АВТОМАТИЗАЦИЯ РОТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Роторные экскаваторы находят большое применение на открытых разработках угольных и рудных месторождений и отличаются высокой производительностью. Рабочее движение роторного экскаватора и транспортировку выработанной породы или полезного ископаемого обеспечивают следующие механизмы: многоковшовое роторное колесо, осуществляющее выработку грунта; механизм подъёма стрелы с роторным колесом; поворотное устройство, позволяющее в процессе выработки грунта поворачивать стрелу с роторным колесом; механизм хода, перемещающий экскаватор вдоль забоя; транспортирующее устройство – система ленточных конвейеров, доставляющих породу от роторного колеса к главному конвейеру или на отвал.

Целью автоматизации роторных экскаваторов является увеличение производительности машины, снижение динамических нагрузок, уменьшение энергоёмкости процесса при значительном облегчении условий труда машиниста.

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ РОТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

К главным электроприводам РЭ относятся электроприводы роторного колеса, поворота, подъёма и опускания роторной стрелы, гусеничного хода, приёмного и разгрузочного конвейеров.

Электропривод роторного колеса . В настоящее время наиболее распространены две системы электропривода роторного колеса: с асинхронным электродвигателем и электропривод системы Г-Д. Первая система применяется на экскаваторах малой и средней производительности и реализуется на основе асинхронного короткозамкнутого двигателя или асинхронного двигателя с фазным ротором. На экскаваторах большой производительности для привода роторного колеса применяют двигатели постоянного тока, управляемые по системе Г-Д.

Система Г-Д содержит отрицательные обратные связи по напряжению генератора и скорости двигателя для улучшения динамических свойств электропривода и обеспечения необходимой жёсткости механических характеристик. Применение обратной связи по току якоря с отсечкой позволяет получить “экскаваторную” характеристику электропривода.

Электропривод механизма поворота . Почти на всех отечественных и зарубежных экскаваторах электропривод поворотных механизмов выполнен по системе Г-Д. На отечественных машинах выпуска после 1984 г. применяется система тиристорный преобразователь – электродвигатель постоянного тока (ТП-Д).

Системы автоматического управления электроприводами, выполненными по системе ТП-Д, построены по принципу подчинённого регулирования координат. Структуры систем управления являются двухконтурными. Внутренним контуром является контур регулирования тока якоря с ПИ-регулятором тока якоря, внешним контуром – контур регулирования напряжения с П-регулятором напряжения якоря электродвигателя. Выходной сигнал П-регулятора напряжения является сигналом задания тока якоря. Ограничение выходного напряжения регулятора напряжения при помощи блока ограничения позволяет получить “экскаваторную” характеристику электропривода.

Электропривод подъёма и опускания роторной стрелы . В зависимости от класса роторного экскаватора и его назначения технические решения в приводе подъёма и опускания роторной стрелы имеют свои особенности. Привод подъёма стрелы экскаватора ЭР-630, который имеет малые линейные параметры, выполнен на гидравлике. Электропривод экскаватора ЭР-1250 выполнен на переменном токе с применением асинхронных двигателей с фазным ротором. Электропривод экскаваторов ЭР-1600 выполнен на постоянном токе по системе ТП-Д.

Электропривод ходовых механизмов роторных экскаваторов всех типов оборудован крановыми двигателями переменного тока с фазным ротором. На каждой ходовой тележке установлен однодвигательный привод, мощность которого зависит от класса экскаватора. Для формирования механических характеристик электроприводов используются реостаты (металлические или индукционные)

Электроприводы конвейеров и вспомогательных механизмов . Все приводы конвейеров и вспомогательных механизмов оборудованы асинхронными двигателями с короткозамкнутыми роторами. Управление приводами осуществляется либо с пульта управления машиной, либо с поста местного управления. Во избежание засыпки мест перегрузки на конвейерах запуск их приводов осуществляется в направлении, обратном грузопотоку. Последовательность запуска следующая. После нажатия машинистом кнопки “Пуск транспортной линии” включается предупредительный сигнал и по истечении некоторого времени (около 10 с) включается привод разгрузочного конвейера, который блок-контактом силового контактора включает привод приёмного конвейера. Блок-контакт привода приёмного конвейера включает привод роторного колеса.

Год назад, 16 декабря, я приехал в Воскресенск. Целью моего визита был музей завода Цемгигант. По своей наивности я ничего выдающегося от этого визита не ожидал: завод известный, на виду. Казалось, что в общем-то все о нем и так уже известно.

Так было до того момента, пока я не переступил порог заводского музея.

После того визита я написал небольшой очерк: Узкоколейка Цемгиганта . Он посвящен истории железной дороги, которая соединяла Цемгигант с карьером.

Но еще тогда, сидя в музее, я обратил внимание на то многообразие экскаваторов, которые работали в карьерах завода в разное время на протяжении его истории. И уже тогда у меня родилась мысль попробовать сделать что-то типа путеводителя по этим уникальным машинам.

Перед вами результат этой работы. Многое из написанного внизу - предположения, сделанные в ходе некоторой изыскательной работы. Я изучал фотографии, искал подобные машины в Интернете, сопоставлял даты их производства с датами работы на карьерах Цемгиганта, сравнивал технические характеристики.

Это было довольно увлекательно - проходить путь от фразы "Рустон “патефончик”, с ковшом 0,57м3 " в каком-нибудь заводском отчете до довольно точного понимания, какую модель экскаватора имел в виду человек, который это написал.

Вероятность того, что я ошибся в определении моделей экскаваторов, конечно же есть. И я буду признателен за любые комментарии и поправки к этому материалу.

Итак, стальные богатыри Гиганта.

Паровой экскаватор МIIIП-1,5

Первыми экскаваторами, которые работали в карьере Цемгиганта, были МIIIП-1,5.

МIIIП-1,5 был разработан Всесоюзной проектно-технической конторой экскаваторостроения (ВТКЭ), созданной в1930-м году постановлением постановлением Совета Труда и Обороны СССР о меры по подготовке производства экскаваторов. В 1932-м году Воткинский машиностроительный завод по чертежам ВТКЭ начал серийное производство этих машин.

Экскаватор был оснащен тремя паровыми двигателями. Главный отвечал за передвижение самой машины (она была на гусеничном ходу) и работу лебедок. Поворотный и напорный - за работу ковша.

Емкость ковша составляла 1,5м3.

Электрические экскаваторы Ruston

В апреле 1938-го года в карьере появился первый электрический экскаватор Рустон с ковшом емкостью 1,34м3. Машина очень хорошо себя показала как с точки зрения производительности, так и с точки зрения надежности. Поэтому в 39-м году завод приобрел еще два электрических Рустона: первый  - с ковшом 1,34 м3 и второй  -  “патефончик”, с ковшом 0,57м3.

Фотографий этих машин на заводе не сохранилось, поэтому достоверно восстановить, какие именно это были экскаваторы, сложно. Но можно сделать предположения.

Речь скорее всего идет о машинах Ruston-Bucyrus . Исходя из объема ковша, года приобретения экскаваторов и того, что они были электрическими, можно предположить, что первая машина - это скорее всего Ruston-Bucyrus 43-B. А вторая - Ruston-Bucyrus 21-B. Изображений этих машин найти в Интернете, к сожалению, не удалось. Но есть две фотографии экскаваторов, не соответствующих ни одной из моделей, упоминаемых в исторических материалах завода. Поэтому можно предположить, что это Ruston-Bucyrus 43-B (фото из заводской газеты 1960-го года):

А "патефончик" Ruston-Bucyrus 21-B - это предположительно вот он (фото из заводской газеты 1949-го года):

Список моделей экскаваторов Ruston-Bucyrus с указанием годов выпуска и объема ковша доступен .

Demag

В первой половине 1941-го года в карьере завода был смонтирован экскаватор Demag. Никакого описания машины или ее характеристик нет. Поэтому даже примерно предположить ее модель не представляется возможным.

Menck Mc2

В 1946-м году в карьере были введены в строй два электрических экскаватора немецкой компании Menck. Первый из них - Menck Mc2 (на заводе его называли малый Менк). Машина имела ковш объемом 2м3. Высота экскаватора составляла 4,5м, длина - 4,3м, ширина трака - 830мм.

Menck Md

Второй Менк, приобретенный Цемгигантом, был покрупнее - Menck Md. Высота экскаватора составляла примерно 6,5м, длина - около 5м, щирина трака - 970мм, емкость ковша - 2,7м3.

Более детальная спецификация экскаватора представлена .

Menck VI

В материалах, которые я нашел в музее, упоминались только эти два Менка - Mc2 и Md. Однако на следующей фотографии, слева, на уступе, стоит другой Менк - Menck VI.

Menck VI производился в начале 30-ых годов (в отличие от Mc2 и Md, которые примерно на 10 лет моложе). В какое время он пришел на завод - не известно. Скорее всего как и его младшие братья - в первые послевоенные годы.

Экскаваторы СЭ-3, ЭКГ-4, 4.6, 5, 4У

В 1948-м году в рамках программы переоснащения производства на карьер поступил первый экскаватор СЭ-3 производства Уральского завода тяжелого машиностроения (УЗТМ) - электрический экскаватор-лопата с ковшом объемом 3м3.

Производство этих машин было начато УЗТМ в 1947-м году. Экскаваторы СЭ-3 сыграли неоценимую роль в послевоенном восстановлении производства и выполнении планов первых пятилеток: мало какая масштабная стройка или разработка полезных ископаемых обходилась без этих машин.

Широкое распространение эти экскаваторы получили благодаря удачной конструкции, автором которой является Борис Иванович Сатовский - один из основателей советской школы горного экскаваторостроения, главный конструктор горнорудного и доменного машиностроения Уралмашзавода, создатель первого в СССР шагающего экскаватора, разработчик самого большого в СССР шагающего экскаватора.

Экскаватор был создан со значительным запасом прочности, поэтому на его базе стали выпускать экскаватор ЭКГ-4 почти без дополнительных изменений в конструкции, но с базовым ковшом увеличенной вместимости - до 4 м³. Первые ЭКГ-4 поступили в карьер завода в 1958-м году.

Результатом дальнейшей модернизации СЭ-3 стали ЭКГ-4,6 и ЭКГ-5, которые стали основными забойными лопатами на Цемгиганте.

Модель ЭКГ-5 стала прообразом для другой базовой серии экскаваторов - ЭКГ-8и. Одна из модификаций этой модели, получившая обозначение ЭКГ-4У, также работала в карьере Цемгиганта.

Шагающие экскаваторы ЭШ4/40 и ЭШ10/70

ЭШ4/40 поступил на завод в 1957-м году и стал первым шагающим экскаватором Цемгиганта.

Машина имела ковш объкмом 4м3, стрелу длиной 40м и кривошипно-шарнирный шагающий ход.

Выпуск ЭШ4/40 осуществлялся Новокраматорским машиностроительным заводом (НКМЗ) в 50-ых годах.

Когда был пущен в работу Афанасьевский карьер, в нем на вскрышной работе ипользовались драглайны ЭШ10/70 - высокопроизводительные машины с ковшом емкостью 10м3 и стрелой 70м. Экскаваторы этого типа выпускались НКМЗ с 1971-го по 1988г.

Роторный экскаватор ЭР-1250

ЭР-1250 предназначен для ведения вскрышных и добычных работ на открытых разработках полезных ископаемых. Он обеспечивает погрузку экскаваторной горной массы на транспортирующие машины непрерывного действия (забойный конвейер, перегружатель, отвалообразователь), в ж/д и автотранспорт.

Производительность машины - 1250м3 в час. Да и по размерам она далеко не малыш: высота - 22,5 метра, длина - почти 50.

В Афанасьевском карьере роторный экскаватор использовался с конвейером на вскрышных работах. К сожалению, мне не известны годы работы этого экскаватора на заводе, но с учетом того, что его производство ПО Донецкгормаш начал в 1979-м, а в 2000-ых его на карьере уже не было, можно предположить, что эта машина работала на Цемгиганте в 80-ых - начале 90-ых годов.

На разрезе «Берёзовский-1» в городе Шарыпово Красноярского края бурый уголь добывают при помощи пары самых крупных в стране экскаваторов роторного типа. ЭРШРД-5250 - это «Экскаватор роторный шагающе-рельсовый добычной». Два десятка ковшей, закреплённых на роторе-«колесе» этой гигантской самоходной машины, способны вынимать до 5250 кубометров угля в час.

1. Длина стрелы экскаватора этого типа позволяет ему обрабатывать пласты до 30 метров в высоту. Именно поэтому ЭРШРД-5250 на Берёзовском работают парой: мощность угольного пласта на этом месторождении достигает 60 метров!

3. Принцип действия роторного экскаватора основан на непрерывном вращении большого «колеса»: расположенные по его окружности ковши зачерпывают породу или уголь и затем самостоятельно опорожняются под действием сил гравитации или инерции.

4. ЭРШРД-5250 можно сравнить с 17-этажным домом: высота агрегата составляет 51 метр.

5. Масса экскаватора - около 4000 тонн. Столько же весили, к примеру, более 2500 популярных в советские времена легковых машин ГАЗ-24 «Волга».

6. Экипаж ЭРШРД-5250 составляет 4 человека (машинист, оператор, специалист, следящий за разгрузкой и транспортировкой горной массы и бригадир экипажа).

7. Идею «копающего колеса» придумал ещё Леонардо да Винчи в XVI веке. Однако путь от идеи до её реализации занял несколько сотен лет: принцип действия роторного экскаватора был запатентован в США в конце XIX века, первый действующий агрегат создали в Германии в 1916 году, а в нашей стране роторные экскаваторы начали использовать в середине XX века в Донбассе.

8. На роторном колесе диаметром 11,5 метров установлено 22 ковша. За час агрегат добывает 4500 тонн угля. Меньше чем за минуту заполняет вагон грузоподъёмностью 84 тонны.

9. ЭРШРД-5250 копает на глубину 2.1 метра.

11. Ротор экскаватора ЭРШРД-5250 заставляют вращаться два электропривода мощностью по тысяче киловатт каждый.

13. На каждом ковше роторного экскаватора установлено по четыре зуба. В советские годы разработка новых форм режущих поверхностей пользовалась популярностью в среде изобретателей и рационализаторов, они пытались увеличить износостойкость этих элементов.

14. Разрез «Берёзовский-1» входит в состав Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) - крупнейшей угледобывающей корпорации России. Разрез разрабатывает месторождение бурого угля в Шарыповском районе Красноярского края. Его главная особенность - небольшая глубина залегания.

15. Залежи бурого угля сформировались в Юрский геологический период (150 млн лет назад). Мощность (то есть толщина угольного пласта) на Берёзовском месторождении достигает 60 метров. Над углём расположен слой породы.

16. Первая стадия процесса открытой добычи угля - вскрышные работы.

17. На разных предприятиях в зависимости от горно-геологических условий породу дробят либо взрывами, либо снимают при помощи экскаваторов.

19. Снятую породу самосвалами отвозят в места, где уже отработаны угольные пласты, чтобы засыпать огромные ямы и таким образом производить рекультивацию производственных участков.

20. На разрезе «Берёзовский-1» для транспортировки породы используют карьерные самосвалы Komatsu HD785.

21. В кузов самосвала-гиганта помещается 90 тонн породы.

24. Экскаватор ЭРШРД-5250 приводят в действие электродвигатели, которые потребляют до 4500 кВт/ч энергии. К агрегату её подводит линия электропередачи напряжением 10 киловольт. Для оптимизации и удешевления производственного процесса экскаваторы работают, в основном, по ночам, когда действуют льготные энерготарифы.

27. Тридцатиметровая роторная мачта экскаватора удерживается и управляется при помощи системы стальных тросов и лебёдок.

28. Роторные карьерные экскаваторы - одни из самых крупных агрегатов, созданных человеком. В России крупнейшим добычным механизмом этого типа является ЭРШРД-5250. В мире же лидерство удерживает немецкий экскаватор Bagger 293 массой 14200 тонн , построенный в 1995 году и оснащённый 20 ковшами по 15 кубометров каждый.

29. Комплекс ЭРШРД-5250 на разрезе «Берёзовский-1» запустили в 1986 году. При этом сборка и монтаж горного оборудования заняли два года.

30. Экскаватор ЭРШРД-5250 произведён Ждановским заводом тяжёлого машиностроения имени Ильича, сейчас это ОАО «Азовмаш» (г. Мариуполь, Украина). Для разреза «Березовский-1» было выпущено четыре таких экскаватора, из них сейчас работают два.

31. Главным потребителем добытого на разрезе бурого угля является Берёзовская ГРЭС-1. Для транспортировки топлива на электростанцию создана уникальная конвейерная линия.

32. Добытый экскаватором в забое уголь выгружается на ленту транспортёра.

33. Длина магистрального конвейера от разреза до ГРЭС составляет 15 км.

34. Бурый уголь значительно дешевле каменного, однако уступает ему по теплоотдаче и ряду других характеристик. Бурый уголь перед использованием обычно измельчают до порошка. Берёзовская ГРЭС создавалась с учётом всех особенностей топлива. Станция признана самой экономичной в России.

35. Потребление бурого угля должно возрасти после планируемого запуска третьего энергоблока ГРЭС.

Наверное, у большинства людей машины-гиганты ассоциируются с какой-нибудь киношной фантастикой. Типа фильмов о и прочих кибернетических организмах. Но стальные великаны существуют и в реальности. А некоторых из них делают даже в Украине.

Все эти гиганты – исключительно добрые существа. И, как правило, помогают человеку добывать полезные ископаемые. Хотя с точки зрения природы они, конечно, ужасны и беспощадны.

Некоторые стальные монстры Украины настолько огромны, что не могут передвигаться ни на колесах, ни даже на гусеницах или рельсах. Поэтому они шагают. В прямом смысле слова.

Максимальная скорость таких машин – 200 метров в час. А весят они в 15 раз больше, чем самый большой в мире самолет Ан-225 «Мрия».

Итак, встречайте, стальные великаны, созданные в Украине.

• Производитель: «Донецкгормаш» (Донецк)
• Вес: 700 тонн
• Скорость: 315 метров час
• Высота копания: 17,1 метра
• Число ковшей: 10 шт.

Этот гусеничный гигант за три часа не преодолеет и одного километра. Но за то же время сможет перелопатить почти 7 000 кубометров грунта.

В основном такие экскаваторы используют для работы в карьерах горно-обогатительных комбинатов.

• Вес: 1 253 тонн
• Скорость: 200 метров час
• Глубина копания: 38,5 метров
• Вместимость ковша: 20 кубометров

ЭШ-20/90 – это, так называемый, «драглайн». Так называют одноковшовые экскаваторы со сложной канатной системой. В основном их используют для выемки грунта на карьерах. Их ковш может опускаться почти на 39 метров. Это, примерно, как две пятиэтажных «хрущевки».

Чтобы преодолеть один километр, экскаватору нужно пять часов, так как передвигается он исключительно на шагающих «лапах».

• Производитель: НКМЗ (Краматорск)
• Вес: 3 150 тонн
• Скорость: 190 метров час
• Высота отсыпки грунта: 50 метров

Отвалообразователь – это машина, которая работает в паре с карьерным экскаватором. На него экскаватор подает снятую породу, а отвалообразователь передает ее дальше, на специальные отвалы для переработанного грунта.

Для передвижения ОШР-700 собирают специальный шагающе-рельсовый механизм.

• Производитель: «Азовмаш» (Мариуполь)
• Вес: 3 760 тонн
• Скорость: 120 метров час
• Высота копания: 33 метров
• Число ковшей: 16 шт.

Экскаватор ЭР-5250 можно назвать младшим братом краматорского гиганта, которого вы увидете ниже. Он выполняет те же функции, только чуть меньше по размерам.

Производительность такого «копателя» — 5 250 кубометров грунта в час.

• Производитель: НКМЗ (Краматорск)
• Вес: 4 370 тонн
• Скорость: 120 метров час
• Высота копания: 37 метров
• Число ковшей: 16 шт.

ЭРШР-7000 – настоящий гигант в мире землеройной техники. Такие машины выпускают в Краматорске.

Экскаватор предназначен для, так называемых, вскрышных работ. То есть, когда перед добычей полезных ископаемых снимают верхний слой грунта. В Украине и странах СНГ 70% подобных работ на карьерах выполняют украинские экскаваторы ЭРШР-7000.

Такая махина способна за один час переработать 7 000 кубометров грунта. Для сравнения, старый советский экскаватор, который отрывает трубы у вас перед домом, работает в 175 раз медленнее.

Передвигается ЭРШР-7000 с помощью шагающих элементов, которые позволяют ему преодолевать 120 метров в час.