Важной тенденцией, четко проявившейся в последние годы на карьерах и разрезах мира, является постоянный рост единичной мощности горного и транспортного оборудования. Доля экскаваторов и погрузчиков с ковшом вместимостью 15 м3 и более составляет се-годня на крупных горных предприятиях 44 % от общего парка выемочно-погрузочного обо-рудования. При этом значительная доля - 30%, приходится на машины с вместимостью ков-ша 15-24 м3. Именно в этом сегменте рынка наблюдается высокая конкуренция между ос-новными производителями погрузочного оборудования.
Анализ показывает, что несмотря на значительный интерес потребителей к гидравлическим экскаваторам и колесным погрузчикам, горные предприятия по-прежнему отдают предпочтение канатным электрическим экскаваторам.
Канатный электрический экскаватор имеет в 2-3 раза больший, чем гидравлическая машина срок службы. Значительные дополнительные затраты, связанные с необходимостью замены выработавших свой ресурс гидравлических экскаваторов, приводят к росту себе-стоимости добычи полезного ископаемого и делают более целесообразным применение ка-натных машин.
Благодаря меньшему числу подвижных деталей и узлов электрический канатный экскаватор более надежен и имеет более высокий коэффициент готовности. Малый радиус чер-пания гидравлических экскаваторов заставляет устанавливать их ближе к забою и автосамо-свалу, что отрицательно влияет на безопасность работ. А использование на гидравлических машинах дизеля приводит к значительному отрицательному влиянию на окружающую среду, что особенно актуально для глубоких карьеров, проветривание которых затруднено.
На горных предприятиях России имеется многолетний опыт эксплуатации крупных канатных электрических экскаваторов с ковшом вместимостью 20 м3 - ЭКГ-20. Первая такая машина выпущена Уралмашзаводом, входящим сегодня в корпорацию "Объединенные ма-шиностроительные заводы" (группа "Уралмаш-Ижора"), еще в 1979 году.
ЭКГ-20 это мощный высокопроизводительный экскаватор, предназначенный для погрузки скальных пород в транспортные средства особо большой грузоподъемности. Он специально спроектирован для использования в экстремальных горно-геологических и клима-тических условиях, что отразилось на выборе его общей компоновки, конструктивных реше-ниях отдельных узлов, в применяемых материалах, наличии специальных систем и устройств, обеспечивающих надежную работу машины при температурах окружающего воздуха до минус 50 градусов.
Машина представляет собой прямую лопату с реечным напором, двухба-лочной рукоятью, малоопорным гусеничным ходом и электрическим приводом всех меха-низмов. Реечный напор с двухбалочной рукоятью обеспечивает жесткость рабочего органа и позволяет осуществлять эффективную разработку пород в наиболее тяжелых условиях.
С 1947 года Уралмашзавод выпустил более 12500 карьерных экскаваторов с ковшами вместимостью от 3 до 20 м3, которые успешно работают на многих предприятиях России, государств СНГ, Германии, Индии, Китая, Египта, Румынии и других стран.
Опыт эксплуатации этих машин показал правильность принятых конструктивных ре-шений. Конструкция ЭКГ-20 отличается простотой, обеспечивает создание больших рабочих усилий, придает машине высокую маневренность и облегчает управление экскаватором.
Несущие металлоконструкции поворотной платформы, нижней и гусеничных рам, корпуса стрелы изготовлены из легированной стали 10ХСНД, напорная рукоять - из высоко-прочной легированной стали ВС(12ХН2МФАЮ), а детали ковша, подверженные интенсив-ному абразивному износу, изготовлены из марганцовистой стали 110Г13Л.
Механизм напора выполнен со встроенным редуктором и двухдвигательным электро-приводом. Двухдвигательная лебедка подъема оснащена усовершенствованными эластич-ными муфтами с соединением валов на эвольвентных шлицах. Четырехдвигательный механизм поворота снабжен пружинными амортизаторами для гашения резонансных колебаний при динамических нагрузках.
Гусеничный ход открытого типа имеет два независимых привода. Независимый при-вод каждой гусеницы от собственного электродвигателя, размещенного на раме ходовой тележки, обеспечивает высокую маневренность экскаватора.
Впервые в практике отечественного экскаваторостроения был применен прогрессив-ный электропривод по системе "тиристорный преобразователь - двигатель постоянного то-ка", обеспечивающий требуемое быстродействие, плавность выбора зазоров и высокую сте-пень управляемости приводов. Индивидуальный привод постоянного тока механизмов подъ-ема, напора, поворота и хода с питанием от силовых тиристорных преобразователей позво-лил отказаться от установки машинных преобразователей.
Для обеспечения эксплуатации при температуре до минус 50 градусов предусмотрен подогрев пневмоцилиндров тормозов, масляных ванн и баков, а также обогрев воздуха в ку-зове. Пневмосистема снабжена специальным устройством для предотвращения замерзания конденсата. Фильтровентиляционная установка подает в кузов очищенный воздух и создает в нем избыточное давление, исключающее подсос запыленного наружного воздуха. Это бла-гоприятно сказывается на долговечности электрической и электронной аппаратуры, а так же механических узлов экскаватора.
Первый экземпляр был смонтирован в 1980 году на разрезе "Нерюнгрин-ский" в Якутии. В течение последующих 8 лет там были введены в эксплуатацию еще 14 та-ких машин, которые использовались при производстве вскрышных работ. Забои, в которых работали данные машины, были представлены породами III-IV категории крепости при кусковатости пород от 250 до 600 мм. Высота забоя изменялась в широких пределах от 6 до 20 метров. Погрузка осуществлялась в автосамосвалы грузоподъемностью 180 тонн.
Продолжительность погрузки автосамосвала составила в среднем 178 секунд. Макси-мальная производительность в грунтах IV категории составила 27,4 тыс. м3/сут, 445 тыс. м3/мес и 4153 тыс.м3/год.
Опыт эксплуатации ЭКГ-20 в экстремальных условиях Южной Якутии показал, что экскаватор обладает достаточными силовыми и скоростными параметрами. Необходимо учитывать, что он эксплуатировался в суровых климатических условиях, в отсутствии на первом этапе ремонтной базы и опытных экипажей.
В процессе эксплуатации выявилась необходимость в изменении ряда конструктив-ных и технологических решений отдельных узлов и деталей, некоторых рабочих параметров по сравнению с техническим заданием. Модернизация экскаваторов производилась как при переработке техдокументации при ежегодном запуске ее в производство, так и на уже экс-плуатирующихся машинах. С 1982 по 1990 год были проведены три модернизации, которые значительно улучшили работу ЭКГ-20.
С 1982 по 1990 год были проведены три модернизации, которые значительно улучши-ли работу ЭКГ-20. По результатам работы ЭКГ-20 на разрезе "Нерюнгринский" была проведена глубокая модернизация и создан экземпляр ЭКГ-20А.
Конструктивные особенности ЭКГ-20А :
- перенос вперед оси напорного вала и увеличение хода рукояти, обеспечившие улучшение рабочих параметров,
- усиление корпуса и коромысла ковша, механизма открытия днища,
- автоматическое устройство защиты корпуса стрелы от удара ковшом,
- увеличение прочности корпуса стрелы за счет применения более прочной стали,
- усиление зубчатых передач подъемной лебедки,
- увеличение объема воздухосборников пневмосистемы,
- увеличение жесткости кузова
- введение в кабине дополнительного окна в нижней части для лучшего обзора ближ-ней к машине части забоя. Введение управления приводами главных механизмов, ручными командоконтроллерами, увеличение мощности отопителей,
- увеличение твердости материала кольцевых рельсов опорно-поворотного устройства. Введены устройства, облегчающие подтяжку гаек центральной цапфы,
- снижение удельного давления на грунт за счет расширения гусеничных лент,
- раздельное натяжение гусеничных лент с помощью встроенных гидравлических домкратов без натяжной оси,
- применение аккумуляторных батарей для аварийного освещения.
С учетом опыта эксплуатации первых машин конструкция стрелы и рукояти были из-менены. Редуктор напорного механизма встроен в корпус стрелы, изменилась решетка внутренних стенок и диафрагм стрелы. Новая конфигурация рукояти исключает удар вообще по средней части стрелы и сосредоточенный удар по верхней части стрелы. В нижней части, где возможен удар при забросе ковша к гусеницам, установлены мощные амортизаторы.
Для металлоконструкций стрелы и рукояти разработана сталь с пониженным содер-жанием серы и фосфора, повышенной ударной вязкостью (до 70 Дж/см2) при температуре до минус 70 градусов и повышенными механическими свойствами.
Для эффективной защиты тиристорных электроприводов от сверхтоков и тем самым снижения износа электрооборудования при динамических перегрузках введено емкостное гашение тиристоров на всех приводах в сочетании с дифференциальной защитой, обеспечи-вающей отключение преобразователя при меньшей величине аварийного тока. Это позволи-ло исключить реакторы ФРОС - 1000. В шкафах приводов поворота и подъема введены устройства динамического торможения, выполненные на базе тиристорных ключей ( взамен релейно-контакторной аппаратуры ). На освободившееся место размещено фильтро-компенсирующее устройство (ФКУ), обеспечивающее улучшение энергетических показате-лей электроустановки экскаватора, сети разреза, уменьшение сечения токоведущих жил пи-тающего кабеля.
Для уменьшения количества отказов, приводящих к аварийным режимам силовой це-пи, повышена надежность системы импульсно-фазового управления (СИФУ) за счет упоря-дочения номенклатуры применяемых изделий электронных ячеек, исключения нестабильных элементов и узлов, сокращения числа регулировок, а так же индикации состояния СИФУ и облегчения поиска неисправностей.
Для уменьшения утомляемости машиниста, улучшения обзора рабочего оборудования из кабины установлен новый напольный пульт с двухкоординатным командоконтроллером, обеспечивающий одновременное управление правой рукой приводами подъема и поворота ( педальный ножной командоконтроллер привода поворота исключен ).
С целью повышения надежности работы механо-и электрооборудования в зимнее время в системе управления предусматривается возможность оперативной сезонной перена-ладки.
Параметры ЭКГ-20А в сравнении с ЭКГ-20 приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Параметры | ЭКГ-20 | ЭКГ-20А |
| Вместимость ковша, м3 | 20 | 20 |
| Длина стрелы, м | 17 | 17 |
| Угол наклона стрелы, град | 50 | 45 |
| Радиус черпания наибольший, м | 21,6 | 23,4 |
| Радиус черпания на уровне стояния, м | 13,7 | 15,2 |
| Высота черпания наибольшая, м | 17,9 | 17,0 |
| Радиус выгрузки наибольший, м | 19,4 | 20,9 |
| Высота выгрузки наибольшая, м | 12 | 11,5 |
| Среднее удельное давление на грунт при движении кгс/см2 | 3,8 | 3,16 |
| Скорость передвижения по подготовленной трассе, км/час | 0,88 | 0,88 |
| Масса рабочая, т | 1100 | 1050 |
До настоящего времени было выпущено пять моделей. Три из них экс-плуатируются в ОАО "Разрез Красногорский" в Кузбассе (рис.1).
В настоящее время экземпляр используются на разработке вскрышных по-род, представленных аллевролитами и песчаниками с объемным весом 2,56 т/м3. По трудно-сти разработки породы относятся к IV категории. Удельный расход ВВ при рыхлении горной массы взрывом составляет 0,9 кг/м3. Экскаваторы работают в тупиковых забоях.
Погрузка горной массы осуществляется в автосамосвалы БелАЗ-75211 грузоподъем-ностью 170 тонн. В самосвал загружается пять-шесть ковшей. Время погрузки одной маши-ны 4-4,5 минуты. Производительность модели в этих условиях достигает 11733 м3/смену.
Все три модели, работающие в ОАО "Разрез Красногорский", прошли капиталь-ный ремонт. При проведении капремонтов не было заменено ни одной зубчатой передачи. Только на одной машине был заменен роликовый круг с кольцевыми рельсами. Благодаря периодической установке защитных пластин из отбеленного чугуна наработка одного ковша в среднем составила более 13 млн. кубометров горной массы.
Пятнадцатилетний опыт эксплуатации ЭКГ-20А в ОАО "Разрез Красногорский" под-твердил правильность принятых при модернизации экскаватора конструктивных решений.
В настоящее время с целью повышения эффективности работы машины фирма "ОМЗ Горное оборудование и технологии" выполнила очередную модернизацию его конструкции, предусматривающую возможность установки комплекта электрооборудования фирмы "Сименс" (трансформаторов, тиристоров преобразователей, системы управления, фильтро-компенсирующего устройства).
С целью увеличения усилия резания на зубьях ковша ЭКГ-20, увеличены длина стре-лы (на 1 метр) и усилие подъема (на 10% ). Повышена до 1,1 км / час скорость передвижения.
В результате проведенной модернизации техническая производительность экскаватора должна повыситься на 8-10%.
Увеличение объемов добычи угля и руды на карьерах мира возможно за счет техниче-ского перевооружения действующих и строительства новых крупных горнодобывающих предприятий, которые должны оснащаться оборудованием большой единичной мощности и внедрение в эксплуатацию на этих предприятиях карьерного экскаватора позволит существенно повысить эффективность отрытой разработки месторождений.
Табарин А.Д., к.т.н.,
Цветков В.Н.,
Сандригайло И.Н., к.т.н.,
Василенко М.Н.