Принцип работы шагающих экскаваторов

Устройство шагающего механизма состоит из трех основных деталей:

· шагающие лыжи, или «башмаки»;

· несколько гидроцилиндров;

· круглая рама, служащая базой агрегата.

Движение гигантского механизма начинается с выдвижения лыж в нужную сторону посредством работы гидроцилиндров, которые переносят тяжелый вес машины, равномерно распределяя удельное давление. После этого основной корпус экскаватора поднимается вверх, достигая максимально возможного значения. Таким образом, движение машины происходит в воздухе, гидроцилиндры установлены вертикально, а круглая рама тянется по земле.

Задания:

1) Изучить конструкционные особенности вскрышных мехлопат.

2) Укажите основные отличия между вантовыми, ферменными и трехгранными жесткими стрелами вскрышных мехлопат.

3) Укажите область применения вскрышных мехлопат.

4) Укажите к каким видам стрел относятся стрелы вскрышных мехлопат, приведенных на рисунках 5 и 6.

5) Опишите как происходит разгрузка ковша вскрышной мехлопаты.

 

 

 

Рис. 5.

 

Рис. 6.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 8

 

ЦЕЛЬ – РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Теоретическая производительность экскаватора – количе­ство продукции (в тоннах или кубических метрах), которое может быть выработано в единицу времени (обычно за час) при непре­рывной его работе. Условия работы берутся предположительно одинаковыми для всех машин, коэффициенты наполнения ковша (Кн) и разрыхления породы (Кр) принимаются равными единице.

У одноковшовых экскаваторов при расчете теоретической произво­дительности принимаются: одинаковыми угол поворота на выгрузку (90° у мехлопаты и 135° у драглайнов), высота черпания (до уровня напор­ного вала -  для мехлопат) и номинальными скорости рабочих движений и удельные сопротивления породы копанию.

Техническая производительность – максимальная произво­дительность для данного экскаватора при его непрерывной работе в данном забое за единицу времени. Рассчитывается с учетом кон­кретных условий работы: категорий пород, разрыхления породы и наполнения ковша при непрерывной работе, а также с учетом пе­рерывов в работе, неизбежных для данного типа машины

Эксплуатационная производительность – это действительный объем горной массы, отработанный экскаватором за определенный период эксплуатации

Эксплуатационная производительность численно меньше техничес­кой производительности.

Теоретическая (часовая) Q _ТЧ(м³/ч) производительность экс­каватора по рыхлой массе:  

 

                                        Q_TЧ = 60 Е п _Z,                                                  (1)

где Е – вместимость ковша, м³; п _Z – число разгружаемых в мину­ту ковшей, мин^-1.

Для одноковшовых экскаваторов в технической характеристике дается длительность цикла T_ц, а п _Z рассчиты­вается по формуле (2)

                            n_Z = 60 / T_Ц                                                                                        (2)

 

Техническая производительность Q_TЕХ (м³/ч) определяется, как

      Q_TЕХ = Q_TЧ K_н Т_р / (Т_р +Т_п)К_р = 60 Е п _Z T_P К_ЭК/(Т_р +Т_п)               (3)

где К_н и К_р – коэффициенты соответственно наполнения ковша и разрыхления породы (берутся из справочника К_н = 0,8…1,1 и К_р = 1,1…1,5); Т_р   –  длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки; Т_п   –  длитель­ность одной передвижки; К_ЭК =   (К_н/К_р) –  коэффициент экскавации.

Эксплуатационная производительность Qэ (м³/смену) опре­деляется по формуле (4):

             Q_Э = Q_TЕХ Т_с К_в = 60 Т _р К_ЭК К_в Т_с Е п _Z / (Т_р +Т_п)                   (4)

где Т_с   –  длительность смены, ч; К_в   –  коэффициент использования экскаватора по времени. Для экскаваторов, работающих с погруз­кой в железнодорожные вагоны, К_в = 0,55…0,8, с погрузкой в авто­самосвалы, на конвейеры и в отвал К_в = 0,8…0,9.

Годовая производительность Q _{Э Г} (м³/год) экскаватора опре­деляется, как:

                                    Q _{Э Г} = Q_Э n_C                                                                                                                                  (5)

где п_с – число рабочих смен в год.

Необходимые для расчета данные приведены в таблице 1.

Задания:

1. Рассчитайте теоретическую производительность экскаватора исходя из данных своего варианта.

2. Укажите основные отличия между тремя видами производительности экскаватора.

3. Укажите какая из трех видов производительности экскаватора ближе всего к действительной.

 

 

Таблица 1

Необходимые данные для расчета производительности экскаватора

Вариант	Марка машины	Tц, c	Кн	Кр	Тр, ч	Тп, ч	Кв	Тс, ч	nс
1	ЭГ-150	24	1	1	4	0,25	0,55	11	600
2	ЭГ-350	26	0,9	1,2	3	0,3	0,6	11	620
3	ЭГО-150	22	0,8	1,3	3,5	0,2	0,9	7	900
4	ЭГО-350	24	1,1	1,2	6	0,25	0,8	7	900
5	ЭКГ-5А	23	1	1,5	5	0,2	0,6	7	920
6	ЭКГ -5Д	23	0,9	1,2	4	0,3	0,8	7	920
7	ЭКГ-4УС	29	0,9	1,4	4	0,3	0,9	11	610
8	ЭКГ-12	27	0,8	1,1	3	0,2	0,57	11	600
9	ЭКГ-20	28	1	1	1,6	0,25	0,8	11	620
10	ЭГ-150	24	1,1	1,2	3	0,2	0,56	11	610
11	ЭГ-350	26	0,85	1,25	3,2	0,26	0,7	11	600
12	ЭГО-150	22	0,9	1,4	3,7	0,29	0,8	7	900
13	ЭГО-350	24	1	1,24	4	0,2	0,85	7	920
14	ЭКГ-5А	23	1,1	1,5	4	0,2	0,67	7	920
15	ЭКГ -5Д	23	0,9	1,25	5	0,3	0,9	7	900
16	ЭКГ-4УС	29	0,95	1,3	2	0,3	0,63	11	640
17	ЭКГ-12	27	0,9	1,1	2,5	0,25	0,76	11	590
18	ЭКГ-20	28	1,1	1,3	3	0,24	0,75	11	630
19	ЭКГ-12	27	0,9	1,2	2	0,3	0,55	11	620
20	ЭКГ-20	28	1,1	1,2	2,6	0,2	0,7	11	620

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 9

 

ЦЕЛЬ – СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЯМЫХ ЛОПАТ

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Ответ, на вопрос, какому типу экскаватора – гидравлическому или механическому следует отдать предпочтение, должен базироваться на сравнительных оценках их технических характеристик – геометрических, кинематических и силовых параметров, экономических расчетах, а также учете особенностей предполагаемых условий их эксплуатации.

Геологические факторы: Крепость породы (руды) – косвенно обуславливает необходимость осуществления бурения и взрывания массива и, как следствие, определяет возможность применения того или иного типа экскаватора для черпания материала, в том числе, напрямую из целика. Канатные карьерные экскаваторы (ККЭ) в забоях с плохо взорванной породой, как правило, имеют относительно более высокую производительность по сравнению с карьерными гидравлическими экскаваторами (КГЭ), поскольку обладают большой массой и устойчивостью, развивают достаточно высокие усилия копания и в ряде случаев могут отрабатывать массив без предварительного рыхления. КГЭ более подходят для массовой, высокопроизводительной погрузки горной массы в транспортные средства или дробильные установки хорошо разрыхленных взрывом материалов высокой и средней крепости.

Абразивностъ породы влияет на износ ковшей, особенно при разборке взорванных крепких и весьма крепких пород. На ККЭ обычно использует тяжелые ковши с хорошей защитой их от износа. КГЭ имеют ковши меньшей удельной массы, что делает их более уязвимыми по износу.

Климатические условия (преимущественно температура окружающей среды) влияют на вязкость рабочих жидкостей, используемых в КГЭ, снижая ее при высоких и повышая при низких температурах. Для нивелирования отрицательного воздействия особо низких, а также экстремально высоких температур, на КГЭ устанавливают специальные арктические или тропические комплекты оборудования, позволяющие, при вполне умеренных затратах, успешно эксплуатировать их в этих условиях [50].

Электродвигатели эффективно работают в стандартном диапазоне температур ± 50 ⁰С и поэтому электрические ККЭ менее чувствительны к перепаду температур, а смазочные материалы в редукторах всех типов экскаваторов подвергаются равноценным изменениям при колебаниях температур и имеют идентичные средства их подготовки.

Высота черпания, которая наряду с крепостью породы, является определяющей при выборе типа машины в зависимости от заданной высоты уступа. Выбор ККЭ по высоте уступа осуществляется в зависимости от высоты установки головного блока стрелы, в силу чего они могут безопасно работать в высоких забоях, имея большие высоты черпания и разгрузки, чем прямые КГЭ, в то же самое время, эффективный путь наполнения ковша у ККЭ ограничивается высотой расположения оси седлового подшипника, а максимальная рекомендуемая высота уступа для него не должна превышать ее более чем на 1,5 высот ковша, поскольку образующийся при этом нависающий козырек опасен по обрушению. КГЭ имеет рекомендуемую высоту черпания ниже паспортной. В связи с образованием крутого козырька, на высшей точке копания формируется нависающая поверхность забоя, недопустимая по требованиям безопасности (рис. 1.2.б), поэтому максимальная рекомендуемая высота уступа для КГЭ должна быть больше максимальной высоты горизонтального внедрения ковша на величину не более полутора высот ковша. КГЭ прямые лопаты имеют меньшие (по сравнению с ККЭ) линейные параметры рабочего оборудования, а, следовательно, высот черпания и разгрузки, что заставляет машиниста подводить машину ближе к забою и повышает опасность ее повреждения при обрушении породы.

Вместимость ковша и его конструкция прямо влияет на производительность экскаватора. Мощные механические и гидравлические экскаваторы имеют идентичный размерный ряд ковшей, при различной рабочей массе. Ковши ККЭ, как правило, имеют большую удельную массу и долговечность, их входное сечение ближе к равностороннему, открытие днища – маятниковое, что провоцирует ударный характер его разгрузки в транспортное средство с высоты нескольких метров и опасно для сохранности последнего. Челюстные ковши прямых КГЭ имеют большую ширину и значительные входное и выходное отверстия, в результате чего крупные куски породы легко их проходят, уменьшая сопротивление копанию. Контролируемое открытие челюсти позволяет регулировать интенсивность вытекания потока породы при разгрузке ковша, что существенно предохраняет кузов автотранспорта или приемного бункера забойной дробилки от повреждений. Наличие челюсти позволяет использовать ее для захвата, подъема и сбрасывания с высоты чугунных шаров с целью дробления породных негабаритов. Возможность изменение угла наклона ковша по отношению к рукояти способствует лучшей реализации усилий копания, более быстрому и качественному наполнению и разгрузке ковша.

Паспортные продолжительность цикла и производительность одноковшовых экскаваторов зависит от структуры единичного рабочего цикла состоящего из четырех фаз: копания, поворота на разгрузку, разгрузки, возврата в исходное положение. После отработки рабочей зоны забоя, охватываемой рабочим оборудованием, добавляется пятая фаза - переезд машины на новую позицию. Усредненное время рабочего цикла при отработке блока у КГЭ меньше, поскольку он имеет возможность начинать отработку уступа с верхней полосы в пределах оптимального угла поворота на выгрузку и, последовательно избегает необходимости каждый раз опускать ковш к подошве уступа, как вынуждена это делать мехлопата. Время, затрачиваемое на операцию поворота в цикле копания, зависит от угла поворота на разгрузку и скорости выполнения операции, которая выше у КГЭ, поскольку момент инерции вращающихся масс у него меньше. С другой стороны, более длинный вылет рукояти мехлопаты позволяет обеспечивать ей большее количество циклов копания (погрузку большего объема материала с одной точки стояния) за период смены, прежде чем возникнет необходимость переезда машины на новую позицию. Машинист КГЭ должен чаще подъезжать (хотя и на большей скорости) к забою и чаще маневрировать для отгрузки такого же объема горной массы.

Тип привода и энергоснабжение. На КГЭ используется как дизельный, так и электрический привод насосов, тогда как на ККЭ устанавливаются только электрические приводы и подводящие высоковольтные кабели, что снижает их эксплуатационную производительность на 10...15% в связи с необходимостью обслуживания систем энергоснабжения и осуществления, связанных с этим операций на подъездных путях рабочих площадок для автотраспорта. С другой стороны дизельные экскаваторы вынуждены тратить до 30...50 мин рабочего времени в сутки на заправку машин топливом, их выбросы газообразных веществ отрицательно влияют на окружающую среду и они более зависят от колебания цен на энергоносители. Электрические ККЭ более экономичны, потребляют меньше энергии и не выбрасывают диоксид углерода в атмосферу.

Маневренность, преодолеваемые уклоны и скорость передвижения более высоки у КГЭ, а благодаря дизельному двигателю, они не зависят от линий энергоснабжения, мобильны при самостоятельных переездах внутри карьера с одного участка на другой. Для перемещения на большие дистанции, в силу сравнительно небольшого веса, даже мощные КГЭ могут транспортироваться с помощью специальных 2-х колесных тележек и тягачей-самосвалов, а также и на трейлерах, что для ККЭ с электроприводом, имеющих большую массу и отсутствие жестко сочлененного с базой рабочего оборудования, осуществить практически невозможно. Преодолеваемые уклоны КГЭ, в силу их меньшей массы и более низкого расположения центра масс при одинаковой вместимости ковша в 1,5...2,5 раза выше по сравнению с ККЭ.

Профилактическое обслуживание, чистота условий работы на дизельных КГЭ, требует высокой квалификации персонала, соблюдения жесткого режима замены расходных материалов, а также, сохранения чистоты рабочих жидкостей и предупреждения появления их утечек, представляющих потенциальную пожарную опасность также и при прорывах гидрокоммуникаций. В то же время, обслуживание гидрооборудования подразумевает минимальное текущее ремонтное вмешательство персонала в процесс его эксплуатации и 30 предусматривает преимущественно только плановую агрегатную его замену после выработки ресурса или обнаружения неисправностей. Электрические ККЭ менее чувствительны к жесткости условий эксплуатации на карьерах, вибрациям, температурным изменениям, загрязнениям среды по пыли, но требуют, помимо штатного обслуживания механизмов и электрооборудования, довольно частой и регулярной замены канатов.

Пылеобразование при погрузке породы в автосамосвал мехлопатой, вследствие нерегулируемого открытия днища ковша на большей высоте, сопровождается ударом по кузову всего объема горной массы находящейся в ковше, что также способствует активному образованию пыли. У КГЭ челюстной ковш способен плавно разгружать породу, что сохраняет кузов автосамосвала и снижает количество пыли при погрузке.

Капитальные затраты на приобретение (издержки владения) экскаватора равного класса по вместимости ковша, для КГЭ существенно меньше, чем для ККЭ, в среднем на 30...40%. Более высокая цена электрических ККЭ определяется большей конструктивной массой и более высокой стоимостью электроники управления, но подразумевает более высокую долговечность машины. Удельные эксплуатационные расходы на 1 т погруженной горной массы, несмотря на высокие первоначальные затраты на приобретение электрических ККЭ, при значительно более длительном планируемом сроке их эксплуатации чем КГЭ, в среднем в 2...3 раза, как правило, ниже за счет более низких расходов на электроэнергию. Однако, при относительно коротких сроках эксплуатации КГЭ в пределах до 5...7 лет, усредненные эксплуатационные расходы на 1 т погруженной горной массы, как правило, меньше или сопоставимы с аналогичными показателями, характерными для электрических мехлопат. 31 Расходы на топливо являются важной составляющей эксплуатационных затрат и удельные их значения, отнесенные к единице конечной продукции, могут быть выше затрат на электроэнергию.

Расходы на энергию для электрических экскаваторов обычно более стабильные и ниже, чем таковые для дизельных КГЭ. КГЭ, дросселируя рабочую жидкость под высоким давлением и на высокой скорости потока, генерируют большое количество тепла, которое нейтрализуется в больших масляных охладителях, выбрасывающих тепло в атмосферу, в результате чего имеет место потребление большего количества энергии за цикл, по сравнению с ККЭ.

Срок службы (нормативный) КГЭ до первого капитального ремонта в среднем исчерпывается после 5...7 лет (20...30 тыс. ч) эксплуатации. Мощные электрические ККЭ, после 2...3-х капитальных ремонтов, выполняемых обычно на каждом 6...7-м году эксплуатации, сохраняют работоспособность в течение 18...30 лет (120 тыс. ч и более).

Монтаж КГЭ обычно осуществляется на основе модульной сборки за 1...15 дней работы, бригадой из 7...8 человек при 10 ч смене. На монтаж мехлопат требуется 50...70 дней и привлечение большего количества специалистов (до 30), более высокой квалификации.

Задания:

1. Как абразивность горных пород влияет на эффективность мехлопат и гидравлических экскаваторов.

2. Почему работа мехлопаты характеризуется по сравнению с гидравлическим экскаватором более интенсивным пылеобразованием.

3. Почему в условиях экстремальных низких температур более выгодно применять мехлопаты.

4. Укажите почему мехлопаты целесообразнее использовать при смерзлой взорванной горной массе, чем гидравлические экскаваторы.

5. Почему при относительно долгих сроках работы карьера или разреза целесообразнее использовать мехлопату.

 

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 10

 

ЦЕЛЬ – ИЗУЧЕНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ И КОНСТРУКЦИОННЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ БУЛЬДОЗЕРОВ