ПРИВОД НАПОРА КАРЬЕРНОГО ЭКСКАВАТОРА
THRUSTING 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 внедрения в забой и снятии грунта перемещением ковша механизмом подъема экскаватора.
Аналогом заявляемого устройства является канатный привод напора экскаватора ЭКГ-10 («Экскаваторы карьерные гусеничные типа ЭКГ-10 «Руководство по эксплуатации 3536.00.00.000РЭ», ОАО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург, 2000).
Привод напора состоит из установленного на поворотной платформе приводного электродвигателя и соединенного с ним муфтой редуктора, на выходном валу которого установлены барабаны, на которые наматываются напорный и возвратный канаты, огибающие 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.
Преимуществом данной конструкции является снижение динамики привода напора за счет гибкости каната и расположение 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 недолговечность 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 дополнительного регулирования.
Аналогом является также реечный привод напора экскаватора ЭКГ-12 производства ОАО «Уралмашзавод» (Экскаватор ЭКГ-12, Техническое описание и инструкция по техническому обслуживанию 11.075.00.05-1ТО, Екатеринбург, 2001).
Привод напора состоит из расположенного на стреле в зоне напорного вала приводного электродвигателя, соединенного муфтой, установленного внутри корпуса стрелы приводного редуктора. На 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 привода является его низкая ремонтопригодность, исключающая возможность ремонта агрегатно-узловым методом. Поскольку в качестве корпуса редуктора используется металлоконструкция стрелы, то для ремонта или замены изношенных деталей необходимо производить ремонт или замену 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 приводит к длительным простоям 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 всего силового потока на одну рейку через одну кремальерную шестерню, что неблагоприятно сказывается на работе привода.
Недостатком конструкции является также отсутствие в приводе гибкой связи, вследствие чего динамические перегрузки и удары в приводе напора передаются в полном объеме на приводной двигатель.
Прототипом заявляемой конструкции является конструкция, реализованная производителем карьерных экскаваторов HARNISCHFEGER TECH INC [US] модель РН2800С (Патент US 6314667, МПК E02F 3/30, E02F 3/58, Date of patent 2001.11.13).
В этой конструкции привода напора электродвигатель закреплен на основании, которое двумя шарнирами устанавливается на связанных с корпусом стрелы вертикальных элементах посредством шарнирных пальцев. Для фиксации положения основания по отношению к стреле оно имеет два двойных шарнирных крепления, к которым крепятся шарнирно выдвижные поршневые штоки из шарнирно связанных со стрелой корпусов цилиндров устройства регулирования.
На выходном валу электродвигателя установлен приводной шкив, передача крутящего момента с которого на ведомый шкив, установленного на стреле редуктора, осуществляется поликлиновым ремнем.
На каждом корпусе цилиндра установлен связанный с ним для предотвращения перемещения штока относительно корпуса гидравлический тормоз. Регулировка натяжения ремня осуществляется за счет поворота электродвигателя с основанием вокруг шарниров крепления основания к стреле, при втягивании штоков в цилиндры регулировочного устройства. Команду на изменения положения штока дает логический контроллер по данным измерения давления в системе гидравлической жидкости средством измерения. При этом логический контроллер средством для работы с тормозом освобождает шток и включает насос, обеспечивающий требуемое давление в системе для проведения операции натяжения ремня.
Недостатком прототипа является, прежде всего, высокая сложность устройства регулировки натяжения, сочетающая в одном блоке гидроцилиндр натяжения, тормоз штока гидроцилиндра и управляющий процессом логический контроллер. Такое устройство со сложной гидравлической схемой требует высококвалифицированного обслуживания, а в условиях низких температур в зимний период, характерных для большинства районов РФ, может оказаться недостаточно надежным.
В конструкции прототипа предусмотрена установка тормоза штока на корпусе цилиндра. При такой конструкции все значительные колебания нагрузки и динамические удары при копании передаются через шток на корпус тормоза и далее воспринимаются корпусом цилиндра натяжного устройства. Это обстоятельство требует соответствующего увеличения рабочего сечения (а, следовательно, и веса) цилиндра для обеспечения его прочности.
Перемещение основания осуществляется двумя цилиндрами, что помимо увеличения массы узла требует синхронизации перемещения обоих штоков.
Кроме того, в аварийном случае (обрыв ремня) устройство натяжения воспринимает суммарную нагрузку от веса основания и от веса электродвигателя, что предъявляет соответствующие требования к прочности узла натяжения в целом и его элементов.
Для натяжения ремня основание с двигателем необходимо повернуть против часовой стрелки, что может быть осуществлено подачей жидкости в штоковую полость цилиндров натяжения. Т.к. штоковая полость имеет меньшую площадь по сравнению с поршневой, то для достижения необходимого усилия на шоке для натяжения ремня требуется либо повысить давление в системе, либо увеличить внутренний диаметр цилиндра.
Технической задачей изобретения является упрощение конструкции натяжного устройства привода напора за счет максимального использования веса двигателя при натяжении ремня, повышение безопасности работы привода напора и устройства натяжения ремня.
Техническая задача решается выполнением привода напора карьерного экскаватора, содержащего электродвигатель и редуктор, на выходном и входном валах которых соответственно установлены шкивы, соединенные ремнем, а также устройство регулирования натяжения ремня и тормоз. Электродвигатель расположен на основании, шарнирно установленном на стреле.
Устройство регулирования натяжения ремня содержит закрепленный на стреле гидроцилиндр, шток которого шарнирно соединен с краем основания со стороны редуктора. Тормоз содержит стержень с резьбой, стопорную гайку, регулировочную гайку и сферические шайбы и установлен на кронштейне, расположенном на стреле, а стержень тормоза шарнирно связан с краем основания, противоположным редуктору. Расстояние от положения электродвигателя на основании до точки шарнирного крепления основания к стреле равно
где Т - усилие, необходимое для натяжения ремня (подбирается эмпирически),
G - вес двигателя,
α - угол наклона ремня к горизонту,
Н - высота центров двигателя относительно шарнира крепления основания к стреле.
Гидроцилиндр устройства натяжения ремня снабжен насосом.
За счет шарнирного крепления основание, на котором установлен двигатель, действует как двуплечий рычаг. Тормоз системы и устройство натяжения расположены на разных концах основания, вследствие чего колебания нагрузки и удары при копании воспринимаются только тормозом, а устройство натяжения полностью разгружено от этого воздействия, что обеспечивает его минимальные размеры, определяемые только усилием для натяжения ремня. Причем жидкость подается не в штоковую, а в поршневую полость гидроцилиндра устройства натяжения, имеющую большую внутреннюю площадь, что позволяет уменьшить размеры цилиндра.
Натяжение осуществляется одним цилиндром, что снижает вес и упрощает конструкцию устройства натяжения ремня.
Изобретение позволяет определить размещение двигателя на основании. Установка двигателя в точке L, определяемой формулой, приведенной выше, обеспечивает натяжение ремня поворотом основания вокруг шарнира крепления за счет веса двигателя. Таким образом, тормоз и натяжное устройство в конструкции дополняют друг друга, если по конструктивным соображениям не удается разместить двигатель на основании в точке L, либо на маломощных машинах, где вес двигателя не может обеспечить выполнение указанного в формуле изобретения условия, а именно G≤Т×sinα.
Кроме того, при аварийном обрыве ремня тормоз воспринимает только вес двигателя, т.к. плечи основания выполнены так, что они уравновешивают друг друга, таким образом обеспечивается безопасность работы привода напора.
Наличие дополнительного насоса на гидроцилиндре устройства натяжения позволяет осуществлять добавочное регулирование натяжения ремня.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства натяжения ремня привода напора, на фиг. 2 - шарнирное крепление основания к стреле и на фиг. 3 изображен тормоз.
Заявляемая конструкция привода механизма напора (фиг. 1) состоит из установленного на стреле 1 экскаватора приводного редуктора 2, на входном валу 3 которого установлен шкив 4. Вращение вала 3 осуществляется от электродвигателя 5 посредством ремня 6, связывающего установленный на выходном валу 7 двигателя 5 шкив 8 и шкив 4 редуктора 2.
Двигатель 5 установлен на основании 9 (фиг. 1 и 2), шарнирно связанном пальцами 10 с кронштейнами 11, установленными на стреле 1. Основание 9 выполнено в виде двуплечего рычага, к ближнему к редуктору 2 плечу которого присоединено натяжное устройство 12. Натяжное устройство 12 содержит гидроцилиндр 13, выдвигаемый шток 14, шарнирно связаный с основанием 9, а корпус гидроцилиндра 13 - также шарнирно соединен с кронштейном 15, установленном на вертикальной стенке стрелы 1. Корпус гидроцилиндра 13 имеет отверстие для подключения насоса 16 при необходимости дополнительного регулирования натяжения ремня 6 выдвижением штока 14. Такое решение существенно упрощает гидросистему за счет отсутствия трубопроводов, гидрозамков, обратных клапанов и реле включений, что гарантирует надежность и безотказность системы.
К противоположному редуктору 2 плечу основания 9 шарнирно крепится тормоз 17, выполненный в виде стержня 18, проходящего через отверстие в кронштейне 19, жестко установленного на вертикальной стенке стрелы 1 (см. фиг 3).
На конце стержня 18 выполнена резьба, на которой с двух сторон кронштейна 19 для фиксации стержня 18 установлены регулировочные гайки 20 и стопорные гайки 21 с контргайками соответственно 22 и 23 (фиг. 3). Поскольку в процессе натяжения верхний шарнир тормоза перемещается по дуге, вследствие чего стержень 18 меняет угол наклона по отношению к кронштейну 19, то для компенсации этого изменения между кронштейном 19 и стопорными гайками 20 расположены сферические шайбы 24 и 25.
На дальнем от редуктора 2 плече основания 9 установлен на расстоянии L от шарнира крепления основания 9 к стреле 1 двигатель 5.
Расстояние L выбирается таким образом, чтобы вес двигателя обеспечил необходимое натяжение ремня, т.е. должно соблюдаться условие
где Т - усилие, необходимое для натяжения ремня (подбирается эмпирически),
G - вес двигателя,
α - угол наклона ремня к горизонту,
Н - высота центров двигателя относительно шарнира крепления основания к стреле.
Работа устройства заключается в следующем. При установлении необходимости выполнения операции натяжения ремня свинчиваются верхние регулировочные гайки 21 и стопорные гайки 20, в результате чего производится натяжение ремня вследствие поворота основания 9 с двигателем 5 под действием веса двигателя 9. При повороте основания 9 смещается выходной вал 7 двигателя 9 с установленным на нем шкивом 8 относительно шкива 4, установленного на валу 3 редуктора 2, увеличивая расстояние между шкивами и обеспечивая тем самым натяжение ремня ременной передачи 6. При этом шток 14 свободно выдвигается из корпуса гидроцилиндра 13, не препятствуя повороту основания 9.
В случае недостаточности натяжения ремня под действием веса двигателя в силу ранее указанных причин к гидроцилиндру 13 присоединяется насос 16, включение которого обеспечивает необходимое дополнительное усилие натяжения за счет приложения к основанию усилия на штоке 14 натяжного устройства 12.
После выполнения операции натяжения регулировочными гайками 20 выбирается образовавшийся за счет опускания стержня 18 зазор между гайками 21, 20 и кронштейном 19 и гайки 20 фиксируются контрагайками 22. Одновременно возвращаются до контакта с кронштейном 19 и стопорные гайки 21 с контрагайками 23.
При этом гайки 20 с контрагайками 22 выполняют функцию устройства безопасности, исключая аварийную ситуацию при обрыве ремня 6. При обрыве ремня основание 9 с двигателем 5 под действием веса может свободно поворачиваться против часовой стрелки относительно шарнира крепления 11 основания к стреле 1, поскольку шток 14 гидроцилиндра 13 свободно выдвигается и не может препятствовать этому повороту.
Для исключения подобной аварийной ситуации служит тормоз, шарнирно прикрепленный к основанию 9, стержень которого 18 через зафиксированные контрагайками 22 стопорные гайки 20 опирается на неподвижный кронштейн 19, тем самым, исключая возможный поворот основания 9.
Применение изобретения позволит упростить натяжное устройство привода напора, максимально использовать вес двигателя для натяжения ремней, а также повысить безопасность работы привода напора.