Продукция и технологии ESCO для повышения износостойкости и сроков службы ковшей карьерных экскаваторов

Евгений Чупа, директор по региональным продажам, ООО «Первая Сервисно-Техническая Компания»

А.Д. Табарин, региональный менеджер СНГ, ESCO Frameries (Бельгия)

Каждое горнодобывающее предприятие, парк выемочно-погрузочного оборудования которого представлен мехлопатами карьерного типа, сталкиваются с необходимостью периодической, в зависимости от абразивности, твёрдости, трещиноватости и кусковатости вскрышных пород и полезных ископаемых, замены изношенных зубьев ковшей, а рано или поздно – и полной замены самого ковша на новый.

Как известно из практики, в процессе наполнения ковша экскаватора горной массой наибольшему износу (истиранием и ударом) подвергаются, прежде всего, зубья, закреплённые на режущей кромке передней стенки ковша, затем – внутренняя и наружная поверхности передней стенки и её режущей кромки (за исключением их частей, закрытых зубьями). Также интенсивно истираются передние кромки и часть внутренних и наружных поверхностей боковых стенок ковша. Внутренние поверхности задней стенки ковша и его днища всегда подвергаются меньшему износу как ударом, так и истиранием.

Отметим, что одна из отличительных особенностей практики эксплуатации экскаваторов-мехлопат в российских карьерах заключается в том, что технологической нормой считалось никак не защищать ковши от износа, а лишь, периодически заменять зубья, использовать ковш до его полного износа с последующей заменой на новый. Т.е. считалось нецелесообразным предпринимать какие-либо специальные способы и меры конструктивно-технической защиты ковшей от абразивного износа его поверхностей.

И только в последние годы, благодаря появлению на российском рынке зарубежных разработок, технологий и практического опыта в данном направлении, у горнодобывающих предприятий, появилась реальная возможность эффективного осуществления мер защиты на всех типах выемочнопогрузочного, транспортного, и вспомогательного оборудования. Операции по замене изношенных зубьев ковша в целом всегда сопряжены не только с необходимостью остановки работы экскаватора, но и требуют значительных финансовых и временных затрат на их приобретение, доставку в забой и оплату труда сервисно-ремонтных бригад.

Принимая во внимание устойчивую тенденцию по переоснащению российских карьеров экскаваторами большой единичной мощности – как с реечным, так и с канатным напорными механизмами, а также – гидравлическими лопатами – с ковшами вместимостью от 15–25 до 45–50 м3, можно с уверенностью утверждать, что каждая минута непроизводительного использования, а тем более простоя такой машины, будет лишь источником дополнительного ущерба для предприятия. Для снижения подобных потерь времени и вызванных ими материальных ущербов на зарубежных карьерах давно и в широких масштабах используются технология и продукция ESCO Corporation (США).

С 2009 г. компания подготовила адаптацию своего продукта для российского рынка – систему ESCO SV2 (рис. 1) для экскаваторов типа ЭКГ-5, ЭКГ-8, ЭКГ-10 и ЭШ 10/70.Рис. 1 Система ESCO SV2 в сборе

Достоинства и преимущества использования продукции ESCO обусловлены оригинальностью её конструктивного исполнения. В отличие от стандартной моноблочной конструкции зубьев, используемых, на ковшах указанных экскаваторов, система зубьев SV2 представляет собой двухкомпонентную структуру, в основе которой – адаптер и съёмный (сменяемый) наконечник-коронка (рис. 2). В соответствии с таким структурным решением адаптер (1), укрепляемый с помощью шпилек на режущей кромке передней стенки ковша мехлопаты, имеет утолщённый прочный нос, на который насаживается съёмная коронка (2). Жёсткая фиксация коронки на адаптере осуществляется с помощью фиксатора (3). Для защиты фиксатора от повреждений при выемке грунта предусмотрена прочная литая крышка-накладка (4).Рис. 2 Структура зубьев системы ESCO SV2 для литых ковшовых режущих кромок (а) и для ковшовых режущих кромок из листовой стали (б) выемочнопогрузочных машин горно добывающих предприятий: 1– адаптер; 2 – коронка; 3 – фиксатор; 4 – защитная крышкаC накладка коронки

Адаптер при его изготовлении отливается с точными размерами посадочного места, соответствующими режущей кромке конкретного типа ковша. Поэтому он легко и быстро монтируется на ковше без каких-либо подгонок. Массивный и прочный нос обеспечивает полный и стабильный, по площади стыкуемых деталей, контакт с посадочным местом коронки. Боковая запорная система обеспечивает надёжное удержание коронки на адаптере в течение всего срока эксплуатации, а также лёгкость установки/извлечения фиксатора и его полную защищённость от повреждения кусками горных пород при работе экскаватора.

Съёмная коронка из стали ESCO E12K555HBN выполняется меньшего размера поперечного сечения, но большей длиной. Это обеспечивает зубу большую прочность изнашиваемой рабочей части. Вместе с тем, коронка, благодаря более тонкому рабочему профилю, остаётся постоянно заострённой до полного своего износа. Благодаря универсальности посадочного места на один и тот же адаптер могут быть установлены коронки различной конфигурации, в зависимости от изменений условий карьера или места работы экскаватора.

Конструкция накладки обеспечивает лёгкость и точность её закрепления вверху передней части адаптера, и снятия ее при очередной замене коронки.

Кроме того, накладка принимает часть истирающих и ударных нагрузок горных пород при черпании их ковшом и, благодаря своей толщине и приподнятости над остальной частью адаптера, ослабляет силовое воздействие на тело адаптера и на фиксатор, в конечном итоге, способствуя увеличению сроков службы деталей.Рис. 3 Геометрические контуры моноблочного (жёлтый цвет) и двухкомпонентного (зелёный цвет) зубьев

Самая малая по размерам и собственной массе деталь системы зубьев SV2 – фиксатор – играет, тем не менее, ключевую роль в обеспечении работоспособности всей конструкции. Выполненный в виде трёхгранной удлинённой пирамиды фиксатор, устанавливаемый в точные направляющие адаптера и коронки, надёжно и прочно фиксирует их защёлкой в рабочем положении.

Рассматривая экономику использования моноблочных и двухкомпонентных зубьев, отметим, что зубья моноблочной конструкции изнашиваются на 30% своей массы, а около 70% массы моноблочного зуба направляется в переплавку. В свою очередь, в зубьях двухкомпонентной конструкции ESCO изнашивается 72–75% массы съёмного наконечника (коронки). И лишь 25–28% массы остаётся неиспользованной и отправляется на переплавку. В общем, отношение суммарной массы использованных наконечников к массе адаптера зуба SV2 конструкции ESCO может достигать 12:1. Эксплуатационно-технологические преимущества зубьев системы ESCO приведены в таблице.

Сравнение эксплуатационно,технологических характеристик моноблочных зубьев с двухкомпонентными зубьями ESCO

 
Характеристика, технологический фактор  Значение характеристики и фактора  Примечания
 элементов зубьев системы ESCO  моноблочного зуба российского производства
 1. Качество обработки и точность подгонки к режущей кромке ковша  - адаптера зуба – до 2 мм;
 - наконечника зуба (коронки) – максимально 5 мм
 Зуба – более 10 мм  Плотно подогнанные элементы зуба и режущей кромки ковша способствуют меньшему износу сопряжённых поверхностей и гаранти руют более длительный срок службы зубьев
 2. Продолжительность и трудоёмкость операции по замене комплекта зубьев  - не более 0,5 час;
 - масса отдельного элемента зуба 30–60 кг
 - 1час и более;
 - масса зуба от 125 до 200 кг
 Время на замену комплекта ESCO – не более половины времени на замену моноблочных зубьев. Комплекты ESCO заменяются от 4 до 8 раз реже, что повышает коэффициент технической готовности и долю времени производительного использования экскаватора. Безопасность труда персонала повышается, т.к. при замене изношенных наконечников зубьев не используется кувалда, и с использованием физической силы рабочего перемещаются элементы массой не более 60 кг
 3. Тип стали, используемой для изготовления зубьев и ковшей  Низколегированная сталь  Марганцовистая сталь  см. Примечания к фактору 3

Примечания к фактору 3:
Необходимо отдельно отметить влияние типа стали на эксплуатационные свойства компонентов ковша мехлопаты. Марганцовистая сталь, из которой изготавливаются зубья и элементы ковша российских экскаваторов, характеризуется начальной твёрдостью 180–220 HB. При работе зубьев в результате ударов о грунт при черпании ковша твёрдость поверхностного слоя металла может достигать 450 HB (благодаря эффекту «наклёпа»). По мере разрушения упрочнённого наклёпом слоя поверхности зубьев, усилению подвергается и нижележащий слой металла. Такая цикличность «упрочнениеразрушениеупрочнение» слоёв металла повторяется до полного износа зубьев, и их замены на новые.
Низколегированная сталь ESCO, используемая для изготовления съёмных наконечников зубьев, имеет прочность до 550 HB (в среднем – 534 HB), но на всю толщину металла. Благодаря этому, в тяжёлых железорудных забоях коронки служат до 4–5 раз дольше, чем российские моноблочные зубья.
Рабочие поверхности ковшей отечественных экскаваторов, изготавливаемых из марганцовистых сталей, остаются незащищёнными от истирающих нагрузок. Для защиты таких поверхностей ковшей ESCO выпускает пластины и биметаллические компоненты с покрытиями из сплавов твёрдостью до 700 HB.
Наглядным представляется сравнение габаритных параметров моноблочной и двухкомпонентной системы ESCO, для ЭКГ10 (рис. 3).
Новый моноблочный зуб (см. рис. 3а) имеет полную массу 190 кг, а новый изнашиваемый и периодически заменяемая коронка двухкомпонентного зуба 75 SV2 имеет массу 60 кг.
Изношенный моноблочный зуб (см. рис.3б) имеет вес 135 кг, а коронка двухкомпонентного зуба 75 SV2 – 15 кг.

На сегодня системы зубьев SV2 используются на мехлопатах угольных карьеров ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» и ОАО «СУЭК». Результатам использования зубьев системы ESCO на экскаваторах этих крупнейших в России компаний будет посвящена отдельная статья.

Здесь мы хотим высказать лишь основные соображения относительно некоторых «скрытых» достоинств системы и методики оценки экономической целесообразности её применения:

1. Одно из главных достоинств системы состоит в том, что благодаря двухкомпонентной конструкции и применяемому в ней сплаву, система имеет гораздо более продолжительный срок службы и требует значительно меньшего времени и ресурсов для замены коронки, чем моноблочный зуб.

2. Специалисты-технологи и механики горного предприятия могут легко определить, что будет разумнее и экономически выгоднее: часто заменять зубья и реже ковш, или, используя системы защиты ESCO, работать с единственным, установленным на заводе, ковшом мехлопаты.

3. Потери ресурса рабочего времени экскаваторов при частой замене зубьев и ковшей, а значит – производительности карьера и финансовых средств на её восстановление в обоих вариантах – легко подсчитать. Вывод о рациональности и экономичности предпочтения варианта с продукцией ESCO становится особенно очевидным после изучения статистических данных о наработках каждого экскаватора и продолжительности суммарных простоев по причине замены изношенных зубьев и самого ковша.

4. Актуален вопрос транспортной составляющей при поставке зубьев для труднодоступных и удаленных регионов РФ (как стоимости так и сроков).

Журнал "Горная Промышленность" №6 (100) 2011, стр.41