Assessment of loads acting on the working attachment of a mine shovel (Part 1)
E.I. Sheshukova, D.A. Shibanov, S.L. Ivanov, E.S. Nedashkovskaya.M. Evtushenko1, A.V. Velikoselskiy1, O.A. Lapaeva2,3
Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation
Russian Mining Industry №3 / 2024 стр. 143-148
Abstract: One of the major tasks in carrying out open-pit mining operations is timely and high quality maintenance and repair of mining equipment, in particular, mechanical shovels, which secures a required availability level. The most loaded are the lift and pressure drives of the shovel's working attachments, which significantly increases the risk of failure of their components. An adequate assessment of the loads acting on these drives through analyzing the changes in currents and voltages of their motors makes it possible to adjust the time between maintenance. In the course of the study, the representative points of the following three lumped working processes were obtained within the working cycle of 26.75 s: excavating; platform rotation with simultaneous movement of the shovel from the upper point of the path to the unloading point; reverse movement of the platform rotation mechanism with the returning and its positioning of the working attachment to the initial position. Changes in forces acting on the ropes of the lifting winch of the shovel were determined based on the evaluation of the obtained layout of the working attachment positions for the EKG-18R mechanical shovel and taking into account the driving and motion resistance forces within the working cycle. Analysis of the obtained force values acting on the ropes of the lifting winch at the three linear excavation paths with the inclination angles of 60, 70 and 80° has shown that the lowest forces in the lifting winch rope occur at the closest path with the angle of 60°. The received data will allow not only to select a rational path and the angle of bench mining, but also to adjust the time between maintenance according to the actual operating time of the lifting, pressure and movement drives.
Keywords: mining shovel, shovel working cycle, forces acting on the lift winch ropes, lifting motor, excavation path, shovel attachment path of travel
For citation: Sheshukova E.I., Shibanov D.A., Ivanov S.L., Nedashkovskaya E.S. Assessment of loads acting on the working attachment of a mine shovel (Part 1). Russian Mining Industry. 2024;(3):143–148. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-3-143-148
Article info
Received: 09.04.2024
Revised: 13.05.2024
Accepted: 19.05.2024
Information about the authors
Ekaterina I. Sheshukova – Postgraduate Student, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation
Daniil A. Shibanov – Cand. Sci. (Eng.), Ass. Professor, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation
Sergey L. Ivanov – Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation; https://orcid.org/0000-0002-7014-2464; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Evgeniya S. Nedashkovskaya – Postgraduate Student, Department of Mechanical Engineering, Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University, St. Petersburg, Russian Federation
References
1. Макаров В.Н., Анистратов К.Ю. Достижение наивысших рекордных показателей месячной производительности экскаваторов ЭКГ-18 на разрезах ЗАО «Стройсервис». Уголь. 2019;(1):20–26. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-1-20-26 Makarov V.N., Anistratov K.Yu. Achievement of the highest record indicators of the monthly production of ekg-18 excavators at open-pit mines of “Stroyservice” JSC. Ugol’. 2019;(1):20–26. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-1-20-26
2. Иванова П.В., Асонов С.А., Иванов С.Л., Кувшинкин С.Ю. Анализ структуры и надежности современного парка карьерных экскаваторов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(7):51–57. Режим доступа: https://giabonline.ru/files/Data/2017/7/51_57_7_2017.pdf (дата обращения: 06.03.2024). Ivanova P.V., Asonov S.A., Ivanov S.L., Kuvshinkin S.Yu. Analysis of structure and reliability of modern fleet of mine shovels. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017;(7):51–57. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/ Data/2017/7/51_57_7_2017.pdf (accessed: 06.03.2024).
3. Корогодин А.С., Иванов С.Л. Техническое обслуживание и ремонт цапф барабанной мельницы плавучего комплекса горного оборудования. Устойчивое развитие горных территорий. 2023;15(3):760–770. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-760-770 Korogodin A.S., Ivanov S.L. Maintenance and repair of drum mill trunnions of a floating mining equipment complex. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(3):760–770. (In Russ.) https://doi.org/10.21177/1998-4502-2023-15-3-760-770
4. Абдельвахаб А., Михайлов А.В. Влияние железорудной пыли на изнашивание поверхности штоков гидроцилиндров карьерного экскаватора. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):5–23. Abdelwahab A., Mikhailov A.V. Iron ore dust influence on the wear surface of quarry excavator hydraulic cylinder rods. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):5–23. (In Russ.)
5. Назарычев А.Н., Дяченок Г.В., Сычев Ю.А. Исследование надежности тягового электропривода карьерных самосвалов на основе анализа отказов его функциональных узлов. Записки Горного института. 2023;261:363–373. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16189 (дата обращения: 06.03.2024). Nazarychev A.N., Dyachenok G.V., Sychev Y.A. A reliability study of the traction drive system in haul trucks based on failure analysis of their functional parts. Journal of Mining Institute. 2023;261:363–373. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16189 (accessed: 06.03.2024).
6. Gorlov I., Ivanov S., Knyazkina V., Iakupov D. Device for integrated diagnostics of mining machines triboelements. E3S Web of Conferences. 2021;326:00001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202132600001
7. Комиссаров А.П., Маслеников О.А., Набиуллин Р.Ш., Хорошавин С.А. Оценка степени противодействия двигателей приводов главных механизмов карьерного экскаватора. Горное оборудование и электромеханика. 2022;(6):10–16. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-6-10-16 Komissarov A.P., Maslenikov O.A., Nabiullin R.S., Khoroshavin S.A. Assessment of the degree of counteraction of the drive motors of the main mechanisms of the quarry excavator. Mining Equipment and Electromechanics. 2022;(6):10–16. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-6-10-16
8. Лукашук О.А. Закономерности формирования режимных параметров главных механизмов карьерного экскаватора в процессе экскавации горных пород. Горное оборудование и электромеханика. 2019;(3):14–17. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2019-3-14-17 Lukashuk O.A. Regularities of forming the standard parameters of main mechanisms of open-pit excavator in the process of rock excavation. Mining Equipment and Electromechanics. 2019;(3):14–17. (In Russ.) https://doi.org/10.26730/1816-4528-2019-3-14-17
9. Костыгова Д.М., Казунин Д.В. Математическое моделирование электрических систем карьерного экскаватора в режиме реального времени. Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2017;13(1):81–90. https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2017.108 Kostygova D.M., Kazunin D.V. Mathematical real time model of mining excavator electrical systems. Vestnik of St Petersburg University. Applied Mathematics. Computer Science. Control Processes. 2017;13(1):81–90. (In Russ.) https://doi.org/10.21638/11701/spbu10.2017.108
10. Лукашук О.А., Летнев К.Ю., Лукашук М.Д. Идентификация положения ковша карьерного экскаватора в забое. Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. 2019;1:14–20. Lukashuk O.A., Letnev K.Y., Lukashuk M.D. Location of open-pit excavator bucket in a pit. Aktualnye Problemy Povysheniya Effektivnosti i Bezopasnosti Ekspluatatsii Gornoshakhtnogo i Neftepromyslovogo Oborudovaniya. 2019;1:14–20. (In Russ.)
11. Якупов Д.Р., Мотяков Н.Ю., Иванова П.В., Иванов С.Л. Рабочее оборудование средств для экскавации полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(S10):3–17. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_4_10_3 Iakupov D.R., Motyakov N.Yu., Ivanova P.V., Ivanov S.L. Working parts of means of minerals excavation. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(S10):3–17. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_4_10_3
12. Iakupov D., Motyakov N., Ivanova P., Ivanov S. Working parts of means of minerals excavation. AIP Conference Proceedings. 2022;2456:030012. https://doi.org/10.1063/5.0074835
13. Комиссаров А.П., Набиуллин Р.Ш., Хорошавин С.А., Летнев К.Ю., Огорелков Д.А. Динамика главных механизмов карьерного экскаватора. Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. 2021;1:8–14. Komissarov A.P., Nabiullin R.Sh., Horoshavin S.A., Letnev K.Yu., Ogorelkov D.A. Dynamics of the main mechanisms of the quarry excavator. Aktualnye Problemy Povysheniya Effektivnosti i Bezopasnosti Ekspluatatsii Gornoshakhtnogo i Neftepromyslovogo Oborudovaniya. 2021;1:8–14. (In Russ.)
14. Шибанов Д.А., Иванов С.Л., Шешукова Е.И., Недашковская Е.С. Эффективность функционирования карьерного экскаватора, как эргатической системы. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):144–158. Shibanov D.A., Ivanov S.L., Sheshukova E.I., Nedashkovskaya E.S. Efficiency of operation of a quarry excavator as an ergatic system. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):144–158. (In Russ.)
15. Анистратов К.Ю. Анализ эффективности применения экскаваторов УЗТМ-КАРТЭКС на карьерах. Горная промышленность. 2019;(5):20–24. Anistratov K.Yu. Analysis of the efficiency of application of UZTM-KARTEX excavators at quarries. Russian Mining Industry. 2019;(5):20–24. (In Russ.)
16. Костыгова Д.М., Емельянов А.А. Имитационное моделирование карьерного экскаватора ЭКГ-18Р производства ООО «ИЗКАРТЭКС» в тренажере подготовки машинистов. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(S23):177– 184. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-10-23-177-184 Kostygova D.M., Emelyanov A.A. Imitation modeling of the EKG-18R mining excavator manufactured by IZ-KARTEX in the operator training simulator. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017;(S23):177–184. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-10-23-177-184
17. Шибанов Д.А., Иванов С.Л., Емельянов А.А., Пумпур Е.В. Оценка показателей работоспособности карьерных экскаваторов в реальных условиях эксплуатации. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(10):86–94. https:// doi.org/10.25018/0236-1493-2020-10-0-86-94 Shibanov D.A., Ivanov S.L., Yemelyanov A.A., Pumpur E.V. Evaluation of working efficiency of open pit shovels in real operating conditions. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2020;(10):86–94. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-10-0-86-94
18. Великанов В.С. Прогнозирование нагруженности рабочего оборудования карьерного экскаватора по нечетко-логистической модели. Записки Горного института. 2020;241:29–36. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.1.29 Velikanov V.S. Mining excavator working equipment load forecasting according to a fuzzy-logistic model. Journal of Mining Institute. 2020;241:29–36. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.1.29
19. Кувшинкин С.Ю. Определение геометрических параметров при расчете основных приводов карьерных экскаваторов. Записки Горного института. 2004;157:37–40. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/8864/6789 (дата обращения: 06.03.2024). Kuvshinkin S.Y. Determination of geometric parameters when calculating the main drives of mining shovels. Journal of Mining Institute. 2004;157:37–40. (In Russ.) Available at: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/8864/6789 (accessed: 06.03.2024).
20. Мещеряков В.А., Летопольский А.Б., Тетерина И.А., Николаев Д.И. Программный продукт для определения положения и визуализации рабочего оборудования одноковшового экскаватора. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023;(8):596–601. Meshcheryakov V.A., Letopolsky A.B., Teterina I.A., Nikolaev D.I. Software product for determination of the position and visualization of the working equipment of a single bucket excavator. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Tekhnicheskie Nauki. 2023;(8):596–601. (In Russ.)
21. Галустьян Э.Л. Технологические аспекты проблемы оптимизации углов наклона бортов карьеров. Горный информационно-аналитический бюллетень. 1999;(2):222–227. Galustyan E.L. Technological aspects of the problem of optimizing the angles of inclination of quarry sides. Mining Informational and Analytical Bulletin. 1999;(2):222–227. (In Russ.)
22. Касьянов П.А., Шестаков В.С., Захаров А.А. Расчет усилий в подъемных канатах карьерного экскаватора «прямая лопата». В кн.: Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности : сборник трудов 15-й Международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 20–21 апр. 2017 г. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет; 2017. С. 283–286.
23. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М.: Машиностроение; 1965. 463 с.
24. Иов И.А., Долгих Е.С., Иов А.А. Управление динамическим состоянием исполнительных механизмов экскаваторов. Иркутск : Изд-во ИРНИТУ; 2022. 194 с.
