Рабочее оборудование многочерпаковых экскаваторов

1. Рабочее оборудование цепного многочерпакового экскаватора со­стоит из черпаковой рамы, цепи, черпаков и подвески.

Рис. 8.1. Схемы черпаковых рам:

а — простая жесткая с планирующим звеном; б — шарнирная; в - же­сткая со свободно провисающей цепью; г — комбинированная

Черпаковые рамы различают с жестко направленной (рис. 8.1 а, б) в свободно провисающей черпаковой цепью (рис. 11.1, в), а также комбинированные (рис. 8.1, г).

В первом случае черпаковая цепь движется по жестким напра­вляющим, не позволяющим ей отклоняться в плоскости ее движения. Экскаваторы с такой цепью применяются для работы в однородных грунтах или на планировке откосов.

Рамы с направляющими для цепей обеспечивают больший коэф­фициент наполнения черпаков, позволяют работать с большой глу­биной черпания. Но в связи с высокими потерями на трение возра­стает удельный расход энергии и требуется замена изнашивающихся направляющих.

Экскаваторы со свободно провисающей черпаковой цепью пред­назначены для разработки пород с твердыми включениями. Свободно провисающая цепь имеет значительную свободу перемещения как в плоскости своего движения, тат; и перпендикулярно к ней. Поэтому черпаки, встречая при своем движении препятствия, обходят их, чем предотвращаются поломки черпаков или разрывы цепи.

В комбинированных рамах в нижней части цепь свободно прови­сает, а в верхней — движется в направляющих.

Рамы со свободным провисанием цепи в настоящее время не при­меняются, так как они ограничивают высоту уступа и снижают про­изводительность экскаватора. В настоящее время при наличии твер­дых включений в массиве уступа применяют комбинированные рамы.

У всех рам холостая ветвь черпаковой цепи движется по ро­ликам.

Жесткие черпаковые рамы выполняются как простой, так и шар­нирной конструкции.

На свободном конце рамы (при нижнем черпании) и у ее основа­ния (при верхнем черпании) устанавливается планирующее звено для зачистки площадки уступа. Шарнирные рамы позволяют вести селективную выемку полезного ископаемого.

Рамы со свободно провисающей цепью выполняются бесшарнир­ными и не имеют планирующего звена. При работе нижним черпа­нием с черпаковой рамой без планирующего звена на подошве забоя остаются гребешки, требующие дополнительной зачистки. Кроме того, в начале работы после передвижки значительная часть черпа­ковой цепи работает вхолостую. Наличие планирующего звена по­зволяет вести работу с полной зачисткой подошвы забоя.

Многошарнирная черпаковая рама представляет собой конструк­цию, предназначенную для разработки откосов параллельными слоями, а также для селективной выемки полезного ископаемого.

По концам рамы (рис. 11.1, б) устанавливаются приводной 1 и на­тяжной 2 барабаны, а на ее перегибах — направляющие 3. Черпако­вые рамы выполняются в виде сварной или клепаной решетчатой фермы прямоугольного поперечного сечения.

Черпаковая цепь (рис. 8.2) состоит из утолщенных 1 и плоских 2 звеньев, соединенных между собой шарнирами. Черпаки 3 крепятся к звеньям цепи, называемым рабочими. Между рабочими звеньями находится от четырех до восьми холостых звеньев. В соответствии с числом холостых звеньев между черпаками различают четырех-, шести- и восьмизвенные цепи. Шагом цепи (длина звена) и числом холостых звеньев определяется и чем больше емкость черпаков, тем больше потребные шаг цепи и число холостых звеньев. Звенья цепей изготовляются литыми или коваными. Последние более прочны и долговечны. Утолщенные звенья имеют сменные на­кладки 4. Для уменьшения износа плоских поверхностей звеньев сменные накладки направляющих черпаковой рамы изготовляют из более мягкой стали. С этой же целью и отверстия планок запрессо­вывают втулки 5 из мар­ганцовистой стали. Через втулки проходят пальцы 6, соединяющие планки ме­жду собой. Пальцы тоже изготовляют из марганцо­вистой стали. Обычно шар­ниры цепей работают без смазки. На некоторых экскаваторах последних выпусков применяется смазка шарниров цепей. При высоком качестве уплотнений смазка значи­тельно повышает срок службы шарниров. При плохом уплотнении смазка может играть отрицатель­ную роль, вызывая уси­ленное налипание абра­зивной породы на тру­щиеся поверхности.

Черпакиизготовляются клепаными или сварными. Козырек 7 чер­паков изготовляется из марганцовистой стали. Емкость черпаков колеблется от 30 до 4500 л.

Длину ковша принимают в пределах

С = (2,0-2,5)t_ц,

где t_ц — шаг звена цепи.

Рис. 8.2. Черпаковая цепь с черпаком

Черпаки бывают открытыми п с распорками, соединяющими внутри боковые стенки черпака. Распорки повышают жесткость и прочность черпака, но уменьшают на 10—15% коэффициент его наполнения, поэтому такие черпаки применяют редко. В соответствии с траекторией переднюю часть черпака всегда делают шире, чтобы устранить трение боковых стенок о породу. Боковые стенки вверху имеют лапы, которыми черпак крепится к рабочим звеньями цепи.

Подвеска рамы состоит из системы полиспастов, удерживающие раму в нужном положении, Жесткая рама шарнирно соединена с кор­пусом экскаватора и за свободный конец подвешена к укосине. Шарнирная рама подвешивается за каждый шарнир. Изменяя длину отдельных подвесок, можно придать раме желаемый изгиб.

Все подвески, кроне крайней, состоят из параллельных ветвей канатов. В крайней подвеске кроме параллельных ветвей есть еще ветви, идущие диагонально. В случае остановки по какой-либо причине черпаковой цепи возникают большие боковые нагрузки на раму и она отклоняется от вертикальной плоскости. При этом одна диагональ подвески укорачивается, а другая удлиняется, и гори­зонтальная ветвь каната начинает двигаться, воздействуя на конце­вой выключатель. Последний выключает поворотные (пли ходовые) Двигатели, предохраняя черпаковую раму от деформации.

После каждого прохода рамы ее необходимо приближать к поверх­ности уступа, чтобы получить следующую стружку. Это достигается или постепенным опусканием рамы из положение / в положение // (см. рис. 8.1. а), или параллельным перемещением ее (см. рис. 8.1, б). Первый способ конструктивно проще и применяется чаще. Его недо­статок — малый путь наполнения черпаков в начале отработки перед­него блока и переменная толщина стружки (больше внизу), что сни­жает наполнение черпаков.

Рис. 8.3. Ведущая звездочка черпаковой цепи

Второй способ применяется на мощных экскаваторах. У них опора черпаковой рамы и привод цепи устанавливаются на тележку, пере­мещающуюся внутри экскаватора. В этом случае путь наполнения всегда одинаков, толщина стружки по всему откосу постоянная и, кроме того, такой экскаватор может дальше находиться от бровки уступа, что уменьшает опасность обрушения породы.

Ведущий барабан состоит из двух-, шести- или восьмигранных звездочек (рис. 8.3), посаженных на ведущий вал. Звездочки имеют сменные зубья 1 из марганцовистой стали и направляющий диск 2. Зубья зажаты в пазах ступицы 3. стянутой болтами 4. Ступнца с ва­лом соединена шпонками.

Натяжной барабан (рис. 8.4) состоит из двух колес 1 с высокими ребордами. Его диаметр в полтора раза больше диаметра ведущего барабана. Корпус подшипников 2 барабана через пружины 3 и винто­вое натяжное устройство 4 соединяются с черпаковой рамой. Вращая

Рис. 8.4. Натяж­ной барабан чер­паковой цепи

с помощью двигателя 5 гайку 6, машинист может перемещать ось барабана и этим регулировать натяжение цепи. Пружины 3 устано­влены для поглощения толчков, неизбежных при работе черпаковой цепи. Применяются натяжные устройства и других типов.

Рабочее оборудование роторных экскаваторов включает ротор с черпаками, привод ротора и стрелу.

Ротор. При всей многочисленности рабочие органы роторного типа могут быть разделены на два крупных класса, различающихся способом разгрузки ковшей: с гравитационной разгрузкой; с инер­ционной разгрузкой.

Первые, по способу подачи материала на конвейер могут быть: с прямой разгрузкой (рис. 8.5. а) и С боковой разгрузкой (рис. 8.6). Последняя выполняется односторонней (боковой) пли двусторонней.

В роторе с двусторонней разгрузкой порода из черпака скользит по двум разгрузочным поверхностям на приемные ленточные конвейеры, находящиеся с двух сторон ротора, и с них перегружается на конвейер, установленный на стреле. В таком роторе улучшаются условия разгрузки черпаков, меньше налипание породы на разгру­зочные поверхности, равномернее нагрузка на стрелу (ротор расположен на оси стрелы). Кроме того, уменьшается' износ конвейеров ввиду меньшей высоты падения породы.

Недостаток конструкции — увеличенные в плане углы подхода ротора к забою, большее число перегрузочных конвейеров.

При боковой разгрузке часто осуществляют наклон осп ротора по отношению к оси конвейера в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 5—10⁰. Наклон ротора в сторону конвейера дает зна­чительное улучшение условий разгрузки без усложнения конструк­ции ротора. При прямой разгрузке ротор устанавливается перед кон­вейером.

Рис.8.5 Схема прямой разгрузки ротора:

а — торцевая; б — инерционная с подъемом материала через ротор; в — инерци­онная бел подъема материала

Скорость скольжения породы по разгрузочной поверхности камерного ротора зависит от угла наклона этой поверхности к горизонту.

Разгрузка породы из черпака возможна только в пределах раз­грузочного угла, составляющего для камерных роторов 60—70°. Следовательно, число черпаков на роторе и его скорость вращения выбираются так, чтобы за время прохождения черпаком разгрузоч­ного угла порода из него успела соскользнуть с разгрузочной поверх­ности на конвейер. Число черпаков на роторе и скорость вращения его определяют производительность экскаватора. Увеличение числа черпаков сопровождается увеличением диаметра колеса, доходящего до 16—18 м у мощных экскаваторов имеющих до 12 черпаков на роторе (и до 12 промежуточных режущих кромок).

Угол разгрузки у бескамерных колес удается увеличить до 120 против 60—70⁰ у камерных. Кроме того, путь, проходимый породой по движущимся поверхностям ротора (черпак и подчерпаковая камера) значительно короче, чем у камерного ротора, позволяет значительно увеличить скорость вращения бескамерного ротора к увеличить число опорожнений черпаков в минуту, с 30—40 (у камерных) до 108 у бескамерных роторов. Скорость резания при этом возрастает с 1,5 — 2 до 5 м/сек, а скорость вращения — с 2—3 до 10 об/мин.

Комбинированный ротор (рис. 8.6, в) имеет укороченные, не доходящие до центра колеса камеры. Поэтому черпаки |шесте с подчерпаковой камерой образуют значительную емкость при малых размерах ротора, что повышает про­изводительность экскаватора. Укороченные камеры облегчают разгрузку черпа­ков и придают достаточную жесткость и прочность ро­тору. Благодаря этому ком­бинированные роторы по прочности и жесткости кон­струкции приближаются к камерным, а по легкости разгрузки черпаков — к бескамерным.

Бескамерные роторы выполняются также с разгрузкой на спе­циальные приемно-питающие устройства.

Приемно-питающие устройства по конструкции (рис. 8.7) могут быть: с неподвижным желобом; с неподвижным желобом снабженным лопастными очистителями (рис. 8.7, а), с роликовым столом (рис. 8.7, б); с вращающимся конусом (рис. 81.7, б); с одно- и двухбарабанным питателем (рис. 8, в); с тарельчатым питателем (рис. 8.7, г); с косым выносным ленточным питателем и комбинированные.

Рис. 8.6. Роторы с боковой разгрузкой: а — камерный; б — бескамерный; в — полукамерный (комбинированный).

Рис. 8.7. Схемы приемно-питающих устройств роторов

Роликовый питатель состоит из комплекта роликов. Ролики вра­щаются от двигателя и по их поверхности порода транспортируется от черпаков к конвейеру. Роликовый стол должен иметь уклон в сто­рону конвейера, скорость вращения роликов должна возрастать в направлении разгрузки. Ролики устанавливаются с минимальным зазором, чтобы порода не просыпалась между ними, поверхность их покрывается резиной.

Во всех рассмотренных питателях порода поступает на конвейер под прямым углом к направлению движения ленты. Поэтому порода скользит по ленте до тех пор, пока не приобретет той же скорости, что и лента. Следствием скольжения породы является повышенный износ ленты.

Чтобы предохранить длинную дорогостоящую ленту стрелового конвейера от быстрого износа, применяют промежуточный короткий конвейер (см. рис. 8. 6, а, б). На него устанавливается лента с более толстым слоем резины, что увеличивает срок ее службы.

Порода с промежуточного конвейера поступает на главный кон­вейер со скоростью, равной скорости движения ленты главного кон­вейера и почти совпадающей с ней по направлению. Кроме того, в месте перегрузки породы устанавливаются колосники, через кото­рые мелкие куски породы попадают на ленту, защищая ее поверхность от ударов крупных кусков и тем самым уменьшая ее износ. Замена короткой ленты промежуточного конвейера не вызывает больших потерь времени и средств.

По конструкции запирающего устройства бескамерные роторы могут быть с неподвижным сектором и с подвижным.

Во всех рассмотренных роторах разгрузка породы из черпаков происходит под действием силы тяжести. Поэтому скорость вращения ротора выбирается такой, чтобы центробежная сила была меньше силы тяжести и не удерживала породу в черпаке. Скорость вращения ротора, или окружная скорость, при которой сила инерции равна силе тяжести, называется критической. В роторах с гравитационной разгрузкой окружная скорость берется 0,45—0,55 от критической. В случае превышения этого предела порода будет плохо выгружаться из черпаков.

В инерционном роторе окружная скорость берется равной или больше критической, поэтому порода из черпаков, находящихся в верхнем положении, не падает вниз. Она выбрасывается из них под действием суммы сил тяжести и центробежной. Такая разгрузка называется центробежной или инерционной.

Испытание моделей и опытных образцов и расчеты показывают, что применение инерционных роторов позволит значительно увели­чить производительность экскаваторов, радиус их действия и сни­зить вес экскаватора и момент инерции ротора. Следует отметить, что на пути практического использования инерционных роторов имеются значительные трудности. Можно предвидеть, что быстро вращающийся ротор при встрече его черпака с твердыми породными включениями (прослойками) получит значительные повреждения; удельный расход энергии на разрушение породы при высоких скоро­стях возрастет, будут значительными силы трения черпака о забой и породы о запирающий сектор. Износ отдельных частей ротора и ленты конвейера, вероятно, тоже будет повышенным.

Роторы с инерционной разгрузкой устанавливаются впереди конвейера и могут выполняться с разгрузкой: через ротор с подъемом материала (см. рис. 8. 5, б), за ротором без подъема материала (см. рис. 8. 5, в).

Черпаки. По конструкции режущей части все типы роторов де­лятся на: черпаковые и черпаковые с дополнительными рыхлящими ножами или поясами.

Черпаки, в свою очередь, классифицируются: по конструкции и наличию днищ — с жестким днищем, с гибким днищем и без днищ (при инерционном способе разгрузки). Жесткое днище может быть сплошным или прутковым, а гибкое — цепным или кольчужным; по форме режущего пояса — арочные, прямоугольные и трапецеи­дальные. Режущая кромка пояса по армировке режущим инструмен­том может быть с зубьями и без зубьев; по наклону боковой режущей кромки к радиусу ротора: с радиальной боковой режущей кромкой и с наклонной (черпаки косого резания).

Черпаки всех средних и крупных отечественных роторных экска­ваторов снабжены цепными днищами. В верхнем положении цепи провисают внутрь, стряхивая с себя породу. Наибольшее распростра­нение за последнее десятилетие получили черпаки косого резания.

Рис. 8.8. Черпак косого резания УкрНИИпроекта для песчано-глинистых пород

Установкой промежуточных режущих поясов между черпаками до­стигают хорошие результаты по снижению кусковатости отделяемой горной породы и уменьшению динамики при работе машин.

На основе экспериментальных исследований УкрНИИпроект раз­работал рациональную конструкцию черпаков косого резания для песчано-глинистых пород и крепких пород и углей.

Черпаки для песчано-глинистых пород (рис. 8.8) включают: косой арочный козырек 7 с углом наклона 12—15° к вертикали, армирован­ный шестью зубьями 2, каркасный корпус 3 и цепное днище 4.

Зубья составляют с плоскостью симметрии ковша угол α₁, кото­рый может быть выбран в зависимости от типа грунта в пределах 55— 75°. Скос боковых кромок обеспечивает отставание зубьев на козырьке друг от друга по дуге резания.