Совершенствование конструкций карьерных гидравлических экскаваторов

С другой стороны, при базовой схеме и схеме с корректирующим устройством, отличающихся простотой конструктивного исполнения, поступательное движение ковша обеспечивается лишь при совместной работе всех трех главных механизмов -поворота стрелы, рукояти и ковша. При этом цилиндры ковша и стрелы (частично) действуют в режиме насоса, что приводит к увеличению энергозатрат на экскавацию горной массы.

Одним из основных преимуществ гидравлических экскаваторов является реализация больших рабочих нагрузок на ковше (до 50 % веса экскаватора). Величина рабочих нагрузок, определяемая принципом действия (внедрение ковша в массив горной породы или развал горной массы) существенно превышает нагрузки для мехлопат при одинаковой вместимости ковша. Так, для экскаватора ЭГ-10 (вмести-мость ковша для тяжелых пород Е = 8 м3) величина усилия на зубьях ковша (максимальное значение) составляет 1000 кН, а для мехло-паты ЭКГ-8И - 250 кН. Причем в гидравлических экскаваторах максимальное усилие на зубьях ковша может быть реализовано лишь при горизонтальных или слабо наклонных траекториях движения вершины режущей кромки ковша, а в вертикаль-

© А.П. Комиссаров, 2003

УДК 622.271.879.3

А.П. Комиссаров

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ

В настоящее время рабочее оборудование карьерных гидравлических экскаваторов выполняется по следующим конструктивным схемам:

базовая схема, включающая последовательно соединенные стрелу, рукоять и ковш с механизмами поворота в виде гидроцилиндров (рис. 1);

• схема с корректирующим устройством (рис. 2);

• схема с параллелограммом, совмещенным с механизмом поворота ковша (рис.3);

• схема со вспомогательным гидроцилиндром (рис. 4);

• схема TRIPOWER (рис. 5);

• схема фирмы BOLA LADETECHNIK (рис. 6).

В результате исследований по гидравлическим карьерным экскаваторам, проводимых на кафедре горных машин и комплексов УГГГА с 1975 г., установлено, что существую-

щие конструктивные схемы не позволяют в полной мере реализовать основные преимущества гидропривода -простота передачи энергии и максимальная степень использования установленной мощности привода в каждом рабочем механизме.

Как показывает анализ конструктивных схем, развитие конструкций гидравлических экскаваторов происходит путем усложнения схем рабочего оборудования (от базовой схемы к схемам TRIPOWER и LB), что идет в разрез с логикой совершенствования технических решений. За счет введения дополнительных элементов (параллелограммов, вспомогательных цилиндров и др.) достигается упрощение управления ковшом, однако обеспечить необходимое поступательное движение ковша в пределах рабочей зоны практически невозможно, так как параллельность сторон параллелограммов не соблюдается.

ис. 1. Схема к расчету параметров камеры дробления ис. 2. Пример траектории движения куска

Рис. 5. Схема TRIPOWER

Рис. 6. Схема ЬВ

ном направлении (при отрыве груженого ковша) усилие существенно меньше ввиду относительно малой массы экскаватора, что снижает технологические возможности машины.

Сравнительная оценка гидравлических экскаваторов и мехлопат по обобщенному показателю относительной грузоподъемности (отношение массы экскавируемой породы к

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Комиссаров А.П. - кандидат технических наук, Уральская государственная горно-геологическая академия.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

ачестве ограничения, а оптимизацию проводить по второму крите-

массе экскаватора) показывает, что рост грузоподъемности для гидравлических экскаваторов составляет примерно 50 %, что несопоставимо с ростом рабочих нагрузок.

В конечном счете, гидравлические экскаваторы характеризуются относительно (по сравнению с мехлопатами) высокой металлоемкостью рабочего оборудования, что, в свою очередь, рию. В рассматриваемой задаче критерием для использования в качестве ограничения будет качество продукта дробления, а по энергозатратам можно

проводить оптимизацию параметров дробилок.

Переменными оптимизации приняты размеры профиля камеры дробления и частота качания конуса. Целевая

функция при выбранном критерии и ограничении составлена в виде имитационной модели рабочего процесса дробилки. Входными параметрами модели являются геометрические размеры камеры дробления, частота качаний конуса, размеры кусков на входе дробилки, размер куска на выходе дробилки, характеристика дробимого продукта: относительная

приводит к увеличению энергоемкости рабочего процесса.

Повышение технического уровня гидравлических карьерных экскаваторов может быть достигнуто на основе новых принципов проектирования - рациональность силовой схемы с внутренним замыканием рабочих нагрузок и раздельное функционирование рабочих механизмов. ем, эквивалентный коэффициент трения скольжения куска горной породы по броне дробящего конуса. В модели выполнена имитация движения с входа в дробилку одиночного куска, его дробления, последующего движения и дробления осколков.

Ранее выполненными исследованиями на кафедре доказано, что энергоемкость процесса дробления линейно уменьшается с увеличением размера дробимого куска и квадратично возрастает при увеличении реализуемой в дробилке относительной деформации [1]. Исходя из этого, для снижения энергоемкости необходимо снижать степень дробления. Но при таком подходе не будет реализована основная функция дробилки, поэтому в процессе оптимизации был осуществлен поиск оптимальных размеров камеры дробления по условию исключения процесса прессования и по возможности снижения степени дробления. При прессовании не происходит разрушения куска, а энергия в то же время расходуется.

деформация начала и конца разрушения куска горной породы сжати-

В алгоритм расчета целевой функции включены выражения имитирующие движение куска от точки входа в дробилку до выхода продукта дробления (см. рис. 1) и изменение размеров при дроблении. После дробления рассматривается дальнейшее движение нескольких осколков.

Максимальный размер осколков после дробления принимается равным размеру между бронями в точке дробления, а минимальный принят равным размеру разгрузочной щели Sр. В этом интервале задается несколько промежуточных размеров и прослеживается дальнейшее движение каждого осколка по отдельности. При оптимизации осуществляется поиск размеров Вч1, Rч1, Вч2, Rч2, Вч3, Rч3 при задании частоты качаний конуса и при варировании размеров кусков питания в допустимых пределах. Одна из реализуемых траекторий движения куска показана на рис. 2.

СПИСОК—ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лагунова Ю.А. Энергетическая модель процесса дробления горных пород сжатием// Извести Уральской гос. горно-геологической академии. Сер. Горная электромеханика. - Вып. 6. - 1997 . - с. 100-104.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шестаков В. С. — кандидат технических наук, Уральская государственная горно-геологическая академия.