При изучении курса студентам предлагается выполнить ряд лабораторных работ, в которых изучаются конструкции, особенности эксплуатации основных групп горных машин по имеющимся моделям, плакатам и видеофильмам. При изложении материала в лабораторных работах уделено внимание назначению, области применения и классификации выемочно-погрузочных машин, их принципу действия, конструкции и режимам управления.

Лабораторная работа 1

ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ И ТИПАЖЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ

Цель работы: изучить назначение, особенности технических характеристик и конструкций основных типов выпускаемых отечественныхизарубежныхэкскаваторовцикличногоинепрерывногодействия.

1.1. Экскаваторы цикличного действия

Цикличные, или одноковшовые, экскаваторы классифицируют по эксплуатационному назначению. По этому признаку построены параметрические ряды и типажи отечественных экскаваторов. Параметрические ряды составлены в соответствии с рядом предпочтительных чисел по главному параметру – вместимости ковша.

Для карьерных лопат вместимость ковша характеризует экскаватор по всем основным параметрам: длине стрелы, радиусу черпания и разгрузки, мощности главных приводов, продолжительности цикла, производительности. Для вскрышных лопат и драглайнов определяющими будут вместимость ковша и радиус черпания.

Одноковшовые экскаваторы бывают следующих типов:

ЭО – универсальные (строительные) гусеничные и пневмоко-

лесные (Е = 0,16–4,00 м3);

ЭКСГ – карьерно-строительные гусеничные (Е = 1,25–8,00 м3); ЭКГ – карьерные гусеничные (Е = 2–20 м3); ЭГ – (ЭГО) – гидравлические (Е = 5–20 м3);

8

ЭДГ – гусеничный драглайн (Е = 3,2 м3 и длина стрелы – 30 м); ЭВГ – вскрышные гусеничные (Е = 35 м3); ЭШ – шагающие драглайны (Е = 4–125 м3).

Экскаваторы ЭО и ЭКСГ на карьерах применяются редко. Базовые модели и модификации всех типов одноковшовых экс-

каваторов имеют сменные ковши для работы в породах различных категорий по крепости. Вместимость сменного ковша соответствует вместимости стандартных ковшей предыдущего и последующего по параметрическому ряду типоразмера экскаватора.

Карьерные мехлопаты представляют полноповоротные экскаваторы (Э), карьерные (К), гусеничные (Г) электрические со стандартным или удлиненным оборудованием. Они могут разрабатывать полезные ископаемые и породы вскрыши до III категории включительно без предварительного рыхления с помощью буровзрывных работ.

Для работы в различных климатических условиях выбирают экскаваторы следующих модификаций:

«У» (умеренный) – предельные границы температур при эксплуатации составляют ±40 оС;

«ХЛ» (хладоустойчивый) – от +40 до –60 оС; «С» (северный) – от +40 до –50 оС; «Т» (тропический) – от +55 до –20 оС.

Механизмы экскаватора, расположенные на поворотной платформе, закрыты металлическим кузовом, снабжены принудительной напорной вентиляцией и внутренним освещением. Кабина машиниста приподнята над кузовом для обеспечения хорошей обзорности во время работы, герметизирована, снабжена системами отопления, вентиляции и обогрева стекол, а при тропическом исполнении и кондиционирования. В экскаваторах имеется ряд вспомогательных механизмов для обеспечения ремонтных и монтажных работ.

Номенклатура экскаваторов Ижорского завода тяжелого машиностроения предусматривала производство семи моделей прямых мехлопат (табл. 1.1) [11]. В маркировках экскаваторов после обозначения вместимости ковша машины со стандартным оборудованием (базовые) могут иметь индекс «И» (буква «И» означает «ижорский»). Экскаватор ЭКГ-8И (включая его модификации) за 20 лет был выпущен в количестве 2 680 шт. Эти очень надежные и долговечные машины до настоящего времени можно встретить в любом уголке России.

9

Таблица 1.1. Техническая характеристика

карьерных экскаваторов – механических лопат ИЗТМ

Показатель	ЭКГ-8И		ЭКГ-10		ЭКГ-5У		ЭКГ-8Ус	ЭКГ-15	ЭКГ-12Ус	ЭУГ-8У
Вместимость
ковша, м3:
основного	8		10		5		8	15	12,5	8
сменных	10,0		8,0; 12,5		8,0		12,5	–	–	–
Длина стрелы, м	13,35		13,85			Нет свед.		18	Нет свед.
Длина рукояти, м	11,51		11,37					13,58
Максимальный
радиус черпания	12,2		12,6		14,5		13,5	15,6	17,5	20,2
на уровне стоя-
ния, м
Максимальное
усилие на блоке	784		960		490		784	1 470	1 274	784
ковша, кН
Максимальное	363		490			Нет свед.		615	Нет свед.
усилие напора, кН
Мощность сетево-				630					1 250
го двигателя, кВт
Продолжитель-		26				30	28		32	35
ность цикла, с
Масса экскавато-
ра с противове-	370		395			386	405	672	695	710
сом, т

Примечание. Подводимое напряжение для ЭКГ-8И составляет 6 000/ 3 000 В, а для остальных экскаваторов – 6 000 В.

Индекс «Ус» имеют машины со среднеудлиненным рабочим оборудованием, предназначенные для выемки уширенных заходок и погрузки горной массы в транспортное средство, располагаемое на уровне установки экскаватора. Машины с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки горной массы имеют индекс «У» (табл. 1.1). Переоборудование базовой модели экскаватора в экскаватор с удлиненной стрелой производится заменой рабочего оборудования (стрелы, рукояти, ковша, подкоса и вант). Остальные узлы являются полностью унифицированными с узлами базовой модели.

Техническая концепция карьерных лопат ОАО «Уралмаш» (в советское время – УЗТМ) – двухбалочная рукоять, реечный напор,

10

двухгусеничный ход с раздельным приводом на каждую гусеницу – обеспечивает их надежную и производительную работу в самых тяжелых условиях.

Серийная машина ОАО «Уралмаш» – экскаватор ЭКГ-5А (рис. 1.1) с ковшом вместимостью 5,2 м3 – популярна в горнодобывающих отраслях. Начав производство этой модели в 1980 г., завод выпустил более 5 000 машин.

Рис. 1.1. Экскаватор ЭКГ-5А производства УЗТМ (ОАО «Уралмаш»)

В соответствии с требованиями заказчиков на базе ЭКГ-5А создано несколько модификаций – экскаваторы со встроенными в ковш пневмоударными зубьями (ЭКГ-5В), автономные машины с дизельным приводом, модели с удлиненным рабочим оборудованием и, наконец, гусеничный драглайн (ЭДГ).

Для горной промышленности, несомненно, представляют интерес более крупные модели карьерных экскаваторов ЭКГ-10 (рис. 1.2), ЭКГ-12 с ковшом 12, 14 и 16 м3 и ЭКГ-20А с ковшом 20 м3. Экскаваторов ЭКГ-12 выпущено два, а ЭКГ-20, ЭКГ-20А – 20 шт. Машины успешно работают в Костомукше, Нерюнгри и Кузбассе.

11

На ОАО «Уралмаш» сформирован типоразмерный ряд карьерных лопат, включающий 3 базовые модели и их модификации:

Базовая мдель	Модификация
ЭКГ-5	ЭКГ-5В
	ЭКГ5Д
	ЭКГ-4Ус
ЭКГ-12	ЭКГ-12В
ЭКГ-20А

Рис. 1.2. Экскаватор ЭКГ-10 в забое Мазульского известнякового рудника

На базе экскаватора ЭКГ-12 также разработаны модификации (табл. 1.2) – экскаватор со встроенными в ковш пневмоударными зубьями и гусеничный драглайн с ковшом 8 м3 и стрелой 50 м.

Карьерные прямые гидравлические лопаты типа ЭГ предназначены для работы на карьерах и строительстве с большими объемами перемещения горной массы, отрабатывающих уступы выше уровня установки экскаватора, а обратная лопата типа ЭГО – для

12

отработки нижних уступов пород I–II категорий без предварительного рыхления. Все модели ЭГ и ЭГО проектируются в умеренном климатическом исполнении.

Таблица 1.2. Техническая характеристика экскаватора

ОАО «Уралмаш» ЭКГ-12 и его модификаций

Показатель	ЭКГ-12		ЭКГ-12В	ЭДГ-8.50
Вместимость ковша, м3:
основного	12			8
сменных	10; 14; 16		–	10
Длина стрелы, м	16			55
Радиус черпания, м:
максимальный	21,0		20,5	51,6
на уровне стояния	14,3		13,8	–
Максимальная высота черпания, м	15			–
Максимальный радиус выгрузки, м	18,5		18,0	51,6
Максимальная высота выгрузки, м	10,0			24,5
Максимальная глубина черпания, м	–			27,5
Расчетная продолжительность цикла, с	26		28	47
Среднееудельноедавлениенагрунтпридвижении, МПа	0,22		0,28	0,18
Рабочая масса, т	638		670	600

Примечание. Для ЭКГ-12 и его модификаций скорость движения составляет 1,1 км/ч, а номинальная мощность сетевого двигателя – 1 250 кВт.

ОАО «Уралмаш» планировало выпускать семь моделей прямых

иобратных гидравлических лопат (табл. 1.3).

Внастоящее время Ижорский и Уральский машиностроительные заводы вошли в состав корпорации «Объединенные машиностроительные заводы» (ОМЗ). Ныне это ОМЗ-ГОиТ (горное оборудование и технологии), важнейшие подразделения которого – предприятие ИЗ-КАРТЭКС (карьерная техника и тяжелые экскаваторы).

Конструкторы ОМЗ-ГОиТ спроектировали, а предприятие

ИЗ-КАРТЭКС изготовило универсальный гидравлический экскаватор ЭГ-110, который может работать с ковшами вместимостью 4–7 м3. Такая необходимость возникла в связи с тем, что в последние годы

13

российские горняки стали приобретать именно гидравлические экскаваторы с дизельным приводом, которые более маневренны, автономны (не зависят от линий электропередач), при тех же усилиях на зубьях ковша имеет меньшую массу, очень удобны в управлении и обладают рядом других преимуществ.

Таблица 1.3. Техническая характеристика

карьерных гидравлических лопат ОАО «Уралмаш»

				Тип рабочего оборудования
Показатель			Прямая лопата				Обратная лопата
		ЭГ-150	ЭГ-250	ЭГ-350		ЭГ-550	ЭГО-150	ЭГО-350	ЭГО-550
		(ЭГ-6)	(ЭГ-10)	(ЭГ-15)	(ЭГ-20Б)		(ЭГО-4)	(ЭГО-8)	(ЭГО-14)
Вместимостьковша, м3		5–8	8–12	12–18		18–24	4–8	8–14	14–18
		(6)	(10)	(15)		(20)	(5)	(8)	(14)
Мощностьпривода, кВт		500	660	910		1 660	660	910	1 660
Максимальный	ради-	12,9	14,0	16,0		21,2	15,7	21,8	25,0
ус копания, м
Максимальная высота		13,5	14,0	16,0		19,0	12,3	16,7	18,0
копания, м
Глубина копания, м		–	–	–		–	9	12	14
Высота разгрузки, м		9,7	11,0	13,0		15,2	9,0	12,5	14,0
Усилие копания, тс		60	100	130		190	50	80	120
Тяговое усилие, тс		104	150	190		340	104	190	340
Скорость передвиже-		1,7	1,6	1,7		1,0	1,7	1,7	1,0
ния, км/ч
Удельное давление на		0,170	0,160	0,167		0,220	0,170	0,167	0,210
грунт, МПа
Максимальная	произ-
водительность	насо-	1 600	1 680	2 520		5 040	1 440	2 520	5 040
сов, л/мин
Частота вращения		4,01	3,06	3,79		3,0	4,01	3,79	3,00
платформы, мин–1
База гусеничного хо-		5	6	7		8	5	7	8
да, м
Масса экскаватора, т		150	250	350		560	150	350	550

Примечания: 1. В скобках указана вместимость ковша по стандарту СЕСЕ для насыпной плотности пород 1,8 т/м3.

2. Максимальное рабочее давление для карьерных гидравлических лопат составляет 30 МПа.

14

Однако отечественное машиностроение оказалось не готово удовлетворить потребность рынка в карьерных гидравлических экскаваторах. Горняки вынуждены заключать контракты с известными зарубежными корпорациями, такими, как «KOMATSU», «Caterpillar» и др. Гидравлические экскаваторы получили широкое распространение за рубежом (табл. 1.4).

Таблица 1.4. Техническая характеристика зарубежных
	карьерных гидравлических экскаваторов
	типа «прямая лопата»
		Модель экскаватора, фирма, страна
Показатель	РС-650	UH-801		R-991	H-65	12-66D
	«KOMATSU»	«HITACHI»	«LIEBHERR»		«DEMAG»	«KOEHRIHG»
	Япония	Япония		Германия	Германия	США
Рабочая мас-	65	157		139	70	130
са, т
Вместимость	3,8	7,0		5,6	4,3	6,3
ковша, м3
Мощность
главных при-	310	610		520	330	480
водов, кВт
Расчетное
усилие копа-	23	50		45	25	50
ния, тс
Высота копа-	8,8	11,5		11,0	9,0	9,8
ния, м
Радиус копа-
ния, м:
макси-	10,0	15,6		16,0	9,8	15,8
мальный
на уровне	9,4	13,0			9,0	13,5
стояния
Скорость пе-
редвижения,	3,1	2,95		2,3	2,1	2,85
км/ч

Новокраматорский машиностроительный завод с 1994 г. также приступил к выпуску карьерных машин ЭКГ-5Н и ЭКГ-10Н. Вскрышной экскаватор этого завода ЭВГ-35.65М с ковшом вмести-

15

мостью 35 м3 и длиной стрелы 65 м является наиболее мощной из современных машин стран СНГ.

Гусеничные вскрышные мехлопаты типа ЭВГ предназначены для отработки уступов выше уровня установки в породах I–III категорий крепости без предварительного рыхления и со взрывным рыхлением более крепких пород, на разрезах при бестранспортной разработке с непосредственной разгрузкой горной массы на отвал в выработанное пространство. Вскрышные экскаваторы в бывшем

СССР выпускались с ковшами вместимостью 35 м3. Однако вскрышные лопаты по основным показателям (длина стрелы, радиус черпания, разгрузки) не конкурентоспособны по сравнению с драглайнами. Их производство прекращено. За последнее время в мире не выпущено ни одной вскрышной лопаты, за исключением ЭВГ-35.65М.

Стрела и надстройка экскаватора ЭВГ-35.65М с ковшом вместимостью 35 м3 выполнены для облегчения конструкции из тонкостенных трубчатых элементов. Стрела длиной 65 м состоит из верхней и нижней секций, шарнирно соединенных между собой. Механизм напора – коленно-рычажного типа. Длина рукояти экскаватора составляет 37 м, высота черпания – до 40 м, радиус разгрузки – не более 62 м.

Шагающие экскаваторы-драглайны типа ЭШ представляют собой полноповоротные электрические машины с шагающим ходовым оборудованием. Они предназначены для выемки нижним (реже верхним) черпанием пород I–IV категорий крепости и более крепких после их взрывного рыхления при производстве вскрышных работ по бестранспортной системе разработки с отгрузкой породы в отвал, в выработанное пространство или на борт карьера.

Драглайны имеют преимущество перед вскрышными лопатами при большой мощности вскрыши (свыше 30 м), при низкой несущей способности грунтов и в стесненных условиях карьера, где требуется высокая маневренность. У драглайна меньшая металлоемкость и стоимость по сравнению со вскрышными лопатами при одинаковых рабочих параметрах. Он не уступает вскрышной лопате по производительности, особенно в условиях хорошо подготовленных взрывом забоев. Эксплуатация драглайнов разрешается на высоте не выше 1 000 м над уровнем моря при скорости ветра до 20 м/c (НКМЗ) и до 25 м/с (УЗТМ) при относительной влажности воздуха не выше 90 %.

16

Шагающие экскаваторы в СНГ выпускают УЗТМ в России (рис. 1.3) и НКМЗ на Украине.

УЗТМ выпускались следующие модели драглайнов:

с 1949 по 1959 гг.	ЭШ-14.75 и ЭШ-14.65 (к моменту выпуска	27	шт.
	самые мощные в мире), ЭШ-10.75
1958 г.	ЭШ-25.100 № 1
1967 г.	ЭШ-25.100А № 2
1971 г.	ЭШ-25.100А № 3
с 1959 г.	ЭШ-15.90	25	шт.
с 1965 по 1980 гг.	ЭШ-15.90А	119	шт.

с1981 по 2001 гг. ЭШ-20.90

с1978 по 1979 гг. ЭШ-40.85 № 1 и 2

с 1982 г.	ЭШ-40.85С
1977 г.	ЭШ-100.100 № 1, ЭШ-65.100

Рис. 1.3. Шагающий экскаватор в забое разреза «Черногорский»

УЗТМ планирует выпускать ЭШ-20.90 большей (на 25 %) производительности. По спецзаказу выпускаются ЭШ-15.100 и ЭШ-40.100. Последняя модель признается наиболее перспективной на ближайшие

10–15 лет.

17

ОАО «Уралмаш» предлагает заказчикам 13 типоразмеров шагающих экскаваторов, в том числе 6 (отмечены звездочкой) с пониженным на 20–25 % удельным давлением на грунт:

	Базовая модель	Модификация
	ЭШ-11.75	ЭШ-15.100
	ЭШ-20.90
	ЭШ-25.90*	ЭШ-24.95
		ЭШ-20.100*
		ЭШ-15.110*
	ЭШ-40.100	ЭШ-30.110*
		ЭШ-25.120*
	ЭШ-65.100	ЭШ-40.130
	ЭШ-100.125

Начиная с 1949 г., ОАО «Уралмаш» выпустил 240 крупных шагающих экскаваторов с ковшами вместимостью от 14 до 100 м3 и длиной стрелы от 65 до 100 м.

Новое направление в развитии экскаваторов-драглайнов ОАО «Уралмаш» – гусеничные драглайны (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Техническая характеристика

гусеничных драглайнов ОАО «Уралмаш»

Показатель	ЭДГ-3,2.30		ЭДГ-3,2.30А	ЭДГ-4.25		ЭДГ-4.25А
Вместимость ковша, м3		3,2			4,0
Длина стрелы, м		30			25
Радиус черпания наиболь-	28,9		29,9		24,4
ший, м
Высота выгрузки наиболь-	10,65				8,65
шая, м
Среднее удельное давление	1,6		1,3	1,6		1,3
на грунт, кгс/см2
Масса экскаватора, т	189		194	184		189
Ширина гусеничного зве-	1 100		1 400	1 100		1 400
на, мм

Примечание. Остальные показатели для этих модификаций драглайнов имеют общие значения: угол наклона стрелы – 30о, глубина черпания наибольшая – 15 м, скорость передвижения – 0,55 км/ч, допустимый наклон рабочей площадки – 3о, расчетная продолжительность цикла при работе в отвал и угле поворота 120о – 42 с, мощность сетевого двигателя – 250 кВт, масса закладного противовеса – 30 т.

18