4.2 Машины для забойки скважин.

Применяют машины ЗС-1, СУЗН-1 и др. Машина ЗС-1 предназначена для транспортирования забоечного материала на уступы карьеров и механичной подачи его в скважину.

Машина ЗС-1 состоит из бункера (1) емкостью 5м³, скребкового конвейера (2), трансмиссии, погрузочного устройства (3) и системы обогрева стенок бункера (4). Загружается машина с помощью грейферного грузчика (5). Производительность забойки регулируется заслонкой с приводом. Производительность машины – 27 м³/час.

Л

Модуль 2. Экскаваторы

екция 11

5. Экскаваторы

Экскаватором называется машина, предназначенная для зачерпывания (экскавации), горной массы и перемещения ее в ковше (черпаках) для погрузки в транспортные средства или в отвал.

Экскаватор может иметь один или несколько ковшей. Экскаваторы с одним ковшом называются одноковшовым. Они относятся к машинам периодического действия, т.к. выполняют все операции рабочего цикла последовательно.

Экскаваторы с числом ковшей больше одного называются многоковшовыми. Все операции рабочего цикла они совмещают во времени и выполняют одновременно, поэтому они относятся к машинам непрерывного действия.

Одноковшовые экскаваторы применяются для разработки мягких пород (f<2-3) непосредственно в целике и крепких скальных породах после их предварительного рыхления буровзрывным способом.

Многоковшовые экскаваторы применяются обычно для разработки мягких пород(f<1-2) непосредственно в целике.

5.1 Одноковшовые экскаваторы

5.1.1. Классификация одноковшовых экскаваторов

Любой экскаватор состоит из следующих основных частей.

1. Рабочего оборудования. 2. Механического оборудования. 3. Ходового

Оборудования. 4. Силового оборудования. 5. Кузова и рамы.

По конструкции рабочего оборудования экскаваторы делятся на две большие группы:

І. Экскаваторы, имеющие жесткую связь ковша с машиной посредством рукояти и стрелы. Ковш такого экскаватора движется по принудительной траектории, независящей от физико-механических свойств породы. В эту группу входят экскаваторы: а) с прямой лопатой; б) с обратной лопатой; в) со стругом; г) с копром.

ІІ. Экскаваторы с ковшом, имеющем гибкую связь с машиной при помощи канатов. Траектория движения ковша зависит от свойств породы, веса ковша и его конструкции. К этой группе относятся: а) драглайны; б) грейферы; в) обратный скребок; г) кран; д) корчеватель пней.

В горной промышленности в основном применяются экскаваторы с рабочим оборудованием в виде прямой лопаты и драглайны.

По типу ходового оборудования экскаваторы могут быть:

а) гусеничные; б) шагающие; в) пневмоколесные; г) колесно-рельсовые (железнодорожные); д) плавучие.

На открытых работах применяют, в основном, гусеничные и шагающие экскаваторы.

По мощности, условно измеряемой емкостью ковша, экскаваторы делят на:

малой мощности (q=0,25 - 2,0м³);

средней мощности (q=2,0 - 6,0м³);

большой мощности (q=6,0 - 100,0м³).

По типу силового оборудования экскаваторы делят на:

электрические;

дизельные;

с комбинированным приводом (дизель-электрические, дизель-гидравлические, электро-гидравлические).

По ГОСТ 9693-67 экскаваторы делятся на 4 типа:

тип С – строительные: ЭСГ – гусеничные, ЭСК – колесные, q=0,25 - 2,0м³, m<200т. Типы: Э-652, Э-1251, Э-2001.

Тип К – карьерные ЭКГ – гусеничные, q=4 - 20м³, m= 400-1000т, ЭКГ-4У, ЭКГ-5А, ЭКГ-6,3У, ЭКГ-8И, ЭКГ-10, ЭКГ-12,5, ЭКГ-12,5У, ЭКГ-20.

Тип В – вскрышные: ЭВГ – гусеничные, q=6 - 35м³, m= 500-3000т, типы:

ЭВГ-6, ЭВГ -15, ЭВГ-35.

Тип Ш – шагающие (вскрышные), q=6 - 100м³, m= 300-3500т, типы: ЭШ-6/60, ЭШ-10/70, ЭШ-20/55 (НКМЗ), ЭШ-15/90А, ЭШ-25/100, ЭШ-40/85, ЭШ-100/100 (ПО «Уралмаш»).

5.1.2. Конструктивные схемы и принцип действия одноковшовых экскаваторов.

А. Прямые лопаты. Различают 4 вида рабочего оборудования прямой лопаты:

1. Напорная прямая лопата с выдвижной рукоятью;

2. Коленчато-рычажная прямая лопата;

3. Гидравлическая прямая лопата;

4. Безнапорная прямая лопата.

Напорные лопаты с выдвижной рукоятью могут иметь 2 вида напорных механизмов: а) зубчато-реечный; б) канатный

Конструктивная схема прямой лопаты с выдвижной рукоятью и зубчато-реечным механизмом напора.

1 – ковш; 2 – подвеска ковша (коромысло); 3 – подъемный канат; 4 – головные блоки; 5 – рукоять;

6 – зубчатая рейка; 7 – стрела; 8 – кремальерная (напорная) шестерня; 9 – седловой подшипник;

10 – опорная пята; 11 – поворотный механизм платформы; 12 – подъемная лебедка;

13 – поворотная платформа; 14 – канат подвески стрелы (канат стрелового полиспаста или вантовые канаты); 15 – А-образная стойка; 16 – мотор-генераторная группа; 17 – противовес;

18 – опорно-поворотный круг; 19 – зубчатый венец; 20 – центральная цапфа; 21 – нижняя ходовая рама; 22 – гусеничная тележка.

Напорное усилие ковша на забой осуществляется кремальерной шестерней 8 находящейся в зацеплении с рейкой 6, жестко закрепленной на рукояти 5.

Рабочий цикл экскаватора включает:

• Черпание горной породы;

• Поворот ковша к месту разгрузки;

• Разгрузку ковша;

• Возвращение рабочего оборудования в исходное положение.

Рассмотренную конструктивную схему имеют экскаваторы ЭКГ-4,6, ЭКГ-5А, ЭКГ-20.

Основные её недостаток – большой вес рабочего оборудования из-за расположения напорного оборудования на стреле. Основное достоинство – жесткость напора, позволяющая разрабатывать более крепкие и кусковатые горные породы.

Конструктивная схема прямой лопаты с выдвижной рукоятью и с канатным механизмом напора.

1 – седловой подшипник; 2 – направляющие блоки; 3 – напорный канат; 4 – возвратный канат; 5 – подъемный канат; 6 – подкос; 7 – напорная лебедка; 8 – подъемная лебедка;

9 – полублок.

Принцип работы: выдвижение и возврат рукояти осуществляется напорной лебедкой через напорный и возвратный канаты. Ввиду того, что напорная лебедка находится на поворотной платформе вес рабочего оборудования экскаватора с канатным механизмом напора меньше , чем у экскаватора с зубчато-реечным напором. Это является основным его достоинством.

Основной недостаток – недостаточная жесткость рабочего оборудования из–за растяжения канатов напора. Это приводит к повышению вибрации всех элементов конструкции экскаватора и снижению надежности их работы.

Эта схема получила широкое распространение, по ней изготавливаются экскаваторы ЭКГ-5, ЭКГ-6,3У, ЭКГ-8И, ЭКГ-10 и др.

5.1.3.Коленчато-рычажные прямые лопаты

Коленчато-рычажные лопаты имеют две основные схемы, которые различаются по виду рабочего оборудования:

• с напорной балкой и зубчато-реечным механизмом напора;

• с напорной балкой и канатным напором.

Принцип действия: при работе экскаватора рукоять совершает два движения: поворотное под действием подъемного каната и поступательное под действием напорного механизма. Траектория резания образуется сочетанием указанных движений.

Конструктивная схема коленчато-рычажной прямой лопаты с зубчато-реечным механизмом напора

1 – ковш; 2 – подъемный канат; 3 – головные блоки; 4 – стрела; 5 – рукоять; 6 – балансир;

7 – напорная балка; 8 – зубчато-реечный напор; 9 – подъемная лебедка.

Конструктивная схема коленчато-рычажной прямой лопаты с канатным напором

1 – рукоять; 2 – стрела; 3 – балансир; 4 – напорная балка; 5 – напорная лебедка; 6 – возвратный канат; 7 – напорный канат; 8 – отклоняющие блоки; 9 – седловой подшипник, 10 – подъемная лебедка.

Канатный механизм напора на этих экскаваторах не имеет тех преимуществ по сравнению с зубчато-реечным, что у карьерных прямых лопат, т.к. оба типа напора располагаются на поворотной платформе. Наличие напорной балки и балансира позволяет уменьшить вес рукояти и увеличить радиус черпания экскаватора.

Конструктивная схема гидравлической прямой лопаты.

1 – ковш; 2 – угловая тяга; 3 – рукоять; 4 – гидроцилиндр поворота ковша;

5 – гидроцилиндр напора рукояти; 6 – гидроцилиндр подъема стрелы; 7 – стрела.

Траектория движения ковша определяется воздействием на стрелу и рукоять гидроцилиндров 5 и 6. Ковш разгружается за счет его опрокидывания (разворота) под действием гидроцилиндра 4.

Конструктивная схема безнапорной прямой лопаты с канатным приводом

1 – ковш; 2 – рукоять; 3 – канат подъемной лебедки; 4 – стрела; 5 – передняя стойка;

6 – канат подъема стрелы; 7 – барабан стреловой лебедки; 8 – барабан подъемной лебедки.

Принцип действия: у безнапорных лопат стрела является подвижным элементом. Траектория резания образуется сложением вращательного движения рукояти относительно шарнира А и вращательного движения стрелы относительно шарнира Б (место крепления стрелы к поворотной платформе).

Данная конструктивная схема применяется для строительных экскаваторов.

Б. Обратные лопаты.

Обратные лопаты применяются для экскавации грунта ниже уровня стояния машины (иногда выше).

По типу передачи усилий на элементы рабочего оборудования обратные лопаты бывают: а) канатные; б) гидравлические.

Конструктивная схема обратной лопаты с канатным приводом.

ковш; рукоять; стрела; направляющий (поддерживающий) блок; передняя стойка; тяговый канат; подъемный канат; канат поддержки передней стойки; барабан подъемной лебедки; барабан тяговой лебедки.

Рабочий орган экскаватора состоит из: ковша, рукояти, стрелы с направляющим блоком, передней стойки.

Траектория резания образуется в результате сложения двух движений:

• рукояти относительно шарнира А при вращении барабана 10;

• стрелы относительно пяты – шарнира В при вращении барабана 9.

Обратные лопаты широко применяются при различных строительных работах.

В. Драглайны широко используются при экскавации пород вскрыши обычно ниже уровня стояния машины, см. схему (реже выше).

Принцип действия: при работе экскаватор опирается на грунт опорной базой, лыжи подняты и не мешают вращению поворотной платформе. Угол наклона стрелы неизменен и составляет ≈30°. Рабочее перемещение ковша получается за счет перемещения тягового и подъемного канатов. Внедрение режущей кромки ковша в грунт осуществляется за счет веса ковша и соответствующего его положения относительно поверхности забоя.

Заполнение ковша происходит при движении его к машине. Перед разгрузкой производится перемещение ковша к головным блокам и разворот машины к месту разгрузки. Для разгрузки ослабляется тяговый канат, ковш опрокидывается и грунт высыпается в отвал или транспортное средство.

Для доставки ковша в забой экскаватор поворачивается, подъемный и тяговый канаты разматываются с барабанов лебедок.

Рабочий орган экскаватора состоит из:

1. ковша с упряжкой;

2. стрелы с головными и направляющими блоками.

Конструктивная схема драглайна

ковш; подвеска ковша; подъемный канат; тяговый канат; головные блоки; стрела; направляющие блоки; подъемная лебедка; тяговая лебедка; опорная база; гидродомкраты механизма шагания; опорные лыжи.

Г. Грейферы

Конструктивная схема грейфера

1 – ковш; 2 – поддерживающий канат; 3 – замыкающий канат; 4 – головные блоки; 5 – стрела; 6 – барабан подъемной лебедки; 7 – барабан запирающего каната; 8 – тяги;

9 – створки (челюсти).

Рабочее движение грейфера образуется при поступательных перемещениях поддерживающего и запирающего канатов. Для заполнения ковша замыкающий канат ослабляется, створки расходятся и в таком положении грейфер опускается на материал для погрузки. Далее при ослабленном поддерживающем канате натягивается замыкающий канат, створки сходятся и захватывают грунт. Во время разгрузки ковша вначале ослабляется замыкающий канат, после чего средняя часть ковша (шарнир) опускается под действием веса грунта и собственного веса шарнира, створки расходятся и грунт высыпается.

Грейферы применяются для выемки породы со дна глубоких котлованов, из-под воды, а также для погрузки сыпучих и мелкокусковых материалов.

Д. Струги

Конструктивная схема струга

1 – ковш; 2 – каретка; 3 – стрела; 4 – головной блок; 5 – тяговый канат; 6 –подъемный канат; 7 – передняя стойка; 8 – блок передней стойки; 9 – барабан тягового каната; 10 – барабан подъемного каната.

Рабочее оборудование струга состоит из: ковша с кареткой, стрелы с головным блоком и передней стойки с блоком.

Принцип работы: в процессе черпания ковш перемещается при помощи тягового каната и каретки вдоль стрелы и срезает стружку. Затем стрела приподнимается и машина разворачивается к месту разгрузки. Разгрузка ковша осуществляется за счет открывания его днища. При возвращении стрелы в забой ковш под собственным весом перемещается к пяте стрелы. Далее цикл повторяется. Струги применяются для планирования и очистки площадей, отделения тонких слоем полезного ископаемого от пустой породы.