CC BY
28
Представляется, что создание НТС, ЦНТП, а также накопление и отработка опыта формирования сквозного механизма управления качеством горных машин позволит повысить их конкурентоспособность.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Терёхин В.И. Повышение эффективности производства новой техники, М., Экономика, 1987
2. Кушлин В.И. Взаимодействие науки и производства, М., Экономика, 1986
3. Гличев А.В. Коренное повышение качества продукции - важный фактор ускорения, М., Экономика, 1988.
— Коротко об авторе —
Квагинидзе В.С. - д.т.н. проф., МГГУ.
&_
--© К.Н. Трубецкой, А.Н. Домбровский,
И.А. Сидоренко, 2008
УДК 622.001.89:622.68
К.Н. Трубецкой, А.Н. Домбровский, И.А. Сидоренко
КРАНЛАЙНЫ - ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЕ ВЫЕМОЧНО-ПОГРУЗОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
28
Т^орнодобывающая промышленность Российской Федерации -Я. играющая значительную роль в экономике страны, базируется в основном (70-80 %) на открытом способе добычи твердых полезных ископаемых. На современном этапе развития открытых разработок как на действующих предприятиях, так и при вовлечении в эксплуатацию новых месторождений имеет место перманентное увеличение глубины карьеров и разрезов с соответствующим возрастанием крепости пород, экскавация которых возможна только после буровзрывного рыхления. С технологической точки зрения растет долевое участие транспортной системы открытой разработки, составляющей в настоящее время в угольной промышленности 75 %, а в других горнодобывающих отраслях - черной, цветной металлургии, алмазодобывающей промышленности, горнохимической промышленности, промышленности строительных материалов - практически 100 %. Естественное возрастание глубины открытых разработок в известной степени ухудшает технико-экономические показатели этого перспективного способа добычи, прежде всего, из-за возрастания объемов вскрышных работ и увеличения стоимости транспортирования горной массы в режиме подъема средствами автомобильного и железнодорожного транспорта.
Усложнение горногеологических условий открытых горных работ приводит к поиску технологических решений, направленных на повышение эффективности горного производства, в числе которых - увеличение высоты уступов на карьерах и повышения уровней транспортных горизонтов. За последние пол века с ростом мощности карьерных механических лопат и увеличением вместимости их ковша с 3-4 м3 до 15-20 м3 Высота копания возросла лишь в 2 раза и достигает 16-18 м. Применение мехлопат с удлиненным рабочим оборудованием для верхней погрузки не получило широкого распространения из-за соответствующего уменьшения вместимости ковшей и снижения производительности.
Между тем в современной практике открытых горных работ наметилась тенденция к использованию драглайнов способных разрабатывать уступы нижним черпанием, для погрузки пород в автосамосвалы и думпкары. Такая технология применяется, например, на Лучегорском угольном разрезе, на карьере СевероОнежского бокситового рудника, на глиняном карьере Воронежского рудоуправления, на железорудном карьере Михайловского
29
ГОКа, на Нерюнгринском угольном разрезе. На этих предприятиях используются серийные драглайны с ковшами вместимостью 6-10 м3 при обязательном уменьшении длины стрелы с 70 м до 50 м. с целью улучшения обзора места разгрузки традиционного ковша, что, тем не менее, приводит к систематическим просыпям экскави-руемых пород при разгрузке ковша через зубья, существенному снижению производительности процесса погрузки из-за сложности прицеливания на большом расстоянии от кабины машиниста, больших колебаний ковша над кузовом транспортного средства, а также возникновения опасности попадания кусков горной массы на кабину автосамосвала, что вынуждает выводить персонал из опасной зоны во время разгрузки.
Казалось бы, наиболее простым и сравнительно недорогим способом совершенствования процесса разгрузки традиционного ковша драглайна может быть его оснащение так называемым устройством прицельной погрузки (УПП). Однако при этом сохраняются главные недостатки какой механизации: удаленность места разгрузки, раскачка ковша над транспортным средством и осуществление разгрузки ковша через зубья, что особенно при разработке взорванных скальных и полускальных пород неизбежно приводит к значительным просыпям, что недопустимо с точки зрения безопасности процесса.
Решение задачи разработки высоких уступов возможно на основе создания инновационного выемочно-погрузочного оборудования. В основе высокоэффективной технологии, разработанной в Институте проблем комплексного освоения недр РАН совместно с Национальным центром горного производства - Институтом горного дела им. А.А. Скочинского лежит применение нового вида экскаваторов - кранлайнов сочетающих в себе преимущества традиционных драглайнов и карьерных механических лопат. Применение кранлайнов обеспечивает возможность отработки нижним черпанием уступов высотой 30 м и более с расположением транспортного оборудования на верхней площадке уступа.
Конструктивными особенностями кранлайна являются оснащение шагающего экскаватора дополнительной третьей однока-натной лебедкой для заброса порожнего ковша коробчатого типа, разгружаемого через открываемую шарнирно подвешенную заднюю стенку (подобно днищу ковшей карьерных мехлопат); размещение блоков подъема груженого ковша в средней части нижнего
30
пояса стрелы; использование стрелы Г- образной формы с целью сокращения радиуса разгрузки и улучшения условий работы оператора.
Предложенная конструкция рабочего оборудования кранлайна (драглайна шагающего погрузочного ДШП) позволяет сочетать главные преимущества мехлопаты, заключающиеся в практически безударной выгрузке грунта в транспортные сосуды при высокой точности вывода ковша в точку разгрузки, и драглайна, заключающиеся в большом радиусе черпания, значительно увеличивающим параметры разрабатываемого уступа, и освобождении металлоконструкций экскаватора от чрезмерных нагрузок при копании. Конструкция такого экскаватора может быть сравнительно легко реализована на базе узлов серийно выпускаемого ряда моделей драглайнов.
Основной отличительной особенностью ДШП является осуществление функций подъема груженого ковша, после завершения черпания, двумя лебедкам: лебедкой заброса ковша, канаты которой проходят через блоки на оголовке стрелы, и подъемной, с канатами, проходящими через блоки расположенные в средней части стрелы, ближе к кабине машиниста приблизительно на радиусе разгрузке экскаватора.
Тяговый и подъемные канаты крепятся в передней части ковша, а забросный в его задней части, там, где у традиционных драглайнов крепится подъемный канат.
Задняя стенка ковша оборудуется запорным механизмом, запирающимся под действием веса задней стенки в положении ковша зубьями вниз перед забросом ковша в забой. При отрыве ковша от забоя и подъеме его к месту разгрузки цепь запора задней стенки прослаблена, и ковш остается в закрытом состоянии. При установке ковша над местом разгрузки канат заброса ковша прослабляется, ковш поворачивается в вертикальной плоскости вокруг точки, где сходятся тяговые и подъемные канаты, и занимает примерно вертикальное (100) предразгрузочное положение. Цепь запора задней стенки натягивается и через систему рычагов выдергивает засов. Такая конструкция ковша позволяет перед разгрузкой частично опускать ковш внутрь кузова самосвала, до минимума сокращая высоту падения горной массы из ковша в кузов.
Технические характеристики кранлайнов представлены в табл. 1, а конструктивная схема на рис. 1.
31
Основными преимуществами предлагаемой конструкции кранлайна является возможность разработки высоких уступов с обеспечением точной и безударной погрузки экскавируемой горной массы в транспортные сосуды в непосредственной близости от кабины машиниста.
Конструктивная схема кранлайна.
Изменение траектории движения ковша перед разгрузкой (ковш приближается к оси экскаватора, а не удаляется от нее как у обычных драглайнов) позволяет уменьшить инерционность машины при повороте, и как следствие, сократить время рабочего цикла на 15-20 % и соответственно повысить производительность экскаватора. Разработаны технические решения, исключающие боковую раскачку ковша в режиме торможения перед разгрузкой. В качестве основных транспортных средств могут применяться автосамосвалы типа БелАЗ и железнодорожные думпкары.
Процесс черпания кранлайна практически не отличается от процесса черпания традиционного драглайна и происходит за счет усилия создаваемого в тяговых канатах. Подъемные канаты выбираются по мере их прослабления, а канат забросной лебедки, регулирует угол атаки ковша, изменяя скорость его наполнения в зависимости от свойств горной породы. При завершении черпания ковш отрывается от забоя за счет натяжения подъемного и заброс-ного канатов и перемещается вверх и к радиусу разгрузки. Одновременно с подъемом ковша начинается поворот всего экскаватора на разгрузку.
32
Рис. 1
Таблица 1
Технические характеристики базовых моделей кранлайнов
Наименование параметра ДШП ДШП ДШП ДШП
12.46 15.50 20.55 25.57
Вместимость ковша, м3 12 15 20 25
Максимально допустимая статиче-
ская нагрузка на подъемных блоках, 380 470 630 790
кН
Длина стрелы, м 46 50 55 57
Угол наклона стрелы, град 32 32 32 32
Максимальный радиус черпания, м 44,7 48,3 51,6 53,3
Наибольшая глубина черпания, м 27 30 33 35
Радиус разгрузки, м 20,3- 20,3- 21-26,4 21,6-27
25,7 25,7
Радиус вращения хвостовой части
поворотной платформы, м 16 16 17 17,5
Клиренс хвостовой части поворотной 1,28 1,28 1,5 2,5
платформы, м
Диаметр базы, м 9,7 10,8 10,8 12,3
Скорость вращения поворотной
платформы, 1/мин 1,91 1,91 1,65 1,65
Скорость передвижения, м/ч 500 300 200 200
Среднее удельное давление на грунт
при работе, мПа 0,061 0,101 0,067 0,076
Допустимый уклон при передвиже-
нии, град
продольный (без поперечного) 10 10 10 10
поперечный (без продольного) 5 5 5 5
Допустимый результирующий уклон
при работе, град 3 3 3 3
Мощность приводного двигателя,
кВА 1х800 2х700 2х1000 2х1000
Напряжение подводимого тока, В 6000 6000 6000 6000
Интервал рабочих температур возду- -40 -40
ха при эксплуатации, оС -40 +40 -40 +40 +40 +40
Рабочая масса экскаватора, т 470 750 900 1100
Оптимальная грузоподъемность са- 42 - 80 80-110 110 - 180-
мосвала, т (по Н.Г. Домбровскому) 180 200
В период подъема тяговая лебедка выполняет задачу подтягивания ковша на радиус разгрузки и удержания его в этом положении. Усилие в тяговых канатах в процессе подъема практически
34
постоянное, что упрощает автоматизацию поддержания этого усилия в процессе подъема груженого ковша на выгрузку в транспорт.
Высота подъема ковша над уровнем стояния автосамосвала обеспечивает разгрузку в его кузов с учетом «шапки». Поворот экскаватора заканчивается над кузовом автосамосвала, ковш опускается и за счет прослабления забросного каната занимает вертикальное положение, при этом открывается задняя стенка ковша и он разгружается. Зазор между кузовом самосвала и ковшом в начальный момент разгрузки должен быть минимальным для обеспечения условий безударной погрузки, как это имеет место при работе мехлопат.
Затем происходит незначительный подъем ковша и поворот экскаватора в забой с одновременным прослаблением всех канатов, причем в момент касания забоя он висит только на забросном канате, что обеспечивает максимальный радиус копания.
Тот факт, что при повороте на разгрузку груженый ковш приближается к оси экскаватора, а не удаляется от нее, как это имеет места у машин традиционной конструкции, что составляет не менее 50 % от общей инерционности машины, возможно увеличение скорости его поворота и сокращение времени цикла.
Сравнение условий прицельной разгрузки в транспортные средства.
Размещение блоков наводки с тяговыми канатами вдоль поворотной платформы, что позволит избежать дополни-тельных огибаний канатами промежуточных блоков, должно выбираться так, чтобы устранить возможность трения канатов о берму безопасности.
Для сравнения на рис. 2. представлены варианты разгрузки ковша мехлопаты и кранлайна аналогичного типоразмера в транспортное средство. Можно видеть, что для мехлопаты видимая ширина кузова составляет 1,16 м и разгрузка происходит на расстоянии 12 м от глаз машиниста. Для кранлайна эти величины составляют 1,44м и 14 м соответственно, в то время как для традиционных драглайнов оснащенных УПП это величины составляют 0,59 и 34,5 м соответственно.
На рис. 3 представлена схема отработки карьера традиционными мехлопатами и заменяющими их кранлайнами.
35
Рис. 2
Схема разработки карьера с использованием традиционных мехлопат ЭКГ 15 и новых кранлайнов ДТТТП 15.50
36
Предлагаемая высокоуступная геотехнология на базе использования кранлайнов позволяет в 2-3 раза сократить как
37
ось ЭКГ-15
Рис. 3
число уступов на карьере, так и объемы строительства и содержания автомобильных и железных дорог. При этом имеет место сокращение дальности транспортирования горной массы транспортными средствами в режиме подъема, что также позволяет сократить необходимое количество транспортного оборудования и эксплуатационные расходы на его содержание. Повышение уровня расположения транспортных горизонтов существенно улучшает условия работы автотранспорта особенно при повышенной обводненности нижних горизонтов.
Таким образом, высокоуступная геотехнология на базе использования кранлайнов повышает эффективность функционирования карьерного транспорта и является основой технического переоснащения открытых разработок, пгш
— Коротко об авторах
Трубецкой К.Н. — академик РАН, Домбровский А.Н. — к.т н., Сидоренко И.А. — к.т.н., ИПКОН РАН.
38
