СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОДНОКОВШОВЫХ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ С МЕХАНИЧЕСКИМ И ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ОБЪЕМНЫМ ПРИВОДАМИ

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE CAREER SINGLE-BUCKET EXCAVATORS WITH MECHANICAL AND HYDRAULIC SURROUND DRIVES

Dmitry Paduchin

student 3 courses of the direction of preparation 21.05.04 “Mining” of Saint Petersburg Mining univesity,

Russia, Saint Petersburg

Sergey Ivanov

professor Department of Mechanical Engineering Saint Petersburg Mining univesity,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

Проведён анализ эксплуатационных показателей гидравлических экскаваторов и экскаваторов с механическим приводом. Проведено сравнение их конструктивных и технологических параметров. На основе анализа экскаваторов показаны конкурентные преимущества и недостатки применения исследуемых машин в горнодобывающей промышленности.

ABSTRACT

The analysis of the performance of hydraulic shovels and excavators with mechanical drive. A comparison of constructive and technological parameters. Based on the analysis of the excavators shown competitive advantages and disadvantages of the investigated machines in the mining industry.

Ключевые слова: Экскаватор, гидропривод, анализ, сравнение.

Keywords: excavator, hydraulic drive, analysis, comparison.

Рост технологий в секторе подъемного оборудования, а особенно гидравлического, стремителен. Это в первую очередь относится к экскаваторостроению. Этот технологический порождает конкуренцию, которая из года в год носит все более острый характер и становится причиной для появления на рынке все новых моделей и модификаций техники.

В реальных условиях функционирования карьерной горной техники, концентрации технологических машин в непосредственной близости рабочих зон способствует снижению ритмичности работы как самих экскаваторов, так и технологического транспорта, обеспечивающего транспортировку добытой горной массы от забоя далее в рамках технологической цепи, реализуемой технологии. Данная ситуация в первую очередь вызывается несбалансированностью организационно-техническими мероприятиями при производстве работ с многообразием их проявления в конкретных ситуациях. Автономность и маневренность гидравлических экскаваторов обусловливает их эффективное применение в сложных условиях отработки забоя применительно к широкому диапазону свойств, как добываемых полезных ископаемых, так и экскавируемых горны пород.

Параллельно с канатными экскаваторами типа ЭКГ, успешно применяются гидравлические экскаваторы: ЭГ-5,5, ЭГ-110, ЭГ-150, ЭГ-350, ЭГ-550, РС1250-7, РС3000-6, РС4000, РС8000-6, ЕХ1200, ЕХ1900, ЕХ3600, ЕХ5500, R984, R994, R995, R996, RH40-E, RH90-C, RH 120-Е, RH 200-Е, RH400, 365С FS, 385CFS, САТ-5230, RH-170 и ЕХ-3500, фирм США, Германии и Японии Caterpillar, Orenshtein & Coppe, Hitachi с грузоподъемностью до 100 т.

Оценка функциональных и технологических данных экскаваторов с электроприводом и гидравлических показывает, что их основные параметры сравнимы между собой. Гиравлические экскаваторы обладают высокой маневренностью и энергоавтономностью, а также имеют более функциональное сочленение рукояти со стрелой.

Унификация элементов гидропривода делает их производство менее затратным, а ремонт менее трудоемким и более технологичным путем снижения номенклатуры запасных частей проведения ремонтов агрегатным обезличенным методом, что ведет к снижению, как аварийных простоев, так затрат времени на регламентное обслуживание. Автоматизация управления способствует повышению производительности, снижению энергопотребления и повышению энергоэффективности повышением кпд.

Благодаря данным особенностям гидравлические экскаваторы применяют в стесненных условиях забоя при отработке карьера, но с ограничением высоты забоя высотой черпания экскаватора. Сочленение рукояти со стрелой посредством шарнира позволяет снизить радиус черпания гидравлического экскаватора, поэтому такие экскаваторы располагают ближе к откосу уступа, что обеспечивает пространство для маневра с одной стороны и снижает уровень безопасности ведения работ – с другой, в сравнении с канатными.

Преимущество экскаваторов с электрическим приводом по сравнению с гидравлическими экскаваторами заключается в надежности относительно простых и проверенных электродвигателей, стальных канатов, по сравнению с более сложными по конструкции гидроцилиндрами. Обслуживание электрических экскаваторов не требует специалистов по гидравлической системе, что заметно сказывается на скорости обслуживания и ремонта.

Сделать выбор и отдать предпочтение типу, уж какой-либо марке карьерного экскаватора довольно сложно. Авторами предложено оценивать эффективность использования экскаваторов по показателям [3]: коэффициенту использования потенциала Кип и коэффициенту эффективности функционирования К_эфф, которые являются стандартизованным комплексным показателем надежности – коэффициентом сохранения эффективности [1], и позволяют оценить безотказность, ремонтопригодность и долговечность рассматриваемого объекта.

В рыночных условиях основным критерием является эффективность, поэтому предложено оценивать потенциал карьерного экскаватора через базовый коэффициент эффективности функционирования [К_эфф], который равен отношению полезной нагрузки в ковше к номинальному расходу экскаватора в нормальных условиях эксплуатации. Сравнивая экскаваторы по предложенному коэффициенту эффективности функционирования, предпочтение следует отдавать моделям с максимально высоким его значением. Данный коэффициент показывает количество экскавированной горной массы посредством одной единицы энергии, затрачиваемой экскаватором при его работе. Очевидно, что для экскаваторов гидравлических, этот коэффициент определяется количеством топлива, расходуемого на экскавирование одной тонны. Предложенный коэффициент обратно пропорционален удельному расходу электроэнергии за цикл экскавации.

Однако стоимость энергии у автономных гидравлических экскаваторов (дизельное топливо) и канатных с электрическим приводом, подключаемых непосредственно к карьерной сети, имеет разную величину. Этот факт необходимо учитывать при выборе модели карьерного экскаватора для конкретных условий эксплуатации.

Коэффициент эффективности функционирования для гидравлических экскаваторов К_эфф равен отношению полезной нагрузки в ковше к удельной энергоемкости умноженной на объем ковша.

,                                                              (1)

где: P_ayload – полезная нагрузка в ковше, т; E_у – удельная энергоемкость за цикл работы; V_к – объем ковша.

Для расчета аналогичного коэффициента электрического экскаватора К_эфф.э, возьмем отношение полезной нагрузки в ковше, к номинальному расходу электроэнергии и определим его по формуле:

,                                                               (2)

где: P_ayload – полезная нагрузка в ковше, т; [W_о.н] – номинальный расход электроэнергии экскаватора в нормальных условиях эксплуатации.

Используя материалы исследований [2; 3] были получены интересующие нас значения базовых показателей эффективности функционирования карьерных экскаваторов (рис. 1).

Рисунок 1. Сравнение базовой эффективности функционирования экскаваторов

Сравнивая данные показатели, можно сделать вывод, что современные канатные экскаваторы линейки ЭКГ, Российского производства, в равных условиях эксплуатации способны конкурировать с экскаваторами импортного производства. При этом современный электрический карьерный экскаватор ЭКГ по этому показателю на 40 % уступает экскаватору ЭГ-150 и на 20 % превышает показатель экскаватора РС8000-6.

Сравнивая коэффициент эффективности функционирования экскаватора К_эфф по фактическому объему отгруженной горной массы за оцениваемый период Q_ф и фактическому значению расхода энергии затраченной экскаватором Wо (или расходу топлива для гидравлического экскаватора), с базовым [К_эфф] легко оценить неэффективность работы экскаватора в конкретных условиях эксплуатации и выявить слабые места этой неэффективности и его коэффициент использования потенциала Кип.

,                                                                          (3)

.                                                                         (4)

Анализ теоретических значений эталонной работы гидравлических экскаваторов третей типоразмерной группы с вместимостью ковша 21…22 м³ и учитывая, что удельный расход топлива двигателя qe, в среднем равно 208…210 г/кВтч, коэффициент использования экскаваторов в одинаковых условиях эксплуатации при добыче угля представлен на рис. 2 [3].

Рисунок 2. Значения коэффициентов использования потенциала Кип гидравлических экскаваторов с вместимостью ковша 20–22 м³

Полученные теоретические значения Кип для гидравлических экскаваторов с вместимостью ковша 20–22 м³ и полезной нагрузкой в ковше 40–41 свидетельствуют о расходе энергетического ресурса на выполнение непроизводетельной работы, которая по теоретической оценке составляет порядка 80 %. В отличии от электрического экскаватора у которого Кип составляет 1, 82.

Список литературы:

1. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике основные понятия. Термины и определения. Введ. 1990-07-01. – М.: ИПК Издательство стандартов, 2002 –24 с.
2. Зыков П.А. Комплексная оценка технического уровня существующего парка карьерных экскаваторов с гидравлическим приводом / П.А. Зыков // Перспективы развития Прокопьевско-Киселевского угольного района, как составная часть комплексного инновационного плана моногородов. Материалы III Международной научно-практической конференции, апрель 2011 г., Филиал ГУ КузГТУ в г. Прокопьевске. – Прокопьевск. – С. 234–236.
3. Шибанов Д.А. Оценка эффективности эксплуатации карьерных экскаваторов / Д.А. Шибанов, С.Л. Иванов, П.В. Иванова // Наука и образование в жизни современного общества: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции 30 декабря 2014 г.: в 12 частях. Часть 3. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. – С. 158–160.