книги / Основы проектирования многоковшовых экскаваторов непрерывного действия

Скорость ковшовой цепи составляет 0,75—2,0 м/с в зави­ симости от числа граней звездочки. Рабочая скорость движе­ ния экскаватора, обеспечивающая подачу ковша, находится в пределах от 0,066 до 0,2 м/с, или 4—12 м/мин для рельсо­ вого хода и 3—8 м/мин для гусеничного. Сечение срезаемой стружки грунта -колеблется в пределах от 2X10 до 20X100 см (20—2000 см2). Удельное усилие, реализуемое при работе на 1 см2 сечения срезаемой стружки, 0,3—0,4 МПа (3—4 кгс/см2), у машины с повышенным усилием копания составляет 0,8— 1,00 МПа (8—10 кгс/см2).

Металлоконструкции неповоротного экскаватора пред­ ставляют собой платформу с надстройкой, где размещены опора верхней приводной звездочки, приводы, приемный же­ лоб, противовес. Верхняя передняя часть в большинстве слу­ чаев образует консоль, к которой подвешена ковшовая рама. При боковой разгрузке платформа жестко соединена с перед­ ними и задними ходовыми опорами, при портальной разгруз­ ке она соединена с ходовыми опорами, а сзади имеет один шарнир для соединения с задней качающейся опорой.

Ходовое оборудование многоковшовых цепных экскава­ торов определяется технологическими факторами, в частно­ сти прямолинейностью траектории движения машины, парал­ лельностью траектории ковшей и, главное, постоянством раз­ меров срезаемой стружки грунта. Этим требованиям наибо­ лее удовлетворяет рельсовый ход, хотя он и имеет большие недостатки: малую маневренность, трудоемкость работ по его передвижке и сложность выполнения подготовительных работ (планировки путей, подготовки полотна и т. д.).

Гусеничный ход применяют только на машинах малых мо­ делей с двумя гусеницами. Гусеничные рамы устанавливают качающимися на шарнире, это обеспечивает лучшую приспосабливаемость к поверхности грунта и более равномерное распределение давления.

1.4. КАРЬЕРНЫЕ РОТОРНЫЕ ЭКСКАВАТОРЫ ПОПЕРЕЧНОГО КОПАНИЯ

1.4.1. Общие положения

Роторные карьерные экскаваторы в зарубежной прак­ тике впервые начали применять в Германии с 1925 г.л В оте­ чественной промышленности — с 1934 г. на Часов—Ярск°м

карьере огнеупорной глины. Промышленный выпуск роторных экскаваторов в СССР начат с 1946 г. на Зуевском литейно­ механическом заводе (ЗЛМК), с 1950 г. на Донецком маши­ ностроительном заводе им. 15-летия ЛКСМУ и Ново-Крама­ торском машиностроительном заводе им. В. И. Ленина, а с 1970 г. на Ждановском заводе тяжелого машиностроения им. 30-летия Октябрьской Социалистической Революции. Строительные карьерные роторные экскаваторы изготавлива­ ют Ковровский и Воронежский экскаваторные заводы на базе одноковшовых экскаваторов.

Карьерные роторные экскаваторы в основном изготавли­ вают в СССР, ЧССР, ГДР и ФРГ, а строительные и погруз­ чики в ГДР, ПНР, СССР, ФРГ, США, Англии и Японии. В на­ стоящее время отечественные заводы изготавливают ротор­ ные экскаваторы следующих марок: ЭР-25; ЭР-100; ЭРВГ-630; ЭРГ-400; ЭРГ-400ДЦ; ЭР-1250; ЭР-1250Д; ЭРП-1250; ЭРП-2500; ЭРШРД-5000; ЭРШРД-5250. Количество изготов­ ленных в стране карьерных экскаваторов поперечного копа­ ния и введенных в эксплуатацию на 1 января 1982 г. соста­ вило 160 (в прил. 1, 2, 3 приведена характеристика отечест­ венных и зарубежных машин и перспективный типаж ротор­ ных экскаваторов в СССР).

По сравнению с одноковшовыми экскаваторами они име­ ют меньший удельный расход электроэнергии на разработку одного кубического метра породы, меньшую удельную метал­ лоемкость, лучший коэффициент полезного действия (табл. 2) и могут разрабатывать горные породы с более высоким сопро­ тивлением резанию — до 1,2 МПа (12 кгс/см2) вместо 0,5 МПа (5 кгс/см2) одноковшовыми экскаваторами.

Т а б л и ц а 2

Сравнительное значение удельной энергоемкости

иметаллоемкости карьерных многоковшовых и

иодноковшовых экскаваторов [в]

Э к с к а в а т о р	Удельная	Удельная ме­	КПД рабо­
	энергоем­	таллоемкость,	чего обо­
	кость,	т/м3	рудования
	кВт-ч/м3
Одноковшовый экскаватор-	0,54-0,7	0,0234-0,027	0,5
мехлопата
Многоковшовый:
цепной	0,4н-0,6	0,023 +0,028	0,45+0,55
роторный	0,154-0,5	0,007+0,025	0,8+0,85

Наряду с положительными сторонами имеются и отрица­ тельные: большие габаритные размеры; плохая маневрен­ ность — экскаватор не приспособлен для перемещения его внутри забоя и на дальние расстояния; большая масса, при­ ходящаяся на 100 л емкости ковша. Удельная масса на ма­ шинах малой мощности составляет 100—150 т на 100 л ем­ кости, средней мощности — 120—180 т, большой мощности —

180—200 т.

Рабочим органом экскаватора является ротор диаметром от 2 до 18 м (рис. 1.6), несущий по периферии от 6 до 20 ков­ шей, оснащенный зубьями или режущей кромкой.

ь

Рис. 1.6. Принципиальная схема	роторного		эк­
скаватора с совмещенной осью: 1 — ротор, 2—
стрела ротора, 3 — конвейер	приемный,	4	—
разгрузочная стрела с конвейером, 5 —		пилон,
6 — противовес, 7 — стропы

Ротор крепят на конце стрелы, пята которой закреплена на платформе (при невыдвижной стреле) или на тележке, перемещающейся по направляющим надстройки платформы (при выдвижной ^стреле). На стреле расположен ленточный конвейер шириной ленты от 650 мм до 2500 мм. Порода из ковшей поступает на питатель, откуда передается на конвей­ ер роторной стрелы, затем проходит через перегрузочный бун­ кер и дробилку, где измельчается до заданной фракции и в готовом виде перегружается на промежуточный конвейер, а затем на конвейер разгрузочной стрелы. Схема движения по­ роды может быть изменена в зависимости от условий работй экскаватора. Забой в карьере разрабатывают верхним или нижним черпанием. При переходе с одного вида черпания на другой переставляют ковши с поворотом их на 180° и изме­ няют направление вращения ротора.

Принццпиальная схема компоновки и работа роторного экскаватора радиального копания зависят от вида применяе­ мой стрелы (невыдвижной — рис. 1.7 или выдвижной — рис. 1.8), относительной ее длины и конструкции разгрузоч­

ного устройства. Достоинство конструкции с выдвижной стре­ лой в том, что экскаватор проходит по одному месту один раз, в то время как при невыдвижной стреле — несколько раз.

Рис. 1.8. Схема экскаватора с выдвижной стре­ лой: 1 — ротор с ковшами, 2 - 1 стрела ротора, 3 — конвейер, 4 — подвижная стрела, 5 — пи­ лон, 6 — неповоротная платформа, 7 — пово­ ротная платформа

Увеличение массы, размеров и нагрузок выдвижной стре­ лы при изменяющемся ее положении относительно платфор­ мы экскаватора вызывает дополнительные опасные колеба­ ния, особенно при разработке неоднородных горных пород. По этой причине выдвижные стрелы не нашли широкого приме­

нения на экскаваторах средней и большой мощности. Однако при разработке мягких пород с небольшой несущей способ­ ностью, где экскаватор совершает неоднократные переезды по одному месту, происходят просадка грунта и увязание ма­ шины, в этом случае применение выдвижной стрелы‘жела­ тельно.

1.4.2. Классификация и конструктивные схемы

Роторные экскаваторы, в отличие от одноковшовых, клас­ сифицируют по технологическому и конструктивному призна­

кам и различают:	ф у н к ц и я м — на	карьерные
— по в ы п о л н я е м ы м
экскаваторы и транспортно-отвальные комплексы		(рис. i.9)
с встроенным роторным оборудованием;
— по м а к с и м а л ь н о й	т е о р е т и ч е с к о й п р о и з ­

в о д и т е л ь н о с т и в рыхлой массе: малой мощности (про­ изводительности) — до 630 м3/ч; средней мощности — от 630

до 2500 м3/ч; большой мощности — от 2500 до 5000		м3/ч;
сверхмощные — свыше 5000 м3/ч;		мак­
— по у д е л ь н о м у	у с и л и ю к о п а н и я — при
симальной теоретической	производительности: с нормальным

усилием — 0,7 МПа (7 кгс/см2); с повышенным усилием — больше 0,7 М Па>(7 кгс/см2);

— по н а з н а ч е н и ю—вскрышные и добычные. Вскрыш­ ные экскаваторы оборудуют средствами, предупреждающими налипание породы на козырек, боковые стенки, заднюю стен­ ку ковша и перегрузочные бункеры. Такими средствами явля-

Рис. 1.9. Карьерный экскаватор с транспортно­ отвальным комплексом и самостоятельным по­ воротом разгрузочной стрелы

ются цепные днища ковшей, покрытие стенок ковша и пере­ грузочных площадок гидрофобными износостойкими пласт­ массами толщиной 15—25 мм, специальными материалами (супропиленом, линатексом, 6 МВН и др.) и применение под­ вижной (вращающейся) поверхности в перегрузочном устрой­ стве. Ковши добычных экскаваторов отличаются от вскрыш­ ных режущими кромками и расположением зубьев, они дол­ жны обеспечить измельчение крупных кусков;

— по с п о с о б у п о д а ч и р а б о ч е г о о б о р у д о в а ­

н и я на з а б о й	— за счет выдвижения стрелы	(экскаватор
с выдвижной	стрелой) или перемещения	всей маши­

ны (экскаватор с невыдвижной стрелой). Первый тип машин более сложен, имеет большую массу и повышенные динами­ ческие нагрузки. Он не находит широкого распространения, несмотря на то, что с выдвижной стрелой разрабатываются

большие блоки и к тому же имеется возможность работы на слабых грунтах;

по х о д о в о м у о б о р у д о в а н и ю : на экскаваторах небольшой мощности с массой до 600 т применяют двухгусе­

ничный ход, свыше 600 т		многогусеничный с балансирными
опорными катками,	свыше 2000 т — рельсовый шагаю­
щий ход;
— по п о в о р о т н о м у у с т р о й с т в у р а з г р у з о ч ­
ной с т р е л ы , ось	поворотного устройства		разгрузочной
стрелы совпадает с осью поворотной платформы			(см. рис. 1.5,

1.7); ось поворота разгрузочной стрелы смещена относительно оси повбротнои платформы (см. рис. 1.9; рис. 1.10); с сое­

закреплена на непоноротной платформе

динительным мостом, у которого ось поворота совпадает с осью поворота платформы экскаватора или смещена. Первый тип с совмещенной осью поворота применяют для машин ма­ лой производительности, второй — для машин средней или большой производительности;

— по п р и н ц и п и а л ь н о й	с х е м е к о м п о н о в к и
о с н о в н о г о о б о р у д о в а н и я	— компоновка	может быть
с одной центральной поворотной	платформой,	на которой

располагается рабочее оборудование и разгрузочное устрой­ ство (см. рис. 1.5); с одной центральной поворотной платфор­ мой, на которой располагается рабочее оборудование, а обо­ рудование для разгрузки породы — на нижней поворотной (см. рис. 1.10); с двумя центральными: на верхней платфор­ ме крепят рабочее оборудование, а на нижней — оборудова­

ние разгрузочного устройства	(см. рис. 1.9);
— по р а с п о л о ж е н и ю п р и е м н о й ч а с т и р а з ­
г р у з о ч н о г о к о н в е й е р а	относительно оси централь­

ной поворотной платформы — с совмещенной осью поворота (с центральным опиранием) (см. рис. 1.5, 1.7); с совмещен­ ной осью поворота (см. рис. 1.9, 1.10);

— по с т е п е н и у р а в н о в е ш е н н о с т и п о в о р о т ­ ной п л а т ф о р м ы . Различают полностью уравновешенные системы и частично уравновешенные. Полное уравновешива­ ние достигается раздельным уравновешиванием роторной и разгрузочной стрел. Частичное — уравновешиванием только роторной стрелы;

— п о п о в о р о т н о с т и р а б о ч е г о о р г а н а — непол­ ноповоротные (угол поворота 90—110° в обе стороны от сред­ него положения), полноповоротные. Неполноповоротными вы­ полняются только роторные стрелы некоторых транспортно­ отвальных комплексов;

— по к о м п о н о в к е р о т о р н о й с т р е л ы с у р а в ­ н о в е ш и в а ю щ и м у с т р о й с т в о м . Роторную стрелу подвешивают к верхнему строению надстройки, на которой устанавливают постоянный или подвижный противовес; в качестве подвижной части противовеса иногда используют передвижной монтажный кран. Надстройка может выполнять­ ся в виде жесткого треугольника, состоящего из роторной стрелы, пилона и связи постоянной длины, соединенной через пилон с жестко или шарнирно подвешенной стрелой противо­ веса. В некоторых конструкциях роторную стрелу выполняют совместно с уравновешивающей стрелой противовеса в виде коромысла.

1.4.3. Рабочее и транспортирующее оборудование

Р о т о р

Роторы различают по способу опорожнения породы, они могут быть с гравитационной и инерционной разгрузкой. Каждый из них может выполняться с принудительной очист­ кой ковшей.

По способу подачи материала на конвейер различают ро­ торы с боковой и прямой разгрузкой. При боковой разгрузке ротор по отношению к оси стрелы в горизонтальной плоско­ сти смещается на 3—5° и в вертикальной для улучшения раз­ грузки на 2—3°. При прямой разгрузке ротор устанавливают

	перед		конвейером.					Роторы
	с	боковой		разгрузкой					деляг
	на	камерные				(рис. 1.11, а),
	полукамерные					(рис.			1.11,6)
	и бескамерные (рис. 1.11,в).
	Для приема				материала					из
	ковшей и			передачи				его		на
	ленту		конвейера				бескамер­
	ные и		полукамерные						рото­
	ры оборудуют					приемно-пи-
	тающим			устройством.						По
	конструкции могут быть: не­
	подвижный желоб, вращаю­
	щийся		конус,				роликовый
Рис. 1.11. Основные типы роторов:	стол, поперечный ленточный
	питатель,			дисковый					пита­
а — камерный, б — полукамерный,
в — бескамерный, d — запорный сек­	тель, барабанный						и др.
тор	Запирающее устройство по-
	лукамерных				и бескамерных

роторов осуществляется неподвижным запорным сектором d (рис. 1.11, б, в). Роторы с инерционной разгрузкой устанавли­ вают впереди конвейера по его продольной оси. Их выполняют с разгрузкой через ротор с подъемом материала и с разгрузкой ротором без подъема материала (вращение ротора сверху вниз).

По конструкции режущей части роторы делят на ковшо­ вые и с дополнительными режущими элементами. Дополни­ тельные режущие элементы состоят из режущих поясов, зубь­ ев-клыков и разрыхляющих ножей. Ковши разделяют по кон­ струкции днища — с жестким днищем, гибким, без днищ

применяют тележки, катки, шарики и ролики. Большую на­ дежность в работе обеспечивает шариковый опорный круг, который выполняет двоякое назначение — опорное и центри­ рующее.

1.6. ХОДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Для полноповоротных роторных и цепных экскаваторов малой мощности применяют гусеничное ходовое оборудова­ ние с удельным давлением 0,06-f-0,09 МПа (иногда до 0,15 МПа); при массе экскаватора до 300 т — двухгусенич­ ную ходовую систему с гусеницами, жестко соединенными с нижней рамой, как в одноковшовых экскаваторах, а при мас­ се машины свыше 300 т — многогусеничную систему, простую и сложную, — трехточечные опоры (рис. 1.12). Трехточечиая опора дает более равномерное распределение на грунт, это особенно важно при работе на мягких грунтах. При простой трехточечной опоре (рис. 1.12, а) одна из гусеничных рам жестко связана с нижней рамой в точках В и С, а другая, ка­ чающаяся шарнирно, укреплена на цапфе А. При сложной трехточечной опоре (рис. 1.12, б) гусеничные рамы установле­ ны шарнирно на цапфах А2, В2. Кроме того, нижняя рама имеет цапфу С2, на которой крепится балансир с шаровыми опорами на концах, опирающийся на гусеничные рамы. Та­ кая конструкция ограничивает качание гусениц, делая систе­ му устойчивой.

Для всех многоковшовых машин желательно опорные кат­ ки гусеничного хода соединять в две и более балансирные те­ лежки, в зависимости от несущей способности грунта. Так, при массе машины от 150 до 650 т число балансиров возра­ стает до четырех (рис. 1.13). Двухгусеничные системы ротор-

Рис. 1.12. Схема трехточечной			Рис. 1.13.	Схема	балансирно­
опоры	нижней	рамы на гусе­	го опорного	устройства гусе­
ничные	балки:	а — простая,	ничного		хода
	б — сложная