.jpg/1280px-HD.11B.110_(11823129254).jpg)
Драглайн — это тяжелый экскаватор, используемый в гражданском строительстве и открытых горных работах . Он был изобретен в 1904 году и сразу же бросил вызов паровому экскаватору и его дизельному и электрическому потомку — экскаватору с электроприводом . Будучи гораздо более эффективным, чем даже самый большой из последних, он пережил расцвет экстремальных размеров на протяжении большей части 20-го века, сначала столкнувшись с конкуренцией со стороны более эффективных роторных экскаваторов в 1950-х годах, а затем вытесненный ими с верхнего предела с 1970-х годов.
Самым большим шагающим драглайном был Big Muskie , Bucyrus-Erie 4250-W, введенный в эксплуатацию в 1969 году. Он имел ковш объемом 220 куб. ярдов (170 м3 ) , грузоподъемностью 325 тонн, имел стрелу длиной 310 футов (94 м) и весил 13 500 тонн.
Самый большой шагающий драглайн, произведенный по состоянию на 2014 год, — это P&H 9020XPC с цифровым управлением переменного тока компании Joy Global , имеющий емкость ковша 110–160 куб. ярдов (84–122 м 3 ) и длину стрелы от 325 до 425 футов (99–130 м); рабочий вес варьируется от 7539 до 8002 тонн. [1]
Драглайны делятся на две большие категории: те, которые основаны на стандартных подъемных кранах, и тяжелые агрегаты, которые должны быть построены на месте. Большинство гусеничных кранов с дополнительным барабаном лебедки спереди могут действовать как драглайн. Эти агрегаты (как и другие краны) предназначены для временного демонтажа и транспортировки по дороге на прицепах с плоской платформой. Драглайны, используемые в гражданском строительстве, относятся к этому меньшему типу кранов. Они используются для строительства дорог , портов, дноуглубительных работ в прудах и каналах, а также в качестве установок для забивки свай . Эти типы производятся такими производителями кранов, как Link-Belt и Hyster .
Гораздо более крупный тип, который возводится на месте, обычно используется в открытых горных работах для удаления вскрышных пород над углем и в последнее время для добычи нефтяных песков . Самые большие тяжелые драглайны являются одними из самых больших мобильных наземных машин, когда-либо построенных, весом до 13 500 тонн, в то время как самые маленькие и наиболее распространенные из возводимых на месте типов весят около 8 000 тонн.
Система ковша драглайна состоит из большого ковша, который подвешен к большой ферменной стреле ( или мачте) с помощью тросов . Ковш маневрирует с помощью ряда тросов и цепей. Подъемный трос, приводимый в действие большими дизельными или электрическими двигателями , поддерживает ковш и узел лебедки-сцепки от стрелы. Тяговый трос используется для горизонтального перемещения узла ковша. Благодаря умелому маневрированию лебедки и тяговых тросов ковш управляется для различных операций. Схема большой системы ковша драглайна показана ниже.
Драглайн был изобретен в 1904 году Джоном В. Пейджем (как партнером фирмы Page & Schnable Contracting) для использования при рытье Чикагского канала . К 1912 году Пейдж понял, что строительство драглайнов более прибыльно, чем подряд, поэтому он создал компанию Page Engineering Company для строительства драглайнов. Пейдж построил свой первый грубый шагающий драглайн в 1923 году. Они использовали ноги, работающие от реечной передачи на отдельной раме, которая поднимала кран. Затем корпус тянулся вперед цепью по роликовому пути, а затем снова опускался. [2] Пейдж разработал первые дизельные двигатели исключительно для применения в драглайнах в 1924 году. Пейдж также изобрел арочный ковш драглайна, конструкция, которая до сих пор широко используется драглайнами многих других производителей, и в 1960-х годах стал пионером конструкции безарочного ковша. Поскольку механизм шагания сильно отставал от механизма конкурента Monighan (см. ниже), в 1935 году компания Page обновила свой механизм до эксцентрикового привода. Этот значительно улучшенный механизм обеспечивал правильное эллиптическое движение и использовался до 1988 года. В 1954 году компания Page модернизировала свои драглайны еще больше, выпустив серию 700. Самым большим драглайном компании Page была модель 757, поставленная на шахту Обед около Хинтона, Альберта, в 1983 году. Она имела ковш объемом 75 ярдов на 298-футовой стреле и эксплуатационную массу 4500 тонн. В 1988 году корпорация Harnischfeger ( P&H Mining Equipment ) приобрела компанию Page Engineering Company.
Harnischfeger Corporation была основана как P&H Mining в 1884 году Алонзо Полингом и Генри Харнишфегером . В 1914 году P&H представила первый в мире драглайн с бензиновым двигателем. В 1988 году компания Page была приобретена Harnischfeger, которая производит линейку экскаваторов , драглайнов и кранов P& H. Самый большой драглайн P&H — 9030C с ковшом 160 ярдов и стрелой до 425 футов.
В 1907 году компания Monighan's Machine Works of Chicago заинтересовалась производством драглайнов, когда местный подрядчик Джон У. Пейдж разместил заказ на подъемное оборудование для его установки. В 1908 году компания Monighan изменила свое название на Monighan Machine Company. В 1913 году инженер из Monighan по имени Оскар Мартинсон изобрел первый шагающий механизм для драглайна. [3] [4] [5] Устройство, известное как трактор Мартинсона, было установлено на драглайне Monighan, создав первый шагающий драглайн. Это дало Monighan значительное преимущество перед другими драглайнами, и компания процветала. Кулачковый механизм был дополнительно усовершенствован в 1925 году путем устранения тяговых цепей для башмаков и замены на кулачковое колесо, работающее по овальной дорожке. Это придало башмаку надлежащее эллиптическое движение. [6] [7] Первым драглайном, использующим новый механизм, был 3-W, выпущенный в 1926 году. Эти машины были настолько популярны, что название Monighan стало общим термином для драглайна. В начале 1930-х годов Bucyrus-Erie начала скупать акции Monighan с одобрения Monighan. Bucyrus приобрела контрольный пакет акций, и совместная компания стала известна как Bucyrus-Monighan до официального слияния в 1946 году. Первый шагающий драглайн-экскаватор в Соединенном Королевстве был использован на железном карьере Уэллингборо в 1940 году. [8]
Компания Ransomes & Rapier была основана в 1869 году четырьмя инженерами для строительства железнодорожного оборудования и других тяжелых работ. В 1914 году они начали строить два небольших паровых экскаватора по просьбе клиента. Система канатного привода, которую они построили для этого, была запатентована [9] и позже продана Bucyrus. После Первой мировой войны спрос на экскаваторы возрос, и в 1924 году они достигли соглашения о строительстве драглайнов Marion емкостью от 1 до 8 кубических ярдов. В 1927 году они построили модели Type-7 на 1 ярд и Type-460 на 1,5 ярда. Сделка по строительству машин Marion завершилась в 1936 году. R&R начала строить собственные конструкции с Type-4120, за которым последовала модель 4140 на 3,5 кубических ярда. В 1958 году подразделение Ramsomes & Rapier было продано компании Newton, Chambers & Co. из Шеффилда, которая была объединена с их подразделением NCK Crane & Excavator. Это стало NCK-Rapier. Подразделение шагающих драглайнов NCK-Rapier было приобретено Bucyrus в 1988 году.
Компания Marion Power Shovel Company (основанная в 1880 году) построила свой первый шагающий драглайн с простым однокривошипным механизмом в 1939 году. Ее самым большим драглайном был 8950, проданный компании Amax Coal Company в 1973 году. Он имел ковш объемом 150 кубических ярдов на стреле длиной 310 футов и весил 7300 тонн. В 1997 году компанию Marion приобрела компания Bucyrus.
Bucyrus Foundry and Manufacturing Company вышла на рынок драглайнов в 1910 году, купив права на производство драглайнового экскаватора Heyworth-Newman. Их драглайн «Class 14» был представлен в 1911 году как первый гусеничный драглайн. В 1912 году Bucyrus помогла пионеру использовать электричество в качестве источника питания для больших вскрышных экскаваторов и драглайнов, используемых в горнодобывающей промышленности. Итальянская компания Fiorentini производила драглайновые экскаваторы с 1919 года по лицензии Bucyrus. После слияния с Monighan в 1946 году Bucyrus начала производить гораздо более крупные машины с использованием шагающего механизма Monighan, такие как 800-тонный 650-B, который использовал 15-ярдовый ковш. Самый большой драглайн Bucyrus был Big Muskie, построенный для Ohio Coal Company в 1969 году. Эта машина имела 220-ярдовый ковш на 450-футовой стреле и весила 14 500 тонн. В 2011 году компания Bucyrus была приобретена производителем тяжелого оборудования и дизельных двигателей Caterpillar. Самый большой драглайн Caterpillar — это модель 8750 с ковшом длиной 169 ярдов, стрелой длиной 435 футов и весом 8350 тонн.
Рынок драглайнов начал быстро сокращаться после бума 1960-х и 1970-х годов, что привело к большему количеству слияний. Приобретение P&H компании Page в 1988 году, а также приобретение Bucyrus компаний Ransomes & Rapier в 1988 году и Marion в 1997 году сократили число мировых поставщиков тяжелых драглайнов более чем вдвое. Сегодня P&H и Caterpillar являются единственными оставшимися производителями больших драглайнов.
Heavy Engineering Corporation Limited была первой индийской компанией, которая изготовила шагающий драглайн с емкостью ковша 31 ярд. HEC производит ковши до 44 ярдов. Для сравнения, это было бы сопоставимо с серией Small Draglines 8000 компании Caterpillar с ковшом 42 ярда. HEC поставила пятнадцать драглайнов для индийской горнодобывающей промышленности. [10]
В типичном цикле выемки грунта ковш располагается над материалом, который необходимо выкопать. [11] Затем ковш опускается, а затем тянется трос , чтобы ковш тащился по поверхности материала. Затем ковш поднимается с помощью подъемного каната . Затем выполняется операция поворота, чтобы переместить ковш в место, куда необходимо выгрузить материал. Затем трос отпускается, заставляя ковш наклоняться и опорожняться. Это называется операцией выгрузки.
На драглайнах кранового типа ковш также можно «бросить», намотав его на стрелу и затем отпустив сцепление на тяговом тросе. Это затем раскачает ковш как маятник . Как только ковш пройдет вертикаль, подъемный трос будет отпущен, таким образом, бросая ковш. На меньших драглайнах опытный оператор может заставить ковш приземлиться примерно на половину длины стрелы дальше, чем если бы он был просто сброшен. На более крупных драглайнах это не является распространенной практикой.
Большая система драглайна, используемая в горнодобывающей промышленности открытым способом, стоит приблизительно 50–100 миллионов долларов США . Типичный ковш имеет объем от 40 до 80 кубических ярдов (от 30 до 60 кубических метров), хотя чрезвычайно большие ковши имеют объем до 220 кубических ярдов (168 кубических метров). [12] Длина стрелы составляет от 45 до 100 метров (от 148 до 328 футов). За один цикл она может перемещать до 450 тонн материала.
Большинство горнодобывающих драглайнов не работают на дизельном топливе, как большинство другого горнодобывающего оборудования. Их энергопотребление порядка нескольких мегаватт настолько велико [ количественно ] , что они имеют прямое подключение к высоковольтной сети с напряжением от 6,6 до 22 кВ. Типичный [ требуется дополнительное объяснение ] драглайн весом от 4000 до 6000 тонн с ковшом объемом 55 кубических метров может потреблять до 6 мегаватт во время обычных операций по копанию. Из-за этого было рассказано много (возможно, апокрифических ) историй [ требуется пример ] о последствиях отключения электроэнергии от горнодобывающих драглайнов. Например, есть давняя история [ по мнению кого? ] о том, что еще в 1970-х годах, если бы все семь драглайнов на шахте Пик-Даунс (очень крупная угольная шахта BHP в центральном Квинсленде , Австралия) включились одновременно, они бы обесточили весь Северный Квинсленд . Однако даже сейчас, [ когда? ] если они были выключены, они всегда перезапускаются по одному из-за огромных требований к мощности запуска. [ необходима цитата ]
Во всех, кроме самых маленьких, драглайнах движение осуществляется «ходьбой» с использованием ног или понтонов , так как гусеничные ленты оказывают слишком большое давление на землю и испытывают большие трудности под огромным весом драглайна. Максимальная скорость составляет всего несколько метров в минуту, [13] так как ноги должны быть переставлены для каждого шага. [14] При перемещении на средние расстояния (около 30–100 км) для транспортировки драглайна может быть привлечен специальный носитель драглайна. Выше этого расстояния обычно требуется разборка. Но горнодобывающие драглайны из-за своего радиуса действия могут обрабатывать большую площадь из одного положения и не нуждаются в постоянном перемещении вдоль забоя, как более мелкие машины.
Основными ограничениями драглайнов являются высота и длина стрелы, что ограничивает место, куда драглайн может сбрасывать отходы. Другим основным ограничением является глубина копания, которая ограничена длиной каната, который может использовать драглайн. Благодаря своей конструкции драглайн наиболее эффективен при выемке материала ниже уровня своего основания. Хотя драглайн может копать выше себя, он делает это неэффективно и не подходит для загрузки сваленного материала (как канатный экскаватор или колесный погрузчик ).
Несмотря на свои ограничения и чрезвычайно высокие капитальные затраты, драглайны остаются популярными на многих шахтах из-за своей надежности и чрезвычайно низкой стоимости удаления отходов.
Угольный драглайн, известный как Big Muskie , принадлежащий Central Ohio Coal Company (подразделение American Electric Power ), был крупнейшей в мире мобильной землеройной машиной весом 13 500 тонн и высотой почти с 22 этажа. [15] Он работал в округе Маскингам , в американском штате Огайо , с 1969 по 1991 год и получал питание от электросети напряжением 13 800 вольт. В 1999 году его разобрали на переработанный металл стоимостью 700 000 долларов.
Британская фирма Ransomes & Rapier выпустила несколько дизель-электрических экскаваторов размером чуть более 1/10 от его размера, крупнейший в Европе в 1960-х годах — 1400–1800 тонн. Один из них, названный SUNDEW , использовался в карьере с 1957 по 1974 год. После окончания срока службы на первом участке в Ратленде он прошел 13 миль (21 км) за 9 недель до Корби , где он продолжал работать до тех пор, пока не был списан с января по июнь 1987 года.
Меньшие драглайны также широко использовались до того, как гидравлические экскаваторы стали обычным явлением, меньшие драглайны теперь редко используются, за исключением речных и гравийных карьеров. Небольшие машины имели механический привод со сцеплением. Такие фирмы, как Ruston и Bucyrus, производили такие модели, как RB10, которые были популярны для небольших строительных работ и дренажных работ. Несколько из них до сих пор можно увидеть в английских болотах Кембриджшира , Линкольншира и некоторых частях Норфолка . Ruston's — это компания, также связанная с дренажными насосными двигателями. Системы электропривода использовались только на более крупных горнодобывающих машинах, большинство современных машин используют дизель-гидравлический привод, поскольку машины редко находятся в одном месте достаточно долго, чтобы оправдать затраты на установку подстанции и питающих кабелей.
Базовая механическая технология драглайнов, в отличие от большинства оборудования, используемого в землеройных работах, оставалась относительно неизменной в конструкции и функциях управления на протяжении почти 100 лет. Однако были достигнуты некоторые успехи (например, гидравлическое, затем электрогидравлическое управление (включая джойстики ) и использование программного обеспечения для моделирования для обучения новых операторов), преследуются (например, улучшенные системы автоматизации) или могут рассматриваться как шаг вперед (как «универсальный копатель-отвал» (UDD)):
Исследователи из CSIRO в Австралии имеют долгосрочный исследовательский проект [16] по автоматизации драглайнов. Команды по автоматизации горнодобывающей промышленности в QCAT, подразделении CSIRO; разрабатывают технологию автоматизации с 1994 года. Автоматизированные системы включают круиз-контроль и цифровое картографирование рельефа . Рабочие решения включают в себя контроль концепции круиз-контроля поворота драглайна на Tarong BE1370. [17]
Поскольку драглайны обычно большие, сложные и очень дорогие, обучение новых операторов может быть сложным процессом. Так же, как летные симуляторы были разработаны для обучения пилотов, программное обеспечение для горнодобывающих симуляторов было разработано, чтобы помочь новым операторам научиться управлять машинами.
UDD означает универсальный копающий-сбрасывающий . Это первое фундаментальное изменение в драглайнах за почти столетие с момента изобретения «чудо-сцепки». Вместо использования двух канатов (подъемного каната и тягового каната) для управления ковшом машина UDD использует четыре каната, два подъемных и два тяговых. Это позволяет оператору драглайна иметь гораздо большую избирательность в том, когда поднимать ковш и как ковш может быть сброшен. Машины UDD, как правило, имеют более высокую производительность, чем стандартный драглайн, но часто имеют большие механические проблемы. В горнодобывающей промышленности все еще ведутся споры о том, оправдывают ли улучшения UDD свои затраты.
