Машины для подготовки горных пород к выемке

Данные машины состоят из базового трактора, тягача или специального самоходного шасси и установленного на них соответствующего рабочего оборудования.

Трактором – называется самоходная машина на гусеничном или пневмоколесном ходу предназначенная для длительных работ в тяговом(силовом) режиме, составляющем до 70-80% от времени его эксплуатации.

Тягач – самоходная машина (преимущественно на пневмоколесном ходу), предназначенная для длительной работы в транспортном режиме(70-90% общего времени эксплуатации).

Самоходное шасси – самоходная машина(главным образом на пневмоколесном ходу). Компонуется из серийно выпускаемых агрегатов тракторов, тягачей и автомобилей, но имеет раму специальной конструкции, обеспечивающую установку на ней специализированного оборудования(погрузчика , скрепера , бульдозера и т.д.)и в зависимости от назначения может иметь режимы трактора или тягача.

Тракторы характеризуются тяговым классом (максимальной свободной силой тяги в кН), а тягачи и самоходные шасси – по мощности силовой установки(кВт,/ л.с.). наиболее мощным отечественным трактором является Т-50.01 производства ОАО «Промтрактор» г. Чебоксары (класс тяги 750кН, мощность дв. 552кВт, масса 69тонн), импортный – D575А-2 фирмы «Комацу» Япония (класс тяги 1050кН, мощность дв. 784кВт, масса 132тонны).

Все горные породы , подвергаемые разрушению механическим способом, с точки зрения трудности их разрушения делятся на 5 классов , которые в свою очередь образуют 9 категорий, из которых первые четыре могут разрабатываться без предварительного рыхления взрывом.

Бульдозеры предназначены для послойной разработки пород I—IV категории без предварительного рыхления и перемещения на расстояние от 50 до 150 м. Скальные породы ими могут разрабатываться послойно после предварительного рыхления.

Рыхлители предназначены для послойного рыхления мерзлых и скальных пород IV—VIII категории с прочностью до 90 МПа. Рыхлительное оборудование навешивается на тракторы тяговых классов от 100 кН и выше.

Булъдозерно-рыхлителъпые агрегаты (БРА) предназначены для комплексной механизации землеройных работ на мерзлых и скальных породах без проведения БВР. Они имеют агрегатные индексы при комплектной поставке тракторов с навесным оборудованием бульдозеров и рыхлителей.

Порода срезается ножом, скапливается передотвалом и перемещается по поверхности рабочей площадки при собственном передвижении бульдозера за счет тягового усилия, развиваемого трактором.

В зависимости от характера работы применяются отвалы различной конструкции. Наиболее распространен неповоротный отвал в виде коробчатой сварной конструкции (см. рис. 8.2, а). Его передняя часть представляет собой изогнутый стальной лобовой лист 1, в нижней половине которого закреплены ножи: средний 2 и боковые 3. Для увеличения жесткости отвал усилен боковыми ребрами – боковинами 4. При разработке сыпучих пород к отвалу крепятся открылки-удлинители 11, позволяющие повысить производительность бульдозера на 40—50 %.

Толкающая рама 6 (см. рис. 8.1) связывает отвал 9 с базовой машиной и передает ему тяговое усилие, развиваемое двигателем машины. К задней стенке отвала крепятся кронштейны, в которые вставляются пальцы раскосов, соединяющих его с боковыми упорами 7 толкающей рамы и позволяющих иметь перекос оси отвала в вертикальной плоскости.

У бульдозеров с поворотным отвалом (см. рис. 8.2, б) последний можно устанавливать в горизонтальной плоскости под углом до 27° в обе стороны от продольной оси или перпендикулярно к ней. Поворотный отвал обычно делают большей длины, чем у машин с неповоротным отвалом, так как в повернутом положении он должен перекрывать ширину базового тягача. Отвал представляет собой коробчатую металлоконструкцию, с тыльной стороны которой приварен подпятник 8 для шаровой пяты толкающей рамы. На бульдозерах с гидравлическим управлением правый, а иногда и левый подкосы заменяются гидроцилиндрами 8 (см. рис. 8.1). Изменяя длину одного или обоих гидроцилиндров (подкосов), можно наклонять отвал в вертикальной плоскости на угол до 20°, улучшать его приспособляемость к условиям разработки каменистых пород.

Для работы в породах средней крепости отвал снабжают сменными зубьями 10 (см. рис. 8.2, в), которые устанавливают так, чтобы они могли разрыхлять породу при рабочем или обратном ходе бульдозера. При этом зубья 10 закрепляют на оси шарнирно, так чтобы их режущие лезвия были направлены в сторону, противоположную режущему лезвию отвала. При движении бульдозера вперед зубья поворачиваются на оси и их тыльная сторона скользит по поверхности породы. Отвалы с рыхлящими зубьями целесообразно применять при подготовке бульдозером фронта работы для скреперов.

Главный параметр бульдозера — номинальное тяговое усилие трактора или тягача — определяется из выражения

,

где G_сц — сцепной вес бульдозера, кН; φ_ос — коэффициент использования силы веса базовой машины с навесным оборудованием по сцеплению.

Основные параметры бульдозера:

– эксплуатационная масса бульдозера m_б (т), равная сумме масс эксплуатационной базовой машины (трактора) m_бт и навесного бульдозерного оборудования m_бо (последняя составляет 15—25 % от m_бт);

– скорости рабочего и обратного ходов. Первая обычно составляет 2—4 км/ч, вторая может достигать 19 км/ч для гусеничных и 10 км/ч и более для колесных машин;

– среднее давление ходовой части на грунт ,

где S₀ — опорная площадь гусениц, м²;

– положение центра давления, т. е. точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунтового основания на ходовую часть, определяемое по расчетным схемам;

– удельные горизонтальное усилие р_г (кН/м) и вертикальное давление р_в (МПа) на режущей кромке ножа, характеризующие возможность разработки пород различной крепости:

Рабочим органом рыхлителя является зуб 1 (см. рис. 8.3) или несколько зубьев, установленных на стойках 2 рядом или уступами в специальном башмаке 3, укрепленном на раме 4. В зависимости от назначения, ширины и глубины рыхления, мощности и номинального тягового усилия тягача, а также физико-механическихсвойств породы число зубьев, их геометрическая форма и расстояние между зубьями изменяются.

По номинальному тяговому усилию и мощности привода базового трактора рыхлители разделяются на: сверхмощные с номинальным тяговым усилием свыше 350 кН и мощностью привода более 370 кВт, мощные — от 200 до 350 кН и 185—370 кВт, средней мощности — от 135 до 200 кН и 120—185 кВт и малой мощности.

Для рыхлителей на гусеничном ходу, получившем наибольшее распространение для этого типа навесного оборудования на карьерах, в основном используются радиальные и параллелограммные типы подвесок рам для крепления стоек зуба, присоединяемых на шарнирах к корпусу заднего моста базового трактора.

Подвески радиального типа применяются чаще, поскольку они просты и имеют малую массу. Их устанавливают на тракторах с жесткими задними мостами и подвеской гусениц, и они имеют одну стойку зуба при разработке пород, склонных при рыхлении выкалываться крупными глыбами (до 2 м в поперечнике). Одностоечные радиальные подвески могут обеспечить рыхление пород на глубину до 2,1 м (при двух или более повторных проходах машины).

Параллелограммная подвеска с гидроцилиндром изменения угла наклона стойки позволяет обеспечить как неизменность угла резания на любой глубине рыхления (при начальной параллельности сторон параллелограмма, устанавливаемой с помощью соответствующего гидроцилиндра), так и его дистанционное изменение по мере необходимости.

Хотя конструкция параллелограммной подвески с уширенной рамой для крепления стоек зубьев допускает установку до трех рыхлящих зубьев, ее геометрические параметры таковы, что не позволяют получить глубину рыхления свыше 1,1м. При этом расстояние между стойкой зуба и гусеницей не превышает 1,5—1,6 м, что меньше, чем у радиальной подвески.

Применение параллелограммной подвески предпочтительнее, если выходной размер кусков ограничен или если твердость разрыхляемой породы в массиве изменяется от большой до средней.

Стойки зубьев рыхлителей изготовляют различных типоразмеров из кованых пластин (реже литыми) и снабжаются съемными защитными козырьками 6 и наконечниками 1 из износостойкого материала (см. рис. 8.3). Сечение зуба должно подбираться таким, чтобы он выдерживал нагрузку, равную 1,5-кратному тяговому усилию трактора, приложенному к концу зуба, а с учетом применения толкача — в 2—2,5 раза большую. Толщина стойки зуба обычно не превышает 100 мм. Вылет (длина) зубьев должен быть на 100—300 мм больше максимальной глубины рыхления. Шаг установки зубьев не должен превышать 900—1400 мм.

Для гашения ударов, передающихся от рабочего органа рыхлителя на трактор, обеспечения постоянного контакта зуба сзабоем и сглаживания сил сопротивления на зубе хвостовик стойки зуба иногда соединяется с амортизатором, устанавливаемым на раме держателя стойки.

Главный параметр рыхлителя — номинальное тяговое усилие Т_н.р (кН) при скорости движения рыхлителя 2,5—3 км/ч и буксовании не более 7 % для гусеничных и 20 % для колесных машин, определяется по формуле

где φ_кр — коэффициент использования веса базовой машины с навесным оборудованием по сцеплению (φ_кр = 0,6 для колесных и φ_кр =0,9 для гусеничных тягачей); G_cu —сцепной вес рыхлителя в рабочем состоянии (кН), равный при навешивании на базовую машину:

– только рыхлительного оборудования ;

– рыхлительного оборудования (сзади) и бульдозерного отвала (впереди) ,

где m_бт — эксплуатационная масса базовой машины (трактора), т.

Основные параметры рыхлителя:

– среднее давление ходовой части рыхлителя на грунт p_р(кПа) определяется по формуле

,

где S_o — опорная площадь гусениц, м²; m_ро — масса рабочего оборудования рыхлителя, т

– положение центра давления — точки приложения равнодействующей всех нормальных реакций грунта на гусеничный движитель рыхлителя с координатой х;

– угол рыхления (резания) δ₀, зависящий от угла заострения на-конечника (β = 30…35°) и заднего угла, который должен быть не менее 5° (для скальных пород) и 8° (для мерзлых пород);

– расстояние L (м) между зубьями и тягачом (вынос зубьев), которое должно быть таким, чтобы куски породы не могли застревать в этом промежутке. Обычно L = (1…1,5) Н, где Н — максимальное возможное заглубление зубьев, м

При разработке пород с V-й по IX-ю категорию включительно основными видами экскавационного оборудования – экскаваторами необходимо производить предварительное разупрочнение (рыхление) этих пород взрывом. Для этого необходимо на рабочем уступе пробурить необходимую сетку взрывных скважин. Бурение скважин производится буровыми станками, тип которых зависит от крепости пород уступа.

Буровой станок (см. рис. 8.4) состоит из: кабины машиниста 1, гидродомкратов выравнивания платформы станка 2 и 5 , гидроцилиндров наклона мачты 3, ходового оборудования 4, задней опоры мачты 6, кабельного барабана 7, мачты 9 и её подкоса 8. вращательно-подающего механизма 10, силового и вспомогательного оборудования 11.