CC BY
33
© С.Я Левенсон, Л.И. Гендлина,
А.В. Морозов, М.Ю. Алесик,
В.М. Усольцев, 2011
УДК 622.271
С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, А.В. Морозов,
М.Ю. Алесик, В.М. Усольцев
УСЛОВИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ОТВАЛАХ
Предложено новое решение проблемы безопасности работ на автомобильных отвалах с использованием вибрационного отвалообразователя новой конструкции.
Ключевые слова: автоотвал, безопасность, отвалообразователь, вибропитатель, эффективность.
Яаибольший объем вскрышных пород доставляется на отвалы автомобильным транспортом. При формировании автомобильных отвалов на достаточно прочном горизонтальном основании, например из скальных пород, не возникает серьезных проблем, связанных с безопасностью ведения горных работ. Автосамосвалы разгру-
а)
Рис. 1. Осциллограмма колебаний: а - при
противофазном, б - при синфазном режиме
жаются вблизи бровки отвала или непосредственно под откос по периферии отвального фронта, оставшаяся часть породы перемещается под откос бульдозером.
Однако, из практики разрезов Кузбасса и других регионов России известно много примеров, когда карьерные самосвалы падают с отвалов, совершая маневры вблизи откоса, попадая в зону оползня отвального массива из непрочных, слабоустойчивых пород. Это вызвано тем, что во многих случаях автоотвалы размещаются на наклонном основании, на болотистой местности или отработанном гидроотвале. Кроме того, как правило, в первые годы эксплуатации карьеров в нижние ярусы отвалов вывозились рыхлые породы с верхних горизонтов. В последующие годы происходило неупорядоченное распределение пород различной кус-коватости и прочности по высоте отвального яруса.
При таком размещении пород превышение допустимой высоты отвала вызывает его деформации в виде оползней, что приводит к нарушениям технологического процесса, выходу из строя обо-
Рис. 2. Распределение амплитуд колебаний вдоль рабочего органа ВТУ-6
рудования, не исключены человеческие жертвы.
Решением проблемы безопасности горных работ на автомобильных отвалах может стать создание оборудования, позволяющего обеспечить удаление места разгрузки автосамосвалов от кромки откоса отвального яруса за призму возможного обрушения.
Основное оборудование на автомобильных отвалах - бульдозеры. Планировщики и экскаваторы-драглайны распространения не получили из-за высоких затрат и низкой производительности.
В России и за рубежом велись работы, связанные с созданием передвижных металлических платформ, предохранительных барьеров, бетонных эстакад, но предлагаемые технические решения в практике открытых горных работ не используются из-за усложнения процесса отвало-образования [1].
Исследования, выполненные в ИГД СО РАН [2], свидетельствуют, что, наряду с вышеуказанными средствами механизации, весьма перспективным может стать использование на отвалах вибрационной техники.
Предложены схемы отвалообразова-ния, в которых перемещение породы в отвал осуществляется вибрационными питателями значительной (более 6 метров) длины, объединенными в виброплощадки. Ширина площадок должна
соответствовать ширине кузова используемых на предприятии автосамосвалов. Кроме того, вибропитатели должны без повреждений воспринимать динамическую нагрузку от падающей из кузова самосвала горной массы и перемещать ее под откос отвального яруса с достаточно высокой скоростью, обусловленной интенсивностью прибытия транспорта на разгрузку.
Были созданы вибрационные транспортирующие устройства, способные воспринимать значительные статические и динамические нагрузки - виброленты. Однако в существующих конструкциях вибролент из-за значительного затухания колебаний вдоль рабочего органа снижается скорость транспортирования.
Один из путей уменьшения влияния затухания на характеристики машины -использование двух вибровозбудителей, установленных на определенном расстоянии друг от друга. Это позволяет рассредоточить вынуждающую силу и, как следствие, увеличить длину рабочего органа. Однако возникает необходимость обеспечить синхронную работу вибровозбудителей. Исследования совместной работы инерционных вибровозбудителей, установленных на жесткой плите [3], показали, что слабая связь между ними, осуществляемая через вибрирующее основание, оказывается во многих случаях достаточной, чтобы установилось согласованное вращение их дебалансов с одинаковой частотой и постоянным фазовым сдвигом. Особенности виброленты, как колебательной системы, явились причиной дополнительных исследований процесса самосинхронизации инерционных вибровозбудителей. Установлено, что существует устойчивый синхронный режим
вращения вибровозбудителей, близкий к противофазному (осциллограмма колебаний рабочего органа над вибровозбудителями показана на рис. 1, а) или близкий к синфазному (осциллограмма показана на рис. 1, б).
Наибольший эффект усиления колебаний на участке между вибровозбудителями достигается тогда, когда расстояние между ними выбирается в соответствии с длиной волны, возникающей в рабочем органе. При синфазном режиме это расстояние близко к длине волны, в этом случае колебания от вибровозбудителей распространяются в фазе и усиливают друг друга. В противофазном режиме вибровозбудители следует располагать на расстоянии, равном половине или полутора длинам волн.
На рис. 2 представлены кривые, характеризующие изменение амплитуды колебаний вдоль рабочего органа двухприводного вибрационного транспортирующего устройства ВТУ-6: кривая 1 - при включенном одном первом вибровозбудителе, 2 - при включенном одном втором вибровозбудителе, 3 - при двух включенных вибровозбудителях при нагрузке на транспортирующем устройстве около 30 т.
На рис. 3 приведена осциллограмма
колебаний нагруженного рабочего органа - 1, рамы - 2 и основания - 3, которая получена при двух работающих вибровозбудителях. Как следует из осциллограммы, амплитуда колебаний рамы в 10 раз, а основания в 100 раз меньше, чем амплитуда колебаний рабочего органа. Этот результат позволяет сделать вывод, что динамическое воздействие рабочего органа на основание мало и нет необходимости в сооружении мощного фундамента при монтаже, что расширяет возможности использования устройства, например, в передвижных и самоходных перегружателях.
Использование на рабочем органе двух самосинхронизирующихся возбудителей позволяет рассредоточить по нему вынуждающую силу и, как следствие, снизить влияние затухания колебаний, более равномерно распределить скорости движения материала вдоль рабочего органа, увеличить его длину, повысить производительность транспортирования на единицу затраченной мощности в 1,7-2 раза по сравнению с аналогичными одноприводными машинами.
Разработанные в ИГД СО РАН вибрационные транспортирующие устройства [4] позволили создать отвалообразователи для автоотвалов, промышленные испытания которых проводились на карьерах Кузбасса и Урала.
Вибрационный отвалооб-разователь представлял собой конструкцию из четырех двухприводных вибрационных транспортирующих устройств ВТУ-6 длиной 6 метров, установленных под углом 100 к горизонту на раме с бортами. Рама оборудовалась салазками из полых
Рис. 3. Осциллограмма колебаний рабочего органа (1), рамы (2), основания (3)
Гидроцилиндр поворота I Приемной площадки
Рис. 4. Вибрационный отвалообразователь
труб и упором для колес автосамосвалов. Отвалообразователи размещались на специально создаваемой по всей длине отвального фронта берме.
Автосамосвалы грузоподъемностью 40 т разгружались на виброплощадку отвалообразователя, после чего порода перемещалась под откос отвального яруса. Передвижение отвалообразовате-ля вдоль фронта работ осуществлялось бульдозером.
Эффективность применения таких устройств оценивалась в сравнении с бульдозерным отвалообразованием. Исследованиями установлено, что использование вибрационных отвалообразова-телей позволяет сократить парк бульдозеров, повысить пропускную способность отвального фронта и, как следствие, сократить число отвалов и ярусов, а также длину автомобильных дорог с одновременным повышением безопасности ведения горных работ и возможностью увеличения высоты отвального яруса. Вместе с тем конструкция этого отвалообразовате-ля требовала выполнения дополнительной технологической операции - формирования бермы для его размещения.
В настоящее время наблюдается значительный рост грузоподъемности карьерных автосамосвалов. Большая нагруз-
ка на отвальный массив, сформированный из пород с низкими прочностными характеристиками и размещенный на слабом основании, а также увеличение высоты отвалов могут спровоцировать аварийную ситуацию.
Для обеспечения безопасной и высокоэффективной работы автосамосвалов грузоподъемностью 130.. .320 т при формировании отвалов на слабом основании из пород низкой прочности предлагается использовать самоходный гидрофицированный отвалообразователь (рис. 4), который состоит из| опорной рамы, грузонесущего рабочего органа, подъемного механизма и механизма передвижения шагового типа (на рисунке не показан). Опорная рама оборудована упором для колес автосамосвалов. Грузонесущий рабочий орган состоит из приемной площадки, вибрационных транспортирующих устройств и бортов [5].
Подъемный механизм включает силовые гидроцилиндры, соединенные шарнирно с опорной рамой и бортами грузонесущего рабочего органа. Поворот приемной площадки относительно вибрационных транспортирующих устройств осуществляется гидроцилиндрами. Процесс формирования отвала условно можно разбить на несколько этапов:
- отвалообразователь при помощи механизма передвижения устанавливается у кромки откоса отвального яруса на спланированной горизонтальной площадке;
- автосамосвал задним ходом приближается к отвалообразователю до контакта колес с упорами (рис. 5 а);
- осуществляется подъем приемной площадки и производится разгрузка автосамосвала (рис. 5 б);
ІГГІІГ'ПП—ЇЇГ^1ТГ\
Рис. 5. Схема работы вибрационного отвалообразователя
- после отхода автосамосвала загруженный породой грузонесущий рабочий орган поворачивается силовыми гидроцилиндрами относительно опорной рамы на определенный угол (рис. 5 в);
- включаются вибрационные транспортирующие устройства, и порода перемещается под откос уступа. Рабочий орган возвращается гидроцилиндрами в исходное положение и осуществляется его загрузка следующим автосамосвалом.
Использование вибрационного отвалообразователя позволяет удалить место разгрузки автосамосвала от кромки откоса отвального яруса за призму возможного обрушения. При этом решается одна из проблем открытых горных работ: существенно повышается безопасность выполнения наиболее затратного технологического процесса - автомобильного отвалообразо-вания.
1. Интенсификация погрузочно-транспортных работ на карьерах / С.Г. Молотилов, Е.И. Васильев, ОБ. Кортелев, В.К. Норри, С.Я. Ле-венсон, Л.И. Гендлина, А.Я. Тишков // Новосибирск: Издательство СО РАН. 2000.
2. Внешнее отвалообразование на карьерах / О.Б. Кортелев, В.И. Ческидов, С.Г. Молотилов,
В.К. Норри // Новосибирск: РИЦ «Золотые слова», 2009.
3. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. // М.: Наука, 1971. - 894 с.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Авторское свидетельство № 1161438. В 65 G 27/00. Вибрационный отвалообразователь / В.И. Креймер, А.Я. Тишков, С.Г. Молотилов,
С.Я. Левенсон, А.Ф. Кайгородов. Опубл. 15.06.1985, Бюл. № 22.
5. Патент на ПМ 88004. МПК8 В 65 G 27/00. Вибрационный отвалообразователь. /
С.Я. Левенсон, Л.И. Гендлина, Ю.И. Еременко, А.В. Морозов, С.И. Протасов, В.А. Голдобин. -№ 2009113755/22; заявл. 13.04.2009; опубл. 27.10.2009, Бюл. № 30 - 2 с.: ил. ШМ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------
Левенсон Самуил Яковлевич— кандидат технических наук, заведующий лабораторией вибротехники, lev@misd.nsc.ru
Гендлина Людмила Ивановна- кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории вибротехники, gen@misd.nsc.ru
Морозов Алексей Васильевич- научный сотрудник лаборатории вибротехники Алесик Михаил Юрьевич- аспирант лаборатории вибротехники Усольцев Владимир Михайлович- научный сотрудник лаборатории вибротехники Институт горного дела Сибирского отделения РАН, Новосибирск, evg@misd.nsc.ru
