Экскаваторы на горных работах
Обзор экскаваторного парка горных предприятий
Экскаваторный парк, состоящий сегодня на вооружении горных предприятий, почти полностью представлен традиционными машинами производства ПО «Уралмаш», ПО «Ижорский завод» (ныне компания Объединенные машиностроительные заводы – ОМЗ, Группа «Уралмаш-Ижора»), ПО «Крастяжмаш» (одноковшовые экскаваторы), ЗАО «НКМЗ» (роторные и одноковшовые экскаваторы), ОАО «Донецкгормаш» (роторные экскаваторы), ОАО «Азовмаш» (Ждановтяжмаш, роторные экскаваторы).
Для проведения основного комплекса работ на разрезах используется также следующая мощная техника:
- ЭШ-65.100 № 1 (Разрез Тулунский, Иркутский бассейн);
- ЭШ-40.100 № 1 (Разрез Мугунский, Иркутский бассейн);
- ЭШ-40.85, ЭШ-25.100;
- мощные карьерные ЭКГ-20А (разрез «Нерюнгринский», Якутия; разрез «Красногорский», Южный Кузбасс);
- ЭКГ-12 с реечным напором производства УЗТМ;
- ЭКГ-18;
- ЭКГ-12,5УС;
- импортные механические лопаты Р&Н-2300, 201М, 301М (Marion) (предприятия Кузбассразрезугля и Южного Кузбасса);
- роторные ЭРП-2500 (разрез Бородинский, Канско-Ачинский бассейн);
- комплексы с использованием ЭРШРП-5250 и ЭРШРД-5250 (разрез «Березовский», Канско-Ачинский бассейн);
- вскрышной комплекс SRs(k)-4000 (разрез «Назаровский», Канско-Ачинский бассейн).
На горных работах можно встретить и ветеранов ЭШ-5.45, ЭШ-10.60, ЭШ-15.80, ЭКГ-4 и даже СЭ-3.
Парк изношен в значительной степени, состоит из морально устаревшего оборудования, отдельные экскаваторы перешли 30-летний возрастной рубеж и продолжают работать. Такая эксплуатация возможна благодаря традиционной конструктивной схеме канатного экскаватора, простого по устройству, металлоемкого.
Параметрические ряды отечественных одноковшовых экскаваторов (механических лопат) разработаны Центрогипрошахтом еще в 1967 г. Главный параметр – вместимость ковша в м3. Предусматривалось создание двух типов экскаваторов: ЭКГ – карьерные гусеничные экскаваторы с ковшом вместимостью от 2 до 20 м3 и ЭВГ – вскрышные гусеничные экскаваторы с ковшом вместимостью от 15 до 100 м3. В настоящее время обозначение экскаваторов меняется и может зависеть от внутренних стандартов производителя.
| Параметр | ЭКГ-5Н | ЭКГ-8НУС | ЭКГ-10Н | ЭВГ-35.65М |
|---|---|---|---|---|
| Вместимость ковша, м3 | 5,2 | 8 | 10 | 32 |
| Угол наклона стрелы, м | 45 | 45 | 45 | 45 |
| Длина стрелы, м | 10,5 | 16,5 | 14,0 | 65,0 |
| Наибольший радиус копания, м | 14,5 | 21,0 | 18,4 | 65,0 |
| Наибольший радиус выгрузки, м | 12,3 | 18,6 | 16,0 | 62,0 |
| Наибольшая высота копания, м | 10,3 | 15,0 | 13,7 | 40,0 |
| Наибольшая высота выгрузки, м | 6,7 | 10,0 | 9,2 | 45,0 |
| Эксплуатационная масса, т | 210 | 380 | 400 | 3850 |
Экскаваторы типа ЭКГ представляют собой электрические полноповоротные машины (существуют модификации с первичным дизельным двигателем) со стандартным или удлиненным оборудованием (обозначаются дополнительно буквами УС и У) и предназначены для разработки и погрузки горной массы в приемные емкости транспортных средств и других специальных устройств на уровне стояния или выше уровня стояния экскаватора. Породы I и II категорий разрабатывают без предварительного рыхления с помощью буровзрывных работ, породы III категории и выше разрабатывают после рыхления. Классификация пород – по Единым нормам выработки на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности. В зависимости от климатических условий экскаваторы выпускают в исполнении «У» (умеренный, предельные границы колебания температуры ±40 °С); «ХЛ» (хладоустойчивый, колебания от +40 до –60 °С; «С» (северный) – от +40 до –50 ° C; «Т» (тропический) – от +55 до –20 °С.
Самый массовый экскаватор на сегодняшний день – это ЭКГ-5А производства завода «Уралмаш». Базовая модель ЭКГ-5А с зубчато-реечным напором выпускается серийно с 1980 г. По целому ряду конструктивных параметров базовая модель ЭКГ-5А унифицирована с выпускавшейся ранее ПО «Уралмаш» моделью ЭКГ-4,6Б. Машина показала себя вполне надежной, приспособленной для работы в самых разнообразных горно-геологических условиях. Сегодня экскаваторы этого производителя продолжают интенсивно эксплуатироваться. Необходимо отметить высокую ремонтопригодность ЭКГ-5А, с конструкцией его узлов хорошо знакомы ремонтные предприятия и службы в регионах, отсутствует дефицит на запчасти и комплектующие материалы.
| Модель экскаватора | Процентное соотношение отобщего количества работающих, % | Средний возраст, лет |
|---|---|---|
| ЭКГ-4,6Б | 5 | 29 |
| ЭКГ-5А | 21 | 17 |
| ЭКГ-8И и модификации | 17 | 20 |
| ЭКГ-10 и модификации | 10 | 12 |
| ЭКГ-12,5 (6,3У) | 4 | 17 |
| ЭКГ-15 (8У) | 2 | 13 |
| ЭШ-6.45 | 2 | 19 |
| ЭШ-10.70 (13.50) | 17 | 20 |
| ЭШ-11.70 (14.50) | 6 | 14 |
| ЭШ-15.90 | 3 | 31 |
| ЭШ-20.90 | 5 | 19 |
| Гидравлические экскаваторы заубежного производства с вместимостью ковша 2,2...5 м3 | 6 | 6...10 |
| Тяжелые мех. лопаты зарубежного производства | 1 | 10...25 |
| Сверхмощные ЭШ и ЭКГ-20 | < 1 | 4...30 |
Электропривод экскаватора выполнен по системе генератор–двигатель с управлением от магнитных усилителей. Уралмаш предлагает также исполнение ЭКГ-5Д с первичными дизельными двигателями, что часто требуется на горных работах при удаленности линий электропередачи и невозможности их подвода к участку работ. Основные металлоконструкции экскаватора изготовлены из низколегированной стали марки 10ХСНД, составные ковша – из износостойкой высокомарганцовистой стали 110Г13Л, элементы силовых передач – из легированных сталей.
Одним из возможных исполнений экскаватора является оборудование ковша встроенными пневмоударными зубьями (ЭКГ-5В), автоматически включаемыми в работу при увеличении сопротивления при копании. По заверениям представителей завода, эта система позволяет разрабатывать трещиноватые породы и угли малой и средней крепости без предварительного рыхления их взрывом.
ЭКГ-5А-Ус, еще одна модификация ЭКГ-5А с удлиненными линейными параметрами рабочего оборудования, предназначен для отработки более высоких уступов и может использоваться при погрузке в автосамосвалы грузоподъемностью 75...110 т.
Экскаватор ЭКГ-8И Ижорского завода и его модификации ЭКГ-4У и ЭКГ-6,3УС занимают второе место по широте применения в горной промышленности. Начиная с 1987 г. Ижорский завод перешел от ЭКГ-12,5 и ЭКГ-8И к производству экскаваторов нового модельного ряда с иными типоразмерами на базе ЭКГ-15 и ЭКГ-10 (в том числе продукция тиражируется заводом «Крастяжмаш»).
Модификации на базе ЭКГ-10 – это ЭКГ-5У и ЭКГ-8УС с удлиненным рабочим оборудованием, ЭКГ-10М – с уширенным ковшом вместимостью 11,5 м3 и лучшей заполняемостью ковша (предназначен для применения в угольных разрезах), ЭКГ-10Р с ковшом 8 м3 имеет увеличенное подъемное усилие до 110 т и рядную подъемную лебедку с увеличенным межцентровым расстоянием редуктора. Модификации ЭКГ-15 – ЭКГ-12,5УС и ЭКГ-8У оснащены удлиненным рабочим оборудованием. Электропривод на современных ЭКГ-10 и ЭКГ-15 и их модификациях выполнен по системе генератор–двигатель с тиристорным возбуждением.
На всех карьерных экскаваторах производства Ижорского завода есть ряд единых решений в конструкции, которые успели зарекомендовать себя в работе. Это шарнирно-сочлененная, разгруженная от кручения стрела, канатный напор, однобалочная рукоять, раздельный привод на каждую гусеницу, секционный кузов, сквозная унификация базовой модели и удлиненных модификаций за счет двукратного полиспаста подвески ковша базовой модели и др. Двухсекционная конструкция стрелы позволяет избежать изгибающих нагрузок на корпус, как это происходит с экскаваторами производства завода «Уралмаш», однако однобалочная рукоять круглого сечения хуже приспособлена для разработки плохо взорванных скальных забоев. При неравномерном воздействии на режущую кромку ковша от негабаритов при черпании рукоять, не обладая жесткой фиксацией в седловом подшипнике, поворачивается вокруг оси, что затрудняет наполнение ковша.
Относительно новая и перспективная модель ЭКГ-12 (14) завода «Уралмаш» с реечным напором имеет модификации ЭКГ-12В с пневмоударными зубьями и ЭКГ-9УС с удлиненным рабочим оборудованием. Жесткая двухбалочная рукоять экскаватора хорошо подходит для разработки тяжелых скальных пород в забоях с большими кусками взорванной скальной массы. Главные механизмы экскаватора имеют индивидуальный регулируемый привод постоянного тока и цифровую систему управления, привод по системе генератор–двигатель с тиристорным возбуждением.
Завершает линейку карьерных канатных экскаваторов отечественного производства мощный ЭКГ-20А завода «Уралмаш» с реечным напором и двухбалочной рукоятью. Он предназначен для работы с транспортом грузоподъемностью не менее 170 т. Электропривод – по системе тиристорный преобразователь–двигатель.
ЭКГ-20А и ЭКГ-12 не относятся к машинам широкого тиражирования, их было изготовлено только несколько единиц.
От славных флагманов отечественного экскаваторостроения ЭВГ-15 и ЭВГ-35.65 сегодня остались лишь воспоминания и редкие фотографии. Вскрышные механические лопаты уже не удовлетворяют современным горно-геологическим условиям в карьерах. Там сегодня находят применение высокопроизводительные экскавационно-транспортирующие комплексы с использованием роторных экскаваторов или мощных одноковшовых экскаваторов вкупе с большегрузными автосамосвалами. В большей мере альтернативой вскрышным механическим лопатам ЭВГ выступили мощные шагающие драглайны.
В обозначении экскаватора шагающего (ЭШ) с оборудованием драглайна цифры, стоящие до точки, показывают вместимость ковша в м3, после точки – длину стрелы в м. Преимущества драглайна – значительные рабочие радиусы, возможность работы как верхним, так и нижним черпанием. Драглайн незаменим при перевалке пород, применяется на вскрышных работах при бестранспортной системе разработок, на отвалах, грунтах с малой несущей способностью, при проходке траншей и т. д. Наиболее распространенный драглайн ЭШ-10.70А и его модификация ЭШ-13.50 производства НКМЗ, который выпускали серийно с 1971-го по 1991 г. За этот период было выпущено более 500 машин, большая часть которых продолжает работать на горнодобывающих предприятиях России.
| Параметр | ЭШ-6,5.45М | ЭШ-11.70 | ЭШ-14.50 | ЭШ-15.80М | ЭШ-20.65 | ЭШ-10.100 | ЭШ-15.90 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вместимость ковша, м3 | 6,5 | 11 | 14 | 15 | 20 | 10 | 15 |
| Длина стрелы, м | 45 | 70 | 50 | 80 | 65 | 100 | 90 |
| Наибольший радиус копания, м | 43,5 | 66,5 | 46,5 | 76,5 | 61,0 | 93,5 | 83,0 |
| Наибольшая глубина копания, м | 22 | 35 | 21 | 40 | 32 | 50 | 43 |
| Наибольшая высота разгрузки, м | 19,5 | 27,5 | 20,5 | 32,0 | 27,0 | 42,0 | 39,0 |
| Конструктивная масса экскаватора, т | 278 | 695 | 630 | 1160 | 1070 | 1200 | 1253 |
Начиная с 1989 г. НКМЗ производит ЭШ-11.70 (модификация ЭШ-14.50). Отличительными особенностями этой модели являются ковш на 11 м3, решетчатая (из уголков) стрела, цементация и шлифовка зубчатых передач в редукторах отдельных механизмов, прогрессивная система управления и др. ЭШ-10.70 и ЭШ-11.70 и их модификации применяют повсеместно на предприятиях угольной, рудной отрасли, на добыче строительного, цементного сырья и т. п.
Основным вскрышным экскаватором на современных мощных разрезах и в карьерах является ЭШ-20.90 с трехгранной вантовой стрелой производства завода «Уралмаш» (ОМЗ). Выпускают его с 1981 г. взамен ЭШ-15.90А. Он оборудован гидравлическим механизмом шагания, имеет одинаковую схему подъемной и тяговой лебедок. Электропривод – по системе генератор–двигатель с тиристорным возбуждением, причем завод предлагает и другие варианты исполнения: тиристорный преобразователь–двигатель и преобразователь частоты–асинхронный двигатель.
В ближайшем будущем на горных работах потребуются новые машины с бoльшими линейными параметрами, более производительные, способные удовлетворить требования в отношении постоянно усложняющихся горно-геологических условий. В первую очередь это механические лопаты с ковшом от 20 м3 для работы со сверхтяжелым транспортом, драглайны с длиной стрелы более 120 м и ковшом от 40 м3. Производители уже сегодня готовы предложить новые перспективные модели.
Объединенные машиностроительные заводы являются единственным отечественным производителем мощной карьерной экскавационной техники, который предлагает достаточно широкую номенклатуру карьерных экскаваторов – механических лопат и драглайнов, в том числе гусеничных.
| Параметр | ЭКГ-5А | ЭКГ-5В | ЭКГ-5Д | ЭКГ-5А-УС | ЭКГ-12 | ЭКГ-12В | ЭКГ-9УС | ЭКГ-20А |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вместимость ковша, м3 | 4,6...6,3 | 5 | 4,6...6,3 | 4,6 | 12...16 | 12 | 9 | 16...25 |
| Наибольший радиус черпания, м | 14,5 | 14,5 | 14,5 | 15,5 | 21,0 | 20,5 | 23,5 | 23,4 |
| Наибольшая высота черпания, м | 10,3 | 10,2 | 10,3 | 12,9 | 15,0 | 15,0 | 20,0 | 17,0 |
| Наибольший радиус выгрузки, м | 12,65 | 12,65 | 12,65 | 13,7 | 18,5,0 | 18,0 | 21,5 | 20,9 |
| Наибольшая высота выгрузки, м | 6,7 | 6,5 | 6,7 | 5,9 | 9,3 | - | 9,3 | 10,0 |
| Эксплуатационная масса, т | 196 | 207 | 195 | 211 | 655/668 | 670 | 655 | 1075 |
| Параметр | ЭКГ-10 | ЭКГ-10М | ЭКГ-10Р | ЭКГ-8УС | ЭКГ-5У | ЭКГ-15 | ЭКГ-12УС | ЭКГ-8У |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вместимость ковша, м3 | 10,0...12,5 | 11,5 | 8 | 8 | 5 | 15 | 12 | 8 |
| Наибольший радиус черпания, м | 18,4 | 19,0 | 17,9 | 19,8 | 23,7 | 22,6 | 28,0 | 34,0 |
| Наибольшая высота черпания, м | 13,5 | 14,5 | 13,5 | 17,6 | 22,2 | 15,8 | 20,7 | 28,5 |
| Наибольший радиус выгрузки, м | 16,3 | 16,5 | 15,5 | 17,9 | 22,1 | 19,5 | 25,8 | 31,5 |
| Наибольшая высота выгрузки, м | 8,6 | 10,2 | 8,6 | 12,6 | 17,5 | 9,9 | 14,9 | 24,0 |
| Эксплуатационная масса, т | 395 | 402 | 407 | 405 | 386 | 672 | 675 | 710 |
Мировые лидеры в производстве карьерных экскаваторов Bucyrus International Inc. с входящими в ее состав Marion и Ransomes-Rapier, а кроме того, P&H также предлагают целую линейку драглайнов и механических лопат. Конструкция производимых этими фирмами экскаваторов разнообразна. Существуют различные варианты исполнения рабочего оборудования механических лопат, включая усовершенствованные системы напора и подачи рукояти на забой. Разработаны и новые системы подвески ковша драглайна (P&H), позволяющие управлять процессом разгрузки и наполнения ковша на протяжении всей траектории его движения. Используются новейшие электронные системы управления главными приводами. Разработчики компаний не боятся вносить изменения в традиционную компоновку машин, создавая более прогрессивную продукцию.
В последние годы предприятия все чаще приобретают гидравлические экскаваторы зарубежного производства. Экскаваторы таких производителей, как Hitachi (Япония), Komatsu (Япония), Liebherr (Германия), Caterpillar (США) и др., находят применение на многих горнодобывающих предприятиях.
| Параметр | ЭШ-11.75 | ЭШ-20.90 | ЭШ-15.100 | ЭШ-25.90 | ЭШ-20.100 | ЭШ-15.110 | ЭШ-40.100 | ЭШ-30.110 | ЭШ-25.120 | ЭШ-65.100 | ЭШ-40.130 | ЭШ-100.100 | ЭШ-100.125 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Вместимость ковша, м3 | 11 | 20 | 15 | 25 | 20 | 15 | 40 | 30 | 25 | 65 | 40 | 100 | 100 |
| Длина стрелы, м | 75 | 90 | 100 | 91 | 100 | 110 | 100 | 110 | 120 | 100 | 130 | 100 | 125 |
| Угол наклона стрелы, м | 32 | 32 | 32 | 32 | 34 | 34 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 35 |
| Высота выгрузки, м | 30,6 | 38,5 | 45,0 | 37,5 | 45,0 | 52,0 | 40,0 | 46,2 | 52,4 | 38,5 | 56,0 | 43,0 | 56,0 |
| Глубина копания, м | 38 | 42,5 | 46 | 47 | 46 | 50 | 47 | 53 | 57 | 46 | 60 | 47 | 52 |
| Радиус выгрузки, м | 71,4 | 83,0 | 91,5 | 85,4 | 91,0 | 99,0 | 94,8 | 103,3 | 117,7 | 97,6 | 123,0 | 97,0 | 118,0 |
| Эксплуатационная масса, т | 840 | 1690 | 1710 | 1900 | 1900 | 1900 | 3310 | 3420 | 3400 | 5460 | 5460 | 10 300 | 10 000 |
Благодаря конструктивно-компоновочной схеме этих машин, особенно рабочего оборудования, их применение позволяет решать разнообразные технологические задачи в процессе разработки месторождений. Сегодня в карьерах преимущественно применяются экскаваторы с рабочим оборудованием «обратная лопата» и небольшим ковшом от 2 м3 для осуществления селективной выемки и проведения вспомогательных работ. Однако уже имеется опыт применения и сверхмощных гидравлических экскаваторов, например Komatsu РС3000-6 в Нерюнгри (Якутия).
Единственным производителем мощных карьерных гидравлических экскаваторов в России остается объединение ОАО «ОМЗ» (Группа «Уралмаш-Ижора»). Накоплен определенный опыт в создании таких машин. Можно смело утверждать, что на заводах объединения можно и нужно выпускать конкурентоспособную гидравлическую технику. Тем более что в мире существует определенная тенденция на переход к использованию в карьерах мощных и высокопроизводительных гидравлических экскаваторов, позволяющих повысить интенсивность ведения горных работ.
