Выемка горных пород гидравлическим экскаватором

Конструктивной особенностью гидравлических экскаваторов, определяющих их технологические параметры и технико — экономические показатели, является наличие трех пар мощных гидроцилиндров, соединенных между собой шарнирно, для управления стрелой, рукоятью и ковшом. Качающаяся стрела и рукоять, а также поворотный ковш позволяет благодаря цилиндрам создать траекторию черпания, нежели у обычных канатных экскаваторов, и значительно большие усилия резания на зубьях ковша (сослаться на схему и технологические параметры экс. мехлопат). У канатных экскаваторов ковш при черпании перемещается по криволинейной траектории, вследствие чего усилие резания ограничивается устойчивостью экскаватора, которая обеспечивается противовесом большой массы.

Гидравлические экскаваторы работают при прямолинейном внедрении ковша и его последующем повороте в конце черпания. При этом усилие внедрения ковша ограничивается силой сцепления ходовой части экскаватора с почвой забоя. Схемы работы в забое приведены на плакате и на технологических схемах.

Благодаря лучшей кинематике рабочего органа гидравлические экскаваторы при одинаковой емкости ковша по сравнению с канатными имеют рабочую массу в 1,8 — 2,2 раза меньшую, а усилие копания в 2 — 2,2 раза большее; расход электроэнергии уменьшается на 30%, а эксплуатационные расходы на экскавацию горной массы — в 2 — 4 раза. Кроме того, могут быть снижены расходы на ремонт транспортных средств. независимое движение напора, подъема и поворота ковша облегчают разборку подошвы забоя и селективную выемку. Благодаря уменьшению минимального и увеличению максимального радиусов на уровне черпания появляется возможность расширить забой экскаватора и значительно увеличить объем горной массы, вынимаемой экскаватором в забое с одного места стояния. Кроме этого увеличивается глубина копания ниже уровня стояния, и улучшаются условия выгрузки породы из ковша.

Несмотря на перечисленные преимущества, практика эксплуатации гидравлических экскаваторов выявила существенные недостатки.

Проведенные исследования указывают, что основной причиной возникновения отказов у ЭГ по сути является загрязнение гидрожидкости и запуск гидросистем экскаваторов при экстремально низких температурах.

Загрязнение гидрожидкости различными частицами, попадающими внутрь системы, является основной проблемой функционирования гидропривода, вызывающей подавляющее большинство его неисправностей.

Следующая проблема связана с экстремальными климатическими условиями Крайнего Севера, где температура окружающей среды может достигать -60 С. Доля отказов гидравлических систем, вызванных холодным запуском не велика, однако они приводят к столь катастрофическим последствиям, что вызывают весьма длительные простои и обусловливают высокую стоимость ремонта.

За последние 20 лет доля карьерных гидравлических экскаваторов в мировом парке добычной техники существенно возросла и на долю карьерных экскаваторов с электромеханическим приводом приходится не более 25%.

В то же время в СНГ карьерные экскаваторы с электромеханическим приводом составляют основную часть парка.

Анализ имеющийся в СНГ за те же 20 лет опыт эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, приходится констатировать, что отсутствие опыта создания таких машин и возникшие организационные сложности воздействовали негативно на реализацию потенциальных возможностей нового поколения экскавационной техники. Те выводы, которые, на настоящий момент уже сделаны рядом предприятий России, говорят не в пользу качества гидравлических экскаваторов. И это несмотря на то, что основные технические характеристики — рабочая масса, удельные усилия копания, показатели надежности карьерных гидравлических экскаваторов не только способны удовлетворить требования горных предприятий СНГ, но и значительно превосходят те возможности, которыми обладают канатные экскаваторы с электромеханическим приводом механизмов типа ЭКГ Наглядным примером является ПО «Якутуголь», которое после применения экскаваторов с гидроприводом основных механизмов типа 204-М производства фирмы Marion (США) на протяжении почти 20 лет, вновь обратилась к закупкам традиционных экскаваторов типа «ЭКГ». Из практики применения единичных опытных образцов ЭГ в СНГ и крупномасштабного внедрения их за рубежом делаются противоположные выводы. На разрезе «Нерюнгринский» существует сопоставительный опыт эксплуатации ЭГ и ЭКГ, и он свидетельствует о том, что эксплуатация гидравлических машин обходится дороже на 20%.

Конструктивной основной особенностью ЭГ является применение в этих машинах дизель-гидравлического привода основных механизмов.

Практика применения гидропривода в различных отраслях доказала, что гидропривод в целом обладает высоким уровнем надежности. Однако под надежностью понимают свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих назначенным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов. В случае, если режимы использования и обслуживания техники отличаются от назначенных, то следует учитывать не только надежность, но и живучесть объекта. Живучесть характеризует способность объекта сохранять работоспособное состояние при внешних воздействиях, превышающих установленные нормы.

Уместно подчеркнуть, что гидропривод имеет высокую надежность, но обладает относительно низкой живучестью, поскольку чувствителен к ряду внешних воздействий, часто встречающихся в характерных для эксплуатации карьерной техники условиях.

Основными факторами, характерными для эксплуатации экскаваторов типа ЭГ, являются:

• · высокий годовой фонд рабочего времени (7000 часов);
• · высокие усилия и динамика (до 70 кН на 1 м:> вместимости ковша) нагружения рабочего оборудования в забое;
• · высокая удельная мощность (до 3.7 кВт/т на 1 т. массы);
• · удаленность от внешних инфраструктур по ремонту гидрокомпонентов.

Высокий фонд рабочего времени, в первую очередь, предопределяет необходимость обеспечения высокого ресурса. Высокая динамика приводит к повышению требований к силовой защите. Высокой мощности должно соответствовать значительное количество агрегатов большой единичной мощности, а также построение ЭГ по модульному принципу. И высокая динамика, и высокая мощность препятствуют реализации высоких характеристик надежности.

Удаленность от сервисных инфраструктур усложняет преодоление этих факторов и делает необходимым организацию сервисных услуг на месте.

Кроме того, имеется целый ряд дополнительных факторов, снижающих надежность гидропривода на карьерных экскаваторах в условиях горных предприятий:

• · высокий уровень загрязненности воздуха в рабочей зоне (до 1.2 г/л);
• · экстремально низкие или высокие температуры окружающей среды, что предопределяет значительные изменения вязкости гидрожидкости: в процессе работы в 10−15 раз, а в процессе запуска в 250 раз;
• · высокие нагрузки, возникающие при экскавации очень твердых или плохо взорванных пород, что предопределяет необходимость искусственного ограничения давления в системе для увеличения срока службы гидрокомпонентов;
• · недостаточно высокий уровень технического обслуживания по причине низкой квалификации обслуживающего персонала, а также в связи с недостаточным техническим оснащением измерительными приборами и специальным инструментом.

Поэтому по значимости влияния на надежность, температурный фактор, безусловно, можно поставить на второе место. Эффективное использование гидропривода в таких условиях эксплуатации становится возможным только при наличии дополнительного оборудования, обеспечивающего предварительный прогрев рабочей жидкости по всей системе гидропривода, и применения соответствующей заданным условиям эксплуатации гидрожидкости. Соблюдение заданных оптимальных температур в допустимых пределах является важным фактором, определяющим также КПД и ресурс гидропривода.

Технологические схемы работы механической лопаты приведены на схеме (рис. 39 из кн. Анистратова).