автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров карьерных экскаваторов в зависимости от условий эксплуатации

003458002

На правах рукописи

МАКОВЕЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 ДЕК 2008

Екатеринбург - 2008

003458002

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель -

доктор технических наук, доцент Касьянов Петр Акимович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Афанасьев Анатолий Ильич кандидат технических наук, доцент Таугер Виталий Михайлович

Ведущее предприятие - Институт горного дела УрО РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится 30 декабря 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» в зале заседаний Ученого совета по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, ГСП-126

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 88 ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

М. Л. Хазин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Механические прямые лопаты - основной вид оборудования на открытых горных работах. Для выполнения крупномасштабных объемов горных работ одной из основных задач отечественного экскаваторостроения является повышение производительности труда за счет переоснащения карьеров большой мощности экскаваторами с ковшами 30 м3 и более. Интенсификация рабочего процесса таких крупных машин - задача первостепенной важности.

Условие работы экскаваторов определяется типом и состоянием пород в забое, совершенством технологии предварительного рыхления. Крайнее разнообразие этих условий затрудняет выбор рациональных параметров проектируемых экскаваторов.

Скальные и полускальные породы преобладают на железнорудных месторождениях (85 %), на коренных месторождениях цветных металлов (95 %), на месторождениях горнохимического сырья и нерудных ископаемых (90 %). В то же время на угольных месторождениях свыше 80 % составляют глинистые и песчаные породы.

Карьерные экскаваторы малой и средней мощности могут проектироваться как машины универсального применения. В этом случае копающие механизмы необходимо рассчитывать на предельные нагрузки в наиболее тяжелых условиях разных забоев. Уникальные машины большой мощности целесообразно проектировать для определенных условий в забоях предполагаемой эксплуатации, обеспечивая наибольшую интенсивность рабочего процесса.

Интенсивность процесса непосредственно связана с его энергоемкостью. Объем потребления электроэнергии определяется усилиями сопротивления, преодолеваемого приводом экскаватора. Можно выделить три основных фактора, влияющих на сопротивление копанию:

• физико-механические свойства разрабатываемых пород;

• качество подготовки забоя;

• конструктивные параметры рабочего оборудования.

Следовательно, определение влияния геометрии узлов рабочего оборудования на усилия копания и энергоемкость рабочего процесса, поиск новых конструктивных схем является актуальной задачей.

Объект исследований - карьерные механические экскаваторы с оборудованием «прямая лопата».

Предмет исследования - рабочее оборудование экскаватора.

Целью работы является разработка методов расчета параметров рабочего процесса и обоснование способов его интенсификации.

Идея работы заключается в расширении адаптивных свойств рабочего оборудования и интенсификации рабочего процесса за счет установочного движения верхней части стрелы.

Методы исследований включают обобщение опыта проектирования и эксплуатации карьерных экскаваторов большой мощности, экспериментальных исследований, математическое моделирование и анализ параметров процесса копания.

Научные положения, выносимые на защиту:

• формулы для предварительного определения параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности должны базироваться на параметрах конкретного забоя;

• усилия копания в осыпи забоя определяются углом наклона верхней части шарнирно сочлененной стрелы;

• сопротивление внедрению ковша с круглой, разгруженной от кручения рукоятью должно рассчитываться с учетом коэффициента жесткости направления ковша.

Научная новизна работы.

• Получены зависимости, связывающие параметры забоя (высоту развала, средний размер куска, коэффициент разрыхления) с основными линейными параметрами экскаваторов большой мощности.

• Обоснована методика определения рабочих усилий и мощностей копающих механизмов, а также разработана имитационная модель процесса экскавации связных пород.

• Обоснована структура рабочего оборудования с шарнирно сочлененной стрелой и изменяемым углом наклона верхней части стрелы.

• Получено аналитическое выражение для расчета сопротивления копанию крупно-кусковой горной массы при внедрении ковша с круглой разгруженной от кручения рукоятью.

Практическая ценность работы.

• Разработана новая конструктивная схема рабочего оборудования карьерного экскаватора с шарнирно сочлененной стрелой, с круглой, разгруженной от кручения рукоятью и подвеской стрелы изменяющейся длины.

• Предложена методика определения усилий копания при изменении угла наклона верхней части стрелы.

• Разработана методика расчета усилий и энергоемкости копания связных пород.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью постановки задач, адекватностью математических моделей реальным процессам экскавации, сходимостью результатов расчета и параметров новых моделей карьерных механических лопат большой мощности.

Реализация результатов работы. Зависимости, связывающие параметры забоя с основными линейными размерами рабочего оборудования, и математическая модель рабочего процесса используются в проектных расчетах карьерных лопат большой мощности в ОКЭ ООО «Уралмаш-Инжиниринг».

Обоснование параметров конструктивной схемы с изменяемой длиной подвески стрелы используется в лекциях и курсовом проектировании по дисциплине «Проектирование и конструирование горных машин» в Уральском государственном горном университете.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на V Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2007).

Личный вклад автора заключается:

• в разработке зависимостей, связывающих параметры забоя с основными линейными параметрами экскаватора;

• разработке методики определения рабочих усилий и мощностей, а также модели процесса и программы для ЭВМ;

• выведении формул для расчета усилий и скоростей копающих механизмов при изменении угла наклона верхней секции стрелы. Публикации. По теме диссертации автором опубликованы три работы,

в том числе две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

Структура и объем. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Содержание работы изложено на 109 страницах, включает 58 рисунков и 3 таблицы. Библиографический список содержит 92 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Достигнутый уровень эффективности и дальнейшее развитие экскаваторной техники и технологии на разрезах и карьерах связаны с работами Н. Г.Домбровского, Е. Р. Петерса, А. Н. Зеленина, Ю. А. Ветрова, А. С. Реб-рова, Д. Г1. Волкова, Ю. И. Белякова, Р. Ю. Подэрни и др.

Введение. Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель, научная новизна и практическая значимость результатов.

Глава 1. Аналитический обзор конструктивных схем рабочего оборудования и методик расчета усилий.

Прямые лопаты являются эффективным и широко применяемым экска-вационным оборудованием для проведения большого объема вскрышных работ с использованием транспортной системы.

Преимущественное распространение получили прямые механические лопаты с реечным или канатным напором.

Коленно-рычажный и рычажный напоры, в силу ряда недостатков (сложность изготовления, кинематика рабочего оборудования, не позволяющая свободно работать ковшу у гусениц и т. д.), не получили широкого распространения.

Гидравлические карьерные экскаваторы, несмотря на свои достоинства, имеют недостаток - значительный рост эксплуатационных издержек, существенно снижающий экономический эффект от их применения уже через 6-7 лет работы этих машин.

Основной объем погрузки, при отработке забоя прямыми механическими лопатами, ведется из осыпи с углами откоса 36...42°. Поэтому, чем больше горизонтальное усилие резания на уровне стояния может развить экскаватор и чем проще управление при осуществлении горизонтальной траектории, тем эффективнее осуществляется процесс экскавации.

Экскаватор ЭО-5114, выпущенный заводом «Рабочий металлист» для подземных работ, предназначен для погрузки скальных пород. Рабочее оборудование, выполненное в виде шестизвенного шарнирного механизма с двумя степенями свободы, позволило создать горизонтальное усилие в нижней части забоя до 200 кН (при массе экскаватора 33 т). Недостатками рабочего оборудования этой машины являются отсутствие возможности регулирования усилия и скорости резания путем изменения параметров рабочего оборудования в виду жесткого тягового элемента — балки ковша и увеличения веса рабочего оборудования, приобретающего все большее значение с увеличением линейных размеров машины.

Метод определения усилий сопротивления копанию, применяемый в типовом расчете экскаваторов, в качестве исходного параметра использует коэффициент удельного сопротивления копанию KF. При сохранении подобия рабочих органов и условий резания сопротивление копанию определяется формулой

Pa=KF-B-c. (1)

Формула проста, удобна в применении и обеспечена справочным материалом. При соблюдении ограничений на входящие параметры результаты достаточно точны. Однако ограниченные возможности анализа процесса копания и оценки влияния конструктивных и эксплуатационных факторов потребовали поиска новых зависимостей.

На основе экспериментов, проводившихся в 60-е годы, была скорректирована классификация пород по удельному сопротивлению копанию для карьерных механических лопат. В отличие от методики Н. Г. Домбровского включены количественные характеристики взорванных пород: Кр - коэффициент разрыхления и d^ - средний диаметр куска. Однако принцип пропорциональности усилия сечению стружки остался, как и в классификации Н. Г. Домбровского, хотя копание крупнокусковой горной массы мало похоже на резание связных пород. Поэтому недостатки расчетов по методике остались те же, а именно невозможность учета конструктивных факторов рабочего органа и кинематики рабочего оборудования.

На основе проведенного анализа работы карьерных механических экскаваторов с оборудованием прямая лопата с реечным и канатным напором были выявлены значительные резервы повышения их технико-экономических показателей и сформулированы основные задачи диссертации.

Глава 2. Определение параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности.

В главе рассматривается связь линейных параметров проектируемого .мощного карьерного экскаватора с параметрами забоя.

Предварительное определение параметров будущей машины производят исходя из рекомендации и эмпирических зависимостей, приводимых в ряде работ. В основном эти зависимости выведены из закона подобия либо являются результатом переложения на математический язык тех наработок в части конструирования и эксплуатации экскаваторов, которые были накоплены в самом конструкторском бюро или отделе.

Для сопоставления и оценки экскаваторов по технико-экономическим показателям, а также для предварительно выбора основных параметров предлагаются два коэффициента:

(2)

од,

(3)

" ОКИ] ' 4 '

где б - рабочий вес экскаватора, т; /ц - рабочий цикл, с; Q - вместимость ковша, м3; Л, - максимальный радиус копания, м; N — мощность общая привода.

В таблице 1 покажем зависимости, предлагаемые разными авторами для определения линейных параметров рабочего оборудования мощных карьерных лопат.

Таблица 1

Зависимости по определению линейных параметров рабочего оборудования мощных карьерных лопат

Параметр рабочего оборудования Домбровский Н. Г. Наработки ОКЭ НИИ Тяжмаш Уралмашзавода Диссертационная работа

1 2 3 4

Длина стрелы, м 1с=К,Мв К, =1,8.. .1,85 ¿1=0,734...0,786 ¿3 ¿1,

Длина рукояти, м /Р =к2Мо К2 = 1,15...1,25

Максимальный радиус копания, м К,\[с Кг = 2,1..2,в ¿2 ¿,,

Максимальная высота копания, м К, -1,7...1,8 ¿2=0,71... 0,77 як=*3- 4„ ¿3=0,91... 1,01

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4

Максимальная высота разгрузки, м нр = к5Мо К5 =1,23... 1,3

Максимальный радиус разгрузки,м Др = К6 =2,5...2,4

Высота оси напорного вала, м К7 =1,1...1,2 ¿10=0,55...0,629

Радиус зачистки, м я», = К ■ -К* ¿5=0,65... 0,68 ¿6=0,826... 0,915 ¿2 ¿и ¿3 ¿,1

Расстояние от оси вращения до оси пят стрелы, м ¿7=0,135...0,145 1 к2 ¿л

Высота до оси пят стрелы, м ¿8=0,25...0,28 и ■На;' - |тэ

Расстояние от оси вращения до оси напорного вала, м ¿9=0,341...0,368 К. Кл

Высота развала, м яР К =/<*рЛР)

Метод, когда параметры машины определяются из соотношения вида

— = К, а коэффициент К устанавливается на базе опыта эксплуатации экска-В

ваторов как отечественного производства, так и зарубежного, прост и доступен, однако он имеет существенные недостатки.

Зависимости, используемые для определения параметров машины, нуждаются в постоянном уточнении по мере совершенствования существующих экскаваторов и создания новых моделей, что является трудоемким и длительным процессом, поскольку необходимо собирать свежий материал, обрабатывать его, что не всегда удается. Поэтому этот метод не позволяет оперативно реагировать на развитие смежных отраслей машиностроения, появление в них новых технологий. Любые изменения в условиях работы, в конструкции машины, в применяемых материалах, которые неизбежно возникают из-за развития техники и технологий, ведут к увеличению погрешности этих зависимостей.

Другим недостатком является то, что подобный подход уже изначально заставляет конструктора следовать в строго определенном русле, проектировать новую машину по образцу ранее созданных.

Все это увеличивает время самого проектирования, поскольку приходится нередко уточнять и корректировать ранее выбранные параметры, и,

кроме того, машина получается «усредненной» - рабочее оборудование спроектировано под некий абстрактный забой, а не под конкретные условия эксплуатации, что не совсем приемлемо для мощных машин, являющихся по существу уникальными.

В диссертационной работе автором предлагается определять параметры

рабочего оборудования исходя из соотношения —характеризующего раз-

*и

рабатываемый забой. На наш взгляд, это позволит связать такие параметры забоя, как высота развала, средний размер куска породы в развале с1ср , коэффициент разрыхления Кр, с линейными параметрами рабочего оборудования.

Представив высоту копания, как Я, и проведя некоторые преобразования выражений, приведенных выше, мы получим выражения, связывающие линейные параметры рабочего оборудования проектируемой машины с характеристиками забоя (табл. 1).

Используя рекомендуемые значения коэффициентов (см. табл. 1), можно определять тот или иной параметр машины исходя из характеристик забоя, под который она проектируется как из условия эффективности эксплуатации, так и безопасности работы.

Глава 3. Методика расчета усилий и мощностей механизмов подъема и напора

В г лаве проведен анализ методик расчета усилий копания и разработана методика определения усилий подъема и напора, а также их мощностей, при копании связных пород ковшом прямой механической лопаты во всем профиле забоя.

Рабочее оборудование карьерного экскаватора, являясь главным элементом машины, определяет ее будущую конструкцию, вес, габариты. И от того, насколько рационально спроектировано рабочее оборудование, во многом зависит и эффективность дальнейшей эксплуатации будущей машины.

Основой для выбора будущих параметров рабочего оборудования является расчет усилий сопротивления копанию породы ковшом лопаты и необходимых мощностей механизмов для преодоления этих усилий.

В основу расчета положена методика проф. Н. Г. Домбровского, предполагающая определение усилия на зубьях ковша в конце копания забоя нормальной высоты для нескольких расчетных положений.

Толщина стружки, при которой происходит полная загрузка ковша, находится из выражения

где д- вместимость ковша, м3;

Ка - коэффициент наполнения ковша; Вк - ширина режущей кромки ковша, м;

г3-

Кр - коэффициент разрыхления породы в ковше; высота оси напорного вала, м. А усилие на зубьях ковша соответственно:

где Ку — коэффициент удельного сопротивления копанию.

Определив веса рукояти С,р, ковша и грунта в нем С,+г, а также плечи действующих усилий, из уравнения моментов относительно оси напорного вала, находят рабочее

Гп

а затем стопорное усилия подъема

р

р =--£»__(71

™ш,р (0,7 -г 0,8)' К )

где г - плечо веса рукояти;

г>4г— плечо весов ковша и грунта в ковше; гр„ - плечо усилия ; /•„-плечо усилия подъема. Активное усилие напора определяют графическим методом для нескольких положений рукояти.

Используются и другие варианты этой методики, однако основное в этом расчете остается неизменным, а именно использование таких параметров, как толщина срезаемой стружки и коэффициент удельного сопротивления копанию.

Менее известной является методика расчета усилий, предложенная Е. Р. Петерсом. Эта методика предполагает определение усилий подъема, исходя из работы, затрачиваемой на перемещение ковша из начальной точки копания в конечную:

л = = --(8)

Л«-* кр Пр-Л»'* где Ап~ полная работа по заполнению ковша с учетом вредных сопротивлений сопутствующих тому процессу;

К0— удельная работа резания, которую нужно совершить, чтобы перевести 1 м3 породы в стружку;

Ки,Кр-коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта в ковше; г|и- КПД полиспаста и лебедки; т1р - КПД рабочего оборудования;

х ~ коэффициент использования силовой установки экскаватора.

Тогда натяжение каната, или усилие подъема Р, получаемое от двигателя для того, чтобы ковш произвел работу Ап, определится из выражения

/.»^-Аг (9)

'"П. Яр '•Чп-'Пр

где т|п- КПД полиспаста рабочего оборудования.

При этом наибольшее усилие в канате Ря, которое будет развиваться в лебедке при отдаче двигателем полной мощности, составит

(Ю)

X

Основным условием нашего расчета являлась отработка профиля забоя эквидистантными по горизонтали стружками.

Величина работы, совершаемая механизмом подъема при копании каждой стружки, находилась по величине сматывания подъемного каната, определяемой из геометрических построений для каждого расчетного положения ковша.

Расчетные схемы представлены на рис. 1, 2 и 3.

Рис. 1. Расчетная схема для определения Рис. 2. Расчетная схема для определения усилия подъема геометрических параметров рабочего оборудования

при последовательном снятии ковшом стружек породы.

Последовательность расчета и основные расчетные зависимости приведены ниже.

1. Толщина стружки на высоте напорного вала

С =_Я^л__ПП

та» т> ^ п • 1 )

к р назвала

2. Длина радиус-вектора

А = №! + (к ■ У - 2 • Я ■ (Мс ■ Ст<) ■ С05 у я , (12)

где А^- количество стружек, снятых ковшом до расчетного момента. Для первой стружки тУс= 0.

3. Угол между горизонталью и радиус-вектором

4. Выкат рукояти

(И)

5. Вес грунта в ковше

О =

ГТ

_ нап.вала _

90 - arctg

10. Момент, создаваемый силой Р0

01

под

(15)

6. Момент весов ковша и грунта

+(?,)• (16)

7. Момент веса рукояти

8. Сила сопротивления копанию

Рт=К„-В,-См. (18)

9. Нормальная толщина с'фужки

С„ =(:„,, со8(90-Ф/!). (19)

(20)

11. Момент, создаваемый силой подъема

= (21)

12. Требуемое усилие подъема

(22)

1И1Д £ ' V /

13. Горизонтальная составляющая напорного усилия

14. Вертикальная составляющая напорного усилия

+ (24)

Далее определяются составляющие напорного усилия, действующие вдоль балок рукояти и на седловой подшипник.

15. Мощность подъемных двигателей

р .у

\1 _ под по д. сред

под ~

1под

16. Мощность двигателя напора

р .у

А/ — »ап.рук нап.сред

Пнал

(26)

При определении средней скорости движения рабочего органа принимаются следующие условия:

7 % времени копания двигатель рабочего механизма сообщает ковшу 30 % от номинальной скорости движения (в начале копания);

22 % времени копания рабочему органу сообщается 60 % от номиналь-. ной скорости подъема и 50 % от номинальной скорости напора;

71 % времени копания ковшу сообщается 75 % от номинальной скорости подъема и 60 % от номинальной скорости напора (в конце копания).

17. Длина смотанного подъемного каната при подъеме ковша из положения 1 в положение 2

^каната = Асаната1 ~~ АанзтзЗ • (27)

18. Изменение усилия подъема, произошедшее в результате перемещения ковша из положения 1 в положение 2:

Д^од^подЗ-^од,- (28)

19. Величина работы, совершенная подъемной силой при перемещении ковша из положения 1 в положение 2:

(29)

"^под 2 ^"^каната ^^гтд *^*Под1 ^Ашната *

20. Величина полной работы, совершенной механизмом подъема при копании стружки:

1

■^под.попнал ^ 1 ^лод г '

Рис. 3. Расчетная схема для определения работы, совершаемой механизмом подъема при копании каждой стружки в отдельности

Для анализа влияния геометрических параметров рабочего оборудования на усилия и энергоемкость копания был проведен ряд расчетов.

В качестве исходных данных для расчетов послужили параметры рабочего оборудования экскаватора ЭКГ-18:

для первого расчета - с ковшом вместимостью 16 м3; для второго расчета - с ковшом вместимостью 18 м3; для третьего расчета - с ковшом вместимостью 16 м3 и измененным положением напорного вала;

для четвертого расчета - с ковшом вместимостью 16 м3 и увеличенным диаметром головных блоков по оси подъемных канатов;

для пятого расчета - с ковшом вместимостью 16 м3 и уменьшенной шириной режущей кромки.

По результатам расчетов построены графики, проведен анализ влияния конструктивных элементов на усилия, возникающие при копании ковшом прямой лопаты, определены требуемые мощности для преодоления возникающих сопротивлений, а также величины совершаемой механизмом подъема работы.

Графики изменения усилий подъема и напора для первого расчета приведены на рис.4.

'Г т

Уаал поворота даЛус-жютсюа, »рвдус Уяопясвс^отвАвдиуп-тпт/я. грвОгС

а) 6)

Рис.4. Зависимость требуемого усилия подьема (а) и напора (б) от выката и угла поворота рукояти.

Расчет №1

Глава 4, Обоснование конструктивной схемы и расчет усилий копания рабочего оборудования экскаватора с изменяемым наклоном верхней части стрелы

В главе приведено обоснование структуры рабочего оборудования прямой лопаты с шарнирно сочлененной стрелой и изменяемым углом наклона верхней части стрелы. Изменение длины подвески осуществляется как установочное движение для адаптации рабочего оборудования к изменяющимся условиям экскавации.

Форма необрушающихся забоев в глинистых породах повторяет траекторию резания ковшом экскаватора. В этом случае подвижная часть стрелы

устанавливается в верхнее положение и копание осуществляется до максимальной высоты копания.

Взорванная масса скальных и полускальных пород имеет разные характеристики по ширине и высоте развала. Форма развала определяется способом взрывания, и в процессе отработки порода обрушается. Поверхность обрушений имеет небольшую криволинейность и условно может быть заменена плоской формой. Угол устойчивого откоса а зависит от коэффициента разрыхления породы в развале. При Кр= 1,10... 1,20 угол откоса изменяется от 65 до70°,при^р=1,35...1,45 - а=55...60°.

Нижняя зона забоя - обрушившаяся порода - осыпь с углами откоса гак=36...42°. Таким образом, расчетная форма забоя образована двумя плоскостями: необрушившаяся часть массива с углом наклона 60...70° и осыпь с. углом

Погрузка ведется из осыпи, где освободившееся пространство заполняется сползающей породой. Внедрение ковша начинается с подошвы уступа и заканчивается на высоте меньшей высоты напорного вала.

Сопротивление внедрению ковша прямой лопаты определяется по расчетной схеме и формуле С. С. Музгина. При круглой, разгруженной от кручения рукояти результат умножается на коэффициент жесткости управления

Кж. Для крупнокусковой горной массы 6> — >4| Кж =1,15, и зависимость

I

будет иметь вид:

= 0,87-^-¿"-Ур»-(31) где Вн- ширина ковша по режущей кромке, м; ¿т - глубина внедрения ковша, м;

¡г кН

у - объемный вес породы в осыпи,—;

м

ц.. - коэффициент внутреннего трения сыпучей породы; /Гф - коэффициент формы и конструкции ковша.

Усилия на зубьях ковша прямой лопаты при внедрении в осыпь крупнокусковой горной массы по горизонтальной траектории недостаточно для заполнения ковша.

Увеличение горизонтального усилия может быть получено при опускании подвижной части стрелы в рабочем оборудовании, выполненном по схеме (рис. 5).

Рис. 5. Схема рабочего оборудования прямой механической лопаты с изменяющимся углом наклона верхней части стрелы

В диссертации получены зависимости касательной и нормальной составляющих усилия на зубьях ковша экскаватора:

ч

900 - 0,5р - у + агсвш

»(0,5Р + Т)"

/С-8ШР

-(<?. + Ог-втф-о, •викр-й. • созф)};

р02 = +(СР +ег)-соз((>-5'п -сое

В ^ПГ7

90° -^--у + агсзш---

2 ;с -зтр

(32)

(33)

где

(/„чЬЦ

у = arctg--—,

7р (34)

Усилие на зубьях ковша карьерного экскаватора с ковшом вместимостью 0=8 м3, определенное по приведенным зависимостям, представлено на рис. 6. Расчеты выполнены при порожнем ковше и максимальных значениях усилий и Л'и.

р=ВО'

Рис. 6. Зависимости усилия резания от угла поворота рукояти (<р°) при изменении наклона верхней секции стрелы(р°)

Для соотношения длин отдельных элементов рабочего оборудования, применяв- • мых на ЭКГ-8И, усилия на зубьях О 15 30 45 60 75 90 10 12 ковша под напор-

п ной осью на уров-

Угоп поворота рукояти, <р

не стояния увеличиваются с 330 до 588 кН, т. е. на 77 %. В положении ковша при максимальном радиусе копания на уровне стояния увеличение касательной составляющей составляет 30 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе изучения конструктивных схем прямых лопат, их работы в скальных взорванных и связных породах, анализа с использованием математического моделирования автором решена задача интенсификации рабочего процесса за счет быстрого приспособления как к низким, гак и к высоким забоям.

1. На основе статистики разработаны формулы для предварительного определения параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности.

2. На основе анализа энергозатрат при копании прямой лопатой с разными вариантами соотношения основных параметров определено, что для уменьшения энергоемкости рациональным является применение в конструкции рабочего оборудования:

• низкого положения оси напорного;

• наибольшей вместимости ковша из возможных;

• наибольшего из возможных диаметра головных блоков,

т. е. параметров, способствующих снижению количества стружек для отработки забоя, а также уменьшению требуемых усилий подъема при копании.

3. Разработана новая конструктивная схема рабочего оборудования карьерного экскаватора с шарнирно сочлененной стрелой, круглой, разгруженной от кручения рукоятью, с подвеской стрелы изменяющейся длины.

4. В разработанной методике сопротивления копанию определяются для связных и для скальных взорванных пород.

5. Усилия на зубьях ковша, развиваемые механизмами подъема и напора, могут быть определены при различных углах наклона подвижной части стрелы.

6. Интенсивность рабочего процесса карьерных экскаваторов большой мощности возрастает за счет:

• рационального соотношения основных параметров экскаватора, рассчитываемого для конкретных условий эксплуатации;

• быстрого приспособления рабочего оборудования к изменяющимся условиям взаимодействия ковша с забоем.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. Статьи, опубликованные в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией

1. Маковеев А. В. Влияние угла наклона верхней части шарнирно сочлененной стрелы на усилие резания прямой лопаты / П. А. Касьянов, А. В. Маковеев // Известия вузов. Горный журнал. - 2006. - № 1. - С. 106-109.

2. Маковеев А. В. Формы забоев прямой лопаты и расчеты сопротивлений внедрению ковша / П. А. Касьянов, А. В. Маковеев // Известия вузов. Горный журнал. -- 2008. - № 8. - С. 120 - 122.

2. Работы, опубликованные в других изданиях

3. Маковеев А. В. Связь параметров машины с характеристиками забоя / А. В. Маковеев // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. докладов V Международной научно-технической конференции. Чтения памяти В. Р. Кубачека. - Екатеринбург: УГГУ, 2007. -С. 10-14.

Подписано в печать 19.11.2008 г. Печать на ризографе. Бумага писчая. Формат 60x84 1/16. Гарнитура Times New Roman. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ -/87

Издательство УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства УТТУ

ВВЕДЕНИЕ.

1 .АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДИК

РАСЧЕТА УСИЛИЙ.

1.1. Конструктивные схемы рабочего оборудования прямых механических лопат.

2.0ПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ.

2.1. Общий расчет экскаватора.

2.2. Зависимости, используемые для предварительного определения параметров экскаватора.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСИЛИЙ И МОЩНОСТЕЙ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА И НАПОРА.

3.1. Анализ методик расчета усилий копания.

3.2. Выбор и обоснование методики расчета усилий копания для математической модели.

3.3. Условия, принимаемые при разработке программы расчета.

3.4. Допущения, принимаемые при разработке программы.

3.5. Последовательность расчета и основные расчетные зависимости, используемые в программе.

3.6. Исходные данные для расчета.

3.7. Анализ графиков, полученных по результатам расчетов усилий, мощностей механизмов подъема и напора, а также работы подъема.

3.8. Выводы, сделанные по результатам расчетов.

4. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ УСИЛИЙ КОПАНИЯ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРА С ИЗМЕНЯЕМЫМ

НАКЛОНОМ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ СТРЕЛЫ.

Актуальность темы. Механические прямые лопаты — основной вид оборудования на открытых горных работах, являющихся главным направлением развития горной промышленности России для обеспечения минеральным сырьем и топливом потребностей металлургии, энергетики, машиностроения, сельского хозяйства и др. [1, 2].

Для выполнения крупномасштабных объемов горных работ одной из основных задач отечественного экскаваторостроения является повышение производительности труда за счет переоснащения карьеров большой мощности экскаваторами с ковшами 30 м и более. Интенсификация рабочего процесса таких крупных машин - задача первостепенной важности.

Условие работы экскаваторов определяется типом и состоянием пород в забое, совершенством технологии предварительного рыхления. Крайнее разнообразие этих условий затрудняет выбор рациональных параметров проектируемых экскаваторов.

Скальные и полускальные породы преобладают на железнорудных месторождениях (85 %), на коренных месторождениях цветных металлов (95 %), на месторождениях горнохимического сырья и нерудных ископаемых (90 %). В то же время на угольных месторождениях свыше 80 % составляют глинистые и песчаные породы.

Карьерные экскаваторы малой и средней мощности могут проектироваться как машины универсального применения. В этом 3 случае копающие механизмы необходимо рассчитывать на предельные нагрузки в наиболее тяжелых условиях разных забоев. Уникальные машины большой мощности целесообразно проектировать для определенных условий в забоях предполагаемой эксплуатации, обеспечивая наибольшую интенсивность рабочего процесса.

Интенсивность процесса непосредственно связана с его энергоемкостью. Объем потребления электроэнергии определяется усилиями сопротивления, преодолеваемого приводом экскаватора. Можно выделить три основных фактора, влияющих на сопротивления копанию:

• физико-механические свойства разрабатываемых пород;

• качество подготовки забоя;

• конструктивные параметры рабочего оборудования.

Следовательно, определение влияния геометрии узлов рабочего оборудования на усилия копания и энергоемкость рабочего процесса, поиск новых конструктивных схем является актуальной задачей.

Объект исследований - карьерные механические экскаваторы с оборудованием «прямая лопата».

Предмет исследования - рабочее оборудование экскаватора.

Целью работы является разработка методов расчета параметров рабочего процесса и обоснование способов его интенсификации.

Идея работы заключается в расширении адаптивных свойств рабочего оборудования и интенсификации рабочего процесса за счет установочного движения верхней части стрелы.

Методы исследований включают обобщение опыта проектирования и эксплуатации карьерных экскаваторов большой мощности, экспериментальных исследований, математическое моделирование и анализ параметров процесса копания.

Научные положения, выносимые на защиту:

• формулы для предварительного определения параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности должны базироваться на параметрах конкретного забоя;

• усилия копания в осыпи забоя определяются углом наклона верхней части шарнирно сочлененной стрелы;

• сопротивление внедрению ковша с круглой, разгруженной от кручения рукоятью должно рассчитываться с учетом коэффициента жесткости направления ковша.

Научная новизна работы.

• Получены зависимости, связывающие параметры забоя (высоту развала, средний размер куска, коэффициент разрыхления) с основными линейными параметрами экскаваторов большой мощности.

• Обоснована методика определения рабочих усилий и мощностей копающих механизмов, а также разработана имитационная модель процесса экскавации связных пород.

• Обоснована структура рабочего оборудования с шарнирно сочлененной стрелой и изменяемым углом наклона верхней части стрелы.

• Получено аналитическое выражение для расчета сопротивления копанию крупно-кусковой горной массы при внедрении ковша с круглой разгруженной от кручения рукоятью.

Практическая ценность работы.

• Разработана новая конструктивная схема рабочего оборудования карьерного экскаватора с шарнирно сочлененной стрелой, с круглой, разгруженной от кручения рукоятью и подвеской стрелы изменяющейся длины.

• Предложена методика определения усилий копания при изменении угла наклона верхней части стрелы.

• Разработана методика расчета усилий и энергоемкости копания связных пород.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректностью постановки задач, адекватностью математических моделей реальным процессам экскавации, сходимостью результатов расчета и параметров новых моделей карьерных механических лопат большой мощности.

Реализация результатов работы. Зависимости, связывающие параметры забоя с основными линейными размерами рабочего оборудования, и математическая модель рабочего процесса используются в проектных расчетах карьерных лопат большой мощности в ОКЭ ООО «Уралмаш-Инжиниринг».

Обоснование параметров конструктивной схемы с изменяемой длиной подвески стрелы используется в лекциях и курсовом проектировании по дисциплине «Проектирование и конструирование горных машин» в Уральском государственном горном университете.

Апробация работы. Отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на V Международной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности» (г. Екатеринбург, 2007). Личный вклад автора заключается:

• в разработке зависимостей, связывающих параметры забоя с основными линейными параметрами экскаватора;

• разработке методики определения рабочих усилий и мощностей, а также модели процесса и программы для ЭВМ;

• выведении формул для расчета усилий и скоростей копающих механизмов при изменении угла наклона верхней секции стрелы.

Публикации. По теме диссертации автором опубликованы три работы, в том числе две в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях.

3.8. Выводы, сделанные по результатам расчетов

Таким образом, мы можем сделать следующие выводы: 1. Усилие подъема при копании на первой стружке в конце траектории копания имеет участок резкого возрастания требуемых усилий. Причем максимальное значение усилия, получаемое на этом участке, может значительно превосходить максимальные значения усилий подъема, получаемые при копании на последующих стружках.

2. По мере выдвижения рукояти, значения максимальных усилий подъема смещаются на кривой из области максимального поворота радиус-вектора в область, соответствующую его повороту на угол 80-100°.

3. Кривая требуемых усилий напора, при копании на первой стружке, вся лежит в области отрицательных значений. Это говорит о том, что механизм напора здесь должен создавать усилия, препятствующие заглублению ковша. Внедрение ковша в породу, при копании на первой стружке осуществляется за счет весов рукояти, ковша и грунта - в первой части траектории копания, и составляющей усилия подъема, действующей вдоль рукояти — во второй части траектории копания.

4. По мере выката рукояти, при углах поворота радиус-вектора около 40 - 45°, механизм напора начинает создавать усилия, стремящиеся прижать ковш к забою. Это связано с увеличением составляющей подъемного усилия отжимающего ковш от забоя и действующего вдоль балок рукояти. При углах поворота радиус-вектора более 90°, механизм напора должен также преодолевать и составляющие весов рукояти, ковш и грунта в ковше.

5. Увеличение вместимости ковша приводит к возрастанию требуемых усилий, как подъема, так и напора. Увеличение усилия подъема, связанное с поворотом рукояти, для более вместительного ковша, происходит интенсивнее, чем для ковша меньшей вместимости.

Увеличение усилий напора, для ковша 18м , наблюдается только для последней трети траектории копания.

6. Увеличение высоты оси напорного вала уменьшает рост усилий подъема в конце копания для первой стружки. Однако копание на последующих стружках требует от подъемного механизма развивать большие усилия, при угле поворота радиус-вектора около 90°, чем при низком положении этой оси.

7. Высокое положение оси напорного вала ведет к более интенсивному увеличению напорного усилия, прижимающего ковш к забою, во второй части траектории копания, чем это было при низком положении оси.

8. Увеличение диаметра головных блоков по оси подъемных канатов увеличивает требуемые усилия подъема в конце копания для первой стружки, однако на последующих стружках, это приводит к уменьшению этого усилия.

Напорный механизм также должен развивать большие усилия, отжимающие ковш от забоя, на начальных стружках. Однако, по мере выката рукояти, применение большего диаметр головных блоков ведет к снижению требуемого усилия напора по всей траектории копания.

9. Уменьшение ширины режущей кромки ковша, при неизменных весовых и других линейных показателях рабочего оборудования, а также вместимости ковша, не приводит к изменению требуемых усилий подъема и напора по стружкам.

10. Изменение параметров рабочего оборудования, приводит к изменению величины работы, затрачиваемой механизмом подъема (рис. 3.30).

Увеличение вместимости ковша, несмотря на то, что кривая работы для этого расчетного случая находится выше аналогичной кривой для рабочего оборудования с меньшим ковшом, приводит к снижению суммарной работы (159300 кДж - для ковша 16м ; 146500 кДж - для ковша 18м3), производимой механизмом подъема для отработки всего профиля забоя, поскольку последний отрабатывается за меньшее количество стружек (рис. 3.30).

Увеличение высоты оси напорного вала, приводит к возрастанию суммарной работы подъемного механизма (174800 кДж), поскольку увеличивается и количество стружек, за которое отрабатывается профиль забоя.

Увеличение диаметра головных блоков по оси подъемных канатов, по сравнению с первым расчетным случаем, снижает суммарную работу подъема (157600 кДж) - профиль забоя отрабатывается за то же количество стружек, однако усилия подъема, а значит и работа, меньше.

Уменьшение ширины режущей кромки, так же привело к снижению суммарной работы при отработке профиля забоя (138000 кДж). Это объясняется уменьшением количества стружек, за который профиль забоя отрабатывается. Однако, применение ковша с узкой режущей кромкой, для одного и того же забоя, увеличивает количество секторов в плане, за которое он отрабатывается, по сравнению с машиной, имеющей ковш с широкой режущей кромкой (рис. 3.29). Поэтому для машины с узким ковшом, мы будем иметь большую суммарную работу механизма подъема, при отработке всего забоя в плане.

Угловой сектор 1 < Угловой сектор 2

Рис. 3.29. Угловые сектора отработки забоя в плане для машины с узким ковшом «Экскаватор 1» и машины, работающей с широким ковшом «Экскаватор 2»

1400 1200 1000 ■ 800 ■ о

ID Е боо г

400 1 200 -О

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Номер стружки

Расчет №2 — Ра счет №1 —

Расчет №4

Рас- J9T №3 ' Рас ют №5 ' /

Таким образом, наиболее целесообразным, с точки зрения уменьшения затрачиваемой работы механизмом подъема, является применения в конструкции рабочего оборудования:

• низкого положения оси напорного вала;

• наибольшей вместимости ковша из возможных;

• наибольшего из возможных диаметра головных блоков по оси подъемных канатов, т.е. параметров, способствующих снижению количества стружек, за который отрабатывается профиль забоя, а также уменьшению требуемых усилий подъема при копании.

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ УСИЛИЙ КОПАНИЯ РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРА С ИЗМЕНЯЕМЫМ НАКЛОНОМ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ СТРЕЛЫ

Форма необрушающихся забоев в глинистых породах повторяет траекторию резания ковшом экскаватора. В этом случае подвижная часть стрелы устанавливается в верхнее положение, и копание осуществляется до максимальной высоты копания.

Взорванная масса скальных и полускальных пород имеет разные характеристики по ширине и высоте развала. Форма развала определяется способом взрывания, и в процессе отработки порода обрушается. Поверхность обрушений имеет небольшую криволинейность и условно может быть заменена плоской формой. Угол устойчивого откоса а зависит от коэффициента разрыхления породы в развале. При 7<ГР= 1,10. .1,20 угол откоса изменяется от 65 до 70°, приКр= 1,35.1,45 - а=55.60°.

Нижняя зона забоя - обрушившаяся порода - осыпь с углами откоса аос=36.42°. Следовательно, расчетная форма такого забоя образована двумя плоскостями: необрушившаяся часть массива с углом наклона 60. .70° и осыпь с углом аос.

Исследования экскавации взорванной горной массы [56, 80 -86, 88 - 92] свидетельствуют о существенном влиянии кусковатости и разрыхленности породы после взрыва, как на нагрузки машины, так и на ее производительность.

Несмотря на то, что основным объектом экскавации карьерных механических лопат являются скальные взорванные породы, в практике проектирования используются нормы и расчетные зависимости, базирующиеся на исследованиях, выполненных при экскавации связных пород.

В основу метода расчета усилий и параметров экскаваторов, разработанного в 30 годах, положены допущения и условности, относящиеся к забоям в связных породах: копание до высоты напорного вала, эквидистантность траекторий и пропорциональность усилия площади сечения стружки. Эти расчеты составляют основное содержание типового метода расчета экскаваторов [29].

При рассмотрении забоя взорванных скальных пород усилие внедрения ковша прямой лопаты может быть определено по расчетной схеме и формуле С. С. Музгина [49]. При круглой, разгруженной от кручения рукояти, по данным исследований, проведенных на кафедре горных машин, результат умножается на коэффициент жесткости управления Кж. Для крупнокусковой горной массы ср

Кж= 1,15, и зависимость будет иметь вид:

РШ1=0,87^я-^нб-уро-цвп-^ф, (4.1) где Вн- ширина ковша по режущей кромке, м;

Ьвн - глубина внедрения ковша, м; о ур0 - объемный вес породы в осыпи, кНУм ;

1ВН - коэффициент внутреннего трения сыпучей породы [87];

Кф - коэффициент формы и конструкции ковша.

Поскольку характерная форма забоев в обрушающихся породах не требует большой высоты копания, за исключением работы после взрыва с малыми коэффициентами разрыхления, когда требуется дополнительное предварительное рыхление-дочесывание» массива, то чем больше горизонтальное усилие резания на уровне стояния и чем проще управление при осуществлении горизонтальной траектории, тем эффективнее осуществляется процесс экскавации.

Усилия на зубьях ковша прямой лопаты при внедрении в осыпь крупнокусковой горной массы по горизонтальной траектории недостаточно для заполнения ковша.

Увеличение горизонтального усилия может быть получено при опускании подвижной части стрелы в рабочем оборудовании, выполненном по схеме (рис. 4.1).

Для схемы рабочего оборудования, приведенной на рис. 4.1, с использованием уравнений статики были получены следующие зависимости.

Рис. 4.1. Схема рабочего оборудования прямой механической лопаты с изменяющимся углом наклона верхней части стрелы

Касательная и нормальная составляющая усилия резания: р01 • К - Gpfe - Яр)' sintp

-(GK + Gr)-(l3 -sinq)-^ -sin(p-/zK -со8ф)±5н •/], (4.2)

Poi =Sll+{Gp+GK+Gr)-cosФ-Sn • cosц, (4.3) где Sn,SH - усилие в подвеске ковша (усилие подъема) и усилие напора;

Gp,GK,Gr - силы тяжести рукояти, ковша и грунта в ковше; ap,aK,hK - координаты центров тяжести рукояти и ковша относительно вершины зубьев;

3 - вылет зубьев ковша от оси напорного вала;

Ап- плечо действия подъемного усилия;

-плечо действия напорного усилия (по принятой схеме /=0); Ф -угол отклонения ковша от вертикали. Плечо действия подъемного усилия определяется из формулы:

И =/• si.iT п Р

90-Ц-агс^

ЛН Ч гб -сое Н-агсзтВ

Л"

Ч , р

-ч'рН Ч 4

4.4) где / - длина рукояти ковша до шарнира подвески;

К =13~ап>

4.5) где ап- координата шарнира подвески ковша относительно вершины зубьев; /с-длина верхней части шарнирно-сочлененной стрелы; гб -радиус головного блока стрелы; Р -угол между рукоятью и верхней частью стрелы. Выражения (4.2) и (4.3) могут быть преобразованы к виду: р01 =у-{^п Л -эт 1*>

90 и - 0,5р - у + агсвт г6 • С08(0,5Р + у) с • вт р

С?Р(/з ■ ятф-ак -вшф-^ -созф)}; ^

Р02 = + (С. + вк + вг) ■ СОвф - £п -С08

90° - - - у + агсвт—

2 /с-втр

ГбС08

Р 4 у ч2 V

4.7) где р-/с)-С18| у = аг-—.

7р+/С (4.8)

Результаты расчета усилий на зубьях ковша экскаватора ЭКГ-8И по приведенным выше зависимостям представлены на рисунках 4.2 и 4.3. Расчеты выполнены при порожнем ковше и максимальных значениях усилий £п и 5Н с целью оценки экскавационных свойств рабочего оборудования по выемочной функции.

Из рис. 4.2 видно, что касательная и нормальная составляющие усилия резания при опускании верхней части в начальной зоне копания (поворот рукояти от 0° до 30°) существенно возрастают: Р01 от 220 до 430кН; Р02 от нулевого значения до 250кН. При этом суммарная составляющая усилия копания Р0 увеличивается от 225 до 480кН (рис. 4.3)

Скорость напора при копании на последней стружке, для измененного положения верхней секции стрелы, можно определить из выражения (3.28). При этом вместо параметров £каната3 и £каната4 поставить ¿каната3 и ¿'каната4 соответственно (рис. 4.4). а)

400 300

200

100

60° г э =90° Г' 105° 1 и /

120° Р~ 35° |

-;

0 15 30 45 60 75 90 10 12 Угол поворота рукояти, <р° б)

Рис. 4.2. Зависимости касательной (а) и нормальной (б) составляющей усилия резания от угла поворота рукояти (ф°) при изменении наклона верхней секции стрелы(р°)

3=60

500

400

300

200

100 ^ --? 53 /' з=90" з=105: й V4"! р=12 )3

135"

0 15 30 45 60 75 - 90 10 12 Угол поворота рукояти,

Рис. 4.3. Зависимости усилия резания от угла поворота рукояти (<р°) при изменении наклона верхней секции стрелы(р°)

Положительный эффект от изменения угла наклона верхней части стрелы может быть достигнут как при установке механизма для непрерывного изменения угла наклона, так и при изменении постоянного положения верхней части стрелы, например, за счет смены вант. Требуемые работы по переоснащению рабочего оборудования экскаваторов с шарнирно-сочлененной стрелой могут быть осуществлены как при модернизации экскаватора, так и в условиях эксплуатации экскаваторов с целью повышения эффективности работающих машин в соответствующих забоях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе изучения конструктивных схем прямых лопат, их работы в скальных взорванных и связных породах, анализа с использованием математического моделирования автором решена задача интенсификации рабочего процесса за счет быстрого приспособления, как к низким, так и к высоким забоям.

1. На основе статистики разработаны формулы для предварительного определения параметров рабочего оборудования карьерных экскаваторов большой мощности.

2. На основе анализа энергозатрат при копании прямой лопатой с разными вариантами соотношения основных параметров определено, что для уменьшения энергоемкости рациональным является применение в конструкции рабочего оборудования:

• низкого положения оси напорного;

• наибольшей вместимости ковша из возможных;

• наибольшего из возможных диаметра головных блоков, т. е. параметров, способствующих снижению количества стружек для отработки забоя, а также уменьшению требуемых усилий подъема при копании.

3. Разработана новая конструктивная схема рабочего оборудования карьерного экскаватора с шарнирно сочлененной стрелой, круглой, разгруженной от кручения рукоятью, с подвеской стрелы изменяющейся длины.

4. В разработанной методике сопротивления копанию определяются для связных и для скальных взорванных пород.

5. Усилия на зубьях ковша, развиваемые механизмами подъема и напора, могут быть определены при различных углах наклона подвижной части стрелы.

6. Интенсивность рабочего процесса карьерных экскаваторов большой мощности возрастает за счет:

• рационального соотношения основных параметров экскаватора, рассчитываемого для конкретных условий эксплуатации;

• быстрого приспособления рабочего оборудования к изменяющимся условиям взаимодействия ковша с забоем.

1. Кваганидзе В. С., Петров В. Ф., Корецкий В. Б. Эксплуатация карьерного оборудования: Учебное пособие для вузов.-М.: «Мир горной книги», Издательство «Горная книга», 2007.-587 е.: ил. (ОСВОЕНИЕ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ).

2. Трубецкой К. Н., Потапов М. Г., Винницкий К. Е., Мельников Н. Н. и др. Справочник. Открытые горные работы.- М.: Горное бюро, 1994.-591с.

3. Мельников Н. Н., Неволин Д. Г., Скобелев Л. С. Технология применения и параметры гидравлических экскаваторов/Отв. ред. Н. Н. Мельников. Апатиты: Кольский научный центр РАН.—1992.— 216с.

4. Семенников В. С. Экскаваторы карьерные гидравлические. В кн. «Горное оборудование Уралмашзавода»ЛСоллектив авторов. Ответственный редактор-составитель Г. X. Бойко. Екатеринбург: «Уральский рабочий», 2003.-240с. с ил.

5. Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. Коллектив авторов под редакцией И. Л. Беркмана. М., Машиностроение. 1971.-304с.

6. Расчет основных параметров карьерных экскаваторов/Р24 Цветков В. Н., Дмитриев В. Д., Дурнев Н. В., Савинова Н. В.; под общей редакцией В. Н. Цветкова. Учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2006.-132с.

7. Ефимов В. Н., Цветков В. Н., Садовников Е. М. Карьерные экскаваторы: Справочник рабочего. М.: Недра, 1994.-3 81 с. :ил.

8. Концепция разработки и изготовления карьерных гидравлических экскаваторов типа ЬВ. Публикация с сайта ЗАО Финансово-Промышленная Компания «Инвест ТЭК»-2005г.-5с.

9. Надальяк П. А. Одноковшовые экскаваторы. Очерк развития одноковшовых экскаваторов для открытых горных работ. -М.: Издательство Академии наук СССР, 1960.-72с.

10. Фрейнкман И. Е., Ильгисонис В. К. Землеройные машины. 2-е изд., Л.: Машиностроение, 1972г.-320с.11 .Домбровский Н. Г. Экскаваторы. Общие вопросы теории, проектирования, исследования и применения. М.: «Машиностроение», 1969.

11. Подэрни Р. Ю. Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов.-6-е изд., перераб. и доп.-М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2007.-680с.

12. Махно Д. Е., Шадрин А. И. Надежность карьерных экскаваторов и станков шарошечного бурения в условиях Севера. -М., Недра, 197б.-176с.

13. Махно Д. Е. Эксплуатация и ремонт карьерных экскаваторов в условиях Севера.- М., Недра, 1984.-133с.

14. Трубецкой К. Н. Научные основы проектирования и технология применения карьерных погрузчиков на открытых горных работах. Автореф. докт. дис. М., ИПКОН АН СССР, 1980.

15. Исследование нагрузок в механизмах экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8 с целью определения предельно допустимой изношенности основных деталей: Отчет/СГИ: Науч. руководитель темы В. Р. Кубачек.- Свердловск, 1972-148с.

16. Рейш А. К. Повышение производительности одноковшовых экскаваторов.- М.: Стройиздат, 1983.-167с.

17. А. С. 611972. Рабочее оборудование экскаватора типа «прямая лопата»./П. А. Касьянов.- Опубл. в Б. П., 1978, №23.

18. Влияние угла наклона верхней части шарнирно сочлененной стрелы на усилие резания прямой лопаты. / П. А. Касьянов, А. В. Маковеев. // Изв. вузов. Горный журнал. 2006. -№ 1.-С. 106-109.

19. Егурнов Г. П. Одноковшовые экскаваторы. 2-е изд. доп.-М.: Госгортехиздат, 1960.-342с.

20. Беляков Ю. И. Проектирование экскаваторных работ,- М.: Недра, 1983.-349с.

21. Эксплуатация и испытания строительных машин/ П. Т. Фролов, И. В. Петров, М. С. Балаховский и др. М.: Высшая школа, 1970.-402с.

22. Одноковшовые экскаваторы НКМЗ./Ю. Я. Вуль, Ю. Т. Калашников, А. В. Сапилов, И. М. Харахаш.-М., Недра, 1978.-189с.

23. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия./Под ред. М. И. Щадова и Р. Ю. Подэрни.-М.:Недра, 1989.

24. Общие сведения. Модели гусеничных экскаваторов, тенденции их развития и оценка технического уровня. / А. А. Крагель //В кн. Горное оборудование Уралмашзавода.-Екатеринбург: «Уральский рабочий», 2003-240с.

25. Экскаватор ЭКГ-20А и его модификации. / В. Н. Цветков //В кн. Горное оборудование Уралмашзавода.- Екатеринбург: «Уральский рабочий», 2003-240с.

26. Сатовский Б. И., Ярцев Г. М., Полещук П. И., Цветков В. Н., Ясенев Д. А., Современные карьерные экскаваторы. Изд. 2. М. Изд-во «Недра», 1971,-480с.

27. Состояние и перспективы развития оборудования для открытых горных работ за рубежом: Отчет/ МИСИ им. В. В. Куйбышева: Рук. темы М. С. Балаховский.-М., 1982-69с.

28. Домбровский Н. Г., Панкратов С. А. Землеройные машины. Ч. 1. Одноковшовые экскаваторы. М., Госстройиздат, 1961.-651с.

29. Домбровский Н. Г., Гальперин М. И. Строительные машины (в 2-х частях). Ч. II: Учеб. для студентов вузов, обучающихся по спец. «Строительные и дорожные машины и оборудование».- М.: Высшая шк., 1985.-224с.

30. Управление движением ковша экскаватора-мехлопаты./ Л. Д. Певзнер, В. А. Кравцов //Изв. вузов. Горный журнал.-1992.-№10-С.91-94.

31. Система автоматического регулирования нагрузок механизма напора карьерного экскаватора ЭКГ-20А./ Н. А. Копысов, А. Б. Розенцвейг // Изв. вузов. Горный журнал.-1992.-№10-С.106-110.

32. Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам, 4-е изд., перераб. и доп.-М.: Недра, 1982.-414с.

33. Панкратов С. А. Конструкция и основы расчета главных узлов экскаваторов и кранов.- М.: Машгиз. 1962.-540с.

34. Казак С. А. Усилия и нагрузки в действующих машинах (краны и экскаваторы).- М.: Машгиз,-1960-168с.

35. Карьерные экскаваторы. Экскаватор ЭКГ-20./ А. Д. Табарин, В. Н. Цветков, И. Н. Сандригайло, М. Н. Василенко — по материалам сайта «Горное дело».

36. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Часть 1. Производственные процессы: Учебник для вузов.-4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985 - 509с.

37. Беляков Ю. И. Совершенствование технологии выемочно-погрузочных работ на карьерах. М.: Недра, 1977.- 295 с.

38. Производительность карьерных экскаваторов./ Э. И. Реентович, Б. А. Симкин // В кн.: Теория и практика открытых разработок. -М.: Недра, 1979, с.209-214.

39. Винницкий К. Е. Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках. М.: Недра, 1984.-237с.

40. Ржевский В. В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В 2-х частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация.-4-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1985. 549с.

41. Кулешов Н. А., Анистратов Ю. И. Технология открытых горных работ. -М.: Недра, 1968.

42. Опыт эксплуатации канатных и гидравлических экскаваторов в условиях карьера Мурунтау./П. А. Шеметов, С. К.

43. Рубцов, А. Г. Шлыков// Горная промышленность, №5(60) сентябрь-октябрь 2005.

44. Зеленин А. Н., Баловнев В. И., Керов И. П. Машины для земляных работа. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1975.-424с.

45. Результаты испытаний ковшей Э-505 и Э-1003./ А. С. Ребров//Механизация строительства, 1952, №7.

46. Машины для земляных работ. Под общей редакцией Ю. А. Ветрова. Киев: «Вища школа», 1976 - 368с.

47. Ветров Ю. А. Резание грунтов землеройными машинами. — М.: Машиностроение, 1971. 357с.

48. Музгин С. С. Экскавация крупнокусковой горной массы. -Алма-Ата, Наука, Каз. ССР, 1973. 123с.

49. Дорожные машины. Часть 1.: Машины для земляных работ/ Т. В. Алексеева, К. А. Артемьев, А. А. Бромберг и др. М.: Машиностроение, 1972. - 504с.

50. Домбровский Н. Г. Экскаваторы. Часть 2.-М.:МАШГИЗ,1940

51. Беляков Ю. И., Владимиров В. М. Совершенствование экскаваторных работ на карьерах. М., «Недра», 1974, 304 с.

52. Отечественные и зарубежные карьерные гидравлические экскаваторы/Добыча и переработка угля. Экспресс-информация. ЦНИЭИуголь, вып.З, 1984 - 24с.

53. Дитрих Я. Проектирование и конструирование: Системный подход. Пер. с польск. М.: Мир, 1981. - 456с.

54. Чернов Л. Б. Основы методологии проектирования машин. Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1978. - 148с.

55. Условия эксплуатации и процессы нагружения механизмов горных машин./ П. А. Касьянов, Д. А. Алексеев //Изв. вузов. Горный журнал. №2, 2006, С.92 - 97.

56. Прохоров А. Ф. Конструктор и ЭВМ. -М.: Машиностроение, 1987. 272с.

57. Тенденции совершенствования экскаваторов за рубежом./Экспресс-информация, серия 2. Горное оборудование, вып. 14, ЦНИИТЭИТяжмаш, 1988. 7с.

58. АнтиповаМ. А. Обоснование оптимальных сроков и затрат на создание мощных экскаваторов для открытых горных работ./Автореф. дис. к.т.н., 1973. 14с.

59. Создание мощных карьерных гидравлических экскаваторов/ Одноковшовые экскаваторы с гидроприводом и область их применения./ Л. С. Скобелев, В. М. Штейнцайг, Р. М. Штейнцайг //Реф. сб. ЦНИИТЭИТяжмаш. М.: 1982. - С.З - 7.

60. Основные концепции в создании отечественных мощных гидравлических экскаваторов. / Л. С. Скобелев // Реф. сб. ЦНИИТЭИТяжмаш. -М.: 1982. С.10.

61. Испытания экскаватора ЭГ-12./ Ю. А. Девяткин, П. П. Авдеев, В. А. Усанов //Реф. сб. ЦНИИТЭИТяжмаш. -М.: 1982. -С.13-17.

62. Кинематические особенности черпания взорванных горных пород одноковшовыми экскаваторами./ В. Р. Кубачек, Ю. А. Девяткин, И. С. Денисов // Изв. вузов. Горный журнал, 1973, №8.

63. Кох П. И. Одноковшовые экскаваторы. Устройство, монтаж, эксплуатация и ремонт. Изд. 2-е. М.: Машгиз, 1963. -439с.

64. Мелник М. Основы прикладной статистики: Пер. с англ. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 416с.

65. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. Челябинск, 1991.

66. Методика оперативной оценки карьерных гидравлическихчэкскаваторов./ JI. Б. Борщ-Компаниец // Горная промышленность, НПК «Гемос ЛТД», 1996, №1. С. 29 37.68. 10.55505РР Экскаватор ЭКГ-1500Р. Усилия подъема и напора. Расчет.

67. Петере Е. Р. Основы теории одноковшовых экскаваторов. М., «Машгиз», 1955.

68. Уокенбах, Джон. Профессиональное программирование на VBA в Excel 2003. Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильяме», 2005.-800 е.: ил.-Парал. тит. англ.

69. Шестаков В. С. Расчет параметров горных машин на ЭВМ: Учебное пособие.- Екатеринбург: Изд-во УТТГА, 2001.-174 с.

70. Единые нормы выработки на открытые горные работы для предприятий горнодобывающей промышленности. Экскавация и транспортирование. Изд.2-е, переработ, и доп. М., «Недра», 1971. 312 стр.

71. Волков Д. П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М., «Машиностроение», 1965.

72. Чулков Н. Н. Расчет приводов карьерных машин. М.: Недра, 1987.- 196с.

73. Панев Б. И. Режимы управления экскаваторами СЭ-3 и ЭКГ-4. -М.: Недра, 1966. 122с.

74. Подэрни Р. Ю. Карьерные экскаваторы на открытых разработках США. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ. - 1968. - 72с.

75. Экскаваторы для горных работ фирмы «Харнишфегер» (США)./ ЦНИИТЭИТяжмаш, обзор. М., 1982. - 39с.

76. Состояние и перспективы развития оборудования для открытых работ за рубежом./ М. С. Балаховский //Горное оборудование. Обзорная информация. М., ЦНИИТЭИТяжмаш, 1984, вып. 2,-41с.

77. Шадрин А. И. Обоснование параметров технической эксплуатации горного оборудования в условиях холодного климата./ Автореф. дисс. докт. техн. наук.: Иркутск. 2004. - 39с.

78. Исследование процесса погрузки скальных пород на открытых разработках./ М. И. Варийчук, А. С. Сикненкова, А. П. Терещенко (МГИ), Г. Г. Черепанов.//Добыча угля открытым способом. Реф. сб. №2 (62). М.:ЦНИЭИуголь, 1971. - С. 1.

79. Качество подготовки горной массы к экскавации на карьерах СССР./ В. Р. Кубачек, Д. К. Тургель // Изв. вузов. Горный журнал. №8, 1975. С.101 - 103.

80. Основные направления развития мобильной горной техники для открытой разработки./ Н. В. Мельников, К. Н. Трубецкой //«Горный журнал», 1969, №1. С. 18-22.

81. Рубцов В. К. Методика расчета параметров буровзрывных работ на получение кусков заданной крупности. М., ЦНИГРИ, 1967.-31с.

82. Беляков Ю. И. Выемочно-погрузочные работы на карьерах. М.: Недра, 1987. - 268с.

83. Исследование влияния кусковатости на нагрузки в подъемном механизме экскаватора./ П. А. Касьянов, В. Р. Кубачек //Сб. ст. «Механизация открытых горных работ». Вып. 1, 1975. Изд. СГИ.

84. Касьянов П. А. Исследование влияния кусковатости взорванной горной массы на режимы нагружения подъемных механизмов карьерных экскаваторов./ Автореферат дисс. канд. техн. наук: Свердловск, 1970. 21с.

85. Барон Л. И. Характеристики трения горных пород. М.: Наука, - 1967. -208с.

86. Исследование влияния кусковатости взорванной горной массы на эффективность работы экскаваторов и автотранспорта./ Л. С. Константинов // Сб. «Взрывное дело». №67/24, Изд-во «Недра», 1969.

87. Родионов Г. В. Экспериментальное и теоретическое исследование породопогрузочных машин периодического действия. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: 1957.

88. Рациональная степень дробления горной массы на карьерах с автомобильным транспортом./ Ю. И. Анистратов, И. И. Жабин //Горный журнал, 1969, №1.

89. Классификация экскавируемых сред по структурным признакам./ Ю. И. Беляков //Изв. вузов. Горный журнал, 1967, 3.

90. Исследование закономерностей изменения фракционного состава взорванной горной массы на карьерах в зависимости от диаметра среднего куска./ И. С. Куклин, А. С. Маторин // Горный журнал, 1968, 12.