Патент на изобретение №2186909

(54) ЭКСКАВАТОР-ДРАГЛАЙН

(57) Реферат:

Изобретение относится к землеройным машинам. Экскаватор-драглайн содержит поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша. Наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной – у основания стрелы. Ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша. Расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша. Арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом. Повышается эффективность и надежность работы. 2 з.п.ф-лы, 24 ил.

Изобретение относится к землеройным машинам, конкретно – к эскаваторам-драглайнам, которые используются в горно-добывающей и строительной промышленности для выемки и перемещения горных пород в отвал.

Главным признаком различия одноковшовых экскаваторов является рабочее оборудование. Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов – механическая (прямая) лопата и драглайн.

В состав рабочего оборудования экскаватора-драглайна входят следующие элементы: ковш с упряжью – рабочий орган; канаты подъемный и тяговый с исполнительными механизмами, чаще всего это лебедка с самостоятельным электроприводом постоянного тока; стрела с головным блоком для подъемного каната; а также все прочие наводящие, направляющие блоки для канатов. (см. Филимонов Н. А. Горные машины для открытых горных работ. – М.: Недра, 1967, с. 105-107 и Подэрни Р. Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. – М.: Недра, 1985, с. 158-165, с. 272 и 273 и с. 369-377).

Ковш состоит из козырька, отлитого заодно с основаниями для зубьев, днища и стенок – две боковые и задняя. В передней части боковые стенки (щеки) для жесткости соединяются аркой.

Упряжь состоит из подъемных и тяговых цепей, коромысла (распорная балка) для подъемных цепей, уравновешивающего каната, длина которого строго ограничена, к передней части ковша (щекам) на строго определенном расстоянии от основания зубьев крепятся серьги для соединения ковша с тяговыми цепями. Угол, образованный прямой от оси крепления тяговых цепей к горизонтали, проходящей через основания зубьев, не должен превышать 45-47^o. К боковым стенкам крепятся цапфы для подъемных цепей, которые устанавливаются между центром тяжести максимально загруженного ковша ( ЦТ) и задней стенкой.

Центр тяжести порожнего ковша (ЦТК) значительно смещен от ЦТ к зубьям. Расстояние между ЦТ и ЦТК обозначим через l (см. фиг.1). На фиг.1 и на всех последующих чертежах взят ковш (Е=10 м³) ОАО НКМЗ Украина (на фиг.1 в масштабе 1: 50, на всех последующих – 1:40). Так как все линейные размеры ковша являются функцией от Е (м³), то С выгрузкой породы из ковша ЦТ перемещается к ЦТК по кривой обозначенной ++. Плотность горной массы в ковше имеет незначительное влияние на расположение суммарного центра тяжести плюс, минус три-четыре процента, не более.

Уравновешивающий канат расположен между концами подъемного и тягового канатов. Один конец уравновешивающего каната закреплен на арке ковша, второй, пройдя блок, установленный на траверсе подъемного каната, крепится к балансиру тяговых цепей. Уравновешивающий канат работает как пружина между тяговым и подъемным канатами, удерживая ковш в транспортном положении, когда он вместе со стрелой перемещается от забоя к месту выгрузки, с наклоном на заднюю стенку. Наклон днища ковша на заднюю стенку относительно горизонтальной плоскости в транспортном положении должен быть в пределах 15-25^o.

Усилия на уравновешивающем канате находятся в прямой зависимости от усилий на тяговом, а усилия на тяговом – в прямой зависимости от угла отклонения подъемного каната от вертикали.

При емкости ковша Е= 10 м³ и более число канатов как подъемных, так и тяговых будет по два, но с целью упрощения описания, а также расчетов говорится об одном канате – канат подъемный, канат тяговый – число канатов принципиального значения не имеет.

Усилия на тяговом канате определяются следующими значениями:

где S_Т – усилия на тяговом канате, точнее сила, действующая на ось блока наводки тягового каната, а также на оси, соединяющие тяговые цепи с серьгами;
S_n – усилия на подъемном канате;
G_m= G_k+G_n – суммарная сила тяжести – вес ковша плюс вес горной массы в нем при максимально загруженном, т.е. G_n=Gn_max;
– угол отклонения подъемного каната от вертикали;
m_М – суммарная масса груженого ковша;
d – ускорение движения ковша.

Значением m_Мd ввиду его малой величины можно пренебречь.

Усилия на тяговом канате определяет также стрела провиса:

где h_к – стрела провиса каната в метрах;
q_к – вес 1 м каната;
l_к – длина каната в метрах, от блока наводки до балансира тяговых цепей;
q_ц – вес 1 м тяговых цепей;
l_ц – суммарная длина тяговых цепей;
h_ц – стрела провиса тяговых цепей в метрах;
– угол наклона тягового каната к горизонтали.

Допустимая максимальная стрела провиса h к_max=(2,0-12,8) м, дальнейшее ослабление тягового каната приведет к ослаблению его на барабане и запутыванию. Усилия на тяговом и подъемном канатах находятся в сложной математической зависимости от трех переменных величин: суммарной силы тяжести (вес ковша плюс вес горной массы в нем), угла отклонения подъемного каната от вертикали – угла и угла – наклона тягового каната к горизонтали, поэтому наиболее рационально определение сил S_т и S_ц графическим путем (см. фиг.8, 10, 16, 20 и 22).

Когда отклонение подъемного каната от вертикали будет менее 24^o, ковш начнет наклоняться на зубья. Дальнейшее уменьшение угла отклонения подъемного каната от вертикали за счет ослабления тягового каната вызовет резкое уменьшение усилий на тяговом канате, соответственно и на уравновешивающем – ковш резко опрокинется на зубья, в результате чего через открытое пространство в передней части ковша произойдет полная выгрузка горной массы.

Так работают драглайны, выпускаемые серийно ОАО “Уралмаш”, ОАО НКМЗ Украина, а также экскаваторы США, выпускаемые фирмами “Бюсайрус Ири”, “Марион”, “Пейдж”, “Рансом-Рапир” Великобритания и др.

Произведенный анализ работы экскаватора-драглайна указывает на то, что выгрузка горной массы из ковша происходит только в определенной зоне под стрелой, когда отклонение подъемного каната от вертикали будет менее 24^o, и только тогда.

Практика эксплуатации драглайнов, особенно экскаваторов средней и большой мощности, выявила необходимость выпускать такие машины, которые могли бы выгрузить ковш в любой точке под стрелой, где он может находиться, и сама выгрузка была бы управляемой. Ковш во время выгрузки можно было бы перемещать к себе, от себя, вверх, вниз, выгрузить половину ковша или же полностью. Реализовать эти требования с традиционной конструкцией подвески ковша – физически невозможно, хотя попыток было много. Это и привело к поиску нового вида рабочего оборудования экскаватора-драглайна для прицельной и управляемой выгрузки ковша в транспортный сосуд.

Известно много изобретений, которые удерживали бы груженый ковш от движения вдоль оси тягового каната в момент опрокидывания его на зубья или же принудительно его опрокидывали, что позволяло бы произвести прицельную выгрузку ковша в сосуд, но по тем или иным конструктивным причинам не нашедших практического применения.

Известное, например, патент США 2978820, кл. НКИ 37-116, опубликованный в 1961 г., устройство, которое содержит стрелу с головным блоком, ковш с упряжью, тяговую и подъемные лебедки с канатами, дополнительно оснащено удерживающей лебедкой с канатом, один конец которого закреплен на балансире крепления подъемного каната, а второй – на барабане удерживающей лебедки.

Основными недостатками этого устройства являются:
а) груженый ковш можно удержать от движения его вдоль оси тягового каната только при отклонении подъемного от вертикали не более 25-27^o, т.к. при ослаблении тягового каната создаются значительные динамические нагрузки на удерживающем;
б) сложно достичь синхронности намотки канатов тягового и удерживающего, каждого на свой барабан, особенно при различных их диаметрах. В режиме разгона и торможения это технически не выполнимо.

Известно устройство (см. а.с. СССР 605897, МКИ Е 02 F 3/48, опубликованное в 1978 г.), которое содержит стрелу с головными блоками, ковш с упряжью, тяговую и подъемную лебедки с канатами. Для регулирования радиуса выгрузки оно дополнительно содержит: лебедку с канатом, установленную на стреле, замок с подпружиненным запорным рычагом и упором и промежуточные канаты. Недостатками этого рабочего оборудования являются:
а) невозможность выгрузить ковш при отклонении подъемных канатов от вертикали более 25^o;
б) ненадежная работа запорного механизма.

Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. а.с. СССР 606945, МКИ Е 02 F 3/48, опубликованное в 1978 г.), которое содержит стрелу с головными блоками, ковш с упряжью, тяговую и подъемную лебедки с канатами. Подъемных канатов два, начала их крепятся к барабану подъемной лебедки, а концы – один закреплен на арке ковша, второй соединен с задней стенкой. Чтобы иметь возможность прицельно выгрузить ковш, головной блок подъемного каната, который соединен с задней стенкой, с помощью рычажно-шарнирного механизма, приводимого в движение гидроцилиндром, перемещается вперед, в результате чего ковш опрокидывается на зубья. Недостатки этого рабочего оборудования те же:
а) выгрузить ковш можно при отклонении подъемных канатов от вертикали на 22-20^o, т.к. канаты, тяговый и подъемный, который соединен с задней стенкой ковша, во время движения головного блока вперед работают на разрыв;
б) сложно в головной части стрелы установить громоздкое рычажно-шарнирное устройство.

Известен погрузочный экскаватор-драглайн (см. патент 2079609, кл. Е 02 F 3/48), опубликованный в 1997 г., содержащий опорную базу, поворотную платформу, стрелу, тяговую и подъемную лебедки и лебедку заброса порожнего ковша с соответствующими канатами, соединенными с ним, отличающийся тем, что он снабжен отклоняющими блоками канатов подъемной лебедки, которые установлены у основания стрелы, блок каната заброса ковша – в ее концевой части, при этом ковш выполнен с открывающейся задней стенкой с запорным механизмом, выполненным в виде рычажной системы и запирающих пружин, захватным устройством, которое выполнено в виде двухступенчатого приводного барабана и соответствующих канатов, подвешенной к ним пластинчато-роликовой цепью захватного устройства с удлиненными роликами, контактирующими с рычагом-выключателем запорного механизма.

Недостатками известного погрузочного экскаватора-драглайна являются:
а) сокращается максимальный радиус черпания и, следовательно, максимальная глубина копания, так как глубина копания находится в прямой зависимости от радиуса копания:
H_коп= R_коп*tg,
где – угол плоскости забоя к горизонтальной плоскости.

Максимальный радиус черпания сократиться по той причине, что во время заброса ковша в забой, отклонение забросочного каната от вертикали в сторону экскаватора составит: = 15-18^o потому, что на порожний ковш действуют две отклоняющие силы: сила тяжести ослабленных тяговых плюс – ослабленных подъемных канатов (см. формулу (2)).

б) прицельная выгрузка ковша в транспортный сосуд возможна только при единственном радиусе – R_разг. 0,12R_разг.
в) известный погрузочный экскаватор-драглайн работать в отвал не может – мал радиус выгрузки.

Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. а.с. СССР 1257140, кл. Е 02 F 3/48), опубликованное в 1986 г. Рабочее оборудование экскаватора-драглайна, включающее стрелу с головным блоком, ковш с задней стенкой аркой и упряжью, содержащей шарнирно соединенные с цапфами ковша тяговые и подъемные цепи, при этом цапфы расположены на ковше со смещением от центра тяжести порожнего ковша к передней его части. В состав рабочего оборудования входят также лебедки – подъемная, тяговая, удерживающая и дополнительно опрокидывающая, каждая с самостоятельным электроприводом постоянного тока. Начало опрокидывающего каната закреплено на барабане опрокидывающей лебедки, а конец соединен с задней стенкой ковша, размещен он параллельно тяговому. Удерживающий канат расположен параллельно подъемному, начало которого закреплено на барабане удерживающей лебедки, а конец, пройдя трехкратный полиспат, между подъемными цепями и аркой ковша, соединен с балансиром подъемного каната.

Недостатком этого известного устройства является то, что нельзя тяговые и подъемные цепи крепить к одной и той же оси. Ковш при компании будет опрокидываться на зубья. Увеличение усилий на удерживающем канате, с целью чтобы удержать ковш от опрокидывания его на зубья, приведет к тому, что ковш будет выдергиваться из грунта, и он копать не будет.

Известно рабочее оборудование экскаватора-драглайна (см. патент RU 2059755 С1, Е 02 F 3/48, 10.05.1996 г.), включающее стрелу, ковш с задней и боковыми стенками, аркой и упряжью, подъемные цепи, которые шарнирно соединены с цапфами на боковых стенках ковша, подъемные канаты, тяговые канаты, параллельно которым размещен разгрузочный канат, один конец которого закреплен на барабане тяговой лебедки, а другой проходит через подвижный блок полиспата и связан с задней стенкой ковша, отличающееся тем, что цапфы для подъемных цепей установлены в нижней части боковых стенок ковша и распложены в плоскости симметрии, проходящей между центрами тяжести порожнего и максимально загруженного ковша.

Оборудование отличается тем, что оно снабжено размещенным параллельно подъемным канатам уравновешивающим канатом с лебедкой, при этом один конец уравновешивающего каната закреплен на барабане уравновешивающей лебедки, а второй через подвижный блок, установленный на ковше, связан с траверсой подъемных канатов.

Оборудование отличающееся тем, что электродвигатель уравновешивающей лебедки имеет прямую жесткую связь по току с электродвигателем тяговой лебедки.

Основным недостатком прототипа патента RU 2059755 С1, E 02 F 3/48 является то, что нельзя наматывать два разных по диаметру каната на один и тот же барабан лебедки, тем более – с такой большой разницей в диаметре – почти в три раза. Учитывая, что в процессе работы тяговый канат приходится ослаблять, при разматывании канатов с барабана, когда надо ослабить тяговый, разгрузочный ввиду того, что он в три раза легче тягового, отстает и запутывается на барабане. Во время выгрузки невозможно за счет сокращения рабочей длины разгрузочного каната повернуть ковш на зубья более 30^o, канаты тяговые и разгрузочный после поворота ковша более 30^o будут работать на разрыв, ковш поворачиваться не будет – рвется разгрузочный канат.

Уравновешивающий канат не нужен – мешает процессу копания.

Задача изобретения – создать экскаватор-драглайн, способный точно выгрузить ковш в транспортный сосуд в любой точке под стрелой и сохранить рабочие параметры при работе в отвал, при простой и надежной, с малой металлоемкостью конструкции.

Другие задачи, решаемые изобретением, – производные от основной:
1. Возможность выгрузить ковш в непосредственной близости от базы экскаватора и перемещать его в это время к себе, от себя позволяет равномерно рассыпать грунт на площадке, что значительно упрощает работы при подготовке трассы для шагания.

2. Расширение возможностей экскаватора. Он может работать в транспорте при минимальном радиусе выгрузки до максимального. При работе в отвал максимальный радиус выгрузки на уровне стояния экскаватора возрастает на 10-12%.

3. Увеличение эффективности копания в результате того, что разгрузочным канатом ковш на грудь забоя можно поставить под желаемым углом (30-35^o).

Поставленная задача достигается тем, что у эскаватора-драглайна, включающего поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша, причем наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной у основания стрелы, ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша.

Другим отличием является то, что расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша.

Отличием является также то, что арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом.

В предлагаемом изобретении экскаватора-драглайна в упряжи ковша нет уравновешивающего каната, поэтому ковш самоуравновешивается за счет крутящих моментов действующих на ковш сил относительно оси цапф для подъемных цепей: M_o (F₁= 0), отсюда основным отличительным признаком от выпускаемых серийно драгайнов и известных аналогов и прототипов является то, что ось цапф подъемных гибких элементов расположена в нижней части боковых стенок, между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша (см. фиг.2 – определение точки “О”), где У – ось симметрии между ЦТК и ЦТ,
l_ц – расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф, причем l_ц = 0,33l (1). Это соотношение получено опытно, расчетным путем.

Учитывая, что (2), подставив выражение 2 в уравнение 1, получим:
Определение точек: “О” на боковых стенках ковша для оси цапф подъемных цепей выполняется при горизонтальном положении днища ковша. Другим отличием является то, что ось цапф подъемных цепей проходит в нижней части боковых стенок и расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между ЦТК и ЦТ. Такое расположение оси цапф подъемных гибких элементов обеспечивает необходимое положение ковша при самоуравновешивании его в любой точке под стрелой при минимальных усилиях на разгрузочном канате. Во время выгрузки незначительное увеличение усилий на разгрузочном канате приведет к вращению ковша вокруг точки “О” на зубья.

На фиг.3 (расчетный чертеж) рассматривается положение ковша в вертикальной плоскости, когда отклонение подъемного каната от вертикали максимальное ( = 49-48^o), тяговый канат – горизонтален ( = 0), усилия на разгрузочном канате – S_p0. Это усилие задает машинист экскаватора. Возникающие усилия: на тяговых цепях S_тц = 1,1G_м, на подъемных цепях S_пц = 1,5G_м (см. многоугольник действующих на ковш сил). Плечи крутящихся моментов: 1_тr. Наклон днища ковша на заднюю стенку пятнадцать градусов – транспортное положение ковша, что и нужно.

За единицу силы во всех расчетах принимаем: G_м – максимально загруженный ковш при плотности горной массы:
= (2,0-2,3) т/м³ – горная порода III-IV категории.

Отличием также является то, что арка ковша выполнена с консолью, которую огибает разгрузочный канат, что увеличивает плечо l_р и сохраняет это плечо до тех пор, пока днище ковша повернется на зубья на 20-25^o относительно горизонтали (см. фиг.12 и 13). В этом положении, когда днище ковша наклонено на зубья по отношению к горизонтали на 20-25^o, в ковше породы осталось одна треть от первоначального объема, поэтому суммарный вес: ковш плюс порода в нем, составляет: 0,5G_м.

С целью упрощения одновременного управления двумя лебедками и учитывая, что тяговые канаты и разгрузочный параллельны, управление электроприводами тяговой и разгрузочной лебедок осуществляется одним управляющим элементом – одной рукояткой, через сельсиновые командоаппараты, что обеспечивает плавность, простоту, легкость и надежность в управлении этих двух механизмов. Все отличия предлагаемого изобретения экскаватора-драглайна являются существенными отличиями по отношению ко всем известным решениям.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на всех расчетных чертежах расчеты выполнены по законам теоретической механики:
Fix = 0;
Fiy = 0;
M_o(Fi) = 0.
На фиг.1 показано положение уравновешивающего каната на выпускаемых серийно экскаваторах-драглайнах и расстояние 1 между ЦТК и ЦТ.
На фиг. 2 показано, как установить точки “0” на боковых стенках ковша – ось цапф для подъемных цепей.

На фиг. 3а – расчетный чертеж, где определено положение ковша в вертикальной плоскости, когда ковш находится у блока наводки тягового каната (см. фиг.10), – крайнее положение.

На фиг.3б показаны возникающие усилия на подъемных тяговых цепях и плечи l_т и r.

На фиг.4 показан общий вид экскаватора и его рабочее оборудование.

На фиг.5 показан общий вид ковша с упряжью.

На фиг. 6 показаны схемы навески канатов: подъемного, тягового, разгрузочного.

На фиг.7 показан процесс копания и условие устойчивости порожнего ковша против его опрокидывания на зубья (см. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. – М.: Недра, 1985, с. 272 и 273).

На фиг. 8 показано положение канатов и ковша при выводе его из забоя, когда ковш находится у блока наводки, на многоугольнике сил определены возникающие усилия на канатах.

На фиг.9 – расчетный чертеж, который определяет, что при выводе ковша из забоя в непосредственной близости от базы экскаватора на разгрузочном канате возникают максимальные усилия: S_р = 0,28G_м, поэтому в этом положении машинист экскаватора задает максимальный крутящий момент на валу электродвигателя разгрузочной лебедки.

На фиг.10 показано положение канатов и ковша над ж.д. думпкаром, при минимальном радиусе выгрузки, выполнен графический расчет действующих на ковш сил.

На фиг.11 – расчетный чертеж, который математически через моменты действующих на ковш сил подтверждают верность полученных графическим путем усилий – S_т=1,06G_м.

На фиг.12 показано положение ковша в динамике, когда он вращается вокруг точки “О” под воздействием силы S_р. Усилия S_т в этом момент должны уменьшаться, так как суммарная действующая на ковш сила, вес ковша плюс порода в нем, стала – 0,7G_м.

На фиг. 13 – расчетный чертеж, где также показано положение ковша в динамике – ковш продолжает вращаться вокруг точки “О” под воздействием усилий на разгрузочном канате.

На фиг.14 показано положение ковша в конце выгрузки.

На фиг.15 показано положение порожнего ковша при условии, что усилия на разгрузочном канате S_p0.
На фиг. 16 показано положение канатов и ковша при максимальном радиусе выгрузки в ж. д. думпкар, стоящий на уровне стояния экскаватора, выполнен графический расчет сил, действующих на ковш.

На фиг. 17 – расчетный чертеж, который математически M_o(F₁) = 0, подтверждает верность полученных графическим путем усилий на канатах: разгрузочном плюс тяговом (S_р+S_т= 0,35G_м). Принимаем: S_р=0,173G_м, отсюда S₁= 0,177G_м.

На фиг.18 – расчетный чертеж. Ковш пустой. Вес порожнего ковша 0,25G_м. Следовательно, S_T+S_p = 0,25G_м0,35 = 0,09G_м.

На фиг. 19 показано положение тяговых цепей и канатов в конце выгрузки для фиг.16.

На фиг. 20 показано положение канатов и ковша при выгрузке в ж.д. думпкар, стоящий выше уровня стояния экскаватора, выполнен графический расчет сил, действующих на ковш.

На фиг.21 – расчетный чертеж, который математически подтверждает верность полученных графическим путем усилий на канатах разгрузочном плюс тяговом (S_р + S_т = 0,43 G_м).

Принимаем S_р = 0,04 G_м, следовательно, S_т = 0,39 G_м. Под воздействием крутящих моментов S_р l_р+S_т l_т – G_м r = 0, при l_р = 65; l_т = 28 и r = 13,5 ( размеры l_р, l_т и r взяты чертежные). Ковш займет положение, указанное на чертеже. Увеличение усилий S_р – на разгрузочном канате, и, соответственно, уменьшение S_т – на тяговом приведет к тому, что ковш начнет вращаться на зубья вокруг точки “О”, сохраняя расположение точки “О” под стрелой.

На фиг. 22 показано положение ковша и канатов в середине процесса загрузки (в ковше осталось 60% горной массы) суммарный вес: ковш, плюс порода в нем, равен: 0,75 G_м, выполнен графический расчет сил, действующих на ковш.

На фиг.23 – расчетный чертеж, который подтверждает верность выполненных расчетов графическим путем сил, действующих на ковш на фиг.22.

Рабочее оборудование предлагаемого изобретения экскаватора-драглайна (см. фиг.4 – общий вид) включает стрелу 1, установленную на поворотной платформе 2. На конце стрелы 1 установлен блок 3. Начало подъемного каната 4 закреплено на барабане подъемной лебедки 5, второй конец, пройдя направляющий блок 6 и головной блок 3, соединен с подъемными цепями 7, которые шарнирно соединены с помощью цапф 8 с ковшом 9 (см. фиг.5 – соединение упряжи с ковшом). Цапфы 8 расположены в нижней части боковых стенок ковша 9 между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша. Начало тягового каната 10 закреплено на барабане тяговой лебедки 11, второй конец, пройдя через направляющий блок 12 и блок наводки 13, соединен с тяговыми цепями 14, которые шарнирно крепятся к серьгам 15, установленные в передней части боковых стенок ковша 9. Разгрузочный канат 16 размещен параллельно тяговому – 10. Начало разгрузочного каната 16 закреплено на барабане разгрузочной лебедки 17, второй конец, пройдя блок наводки 18, установленный на корпусе блока наводки 13, перекинут через консоль-надстройку 19, на арке, шарнирно крепится к задней стенке ковша 9.

Так как сумма усилий на тяговом канате 10 и разгрузочном 16 определяет расположение и положение ковша 9 под стрелой 1, то управление режимом работы электроприводов тяговой лебедки 11 и электропривода разгрузочной 17 выполняется одной рукояткой через сельсиновые командоаппараты, что значительно упрощает управление совместным режимом работы этих двух лебедок при вращении (опрокидывании) ковша 9 на зубья.

Экскаватор-драглайн работает следующим образом.

С помощью подъемной лебедки 5 ковш 9 поднимается подъемным канатом 4, от перемещения ковша 9 вдоль горизонтали его удерживает тяговый канат 10. На разгрузочном канате 16 в этот момент усилия незначительные (S_p0), но вполне достаточные, чтобы не допустить его ослабления, порожний ковш 9 в момент перемещения его в забой занимает положение, указанное на фиг.15. Поворотная платформа 2 вместе с установленной на ней стрелой 1 поворачивается к забою. Одновременно с этим, ковш 9 с помощью подъемного каната 4 и тягового – 10 опускается на грудь забоя (см. фиг.7). Копание – заполнение ковша 9 горной массой – осуществляется тяговым канатом 10. Ковш 9 перемещается по откосу забоя, преодолевая сопротивление горной породы резанью (это сопротивление обозначено вектором Р₀₁). Во время копания управление ковшом 9 осуществляется точно так же, как на серийном экскаваторе, работая рукоятками управления тяговой 11 и подъемной 5 лебедок, машинист экскаватора выдерживает толщину срезаемой стружки, такой, чтобы удерживать ковш 9 от опрокидывания его на зубья, в случае же выталкивания ковша 9 из грунта силой Р₀₂ машинист экскаватора, увеличивая усилия на разгрузочном канате 16, увеличивает угол атаки зубьев ковша 9 на горную породу и ковш 9 внедряется в грунт. После наполнения ковша 9 горной массой с помощью подъемного каната 4 ковш 9 поднимается с уступа. Поворачивая поворотную платформу 2 вместе с установленной на ней стрелой 1 и маневрируя канатами подъемным 4, тяговым 10 и разгрузочным 16, ковш 9 устанавливается над местом выгрузки (см. фиг.10, 16, 20). Шарнирное соединение подъемных 7 и тяговых 14 цепей с ковшом 9 обеспечивают его вращение на зубья за счет увеличения усилий на разгрузочном канате 16 (см. фиг. 12, 13, 14).

В начальный момент усилия на тяговом канате 10 так же, как и усилия на разгрузочном канате 16, стремятся повернуть ковш 9 на зубья (см. фиг.11), но в середине опрокидывания ковша 9 усилия на тяговом канате будут оказывать сопротивление вращению, но к этому времени объем горной массы в ковше 9 останется 50% от первоначального объема и суммарный вес – вес ковша плюс горная масса в нем – составит 0,72 G_м. Полная выгрузка породы из ковша 9 – это наклон днища к горизонтали на 65-70^o (см. фиг.14, 18). Время полного опрокидывания ковша 9 на зубья должно составить 3-5 секунд. После того как из ковша 9 горная масса выгружена, крутящий момент на валу электродвигателя разгрузочной лебедки устанавливается близким к нулю, т.е. S_p0. Ковш 9 занимает положение, указанное на фиг.15, – цикл закончился.

С помощью поворотной платформы 2, подъемного каната 4 и тягового 10 ковш 9 возвращается в забой и цикл повторяется.

При работе в отвал максимальный радиус выгрузки на уровне стояния экскаватора возрастает, так как за счет установленной консоли на арке значительно снижаются необходимые усилия на разгрузочном канате 16, а возможность управлять одной рукояткой двумя лебедками – тяговой 11 и разгрузочной – 17 позволяет машинисту экскаватора использовать при выгрузке момент инерции груженого ковша. Возможность управления одной рукояткой двумя лебедками обеспечивает надежность, легкость и точность выгрузки ковша 9 в транспортный сосуд в любой точке под стрелой.

Формула изобретения

1. Экскаватор-драглайн, включающий поворотную платформу, стрелу, подъемную, тяговую, разгрузочную лебедки с гибкими элементами, соединенными через наводящие блоки и цапфы со стенками ковша соответственно боковыми в нижней части, боковыми в передней части и задней через арку ковша, причем наводящие блоки расположены у подъемной лебедки на конце стрелы, а у тяговой и разгрузочной у основания стрелы, отличающийся тем, что ось цапф подъемных гибких элементов расположена между центром тяжести порожнего ковша и осью симметрии центров тяжести порожнего и максимально груженого ковша.

2. Экскаватор-драглайн по п.1, отличающийся тем, что расстояние от центра тяжести порожнего ковша до оси цапф составляет одну треть расстояния между центрами тяжести ковша.

3. Экскаватор-драглайн по п.1, отличающийся тем, что арка ковша выполнена с консолью, огибаемой разгрузочным гибким элементом.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.12.2005

Извещение опубликовано: 10.05.2007 БИ: 13/2007