ПРИВОД НАПОРА КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
THRUST DRIVE OF MINE EXCAVATOR

Изобретение относится к горным машинам, используемым при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а именно к карьерным экскаваторам типа «прямая лопата» с электромеханическими приводами главных механизмов.
Привод механизма напора одноковшового экскаватора необходим для осуществления поступательного движения рукояти при копании, ее внедрении в забой и снятии грунта перемещением ковша механизмом подъема экскаватора.
Аналогом заявляемого устройства является канатный привод напора экскаватора ЭКГ-10 производства «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» (Экскаваторы карьерные гусеничные типа ЭКГ-10 «Руководство по эксплуатации 3536.00.00.000 РЭ», ОАО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург, 2000 г.).
Привод состоит из установленного на поворотной платформе приводного электродвигателя и соединенного с ним муфтой редуктора, на выходном валу которого установлены барабаны с напорными и возвратными канатами, огибающими установленные на напорной оси блоки и присоединенные к концам рукояти. За счет изменения длины каната при намотке его на барабан осуществляется возвратно-поступательное перемещение рукояти при копании.
Достоинством данной конструкции является снижение динамики привода напора за счет гибкости каната и расположения приводного двигателя и редуктора на поворотной платформе экскаватора, что снижает нагрузки на стрелу и уменьшает момент инерции поворотной части экскаватора относительно центральной цапфы, тем самым снижая нагрузки на привод поворота.
Недостатком конструкции является невысокая долговечность напорных канатов, частая замена которых приводит к потере производительности экскаватора. Кроме того, расположение двухручьевых обводных блоков на напорной оси с двух сторон рукояти существенно усложняет конструкцию и периодически требует проведения дополнительной регулировки. Также недостатком конструкции является необходимость периодической выборки ослабления напорного каната в связи с его вытяжкой в процессе работы.
Другим аналогом выбран реечный привод напора экскаватора ЭКГ-12 производства Уральского завода тяжелого машиностроения (Экскаватор - ЭКГ-12, Инструкция по эксплуатации, 11075.00 ИЭ, Екатеринбург, 2001 г.).
Привод состоит из расположенного на стреле в зоне напорного вала приводного электродвигателя, соединенного муфтой с установленным внутри корпуса стрелы приводным редуктором. На последнем (выходном) валу редуктора производится раздвоение потока мощности на две установленные на консолях выходного вала кремальерные шестерни, за счет взаимодействия которых со смонтированными на рукояти рейками происходит возвратно-поступательное перемещение рукояти в процессе копания.
Недостатком конструкции такого привода напора является низкая ремонтопригодность, исключающая возможность ремонта агрегатно-узловым методом. Поскольку в качестве корпуса редуктора используется металлоконструкция стрелы, то для ремонта или замены изношенных деталей при необходимости производится ремонт или замена деталей в полевых условиях, что неблагоприятно сказывается на условиях проведения и результатах ремонта, особенно в условиях низких температур. Отправка редуктора на ремонтное предприятие вместе со стрелой экономически нецелесообразна, поскольку требует большого объема монтажных работ с наличием грузоподъемных и транспортных средств большой грузоподъемности, что в свою очередь влечет длительные простои экскаватора.
Кроме того, раздвоение мощности на выходном валу редуктора требует не только расположения контактных поверхностей зубьев двух кремальерных шестерен в одной плоскости, но и аналогичного расположения зубьев двух привариваемых к балкам рукояти литых реек. Это требование для расположенных на значительном расстоянии реек с большими припусками на толщину литого зуба осуществить технологически весьма затруднительно.
Несоблюдение этого условия приводит к передаче полностью всего силового потока на одну рейку через одну кремальерную шестерню, что неблагоприятно сказывается на работе привода напора.
Недостатком конструкции является также отсутствие в приводе напора гибкой связи, вследствие чего динамические перегрузки и удары в приводе напора передаются в полном объеме на приводной двигатель.
Прототипом предлагаемого изобретения является экскаватор MARION 301М (Рекламный проспект DRESSER MARION, DRESSER INDUSTRIES, INC, MARION DIVISION, 617 West Center Street, P.O. Box 505, Marion, Ohio 43302), в конструкции которого частично устранены вышеперечисленные недостатки аналогов.
Привод напора прототипа выполнен с разделением силового потока и состоит из двух установленных на балках коробчатого сечения двухбалочной стрелы электродвигателей, на выходном валу каждого из которых установлена ведущая шестерня, входящая в зацепление с расположенным на промежуточном валу зубчатым колесом. Каждый промежуточный вал проходит с внутренней стороны балки на наружную и опирается на подшипники, установленные на балках. На противоположном конце промежуточного вала установлена вторая ведущая шестерня, входящая в зацепление с установленным на напорном валу зубчатым колесом. Вторая зубчатая передача заключена в отдельную масляную ванну.
Каждый напорный вал проходит внутри коробчатой балки с ее наружной стороны на внутреннюю. На выходном конце каждого напорного вала с внутренней стороны коробчатых балок установлена кремальерная шестерня, входящая в зацепление с рейкой рукояти, и опорный ролик, воспринимающий вес рукояти и реакции в седловом подшипнике, возникающие при копании.
Напорные валы опираются на подшипники, установленные в вваренных в вертикальные листы балок стрелы стаканах.
Существенными недостатками прототипа являются:
- Привод собран непосредственно на стреле из отдельных узлов, что затрудняет его монтаж и регулировку в полевых условиях и исключает возможность ремонта агрегатным методом (полной заменой узла).
- Замена кремальерной шестерни является весьма трудоемкой операцией, т.к. между шестернями практически отсутствует расстояние, то невозможно снять кремальерную шестерню с напорного вала, сдвигая ее внутрь стрелы, в этом случае шестерня упрется в ролик противоположного напорного вала. Для снятия шестерни необходимо выдвинуть наружу стрелы напорный вал с подшипниками, предварительно разобрав масляную ванну второй передачи и саму передачу. Также при неоднократном демонтаже подшипников повреждаются их посадочные поверхности в стаканах стрелы. Восстановление посадочных поверхностей является чрезвычайно трудоемкой операцией, связанной с демонтажем стрелы и ее транспортировкой на ремонтное предприятие.
- Наличие опорных роликов рукояти на напорном валу обусловливает воздействие на напорный вал дополнительных нагрузок от веса рукояти и от реакций в седловом подшипнике, возникающих при копании грунта, что приводит к необходимости увеличения рабочих сечений напорного вала, грузоподъемности опорных подшипников и увеличения опорных элементов в стреле. Это обстоятельство приводит к увеличению массогабаритных параметров узла и его веса.
- Установка тормоза на валу электродвигателя не обеспечивает торможение механизма при поломке элементов привода напора.
Техническая задача предлагаемого изобретения: создание надежного привода напора, повышение его ремонтопригодности, а именно проведение ремонта посредством снятия блока редуктора без разборки трансмиссии, упрощение монтажа привода напора и возможность демонтажа кремальерных шестерен без демонтажа редукторов.
Техническая задача решается выполнением привода напора реечного карьерного экскаватора в виде двух приводных двигателей, соединенных клиноременной передачей с соответствующими редукторами, размещенными в двухбалочной стреле, на выходных валах которых установлены кремальерные шестерни. Кремальерные шестерни сопряжены с рейками, расположенными на рукояти.
В балках стрелы симметрично выполнены цилиндрические стаканы. Корпуса редукторов цилиндрические и размещены в стаканах балок стрелы в виде съемных блоков. На наружной поверхности корпусов редукторов соосно расположена цилиндрическая посадочная поверхность, а на торцах корпусов редукторов расположены фланцы с отверстиями для болтового крепления к стреле. Входной вал каждого редуктора снабжен тормозом, совмещенным со шкивом клиноременной передачи, а расстояние между кремальерными шестернями больше удвоенной ширины шестерни.
На одном из выходных валов редукторов установлена звездочка, соединенная с ограничителем перемещения рукояти - энкодером.
Выполнение в балках рукояти цилиндрических стаканов для редукторов позволяет полностью разместить в них редукторы в корпусах, что упрощает их монтаж - демонтаж привода напора и исключает случайные поломки и разрушения, повышая надежность привода напора.
Выполнение корпуса редуктора цилиндрическим и наличие цилиндрической посадочной поверхности позволяет центрировать и фиксировать корпуса редукторов в стаканах стрелы, обеспечивая соосность валов левого и правого редукторов, что также повышает надежность привода напора.
Наличие фланцев с отверстиями для болтового крепления на торцах корпусов редукторов позволяет жестко закрепить редукторы в балках стрелы и исключить их осевое смещение, увеличивая надежность привода напора.
Наличие тормоза на входном вале каждого редуктора позволяет снизить маховый момент, а совмещение тормоза со шкивом клиноременной передачи позволяет снизить вес и габариты привода напора.
Расположение кремальерных шестерен на расстоянии большем удвоенной ширины шестерни позволяет снимать их при повреждении и замене, не демонтируя редукторы.
Установка на одном из выходных валов редукторов звездочки, соединенной с энкодером, ограничивает перемещение рукояти в заданных пределах, что исключает удары рукояти при ее перемещении о передний и задний упоры.
На фигуре представлен привод напора карьерного экскаватора, представляющий собой два симметричных блока, включающих установленные на коробчатых балках стрелы 1 приводные двигатели 2 и встроенные в цилиндрические стаканы 3 коробчатых балок стрелы 1 редукторы 4 в цилиндрических корпусах.
На выходных (напорных) валах 5 редукторов 4 смонтированы кремальерные шестерни 6. Связь каждого редуктора 4 с соответствующим приводным двигателем 2 осуществляется поликлиновым ремнем 7, огибающим шкив 8, установленный на выходном валу приводного двигателя 2, и шкив 9, установленный на входном валу редуктора 4. Шкив 9 совмещен со шкивом нормально замкнутого тормоза 10. Кремальерные шестерни 6 входят в зацепление с рейками 11 рукояти 12.
Каждый редуктор 4 имеет посадочные цилиндрические поверхности 13 и фланец 14, в отверстия которого установлены болты 15. На одном из напорных валов 5 редукторов 4 установлена звездочка 16, соединенная цепью 17 со звездочкой 18 энкодера ограничения перемещения рукояти (далее энкодер) 19.
Фиксация редукторов 4 в стаканах 3 стрелы 1 в радиальном направлении осуществляется посадочными поверхностями 13 корпусов редукторов 4, а в осевом направлении болтами 15, установленными в отверстия соединенных с корпусами 4 фланцев 14.
Привод напора карьерного экскаватора работает следующим образом. При включении двигателей 2 крутящий момент с установленных на выходном валу двигателей 2 шкивов 8 поликлиновыми ремнями 7 передается на шкивы 9 редукторов 4. При включении электродвигателей 2 одновременно подается напряжение на катушки (на фигуре не показано) тормозов 10. Тормоз 10 растормаживается, тем самым обеспечивая передачу крутящего момента от установленного на входном валу редуктора 4 шкива 9 через зубчатые передачи редукторов 4 (на фигуре не показаны) к выходным (напорным) валам 5 и кремальерным шестерням 6. Кремальерные шестерни 6, взаимодействуя с рейками 11, обеспечивают поступательное перемещение рукояти 12. Направление перемещения рукояти 12 определяется задаваемым машинистом экскаватора направлением вращения приводных двигателей 2. При этом автоматика исключает такое включение двигателей 2, при котором кремальерные шестерни 6 вращались бы в разные стороны (аварийный режим).
При вращении напорного вала 5 вращается установленная на нем звездочка 16 и соединенная с ней цепью 17 звездочка 18, вращающая входной вал энкодера 19. Энкодер 19 настроен таким образом, что при определенном числе оборотов его входного вала (на фигуре не показан), определяемого числом оборотов напорного вала 5, происходит выключение соответствующего приводного двигателя 2 и тем самым остановка перемещения рукояти 12. Соответствующей настройкой энкодера 19 обеспечивается необходимое для снятия стружки при копании перемещение рукояти 12.
Изобретение использовано в карьерных экскаваторах ЭКГ-32Р и позволило:
- упростить монтаж и получить привод напора высокой ремонтопригодности за счет возможности его проведения агрегатным методом (снятием блока редуктора) без разборки трансмиссии;
- повысить надежность привода напора за счет исключения воздействия веса рукояти и реакций в седловом подшипнике при копании на выходные валы редукторов напора (напорные валы);
- сократить количество уплотнений в приводе напора;
- демонтировать кремальерные шестерни без демонтажа редукторов.