых работах, - прямая напорная лопата, драглайн, гидравлические прямые и обратные лопаты и ковшовые погрузчики.
Известны четыре вида рабочего оборудования прямой напорной лопаты: прямая с выдвижной рукоятью, коленно-рычажная, рычажная типа «Суперфронт» и гидравлическая. Напорная лопата имеет систему принудительной подачи рукояти и ковша в забой, действующую от какого-либо привода.
Драглайн (рис. 1) имеет ковш 1 с упряжью, тяговый 2 и подъемный 3 канаты, стрелу 4 с направляющими 5, головными 6 блоками и пятой 7. Для перемещения ковша служат лебедки подъема и тяги. Угол наклона стрелы определяется длиной поддерживающего стрелу 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.
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.
Рабочее оборудование приспособлено к разработке грунта преимущественно ниже уровня стояния экскаватора, хотя вполне успешно может работать и выше этого уровня.
Рабочее оборудование определяет тип экскаватора и его конструктивную схему. Обычно оно включает элементы (рабочий орган, стрелу, некоторые исполнительные механизмы), которые могут быть заменены на большие или меньшие или на элементы другого типа. Несмотря на многообразие типов рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов, все они по способу связи исполнительного органа - ковша с поворотной платформой (стрелой) - подразделяются на две группы: с жесткой и гибкой связями. К первой группе относят прямую и обратную лопаты, ко второй - драглайн.
Рабочее оборудование драглайна состоит из ковша и стрелы. У прямой (обратной) лопаты к рабочему оборудованию относят стрелу, рукоять, ковш, механизм напора и открывания днища ковша.
Рабочее оборудование драглайна состоит из стрелы, ковша и направляющих блоков.
Стрела драглайна может иметь различное конструктивное исполнение. По основным конструктивным признакам стрелы драглайнов можно объединить в четыре группы: вантовые, трехгранные жесткие, ферменные (как с дополнительной двуногой стойкой и промежуточными подвесками, так и без них) и комбинированные.
Вантовые стрелы до 1972 г. применялись на драглайнах УЗТМ: ЭШ 10.75, ЭШ 14.75; ЭШ 15.90 и ЭШ 25.100А. Вантовая стрела состоит из одной вертикальной и двух наклонных вантовых ферм, имеющих один центральный сжатый пояс трубчатого сечения, надвое разветвляющийся книзу. Элементы, работающие на растяжение, выполнены из канатов, что делает стрелу легкой и достаточно прочной.
Вантовая стрела экскаватора ЭШ 15.90 (рис. 2) составлена из трубчатых элементов: первый от пяты стрелы представляет собой пространственную жесткую конструкцию, образованную элементами 1, 2 и 3, а три остальных являются вантовыми фермами. Сжатый пояс 4 стрелы образован трубой, свальцованной и сваренной из листов низколегированной стали ЮХСНД. Растянутые пояса вертикальной и горизонтальной вантовых ферм выполнены из канатов 5, 6, 7 закрытого типа. Канаты 6 верхнего пояса предварительно напряжены с усилием, превышающим усилие растяжения от концевой нагрузки. В вершине 8 жесткой конструкции установлен узел крепления подвески стрелы. Трубчатые стойки 9 вместе с канатами 6 и 7 образуют вертикальную вантовую ферму, а профильные боковые стойки 10 и канаты 5 - две боковые вантовые фермы. Диагональные оттяжки 11 увеличивают жесткость стрелы, препятствуя ее скручиванию. Канаты 5 боковых вантовых ферм имеют натяжные устройства. Неравномерное натяжение канатов вызывает значительную перегрузку отдельных частей стрелы и может привести к аварии. Вверху центральный стержень заканчивается рамой 72, на которой установлены блоки для подъемных канатов. Жесткая часть стрелы разделена на две панели, причем в качестве элементов жесткости применены крестовые раскосы из предварительно натянутых вант 13. Это позволило увеличить высоту стрелы и тем самым разгрузить ее пояса. Стойки вертикальных ферм соединены с трубой шарнирно, что предохраняет их от изгиба, а трубу от скручивания при неточном монтаже. Канаты, работающие на кручение, соединяют наклонные стойки с вершиной 8 жесткой части стрелы.
Трехгранные жесткие стрелы (рис. 3) применяются на отечественных драглайнах ЭШ 15.90А; ЭШ 20.90; ЭШ 40.85 и ЭШ 100.100 (УЗТМ) и других. Такая 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. Последние касаются роликов при ослаблении натяжения, например во время копания.
Трехгранная трубчатая стрела с канатными раскосами тяжелее, чем вантовая (масса 1 м стрелы соответственно 1,3-1,4 и 1,1-1,2 т), но имеет большую эксплуатационную надежность.
Комбинированные шарнирно-сочлененные стрелы применяют на драглайнах средней мощности (ЭШ Ю.70А; ЭШ 20.55 и ЭШ 15.70) производства НКМЗ.
Стрела драглайнов ЭШ 20.55 и ЭШ 15.70 (рис. 4) представляет собой пространственную ферменную конструкцию, выполненную из уголков и состоящую из верхней 5 и нижней 7 частей, связанных шарниром. Раскос 2 поддерживает нижнюю секцию. Подвеска стрелы 3 канатная, обеспечивает удержание стрелы через блок 1, укрепленный на стойке машинного отделения. На правой стороне стрелы установлены лестницы 6. Наличие излома геометрической оси нижнего пояса в вертикальной плоскости исключает запрокидывание верхней части стрелы относительно шарнира.
Рис. 4. Стрела экскаваторов драглайн ЭШ 20.55 и ЭШ 15.70 (НКМЗ) 1-стойка поворотной платформы; 2-раскос; 3-подвеска передняя; 4 - блоки головные следящие; 5и7 - секции верхняя и нижняя; 6-лестници
Головные блоки 4 на драглайнах средней и большой мощности установлены в подвижной раме (люльке), которая позволяет им следовать за отклонением подъемных канатов. Это устраняет трение канатов о боковые поверхности ручьев блоков и уменьшает износ как канатов, так и блоков.
Направляющие блоки (наводка) тяговых канатов устанавливают между опорами стрелы на платформе экскаватора для обеспечения постоянного направления входа тягового каната на барабан лебедки. На экскаваторах малой мощности наводка состоит из двух вертикальных и двух горизонтальных блоков, объединенных общей поворачивающейся обоймой.
На мощных экскаваторах (рис. 5) тяговые канаты от ковша проходят через нижние поворотные вокруг вертикальной оси блоки 8, с которых идут на верхние неповоротные 7 и далее на барабан лебедки 5. Ферменные решетчатые стрелы с дополнительной стойкой и промежуточной подвеской характерны для экскаваторов фирм «Марион» и «Бюсайрус-Ири». На экскаваторах фирмы «Марион» четырехгранная ферменная стрела имеет рыбообразную форму с расширяющимся основанием. Ее пояса выполнены из уголков, а раскосы и стойки - из труб. Стрела подвешена к мачте, являющейся продолжением верхнего строения и двуногой стойки, на вантах, идущих от головного блока и от серединного сечения стрелы.
Фирмой «Марион» из алюминиевых сплавов изготовлены и испытаны экспериментальные образцы ферменных стрел драглайнов длиной до 78 м, имеющие на 30 % меньшую массу по сравнению со стрелами аналогичной длины, выполненными из стального проката.
На экскаваторах фирмы «Бюсайрус-Ири» применяют трехгранные стрелы с поясами, раскосами и стойками из труб, в основные элементы которых накачан под давлением азот. Специальные датчики, установленные на стреле, позволяют машинисту по падению давления (по утечке газа) определять наличие в ней трещин и предупреждать поломки стрелы.
Ковш драглайна (рис. 6) состоит из сварного корпуса 1, козырька 2, отлитого заодно с основаниями 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) приваривают проушины 5 для тяговых цепей 6, а к боковым стенкам приклепывают проушины 7 для цепей 8 подъема. Через траверсу 9 и балансир 10 цепи 8 соединяются с подъемными канатами 15. В основание козырька 2 вставляют зубья 11.
Рис. 6. Ковш драглайна
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 4 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 (тягового) и разгрузочного канатов. Совокупность деталей, соединяющих ковш с тяговыми и подъемными канатами, называется упряжью ковша.
Для сравнения ковшей применяют характеристики металлоемкости пустого ковша, представляющие собой отношение массы ковша к его вместимости. Эти характеристики для ковшей тяжелого типа вместимостью 14-100 м3 и меняются в пределах 1,54-1,23 т/м3, составляя среднем 1,4т/м3.
За рубежом ковши драглайнов в зависимости от назначения подразделяют на легкие, средние, тяжелые и сверхтяжелые с удельной металлоемкостью от 0,7 до 1,6 т/м3. Как правило, с ростом вместимости ковша его металлоемкость падает. Так, у ковша вместимостью 168 м3 экскаватора 4250-\Уэтот коэффициент равен 0,72 т/м3.
Ковши безарочной конструкции драглайнов отличаются низкой металлоемкостью (около 1 т/м3). Безарочный ковш имеет расширение в области режущей кромки, в результате чего облегчаются заполнение и его разгрузка, уменьшается возможность образования пустот в ковше при черпании.
Зубья ковшей драглайнов отливают из высокомарганцовистой стали. Их конструкции аналогичны применяемым на прямых лопатах.
Определение линейных размеров и масс основных элементов рабочего оборудования драглайна.
Линейные размеры (в метрах) ковшей механических лопат и драглайнов ширина Ві{, длина - Li, и высота hi,-, а также их масса ткл (т) приближенно могут быть определены в функции их вместимости Е (м3) по следующим зависимостям: ВКД =1,15= ; LКД = 1,2 ВКД; HКД = 0,65 ВКД; m = K1 (K2=E) E2/3 где KK - коэффициент тары ковша с подвеской (1 - 1,4 для легких; 1,3 - 1,9 для средних и 1,6 - 2,4 для тяжелых пород), т/м3; К1 и К2 - коэффициенты пропорциональности (0,143 и 9,6 для легких; 0,092 и 20 для средних; 0,046 и 40,6 для тяжелых пород).
Масса породы в ковше тп (т) определяется по формуле тп = Е у/Кр, для которой значения у и Кр приведены в табл. П6 (см. приложение).
Для драглайнов концевую нагрузку в подъемном канате Gk п (КН) можно определить по зависимости
Gk п = g(тк тп) = 315Е.
Масса стрелы с блоками тс (т) мехлопаты или драглайна, а также масса напорного механизма карьерной мехлопаты тн (т) могут быть определены в функции массы экскаватора тэ (т) по зависимости вида ті = Кттэ, где Кт - коэффициент массы, тэ - масса экскаватора.
Масса одноковшового экскаватора тэ (т) в первом приближении может быть определена и по зависимости вида тэ = КЭЕ, где Кэ - коэффициент металлоемкости, т/м3. Для карьерных лопат (Е = 2?20 м3) Кэ = 38?55 т/м3, для вскрышных лопат (Е = = 6,5?100 м3) Кэ = 55?110 т/м3, для драглайнов (Е = 6?100 м3) Кэ = 50?120т/м3.
По величине массы одноковшового экскаватора и коэффициенту пропорциональности Ki приближенно могут быть определены линейные размеры Li (м) конструктивных элементов, перечисленных в таблице по эмпирическому выражению
Li=Ki
Методика расчета средневзвешенной мощности
Двигателя драглайна
Ед=14м3 ?пд =3,5 м/с ?тд = 2,5 м/с тцд =60с
Разрабатываемые породы IV категории
KF =0,37 МПА
Предельный угол откоса ? отк =350.
1. Произвести расчеты: Gкд=14,2·104Н
Gk п =44,6·104Н
Lкд=3,5 м ?п =?т=0,8 mк п=46т
Механизм подъема
1. Усилие в подъемном канате в момент отрыва ковша от забоя
Nпд =1,6Gk п=1,6·44,6·104=71,3·104Н
Мощность в момент отрыва ковша
Nпд ?п.д 71,3·104·3,5
Рпд = - 10-3 = - =3119КВТ. ?пд 0,8·103
2. Усилие в канате при подъеме ковша с породой
N"пд =Gk п=44,6·104 Н
Мощность при подъеме груженого ковша
N"пд ?п.д 44,6 ·104·3,5
Р"пд = - 10-3 = - =1951КВТ. ?пд 0,8·103
3. Усилие в канате при спуске порожнего ковша
N"пд =Gкд=14,2·104 Н
Мощность при спуске порожнего ковша
N"пд ?п.д 14,2 ·104·3,5
Р""пд =1,2 - 10-3 =1,2 - =745КВТ. ?пд 0,8·103
4. Средневзвешанная мощность двигателя механизма подъема
Опорно-поворотные устройства (ОПУ) экскаваторов состоят из поворотного механизма, опорного устройства и центральной цапфы (последняя может отсутствовать).
Поворотный механизм экскаватора служит для вращения платформы экскаватора с целью осуществления рабочего движения или поворота на выгрузку.
Современные карьерные и вскрышные одно- и многоковшовые экскаваторы имеют механизм поворота с индивидуальным приводом, состоящий из двух или более (до 10) самостоятельных механизмов-агрегатов, работают на один зубчатый венец.
В механизмах поворота на отечественных мощных драглайнах и вскрышных лопатах применяют безредукторные приводы с двигателями, имеющими низкую частоту вращения. Так, на драглайне ЭШ 100.100 в механизме поворота установлены восемь вертикальных фланцевых двигателей постоянного тока мощностью по 1 тыс. КВТ каждый с номинальной частотой вращения ротора 0,53 с-1. Их выходные валы соединены муфтами непосредственно с вертикальными валами-шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатым венцом опорной рамы. Передаточное отношение этой пары равно 26.
Центральная цапфа 1 (рис. 7), центрирующая поворотную платформу 7 относительно неподвижной нижней рамы 8, закрепляется от проворачивания болтами 9. На цапфу одета бронзовая втулка 2, впрессованная в стакан 3. Гайка 4 сферической нижней поверхностью опирается на вращающуюся с платформой шайбу 6 и стопорится болтами 5. Смазка к подвижным поверхностям узла центральной цапфы подается через трубку 10 и канал 11.
Внутри центральной цапфы находится отверстие, через которое на поворотную платформу проходят кабели от поворотной платформы к электрооборудованию на нижней раме. Сверху на фланец цапфы устанавливается токоприемник.
Благодаря сокращению продолжительности поворота представляется возможным повысить производительность экскаватора. В связи с этим суммарная мощность поворотных механизмов у современных одноковшовых экскаваторов-драглайнов подчас соответствует мощности подъемной лебедки и может составлять более 10 тыс. КВТ.
Опорное устройство в общем случае служит для восприятия вертикальных и горизонтальных составляющих нагрузок, действующих на поворотную платформу, передачи этих нагрузок или их части на раму ходового устройства, обеспечения опирания поворотной платформы через опорно-поворотный круг (или направляющие) на базу или раму ходового устройства, вращения поворотной платформы с минимальными сопротивлениями относительно базовой части экскаватора. При наличии в ОПУ центральной цапфы ей предаются функции восприятия горизонтальных усилий моментов, а также сил, отрывающих платформу от опорного круга.
На одноковшовых экскаваторах наиболее распространены опорно-поворотные устройства со свободными катками, оси которых закреплены в обойме (см. рис. 11.16, я, б). Катки выполняются цилиндрическими или коническими. Цилиндрические катки с одной внутренней ребордой применяются на большинстве моделей отечественных карьерных лопат, конические одно- и двухребордные - на мощных драглайнах УЗТМ - ЭШ 40.85, ЭШ 100.100, а также на карьерных и вскрышных лопатах в США. Конические катки для мощных машин иногда выполняются с небольшой бочкообразностью по плоскости контакта с рельсом катания. Под нагрузкой каток деформируется и точка контакта переходит в линию. Конические катки меньше изнашиваются, чем цилиндрические, но сложнее в изготовлении.
На драглайне ЭШ 100.100 опорное устройство имеет средний диаметр рельса катания 21,5 м, по которому перемещается 100 катков, выполненных в виде усеченного конуса диаметром по средней оси 550 мм и заключенных в две концентрические обоймы.
На ряде драглайнов УЗТМ и НКМЗ устанавливаются по два верхних и нижних концентрических рельса, по которым перемещаются катки с ребордой, расположенной посредине их ширины. Катки крепятся к концентрическим внешней и внутренней обоймам (рис. 11.19).
Рис. 7. Центральная цапфа экскаваторов ЭШ 11.70А и ЭШ 14.50
Рис. 8. Роликовый круг экскаваторов ЭШ 20.55 и ЭШ 15.70: 1 - упор; 2 и 6 - круги рельсовые соответственно нижний и верхний; 3 и 8 - ролики; 4 и 7 - внутренний и наружный сепараторы; 5-ось ролика
Рабочие механизмы драглайна
Рабочие и холостые движения экскаватора осуществляются, приводимыми от двигателя или группы двигателей, отдельными механизмами или группой механизмов.
Главные механизмы служат для получения рабочих движений ковша экскаватора: подъема (и тяги у драглайна) и напора. Доставку ковша к месту разгрузки производят механизмом поворота. Все эти механизмы устанавливают на поворотной платформе (за исключением механизма напора у карьерных лопат с зубчато-реечной системой выдвижения рукояти, находящейся, как правило, на стреле.
По кинематическому признаку механизмы экскаватора подразделяются на три типа: • с однодвигательной схемой привода всех механизмов от одного общего двигателя;
• с групповой схемой привода нескольких механизмов от общих двигателей;
• с многодвигательной схемой привода механизмов от собственных (индивидуальных) двигателей.
Первые два типа применялись на экскаваторах малой мощности - универсальных, которые здесь не рассматриваются. Механизмы экскаваторов средней и большой мощности имеют индивидуальный привод постоянного тока с одним или несколькими двигателями.
Механизмы подъема и тяги одноковшовых экскаваторов (за исключением гидравлических) состоят из приводных лебедок и канатно-блочных передач. Схемы канатно-блочных передач у экскаваторов с индивидуальным приводом обычно выполняют бесполиспастными. При двух или четырехканатном подъеме на ковше мехлопат иногда применяют двукратный полиспаст или уравнительные блоки, выравнивающие натяжение отдельных ветвей канатов. На драглайнах полиспастные системы на подъеме и тяге не применяют. Подъемные лебедки экскаваторов подразделяют по числу двигателей барабанов и редукторов. По числу двигателей подъемные лебедки бывают однодвигательными РКГ-5А, ЭВГ-35.65М), двухдвигательными (ЭКГ-10, ЭКГ-15, ЭКГ-20, ЭШ 65.45М, ЭШ 11.70, ЭШ 15.90 и др.) и многодвигательными - с четырьмя (ЭШ 40.85, ЭШ 100.100) и более двигателями. На некоторых зарубежных драглайнах число двигателей в приводах подъемных лебедок достигает десяти.
По числу барабанов подъемные (тяговые) лебедки экскаваторов подразделяют на одно и двухбарабанные (сдвоенные).
Подъемные лебедки экскаваторов выполняются двух видов: безредукторные (ЭВГ-35.65М) и редукторные. Последние, в свою очередь, могут быть одноредукторными (ЭКГ-5А, ЭКГ-10, ЭКГ-20 и ЭШ 15.90), двухредукторнымй (ЭШ 25.100) и многоредукторными - с четырьмя (ЭШ 100.100) и более редукторами.
Подъемные и тяговые лебедки у шагающих экскаваторов, а также подъемные и напорные у большинства карьерных и вскрышных в наибольшей степени характеризуются блочностью и унификацией конструкций. Под блочными понимают такие конструкции машин или их механизмов, которые состоят из отдельных узлов (редукторов, барабанов, лебедок, тормозов, аппаратов и др.), соединенных с остальной конструкцией машины с помощью легкоразъемных соединений.
Унифицированными называют такие конструкции машин, у которых разнотипность деталей и узлов одного и того же назначения сведена до минимума. Блочность и унификация конструкций в значительной степени облегчают и упрощают конструирование, изготовление и эксплуатацию (ремонт) таких машин. Так, применение унифицированных стандартных узлов (модулей) для подъемных и тяговых лебедок, например драглайнов, позволяет получать типовой унифицированный ряд лебедок (рис. 8) с разнообразными комбинациями идентичных передач и двигателей, используемых как базовые для исходной (простейшей) модели параметрического ряда.
Рис. 8. Унифицированный ряд подъемных и тяговых лебедок, скомпонованных из стандартных модулей: 1 - двигатель; 2 - зубчатая передача; 3 - барабан
Использование стандартных блоков зубчатых передач в различных комбинациях дает определенные преимущества по сравнению с индивидуальным методом проектирования редукторов, главными из которых являются: высокая надежность уже отработанных систем, взаимозаменяемость, ремонтопригодность и малая номенклатура запасных частей. Подъемная и тяговая лебедки на отечественных драглайнах кинематические и конструктивно унифицированы (рис. 9). Расчеты показывают, что предпочтительным является превышение мощности подъемной лебедки на 15-20 % по сравнению с мощностью тяговой. При установке для привода лебедки малого числа двигателей большой единичной мощности этого достичь трудно. При использовании же схем компоновки лебедок из стандартных модулей (см. рис. 8) возможно оснастить подъемную лебедку большим числом двигателей, чем тяговую.
У мощных драглайнов размещение механизмов на платформе характеризуется большим разнообразием. Тем не менее подъемные и тяговые лебедки, как наиболее тяжелое оборудование, устанавливают в хвостовой части платформы, а преобразовательные агрегаты, как относительно более легкие узлы, либо переносят в переднюю часть платформы, либо устанавливают рядом с подъемной лебедкой (ЭШ 100.100 и др.).
Сравнительно большая площадь поворотных платформ шагающих экскаваторов позволяет более рационально разместить на ней все механизмы, в том числе и механизмы поворота, число которых на самых крупных экскаваторах составляет 10-12.
На рис. 9 а показано расположение механизмов на поворотной платформе драглайнов ЭШП.70 и ЭШ 14.50 (НКМЗ), имеющих шагающее устройство механического типа. На такого типа экскаваторах тяговую 1 и подъемную 2 лебедки устанавливают между центральной цапфой и четырехмашинным агрегатом 3. В центре поворотной платформы находится привод 4 кривошипно-шатунного механизма шагания, состоящий из трехступенчатого редуктора 5, раздаточных валов 6, открытых бортовых передач 7 и валов с эксцентриками 8, вращающимися в установленных на раме платформы подшипниках 9. В центре передней части платформы расположены два поворотных механизма 10, а слева - кабина 11 машиниста. В машинном зале размещены пневмосистема 12 и система смазки 13. На передней балке поворотной платформы расположены блоки наводки 14 тяговых канатов. Аналогичную компоновку механизмов на поворотной платформе имеют также, экскаваторы НКМЗ ЭШ 20.65 и ЭШ 15.80.
На мощных драглайнах УЗТМ принята схема размещения оборудования на поворотной платформе, характерная для драглайна ЭШ 100.100 (рис. 10.б)
Рис. 10. Размещение механизмов на поворотной платформе драглайнов: а - ЭШ ПЛОА и ЭШ 14.50; б - ЭШ 100.100
Подъемная 1 и тяговая 2 лебедки имеющие по четыре двигателя мощностью по 2550 КВТ каждый с частотой вращения ротора п = 4,16 с-1 смещены назад за ось вращения платформы. Сбоку от лебедок расположены баки гидросистемы 7, компрессорные станции и трансформаторы, а также четыре четырехмашинным агрегата, в состав каждого из которых входят синхронный двигатель 3 и три генератора - подъема 4, тяги 5 и поворота 6. Впереди платформы полукругом устанавливают восемь поворотных механизмов 8, приводимых в движение двигателями мощностью по 1000 КВТ (п = 0,5 с-1).
Кабина управления 9 драглайном находится справа от продольной оси платформы между опорами стрелы.
От электродвигателей через эластичные муфты вращение передается четырем шевронным редукторам, выходные цилиндрические прямозубые шестерни которых попарно входят в зацепление с бортовыми зубчатыми венцами двухбарабанной лебедки диаметром 3,4 м и длиной 8 м. Барабан не имеет сквозной оси и опирается на две короткие полуоси, запрессованные в ступицы зубчатых венцов. На каждую половину барабана наматываются по два каната диаметром по 90 мм с разрывным усилием 6 МН каждый.
Нормально замкнутые пружинные тормоза колодочного типа, размыкаемые пневмоцилиндрами, в состоянии удержать груженый ковш массой 300 т в любой точке его траектории. Во время работы осуществляется электрическое торможение ковша электродвигателями. Общая масса лебедки (без электрооборудования) 520 т.
Аналогично располагается оборудование на поворотных платформах экскаваторов ЭШ 40.85, ЭШ 20.90 и их модификаций.
На современных драглайнах УЗТМ подъемная лебедка обычно устанавливается за тяговой (от оси вращения). При этом подъемные канаты идут непосредственно на верхние блоки надстройки платформы и далее на головные блоки стрелы, а тяговые по наклонным направляющим на блоки наводки, расположенные посредине и у основания вертикальной стойки надстройки, и далее к ковшу. Поворотные платформы мощных вскрышных лопат и драглайнов, а также опорные рамы последних представляют собой сложные металлоконструкции, составляемые из секций, число которых может достигать 50. Секции свариваются или свинчиваются чистыми болтами на месте монтажа.
Поворотные платформы шагающих экскаваторов служат опорой для механизма шагания. Через роликовый круг платформа опирается на базу и соединяется с ней центральной цапфой.
Кузов экскаватора представляет собой панельную стальную конструкцию. У мощных экскаваторов внутри кузова устанавливаются один-два мостовых крана (например, на экскаваторе ЭШ 100.100 два крана грузоподъемностью 75 т каждый), используемые при монтажных и ремонтных работах. В задней стенке кузова имеются ворота, а в полу-люки, через которые краном извлекаются механизмы, направляемые в ремонт.
Системы и механизмы управления драглайнами
Механизмы управления позволяют обеспечивать требуемый режим работы машины или изменять его по желанию оператора путем дистанционного воздействия на исполнительные органы.
Исполнительный механизм управления в совокупности с элементами его привода и управления образует систему управления.
Рабочий орган машины приводится в действие от двигателя через трансмиссию и воздействует на забой. Это главный машинный контур. Параллельно ему имеется контур управления рабочим процессом: измерительное устройство - оператор - механизм рабочего органа - рабочий орган. Замыкается этот контур также на забое.
В упомянутых двух взаимозависимых контурах функции обратной связи выполняет рабочий орган. При помощи оператора образуется замкнутый контур управления рабочим процессом: двигатель - трансмиссия - движитель - оператор - рабочий орган - двигатель. Управляющее воздействие создается оператором на основе полученной информации о ходе рабочего процесса.
Так как системы управления, как правило, приводятся в действие человеком, то различают системы управления непосредственно (мускульного) действия и системы управления с усилителями. Последние могут быть со следящими устройствами и без них. Все системы управления, кроме системы непосредственного действия, для облегчения оператору процесса управления используют часть мощностей двигателей, установленных на машине.
Элементы управления, осуществляющие передачу управляющего воздействия от руки оператора к управляемому объекту, могут быть механическими, гидравлическими, пневматическими, электрическими и комбинированными (электрогидравлическими и электропневматическими).
Мощность гидропривода экскаватора ЭГ-350 увеличена за счет удвоения числа насосных установок и блоков золотников управления.
Электрогидравлическая система управления по сравнению с гидравлической позволяет сокращать протяженность маслопроводов, облегчать управление золотниками, широко применять блокирующее и автоматические устройства. В этой системе управление золотниками производится с помощью электромагнитов, включенных в общую электрическую схему управления экскаватором.
Примером электрогидравлической системы управления может служить система управления механизмом шагания экскаватора ЭШ 15.90А (рис. 10). Рабочая жидкость, поступающая из маслобака 7, нагнетается насосами 2 через обратные клапаны 3 в магистраль, питающую два подъемных 4 и два тяговых 5 цилиндра. Разгрузочный клапан 6 магистрали настроен на рабочее давление 20 МПА. Управление тяговыми цилиндрами 5 осуществляется переливным 7 и двумя электромагнитными распределителями 9 и 10, а подъемными цилиндрами 4 - реверсивным 8 и электромагнитными распределителями 11 и 12 автоматически.
Рис. 10. Схема электрогидравлической системы управления механизмами шагания экскаватора ЭШ 15.90А
Для передвижения экскаватора включаются электромагнитные распределители 9 и 11. Распределитель переливного клапана 7, перемещаясь вниз, соединяет обе полости тяговых цилиндров с напорной магистралью насосов, выносящих опорные башмаки вперед. При этом подъемные цилиндры поворачиваются вокруг опорных осей и через конечный выключатель 13 производят включение или выключение электромагнитных распределителей 10 и 12. Распределители 7 и 8 занимают верхнее положение. Тяговые цилиндры отсоединяются от напорной и сливной магистралей, а верхние полости подъемных цилиндров соединяются с напорной магистралью насосов.
Поршни подъемных цилиндров будут опускаться до тех пор, пока опорные башмаки не опустятся на грунт. При дальнейшем поступлении жидкости в верхние полости подъемных цилиндров давление в магистрали возрастает и подъемные цилиндры поднимают экскаватор. Перемещение поршней подъемных цилиндров через рычажную систему передается конечному выключателю 14, который при подъеме экскаватора на максимальную высоту выключ
Вывод
По всему миру с каждым годом наблюдается увеличение сложности условий ведения горных работ. Выражение типа «отработка по выходам» встречается уже редко. Наиболее лакомые куски выработаны, увеличиваются объемы вскрыши, горные работы уходят на глубину. Все это диктует необходимость создания, наряду с принципиально новыми видами горного оборудования, еще более мощных драглайнов с увеличенными рабочими радиусами. Сегодня созданию таких драглайнов способствует внедрение новых конструкционных материалов с повышенными прочностными характеристиками, использование высоколегированных сталей и композитных материалов.
Вероятнее всего уже в ближайшем будущем мы станем свидетелями рождения очередных шагающих колоссов, которые побьют полувековой рекорд Big Muskie.
Список литературы
1. Бариев Н.В. Электрооборудование и электропривод одноковшовых экскаваторов. - М.: Недра, 1970.
2. БЕЛЯКОВЮ.И. Проектирование экскаваторных работ. - М.: Недра, 1983.
3. ЕФИМОВВ.Н. Одноковшовые экскаваторы. - М.: Недра, 1995.
4. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: в 2 т, 4-е издание. - М.: Изд-во МГГУ, 1999 и 2001.
5. Ремонт шагающих экскаваторов / Б.И. Бубновский, В.Н. Ефимов, И.К. Буйный и др. - М.: Недра, 1982.
6. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. - М.: Недра, 1978.
7. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины непрерывного действия / Под ред. М.И. Щадова и В.М. Владимирова. - М.: Недра, 1989.
8. Подэрни Р.Ю. Горное машиностроение: 1 т. Механическое оборудование карьеров - М.: Изд-во МГГУ, 2007.