Повышение эффективности работы скреперов на карьерах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

__ Коротко об авторах

контроля и анализа состояния МЗМР нужна техника нового поколения.

Блохин В.С., МаличН.Г. - Национальная металлургическая академия Украины.

------------------------------------------------- © Е.С. Клигунов, 2006

УДК 621.879.38:622.232 Е.С. Клигунов

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

СКРЕПЕРОВ НА КАРЬЕРАХ

Дальнейшее повышение эффективности освоения месторождений открытым способом, требует разработки и внедрения новых технологий производства работ. Несмотря на то, что в последние годы предложен ряд новейших способов ведения открытых горных работа, теме не менее, наибольшее распространение получили технологии с использованием комплектов машин: экскаватор - автосамосвал - бульдозер. Однако установлено [1], что при небольших дальностях транспортировки до 3,5 км, самоходные скреперы

Семинар № 16

являются более эффективными, по ряду объективных причин:

- скорость транспортировки породы практически такая же, как у автосамосвала из-за дорожных условий;

- отсутствие простоев под загрузкой и возможность загрузки с ходу;

- наибольшая удельная грузоподъемность и металлоемкость отнесенная к объему перевозимой породы.

Повысить производительность и сократить эксплуатационные затраты при

работе выпускаемых в настоящее время скреперов, возможно за счет применения различных интенсифи-каторов загрузки, к которым относится и механизм импульсных колебаний ковша (рис. 1).

Отличительными особенностями скрепера с интенсификатором, обеспечивающим импульсные колебания ковша, являются:

- наличие цельной тяговой рамы от тягача до задней оси скрепера;

- наличие заднего механизма подъема опускания ковша, с возможностью работы в импульсном режиме;

Рис. 1. Скрепер с интенсификатором загрузки «импульсные колебания ковша»: 1 - базовый тягач; 2 -Тяговая рама; 3 - ковш; 4 - гидроцилиндры переднего механизма подъема-опускания; 5 - гидроцилиндры заднего механизма подъема-опускания; 6 - гидроцилиндры подбора призмы волочения; 7 -промежуточная рама; 8 - двуплечий рычаг; 9 - гидроаккумуляторы; 10 -механизм подъема заслонки; 11 -механизм разгрузки ковша

Рис. 2. Работа импульсного механизма в процессе черпания породы скрепером: а - положение ковша до импульса; б - положение ковша после импульса

Рис. 3. Расположение породы в ковше скрепера в процессе черпания (экспериментальные данные):

1 - ковш; 2 - порода в ковше серийно выпускаемого скрепера; 3 - дополнительный объем породы, набранный за счет импульсных колебаний

- наличие гидроаккумуляторов для накопления энергии на осуществление импульсов.

Рис. 2

Рис. 46. ЭМокерпммрицаыии'ре'шнш)

Рис. 4

Принцип работы механизма заключается в том, что в процессе черпания по-

нраия породы ковшом скрепера с интенсификатором осуществ-

ляющим импульсные колебания ковша: 1 - грунтовый канал; 2 -фрагмент стенда для резания пород; 3 - верхняя рама; 4 - нижняя рама; 5 - модель ковша переменной длины;

6 - привод импульсного механизма;

7 - тензотяги

роды (рис. 2 а) задняя часть ковша периодически опускается вниз с ускорением свободного падения (рис. 2 б). При таком дви-

жении ковша, порода, находящаяся в задней части ковша некоторое время находится в невесомости и может продвигаться в глубь ковша вместе с призмой волочения находящейся перед ковшом. Следовательно, появляется возможность заполнения ковшей увеличенной длины.

©

£

©

5

5

5

Л

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Путь наполнения Ь, м

-Объем породы в ковше; —О— Объем призмы волочения; А Объем боковых валиков

Рис. 5. Кривые распределения срезанного объема породы в ковше и боковых валиках в зависимости от пути черпания (закрашенные точки соответствуют обычному скреперу, выколотые - скреперу с интенсификатором загрузки)

Во время выполнения импульсного движения, когда днище ковша достигает горизонтального положения, верхняя

часть породы в ковше сдвигается в сторону задней стенки (рис. 3), при этом уменьшается угол естественного откоса. Это явление происходит из-за встряхивания грунта в ковше и установлено А.Н. Зелениным [2].

Большинство интенсификаторов, кроме повышения наполнения, позволяют увеличивать емкость ковша. Ширина ковша ограничивается дорожными габаритами и сцепными возможностями базового тягача. Наращивать ковш в высоту нецелесообразно из соображений энергоемкости процесса наполнения, но возможно до определенного предела увеличивать длину ковша. С целью определения эффективной длины ковша, в лаборатории кафедры «Строительные и дорожные машины» был разработан и изготовлен экспериментальный стенд (рис. 4) с моделью ковша скрепера МоАЗ-6014, принятого за прототип, выполненной в масштабе 1:8. Работа стенда осуществлялась с соблюдением масштабов скорости. Кинематика подвески ковша, длина и положение гидроцилиндров переднего механизма подъема опускания относительно тяговой рамы и длина промежуточной рамы, изучалась отдельно и подбиралась с таким расчетом, чтобы относительные перемещения режущей кромки ножа, в направлении движения скрепера, вследствие работы импульсного механизма - были минимальны. Допускалось только незначительное увеличение глубины резания.

В результате экспериментальных исследований было установлено, что прирост объема породы в ковше прототипе за счет импульсных колебаний составляет 23 % (рис. 3).

Теоретически исследовалась энергоемкость процесса копания, на основании теории К.А. Артемьева [3], для чего была составлена математическая модель процесса наполнения ковша обычного скрепера и скрепера с интенсификатором с ковшом любой длины. С помощью математической модели возможно аналитическое определение объема и контуров породы в ковше, на любой стадии процесса наполнения (рис. 5). В модели процесса наполнения, в первом приближении, поверхности породы в ковше приняты плоскими, а определение объема и контуров проводится на основании двух условий:

- равенства объемов срезанной породы и породы находящейся в ковше и боковых валиках, с учетом коэф-фициента разрыхления (рис. 6);

- точка максимального подъема породы в ковше, всегда лежит на одной прямой расположенной под некоторым углом к днищу ковша и проходящей через верхнюю грань ножа.

Дополнительные затраты энергии на привод механизма импульсных колебаний вычислялись с помощью дифференциальных уравнений движения механизма в форме уравнения сил. Звеном приведения всех усилий и сопротивлений, возникающих в процессе черпания породы и осуществлении импульсного движения ковшом, был принят шток гидроцилиндра заднего механизма подъема опускания ковша. Усилие в штоке определялось как равнодействующее от двух усилий в относительном и переносном движении ковша. Дополнительные энергозатраты приравнивались работе сопротивления полученных усилий, выдвижению штока. Установлено, что практически для любой длины ковша (в пределах от 100 до 160 % удлинения) дополнительные энергозатраты не превышают 5 %.

Рис. 7. -Зависимость себестоимости и производительности скреперов с интенсификатором загрузки, обеспечивающим импульсные колебания ковша, от длины ковша при разных дальностях транспортировки породы (х - показатели обычного скрепера): а - при дальности транспортировки 100 м; б -при дальности транспортировки 1100 м; в - при дальности транспортировки 2300 м; г - при дальности транспортировки 3500 м

Необходимый запас энергии на осуществление импульсных колебаний можно производить во время порожнего хода скрепера и на участках спуска при загруженном ковше.

На основании теоретических исследований и данных эксперимента было установлено, что коэффициент динамичности нагрузок действующих на скрепер в про-

цессе копания равен двум и, следовательно, находится в допустимых пределах.

Эффективная длина ковша скрепера с интенсификатором импульсных колебаний определялась по оптимумам зависимостей себестоимости машиносмены и сменной производительности (рис. 7), анализ которых показывает, что эффективная длина

Путь наполнения Ь, м # Максимум производительности; Минимум себестоимости

Рис. 8. Зависимость эффективной длины ковша от дальности транспортировки

уменьшается при увеличении дальности транспортировки породы (рис. 8).

В сравнении с существующими скреперами без интенсификаторов загрузки, скрепер предлагаемой конструкции, выиг-

рывает в производительности и себестоимости машиносмены в 1,3- 1,15 раза в зависимости от дальности транспортировки породы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шемякин С. А., Клигунов Е. С., Иван-

ченко С. Н. Новые технологии открытых горных работ с применением выемочных машин послойного фрезерования, большегрузных скреперов с интенсификаторами загрузки, скрепер-дозеров и карьерных гидравлических экскаваторов с раскрывающимися ковшами. //Роль горной науки в рациональном освоении

минерального сырья Дальневосточного федерального округа. Хабаровск: ДВО РАН, Приамурское геогр. общество. 2003. С. 212-221.

2. Основы разрушения грунтов механическими способами. Зеленин А.Н. Изд. 2-е перераб. и доп. М., изд-во «Машиностроение» 1968.-376 с.

3. Артемьев К.А. Основы теории копания грунта скреперами. М.: Машгиз. 1963.-123 с.

— Коротко об авторах

Клигунов Е. С. - старший преподаватель кафедры «Строительные и дорожные машины» со специализацией «Открытые горные работы» Хабаровского государственного технического универ-ситетата (ХГТУ).