Горные машины и оборудование учебное пособие

Горные машины и оборудование учебное пособие

В книге рассмотрен комбинированный транспорт, получающий все большее распространение на открытых горных разработках и являющийся наиболее перспективным.
Отражены особенности горных работ при комбинированном транспорте, рассмотрено транспортное оборудование, используемое в комбинациях, обобщен опыт применения, проектирования и эксплуатации комбинированного транспорта на отечественных и зарубежных карьерах. Изложены вопросы взаимодействия различных видов транспорта в комбинациях. Описаны транспортные коммуникации и дана их характеристика при комбинированном транспорте. Большое внимание уделено устройству перегрузочных пунктов и специфике их работы, приведен расчет основных параметров.

Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки к лекционным, практическим занятиям и организации самостоятельной работы по дисциплине «Техническое обслуживание и ремонт горных машин и оборудования». Рассматриваются: Расчет и построение графиков обслуживания горной машины, Правила составления графика планово-предупредительных ремонтов (ППР) оборудования. В пособии обобщены и систематизированы понятия, связанные с ППР.
Материалы учебно-методического пособия позволяют добиться высокой степени интенсификации познавательной активности студентов.

Рассмотрены вопросы, предшествующие конструированию транспортных машин и комплексов: условия и особенности их эксплуатации; этапы разработки и направления совершенствования этих машин и комплексов. Приведены анализ конструкций и конструктивный расчет транспортных машин и комплексов (конвейеров, оборудования рельсового транспорта, погрузочных машин). Второе издание (1-е изд.—1975) переработано в соответствии с измененными программами и учебными планами и дополнено описанием нового оборудования и средств транспорта.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Горные машины и комплексы».

В книге описаны устройство и принцип работы горных машин, получивших широкое распространение при открытой разработке рудных и нерудных месторождений.
Рассмотрены вопросы эксплуатации и техники безопасности при обслуживании машин, технико-экономические показатели, а также способы повышения производительности машин.
Кратко рассмотрены машины, применяющиеся на открытых горных работах за рубежом.
Книга предназначена в качестве учебника для горнорудных техникумов но специальности «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых» со специализациями: «Разработка рудных месторождений», «Разработка нерудных месторождений», «Взрывные работы»

Настоящее руководство составлено в качестве учебно-методического пособия для выполнения практических работ по курсу «Гидропневмопривод горных машин», преподаваемого студентам направления 21.05.04 – «Горное дело».
Практические работы являются важной, органически связанной с курсом, составной частью всего комплекса занятий. При выполнении практических работ студент решает проектные задачи, приобретает навыки расчёта технологических схем, выбора оборудования. В руководстве, для выполнения практических работ даётся порядок расчётов задач.

В книге рассмотрены вопросы выбора мопщости средств комплексной механизации карьеров. В ней приведен метод обоснования мощности и колшлектацип горного и транспортного оборудования карьеров, монтажных средств и сроков создания оборудования различной мощности и закономерности формирования цен. Исследованы направления совершепствования хозрасчета карьеров, да по обоспование мощности и комплектации горного и транспортного оборудования для строящихся и реконструируемых карьеров.
Книга предназначена для инженерно-технических работников карьеров, научно-исследовательских и проектных институтов, планирующих организаций горной промышленности, преподаватеслей и студентов горных вузов.

В книге коротко излагаются основные сведения по теории теплообмена и наиболее важные расчетные зависимости в приложении к гидроприводу горных машин. Дается сводка теплофизических свойств и параметров материалов, необходимых при расчетах конвективного теплообмена.
Приведены конструкции теплообменников гидроприводов горных машин, измерительные приборы и устройства для регулирования температуры жидкостей при исследовании гидропривода горных машин в лабораторных и заводских условиях.
Расчетная часть книги содержит тепловые расчеты гидравлических систем горных машин, расчеты масло охладительных устройств, поверочные расчеты для определения допускаемых режимов эксплуатации гидросистем по условиям теплообмена. Приводятся примеры теплового расчета конкретных горных машин и оборудования.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, расчетами и исследованиями гидрофицированных горных машин и оборудования, она может быть использована студентами горных и машиностроительных вузов.
Книга также может представлять интерес для станкостроителей и инженеров других отраслей машиностроения занимающихся проектированием гидропривода.

Источник

ЛЕКЦИИ ПО ПРЕДМЕТУ «ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ» ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 21.02.15

Лекция №1 Типы бурильных станков

В обшей технологии открытых горных работ при разработке месторождений, сложенных скальными породами, буровзрывные работы являются одним из основных производственных процессов. Проведение бурения осуществляется буровыми машинами различной конструкции.

Для разведки, вскрытия или добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, а также для различных вспомогательных целей в горных породах бурят вертикальные, горизонтальные или наклонные шпуры и скважины.

Бурение — процесс сооружения горной выработки цилиндрической формы путем разрушения горных пород в торцевом забое. Шпуром принято называть искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Скважиной называют искусственное цилиндрическое углубление в горных породах диаметром более 75 мм и глубиной более 5 м. Бурение представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс. Стоимость производства буровых работ в крепких породах на открытых разработках достигает 36 % обшей стоимости выемки 1 т горной массы. От качества рыхления горной массы зависят производительность погрузочного и транспортного оборудования, их долговечность и эффективность эксплуатации.

Наибольшее распространение на открытых горных работах получил вращательный способ бурения — шарошечными и резцовыми коронками. На способ бурения шарошечными коронками приходится до 80 % всех объемов бурения, тогда как вращательным способом с резцовыми коронками выполняется около 19 %, а ударным методом —до 1%.

Классификация буровых машин

Буровые машины, применяемые на открытых разработках, классифицируются по:

• способу разрушения горной породы;

• способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту;

• способу удаления продуктов разрушения от забоя скважины;

• роду потребляемой энергии;

• способу расположения скважины;

По способу разрушения горной породы буровые машины подразделяются на осуществляющие механические и физические способы разрушения, а также сочетающие их — комбинированные. К механическим относят: машины ударно-вращательного и вращательного бурения шарошечными и резцовыми долотами, производящие разрушение горной породы инструментом в соответствии с прикладываемыми к нему силовыми нагрузками; к физическим: машины термического, взрывного, гидравлического, электрогидравлического и ультразвукового бурения, воздействующие на горную породу через жидкую и газообразную среду.

Механический способ бурения скважин осуществляется за счет непосредственного воздействия рабочего инструмента на породу, при котором в последней возникают высокие напряжения, превышающие предел прочности минеральных образований и приводящие к разрушению породы в области контакта с инструментом. По форме и характеру воздействия бурового инструмента на породу различают бурение: ударное, вращательное резанием, ударно-вращательное, шарошечное, вращательно-ударное и комбинированное инструментом (режуще-шарошечным, шарошечно-ударным и др.).

Физические или физико-химические способы бурения разрушают породу через жидкую или газообразную среду термическим, взрывным, гидравлическим, электрогидравлическим, ультразвуковым, плазменным, лазерным и другими способами воздействия.

При термическом способе бурения разрушение (шелушение) пород происходит в результате нагрева забоя скважины сверхзвуковыми раскаленными струями и появления в породе термических напряжений, превышающих предел прочности минерального образования.

Взрывное бурение (взрывобурение) может осуществляться с помощью ампульных или твердых ВВ, а также струйным способом.

Гидравлический способ бурения осуществляется тонкой высоконапорной струей воды, подаваемой на забой со сверхзвуковой скоростью, однако с весьма высокими удельными затратами энергии.

Несмотря на создание и внедрение новых физических и комбинированных способов бурения, механическое разрушение горных пород при бурении, в первую очередь станками шарошечного бурения, остается определяющим, но каждый из механических способов имеет свою область применения и поэтому не может быть полностью вытеснен другими.

По способу приложения силовой нагрузки к буровому инструменту буровые машины подразделяют следующим образом.

Шарошечное бурение осуществляется перекатыванием шарошки по забою при вращении долота с высоким моментом и усилием прижатия к забою. Зубья шарошки, набегая на забой, разрушают его ударом и резанием. Способ универсален и весьма распространен. Внешне бурение протекает как вращательное. Однако зубья шарошки имеют кратковременный (ударный) контакт с забоем, в силу чего отсутствует фаза резания, характерная для вращательного бурения с использованием инструмента режущего типа.

По способу удаления продуктов разрушения от забоя буровые машины подразделяют на машины: с непрерывным удалением, осуществляемым сжатым воздухом или воздушно-водяной смесью (при шарошечном и пневмоударном, а в отдельных случаях и при вращательном бурении); парогазовой смесью (при термическом бурении) либо витыми штангами (шнеками) с одновременной подачей и сжатого воздуха, либо только шнеками (при вращательном бурении); с периодическим удалением шламовой смеси из скважины либо с помощью желонок (при ударно-канатном способе бурения), либо с помощью желонок, заполняемых буровой мелочью, продувкой скважины сжатым воздухом (при бурении глубоких скважин погружными пневмоударниками больших диаметров — 400—700 мм).

По роду потребляемой энергии буровые станки подразделяют на электрические, тепловые (дизельные), пневматические и гидравлические. Буровые машины с электроприводом получают питание для сетевого двигателя от линий электропередач. К тепловым относятся станки, работающие с приводом от дизеля. К буровым станкам с пневматическим (гидравлическим) приводом относят машины, получающие питание от автономных пневматических (гидравлических) сетей или компрессорных (насосных) станций.

По способу расположения скважины станки подразделяют на станки для бурения вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин.

По назначению буровые машины делятся на машины для бурения шпуров и небольших скважин (колонковые и бурильные молотки) и для бурения скважин среднего и большого диаметра (буровые станки).

Станки вращательного бурения

Как было отмечено выше, преимущественное распространение на открытых горных работах в России получили станки вращательного бурения шарошечными долотами, которыми бурят около 80 % всех взрывных скважин на карьерах.

За последние годы производительность буровых станков стабилизировалась, а условия горного производства резко усложнились. Происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые в крепких породах достигают 30–35 % от общих затрат на производство горных работ.

Современный уровень техники и технологии бурения взрывных скважин на карьерах сформировался во второй половине ХХ в. Интенсивная работа как по развитию новых, так и по адаптации уже известных способов бурения к условиям открытой разработки проводилась до середины 1960-х гг. Ее результаты на многие годы определили преобладающее применение шарошечного бурения. Началось наращивание производства тяжелых станков вращательного бурения и формирование новой структуры бурового парка во всех горно-добывающих отраслях. (Так, например, кардинально изменилась структура парка буровых станков на угольных разрезах Кузбасса, где до середины 1980 х гг. использовались станки вращательного бурения со шнековой очисткой скважин). Относительно быстрый переход к шарошечному бурению в горно-добывающей отрасли стал возможным в том числе и благодаря накопленному опыту работы в нефтегазовой промышленности, геологоразведке и наличию технологических линий по производству шарошечных долот, что послужило основанием принятия типоразмерного ряда долот и буровых штанг.

Технические характеристики карьерных буровых станков, изготавливаемых отечественными заводами, приведены в табл. 1.

Таблица1.Технические характеристики станков вращательного бурения отечественного производства.

Угол бурения к вертикали, градус

Ход непрерывной подачи, м

Усилие подачи, кН, не более

Скорость подачи на забой, м/с

Крутящий момент, кН·м

Подача компрессора, м 3 /с

Мощность электродвигателей, кВт:
установленная
вращателя
компрессора
хода

Габариты в рабочем положении, мм:
длина
ширина
высота

За рубежом буровые станки вращательного бурения выпускаются фирмами Atlas Copco, Ingersoll-Rand, Bucyrus-Erie, Tamrock-Driltech, Harnischfeger P&H и другими. Ими созданы станки вращательного бурения, позволяющие использовать не только шарошечные, но и режущие долота, а также пневмоударники.

В современных моделях наблюдается устойчивая тенденция гидрофикации основных приводов, что обеспечивает станку меньшую массу, возможность широкого регулирования характеристик, удобство в управлении и сравнительно несложное обслуживание, тогда как электрические приводы постоянного тока, применяющиеся на отечественных станках, достаточно тяжелы и громоздки, требуют сложных и дорогих в эксплуатации систем управления.

Технические характеристики станков зарубежных производителей приведены в таблицах 2, 3, 4 и 5.

Таблица2.Техническая характеристика станков вращательного бурения скважин фирмы Atlas Copco.

Наклонное бурение, градус

Мощность вращателя, кВт

Частота вращения, мин–1

Крутящий момент на долоте, кН·м

Скорость подачи / подъема, м/мин

Мощность дизеля, л.с.

Компрессор
Подача, м 3 /мин /давление, Мпа
То же с ударником

* Модели могут оснащаться оборудованием для бурения, погружным пневмоударником.

Таблица3.Техническая характеристика буровых станков для вращательного бурения скважин фирмы Bucyrus International.

Мощность вращателя, кВт

Частота вращения, мин –1

Крутящий момент на долоте, кН·м

Скорость подъема става, м/с

Мощность главного привода, кВт

Компрессор
Подача, м 3 /мин/ давление, МПа

*Модель имеет исполнение для работы с погружным пневмоударником.

Таблица4.Техническая характеристика буровых станков вращательного бурения фирмы Driltech концерна Tamrock.

Мощность вращателя, кВт

Крутящий момент на долоте, кН·м

Скорость подъема бурового става, м/с

Мощность главного привода, кВт

Подача компрессора, м 3 /мин

*Модель имеет также исполнение для ударно-вращательного бурения.

Таблица5.Техническая характеристика буровых станков вращательного бурения фирмы «P&Р» (США)

Наклонное бурение, градус

Осевое усилие максимальное, кН

Мощность вращателя, кВт

Скорость вращения, мин –1

Крутящий момент, кН·м

Скорость подъема, м/с

Тип главного привода

Мощность главного привода, кВт

Подача компрессора, м 3 /мин

Габаритные размеры, м:
общая ширина
длина, мачта опущена / поднята
высота, мачта опущена/поднята

Рабочая масса станка, т

Станки 3СБШ-200-60 и 6СБШ-200-32 являются модификациями выпускавшихся ранее станков СБШ-200-32 и СБШ-200-40 и имеют также патронную схему ВПМ, тиристорный привод механизма вращения бурового става и хода, мачту с открытой передней панелью, кабельный барабан и штангу увеличенной (до 12 м против 8 м) длины.

К основным конструктивным особенностям станка СБШ-250МНА-32 относятся: верхний привод вращения бурового става, воздушно-водяная система пылеподавления, механизация операций по сборке и разборке бурового става.

Станок СБШ-270ИЗ, выпускаемый ОАО «Объединенные машиностроительные заводы» (Группа «Уралмаш-Ижора»), имеет привод основных механизмов (вращения, подачи бурового става и хода) от электродвигателей постоянного тока с питанием от тиристорных преобразователей, выполненную из труб мачту и винтовой компрессор с подачей 40 м 3 /мин.

Наиболее прогрессивные конструктивные решения характерны для станков фирмы Atlas Copco. К ним относится гидрофикация приводов всех систем станка на основе использования единого первичного двигателя – дизеля, приводящего в действие компрессор и насосную станцию. Последняя питает главные приводы станка.

Дизельные станки мобильны, маневренны и не требуют подключения к карьерной электрической сети. Гидравлика позволяет механизировать все основные операции процесса бурения.

На Оленегорском ГОКе при бурении вертикальных и наклонных скважин, для буровзрывных работ при разработке полезных ископаемых используют буровой станок шарошечный 6СБШ-200-32.

Выпускаемые в настоящее время серийно ОАО «Бузулукский завод тяжелого машиностроения» и ОАО «Рудгормаш» тяжелые станки вращательного бурения 3СБШ-200-60, 6СБШ-200-32, 3СБШ-200/250-55, СБШ-250-МНА-32, СБШ-190/250-60 и СБШ-160/200-40 пока не выдерживают конкуренции с зарубежной техникой.

Главное, в чем они проигрывают лучшим зарубежным станкам, – низкая надежность. Впрочем, если сравнивать другие параметры – производительность, экономичность, условия работы и обслуживание, – то и здесь превосходство импортных машин тоже налицо.

Таким образом, одной из главных причин невысоких технико-экономических показателей буровых работ на карьерах является низкий технический уровень применяемого бурового оборудования. Техническая политика при создании новых машин долгое время была ориентирована лишь на дальнейшую модернизацию уже имеющихся конструкций без существенных качественных изменений.

Отечественные заводы постоянно разрабатывают и выпускают опытные образцы новых машин, но пока многим из этих образцов так и не удалось превратиться в востребованную машину, наверное, и потому, что они были всего лишь несколько улучшенным вариантом серийных машин, выпускавшихся многие годы ранее.

В итоге существующий в настоящее время парк буровых станков морально и физически устарел. Существует острая необходимость в быстром обновлении вырабатывающего свой остаточный ресурс станочного парка, причем подходы к решению вопросов проектирования новой буровой техники должны быть коренным образом изменены.

Следует идти не по пути копирования зарубежных моделей, а осваивать принципиально новые направления, и ориентируясь в качестве породоразрушающего инструмента не только на имеющие ряд серьезных и трудноустранимых недостатков (чрезмерно высокая стоимость, высокое пылеобразование, по существу неремонтируемость) шарошечные долота.

Преобладающее применение шарошечного бурения привело к существенному снижению возможности управления параметрами буровзрывных работ. Так, например, применение скважин диаметром более 200 мм в крепких породах не приводит к снижению удельных затрат при добыче горной массы. По породам с повышенной сопротивляемостью взрыву более эффективные показатели достигаются при скважинах диаметром 150–190 мм. Применение же в этих условиях скважин диаметром 215–250 мм приводит к увеличению расхода ВВ на 20–40 %. Серийный выпуск мобильных станков для бурения скважин диаметром 150–190 мм в крепких породах погружными пневмоударниками отечественной промышленностью не освоен.

За последние годы производительность станков стабилизировалась, а условия горного производства резко усложнились. Поэтому происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые в крепких породах достигают 30–35 % от общих затрат на производство горных работ.

Titon 400– эффективный и надежный буровой станок (фирма Sandvik Mining and Construction) для различных видов применения при бурении скважин диаметром от 89 до 127 мм с помощью погружных пневмоударников.

Помимо удорожания сложных шарошечных долот и станков к снижению экономичности бурения привела совокупность таких факторов, как рост тарифов на электроэнергию, нестабильность качества долот; недостаточное внимание уделяется правильному выбору типов и режимов эксплуатации буровых долот.

Высокие затраты на электроэнергию во многом обусловлены несовершенством систем пневматической очистки скважин, в которых за всю историю применения станков СБШ принципиальных изменений не произошло. С проблемой оптимизации систем очистки скважин связано также отсутствие отработанной технологии бурения скважин в аномальных гидрогеологических условиях (закарстованные и глинистые зоны), которые характерны для отдельных участков карьеров. Положение усугубляется тенденцией к не всегда оправданному приобретению весьма дорогих зарубежных долот, а также ростом масштабов применения долот увеличенного диаметра (250–270 мм против 160–216 мм), стоимость и энергоемкость которых в 1,5–2 раза выше.

Карьерные станки вращательного бурения как легкого (СБР), так и тяжелого (СБШ) типов должны быть универсальными и в зависимости от горно-геологических условий иметь возможность оснащаться режущим, комбинированным (РШД) или шарошечным долотом.

При этом конструкция станка должна обеспечивать возможность регулирования в широких пределах параметров режима бурения (осевого усилия, частоты вращения и крутящего момента на долоте), а при очистке скважин – регулирования количества сжатого воздуха, подаваемого в скважину. Тогда, например, с учетом специфики горно-геологических условий угольных месторождений, для бурения скважин диаметром 125–270 мм достаточно иметь два типоразмера универсальных станков вращательного бурения: станок легкого типа, у которого основным видом породоразрушающего инструмента должны быть режущие долота, и тяжелого типа, оснащаемого шарошечными, режущими и комбинированными долотами.

Станки должны быть адаптированы к специфическим условиям карьеров, сокращена их номенклатура и численность, повышен технический уровень.

Так, например, угольные месторождения характеризуются сложными горно-геологическими условиями залегания и структурой покрывающих массивов. Многолетними исследованиями и опытом эксплуатации доказано, что в сложноструктурных массивах традиционные способы бурения неэффективны, а перспективным направлением развития технологии вращательного бурения, учитывающим специфические условия месторождений, является создание комбинированных станков с вариантностью видов бурового инструмента и способов очистки.

Исследования по шнекопневматической очистке скважин от буровой мелочи показали, что ее использование повышает технический уровень станков вращательного бурения и является основой создания универсальных станков.

Расчеты показывают, что перевод станков вращательного бурения на шнекопневматическую очистку повышает их общий технический уровень на 10–15 %. Проектирование станков должно выполняться на основе оптимизационной логико математической модели.

При разработке полезных ископаемых открытым способом компания «Рудгормаш» (Россия) предлагает самоходные буровые станки шарошечного бурения типа СБШ на гусеничном ходу.

Основой оптимального проектирования является системный подход, который заключается в том, что параметры станка должны соотноситься оптимальным образом. В качестве критерия оптимизации целесообразно использовать обобщенные оценки технического уровня.

При этом при проектировании новых моделей станков необходимо использовать, в случае необходимости, возможность приобретения высококачественных покупных изделий.

Коренным образом должна быть изменена система обслуживания и ремонта буровой техники. Целесообразно создание системы сервисного обслуживания станков в течение всего срока эксплуатации, предусматривающей быстрое и эффективное снабжение как запасными частями, так и расходными материалами, возможность агрегатного ремонта машин без длительных их простоев.

Ударно-вращательное (пневмоударное) бурение скважин

Начало широкого применения бурения погружными пневмоударниками приходится на 50 е годы прошлого века. Приоритет здесь принадлежит ИГД СО РАН. Буровые станки с погружными пневмоударниками получили распространение для бурения скважин в различных областях добычи полезных ископаемых открытым способом. Пневмоударниками проходятся скважины диаметрами от 66 до 254 мм. Буровые станки для пневмоударного бурения скважин диаметром до 115 мм выпускаются передвижными на колесном или гусеничном ходу. Большинство станков на колесном ходу работает от передвижных компрессорных установок.

Пневмоударное бурение относится к числу наиболее прогрессивных способов бурения, но на сегодняшний день мы существенно отстаем в этом виде бурения от зарубежного уровня.

Главная причина – отставания – применение сжатого воздуха с давлением 0,5 МПа. Для эффективной работы пневмоударника с современным штыревым инструментом требуется повышение энергии удара в 2–3 раза, т. е. давление воздуха, подводимого к пневмоударнику, 1,8–2,4 МПа, что имеет место за рубежом. В России же используется в основном давление 0,5 МПа. При таком давлении сложно получить высокие скорости бурения, увеличить ресурс машины и стойкость породоразрушающего инструмента.

В России станки пневмоударного бурения изготавливаются Кыштымским машзаводом с условными диаметрами 100 (125) и 125 (160) мм: СБУ-100Н-35; СБУ-10Г-32 (СБУ-100П-35); 2СБУ-100-32М; 3СБУ-100-32; СБУ-100ГА-30; СБУ-125-24; СБУ-125А-32 и СБУ-125У-52. Технические характеристики этих станков приведены в табл.6.

Таблица6.Технические характеристики станков ударно-вращательного бурения.

Масса станка (сухая), кг

Станки пневмоударного бурения изготавливаются также зарубежными фирмами Atlas Copco, BPJ, Reddrill, Tamrock (Sandvik) и др.

Лекция №2 Рабочее и ходовое оборудование буровых станков

Буровой инструмент для станков вращательного бурения

Как было отмечено выше, основным видом породоразрушающего бурового инструмента карьерных буровых станков в настоящее время являются шарошечные долота. Срок службы шарошечных долот практически определяется стойкостью опор.

Заклинивание опоры шарошки вызывает прекращение ее вращения, следствием чего является износ зубьев ее вооружения. При этом нарушается нормальная работа остальных шарошек долота, т. к. значительная часть крутящего момента и осевого усилия, приложенных к долоту, воспринимается невращающейся шарошкой.

Долота, вышедшие из строя из-за износа вооружения шарошек, имеют колебания по величине проходки на долото от двух до пяти раз. Когда долота заменяют вследствие износа элементов опоры шарошек, колебания их по стойкости достигают 10 раз и более.

Шарошечные долота состоят из сваренных между собой секций, на цапфах лап которых вращаются смонтированные шарошки и являются, таким образом, неразборными конструкциями, вследствие чего при выходе из строя одной шарошки или ее опоры бракуется все долото.

В этой связи весьма актуально создание долот со съемными шарошками, что позволило бы, заменяя вышедшую из строя шарошку, значительно (в 1,5–2 раза) продлить срок службы дорогостоящего долота. При этом отработку конструкций долот со съемными шарошечными лапами целесообразно осуществить и на комбинированных режуще-шарошечных долотах.

Основные причины выхода из строя опор – проникновение породной мелочи через зазор между шарошкой и лапой в полость подшипников и недостаточно надежная смазка.

Существенное влияние на стойкость опор долота оказывает их охлаждение, которое осуществляется сжатым воздухом, поступающим в опоры через каналы в лапах.

Решение проблемы заключается в коренном изменении конструкции опор. При этом первостепенное значение имеет их герметизация и надежная смазка. Эта проблема может быть решена при использовании в опорах долот вместо тел качения, подверженных перекосам и заклиниванию, подшипников скольжения в виде втулок из антифрикционного материала (при этом следует гарантировать их надлежащую смазку и герметизацию, что может быть обеспечено при маслонаполненной опоре и минимальном зазоре между поверхностями лапы и шарошки).

Принципиально возможно создание разборных, а следовательно, и ремонтируемых шарошечных долот. Такие долота разработаны, изготовлены и испытаны в Красноярском ГУЦМиЗ.

Как показывают проведенные исследования и опыт эксплуатации, шарошечные долота могут быть заменены другими видами породоразрушающего инструмента в области как слабых, так и крепких пород.

Вскрышные породы с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова с крепостью до 6, например, на разрезах составляют до 60 % и выше. Наличие некрепких пород позволяет применять для бурения скважин режущий инструмент – наиболее дешевый и дающий возможность увеличить производительность буровых станков. Поэтому при совершенствовании бурового оборудования для угольных разрезов первостепенное значение приобретает разработка новых конструкций режущих долот, которые могут заменить дорогостоящие и недостаточно надежные серийные шарошечные долота.

Кафедрой горных машин и комплексов ИрГТУ в течение 40 лет проводится комплекс научно-исследовательских работ по повышению эффективности бурения взрывных скважин на карьерах, в результате которых доказана, в частности, целесообразность применения режущих долот для бурения пород крепостью f до 7 по М. М. Протодьяконову и сформированы основные требования к конструкции режущего бурового инструмента.

В результате испытаний, проведенных на угольных разрезах, установлено, что подобные долота при бурении по породам с f=6 обеспечивают скорости бурения в 1,3–1,5 раза большие, чем серийные шарошечные долота.

Режущие долота нашли применение на предприятиях «Востсибуголь», «Якутзолото», «Северовостокзолото». Они оснащаются серийно изготавливаемыми отечественной промышленностью породными резцами.

На кафедре горных машин и комплексов ИрГТУ организовано изготовление мелких партий режущих буровых долот для тяжелых (СБШ) станков вращательного бурения по заказам предприятий, которые успешно используют их вместо серийных шарошечных долот.

Значительная работа по созданию новых видов породоразрушающего инструмента для станков вращательного бурения проделана кафедрой горных машин и комплексов Красноярского государственного университета цветных металлов и золота. Кафедрой предложено режуще-вращательное долото ДЗДШ-244,5.

При промышленных испытаниях долот ДЗДШ-244,5 на Черногорском угольном разрезе по породам с f=4 – 8 установлено, что скорость бурения этими долотами составила 1,2 м/мин, что на 20–30 % выше скорости бурения серийными шарошечными долотами.

Режуще-вращательное долото ДЗДШ-244,5.

Затраты на бурение 1 м скважины соответственно составили при бурении режуще-вращательными долотами 24,5 руб./м и 55,1 руб./м при бурении шарошечными долотами.

Конструкции режущих буровых долот, предложенных и разработанных КузГТУ, ИрГТУ и ГУЦМиЗ, хорошо себя зарекомендовали, но их серийное изготовление до сих пор не освоено. Заводы-изготовители бурового инструмента не желают этим заниматься.

Комбинированные режуще-шарошечные долота

Отдельными учеными и целыми организациями предпринимались неоднократные попытки создать комбинированные режуще-шарошечные долота, сочетающие в себе преимущества режущих и шарошечных.

Одна из первых конструкций подобного долота была разработана на кафедре горных машин и комплексов КузГТУ. В литом корпусе, выполненном заодно с присоединительным хвостовиком, были выполнены конические отверстия, в которых устанавливались конические хвостовики лап шарошек.

Резцы устанавливались в специальной державке, которая шплинтом фиксировалась в корпусе. Фиксация конусных хвостовиков в корпусе предусматривалась за счет сил трения, что, однако, не оправдалось при испытаниях: под действием вибраций шарошки выпадали из корпуса. Кроме того, изготовление конических хвостовиков и отверстий с достаточной степенью точности было трудно осуществимой операцией, требовавшей специального оборудования и мерительного инструмента.

Поэтому в дальнейшем были изготовлены съемные лапы шарошек с гладкими цилиндрическими хвостовиками. Но подобная конструкция лап также не позволила их надежно фиксировать в отверстиях корпуса от разворота и выпадания, поэтому следующим этапом явилось использование резьбового соединения хвостовиков лап с корпусом долота.

На цилиндрическом хвостовике лапы шарошки и в отверстии корпуса долота нарезалась резьба, а затем лапа, ввернутая в это отверстие, фиксировалась от разворота стопорным валиком через сквозное поперечное отверстие.

Как при установке, так и при замене шарошки отверстие в хвостовике для стопорного валика сверлилось совместно с корпусом. Резьбовое соединение лап с корпусом оказалось достаточно надежным. Вооружение шарошек может быть оснащено твердосплавными зубками различной формы или фрезерованными стальными зубьями, армированными релитом. От перемещения в осевом направлении шарошки удерживаются, как обычно, замковыми шариковыми подшипниками. Для очистки забоя от выбуренной породы долота снабжают продувочными устройствами в корпусе, а для смазки опор – каналами в корпусе долота и лапе съемной шарошки.

Режущие элементы (резцы), расположенные в центральной части долота, выбуривают опережающую скважину. Наличие опережающего забоя создает дополнительную обнаженную поверхность, вследствие чего снижаются показатели прочности горной породы. Это повышает эффективность работы шарошек, разрушающих периферийную часть забоя, а размещенные в центре забоя резцы подвергаются минимальному износу.

В долоте, выполненном по этой схеме, возможно расположение резцов на минимальном расстоянии от оси вращения, что не только уменьшает их износ, но и облегчает вписывание в прорезаемые ими канавки.

Для оснащения долот используются шарошки от стандартных трехшарошечных долот.

Долото РШД-215,9, разработанное кафедрой горных машин и рудничного транспорта ИрГТУ, имеет съемный режущий орган в виде пластины с двумя режущими кромками, армированными твердым сплавом. Форма режущей кромки соответствует профилю шарошек, лапы которых приварены к корпусу долота. Режущий орган опирается на спиральную пружину и может перемещаться в пазах корпуса. От выпадания он удерживается замковыми пальцами. Для направления воздушной струи к забою предусмотрены наклонные пазы. В долоте использованы лапы в сборе от шарошечного долота 1В-К214СТ.

Освоение серийного выпуска комбинированных режуще-шарошечных долот позволит существенно улучшить использование выпускаемых промышленностью станков вращательного бурения тяжелого типа (СБШ), а также создать более совершенные модели универсальных станков с широким регулированием параметров, необходимость создания которых назрела и достаточно обоснована.

Схема погружного пневмоударника.

В практике конструирования пневмоударников применяется комбинация двух способов очистки: подача всего отработавшего воздуха на забой и отдельная продувка. Этот способ обеспечивает хорошую продувку забоя и применяется за рубежом.

Необходимое условие нормальной работы пневмоударника в скважине – ее очистка, которая производится продувкой воздушно-водяной смесью или сжатым воздухом.

Процесс воздухораспределения у современных бесклапанных пневмоударников отличается простотой исполнения и отсутствием каналов в теле цилиндра пневмоударника. Отсутствие каналов позволяет максимально увеличить диаметр поршня при заданном диаметре пневмоударника, что повышает энергию единичного удара.

Среди всех бесклапанных пневмоударников наиболее совершенными можно считать пневмоударники с воздухораспределением двустороннего действия, бесканальные с хвостовиком или с трубкой, но с воздухораспределительной парой поршень-цилиндр.

Воздухораспределение двустороннего действия обеспечивает большую частоту ударов, а следовательно, и большую мощность.

Применение воздухораспределительной пары «поршень-цилиндр» обеспечивает использование всей возможной рабочей площади поршня. Применение трубки позволяет уменьшить размеры переходника пневмоударника. Использование же хвостовика приводит к удлинению переходника, но повышает надежность конструкции пневмоударника.

Бесклапанные пневмоударники выпускает Кыштымский завод. Их технические характеристики приведены в табл. 7.

Таблица7.Технические характеристики пневмоударников.

Гусеничное ходовое оборудование (рис.33.) применяют для передвижения по бездорожью, а также в машинах, для которых передвижение не является основной операцией как, например, в буровых станках, где оно используется, в основном, для передачи нагрузок, включая рабочие, на опорное основание и для передвижения станка на новую рабочую позицию в пределах одной и той же рабочей площадки. Оно обеспечивает возможность воспринимать значительные нагрузки при сравнительно низком давлении на грунт, большие тяговые усилия и хорошую маневренность. Недостатками гусеничного хода являются

Рис.33. Гусеничное ходовое оборудование

значительная масса (до 35 % от всей массы машины), большая материалоемкость, недолговечность и высокая стоимость ремонтов, низкие КПД и скорости движения, невозможность работы и передвижения на площадках и дорогах с усовершенствованными покрытиями.

Гусеничное ходовое оборудование может быть двух- и многогусеничным (рис.33, поз. 3). В буровых станках с массой до 1000т применяется наиболее простое и маневренное двухгусеничное оборудование. По степени приспосабливаемости к рельефу пути различают гусеницы жесткие 1, мягкие 2, с опущенным или поднятым колесом 4. и полужесткие (рис.34).

У жестких гусениц опорные катки 7 (рис.35) непосредственно соединены с несущей балкой гусеницы. Этот тип подвески наиболее прост и дешев, он обеспечивает более равномерное распределение давления на грунт. Вследствие того, что жесткая гусеница не приспосабливается к неровностям пути и не амортизирует ударные нагрузки при езде по неровному и жесткому основанию, скорость передвижения машин при таких гусеницах обычно не превышает 5 км/ч. Для лучшей приспосабливаемости гусениц к

Рис.34. Схема полужесткой подвески гусеничного движителя

неровностям грунта опорные катки объединяют в балансирные тележки (рис.33 поз. 2) и вводят демпфирующие пружины или рессоры. Для лучшей работы машины в зимних условиях или в грунтах с низкой несущей способностью и плохим сцеплением на звеньях гусеничной ленты применяют съемные шипы или шпоры. Привод гусениц осуществляется ведущими колесами. Для зацепления с ведущим колесом используются реборды звеньев или отверстия в них. Для компенсации износа и вытяжки звеньев гусеничные ленты натягиваются с помощью устройства 9 на направляющем колесе.

В случае цевочного зацепления (рис.36) гусеничная лента 1 состоит из соединенных пальцами с втулками литых звеньев гусеничной цепи, к которым с наружной стороны болтами с гайками прикреплены башмаки с ребрами (грунтозацепами) из стального проката. Ведущее колесо – звездочка 6 входит своими зубьями в промежутки между втулками гусеничной цепи. Такой движитель позволяет двигаться с большими скоростями. Благодаря наличию грунтозацепов гусеницы с цевочным зацеплением обладают лучшим сцеплением с податливым, например, грунтовым основанием, не утрачивают способности передвигаться при поломке отдельных башмаков, но имеют большую массу по сравнению с гусеницами гребневого зацепления. В последнее время цевочное зацепление тракторного типа находит все большее применение в гусеничном ходовом оборудовании буровых станков.

В последние годы для работы машин на заболоченных грунтах со слабой несущей способностью применяют гусеничное ходовое оборудование с резинометаллическими гусеницами. Такая гусеница выполнена из специальной резиновой ленты, армированной высокопрочной несущей проволокой с штампованными звеньями. Эта гусеничная лента имеет меньшую массу, лучшую приспосабливаемость к грунтовым условиям и проходимость машины, не нарушает дерновый покров. Гусеницы с балансирной подвеской опорных катков и пружинами в их подвеске (рис.37), называемые мягкими, лучше приспосабливаются к неровностям дороги и позволяют двигаться машинам с большими скоростями. Поддерживающие катки, также двухребордные, служат для поддержания верхней ветви гусеничной ленты. Для повышения сцепления гусеничного движителя с грунтом при работе машин в зимних условиях или на

2 — винт; 3 — звено гусеничной ленты; 4, 7 — поддерживающие и опорные катки; 5 — ходовая рама; 6 — стопор; 8 — несущая балка гусеницы; 9 — натяжное устройство; 10 — направляющее колесо

Рис.36. Трансмиссия и гусеница трактора с цевочным зацеплением

грунтах с низкой несущей способностью на гладкие звенья гусеничной ленты устанавливают шипы Тип привода машины и требования к ее скорости и маневренности определяют конструкцию механизма передвижения. При одномоторном механическом или гидромеханическом приводе привод гусениц часто осуществляют с помощью конических зубчатых передач, цепных передач и кулачковых муфт и тормозов, обеспечивающих разворот машины только относительно одной из гусениц. Для большей маневренности гусеничных машин, выполненных на базе тракторов, для включения и выключения гусениц служат специальные фрикционные бортовые муфты сцепления. При включении гусениц в разных направлениях в этом случае достигается разворот машины на месте. Такое качество достигается и при индивидуальном приводе машин, когда каждая из гусениц приводится в движение отдельным электро- или гидродвигателем, имеющим возможность для разворотов машин на месте включаться в разных направлениях.

Шинноколесное (пневмоколесное) ходовое оборудование (рис.38) выполняется обычно двухосным с одной 1 или двумя 2 ведущими осями. Более тяжелые машины выполняются трехосными с двумя 3 или всеми 4 ведущими осями, четырех- 5 и многоосными 6. Основные достоинства пневмоколесного ходового оборудования определяются возможностью развивать высокие транспортные скорости, приближающиеся к скоростям грузовых автомобилей, что придает им большую мобильность, а также большей долговечностью и ремонтопригодностью по сравнению с гусеничным ходовым оборудованием. Важной характеристикой

Рис.38. Шинноколесное ходовое оборудование строительных машин

колесных машин является колесная формула, состоящая из двух цифр; первая обозначает число всех колес, вторая — число приводных. Наиболее распространены машины с колесными формулами 4Х2, 4Х4 . С ростом числа приводных колес в ходовом устройстве улучшаются проходимость и тяговые качества машины, но усложняется механизм привода передвижения.

Свойства шинноколесного ходового оборудования в значительной степени зависят от конструкции шин (рис.39). На машине, как правило, устанавливают шины одного типоразмера, поэтому часто на наиболее нагруженных осях устанавливают сдвоенные колеса. Для улучшения проходимости используют шины большого диаметра, широкопрофильные и арочные. При этом проходимость улучшается за счет большей

Рис.39. Типы шин: а — камерные; б — бескамерные; в — проекторы: I— для земляных работ; II— то же, в каменных карьерах; III—противобуксующие; IV—универсальные; г — арочные

опорной поверхности и развитым грунтозацепам. Такие шины дают возможность работать машине на слабых и рыхлых грунтах и на снегу. При работе арочных шин на твердых грунтах и дорогах с твердым покрытием сопротивление перемещению машины увеличивается, а срок службы шин резко уменьшается.

Маркируются шины обычного профиля двумя цифрами через тире (например, шина 320. 508 мм или 12.00—20″).

Первое число — ширина профиля шины, второе — внутренний (посадочный на обод) диаметр шины в миллиметрах или дюймах. В обозначение шины широкого профиля входят три числа в миллиметрах: наружный диаметр, ширина профиля и посадочный диаметр обода, например, шина (1500Х X 660Х635 мм).

Шинноколесное ходовое оборудование буровых станков может иметь механический, гидравлический, электрический и комбинированный приводы колес. Наиболее распространенными являются механический, гидромеханический и гидрообъемный приводы. В механических и гидромеханических приводах наиболее распространен привод ведущих колес, объединенных в мосты попарно через дифференциалы. Это обеспечивает высокие скорости движения без проскальзывания.

Лекция №3 Типы и назначение экскаваторов

По принципу работы экскаваторы можно разделить на две крупные категории:

-многоковшовые (непрерывного действия);

-одноковшовые (цикличного действия).

Как ясно из названия, рабочее оборудование экскаватора непрерывного действия включает несколько ковшей, непрерывно перемещающихся по замкнутой территории. Главные компоненты экскаватора:

-рабочее и силовое оборудование,

-поворотная платформа и трансмиссия.

Рабочее оборудование экскаваторов с прямой и обратной лопатой состоит из ковша (как правило), стрелы и рукояти. Рабочее оборудование экскаваторов с драглайном не имеет рукояти, а ковш подвешивается к стреле на канате с помощью упряжки. К рабочему оборудованию относятся также блоки, направляющие устройства и канаты, которые передают движения различным элементам рабочего оборудования. Помимо ковша разработано и другое навесное оборудование. Это грейфер (копающий или погрузочный), гидромолот (для разрушения бетонных и железобетонных конструкций и рыхления мерзлого грунта), гидроножницы (для разрушения и дробления железобетонных конструкций и резки арматуры), бревнозахват, кусторез, бетонолом, фрезерная головка (для вскрытия подземных коммуникаций, рыхления и планировки грунта), шнековый бур.

По типу привода экскаваторы делятся на два класса:

-с гибким (канатным) подвесом;

-с жестким подвесом (гидравлическим приводом).

Подвес с гидравлическим приводом позволяет фиксировать элементы рабочего оборудования в пространстве. Экскаваторы с жестким подвесом имеют значительные технологические, конструктивные и эксплуатационные преимущества по сравнению с экскаваторами с гибким подвесом.

По типу механизма передвижения экскаваторы делятся на колесные и гусеничные (траковые).

Экскаватор с механической лопатой. По своему назначению и вместимости ковша механические лопаты подразделяются на:

-универсальные (0,2-2 м3),

-карьерные и добычные (2-5 м3),

Шире других используются два варианта конструкции механической лопаты. В одном из них основными узлами являются одноканатная двухбарабанная лебедка, рукоять и канатный напорный механизм, закрепленный на поворотной платформе. При опускании ковша поднимается противовес, и наоборот. В другом варианте используется трехканатная лебедка без противовеса. Стрела, рукоять и напорный механизм образуют особую конструкцию с промежуточным шарниром, чем обеспечивается независимость подвеса. Напорный механизм воздействует на двухзвенную рукоять, которая поддерживается и направляется подвижным жестким звеном.

Экскаватор-драглайн и обратная механическая лопата, в отличие от прямой лопаты, разрабатывают грунт ниже уровня машины. В драглайне ковш закреплен на подъемном канате, а черпание осуществляется его подтягиванием вторым, «тяговым» канатом. Ковш экскаватора врезается в грунт под тяжестью собственного веса, что позволяет разрабатывать даже крепкую породу, предварительно разрыхленную взрывом.

Большие драглайны устанавливают на шагающем ходу. Механизм «шагания» состоит из центральной опорной плиты, боковых лыж и механизма, приводящего их в движение (кулачкового или рычажного). Когда экскаватор опирается на плиту, лыжи приподняты и могут перемещаться. После их опускания экскаватор вместе с центральной плитой приподнимается, опирается на лыжи и перемещается. Благодаря тому, что лыжи закреплены на платформе и ее поворотом можно изменить направление перемещения, машина может двигаться даже в боковом направлении.

Экскаватор-драглайн, стрела которого заменена натянутым между двумя башнями канатом, несущим ковш, называется «башенным». Такой драглайн может иметь «вылет стрелы» (расстояние между башнями) до 500 м. Ковш разгружается через дно, для чего ему часто придают серповидную форму, в противном случае разгрузкой управляет тяговый канат.

Экскаваторы непрерывного действия используются при разработке относительно однородных грунтов до IV категории прочности с размером очень прочных включений не более 0,25 ширины рабочего органа (ковша или скребка).

Экскаваторы поперечного копания отличаются тем, что направление их собственного рабочего движения относительно стенки забоя перпендикулярно плоскости, в которой лежат скорости рабочих органов и преодолеваемые ими рабочие сопротивления. К таким машинам относятся цепные многоковшовые экскаваторы для карьерных и планировочных работ, а также карьерные многоковшовые роторные экскаваторы. Карьерные роторные экскаваторы верхнего резания располагаются у подошвы забоя, а их роторы вращаются таким образом, что ковши при наполнении двигаются снизу вверх от экскаватора.

Карьерные роторные и цепные экскаваторы нижнего резания располагаются над забоем, а их ковши наполняются при движении снизу вверх к экскаватору.

Цепной экскаватор непрерывного действия оснащен цепным рабочим органом, который состоит из одной или двух, идущих параллельно друг другу, многорядных втулочно-роликовых цепей, на которых закреплены ковши, либо плужки и скребки. При движении экскаватора и цепи (или цепей) ковши срезают с поверхности забоя стружку грунта и выносят грунт из траншеи.

При работе на прочных грунтах ковши оснащаются рыхлящими зубьями. Чтобы облегчить рабочее оборудование, на соседних ковшах устанавливают неравное число зубьев. Тогда зубья идущего сзади ковша разрушают нетронутый грунт, оставшийся в промежутках между зубьями предыдущего ковша. Огибая верхнюю ведущую звездочку, ковши опрокидываются, и грунт разгружается через их пологую заднюю стенку.

При работе на переувлажненных и липких грунтах часть грунта остается в ковшах, снижая их полезную емкость и повышая энергозатраты на привод рабочего органа.

Избавиться от этих негативных явлений позволяет применение в задней части днища ковша сварных цепей вместо сплошного листа и выталкивателей, которые при опрокидывании ковша очищают его от налипшего грунта.

Плужки скребкового экскаватора разрушают грунт, а скребки, толкая его перед собой по поверхности забоя, выносят грунт на дневную поверхность. Налипанию грунта они практически не подвержены.

Нижняя (рабочая) ветвь цепи двигается снизу вверх к экскаватору и перемещается в жестких направляющих или свободно провисает, опираясь только на поверхность забоя.

Верхняя (холостая) ветвь двигается сверху вниз от экскаватора по поддерживающим роликам. Грунт, выносимый из забоя ковшами, попадает при их опрокидывании на короткий поперечный ленточный конвейер, который эвакуирует его в боковой валик или транспортное средство. Грунт, выносимый из забоя скребками, сдвигается по поверхности земли в сторону от оси нарезаемой траншеи шнековым конвейером.

Тип движителя базовой машины, на которой монтируется рабочее оборудование экскаватора непрерывного действия, зависит, главным образом, от ее назначения.

Роторные экскаваторы непрерывного действия оснащены роторным рабочим органом, который представляет собой металлическое колесо, на ободе которого через равные промежутки установлены ковши. Глубина траншеи, нарезаемой роторным экскаватором, не может превышать 0,57 диаметра роторного колеса, измеренного по режущим кромкам ковшей. Скорость движения ковшей роторного экскаватора выше, чем цепного, а его производительность определяется окружной скоростью ротора, которая ограничена возможностью гравитационной разгрузки.

Одноковшовые экскаваторы обычно классифицируют по:

-типу рабочего оборудования.

Полноповоротный экскаватор состоит из поворотной платформы, опорно-поворотного устройства и шасси. На поворотной платформе установлены двигатель, примыкающая к нему часть ходовой трансмиссии, кабина, системы управления, рабочее оборудование и его силовой привод. Опорно-поворотное устройство обеспечивает вращение поворотной платформы в любую сторону и на любое число оборотов. Шасси экскаватора состоит из рамы, ходового оборудования, движителя и ходовой трансмиссии.

Неполноповоротные экскаваторы представляют собой малоразмерное экскаваторное оборудование, навешенное на базовую машину Неполноповоротные экскаваторы используются при относительно небольших сосредоточенных объемах земляных и погрузочных работ, сопряженных с частыми перебросками машин между объектами и работой в стесненных условиях, поэтому не рассматриваются в этом разделе.

Полноповоротные экскаваторы монтируются на гусеничном ходу или шасси. Количество моделей гусеничных экскаваторов намного больше, чем пневмоколесных, что отражает соотношение между различными условиями эксплуатации.

Лекция №4 Ходовое оборудование экскаваторов

Ходовое оборудование служит для передвижения машины. На раме ходового оборудования установлена поворотная платформа и относительно этой рамы она вращается. Ходовое оборудование экскаваторов может быть гусеничным, пневмоколесным и шагающим.

Гусеничное ходовое оборудование используется чаще всего на экскаваторах вместимостью ковша более 0,65 м. На экскаваторах с ковшами до 0,65 м 3 наряду с гусеничным ходом применяют и пневмоколесный ход.

Гусеничный экскаватор обладает хорошей проходимостью, а пневмоколесный – высокой транспортной скоростью.

Гусеничное ходовое оборудование экскаватора с механическим приводом представлено на рис.32. Причем на рис. 32,б показано гусеничное ходовое оборудование со стороны приводных звездочек и с гусеничной лентой тракторного типа, а на верхнем рисунке а — со стороны натяжных звездочек и с гусеничной лентой обыкновенного типа.

На рис. 33 показано гусеничное ходовое оборудование гидравлического экскаватора. Конструкция его в целом сходна с конструкцией ходового оборудования канатной машины и состоит из тех же частей (рис.34).

На экскаваторах применяются гусеничные ленты двух типов: лента, состоящая из отдельных траков, соединенных между собой пальцами и лента тракторного типа, в которой все траки закреплены на общей цепи, как у тракторов. Более современной является лента тракторного типа.

Механический привод ходового оборудования (рис.35) состоит из вертикального вала с конической шестерней, получающего вращение от механической трансмиссии экскаватора и проходящего по оси опорно-поворотного устройства, горизонтального вала с конической шестерней, кулачковых полумуфт (по обеим сторонам вала), тормозных шкивов с тормозной лентой и двух звездочек, расположенных по концам горизонтального вала, включаемых кулачковыми муфтами.

Рис. 32. Гусеничное ходовое оборудование экскаватора с механическим приводом:
а – с гусеничной лентой обыкновенного типа;

б – с гусеничной лентой тракторного типа;

1 – рама; 2 – натяжное колесо; 3 – траки; 4 – ведущее колесо; 5 – поддеряшвающий каток; 6 – опорный каток; 7 – Цепь; 8 – ведомая звездочка; 9 – цепная передача; 10 – ведущая звездочка

Рис. 33. Гусеничное ходовое оборудование гидравлического экскаватора:
1 – опорно-поворотный круг; 2 – рама ходовой части; 3 – поддерживающий каток; 4 – зубчатый редуктор; 5 – опорный каток; б – трубопроводы; 7 – гидродвигатель; 8 – гусеничная лента: 9 – ведущее колесо; 10 – натяжное колесо

Хорошо можно проследить на рис. 32,б как именно от ведущей звездочки передается вращение цепной передачей ведущему колесу гусеничной тележки.

Конструкция привода гусеничного хода у гидравлических экскаваторов намного проще, так как гидропривод позволяет располагать гидродвигатели в любом месте экскаватора, не используя каких-либо сложных передач.

Рис. 35. Механизм привода гусеничного ходового оборудования экскаватора с механическим приводом

1 — вертикальный вал; 2, 3- коническая шестерня; 4 – тормозной шкив; 5,13 — звездочка; 6 – стяжной болт; 7,8 – гайки; 9 – пружина; 10 – пневмоцилиндр; 11 – кулачковая полумуфта; 12- вилка включения; 14 – тормозная лента; 15 – горизонтальный вал

Для этого достаточно установить гидромоторы непосредственно на балках гусеничных тележек и соединить с валами ведущих колес гусеничного хода простой одноступенчатой передачей.

Машинист управляет гидромоторами со своего рабочего места с помощью гидрораспределителей. Он имеет возможность менять направление движения потока жидкости в трубопроводах, соединяющих гидромоторы с насосом, а это значит, менять направление вращения гидромоторов и связанных с ним ведущих колес гусеничного хода. На гидравлических экскаваторах поэтому можно достигнуть одновременного вращения ведущих колес обеих гусениц в противоположном направлении. Тем самым повышается маневренность машины — она может поворачиваться на одном месте.

Натяжное устройство гусеничной ленты на механических машинах само по себе простое. Оно представляет собой винт, который ввинчен в ребро продольной балки гусеничной тележки и упирается своим концом в опору натяжного колеса. Завинчивая винт ключом, можно передвигать натяжное колесо и достигать желаемого натяжения гусениц.

На гидравлических экскаваторах устанавливается натяжное устройство гидравлического типа, в котором перемещение натяжного колеса достигается благодаря выдвижению плунжера гидроцилиндра, установленного на продольной балке гусеничной тележки. Включает подачу жидкости машинист.

Катки, применяемые в гусеничных тележках, устанавливаются на подшипниках качения либо скольжения. Форма их поверхности качения зависит от конструкции гусеничной ленты. Катки для ленты тракторного типа имеют с боков реборды, катки для обыкновенной ленты – без реборд.

Рис. 36. Типы ходового оборудования экскаваторов

а – гусеничное ходовое оборудование;

б – пневмоколесное ходовое оборудование:

Небольшие экскаваторы могут оснащаться как гусеничной, так и пневмоколесной ходовой частью. На рис.36 показано, как один и тот же опорно-поворотный круг может устанавливаться либо на раме гусеничного ходового оборудования, либо на раме пневмоколесного ходового оборудования. Пневмоколесное ходовое оборудование оборудуется передним-управляемым и одновременно ведущим мостом, ведущим задним мостом. Для привода мостов служат раздаточная коробка и два карданных вала, соединяющих коробку и оба моста.

Если задний ведущий мост пневмоколесного ходового оборудования прикреплен жестко к раме, то передний управляемый и ведущий мост имеет возможность покачиваться, так как он установлен на раме с помощью балансира, укрепленного шарнирно на оси. Однако при работе экскаватора требуется в некоторые моменты жесткая связь между этим мостом и рамой. Она осуществляется с помощью специальных ограничителей (стабилизаторов). Ограничители могут быть гидравлическими или механическими (реечными).

Пневмоколесное ходовое устройство, в отличие от гусеничного, требует применения аутригеров, т.е. устройств для вывешивания пневмошинных колес при работе экскаватора.

Как правило, аутригеры крепятся к основной раме ходового оборудования с двух сторон ее. В первую очередь они используются для вывешивания колес со стороны рабочего оборудования. Однако могут применяться аутригеры, позволяющие вывешивать все колеса.

Для установки на грунт аутригеров применяется в основном гидропривод.

Шагающее ходовое оборудование состоит из опорной рамы (базы) и механизма шагания. Последний имеет лыжи (башмаки), механизм перемещения и привод.

Схемы механизмов шагания различаются по конструкции механизма шагания и могут быть гидравлическими и кривошипными (рис. 12.8). Они состоят из двух одинаковых, синхронно работающих механизмов шагания, расположенных симметрично, относительно продольной оси экскаватора.

Рис. 4.12. Трехопорные схемы механизмов шагания:

а – кривошипно-шарнирного с треугольной рамой; б – кривошипно-ползункового; в гидравлического; г – двухкривошипного

При любом виде шагающего ходового оборудования полный цикл передвижения экскаватора складывается из следующих элементов: подачи лыж на грунт, подъема экскаватора, передвижения экскаватора, опускания экскаватора, подъема лыж в исходное положение.

Независимо от вида шагающего ходового оборудования (кроме специального – ЭШ 100.100 и ЭШ 65.100), в момент непосредственного передвижения, экскаватор опирается на две лыжи и на часть опорной базы. Поэтому он называется трехопорным. Поскольку у таких экскаваторов центр тяжести находится впереди оси механизма шагания, передвижение машины может быть осуществлено только в направлении противовеса.

На драглайнах НКМЗ (Украина) и на всех моделях драглайнов зарубежных фирм применяются кривошипные системы различных видов: кривошипно-шарнирная с треугольной рамой («Marion», см. рис. 4.12, а ), кривошипно-ползунковая («Page», см. рис. 4.12, б ), двухкривошипная («Marion», см. рис. 4.12, г ), кривошипно-эксцентриковая (НКМЗ) и эксцентриковая с тягой («Marion»).

Все модели драглайнов УЗТМ (за исключением ЭШ 11.75) и модель 4250-W «Busyrus» (США) оборудованы гидравлическими механизмами шагания.

Механизм шагания с электромеханическим приводом (рис. 4.13) впервые применен на шагающем экскаваторе ЭШ 11.75 в 1996 г.

Рис. 4.13. Механизм шагания с электромеханическим приводом шагающего экскаватора ЭШ 11.75:

1 – эксцентрик с валом; 2 – нога 3 – рычаг; 4 – башмак; 5 – подпятник; 6 – вкладыш сферический; 7 – крышка; 8 – ось; 9 – опорные ролики; 10 – втулка бронзовая; 11 – втулка сферическая; 12 – крышка сферическая; 13 – корпус сферический; 14 – подшипник конический двухрядный; 15 – кольца опорные; 16 – канаты

В отличие от гидравлического, он более простой в обслуживании и эксплуатации, надежен и имеет более высокую скорость передвижения. Механизм шагания имеет электродвигатель постоянного тока, трехступенчатый редуктор, бортовые зубчатые передачи открытого типа, правые и левые эксцентриковые валы, ноги, установленные на конических подшипниках качения и башмаки с шаровыми опорами для ног.

Рис. 4.14. Гидравлический механизм шагания экскаватора ЭШ 15.90:

а – схема механизма; б – общий вид

Лекция №5 Особенности конструкции роторных и цепных экскаваторов

Роторный экскаватор

При разработках и добыче ископаемых, на работах, связанных с глубоким и поверхностным черпанием, для вскрышевания и других подобных работах незаменимым техническим устройством является экскаватор роторного действия. Это устройство работает на своем ходу, которое выполняет работу непрерывно, действующее на гусеничном ходу или же на рельсовой платформе. В работе экскаватор использует стрелу, которая может быть выдвижной либо нет.

Применение роторных экскаваторов является повсеместным и он широко используется для множества видов работ, проводят добывающие работы, посредством черпания ковшом, удаляют извлеченные породы в отвалы, способны извлекать полезные породы целыми пластами, часто используются для рытья траншейных ям и канав, занимаются отгрузкой пород, их транспортировкой и складированием. Роторный экскаватор, наряду с шагающим экскаватором и другими карьерными экскаваторами очень часто применяется на угольных разрезах, при добычи нерудных материалов, и на других крупных добывающих площадках.

Принцип работы роторного экскаватора заключается в извлечении массы горной породы посредством работы ковшей, которые закреплены на самом роторном колесе. За счет того, что они имеют свойство вращения вокруг собственной оси, происходит их полное наполнение. Работоспособность роторных экскаваторов не становится менее продуктивной при температурах любого уровня, эти монстры способны к выдерживанию любого вида нагрузок и беспрерывной функциональности.

Роторные экскаваторы, за счет беспрерывного производства, способны также транспортировать и отгружать добытые породы в транспортные средства любого вида.

Разгрузка ковшей роторного экскаватора может производиться двумя способами. Она может производиться гравитационным способом и инерционным способом. При типе разгрузки ковша гравитационным путем, она происходит за счет действующих сил, производимых породой, когда она проходит в зоне разгрузки, вверху ротора.

Если же разгрузка ковша происходит по инерционному типу, тут происходит влияние центробежных сил, которая воздействуя на массу пород, выбрасывает их из ковша. Для достижения данного действия происходит обеспечение вращения роторного колеса порядка в пять раз большее, чем у гравитационного. Выгрузка горных масс производится на конвейер, он располагается сбоку на экскаваторе, после чего обеспечивается их подача на конвейер разгрузки посредством системы перегрузки.

ХАРАКТЕРИСТИКИ РОТОРНОГО ЭКСКАВАТОРА

Роторная стрела и отвальная стрела могут подниматься и опускаются посредством полиспастовой системы за счет лебедок, они установлены на стреле противовеса. Данная конструкция вместе с поддерживающей мачтой и поворачивающейся площадкой экскаватора в совокупности формируют вторую надстройку, которая расположена сверху роторного устройства. Данная надстройка может поворачиваться вокруг себя 360 градусов по отношению к основному устройству.

Контейнер для разгрузки имеет свой отдельный поворотный привод, который позволяет стреле делать отклонение от оси расположенной продольно, порядка на 270 градусов по обеим сторонам.

Различные модели роторных экскаваторов могут иметь достаточно много различий по конструктивным особенностям. В них могут быть разными отдельные элементы установленного оборудования. Например, вместо установки конвейера на отдельной модели роторного экскаватора может быть установлен грунтометатель.

Роторные экскаваторы отличаются чрезвычайно высокой производительностью, они способны вырабатывать порядка десяти тысяч кубометров материала в один час работы. Вместительность ковша около двенадцати с половиной литров. Могут проводить разработки до пятидесяти метров в высоту и копать грунт на глубину двадцати пяти метров. Роторные колеса, как правило, в среднем имеют диаметр порядка восемнадцати метров.

Рабочее оборудование роторного экскаватора состоит из роторного ковшового колеса с приводом и роторной рамы (стрелы) с механизмами подъема и подачи (в случае телескопической рамы и подвижной шарнирной опоры). Выдвижение (подача) ковшовой рамы позволяет разрабатывать значительный объем забоя с одной установки.

Основными частями роторного колеса являются (рис. 138) корпус колеса, посаженный на ось, ковши, привод, желоб. Задние стенки ковшей выполняются цепными, что улучшает разгрузку ковшей при разработке вязких и липких грунтов. При подъеме ковшей цепи встряхиваются и освобождают ковш от грунта.

По конструкции роторные колеса могут быть:

а) с секторообразными разгрузочными отсеками для каждого ковша (ячейковые колеса);
б) безъячейковые;

Преимущественное применение имеют безъячейковые роторные колеса, поскольку только такие колеса пригодны для нижнего копания. При этом все ковши разгружаются в общий желоб, помещенный внутри колеса, откуда грунт затем поступает на питатели и передается на конвейер роторной рамы.

В безъячейковых колесах наполнение ковшей происходит беспрепятственно на всем пути резания, так как разгрузка их начинается практически уже в процессе наполнения. Для экскаваторов, предназначенных для верхнего и нижнего копания, ковшовое колесо снабжается переставляющимися ковшами и может иметь правое или левое вращение соответственно при переходе от верхнего к нижнему копанию.

Рис. 138. Роторное колесо: а — с тарельчатым питателем; б — с ленточным питателем

На одной из последних моделей экскаватора фирмы «Любек» (ФРГ) применено полуячейковое роторное колесо диаметром 17 м со скоростью резания 2,95 м/сек (33 разгрузки в минуту). Полуячейковое колесо в эксплуатации оказалось наиболее эффективным, обеспечивая наилучшую разгрузку различных грунтов.

Для уменьшения ударов и износа ленты конвейера роторной рамы при выдаче на нее грунта на безъячейковых роторных колесах применяют специальные разгрузочные питатели: ленточный 6 или тарельчатый 7 (рис. 138). Введение питателя внутрь колеса позволяет уменьшить диаметр роторного колеса и сделать редуктор его привода более компактным, особенно при применении планетарных передач.

Для роторных экскаваторов, разрабатывающих грунт нижним копанием, применяют конвейер роторной рамы специальной конструкции, допускающий транспортирование грунта на подъем под углом до 35°. Чаще всего для этой цели используется конструкция конвейера с покрывающей лентой, имеющей самостоятельный привод. Нижняя ветвь покрывающей ленты накрывает транспортируемый грунт и прижимает его как собственным весом, так и при помощи батарей подпружиненных пневмороликов. В некоторых конструкциях вместо покрывающей ленты применяют металлическую сетку из цепей. При работе экскаватора верхним копанием конвейер с покрывающей лентой снимается.

Конструкция и расположение на экскаваторе ленточных конвейеров (роторной рамы и разгрузочных) имеют большое значение, так как от них в значительной степени зависит производительность экскаватора. Перспективными мерами в этой части являются максимальное сокращение перегрузочных пунктов, применение гибких роликоопор и высокопрочных лент.

Опорно-поворотные устройства для верхних вращающихся конструкций экскаватора имеют два ряда шариков из закаленной стали диаметром 250 мм с циркуляционной или точечной смазкой или в виде поворотных устройств с опорными катками.

В новых моделях экскаваторов фирмы «Любек» (ФРГ) применяются опорно-поворотное устройство с расположением опорных сдвоенных роликов в гидравлических стойках, поддерживающих опорный круг, что позволяет уменьшить конструктивную высоту и осуществлять постоянный контроль за положением центра тяжести машины по давлению в цилиндрах (по манометру).

Ходовое оборудование роторных экскаваторов выполняется только гусеничного типа. Экскаваторы малой мощности выполняются двухгусевичными, для более крупных экскаваторов в зависимости от веса машины применяют трехгусеничные ходовые устройства, шестигусеничные из трех тележек и двенадцатигу-сеничные из шести тележек аналогично ходовому оборудованию для многоковшовых цепных экскаваторов.

Удельное давление на грунт гусениц роторных экскаваторов в зависимости от мощности последних колеблется в среднем от 80 до 140 кн/м2 (от 0,8 до 1,4 кГ/см2).

Мощные роторные экскаваторы имеют специальные гидравлические опоры для передачи давления на три точки и выравнивания нижней рамы экскаватора при работе на уклонах.

Крупные современные роторные экскаваторы, так же как и цепные, имеют частичное и даже полное автоматическое программное управление, при котором вся технология работы экскаватора (глубина или высота копания, поворот рабочего органа, скорости копания и передвижения) протекает автоматически, как только будет нажата пусковая кнопка на пульте удавления.

Технико-эксплуатационные качества крупных роторных и цепных многоковшовых экскаваторов поперечного копания приведены в табл. 15.

Приведенные данные показывают, что роторные экскаваторы при одинаковой емкости ковшей по сравнению с цепными имеют значительно большую производительность и меньшую удельную металлоемкость.

Достоинством роторных экскаваторов по сравнению с многоковшовыми цепными являются:

а) отсутствие ковшовой цепи, что увеличивает механический к. п. д. рабочего органа в 1,3—1,4 раза и соответственно снижает удельный расход энергии;

б) окружные скорости резания роторного колеса находятся в пределах 2,4—4 м/сек против максимальной скорости ковшей многоковшовых цепных экскаваторов порядка 1—1,4 м/сек;

в) роторное колесо почти полностью освобождено от транспортирования грунта, что позволяет резко увеличить скорость копания, ограниченную в данном случае только динамикой и центробежными силами, которые могут препятствовать выгрузке.

Таблица15.Технические характеристики многоковшовых экскаваторов

Перемещение грунта к месту разгрузки у роторных экскаваторов осуществляется транспортерами со скоростью ленты 3,5—6 м/сек, в то время как у цепных экскаваторов эта операция выполняется тихоходной тяжелой ковшовой цепью.

Цепные многоковшовые траншейные экскаваторы с наклонным расположением ковшовой рамы применяются для рытья траншей в грунтах I, II и III группы без крупных включений. Экскаватор состоит из основной рамы, силового оборудования, трансмиссии, ходового оборудования, рабочего оборудования и транспортера. На нижней раме смонтированы двигатель с баком для горючего, коробка передач, механизм подъема ковшовой рамы, транспортер, рычажное управление. Верхняя рама имеет изогнутые направляющие, на верхние полки которых опираются ролики, поддерживающие ковшовую раму, на нижние полки изогнутых швеллеров опираются ролики ковшовой рамы. Кроме того, на верхней раме расположены блоки полиспаста подъема и опускания ковшовой рамы и промежуточный вал цепной передачи на поперечный вал ковшовой цепи.

Ковши многоковшовых цепных экскаваторов закрепляются на цепях, образующих криволинейный замкнутый контур.

Применение значительного количества ковшей рабочего органа экскаватора обеспечивает непрерывное копание грунта, уменьшает необходимые усилия, снижает инерционные нагрузки и способствует повышению производительности машины.

Разрабатываемые траншеи могут быть прямоугольного, трапецеидального или ступенчатого профиля. Вырытый и разрыхленный грунт ссыпается в сторону от траншеи.

Рис. 1. Многоковшовый траншейный экскаватор

Чтобы уменьшить прогиб цепей с ковшами, на экскаваторе имеются катки, закрепленные на раме.

Для производства работ ковшовую раму опускают на грунт и включают ковшовую цепь. Перемещающиеся ковши зубьями разрабатывают грунт. Срезанный грунт ковшами поднимается в бункер. При огибании цепей вокруг звездочек верхнего поперечного вала происходит перегрузка грунта на ленточный транспортер. При достаточном заглублении ковшей лебедку механизма подъема затормаживают и включают механизм передвижения экскаватора, передающий вращение ведущим звездочкам гусеничного хода.

Наличие гидромотора в трансмиссии экскаватора позволяет осуществлять бесступенчатое изменение скоростей рабочего хода в пределах 3,4—122 м/ч.

От раздаточной коробки (вал XVII ) также цепной передачей приводится во вращение червячная лебедка полиспаста подъема и опускания ковшовой рамы.

Многоковшовые цепные экскаваторы изготовляются для рытья траншей глубиной 1,25; 1,6; 2; 2,5; 4 и 6 м и соответственно шириной 0,15— 0,25; 0,2—0,4, 0,2—0,5; 0,5—1; 0,6—1,2 и 0,8—1,6 м.

Ходовое устройство экскаваторов для разработки траншей глубиной 1,25 м — пневмоколесное; глубиной 1,6 и 2 м — пневмоколесное и гусеничное; более 2 м-—гусеничное. Производительность траншейных экскаваторов составляет от 50 до 200 м3/ч.

Роторные траншейные экскаваторы. Экскаватор состоит из тягача 1 и рабочего органа. Тягачом для экскаватора может быть серийный гусеничный трактор или специально изготовленный тягач из узлов и деталей серийных гусеничных тракторов.

Рабочий орган представляет собой ротор, на котором по внешней окружности смонтированы ковши с зубьями. Ротор направляется и поддерживается роликами, попарно установленными на раме. Для уширения траншеи служат боковые фрезы.

Ленточный транспортер, помещенный внутри верхней внутренней части ротора, имеет в вертикальной плоскости криволинейное очертание. Благодаря такой форме обеспечивается необходимая дальность отброса грунта. Все узлы рабочего органа смонтированы на специальной металлической раме, которая своей передней частью подвешена к основной раме, тягача. Для подъема и опускания рабочего органа служат тяга и гидроцилиндры, установленные в верхней части основной рамы тягача.

В кинематическую цепь передачи движения рабочему органу входят: редукторы, соединенные цепной передачей, и открытая цепная передача из двух ступеней, шарнирно связанных между собой.

Экскаваторы цепные поперечного копания применяются для вскрышных работ, добычи глины и гравия и для зачистки откосов.

Экскаваторы малой мощности выпускаются с ковшами емкостью 20, 30, 50 и 100 л и глубиной копания до 7 м, вскрышные экскаваторы большой мощности могут иметь ковши емкостью 650—1500 л. Глубина забоя, разрабатываемого такими экскаваторами, достигает 60 м.

Рабочий орган экскаватора состоит из ротора, имеющего ковшей емкостью 250 л каждый, с двухлепестковыми полукруглыми режущими кромками, и двух конусных шнековых откосообразователей. Для транспортирования открытого грунта служат два ленточных конвейера, на которые грунт подается ковшами ротора. Конвейеры работают одновременно и отсыпают грунт по обе стороны отрываемого в полный профиль канала. Рама рабочего органа одним концом опирается на боковые цапфы гусеничной тележки тягача, а другим — на пневмоколесную тележку.

Рис. 2. Котлованокопатель под опоры связи и контактной сети

Механизмы шнеко-роторного экскаватора имеют привод от индивидуальных электродвигателей. Силовая установка экскаватора состоит из дизеля М-603А мощностью 490 л. с. и генератора ГСД85-7-6А мощностью 462 ква, напряжением 400 в.

Рытье каналов выполняется при рабочей скорости тягача от 52 до 488 и/ч. Транспортная скорость 0,8—2,4 км/ч.

Шнеко-роторный экскаватор обеспечивает производительность до 1500 мъ/ч.

Котлованокопатель с многоковшовым рабочим органом применяется для рытья котлованов небольших размеров под опоры контактной сети и линий связи.

Котлованокопатель состоит из базового трактора, на котором установлена поворотная платформа с двуногой стойкой и стрелой с направляющей рамой. Для обеспечения вертикальности направляющей рамы служит тяга. На направляющей раме перемещается вверх и вниз рабочий орган. Подъем и опускание рабочего органа осуществляется канатным полиспастом, подвижной блок которого закреплен на раме рабочего органа, а неподвижный — в головной части направляющей рамы. Канат подъемного полиспаста наматывается на барабан лебедки, установленной на поворотной платформе. Привод рабочего органа машины состоит из электродвигателя, редуктора и цепной передачи. Положение направляющей рамы во время работы фиксируется винтовым домкратом. Грунт, поднятый ковшами, сбрасывается в сторону от котлована ленточным конвейером.

Многоковшовый котлованокопатель может рыть котлованы прямоугольной формы размером в плане 0,7X0,9 м, глубиной до 3,6 м. Максимальный вылет стрелы 6,3 м.

Скорость движения ковшовой цепи 0,5 м/сек, скорость поворота поворотной платформы с рабочим органом 1 об/мин. Время, необходимое для рытья одного котлована максимальной глубины в грунтах II груцпы, составляет 6—8 мин.

Многоковшовые экскаваторы —машины непрерывного действия. Их рабочим органом являются ковши, укрепленные в количестве 16—50 шт. на бесконечной двойной цепи, обегающей ковшовую раму (цепные экскаваторы), или в количестве 6—18 шт. на колесе (роторные экскаваторы).

У цепных экскаваторов нижняя рабочая ветвь цепи движется обычно в направляющих ковшовой рамы, что увеличивает сопротивление, но позволяет получить плоскость откоса постоянной крутизны. При свободно подвешенной ковшовой цепи очертание образующей откоса параболическое и устойчивость верхней части откоса уменьшается.

Наличие большого количества рабочих органов машины обеспечивает непрерывность ее работы, снижает инерционные нагрузки, улучшает использование транспортных средств и повышает производительность. Усилие, которое может быть развито на режущей кромке ковша, значительно меньше, чем у одноковшового экскаватора, так как суммарная длина режущих кромок одновременно работающих ковшей в многоковшовом экскаваторе значительно превышает длину режущей кромки одноковшового экскаватора. Поэтому толщина стружки, снимаемой ковшами многоковшого экскаватора, относительно невелика. Многоковшовые экскаваторы могут работать в однородных легких и средних грунтах до IV группы включительно. В каменистых и мерзлых грунтах эффективность их работы резко снижается. В скальных грунтах, разрабатываемых с предварительным рыхлением взрывом, работа многоковшовых экскаваторов невозможна.

Непрерывное копание грунта существенно облегчает условия труда машинистов по сравнению с условиями труда на одноковшовых экскаваторах, так как на многоковшовых экскаваторах машинисту приходится только наблюдать за ходом копания (правильностью курса, глубиной копания), и иногда изменять режим работы (направление, глубину копания). Машинист одноковшового экскаватора постоянно включает те или иные механизмы. Поэтому в последнее время у некоторых многоковшовых экскаваторов рабочий процесс стали автоматизировать, т.е. копать без вмешательства машиниста с помощью приборов автоматики.

Многоковшовые экскаваторы считаются высокопроизводительными машинами. Их производительность в ряде случаев выше одноковшовых машин, равных по мощности. Однако они имеют один существенный недостаток, из-за которого не могут соперничать с одноковшовыми экскаваторами. Этим недостатком является отсутствие универсальности: многоковшовые экскаваторы способны выполнять только определенную рабочую операцию, например по отрывке траншеи и ничего более, поэтому такие машины в строительстве, как правило, работают в комплекте с другими машинами (скреперами, бульдозерами и т.д.),

Второй недостаток многоковшовых экскаваторов состоит в том, что он способен разрабатывать только грунты, не засоренные камнями, не тяжелые для копания, однородные по структуре. Эти машины хорошо разрабатывают только пески, супеси, легкие суглинки.

Если одноковшовые экскаваторы могут копать только в стационарном положении, а перемащаются лишь с целью подхода к новому объекту, то многоковшовые экскаваторы не могут копать грунт в стационарном положении. Их рабочий орган режет грунт только при поступательном движении машины с небольшой скоростью (10—100 м/ч).

Многоковшовые экскаваторы являются машинами непрерывного действия и оборудуются исполнительными рабочими органами в виде цепных ковшовых (скребковых) баров и роторов с ковшами. Экскаваторы в зависимости от исполнения применяются на талых и мерзлых грунтах, при этом допускается разработка грунтов с каменными включениями размером до 0,25 ширины ковша.

Многоковшовые экскаваторы классифицируются по назначению на траншейные, карьерные и ирригационные, по способу разработки грунта на экскаваторы продольного, поперечного и веерного (радиального) копания, а также по типу привода и виду ходовой части.

Лекция №6 Общие сведения, классификация ВТМ

Выемочно-транспортирующими машинами (ВТМ) называются такие, которые одновременно с отделением (или после отделения) горной породы от массива перемещают (транспортируют) ее, причем движение рабочего органа в этот период осуществляется перемещением всей машины, как правило, за счет развиваемого ею тягового усилия или реже – с помощью тягачей или толкателей.

Разработка пород выемочно-транспортирующими машинами осуществляется слоями толщиной от нескольких сантиметров (бульдозеры, скреперы, струги, грейдеры, фронтальные погрузчики и т. д.) до 2 м (рыхлители), что наилучшим образом отвечает условиям применения этих машин на карьерах со сложно структурными и многокомпонентными полезными ископаемыми.

ВТМ можно разделить на два основных типа: ножевые (бульдозеры, рыхлители, струги, грейдеры) и ковшовые (скреперы, погрузочные машины).

Бульдозерные отвалы, погрузочное оборудование и оборудование рыхлителей выполняются либо в виде навесного, либо полуприцепного оборудования к базовым гусеничным и колесным тягачам (тракторам), а также специальным пневмоколесным шасси.

Бульдозеры, скреперы и грейдеры-элеваторы относятся к группе ВТМ, предназначенных для выполнения различных видов земляных работ, с преобладанием выполнения транспортирующих функций. Им присваивается буквенный индекс ДЗ. Рыхлителям, относящимся к машинам для подготовительных работ, присваивается буквенный индекс ДП, погрузчикам как технологическому виду оборудования – индекс ТО. Далее у ВТМ через дефис указывается номер модели оборудования, а буквенные индексы после номера характеризуют: А, Б, В – модернизации или измененные конструктивные размеры; С и ХЛ – климатическое исполнение (северное).

Бульдозеры предназначены для послойной разработки пород I-IV категории без предварительного рыхления и перемещения на расстояние до 150 м. Скальные породы могут ими послойно разрабатываться после предварительного рыхления. Бульдозеры-толкачи применяют для совместной работы со скреперами и другими землеройными машинами.

Бульдозером называется выемочно-транспортирующая машина (рис. 4.12), оборудованная отвалом 3 с ножом 2, для послойной срезки, перемещения и разравнивания породы. Отвал с ножом закрепляется впереди тягового агрегата трактора или тягача на толкающей раме 7.

Бульдозеры снабжаются гидроцилиндрами 4 подъема и опускания отвала.

Бульдозеры, применяющиеся на горных работах, в основном оснащены неповоротным отвалом, установленным под углом 90°к продольной оси тягового агрегата. Толкающая рама 7 связывает отвал с базовой машиной и передает ему напорное усилие. К задней стенке отвала 3 крепятся кронштейны, в которые вставляются пальцы рычагов 5, соединяющих его с боковыми брусьями толкающей рамы и допускающих перекос отвала в вертикальной плоскости.

У бульдозеров с поворотным отвалом последний можно устанавливать в горизонтальной плоскости под углом до 27° в обе стороны от продольной оси или перпендикулярно к ней.

Тракторы одновременно с отвалом оснащаются также рыхлителями, представляющими собой прицепное или навесное оборудование к трактору. Рыхлители применяются для разрушения пород, которые не могут быть эффективно и экономично разрушены экскаваторами и бульдозерами. К таким породам относятся: песчаник, глинистый сланец, известняки, доломит. Наибольшее распространение получили навесные рыхлители.

Бульдозеры серийно выпускаются на базе гусеничных тракторов тяговых классов 30, 40, 100, 150 и 250 кН и на базе колесных тягачей классов 14, 40, 100 и 250 кН.

Наиболее мощным отечественным колесным бульдозером является бульдозер модели ДЗ-113 НПО «ВНИИстройдормаш». Базовый тягач бульдозера ДЗ-113 — это специальное шасси с шарнирно-сочлененной рамой тягового класса 250 кН, мощностью двигателя 405 кВт и скоростью передвижения до 50 км/ч. Угол резания отвала бульдозера 55° и возможность поперечного перекоса ±15°. Навесной рыхлитель имеет от одного до трех зубьев. Глубина рыхления до 200 мм. Для управления отвалом и рыхлителем используется гидросистема базового трактора.

Рыхлители предназначены для послойного рыхления мерзлых и скальных пород IV-VIII категории с прочностью до 90 МПа. Рыхлительное оборудование навешивается на тракторы тяговых классов от 100 кН и выше.

Рыхлителем называется машина с навесным или прицепным рабочим оборудованием в виде рамы с зубьями, которая предназначена для послойного разрушения горных пород на отдельные куски. Такие размеры, которые удобны для последующей разработки.

Рыхлители применяются для разработки грунтов, которые непосредственно не могут разрабатываться землеройными машинами.

К таким относятся осадочные породы (песчаники, глинистые сланцы, известняки, доломиты, мергели) и выветривающейся разрушенной скальной породы вулканического происхождения (гранит, базальт).

Стоимость разработки известняков в 2-3 раза ниже, чем при применении буро-взрывного способа разрушения пород. На скальных породах вулканического происхождения показатели работы рыхлителей значительно хуже.

Рыхлители применятся на карьерах при разработке плотных и мерзлых грунтов и в гидромеханическом и дорожном строительстве, удалении из грунта камней и пней, рыхление грунта и т.д.

1. По назначению различают рыхлители :

Первые рыхлят грунт на глубину до 1 м, вторые до 2 м.

2. По способу передвижения различают рыхлители:

Бульдозерно-рыхлительпые агрегаты (БРА) предназначены для комплексной механизации землеройных работ на мерзлых и скальных породах без проведения БВР. Они имеют агрегатные индексы при комплектной поставке тракторов с навесным оборудованием бульдозеров и рыхлителей.

Наибольшее распространение на карьерах страны получили бульдозерно-рыхлительные агрегаты на базе тракторов Т-130.1. Г-1, Т-180Г, ДЭТ-250М и Т-330 (табл. 4.5).

Скреперы предназначены для послойной разработки пород I-IV категории, транспортировкиих на отвалы или другие объекты и для укладки породы. На плотных породах скреперы используются совместно с бульдозерами-толкачами и рыхлителями. В ряде случаев, скреперы работают по схеме скреперных поездов с использованием автосцепки. Расстояние перевозки породы самоходными однодвигательными скреперами обычно не превышает 1,2км, двухдвигательными – 4 км.

Скреперы — выемочно-транспортирующие машины, предназначенные для послойного срезания породы и транспортирования ее на расстояние до нескольких километров с последующей послойной укладкой в месте выгрузки.

Повороты заслонки, перевод ковша в рабочее и транспортное положения, перемещение задней стенки ковша производятся с помощью гидравлических цилиндров, установленных на скрепере.

Полуприцепные и самоходные скреперы агрегатируются с тракторами и тягачами 1 с помощью седельно-сцепного устройства 2.

Кроме самоходных (рис. 4.13, б) и полуприцепных (рис. 4.13, а) выпускаются также двухосные прицепные скреперы (рис. 4.13, в).

Самоходные скреперы по сравнению с прицепными и полуприцепными имеют при одинаковой общей массе большие сцепной вес, мощность, маневренность и быстроходность.

Основные параметры скрепера: мощность двигателя тягача, конструктивная масса машины, габариты и максимальная толщина срезаемого слоя грунта, колесная база, рабочая и транспортная скорости, нагрузка на оси. Главный параметр — геометрическая вместимость ковша V (м3).

Наиболее крупные отечественные скреперы: прицепной — ДЗ-79, агрегатируемый с базовым трактором Т-330; полуприцепной — ДЗ-74, агрегатируемый с двухосным трактором К-702; самоходный одномоторный, агрегатируемый с одноосным тягачом БелАЗ-531.

Наиболее мощным отечественным скрепером является разработанный НПО «ВНИИстройдормаш» двухмоторный самоходный скрепер ДЗ-107-1 с общей установленной мощностью привода 914 кВт, грузоподъемностью 45 т и вместимостью ковша с шапкой около 30 м3. Масса груженого скрепера составляет 115 т, а скорость перемещения с полной нагрузкой на горизонтальных участках дороги достигает 50 км/ч.

Погрузчики одноковшовые фронтальные предназначены для выполнения погрузочных работ в авто – или реже железнодорожный транспорт предварительно разрыхленных горных пород и угля, или собственного транспортирования на расстояние до 120 м. Погрузочное оборудование навешивается на гусеничные или колесные тракторы, а также самоходные шасси с колесной формулой 4х4.

Одноковшовые фронтальные погрузчики (рис. 4.14) получают все более широкое применение на открытых горных работах благодаря своей универсальности.

Погрузчики создаются на базе гусеничных тракторов или специальных самоходных пневмошинных 1 шасси.

Фронтальные погрузчики могут разгружать ковш 2 путем его опрокидывания вперед, вбок (боковая разгрузка) или через себя.

Основные технические данные одноковшовых фронтальных погрузчиков приведены в табл. 4.7.

Гусеничные фронтальные погрузчики могут выполняться как с челюстным, так и с опрокидывающимся ковшом. Погрузчик с челюстным ковшом может также выполнять и бульдозерные работы. Погрузчик-бульдозер может иметь также сменный ковш для боковой разгрузки породы.

Наиболее мощный отечественный фронтальный погрузчик — это погрузчик ТО-21 с ковшом вместимостью 7,5 м3 на самоходном пневмошинном шасси, проходящий промышленные испытания. Он может иметь сменные ковши различной вместимости, а также оснащаться другим навесным оборудованием (бульдозерным ножом, вильчатым захватом, грузоподъемной платформой, рыхлителем и др.).

Мощность дизельного двигателя 405 кВт. На машине установлены электрическая трансмиссия и мотор-колеса.

В стадии разработки находятся колесные фронтальные погрузчики с ковшом вместимостью до 20 м3.

Рис. 5.1. Рациональные дистанции транспортирования материалов с помощью ВТМ:

Автогрейдеры предназначены для послойной разработки пород I-IV категории при выполнении земляных работ при строительстве автомобильных дорог и иных сооружений, а также используются для эксплуатационного содержания автодорог.

Грейдеры можно классифицировать по следующим основным признакам:

а) по весу машины: легкие весом до 9 т, средние весом 10—12 т, тяжелые весом 13—15 т и особо тяжелые весом 17—23 т;

в) по системе управления рабочими органами: с механическим (редукторным) или гидравлическим управлением.

Легкие грейдеры используют для содержания и мелкого ремонта дорог и для постройки грунтовых дорог в нулевых отметках.
Средние автогрейдеры используют для возведения земляного полотна при небольших отметках насыпи и выемки в грунтах оптимальной влажности и для среднего ремонта дорог.
Грейдеры тяжелые и особо тяжелые целесообразно использовать при наличии больших объемов работ и в тяжелых грунтовые условиях.

Обычно колесная формула грейдера относящегося к легкому и среднему классу, отечественного производства, представляет из себя, следующее сочетание параметров 1x2x3, а у тяжелого класса колесная формула представлена как 1x3x3. Поперечная устойчивость автогрейдеров при боковых нагрузках достигается за счет наклона ведомых колес при помощи специального механизма.

Современные грейдеры изготавливают с единой схемой, и представлены самоходными машинами, имеющих три оси, полноповоротным отвалом, и гидравлической системой управления.

Автогрейдер (рис. 1) имеет оригинальную длинно-базовую конструктивную схему, отвечающую как нельзя лучше своему прямому назначению: быть способным качественно планировать и профилировать поверхность грунта за счет расположения рабочего органа (отвала) между разнесенными на значительное расстояние ходовыми колесами. Эта трехосная на пневматических шинах машина, снабженная собственной силовой установкой (дизельным двигателем) для привода ходовой части, управляется одним машинистом.

Состоит автогрейдер из следующих основных частей: длинной и выгнутой горбом в средней части основной рамы 7, служащей для установки на ней всех механизмов автогрейдера и опирающейся сзади на заднюю тележку 14, снабженную балансирами 15 с ведущими пневмоколесами 17, а спереди — на переднюю ось 10 с управляемыми колесами 11; двигателя 19, закрепленного сверху рамы над задней тележкой; трансмиссии 18, передающей вращение от двигателя к ведущим колесам и гидронасосам и пр.; отвала 16, расположенного в пространстве под выгнутой узкой в плане частью рамы, называемой хребтовой балкой, на специальной тяговой раме 12, закрепленной с помощью сферического шарнира на концевой части хребтовой балки над передней осью, и двух гидроцилиндров 6 гидросистемы управления отвалом 13, установленных также на сферических шарнирах на кронштейнах с двух сторон хребтовой балки в ее самой приподнятой части; кабины 2 с органами и пультом управления 4 и сиденьем машиниста 3, дополнительного оборудования 9 (отвала бульдозера, кирковщика и др.) с гидроцилиндрами 8 для их привода; капота 1 с откидными стенками, закрывающего двигатель, и электросистемы 5 сигнализации и освещения.

Фронтальная часть рамы имеет передний мост с колесами, которые управляются по средствам пневматики, и все это монтируется на шарнирах, имеющих продольную ось, так называемая поперечно-балансирная подвеска. Задний мост выполнен в виде четырехколесного исполнения, где каждая пара колес расположенных по одной стороне техсредства установлена на поперечной оси.

Такая схема дает возможность равномерно нагружать колеса грейдера, несмотря на неровности поверхности, что, в свою очередь, максимально повышает тяговую и сцепную характеристики самой машины. Благодаря этому значительно гасится вибрация рамы грейдера в момент преодоления колесом разного рода неровностей, а это, в свою очередь, увеличивает планирующие показатели самой машины.

На основной раме устанавливается тяговая рама посредством шарнира шарового типа. Тяговая рама способна подниматься и опускаться благодаря двум гидроцилиндрам, также рама может выполнять поворот относительно продольной оси. Рама совершает повороты благодаря попеременному втягиванию и выдвижению штоков упомянутых гидроцилиндров. Дополнительно тяговая рама имеет возможность сдвигаться в сторону от продольной оси за счет гидроцилиндра.

Тяговая рама имеет поворотный круг с установленными кронштейнами. Вращение поворотного круга производится при помощи гидромотора, редуктора и открытой зубчатой передачи. На кронштейнах установлен отвал. При этом отвал смонтирован в направляющих, нижние из которых, при помощи шарниров, прикреплены к кронштейнам, а верхние соединены с кронштейнами с помощью зубчатых гребенок. Такое конструктивное решение позволяет управлять углом резания грунта ручным способом, перемещать отвал вдоль оси техсредства, выставлять отвал под нужным для работы углом, и управлять его поперечным углом в разные стороны, с максимальным отклонением в 18°, производить подъем и опускание, делать вынос в сторону, за счет сдвига тяговой рамы.

С помощью бокового наклона передних колес достигается устойчивое движение машины во время движения по площадям и местности, имеющим значительный уклон, либо грейдер производит работы с диагонально установленным отвалом, так как в таком состоянии на грейдер действует поперечная сила.

Дополнительное оборудование для грейдеров

Для автогрейдеров существует несколько видов дополнительного оборудования, расширяющего рабочие возможности машины:

Бульдозерный отвал – управляется посредством гидроцилиндра;

Киповщик – это многостоечное рыхлительное оборудование, служит для взлома дорожных покрытий;

Кирковщик – навешивается на кронштейнах с задней части основного поворотного отвала;

Уширители – также являются сменным оборудованием служащие для удлинения рабочего органа, закрепляются на основном отвале.

Откосники – предназначены для формирования откосов различных насыпей и выемок.

Стреловидный отвал – предназначен для отчистки дорог и больших площадей от снега, может быть установлен вместо бульдозерного отвала.

Перед началом работ нужно произвести отладочные мероприятия по настройке рабочего органа (отвала). В момент выполнения работ на автогрейдере его управление сужается до регулировки скоростных режимов, удержание маршрута следование тех.средства и определение положения отвала по вертикали и углу поперечного наклона. Для устройства откосных насыпей отвал выносится в сторону относительно габарита автогрейдера. Грунтовая масса перед отвалом машины перемещается точно так же как и перед отвалом универсального бульдозера. Производительность тех.средства во время исполнения планировочных мероприятий рассчитывается тем же методом, как и универсального бульдозера.

По сравнению с экскаваторами, используемыми в сочетании с соответствующим транспортным средством, ВТМ отличаются меньшими металлоемкостью и энергоемкостью процесса. Так, на 1 т массы скрепера производительность в среднем составляет 2÷5 м 3 /ч (включая транспортирование и укладку породы); у бульдозеров это показатель равен 4÷6 м 3 /ч, у грейдеров и стругов – 10÷12 м 3 /ч. Расход энергии на разработку 1 м 3 породы у скреперов составляет 2÷2,5 кВт·ч при плече перевозки до 400 м. Удельная производительность на одного рабочего у мощных скреперов достигает 700 м з /ч . Себестоимость работ невысокая, иногда в 3÷4 раза меньше стоимости работ, выполняемых экскаваторами в совокупности с автотранспортом.

Одноковшовые фронтальные погрузчики обеспечивают практически равную с экскаваторами производительность, приходящуюся на 1 м 3 вместимости ковша, при общей массе машины в 8÷10 раз и стоимости в 3−4 раза меньших, чем у экскаваторов с такой же вместимостью ковша.

Источник