Введение к работе
Актуальность проблеми. К важнейшим задачам открытого способа разработки полезных ископаемых в настоящее время относится снижение потерь и разубоживания.
Основними процессами современной технологии открытых горних работ, определяющими уровень количественных и качественных потерь, явчяются буровзрывные работы и экскавация, в совершенст-пор.'ише которых боїьшой вклад внесли труды О.Д.Алимова, 1С.И.Бечя-ковя, .Буянова, К.Е.Винницкого, М.Ф.Друкованного, С.А.Драннико-г»а, Г.. 1І.Кутузова, П.В.Мельникова, В.В.Ржевского, Г.В.Секисова, И.А. 'Гангаева, Н.И. Томакова, К.Н.Трубецкого, Б. II. Юматова и многих других. Оптимизируются параметры систем разработки, повышается надежность и производительность буровой техники и экскаваторов, идет поиск более совершенных схем и средств взрывания и т.д.
Существующей технологии открытых горных работ, однако, изначально присущ ряд принципиальных недостатков, которые вряд ли могут быть, преодолены совершенствованием традиционных способов и средств.
[{ наиболее актуальным задачам, стоящим перед современной горной наукой в области открытой разработки месторождений В.В.Ржевский и К.Н.Трубецкой относят разработку ресурсосберегающих и малоотходных технологий, создание принципиально новых технологий и оборудования на основе совмещения технологических процессов на.базе новых способов разрушения горных пород.
Одним из перспективных направлений в решении проблемы создания принципиально новых конкурентоспособных технических решений, могущих оказать революционизирующее воздействие на производство, по мнению ряда специалистов / например, С.Л.Иофин, Д.И.Федоров, 11.А.Кедорезов и пр./# является создание бвзвзрывпой технологии открытых горных работ, основанной на применении экскаваторов с: ков-шаі.іи активного действия. Это мнение подтверждается опытом проводившихся ранее ІМШСом б. Минтрансотроя СССР и ИГД СО РАН совместных работ по созданию и внедрению ковшей активного действия к экскаваторам Li-652, U-lOOll, Э-1252 и результатами патентного поиска, показавшего, что во многих промышленно развитых странах ведутся
работы по созданию такого оборудования.
Извоженное, а также результаты ранее проведенных в ИГД СО РАН исследований, определили выбор темы настоящей работы.
Целью работы является:
- разработка основ расчета и конструирования, создание и віїодренио в производство рабочего оборудования с ковшом активного действия, навешиваемого на экскаватор, максимально .унифицированный с базовой машиной, обоснование области его применения и ожидаемых технике- экономических показателей.
Основная идея работы - расширение технологических возможностей экскаваторов за счет оснащения их ковшами активного дей-стпия, совмещающими высокоэкономичное ударное разрушение забоя и погрузку разрыхленной горной массы.
Методы исследования.
J5 связи с многообразием вопросов, требующих разрешения, применен комплексний подход, вклочающий: анализ патентных материалов; экспериментальные исследования с применением инструменталь-нпх измерений натурных образцов ковшей активного действия в производственных условиях; разработку математических моделей рабочего процесса экскаватора с ковшом активного действия, анализ и рас-'чет основных характеристик этого процесса; испытания натурных образно» сменного рабочего оборудования в разнообразных горнотехнических условиях и отработка конструкции его важнейших элементов; выбор и обоснование рациональных технологических схем применения экскаваторов с ковиом активного действия путем технико - экономического аначиза с использованием статистических материалов и хронометража.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Оснащение экскаваторов ковшами активного действия с удсль
пой энергией удара на зубьях не менее 10 Дж/мм обеспечивает оф1«к
тивную разработку горных пород до 1У категории по взрываемости
включительно и мерзлых грунтов У-УП категорий /ГОСТ 17343-83/
без предварительного рыхления, значительное /до 1,5...2,0 раз/ -
снижение удельной энергоемкости выемочне-погрузочных работ по
сравнению с традиционной технологией с учетом пнергозатрат на бу-
рчрзрншне работы.
2. При безвзрывной разработке горных пород средней крепости
.и м!?рзчых грунтов ковшом активного действия динамичность процесса
«скапаний снижается на 10 - 1556; нагрузки на металлоконструкции і приводы экскаватора, а также параметры вибрации и шума на ра-іочем месте машиниста не превышают допустимых величин, а в боль-іинстве случаев-значений, имеющих место при выемке аналогичных юрод в разрыхленном состоянии серийным ковшом.
3. Технология добычи , основанная на применении акскавато-;оп с ковшами активного действия позволяет сократить /до 40 -ИУУ потери и разубохивание полезного ископаемого, уменьшить ієреизмельчение и повреждение структуры кристаллосырья /например, лмазов в 2...4 раза, кварцитов - на 15...30$ и т.п./, снизить ейсмическое воздействия на массив и нагрузку на окружающую рєгсу.
Обоснованность и достоверность научных положений, вьшопов ; рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются: результатами длительных испытаний и исследований экспериментальных 'Образцов ковшей активного действия в разнообразных орнотехнических условиях;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических экспериментальных исследований;
результатами опытно-промышленной эксплуатации первых od-аэцов экскаваторов с ковшом активного действия ЭКГ - 5В. Научная новизна.
Разработаны научные основы расчета и обоснования парамет-ов рабочего оборудования карьерного экскаватора - мехлопаты ковшом активного действия, где взаимоувязаны геометрические араметры ковша и энергетические параметры ударных устройств прочностными показателями разрабатываемого массива.
Предложена методика энергетической оценки рабочего процесса кскаватора с ковшом активного действия,позволяющая сравнивать удель-ую энергоемкость разработки пород с новым и с серийным ковшом, ребующим буровзрывного рыхления массива; установлено, что при-енение высоко-экономичного ударного разрушения горных пород озволяет существенно / до 1,5..»2,0 раз/ снизить удельные энер-озатраты на экскавацию.
Доказана возможность и целесообразность оснащения серийных
кскаваторов сменным рабочим оборудованием с ковшом активного
ействия, установлено, что такое переоборудование не влечет за :
обой возрастания нагрузок яа базову» машину и ухудшения условий
работы обслуживающего персонала.
Обоснованы экономически целесообразные условия применения безвэрнвпой технологии открытых горных работ с использованием экскаваторов с ковшом активного действия, разработаны основы расчета возможной экономической эффективности нового оборудования.
Практическое значение работы:
- подтверждена результатами промышленной эксплуатации го
ловных образцов экскаваторов ЭКГ - 5Б эффективность оснащения
серийных экскаваторов - мехлопат ковшами активного действия,
при этом экскаватор может успешно совмещать разрушение горной
породы и ее погрузку;
- сформулированы основные требования к конструкции ковша
активного действия;
обоснована область наиболее эффективного применения без-впрывиой технологии открытых горных работ с использованием экскаваторов'.- с ковшами активного действия;
разработано техническое задание на экскаватор с ковшом активного действия, совместно с ПО "Уралмаш" созданы и успеш-
'но прошли опытно - промышленные испытания головные образцы экскаваторов с ковшом активного действия - ЭКГ - 5В, промышленный випуск которых начнется в 1992г.
Личный, вклад автора,;
постановка задач, решение принципиальных вопросов по конструкции, разработка методик и программ, организация, проведение исследований и испытаний ковшей активного действия в производственных условиях, анализ и обобщение результатов;
разработка научинх основ расчета и обоснования параметров и рекомендаций по конструированию сменного оборудования с ковшом активного действия экскаваторов - мех-лопат;
разработка методики энергетической оценки рабочего процесса экскаватора с ковшом активного действия;
-обоснование рациональной области применения,разработка методических основ расчета экономической эффективности экскаваторов с ковшом активного действия;
-разработка технического задания на проектирование карьерного экскаватора с ковшом активного действия и внедрение его в промышленное производство.
Реализация работы.
Выводы и рекомендации работы реализованы в виде: -технического задания на проектирование карьерного экскаватора-мехлопаты ЖГ-5В с ковшом активного действия,по которому в ПО Урал-мат" спроектированы и изготовлены головные образны экскаваторов.успешно прошедшие опытно-промышленные испытания на карьерах и рекомендованные для промышленного выпуска;
-ряда экспериментальных образцов ковшей активного действия к гидравлическому экскаватору строительного класса с-0-4121.,находящихся ныне в опытной эксплуатации;
-технических условий на пневмомологы ковшовые IK170U:»!,изготавливаемые серийно на Новосибирском экспериментальном машиностроительном заводе "Труд";
-общей методики расчета и обоснования основных параметров и рекомендацій по конструированию сменного рабочего оборудования с ковшом активного действия для экскаваторов-мехлопат карьерного и строительного классов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы и отдельные ее положения докладывались на научно-техническом совещании по проблемам разрушения горных пород и мерзлых грунтов в ЦШИОМТП /г.Москва,1975г./; на Бсэсоюзной конференции по состоянию и перспективам развития технологии открытых разработок с применением новых видов мобильного оборудования в ШЗ АН СССР /г.Москва,1975г./ на Ш Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов по физикегорных пород и процессов /г. Москва,1984г./; на Всесоюзной научной конференции по проблемам создания и внедрения горных машин с ударными исполнительными органами /г.Караганда,1985г./;на Всесоюзной научно-технической конференции "Основные направления и меры по ускорении научно-технического прогресса в золото- и алмазодобывающей промышленности на период до 2000 года."/г.Иркутск,1985г./; на Всесоюзном семинаре в ИГДС ЯФ СОАН СССР "Проблемы разработки ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера"Д\Якутск,1988г./; на научно-технической конференции в Средазнилроцветмете "Пути повышения комп-
лексности использования рудного сырьяитехнологических показателей обогащения с применением экологически чистых материалов"/г.Ташкент октябрь 1989г./;на Всесоюзном научно-практическом совещании "Теоре тические и технологические аспекты создания и применения силовых импульсных систем" /г.Караганда,1990г./;на международном симпозиуме по проблемам открытой разработки глубоких карьеров "Мирный-91" /г.Мирный,1991г./, а также на заседаниях научно-технического совета отделения горного машиностроения НИИтяжмаша П0"Уралмаш" и учено го совета ИГД СО РАН.
Дубликаты. Основные положения диссертации опубликованы в монографии, 29 научных работах и 5 авторских свидетельствах на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 264 страницах, содержит 81 рисунок, 58 .таблиц, список использованной литературы из 228 наименований и приложения на 96 страницах.
Работа выполнена в лаборатории импульсных машин института горного дела СОРАН, при участии сотрудников лаборатории открытых горных работ и эргономики.
Б выполнении отдельных этапов работы и проведении производственных испытаний принимали участие также сотрудники промышленных предприятий и НИИ, в том числе Ш0 "Сибруда" и "Якуталмаз",б.ГО "Кемеровоуголь", Жакремского ГОКа, институтов "НШтязшаш" ДСУрал-маш" и "Гипроцветмет".
Автор выражает глубокую признательность всем товарищам за содействие и помощь в работе.