Классификация, типажи и параметрические ряды экскаваторов
На открытых горных разработках ключевую роль играют выемочно-погрузочные машины, среди которых ведущее место занимают экскаваторы. Их основным отличительным признаком является наличие специального рабочего органа, предназначенного для копания — экскавации.
Основные принципы классификации
Экскаваторы систематизируют по нескольким ключевым критериям. По конструкции рабочего органа их делят на одноковшовые, многоковшовые и фрезерные. По принципу действия различают машины цикличного (прерывистого) и непрерывного действия.
Центральным элементом большинства экскаваторов является ковш. Его конструкция специально разработана для эффективной разработки горных пород, которые могут сильно различаться по прочности и размеру кусков после разрыхления.
Одноковшовые и многоковшовые экскаваторы: сравнение принципов работы
Одноковшовые экскаваторы имеют относительно простую конструкцию, но их производительность ограничена цикличностью рабочего процесса. Каждый рабочий цикл состоит из строгой последовательности операций: наполнение ковша (черпание), его перемещение к точке разгрузки, сама разгрузка и возврат порожнего ковша в исходное положение для начала нового цикла.
В отличие от них, многоковшовые экскаваторы — это машины непрерывного действия. У них все этапы рабочего цикла (черпание, транспортировка, разгрузка) происходят одновременно и совмещенно, что и обеспечивает непрерывность процесса. К машинам непрерывного действия также относят экскаваторы с фрезерным рабочим органом (рис. 3.1.1), которые применяются для разработки прочных и однородных пород.
Типажи экскаваторов по назначению
В зависимости от решаемых задач и характера работ экскаваторы подразделяются на три основных типажа: вскрышные, карьерные и карьерно-строительные.
Вскрышные экскаваторы
Эти машины предназначены для удаления (вскрыши) пустых пород, покрывающих месторождение, и их перемещения в отвал. Они отличаются увеличенными линейными размерами рабочего оборудования. К основным типам вскрышных экскаваторов относятся:
- Шагающие экскаваторы (тип ЭШ, рис. 3.1.2). Их ключевая особенность — гибкая связь ковша с приводом (драглайн), что позволяет увеличить вылет ковша до 80-100 м. Шагающий ход обеспечивает большую опорную поверхность и позволяет работать на грунтах с низкой несущей способностью. Эти машины универсальны, маневренны и могут выполнять как нижнее, так и верхнее черпание.
- Роторные экскаваторы (тип ЭР, рис. 3.1.3). Это самоходные агрегаты непрерывного действия. Порода разрабатывается ковшами, закрепленными на вращающемся роторном колесе, и транспортируется конвейерными устройствами. В подходящих условиях (однородные нескальные породы) они являются одними из самых эффективных машин по производительности и энергозатратам.
- Цепные экскаваторы (рис. 3.1.4). Их рабочий орган — бесконечная цепь с ковшами, движущаяся по ковшовой раме. Ковши, перемещаясь по забою, зачерпывают породу и подают ее к разгрузочному желобу. Преимущества: возможность верхнего и нижнего черпания, отработка тонких пластов, качественная планировка. Недостаток — большая масса оборудования.
- Вскрышные лопаты (тип ЭВГ, рис. 3.1.5). Оборудованы прямой лопатой с жестким креплением ковша. Характеризуются большой массой при относительно небольшой рабочей зоне. В настоящее время в РФ не производятся из-за сравнительно низкой эффективности.
Карьерные экскаваторы
Предназначены для добычи полезного ископаемого. Отличаются повышенной прочностью оборудования, большими силовыми возможностями и коротким рабочим циклом (до 25 секунд), что делает их эффективными для работы со скальными породами. Основные типы:
- Механические лопаты (мехлопаты, тип ЭКГ, рис. 3.1.6). Обладают высокой надежностью и способны работать в самых тяжелых условиях, в том числе с негабаритными кусками породы. Оборудованы прямой лопатой, что позволяет создавать большое усилие на режущей кромке. Главный недостаток — относительно низкий КПД из-за больших энергозатрат на подъем груженого ковша.
- Гидравлические экскаваторы. Делятся на два основных вида: с погрузочным оборудованием (тип ЭГ, рис. 3.1.7) и с обратной лопатой (тип ЭГО, рис. 3.1.8). Их преимущества перед мехлопатами значительны: более простая и надежная передача мощности через гидроцилиндры, высокая кинематическая подвижность рабочего оборудования, возможность реализации сложных траекторий движения ковша и селективной выемки. Гидравлические экскаваторы способны развивать большее усилие копания и имеют большую вместимость ковша при равной массе с мехлопатой.
- Роторные экскаваторы повышенной мощности (тип ЭРП, рис. 3.1.9). Благодаря особой конструкции ротора и укороченной стреле создают повышенные силы копания и применяются в системах поточной разработки полускальных пород без взрывных работ.
Карьерно-строительные экскаваторы
Отличаются универсальностью. На одну базовую машину может устанавливаться различное сменное рабочее оборудование: прямая и обратная лопата, грейфер, кран и др. Они обладают высокой маневренностью и относительно малой массой.
Параметрические ряды
Для стандартизации и обеспечения необходимого диапазона технических характеристик экскаваторы объединяют в параметрические ряды. Для одноковшовых машин главным параметром является вместимость ковша (Е, м³). Например, ряд мехлопат включает модели с ковшом 3.2, 5, 8, 12.5 и 20 м³.
Для многоковшовых (роторных) экскаваторов основным параметром служит теоретическая производительность (Qт, м³/ч). Ряд экскаваторов типа ЭР включает модели с производительностью 630, 1250, 2500, 5000 и 10000 м³/ч.
В целом, разнообразие типов, конструктивных схем и модификаций экскаваторов обусловлено широким спектром технологических задач, решаемых в горнодобывающей промышленности.
