книги из ГПНТБ / Кальницкий Я.Б. Самоходное погрузочное и доставочное оборудование на подземных рудниках

САМОХОДНОЙ ПОГРУЗОЧНОЙ И ДОСТАВОЧНОЙ ТЕХНИКИ

§ I. Главные направления

Современные буровые установки, погрузочные и доставочные машины, проходческие комплексы, средства механизации на под­ земных рудниках позволяют постоянно увеличивать добычу руды.

Большая часть применяемого в настоящее время подземного горного оборудования разработана на основе машин, созданных много лет назад, развитие которых носило главным образом коли­ чественный характер: увеличивались мощность, производитель­ ность, размеры, надежность и долговечность машин и рабочего инструмента. Например, только за послевоенные годы средняя мощность подземной погрузочной машины возросла на 75%, скре­ перной лебедки на 92%, емкость вагонетки на 60%, сцепной вес электровоза на 84 %• В результате средняя машиновооруженность труда на подземных рудниках увеличилась примерно в 1,7 раза, что потребовало, естественно, крупных капиталовложений и затрат на опытно-конструкторские работы и освоение выпуска новых машин. Между тем производительность труда одного подземного рабочего за тот же период увеличилась непропорционально росту машиновооруженности, составив по сравнению с соответствующи­ ми показателями 1950 г. всего 130—140%. Следовательно, только увеличение основных параметров (мощности, размеров, скорости) горных машин и средств механизации не может обеспечить необ­ ходимых темпов роста производительности труда. ■

В течение ближайших 10—15 лет необходимо ввести такие ме­ тоды и внедрить такие средства механизации подземных работ, которые могли бы обеспечить не'только количественный, но и ка­ чественный сдвиг в этой области и позволили бы повысить произ­ водительность труда при подземной разработке руд не менее чем ' в 4—5 раз.

Основным вопросом этой сложной научно-технической пробле­ мы являются эффективные способы разрушения руды и отбойки ее от массива. Есть основания считать, что в настоящее время и

2 8 7

ближайшие 15—20 лет решающим методом отбойки крепких руд останется буровзрывной, так как, несмотря на трудности при его использовании (цикличность, потери времени на проветривание, неравномерность отбойки, необходимость вторичного дробления, разубоживание руды и т. д.), он остается лучшим по техническим и экономическим прказателям. Достаточно сказать, что при бурении шпуров в проходческом забое и скважин в очистном блоке механи­ чески разрушается (выбуривается) соответственно всего лишь около 0,6—0,7 и 0,3—0,4% объема отбиваемой за цикл горной мас­ сы. Если учесть, что и при этих относительно малых объемах стои­ мость собственно бурения составляет до 40% стоимости-руды, то, очевидно, увеличение объемов механического разрушения горных пород значительно увеличило бы экономические потери.

В настоящее время существует ряд новых направлений со­ вершенствования и коренного повышения производительности бу­ ровых машин и установок, которые в ближайшие 5—10 лет долж­ ны пройти исследовательскую и опытную проверки. Основными промышленными средствами бурения в течение этих лет на руд­ никах цветной металлургии останутся установки механического бурения (перфораторы и буровые станки), по совершенствованию которых ведутся исследовательские и опытно-конструкторские работы.

Ближайшими наиболее реальными и перспективными направ­ лениями совершенствования горной техники (и, в частности, под­ земного погрузочного и транспортного оборудования) являются принципы самоходности, автономности и комбинирования горных машин.

§ 2. Принцип самоходности

На V и VI Международных горных конгрессах в Москве в 1967 г. и в Мадриде в 1971 г. отмечалось, что решающим усло­ вием увеличения производительности, снижения расходов и повы­ шения конкурентоспособности подземной добычи руды с открытой разработкой является применение безрельсового самоходного обо­ рудования. При этом имеются в виду не только системы с откры­

Внедрение самоходных машин уже обусловливает рост произ­ водительности труда по сравнению с переносным оборудованием не менее чем в 2—3 раза. Так, только за 1971 г. благодаря исполь­ зованию новых усовершенствованных типов самоходных машин в

2 8 8

лапами; самоходные вагонетки с донным конвейером) заменяются другими машинами, обеспечивающими больший экономический эффект, и прежде всего благодаря высокой долговечности и на­ дежности, а следовательно, значительному повышению полезного времени работы. Основным типом ходовой части машин является пневмоколесная. В новейших самоходных ковшовых погрузочных и погрузочно-доставочных машинах («Эймко», «Вагнер», «Катер­ пиллар», «Коэринг» — США, «Атлас Копко» и др.) и подземных экскаваторах специальных конструкций с ковшом 'повышенной емкости часто используют схему ковша без боковых стенок-— с боковой разгрузкой (ковш Либу).

Производительность мощных погрузочных машин на рудниках Канады изменяется от 500 до 1000 т/смену. Ковшовые погрузчики

иэкскаваторы по экономическим показателям длительной эксплу­ атации значительно превосходят машины с нагребающими лапами, в основном из-за высоких расходов на ремонт лап и частых про­ стоев, связанных с малой стойкостью лап и конвейерных цепей.

Современные подземные самосвалы и вагоны с телескопической разгрузкой кузова имеют повышенную (до 40 т) грузоподъемность

ипо своим параметрам приближаются к карьерным машинам. За­ рубежные модели самосвалов и вагонов (фирм «Майнинг Транспортейшн» — Швеция, «ANF» — Франция, «Джой» и «Вагнер» — США) предназначены для транспортирования руды на большие расстояния. Сменная производительность одного самосвала грузо­ подъемностью 20 т при расстоянии транспортирования 1 км на медных рудниках США составляет 500—525 т.

До настоящего времени в нашей стране главное внимание уде­ лялось созданию эффективных рабочих органов самоходных, по­ грузочных и транспортных машин — ковшей, нагребающих лап, кузовов и т. п. Однако опыт показал, что 50—55% отказов при работе таких машин в трудных подземных условиях приходится на пневмоколесную ходовую часть, из-за недостаточной надежно­ сти которой снижается производительность труда и не достигаются планируемые показатели экономического эффекта. Поэтому наря­ ду с дальнейшим усовершенствованием рабочих органов горных самоходных машин необходимы исследования и опытно-конструк­ торские работы по созданию высоконадежных ходовых систем, включая пневмоколеса, рамы, подвески, приводы, редукторы и си­

стемы управления на базе самой широкой их унификации.

§3. Принцип автономности

Внаиболее современном самоходном оборудовании использо­

ван второй прогрессивный принцип — автономность, достигаемая широким применением независимого дизельного привода, который имеет ряд важных преимуществ перед электрическим и особенно пневматическим приводом. Важнейшими преимуществами яв­ ляются: большая мощность; экономичность; плавная регулировка

2 8 9

скорости в широких пределах; простота конструкции и управле­ ния; высокая мобильность и маневренность; отсутствие необходи­ мости прокладки, наращивания, переноски и ремонта силовых ком­ муникаций— кабелей, трубопроводов, шлангов и пусковой аппа­ ратуры.

Недостатками дизельного привода являются необходимость со­ здания специального транспорта горючего н подземного заправоч­ ного хозяйства, а также токсичность отработанных газов дизельно­ го двигателя, которые загрязняют рудничную атмосферу и требуют специальных мер для очистки и улавливания токсичных компонен­ тов. Однако область применения машин с дизельным приводом расширяется и увеличивается число типов и действующих единиц дизельного оборудования.

Дизельные двигатели для горных машин (подобно электродви­ гателям) за рубежом выпускают крупные современные машнио- •строительные заводы с высокой унификацией, культурой произ­ водства и совершенной технологией. Масса двигателей снижается, а их технические показатели улучшаются. Освоено производство рудничных дизелей во взрывобезопасном исполнении, причем за много лет работы на зарубежных угольных шахтах не было заре­ гистрировано ни одного случая взрыва метана или угольной пыли из-за неисправности дизеля, искрообразования, высокой темпера­ туры или по другим причинам.

В зарубежных странах выпускают более 60 моделей дизель­ ных самоходных машин. В последние годы наряду с дизельными погрузчиками, самосвалами, вагонами, погрузочно-доставочными машинами появились различные тележки для перевозки грузов и людей, монтажные краны к самоходные ремонтные площадки с ди­ зельным приводом ходовой части. На некоторых рудниках (на­ пример, «Джефферсон» в США) успешно используют комбини­ рованную схему привода подземных буровых кареток фирм «Ин- герсолл-Рэнд» и «Гарднер Денвер» с пневмоколесным передвиже­ нием и дизельным приводом ходовой части (бурильные машины подключают к пневмосети только во время бурения). Все шире применяется дизельный локомотивный подземный транспорт. К 1971 г. по угольной промышленности зарубежных стран количе­ ство рудничных дизелевозов в % от общего парка подземных ло­ комотивов составило: в Бельгии — 80,5, Англии — 76,0, Франции — 62,0, ЧССР — 42,0.

По опубликованным данным, существует примерно 11 катего­ рий по мощности и более 70 моделей дизельных двигателей для подземных машин. Основными поставщиками этих двигателей яв­ ляются специализированные дизелестроительные предприятия фирм: в США — «Дейтц», «Катерпиллар», «Плимут», «Гумминс»;в Англии— «Ханслет Энджин», «Ростом энд Хорсби», «Лейланд», «Перкинс»; в ФРГ — «Дейтц», «Рурталер»; во Франции — «Дековиль», «Берри»; в Японии — «Ниигата Энджиниринг Мицуби­ си» и др.

:2 9 0

Подземный дизельный привод имеет достаточно высокие тех­ нико-экономические показатели. Так, современные дизельные локо­ мотивы конкурентоспособны с контактными электровозами, а по сравнению с аккумуляторными — выгоднее. Экономический эффект внедрения одного дизелевоза взамен аккумуляторного электровоза того же веса составляет 11 —12 тыс. руб. в год.

При работе самоходного оборудования с дизельным приводом,, по данным американских и канадских литературных источников, обеспечивается рост производительности труда до 75—90% и сни­ жение себестоимости руды на 60—70 % •

По материалам, полученным в ИГД АН КазССР, на Джезказ­ ганском руднике средние амортизационные отчисления на единицу дизельного погрузочного оборудования в 4 раза ниже, чем для аналогичных машин с электроприводом. По стоимости энергии (0,35 коп/т) самоходные погрузчики с дизельным приводом рав­ ноценны погрузчикам с электрическим приводом и значительно выгоднее пневматического оборудования (2 коп/т). Расчеты пока­ зывают, что перевод даже части самоходного оборудования на дизельный привод обеспечивает снижение себестоимости добыва­ емой руды на 23—24%.

В горнодобывающей промышленности СССР подземное дизель­ ное оборудование не получило широкого распространения глав­ ным образом ввиду сложности очистки и охлаждения отработан­ ных газов до установленных санитарных норм. Требуемая полнота очистки может быть обеспечена совершенствованием конструкции подземных двигателей и специальными мерами очистки отработан­ ных газов (например, каталитическим подавлением, которое при использовании платиновых, палладиевых, железо-медноокисных и других катализаторов снижает содержание окиси углерода на 60—90%). Исследования, проведенные в СССР, показали, что дру­ гие методы очистки (жидкостный, пламенный) менее эффективны.

К мероприятиям, обеспечивающим снижение токсичности отра­ ботанных газов, относятся: хорошее техническое состояние двига­ теля; применение малосернистого топлива с низким содержанием тяжелых углеводородов; исключение перегрузок двигателя путем выбора его мощности с достаточным резервом; регулярная реви­ зия газоочистителей с заменой отработавших катализаторов и фильтров; обеспечение соотношения количества воздуха к топливу не менее 20:1.

В ближайшие годы будут организованы и развиты исследова­ тельские и опытно-конструкторские работы по созданию эффек­ тивных систем дизельных двигателей и газоочистителей для под­ земных работ, основанных на новых физико-химических принци­ пах, а также новых видов рудничного дизельного топлива и при­ садок к нему, выделяющих при сгорании малотоксичные отрабо­ танные газы.

Вместе с тем, необходимо всемерно развить важные работы по использованию в перспективе аккумуляторного привода самоход­

291

ных машин (подземных электромобилей) на базе малогабаритных аккумуляторных батарей большой емкости, внедрение которых явится принципиально новым в создании безопасного мобильного и маневренного самоходного горного оборудования.

§ 4. Принцип комбинирования

Третьим прогрессивным принципом, который должен быть широ­ ко использован в конструкции современных горных машин, яв­ ляется принцип комбинирования их функций. Ограниченность ра­ бочего пространства в подземных выработках, неизбежные потери времени на обмен рабочих машин у забоя, необходимость сниже­ ния массы и стоимости оборудования определяют целесообраз-

2 9 2

ность создания и использования многооперационной комбиниро­ ванной техники везде, где это возможно. .

В передовой отечественной и зарубежной практике последних

.лет наметилась тенденция совмещения двух или нескольких функций в одной рабочей машине. Способы комбинирования функ­ ций применяются во многих различных современных горнорудных машинах, основные типы которых приведены в табл. 38.

Применение комбинированных машин позволяет обеспечить крупный рост производительности труда на подземных рудниках — примерно в три раза по сравнению с лучшими и в 7—10 раз по сравнению со средними показателями. Если при скоростной про­ ходке выработок специализированными машинами .достигнуты иаивысшие показатели производительности труда 6—9 м3/чел-сме- ну, то при использовании погрузочно-доставочных машин «Атлас Копко» и бункер-вагонов «Хегглунд» (Швеция) она достигла соот­ ветственно 12,9 м3 и 13,1 м3. В случае применения буропогрузоч­ ных машин «Секома» производительность труда при проходке вы­ работок большого сечения составила 18,3 м3/чел-см'ену (Фран­ ция), а с более мощными машинами «Гарднер-Денвер» и «Джисмо»— 16,5—24 м3/чел-смену (США). Таким образом, вне­ дрение комбинированных машин является важнейшей переходной ступенью для подготовки комплексной непрерывно-поточной тех­ нологии добычи руды на мощном подземном руднике будущего.

§ 5. Некоторые перспективы и задачи

Рассмотренные принципы самоходности, автономности и ком­ бинирования являются общими для создания современных добыч­ ных, проходческих и транспортных горнорудных машин.

Проходка горизонтальных, наклонных и вертикальных транс­ портных и нарезных выработок будет осуществляться в ближай­ шие годы с помощью нескольких типоразмеров проходческих ком­ плексов, на основе которых в дальнейшем должны быть созданы комбайны для проведения горных выработок в различных условиях и подготовлены условия для перехода к 1990 г. на проходку вер­ тикальных и горизонтальных выработок по породам крепостью до

на непрерывно-поточные методы транспортирования горной массы от забоя до обогатительной фабрики с применением системы руд­ ных питателей, участковых и магистральных конвейеров на стади­ ях выпуска, доставки, откатки и подъема руды.

Выпускаемые в настоящее время отечественные самоходные машины по своим основным параметрам находятся на уровне со­ временных зарубежных образцов. Однако на отечественных горно­ рудных предприятиях имеются условия для применения самоход­

2 9 3

ных машин с более высокими показателями, чем за рубежом. Так, например, широкие и высокие выработки Верхнекамских и Солигорских калийных рудников позволяют повысить скорость движе­ ния транспортных средств и их грузоподъемность. На рудниках цветной металлургии в нашей стране и за рубежом хорошо заре­ комендовали себя транспортные машины грузоподъемностью 25 т и выше, развивающие скорость до 25 км/ч. Повышать грузоподъ­ емность необходимо при сохранении или минимальном увеличении габаритов транспортных машин за счет более рациональной ком­

уменьшение собственной массы самоходных машин. Здесь наряду с применением более совершенного комплектующего оборудования необходимо обратить внимание на использование более прочных легированных сталей, специальных профилей проката, применение пластмасс. Кроме того, необходимо более точно учитывать дейст­

Таким образом, одно из основных направлений улучшения са­ моходных погрузочных и доставочных машин — увеличение грузо­ подъемности и скорости их движения при одновременном сниже­ нии их собственной массы.

Важным направлением дальнейших работ является ориента­ ция на автономные типы привода — дизельный и аккумуляторный. Потребность в таких типах привода особенно ощущается при большой длине транспортирования, сложных маршрутах движе­ ния, наличии нескольких машин на участке.

Важнейшие параметры самоходного оборудования — величи­ на преодолеваемого подъема пути и значения скорости движения машин на этом подъеме. Применяемые машины могут преодоле­ вать подъемы до 10—12° (иногда до 15°), причем скорость дви­ жения их иа подъем значительно снижается. В реальных шахтных условиях такие подъемы встречаются довольно часто и при этом необходимо, чтобы производительность транспорта не снижалась, поэтому машины должны иметь большую установленную мощ­ ность. В настоящее время отечественные самоходные машины, особенно самоходные вагоны, уже имеют большую мощность по сравнению с аналогичными зарубежными образцами, так как в американских шахтах, в частности угольных, существенных укло­ нов пути нет. Однако, как выяснилось в процессе эксплуатации, установленную мощность транспортных машин для таких усло­ вий необходимо повысить еще.

Достижение расчетных эксплуатационных,.показателей осуще­ ствимо только при высоком качестве изготовления самоходных машин и большой надежности их в работе. Поэтому, вопросы проч­ ности, надежности и долговечности являются главными при про-

2 9 4

■ектировании, изготовлении и эксплуатации. От надежности и го­ товности к работе погрузочных и транспортных машин зависит производительность всего добычного или проходческого комплек­ са; значит, коэффициенты надежности и готовности их должны ■быть возможно более высокими.

Много вопросов предстоит решить в ближайшее время в си­ стемах рулевого управления и тормозов. Стесненные условия шахтных выработок, плохая освещенность их, наличие других машин и людей в зоне действия машин и другие обстоятельства предъявляют повышенные требования к этим системам по срав­ нению с автомобильными. При исследовании новых прогрессив­ ных схем и конструктивных решений большое внимание будет уделено повышению качества рулевого управления и тормозов, их надежности и долговечности.

С системой привода машин тесно связана трансмиссия, соеди­ няющая ходовые колеса с двигателями. Применявшиеся до на­ стоящего времени методы расчета трансмиссии и узлов управле­ ния средств самоходного транспорта приводили к утяжелению этих узлов и не всегда обеспечивали необходимую их прочность. Совершенствование методов расчета трансмиссии с учетом пере­ ходных процессов и динамических нагрузок, которое проводится в настоящее время, позволит повысить надежность этих узлов. Подрессоривание транспортных машин также уменьшит динами­ ческие нагрузки в элементах конструкции, что одновременно с повышением надежности позволит улучшить условия работы во­ дителя, снизить массу и повысить скорость движения машин. Этим направлениям исследований и проектно-конструкторских работ в ближайшие годы необходимо уделить особое внимание.

Большие работы будут проведены по совершенствованию гид­ равлического оборудования самоходных машин. Здесь наряду с исследованием прочностных характеристик важным является по­ вышение качества изготовления, надежности и долговечности уз­ лов и агрегатов. Для более быстрого решения этих задач необхо­ димо вести исследования параллельно на отечественных и зару­ бежных образцах машины по единой методике с использованием однотипных приборов и измерительной аппаратуры. '

Проведение всех этих работ позволит значительно расширить область применения самоходных средств погрузки и транспорта, существенно улучшить основные параметры машин, повысить их надежность и долговечность. Созданные на базе научно обосно­ ванных критериев погрузочные и доставочные машины будут отве­ чать все возрастающим требованиям развития горнодобывающей промышленности.

Специфика подземных работ требует создания недорогого и мо­ бильного оборудования для комплексной механизации вспомога­ тельных трудоемких процессов по креплению выработок, монта­ жу — демонтажу оборудования, ремонту машин, сооружению дорог, укладке путей и силовых магистралей; необходимо создание науч-

295

иых основ проектирования н унификации такого оборудования^ Уменьшение габаритов и массы машин, повышение их надеж­ ности и долговечности будут осуществляться благодаря примене­ нию полимерных износостойких и высокопрочных материалов, твердых сплавов, стабильных высокоэффективных смазывающих материалов, автоматической или полуавтоматической смазки уз­ лов, внедрения долгоработающих закрытых подшипников, упроч­ нения и наплавки поверхностей, подвергающихся интенсивному износу. Громоздкие и недолговечные механические передачи по­ степенно будут заменены гидравлическим объемным приводом и приводом с высокомоментнымн гидродвигателями, работающими

при давлении 300—500 ат.

Новые конструктивные решения (индивидуальный привод, уве­ личение давления в системах, использование рациональных про­ филей упрочненного проката, роликовых или шариковых опорно­ поворотных устройств и т. п.) должны будут обеспечить компакт­ ность конструкции.

На машинах будущего будут широко использоваться програм­ мирующие устройства, а также самонастраивающиеся узлы и ме­ ханизмы: саморегулирующиеся передачи, самозатачивающиеся режущие органы и т. п.

Важным при создании новых машин является повышение их ремонтопригодности. Машины должны требовать предельно ред­ ких ремонтов и несложного технического обслуживания.

Создание машин с дистанционным и автоматическим управле­ нием потребует стабильности регулировки узлов и равнопрочности элементов. Такие машины должны быть укомплектованы прибо­ рами автоматического учета выполненной работы с оценкой ее и выдачей информации по суммирующему принципу для первичной обработки данных по заранее заданной программе. На машинах будущего должна быть установлена аппаратура по контролю со­ стояния узлов, предупреждению отказов, отысканию и ликвида­ ции их.

Сучетом этих условий и требований необходимо организовать

вближайшие годы комплекс научно-исследовательских и опытно­ конструкторских работ, целью которых будет создание новой са­ моходной погрузочной и транспортной техники, пригодной для использования на рудниках будущего с автоматизированными системами управления производством (АСУП). Однако работы по созданию таких машин и схем комплексной механизации подзем­ ных рудников могут дать необходимый эффект и обеспечить рост

производительности труда на подземных горных работах в 4— 5 раз и более только в случае, если они будут выполняться в не­ разрывной связи с созданием высокопроизводительных систем под­ земной разработки рудных месторождений.

2 9 6