Перспективы развития канатных экскаваторов (Часть 1)

Переход на совершенно иную конструкцию не только замедляет инновацию продуктов, но и усложняет применение машин у традиционных покупателей. Поэтому для традиционных производителей канатных экскаваторов показаны все необходимые конструктивные задачи для совершенствования их продукции (без перехода на гидравлические экскаваторы) на базе конструкторского опыта, накопленного автором за долгие годы.

В случае замены импортированных машин местный производитель получит возможность продолжить поставлять горные экскаваторы на свой рынок.

Начиная с середины 40-х гг. прошлого века первое гидравлическое оборудование появилось на рынках. Вначале это были в основном навесные устройства для сельскохозяйственных машин. Это продолжалось примерно до 1955 г., когда гидронасосы, гидромоторы и гидросистемы управления машинами достигли такого уровня совершенствования, что их можно было применять также в более нагруженных машинах, таких как строительные. И прежде всего это были экскаваторы.

В результате постоянных модернизаций и усовершенствований гидравлических узлов гидравлические экскаваторы получили широкое распространение в 1970–80-х гг., а число изготовителей канатных экскаваторов стремительно уменьшалось. Сфера применения канатных экскаваторов также очень изменилась. Сегодня канатные экскаваторы с прямой лопатой используются в основном в горной промышленности, преимущественно с емкостью ковша выше 50 м³. Это область, в которой гидравлических добычных экскаваторов не существует и в будущем не будет существовать. Это предположение подтверждено изготовлением экспериментального экземпляра гидравлического экскаватора массой 1200 т.

Первые канатные экскаваторы появились более 100 лет назад в то время, когда использование электричества приобрело большое значение во всем мире. И c 20-х гг. прошлого века канатные экскаваторы начали изменять горную технологию на открытых разработках.

Техническая и конструктивная сторона

Гидравлические и канатные экскаваторы выполняют одну и ту же землеройно-погрузочную работу, однако конструктивно-техническое исполнение их значительно отличается.

У канатных экскаваторов применяются лебедки и канаты для выполнения рабочих функций. Рабочее оборудование состоит из ковша, стрелы с напорным механизмом и рукояти.

Принцип работы канатных экскаваторов будет более правильно называть «черпание» в отличие от «копания» у гидравлических.

Схема для расчета силы черпания FV показана на рис. 3.

где: F_v – сила черпания (Н; кН); а – плечо силы черпания (м); Q_k – вес ковша (Н; кН); b – плечо центра тяжести ковша (м); с – плечо режущей кромки ковша (м).

Сила черпания зависит исключительно от подъемного усилия, которое создает подъемный канат стрелы. В положении, равном углу 90° между подъемным канатом и местом закрепления канатa на ковше, сила черпания равна 100%-ному подъемному усилию.

Фактически максимальная горизонтальная сила напора – это реакция против веса машины GM, уменьшенная на коэффициент сопротивления движению (трению) стали о грунт.

Этот фактор зависит от физико-механических параметров материала, на котором стоит экскаватор, и колеблется от 0,45 до 0,52. Расчет для канатных экскаваторов показывает, что для современных машин использование веса для такого напорного усилия составляет всего лишь 20% от теоретически возможного усилия.

Сравнение габаритов гидравлических и канатных экскаваторов показывает, что канатный экскаватор с одинаковой емкостью ковша заметно крупнее. Головные блоки стрелы обязательно должны быть выше максимальной высоты черпания.

Как результат этих неизбежных габаритов, канатные экскаваторы имеют бóльшую массу, чем гидравлические.

У канатных экскаваторов каждая рабочая функция оборудуется отдельным электромотором.

Это влечет за собой определенные конструктивные особенности канатных экскаваторов, такие как, например, ограничение скорости при перемещении.

Другая конструктивная особенность канатных экскаваторов заключается в ограничении способности преодолевать подъемы максимально до 10–12%. Как было уже сказано, у канатных экскаваторов единственный источник энергии – электричество. Поэтому их еще называют электрическими экскаваторами.

Гидравлические экскаваторы способны работать как с дизельным, так и с электрическим приводом. Несмотря на это нет никакой разницы в компоновке приводных узлов.

Дизельный привод предоставляет возможность перемещать экскаватор в любую точку карьера без какого-либо дополнительного оборудования. Расстояние при перемещении гидравлических экскаваторов ограничивается всего лишь вместимостью топливного бака или конструкцией опорных роликов ходовой части. Вне зависимости от этого гидравлический экскаватор в любом случае может передвигаться на расстояние намного больше, чем 300 м, а у канатных экскаваторов из-за падения напряжения в питающем кабеле этот параметр не больше 300 м.

У обоих видов экскаваторов нет принципиальной разницы в конструктивном исполнении. Оба состоят из ходовой части с гусеничным ходом, поворотного механизма с поворотным кругом между ходовой частью и поворотной платформой, кабины на соответствующей высоте, обеспечивающей обзор погрузочного пространства, и рабочего оборудования, с помощью которого выполняется черпание. Хотя детали конструкции названных узлов отличаются друг от друга, они должны быть рассчитаны таким образом, чтобы все необходимые функции – движение на ходовой части, черпание или копание, поворот и разгрузка – могли быть выполнены.

Много экскаваторов с большим весом оснащаются двумя дизельными двигателями. Два идентичных дизельных двигателя, каждый из них связан со всеми узлами гидравлического оборудования – понижающим редуктором и гидронасосами, приводят экскаватор. Причина такого конструктивного решения, с одной стороны, это возможность продолжать работу даже в случае отказа одного двигателя или гидроузлов одной линии до их восстановления. С другой стороны, для экскаваторов с определенной, сверхвысокой мощностью нет соответствующих двигателей и гидроузлов.

После отказа одного двигателя экскаватор в состоянии работать на неповрежденном двигателе, хотя и с уменьшенной рабочей скоростью при нужном не уменьшающемся давлении в гидросистеме. В случае ремонта или обслуживания в ночное время всегда имеется источник освещения, и рабочая площадь может быть освещена в достаточной мере.