Анализ современного состояния мирового рынка поставок выемочно-погрузочного карьерного оборудования (мехлопаты и драглайны) 2 часть

Р.Ю. Подэрни, д.т.н., профессор ФБГОУ ВПО «Московский Государственный Горный Университет»

 

Окончание, начало статьи можно прочитать здесь

 

Карьерные механические лопаты ОАО «УРАЛМАШЗАВОД»

Производственная линейка карьерных гусеничных экскаваторов типа прямая лопата Уралмашзавода включает модели ЭКГ-5А, ЭКГ-12А, ЭКГ-18 и ЭКГ-30 (табл. 5).

Таблица 5
Модельный ряд электрических карьерных гусеничных экскаваторов Уралмашзавода

Модель

Вместимость

ковша, м3

Масса груза в ковше, т

Макс. радиус копания, м

Макс. высота копания, м

Рабочая

масса, т

ЭКГ-5А

4,6-6,3

35

14,5

10,3

196

ЭКГ-12А

12-16

45

21,0

15

655

ЭКГ-18

16-20

59

22,2

16,4

750

ЭКГ-30*

24-40

75

26

19,5

1250


Примечание: *проектируется, с электроприводом переменного тока ПЧ-АД

Экскаватор ЭКГ-5А является самым массовым карьерным гусеничным экскаватором в мире: было выпущено более 13 тыс. единиц, в том числе с 1980 г. в количестве 4500 машин. Современные ЭКГ-5А прошли модернизацию и значительно отличаются от первых модификаций.

Первый экскаватор ЭКГ-12 с ковшом 12 м3 (рис. 9 а), был введен в эксплуатацию на Черниговском разрезе в 1996 г. Всего было произведено 17 машин, поставленных преимущественно на железорудные предприятия. В 2011 году был изготовлен первый ЭКГ-18 (рис. 10 б), поставленный на Краснобродский разрез ОАО «УК «Кузбассразрезуголь». Всего было изготовлено 2 экскаватора этого типоразмера.ЭКГ-12 на разрезе ЧерниговскийЭКГ-18 на Краснобродском разрезе УК «Кузбассразрезуголь»

Рис.9. Экскаваторы типа прямая лопата с реечным напором: а -ЭКГ-12 на разрезе Черниговский; б - ЭКГ-18 на Краснобродском разрезе УК «Кузбассразрезуголь»

Современные экскаваторы Уралмашзавода оснащаются системами электропривода постоянного (ЭКГ-12А) или переменного тока (ЭКГ-18) со статическими преобразователями и цифровой системой управления, что позволяет снизить энергопотребление при высоком уровне КПД и надежности, а также системами -информационной, видеонаблюдения, автоматических защит рабочего оборудования и централизованной автоматической смазки.Экраны информационной системы экскаватора ЭКГ-12АЭкраны информационной системы экскаватора ЭКГ-12А

Рис.10 Экраны информационной системы экскаватора ЭКГ-12А: а – главный; б - автоматических защит рабочего оборудования

Сбор, обработка, хранение текущей информации о работе экскаватора, позволяющие отслеживать динамику изменения всех основных параметров, анализ данных о текущем состоянии механического и электрического оборудования, формирование и хранение списка предупредительных и аварийных сообщений с указанием времени и даты, отображаются на экране панельного компьютера машиниста (рис. 10 а).

Система автоматических защит рабочего оборудования экскаватора (рис. 10 б) имеет функции ограничения подъема ковша и хода рукояти, защиты стрелы от удара рукоятью выше напорного вала и при забросе ковша, ограничения боковых нагрузок при черпании и при работе с негабаритами, защиты от переподъемов стрелы. Система ограничивает также динамические нагрузки на переднюю кромку ковша.

Оснащение системой автоматических защит и информационной системой позволяет обеспечить эффективную и надежную работу экскаваторов за счет информированности машиниста о состоянии механического оборудования и привода, возможности передать показатели работы экскаватора диспетчеру горного предприятия для корректировки производственного процесса в режиме on-line.

Одноковшовые экскаваторы драглайны

Экскаваторы – драглайны производства ОАО «УРАЛМАШЗАВОД»
Экскаваторы – драглайны гусеничные ЭДГ-4.25 и ЭДГ-3,2.30 предназначены для разработки полезных ископаемых и пород вскрыши с перемещением их в отвал или с погрузкой в транспортные средства - имеют высокую степень унификации с базовой моделью карьерного экскаватора ЭКГ-5А, индивидуальный электрический привод всех основных механизмов от двигателей постоянного тока, питаемых по системе ГД. Стрелы у экскаваторов - решетчатой конструкции длиной 25 и 30 м, а ковши - вместимостью 4 и 3,5 м3. Максимальные подъемные/тяговые усилия соответственно составляют 172/191 кН и 118/220 кН. Полное время цикла экскавации - 42 с. Теоретическая производительность данных моделей - 340 и 220 м3/ч. При рабочей массе 177?182 т удельное давление на грунт при гусеницах шириной 1100 (1400) мм не превышает 0,165 (0,130) МПа. С 1999 г ОАО «Уралмашзавод» изготовил семь экскаваторов ЭДГ-3,2.30 и ЭДГ-3,2.30А (рис.11 а).
а)  гусеничный драглайн ЭДГ-3,2.30б) шагающий ЭШ 11.75в)шагающий ЭШ 100.100

Рис. 11. Экскаваторы-драглайны производства УЗТМ: а - гусеничный драглайн ЭДГ-3,2.30; б - шагающий ЭШ 11.75; в - шагающий ЭШ 100.100

На базе карьерной мехлопаты ЭКГ-12 разработан проект гусеничного драглайна ЭДГ-8.55, предназначенного для разработки пород вскрыши с перемещением их в транспортные средства. Драглайн имеет высокую степень унификации с базовой мехлопатой, индивидуальный электрический привод всех основных механизмов от двигателей постоянного тока, питаемых по системе ГД. Стрела решетчатой конструкции длиной 55 м компонуется из трех секций, что в принципе создает возможность варьировать ее длину и вместимость сменного ковша 8 м3 - для тяжелых и 10 м3 - для легких пород.

Концевая нагрузка 340 кН, усилие подъема стопорное 427 кН, усилие тяги стопорное 471 кН. Мощность сетевого двигателя 1250 кВт. Время цикла 50 с при повороте в отвал на 120°. Скорость передвижения 1,1 км/ч. При рабочей массе 600 т удельное давление на грунт при гусеницах шириной 1800 и 2200 мм, не превышает 0,225 и 0,185 МПа, соответственно.

Первый шагающий драглайн с ковшом вместимостью 3.5 м3 и стрелой 36 м был создан на УЗТМ в 1946 г. Линейка шагающих драглайнов УЗТМ представлена 13-ю типоразмерами с ковшами вместимостью 11...100 м3 и длинами стрел 75...130 м, в том числе шесть вариантов - с пониженными удельными давлениями на грунт. Номенклатура шести базовых моделей представлена в табл. 6. Разработаны их модификации, отличающиеся удлиненными стрелами и ковшами уменьшенной вместимости: ЭШ 15.100; ЭШ 20.100 и ЭШ 15.110; ЭШ 30.110 и ЭШ 25.120; ЭШ 40.130.

Таблица 6
Параметры шагающих драглайнов ОАО «Уралмашзавод»

Наименование параметров

ЭШ 11.75

ЭШ 20.90  

ЭШ 25.90

ЭШ 40.100

ЭШ 65.100

ЭШ 100.100

Вместимость ковша, м3

11

20

25

40

65

100

Длина стрелы, м

75

90

90

100

100

100

Концевая нагрузка, тс

33

63

77

125

205

300

Радиус черпания и разгрузки, м

71,4

83

85,4

94,8

97,6

97

Высота разгрузки, м

30,6

38,5

37,5

40

38,5

43

Глубина копания, м

38

42,5

47

47

46

47

Рабочая масса, т

843

1690

1900

3310

5460

10300

Среднее удельное давление на грунт под башмаками при передвижении, МПа

0,145

0,24

0,187

0,2

0,2

0,265

Среднее удельное давление на грунт под опорной рамой при работе, МПа

0,09

0,105

0,103

0,137

0,125

0,18

Мощность сетевого двигателя, кВт

1250

2500

2500

2х2250

4х2250

4х3600

За всю историю производства шагающих драглайнов на УЗТМ было выпущено 250 машин, наиболее крупной из которых стала модель ЭШ-100.100 (1977 г) на шагающем ходу с полным отрывом базы (рис. 11 в). Наиболее массовым драглайном производства УЗТМ была модель ЭШ 15.90, а ЭШ 11.75 – единственная модель, выпущенная с электромеханическим четырехзвенным кривошипно–шарнирным механизмом шагания. Начальная модель ряда – драглайн ЭШ 11.75 (рис. 11 б), за период с 2002 г. был изготовлен в пяти экземплярах. В 2012-2013 гг. два драглайна ЭШ 20.90С в «северном исполнении» поставляются в УК «Якутуголь» для работы на Эльгинском угольном месторождении.

С 1968 г. все модели драглайнов УЗТМ снабжаются трехгранной стрелой, выполненной из труб, с предварительно напряженным верхним поясом, имеющей более высокие надежность и эксплуатационно-технические показатели, чем вантовая, унифицированными лебедками тяги и подъема ковша и гидравлическими механизмами шагания с неполным отрывом базы, кроме проектируемых ЭШ 65.100 и ЭШ 100.100.

Экскаваторы драглайны производства НКМЗ (Украина)

Номенклатура производства электрических шагающих драглайнов НКМЗ предусматривает выпуск шести базовых моделей с ковшами вместимостью от 6,5 до 20 м3 (табл. 7) и с шарнирно-сочлененными стрелами, формируемыми из труб, шагающим ходом кривошипно-шатунного типа. Экскаваторы-драглайны предназначены для выемки грунтов от I до IV категорий крепости включительно при производстве вскрышных работ по бестранспортной системе с укладкой породы в выработанное пространство или на борт разреза, но грунты III и IV категорий должны быть предвари-тельно разрыхлены взрыванием.
Параметрический ряд шагающих драглайнов НКМЗ эффективно перекрывает нишу моделей с малой вместимостью ковша отсутствующих в производственной линейке УЗТМ.

Таблица 7
Параметры шагающих драглайнов НКМЗ

Наименование параметров

ЭШ 6,5/45

ЭШ 11/70

ЭШ 14/50

ЭШ 15/80

ЭШ 20/65

ЭШ 10/100

Вместимость базового ковша, м3

6,5

11

14

15

20

10

Длина стрелы, м

45

70

50

100

65

100

Концевая нагрузка, тс (не более)

16,5

30,4

33,3

42

51

28

Радиус черпания и разгрузки, м

43,5

66,5

46,5

76,5

61

93,5

Высота разгрузки, м

19,5

27,5

20,5

37

27

42

Глубина копания, м

22

35

21

45

32

50

Рабочая масса, т

280

720

620

1160

1100

1030

Среднее удельное давление на грунт под башмаками при передвижении, МПа

0,108

0,153

0,133

0,147

0,132

0,147

Среднее удельное давление на грунт под опорной рамой при работе, МПа

0,058

0,095

0,083

0,098

0,088

0,098

Главные приводы драглайнов НКМЗ - на постоянном токе с тиристорным управлением возбуждения, а по требованию заказчика, они могут комплектоваться и приводами переменного тока с частотным регулированием скорости.

Для увеличения высоты отработываемого уступа на карьерах с транспортной системой разработки, НКМЗ предлагает новый вид экскаватора - шагающий драглайн погрузочного типа как для рыхлых, так и взорванных скальных пород в средства карьерного транспорта – автосамосвалы и ж-д. вагоны (рис. 12).ЭШ- 6,5/45 при погрузке в автотранспортЭШ-15/80 – забое бестранспортной системы разработки

Рис. 12 Шагающие драглайны НКМЗ: а - ЭШ- 6,5/45 при погрузке в автотранспорт; б - ЭШ-15/80 – забое бестранспортной системы разработки

В 2012 г. НКМЗ приступил к постановке на производство более мощных экскаваторов ЭШ-15/90Н и ЭШ-20/90Н с шарнирно сочлененными стрелами и кривошипно-шатунными шагающими устройствами, увеличенными радиусами копания, высотами разгрузки и глубинами копания, соответственно 83.5; 38.5 и 42.5 м, а также рабочими массами 1200 и 1400 т.

Шагающие экскаваторы драглайны компании Caterpillar

Компания Caterpillar, присоединив компанию Bucyrus, предлагает широкий выбор модификаций шагающих драглайнов, в основу которых заложены три базовые модели серий 8000, 8200 и 8750 (табл. 8). В 1969 г компания Bucyrus, выпустила самый большой драглайн в истории экскаваторостроения модель 4250-W (рис. 13) с ковшом 168 м3 и стрелой 91.4 м. Драглайн передвигается на гидравлическом шагающем устройстве, с полным отрывом базы, проработал на угольном разрезе в штате Огайо (США) более 40 лет с производительностью по вскрыше, достигавшей 30 млн. м3/год.

а) Шагающие драглайны Caterpillar (Bucyrus)б)Шагающие драглайны Caterpillar (Bucyrus)

Рис. 13. Шагающие драглайны Caterpillar (Bucyrus): а - модель 4250-W; б - модель 8750

Современные драглайны Caterpillar применяют электрические приводы переменного тока с модулями IGBT, использующими биполярные транзисторы с изолированным затвором, и эксцентриковые механические шагающие устройства с независимыми бортовыми электроприводами, синхронизируемыми программируемыми командоаппаратами (PLC) центрального компьютера. Стрелы современных машин (табл. 8) отличаются от конструкций стрел ранних моделей драглайнов Bucyrus, имевших главные пояса, выполненные из герметизированных труб, работавших под внутренним давлением накачанной в них смеси азота и воздуха (для контроля их сохранности). Сегодня стрелы Cat изготавливаются прямоугольными в сечении, рыбообразной формы, с главными поясами из прокатных профилей и трубчатыми раскосами с внутренним давлением – следствие заимствования технологии построения стрел и стойки ее поддержки, присущей драглайнам компании Marion, приобретенной компанией Bucyrus еще в 1997 г.

Таблица 8
Параметры шагающих драглайнов компании Caterpillar

Наименование параметров

8000

8200  

8750

Вместимость ковша, м3

31-32

45-61

76-129

Длина стрелы, м

76-84

76-100

109-132

Концевая нагрузка, тс

93,9-95

136-181

394-226

Радиус черпания и разгрузки, м

88,4

88,4-90

94-111

Высота разгрузки, м

42,7

45

52-62

Глубина копания, м

53,3

53,5

54-70

Рабочая масса, т

1751-1792

3836-4173

5955-7500

Среднее удельное давление на грунт под башмаками при передвижении, МПа

0,145

0,24

0,187

Среднее удельное давление на грунт под опорной рамой при работе, МПа

0,09

0,105

0,103

а) модель 7850В с традиционными редукторными приводами лебедок подъема и тягб)модель 7850В с традиционными редукторными приводами лебедок подъема и тяг

Рис. 14. Расположение механизмов на поворотных платформах шагающих драглайнов компании Caterpillar: а – модель 7850В с традиционными редукторными приводами лебедок подъема и тяги; б – модель 7850D3 с прямыми безредукторными приводами лебедок подъема и тяги

Из последних новшеств построения драглайнов Cat, это альтернативный вариант исполнения тяговой и подъемной лебедок как с традиционным редукторным, так и прямым безредукторным приводом (рис. 14), использующим один низкооборотный электродвигатель высокой мощности переменного тока на агрегат. Приводы поворота платформы и механизма шагания в обоих вариантах остаются традиционного редукторного исполнения. Caterpillar также оказывает всестороннюю инженерную поддержку заказчикам, что позволяет скомплектовать машину под условия конкретного предприятия для достижения максимальной производительности и снижения себестоимости добываемого материала.

На сегодня компанией Caterpillar созданы и успешно применяются для разных видов горных работ ряд систем слежения и поддержки работы оборудования в частности, как AQUILA™ Dragline (система точного позиционирования ковша драглайна), AcctssDirect™ (дистанционная система мониторинга); AccuLoad™ (cистема взвешивания груза в ковше); Terrain for Dragline (Aquilla Dragline) – универсальная система управления работой драглайнов. Последняя предназначена для:

  • выполнения виртуальной задачи по выемке материала, транслируемой из диспетчерской;
  • выдерживания конечного профиля забоя;
  • автоматическое обновление электронной модели карьера по мере отработки рудных блоков забоя;
  • передачи отчета о выполненных объемах работы.

 

Шагающие экскаваторы драглайны компании Surface Mining (P&H)

Компания Surface Mining (P&H) – подразделение корпорации Joy Global Inc. предоставляет на рынок модельный ряд шагающих драглайнов трех базовых типоразмеров (табл. 9).

Таблица 9
Параметры базовых моделей шагающих драглайнов компании Surface Mining (P&H)

Наименование параметров

9010С

9020С  

9020ХРС

Вместимость ковша, м3

42-60

55-90

85-122

Длина стрелы, м

80-105

90-125

100-130

Концевая нагрузка, тс

180-130

230-172

394-226

Радиус черпания и разгрузки, м

80-105

86-120

84-125

Высота разгрузки, м

32-42

34,5-58

44-64,5

Глубина копания, м

51-68

55-86

56,5-77

Рабочая масса, т

3640-4056

5647-5955

7539-8002

Среднее удельное давление на грунт под башмаками при передвижении, МПа

0,276-0,308

0,257-0,270

0,239-0,254

Среднее удельное давление на грунт под опорной рамой при работе, МПа

0,129-0,144

0,143-0,150

0,134-0,139

Наиболее крупной из типоразмерного ряда драглайнов компании P&H стала модель класса 9020ХРС с ковшами вместимостью 85-122 м3, стрелой длиной 130?100 м и рабочей массой порядка 8000 т. Отличительная особенность драглайнов данной компании - наличие высокой ферменной стойки, поддерживающей четырехгранную ферменную стрелу через систему тросов, замыкающихся на двуногой А-образной раме поворотной платформы (рис.15). Шагающее устройство – механическое, эксцентрикового типа. Шагающий драглайн модель 9160 компании Surface Mining (P&H)

Рис. 15. Шагающий драглайн модель 9160 компании Surface Mining (P&H) Графический интерфейс пользователя

Рис. 16. Графический интерфейс пользователя

Управление приводами драглайнов P&H осуществляется с помощью системы «Centurion», использующей стандартные ее компоненты, применяемые и на карьерных мехлопатах компании. Графический интерфейс пользователя Graphical User Interface (GUI), устанавливающийся как в машинном отделении (рис. 16), так и в кабине оператора, дает возможность с помощью сенсорного экрана осуществлять управление и контроль работы систем экскаватора. Система отслеживает координаты экскаватора, угол его наклона, вес горной массы в ковше, фиксирует средние показатели за смену, отображает эти данные на сенсорном экране компьютера, что позволяет координировать работу оператора в режиме реального времени, аккумулирует данные по производительности, контролирует исправность узлов экскаватора посредством дистанционного мониторинга и передает данные о состоянии различных систем экскаватора в сервисный центр.

Для драглайнов, используемых для селективной выемки и погрузки горной массы в транспортное средство, было разработано оборудование Universal Dragline System (UDS), которое позволяет осуществлять точечное черпание и разгрузку ковша. UDS включает в себя дополнительный головной блок на стреле, два отдельных подъемных барабана, ковш новой конструкции к которому крепятся два подъемных каната, один из которых - к арке ковша или, при ее отсутствии, спереди к боковым его стенкам, а второй, опрокидывающий, к задней его части. Управление ковшом осуществляется при помощи компьютерной программы «UDS», которая в зависимости от операции, производимой драглайном (черпание, перемещение или разгрузка в заданной точке) корректирует угол наклона ковша.

Система UDS может устанавливаться и на моделях драглайнов других производителей. Драглайны, оснащенные UDS, эксплуатируются на карьерах Австралии и США и позволяют, по данным компании, увеличить производительность машин на 30% при двухлетнем сроке окупаемости модернизации.


Использованные источники:

1. Р. Ю. Подэрни. Анализ современного состояния рынка поставок карьерной техники в мире. Горная промышленность, 2013, № 4, с. 48- 54.

2. A Reference Guide to Mining Machine Application. Caterpillar Global Mining. 2005.

3. В. Воротников. Россия является одним из мировых лидеров по производству угля. Угольный век России. // Журнал российского шахтера. Изд. «Mайнинг Медиа», 2013. с. 2-5.

4. А. В. Самолазов. Стратегия развития новой линейки карьерных экскаваторов ООО «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова» и практические результаты её реализации. Материалы конференции «Машины и оборудование для открытых горных работ» В рамках 17-й Международной выставки «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов», 15 мая 2013, Москва.

5. А. В. Груздев, Н.И. Паладеева. Современное оборудование ОАО «УРАЛМАШЗАВОД» для открытых работ. Материалы конференции «Машины и оборудование для открытых горных работ» В рамках 17-й Международной выставки «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов», 15 мая 2013, Москва.

6. Р. Ю. Подэрни. Современные методы и оборудование для открытых горных разработок. (Обзор: техника и технология). Материалы конференции «Машины и оборудование для открытых горных работ» В рамках 17-й Международной выставки «Горное оборудование, добыча и обогащение руд и минералов», 15 мая 2013, Москва.

7. Р. Ю. Подэрни. Механическое оборудование карьеров. Учебник для ВУЗов, 8-е издание. М., Изд-во «Майнинг Медиа Групп», 2013. с. 593.

Ключевые слова: драглайны, модель, шагающих, компании, анализ, рынок, экскаватор

Журнал "Горная Промышленность" №6 (111) 2013, стр.14