КАРЬЕРНЫЙ ЭКСКАВАТОР

Техническое решение относится к горному делу, а именно к устройствам для экскавации и перемещения горной массы, и может быть использовано для открытой добычи полезных ископаемых без их предварительного рыхления из залежей горизонтального или пологого падения, в том числе с применением экологически щадящей технологии добычи угля из обводненных месторождений с использованием гидромеханизированных комплексов и землесосных снарядов.
Известен карьерный экскаватор (см. Экскаваторы и самоходные стреловые краны. Отраслевой каталог. ЦНИИТЭстроймаш, М. 1990, стр.234), предназначеный для поперечного копания в немерзлых грунтах до III категории прочности включительно. Экскаватор представляет собой самоходную машину непрерывного действия на рельсовом ходу с многоковшовым рабочим органом цепного типа и ленточным отвальным конвейером. Основными частями экскаватора являются: ходовая тележка, портал, опорная ферма (стрела), рабочий орган с ковшовой цепью, привод ковшовой цепи, отвальный конвейер, противовес, электрооборудование.
Недостатком вышерассмотренной машины является невозможность использования исполнительного органа с ковшовой цепью при добыче твердых полезных ископаемых, область ее применения ограничивается только песчано-глинистыми грунтами и мягкими горными породами. Используется она в основном на глиняных карьерах.
Также известен многоковшовый цепной экскаватор (Справочник. Открытые горные работы / К.Н.Трубецкой, М.Г.Потапов, К.Е.Винницкий, Н.Н.Мельников и др. - М.: Горное бюро, 1994, стр.268), включающий ходовую тележку, портал, электрооборудование, опорную ферму (стрелу), многоковшовый исполнительный орган цепного типа, отвальный конвейер. Экскаватор предназначен для производства вскрышных и добычных работ при разработке мягких горных пород прочностью не более 20 МПа.
Эту машину невозможно использовать без предварительного рыхления при добыче твердых полезных ископаемых прочностью более 20 МПа, потому что на кромке ковшей исполнительного органа такой машины удельное сопротивление копанию составляет 0,6÷0,7 МПа, а этого недостаточно для разрушения даже каменного угля. Кроме того, применение механической транспортной системы, включающей бункер, перегрузочный и отвальный конвейеры, на обводненных угольных карьерах связано с большими потерями угля.
Техническая задача предлагаемого решения заключается в повышении эффективности работы карьерного экскаватора при добыче полезных ископаемых в обводненном забое за счет расширения его возможностей путем применения силового резания полезного ископаемого и за счет гидравлической транспортировки, снижающей потери угля, особенно при транспортировке непосредственно к месту потребления.
Поставленная задача решается тем, что в карьерном экскаваторе, включающем поворотную платформу, силовое оборудование, трансмиссию, ходовое оборудование, стрелу с исполнительным органом, согласно техническому решению стрела снабжена гидравлической транспортной системой, выполненной в виде рамы-трубопровода с заборным устройством, насосом и направляющими для перемещения исполнительного органа, выполненного в виде, по меньшей мере, одного режущего шнекового органа, при этом к корпусу рамы-трубопровода жестко закреплены транспортирующие приспособления в виде лотков.
Выполнение исполнительного органа в виде, по меньшей мере, одного режущего шнекового органа позволяет применять силовое резание для отбойки крепкого угля. Отбитый уголь транспортируется по лоткам к почве забоя гравитационным способом, откуда с помощью заборного устройства и насоса водо-угольная смесь подается на поверхность карьера. С одной стороны, гидравлическая транспортировка угля в виде водо-угольной смеси значительно сокращает его потери по сравнению с механической транспортировкой, как в прототипе. С другой стороны, используя такую добычу угля, можно с помощью магистральных трубопроводов осуществить прямую доставку добытого угля потребителю (например, на теплоэлектростанцию) в виде водо-угольной суспензии (ВУС) - готового к сжиганию продукта. Таким образом, используя силовое резание при добыче полезных ископаемых в обводненном забое, достигается повышение эффективности работы карьерного экскаватора при добыче угля с сопротивляемостью резанию до 300 кПа/м, а применение гидравлической транспортировки снижает его потери.
Наличие гидравлической транспортной системы в виде рамы-трубопровода позволяет осуществлять: разрушение угольного забоя режущим шнековым исполнительным органом, перемещающимся по направляющим, закрепленным на раме-трубопроводе; гравитационную транспортировку отбитого угля к почве забоя с помощью лотков, жестко закрепленных к корпусу рамы-трубопровода и позволяющих при наклонном положении стрелы уменьшить трение, ускорить процесс гравитационной транспортировки угля; гидравлическую транспортировку угля в виде водо-угольной смеси с помощью рамы-трубопровода. Совокупность перечисленных признаков позволяет повысить эффективность работы карьерного экскаватора, снизить потери угля.
Целесообразно, чтобы режущий шнековый исполнительный орган был выполнен с возможностью челночного перемещения. Такое исполнение исключает холостой ход и повышает производительность машины.
Целесообразно стрелу карьерного экскаватора опереть посредством шарнирной опоры на поворотную платформу с образованием большого и малого плеч с возможностью поворота стрелы относительно шарнирной опоры при воздействии усилий на большое и малое плечи стрелы. Для того чтобы технологический процесс отделения угля от забоя указанным исполнительным органом протекал эффективно, необходимо стрелу прижимать к забою. Осуществить это можно воздействием гидродомкрата на малое плечо стрелы, используя рычажную схему крепления стрелы к платформе экскаватора через шарнирную опору.
Целесообразно в качестве привода поворота стрелы до горизонтального положения использовать лебедку с полиспастом, закрепленным на большом плече стрелы. Механический привод по своей кинематике более приемлем для выполнения функций, связанных с техобслуживанием и передвижением экскаватора и не связанных с рабочим процессом. Гидропривод в данном случае неприменим по конструктивным соображениям (нужны гидродомкраты с большим ходом штока).
Целесообразно также в качестве привода поворота стрелы при отделении угля от забоя использовать гидродомкраты для передачи усилия малому плечу стрелы. Быстродействие, компактность и большая удельная мощность гидропривода способствуют его применению для выполнения функций технологического процесса, связанного с пошаговым подъемом, опусканием и прижатием к забою стрелы. Поскольку выполнение этих функций занимает большую часть эксплуатационного времени экскаватора, то привод, осуществляющий поворот стрелы с помощью гидродомкратов, оказывается наиболее нагруженным. Поэтому и выбран гидропривод, отличающийся от механического конструктивной простотой и надежностью.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид карьерного экскаватора, вид сбоку; на фиг.2 - вид на карьерный экскаватор сверху; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.
Карьерный экскаватор содержит поворотную платформу 1 (фиг.1), ходовое оборудование 2, силовое оборудование, трансмиссию (на фиг. не показаны), портал 3, стрелу 4, которая снабжена гидравлической транспортной системой, выполненной в виде жестко закрепленной к нижнему поясу 5 (фиг.3) стрелы 4 рамы-трубопровода 6 (далее - рама 6) с заборным устройством 7, насосом 8 и направляющими 9 (фиг.2, 3), закрепленными на раме 6 и служащими для челночного перемещения исполнительного органа, состоящего: из основного редуктора 10 (фиг.3), поворотного редуктора 11 с гидродомкратом 12 и, по меньшей мере, одного режущего шнекового органа челночного действия 13 (далее - шнек 13). К корпусу рамы 6 жестко закреплены транспортирующие приспособления в виде лотков 14, 15. Отбитый уголь шнеком 13 выгружается в канаву 16 (фиг.2).
Стрела 4 (фиг.1) через шарнирную опору 17 (далее - опора 17) оперта на поворотную платформу 1 с образованием большого и малого плеч с возможностью поворота стрелы4 относительно опоры 17 при воздействии усилий на большое и малое плечи стрелы 4 с помощью привода поворота стрелы 4 до горизонтального положения - лебедки 18, укосин 19 и полиспаста 20, закрепленного на большом плече стрелы 4. Приводом поворота стрелы 4 при отделении угля от забоя служат гидродомкраты 21, передающие усилие на малое плечо стрелы 4. Для выгрузки водо-угольной смеси в отстойный канал 22 служит гибкий трубопровод 23. Для устойчивости работы экскаватора предусмотрен противовес 24. Управление экскаватором осуществляется из кабины 25.
Экскаватор работает следующим образом.
Экскаватор своим ходом устанавливается на бровке уступа, стрела 4 из транспортного положения переводится в рабочее. Для этого на предварительно выровненную поверхность уступа с помощью лебедки 18, укосин 19, полиспаста 20 стрела 4 рамой 6 опускается, а затем с помощью гидродомкратов 21 прижимается к забою. Шнек 13 занимает нижнее (у почвы забоя) положение. Одновременным включением электродвигателя (на фиг. не показан) привода исполнительного органа и прижатием шнека 13 к забою усилием гидродомкрата 12 поворотного редуктора 11 производится зарубка шнека 13 на определенную глубину. Затем включается механизм подачи (на фиг. не показан) и шнек 13, перемещаясь по направляющим 9 рамы 6, отбивает уголь. Одновременно с отбойкой угля производится его погрузка на лотки 14 и 15 с помощью шнека 13, и отбитый уголь спускается к почве забоя в канаву 16. Включается насос 8 и водо-угольная смесь из канавы 16 засасывается заборным устройством 7 и далее водо-угольная смесь через раму 6, гибкий трубопровод 23 поступает в отстойный канал 22, где уголь освобождается от воды и с помощью погрузочно-транспортной техники доставляется к потребителю. Возможен и другой вариант доставки добытого угля потребителю посредством магистрального трубопровода с промежуточной переработкой в ВУС с последующим сжиганием ее в топках теплоэлектростанции. Таким образом отрабатывается полоса угля до самой бровки уступа.
Как только шнек 13 вышел из контакта с забоем и приблизился к опоре 17, включаются гидродомкраты 21 поворота стрелы 4, поднимая ее на угол, позволяющий выйти ей из контакта с забоем. Затем экскаватор своим ходом перемещается на шаг, равный ширине отработанной полосы угля. После этого с помощью гидродомкратов 21 стрела 4 опускается, прижимаясь к забою, производится зарубка шнека 13, включается обратный ход механизма его подачи и отрабатывается полоса угольного забоя в обратном направлении. По окончании отработки очередной полосы угля механизм подачи выключается, и стрела 4 гидродомкратами 21 выводится из контакта с забоем, экскаватор перемещается на очередной шаг, и далее цикл повторяется.
Экскаватор может быть использован для открытой добычи полезных ископаемых, в том числе в обводненных угольных карьерах при добыче угля сопротивляемостью резанию до 300 кПа/м без предварительного разрыхления.