Тяжелые гидравлические экскаваторы для угледобычи

  Несмотря на то что основным экскавационным оборудованием в угольных разрезах по-прежнему остаются механические лопаты, в некоторых видах работ гидравлика постепенно вытесняет их на карьерах по всему миру. Также и российские предприятия в последние годы все чаще приобретают гидравлические машины отечественного и зарубежного производства. Тяжелые карьерные экскаваторы эксплуатационной массой от 100 до 837 т таких производителей, как УЗТМ-КАРТЭКС (РФ), Caterpillar (США), Liebherr (Германия), Komatsu (Япония), Hitachi (Япония) и др., мало-помалу находят применение как в горнорудных карьерах, так и в угольных разрезах российских добывающих компаний.

Механика и гидравлика

  Главные преимущества гидравлических машин – автономность и мобильность. Потребность в экскаваторах такого класса на российском рынке растет. К примеру, за последние 10 лет горнодобывающими предприятиями России закуплено более 1000 единиц  импортной техники вместимостью ковша от 4 до 40 м³, и спрос на нее продолжает увеличиваться.

Чтобы разобраться, почему возрастает популярность гидравлической братии, упомянем вкратце, какая тяжелая экскаваторная техника трудится в основном на открытых разработках полезных ископаемых. Это прежде всего драглайны, грейферы и мощные роторные экскаваторы.

Также на российских добывающих предприятиях еще с советских времен для выемки вскрышной породы и угля используются механические лопаты. Это одноковшовые гусеничные и шагающие экскаваторы с канатным и реечным напором.

Экскаватор — механическая лопата ЭКГ-20 УЗТМ

Если говорить об отечественной технике, то это несколько типов механических лопат:

  • ЭКГ — карьерный гусеничный экскаватор. Электрическая или дизельная полноповоротная машина со стандартным или удлиненным оборудованием (типа драглайн и др.) и ковшом вместимостью от 2 до 20 м³;
  • ЭВГ — вскрышной гусеничный экскаватор с канатно-блочным оборудованием (типа драглайн) и ковшом вместимостью от 15 до 100 м³;
  • ЭШ — шагающий экскаватор. Землеройная машина с шагающим типом движителя, с канатно-блочным оборудованием (типа драглайн) и ковшом вместимостью от 6 до 100 м³.

На сегодняшний день вскрышные механические лопаты типа ЭВГ уже не эксплуатируются, так как не удовлетворяют современным горно-геологическим условиям в карьерах.

В целом парк канатных механических лопат отечественного производства, применяемых в угледобывающей отрасли, морально устарел и значительно изношен. Многие машины работают уже больше 30 лет, некоторые модели трудятся еще с советских времен.

В СССР производством канатных гусеничных и шагающих одноковшовых экскаваторов занимались ПО «Уралмаш», ПО «Ижорский завод», ПО «Крастяжмаш», ПО «НКМЗ». Сейчас в России их выпускает компания УЗТМ-КАРТЭКС (входит в группу машиностроительных активов АО «Газпромбанк»), занимая 77% рынка канатных экскаваторов.

Оставшиеся 23% занимают зарубежные производители, прежде всего американские. Это корпорация Bucyrus International Inc., в состав которой входят такие известные бренды, как Marion и Ransomes-Rapier. Другой мировой лидер в изготовлении драглайнов и мехлопат — компания P&H Mining Equipment Inc.

После слияния с Marion компания Bucyrus выпускает легкие модели механических лопат с реечным напором, а тяжелые – с канатным и коленчато-рычажным напором. P&H производит экскаваторы только с реечным напором.

Гидравлический экскаватор в буроугольном разрезе

Почему же в последние годы во всем мире нарастает тенденция использовать на определенных этапах горной добычи высокопроизводительные гидравлические экскаваторы? По мнению экспертов, они, конечно, не могут полностью вытеснить мощные землеройные машины типа драглайнов, грейферов, роторных экскаваторов и мехлопат, но позволяют значительно повысить интенсивность ведения некоторых видов горных работ.

Имея особую конструктивно-компоновочную схему рабочего оборудования, которая существенно отличается от конструкции мехлопат, карьерные гидравлические экскаваторы могут выполнять различные технологические задачи в процессе разработки угольных месторождений.

Например, им под силу разработка вскрышных пород I и II категории без предварительного рыхления, а также III и IV категории с предварительным рыхлением и последующей погрузкой угля в самосвалы или в отвал.

Если, к примеру, горно-геологические параметры карьера требуют выборочной экскавации на уровне одного горизонта, то гидравлика подходит лучше, считают специалисты. В сложных условиях выработки гидравлический экскаватор с базовым ковшом вместимостью до 10 м³ технологически гибче, так как имеет меньшую массу, большую мобильность и удельную мощность и позволяет проводить качественную селективную выемку.

Однако в этой статье все же речь пойдет о тяжелых гидравлических экскаваторах эксплуатационной массой от 100 до 837 т и емкостью ковша от 6 до 47,5 м³. Они также мало-помалу занимают свое достойное место в российских угольных разрезах.

Ведущие производители карьерной техники постоянно повышают надежность гидроагрегатов, внедряют электронные системы контроля рабочих параметров, совершенствуют агрегатную компоновку оборудования. Все это позволяет им создавать гидравлические машины, способные конкурировать с механическими лопатами по производительности и надежности. А по уровню комфорта, автоматизации рабочих процессов и управления они уже давно обгоняют своих более старших механических собратьев.

Немаловажным является и тот факт, что в последнее время растут цены на металл. Особенно сильный скачок произошел в конце 2020 года. Это существенно влияет на конечную стоимость новых землеройных машин — она возрастает. И когда, к примеру, отечественная механическая лопата имеет массу в среднем на 40-60% выше, чем у гидравлического экскаватора с базовым ковшом той же вместимости, ценовое преимущество в новых реалиях  оказывается также у гидравлики.

Кроме того, на увеличение спроса оказывает влияние рост объемов добычи угля, золота, меди и строительных материалов, а также реализация программ обновления машинного парка горнодобывающих компаний.

Рассмотрим подробнее особенности тяжелых карьерных гидравлических экскаваторов с прямой и обратной лопатой на примерах современных моделей одного российского и трех зарубежных производителей.

УЗТМ-КАРТЭКС

УГЭ-300

Это единственная на сегодняшний день российская компания (входит в группу машиностроительных активов АО «Газпромбанк»), которая производит тяжелые карьерные гидравлические экскаваторы.

В ноябре 2018 года ПАО «Уралмашзавод» (УЗТМ) завершило заводские испытания гидравлического экскаватора УГЭ-300 и поставило его угледобывающей компании ЗАО «Стройсервис». На этом предприятии карьерная машина рабочей массой 300 тонн прошла опытно-промышленную эксплуатацию и поныне успешно трудится в угольном разрезе «Барзасское товарищество» (Кузбасс).

Пока это единственная модель УЗТМ в классе тяжелых горных экскаваторов, которую екатеринбургский завод выпускает для горнорудных и угледобывающих предприятий. Машина предназначена для разработки полезных ископаемых и вскрышных пород I и II категорий без предварительного рыхления, III и IV категорий с предварительным рыхлением.

Как показала практика, имея конструкцию рабочего оборудования в виде прямой лопаты и ковш объемом 16 м³, УГЭ-300 эффективно работает в экскаваторно-автомобильных комплексах совместно с карьерными самосвалами грузоподъемностью от 90 до 220 т.

Машина оснащена дизельным типом привода мощностью 1100 кВт. Наибольшее усилие копания ковшом и рукоятью составляет 1200 кН, полезная весовая нагрузка (грузоподъемность на ковше) — 30 т, время рабочего цикла — 27 сек, максимальная скорость передвижения — 2,7 км/ч, температурный диапазон эксплуатации — от -40°С до +40°С.

В процессе сборки на экскаватор монтируются гусеничные ленты шириной 1000 мм, в результате чего среднее удельное давление на грунт не превышает 2,41 кг/cм².

В техдокументации производитель указывает, что наибольший радиус копания составляет не менее 14 м, высота подъема ковша — 15,9 м, глубина копания — 2,6 м, а максимальная высота разгрузки — 11,2 м.

Детище уральского завода, экскаватор УГЭ-300, оснащен агрегатами и комплектующими ведущих мировых производителей, что обеспечивает надежность машины. Все узлы легкодоступны для проведения планового ТО и ремонта.

Изюминкой отечественного стального землекопа является современная система управления и диагностики, которая позволяет:

  • удаленно, с диспетчерского пульта, подключаться по GSM к основным параметрам системы управления и отслеживать работу машины в реальном времени;
  • архивировать оперативные данные системы управления и записи видеонаблюдения;
  • определять местоположение машины с помощью систем глобального позиционирования;
  • управлять в режиме реального времени автоматической централизованной системой смазки (АЦСС), контролируя работу узлов трения в точках смазывания;
  • оповещать машиниста о времени текущего обслуживания и необходимых заправочных объемах топлива, охлаждающей жидкости, гидравлического масла;
  • снижать нагрузку на машиниста за счет автоматической стабилизации траектории перемещения ковша при наборе и разгрузке угля.

В целом УГЭ-300 — вполне современная производительная машина с эргономичным дизайном, не уступающая по своим эксплуатационным характеристикам аналогичным зарубежным моделям своего класса. К слову, для комфортной работы машиниста в кабине экскаватора установлены микроволновая печь, холодильник и умывальник.

Hitachi

Hitachi EX8000-6

Теперь перейдем к одному из ведущих мировых производителей землеройной техники — японской компании Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (HCM). Линейку тяжелых горных экскаваторов этого крупного машиностроительного конгломерата составляют семь моделей серии EX-6 эксплуатационной массой от 115 до 837 т.

Особого внимания заслуживает карьерный гигант EX8000-6 массой до 837 т (в зависимости от конструкции лопаты). Это один из самых крупных и производительных горных гидравлических экскаваторов в мире. Представлен он и на российском рынке. Если машина оснащается обратной лопатой, то емкость ковша составляет 43 м³, а если прямой лопатой, то объем ковша 40 м³.

На EX8000-6 установлены два 16-цилиндровых дизельных двигателя Cummins QSKTA60-CE. Как и полагается силовым приводам такого класса, они имеют систему непосредственного впрыска, жидкостное охлаждение, турбонаддув и промежуточное охлаждение. Номинальная мощность при этом составляет 2 х 1450 кВт (или 2 x 1940 л.с.) при 1 800 об/мин, что позволяет выполнять крупномасштабные экскавационные работы.

К примеру, экскаватор EX8000-6 способен загрузить 384-тонный самосвал Hitachi EH4000AC-3 с вместимостью кузова 154 м³ всего за три подхода. А загрузка самого большого карьерного грузовика Hitachi EH4000AC-3 с массой 500 тонн и вместимостью кузова 202 м³ займет лишь четыре-пять подходов.

Высокой производительности работ по добыче угля способствуют и такие параметры землеройной машины, как усилие резания грунта ковшом — 2020 кН; длина рукояти — 5,8 м; скорость поворота платформы — 2,9-3,2 об/мин; максимальная глубина копания — 8,4 м; рабочая высота — 19 м; наибольший радиус копания — 22,3 м; высота выгрузки — 11,9 м.

Комплексная система электронного управления (ETS Hitachi) позволяет достичь максимального КПД при сниженном расходе топлива и уровне шума, а также увеличить производительность экскаватора за счет оптимизации режима работы двигателя и насосов.

ETS Hitachi включает в себя следующие составные части:

  • автоматизированную систему управления двигателем и насосами (E-P Control). Работа основных насосов регулируется электронной системой контроля оборотов двигателя;
  • интегрированную оптимальную гидравлическую систему (I-OHS). Если экскаватор оснащен прямой лопатой, то эта система состоит из 16 главных насосов, 6 управляющих клапанов и 2 комплектов клапанов гидрораспределения. Это обеспечивает выполнение любых работ как в независимом, так и в комбинированном режиме управления. При комплектации экскаватора обратной лопатой гидравлическая система включает в себя 16 главных насосов и 8 управляющих клапанов;
  • топливосберегающую насосную систему (FPS). Она сводит к минимуму потери мощности, улучшает управление и выдает хорошие рабочие характеристики;
  • режим холостого хода, предусмотренный для экономии топлива и снижения уровня шума;
  • маслоохладитель с вентилятором охлаждения с гидравлическим приводом;
  • радиатор с вентилятором охлаждения с гидравлическим приводом;
  • систему подачи смазки под давлением и привод насоса с принудительным охлаждением.
  • Komatsu

    Komatsu PC 8000-6

    Другая крупная японская машиностроительная корпорация — Komatsu Ltd. — предлагает на российском рынке девять моделей тяжелых горных экскаваторов эксплуатационной массой от 110,7 до 771 т. Надо отметить, что у компании уже имеется давний опыт поставок в Россию сверхмощных гидравлических экскаваторов. Например, несколько лет назад одному из горнодобывающих предприятий, которое находится в г. Нерюнгри (Якутия), был отгружен Komatsu РС3000-6 массой 256 т, объемом ковша 15 м³ и мощностью 1216,9 л.с. Он и по сей день там успешно трудится.

    Однако здесь мы остановимся на общих характеристиках самой мощной и производительной машины в линейке Komatsu — PC8000-6. В зависимости от того, какой тип рабочего оборудования установлен на экскаватор — прямая или обратная лопата, его эксплуатационная масса может варьироваться. Конфигурация с прямой лопатой может весить от 740 до 752 т, с обратной лопатой — от 759 до 771 т. Вместимость ковша в обоих случаях составляет 42 м³. Машина эффективно работает в связке с самосвалами грузоподъемностью 250–320 т.

    На экскаваторе установлены два 4-тактных дизельных двигателя Komatsu SDA16V160E-2 стандарта Tier-2. Мощность каждого силового привода составляет 1500 кВт (2 040 л.с.) при 1800 об/мин. Оба мотора имеют 16 цилиндров, водяное охлаждение, прямой впрыск топлива и турбонаддув.

    Комплексная система контроля состояния масла двигателя и фильтрации, объединяющая системы стабилизации масла Reserve и Centinel с масляными фильтрами Eliminator, позволяет на основе анализа масла увеличить периодичность замены масла до 4000 моточасов. Радиаторы двигателя высокой производительности Mesabi охлаждаются вентилятором с гидроприводом, который обеспечивает высокую эффективность охлаждения.

    Кроме того, Komatsu PC8000-6 оснащен двумя асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, выходная мощность каждого из которых 1450 кВт.

    Также на этой модели усовершенствована гидравлическая система с открытым контуром, которая обеспечивает максимальную эффективность охлаждения и фильтрации. Ее наибольшая производительность составляет 8280 л/мин.

    Силовая передача состоит из двух главных приводов. Каждый из двух механизмов отбора мощности приводит в действие четыре одинаковых насоса, масло в которые поступает из негерметизированного бака.

    Особенностью этой четырехконтурной системы является регулятор ограничения нагрузки, контролирующий общий объем подачи масла в рабочие контуры и предусматривающий ограничение давления в них. В управляющем гидравлическом контуре первостепенное значение уделено созданию гидропотока, обеспечивающего плавное срабатывание системы.

    Стоит отметить, что гидравлика отличается простотой компоновки: в ней уменьшено количество элементов. Помимо всего прочего, она оснащена большими выдвижными вертикальными воздушно-масляными маслоохладителями и терморегулируемыми вентиляторами с гидроприводом, что позволяет осуществлять комплексный контроль качества фильтрации масла.

    Скажем также несколько слов об автоматической системе централизованной смазки, которой экскаватор оснащается в стандартной комплектации. На самом деле это целых три одномагистральные системы централизованной смазки Lincoln с гидроприводом и функциями регулирования периодичности и объема подачи.

    Подача смазки в два центральных контура и открытый контур смазки зубчатых передач осуществляется идентичными насосными установками из заправляемых баков емкостью 3 × 300 л. Заправка баков происходит через соединения Wiggins, установленные на сервисном рукаве.

    Liebherr

    Liebherr R 9800

    Известный мировой производитель спецтехники — группа компаний Liebherr, также занимается изготовлением гидравлических экскаваторов для горных работ. Сегодня ее линейка насчитывает 9 моделей машин массой от 113 до 810 т и объемом ковша от 7,3 до 47,5 м³.

    Самый крупный экскаватор в этом ряду — Liebherr R 9800, также представленный на российском рынке, сочетает в себе хорошую адаптивность и производительность. Он специализируется на загрузке самосвалов полной массой 200, 290 и 360 т. На него может устанавливаться как обратная, так и прямая лопата. В первом случае рабочий вес экскаватора составит 800 т, а  объем ковша — 47,5 м³, во втором — 810 т и 42 м³ соответственно.

    Производитель предлагает несколько вариантов силовой установки. Это могут быть два дизельных двигателя Cummins QSK 60 мощностью 2984 кВт, либо, опять же, два дизеля модели MTU 12V4000 мощностью 2850 кВт. Оба варианта соответствуют нормам эмиссии выхлопных газов Tier 2 / Tier 4i.

    Также есть возможность установить два 3-фазных асинхронных двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором, питающихся от сети с нужными заказчику напряжением и частотой.

    Экскаватор Liebherr R 9800 по праву можно назвать ультрасовременным оборудованием для угледобычи, так как в нем реализованы новейшие разработки и запатентованные системы управления, автоматизации, контроля и др. Коснемся лишь некоторых из них.

    Электронная система управления Litronic Plus грамотно интегрирует и распределяет электрическую, механическую, гидравлическую мощности экскаватора и включает в себя:

    • силовые компоненты разработки и производства Liebherr;
    • средства непрерывного контроля работы двигателя, электрооборудования и гидросистемы;
    • безопасные, быстрые и точные электронные органы управления;
    • средства оптимизации работы оборудования, увеличения производительности и эффективности машины.

    В завершение статьи стоит упомянуть о запатентованной электронной системе демпфирования гидроцилиндров. Она управляет движением поршней гидроцилиндров вблизи их крайних положений. Это позволяет машинисту полностью сосредоточиться на экскавации, обеспечивает плавность движений рабочего оборудования и сокращение энергозатрат на их выполнение, а также увеличивает надежность работы и срок службы гидроцилиндров.

Похожие записи

Оставить комментарий