Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ГОРНО-ДОБЫЧНОГО ЗАБОЯ И КАРЬЕРНЫЙ КАНАТНЫЙ ЭКСКАВАТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно выемочно-погрузочным машинам, предназначенным для разработки и погрузки в транспортные средства или отвал полезных ископаемых, а также пород вскрыши на открытых горных разработках, для выполнения больших объемов земляных работ.

Известны технические решения, направленные на расширение возможностей экскаватора при изменении конструкции стрелы. Например, трансформируемая стрела экскаватора (Свидетельство на полезную модель RU №5191, МПК E02F 3/38, опубл. 16.10.1997), содержащая неподвижную стрелу, закрепленную на поворотной платформе, и подвижную стрелу, установленную внутри неподвижной с возможностью перемещения вдоль ее оси. Стрела снабжена устройством для складывания, делящим подвижную стрелу на базу и оголовок и выполненным в виде двух вилок, одна из которых неподвижно закреплена своим основанием на базе, а другая - на оголовке. Вилки соединены между собой с помощью пальца, вращающегося во втулке, стопора и гидроцилиндра поворота оголовка, установленного во внутренней полости базы и подключенного своим штоком к ведущему звену шестизвенного механизма поворота, ведомое звено которого связано с вилкой, закрепленной на оголовке.

Известны канатные карьерные экскаваторы типа прямой лопаты, предназначенные для разработки забоя выше уровня стояния машины. Характерным в работе этого вида горного оборудования является то, оно располагается на дне забоя и разрабатывает грунт, лежащий впереди и выше уровня стояния, и продвигается по мере его разработки вперед к забою (Н.Г.Домбровский, С.А. Панкратов «Землеройные машины, ч.1, Одноковшовые экскаваторы», Госстройиздат, 1961, Москва, стр.125-146). Для успешной передвижки экскаватора и безопасной работы необходимо, чтобы путь перед ним был хорошо спланирован. У машин большой мощности окончательную планировку подошвы забоя производят специальной техникой, например бульдозером-рыхлителем.

Рабочий цикл одноковшового экскаватора состоит из следующих последовательно выполняемых операций: копание, подъем заполненного ковша из забоя, поворот ковша на выгрузку, разгрузка в транспортные средства или в отвал, поворот в забой.

Основным недостатком прямых механических лопат с канатным приводом подъема ковша является существенное изменение усилия резания на зубьях в процессе копания. В начале копания усилия резания невысокие, поэтому для предварительной зачистки подготовки подошвы забоя используют специальную технику, что увеличивает затраты и снижает производительность.

Чтобы увеличить усилие резания в нижней части забоя, на стреле устанавливают дополнительные механизмы. Известен экскаватор для открытых горных работ (Патент №DE 4238418 (А1), МПК E02F 3/358, E02F 3/30, опубл. 1993.06.17), позволяющий увеличить усилие резания в начале копания. Стрела с ковшом этого экскаватора поворачивается на деррик-кране со стрелой под действием подъемного механизма. Ползун действует между рамой (каркасом) и стрелой деррик-крана, последний вдавливает ковш в грунт. На платформе установлен кронштейн и связанный с ним напорный механизм. Стрела закреплена исключительно в точке опоры и ползуна. Часть стрелы выступает за стрелу деррика, с которым связан подъемный механизм.

Такая конструкция позволяет увеличить усилие резания в начале копания, предотвратить подъем стрелы, но является очень сложной для карьерных экскаваторов, вес стрелы которых достигает десятки тонн.

Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является работа в забое и конструкция серийно выпускаемого экскаватора ЭКГ-10 (Экскаваторы карьерные гусеничные типа ЭКГ-10. Руководство по эксплуатации 3536.00.00.000РЭ, ОАО «Ижорские заводы», Санкт-Петербург, 2000 г., стр.7-18, 71, 72).

Экскаватор состоит из ходовой тележки, поворотной платформы с установленными на ней механизмами, двуногой стойки и рабочего оборудования. Механизмы на поворотной платформе закрыты кузовом. На передней части платформы установлена кабина машиниста. Рабочее оборудование состоит из ковша, рукояти, стрелы, подвески стрелы, двуногой стойки и механизма открывания днища ковша.

Стрела двухбалочной конструкции состоит из двух секций, нижней и верхней. Нижняя секция стрелы пятой закреплена в кронштейнах на поворотной платформе, на верхней секции установлены головные блоки подъемного каната. Подвеска стрелы состоит из двух параллельных ветвей растяжек, поддерживающих верхнюю секцию стрелы, и двух подкосов, соединяющую нижнюю секцию стрелы с двуногой стойкой. Рукоять установлена в седловом подшипнике, опирающемся на напорную ось, в месте сочленения верхней и нижней секций стрелы.

Экскавацию грунта ЭКГ-10 осуществляет при постоянном угле наклона стрелы 45°. Последовательность технологических операций следующая - предварительная планировка подошвы забоя спецтехникой, копание грунта, подъем наполненного ковша из забоя, поворот ковша на разгрузку, разгрузка грунта в транспортные средства или в отвал, возврат порожнего ковша в исходное положение. После выработки забоя на величину вылета рукояти производят планировку следующего участка подошвы забоя спецтехникой, а затем экскаватор перемещается на новую позицию.

Величина усилия копания экскаватора ЭКГ-10 является результирующей усилий подъема и напора и меняется от минимальной на уровне стояния машины до максимального значения в зоне копания на высоте напорной оси. Для пород III-V категории к качеству забоя предъявляют дополнительные требования, а именно применение буровзрывных работ, ограничение диаметра кусков и предварительная зачистка подошвы спецтехникой.

Технической задачей предлагаемого изобретения является проведение экскавационных работ с качественной зачисткой и планировкой подошвы забоя посредством высокого усилия резания в начале копания за счет увеличения угла между подъемным канатом и рукоятью.

Решение технической задачи возможно разработкой горно-добычного забоя канатным карьерным экскаватором, включающей операции заполнения ковша экскаватора породой и перемещения его к месту разгрузки, а также периодически повторяющуюся передвижку экскаватора к забою с предшествующей операцией зачистки и планировки подошвы забоя, осуществляемую движением ковша по поверхности подошвы забоя. Перед выполнением операции зачистки и планировки подошвы забоя головной блок стрелы экскаватора, огибаемый подъемным канатом привода ковша, перемещают вниз на уровень узла крепления каната к ковшу, а по завершении операции зачистки и планировки подошвы забоя возвращают головной блок стрелы экскаватора в исходное положение.

Способ разработки горно-добычного забоя осуществляют карьерным канатным экскаватором, содержащим ходовую тележку с поворотной платформой, на которой установлены кузов, кабина, подъемная лебедка с канатом, двуногая стойка с блоком и рабочее оборудование, включающее стрелу с головным блоком, состоящую из верхнего и нижнего звеньев, рукоять с ковшом и механизм напора, причем рукоять установлена на стреле с возможностью поворота под действием механизма подъема и поступательным движением относительно стрелы под действием механизма напора. Звенья стрелы соединены между собой шарнирно с возможностью поворота под действием приводного механизма, причем верхнее звено фиксируется относительно нижнего в двух крайних положениях. На нижнем звене стрелы, связанном вантами с двуногой стойкой, установлен дополнительный блок, огибаемый канатом подъемной лебедки в одном из крайних положений верхнего звена. Приводной механизм поворота верхнего звена относительно нижнего, изменения геометрии стрелы выполнен в виде гидроцилиндра. Для фиксации верхнего звена относительно нижнего установлены упоры.

Установка рабочего оборудования в горном забое таким образом, что головной блок стрелы, через который запасован подъемный канат, располагают на уровне ковша, позволяет получить максимальное результирующее усилие, которое складывается из усилия подъема и усилия напора, определяющее качество зачистки и планировки подошвы забоя.

У известных аналогов величина усилия резания в начале копания минимальна, а в конце копания наибольшая. Связано это с изменением угла между подъемным канатом и рукоятью. При этом, чем больше угол между подъемным канатом и рукоятью, тем больше усилие резания.

Если стрела установлена под углом 45° относительно подошвы забоя, как в известных аналогах и прототипе, то подъемный канат в начале копания образует угол ≥45° с горизонталью, при этом горизонтальная составляющая усилия резания тем меньше, чем больший угол образует подъемный канат с горизонталью. Результирующего усилия подъема и напора недостаточно для качественной обработки подошвы забоя.

В предлагаемом же устройстве, когда головной блок стрелы, через который запасован подъемный канат, расположен на уровне ковша, горизонтальная составляющая усилия подъема тем больше, чем меньший угол образует подъемный канат с горизонталью (угол между подъемным канатом и горизонталью стремится к нолю, при условии, что угол между верхним и нижним звеньями стрелы приближается к 90°).

Шарнирное соединение звеньев стрелы необходимо для поворота верхнего звена относительно нижнего. Причем поворот возможен до упоров в конечных положениях, упоры надежно фиксируют конструкцию. С помощью приводного механизма поворота, выполненного, например, в виде гидроцилиндра, меняют положение верхнего звена. Его устанавливают под углом к нижнему звену при проведении планировки подошвы забоя, а копание осуществляют при прямой стреле. При обоих режимах копания приводной механизм поворота силовые нагрузки не воспринимает.

Соединение нижнего звена стрелы с двуногой стойкой обеспечивает подвеску стрелы, а дополнительный блок на нижнем звене стрелы корректирует направление подъемного каната.

На фигурах 1 и 2 представлен карьерный экскаватор для осуществления способа разработки горно-добычного забоя, позволяющий кроме функции экскавации грунта (фиг.1) осуществлять качественную планировку подошвы забоя (фиг.2).

Карьерный экскаватор содержит ходовую тележку 1, на которой установлена поворотная платформа 2. На поворотной платформе 2 размещены, в том числе, двуногая стойка 3 и стрела, состоящая из двух звеньев - нижнего 4 и верхнего 5. Звенья стрелы 4 и 5 соединены шарниром 6. На звеньях стрелы 4 и 5 расположены упоры 7. На стреле расположена рукоять 8 с ковшом 9. Подъемный канат 10 запасован через направляющие блоки 11 и 12. Стрела снабжена механизмом поворота 13 верхнего звена 5 относительно нижнего 4. Нижнее звено стрелы 4 связано вантами 14 с двуногой стойкой 3. На нижнем звене стрелы 4 установлен дополнительный направляющий блок 15.

Разработка горно-добычного забоя осуществляется карьерным экскаватором в два этапа следующим образом: первый - планировка подошвы забоя и второй - копание.

Для осуществления планировки подошвы забоя фиг.2 верхнее звено стрелы 5 опускается механизмом поворота 13 до тех пор, пока упоры 7 верхнего 5 и нижнего 4 звеньев не соприкоснутся и жестко зафиксируются в этом положении. Подъемный канат 10 с помощью направляющих блоков 11, 12 и дополнительного направляющего блока 15 устанавливают практически перпендикулярно рукояти 8. Угол, образуемый подъемным канатом 10 и горизонталью, зависит от поворота верхнего звена относительно нижнего и в идеальном случае равен нолю. Это обеспечивает максимальную горизонтальную составляющую усилий резания в начале копания, стружка будет сниматься равномерно и обеспечиваться качественная зачистка и планировка подошвы забоя.

Для перехода в режим копания верхнее звено стрелы 5 механизмом поворота стрелы 13 устанавливают в положение, при котором стрела имеет вид прямого стержня фиг.1, жестко фиксируют и далее процесс экскавации осуществляется в обычном режиме прямой лопаты. В начале копания ковш 9 устанавливают в забой до наполнения ковша 9 с последующим поворотом экскаватора на выгрузку и обратно в забой.

Предлагаемый способ разработки горно-добычного забоя и карьерный канатный экскаватор для его осуществления обеспечивает высокое усилие резания в начале копания, что делает возможным осуществлять качественную зачистку подошвы забоя и не использовать на рабочей площадке специальную технику. Использование при разработке карьера предлагаемого способа и экскаватора с изменяющейся геометрией стрелы позволит снизить затраты и увеличить производительность.