.jpg/1280px-HD.11B.110_(11823129254).jpg)
Экскаватор -драглайн — это тяжелый экскаватор, используемый в гражданском строительстве и горных работах . Он был изобретен в 1904 году и стал непосредственным вызовом паровому экскаватору и его потомку с дизельным и электрическим приводом — механическому экскаватору . Гораздо более эффективный, чем даже самый крупный из последних, он пережил период расцвета своих огромных размеров на протяжении большей части 20-го века, сначала ему бросили вызов более эффективные роторные экскаваторы в 1950-х годах, а затем они были вытеснены ими на верхнем уровне с 1970-х годов.
Самым большим из когда-либо шагающих драглайнов был Big Muskie , Bucyrus-Erie 4250-W, введенный в эксплуатацию в 1969 году, с ковшом объемом 220 куб. ярдов (170 м 3 ), грузоподъемностью 325 тонн, стрелой длиной 310 футов (94 м) и весом 13 500 тонн. тонн.
Самым большим шагающим драглайном, произведенным в 2014 году, был цифровой привод переменного тока компании Joy Global P&H 9020XPC, который имеет вместимость ковша 110–160 куб. ярдов (84–122 м 3 ) и длину стрелы от 325 до 425 футов (99–122 м 3 ). 130 м); рабочие массы варьируются от 7539 до 8002 тонн. [1]
Драглайны делятся на две большие категории: те, которые основаны на стандартных подъемных кранах, и тяжелые агрегаты, которые необходимо собирать на месте. Большинство гусеничных кранов с дополнительным барабаном лебедки спереди могут работать как драглайн. Эти агрегаты (как и другие краны) предназначены для временного демонтажа и перевозки по дороге на бортовых прицепах. Драглайны, используемые в гражданском строительстве , относятся к меньшему типу кранов. Они используются при строительстве дорог , портов, дноуглубительных работ в прудах и каналах, а также в качестве свайных установок. Эти типы производятся такими производителями кранов, как Link-Belt и Hyster .
Гораздо более крупный тип, который возводится на месте, обычно используется при открытых горных работах для удаления вскрышных пород над углем , а в последнее время - при добыче нефтеносных песков . Самые большие тяжелые драглайны входят в число самых больших когда-либо построенных мобильных наземных машин и весят до 13 500 тонн, а самые маленькие и наиболее распространенные из машин, монтируемых на месте, весят около 8 000 тонн.
Система ковша драглайна состоит из большого ковша, подвешенного к большой ферменной стреле ( или мачте) с помощью стальных тросов . Ведро передвигается с помощью ряда тросов и цепей. Подъемный трос, приводимый в движение мощными дизельными или электрическими двигателями , удерживает ковш и подъемно-сцепное устройство на стреле. Дравер используется для вытягивания ковша в горизонтальном направлении. Благодаря умелому маневрированию подъемником и канатами ковш управляется для выполнения различных операций. Схема большой ковшовой системы драглайна показана ниже.
Драглайн был изобретен в 1904 году Джоном У. Пейджем (в качестве партнера фирмы Page & Schnable Contracting) для использования при рытье Чикагского канала . К 1912 году Пейдж понял, что строительство драглайнов более прибыльно, чем заключение контрактов, поэтому он создал компанию Page Engineering Company для строительства драглайнов. Пейдж построил свой первый шагающий драглайн в 1923 году. В нем использовались опоры, приводимые в движение реечным механизмом на отдельной раме, которая поднимала кран. Затем тело тянули вперед цепью на роликовых гусеницах, а затем снова опускали. [2] Пейдж разработал первые дизельные двигатели исключительно для драглайнов в 1924 году. Пейдж также изобрел арочный ковш драглайна, конструкция которого до сих пор широко используется драглайнами многих других производителей, а в 1960-х годах впервые разработал конструкцию ковша без арки. Поскольку его шагающий механизм сильно отставал от механизма конкурента Monighan (см. Ниже), компания Page обновила свой механизм до эксцентрикового привода в 1935 году. Этот значительно улучшенный механизм обеспечивал правильное эллиптическое движение и использовался до 1988 года. Компания Page модернизировала свои драглайны, выпустив серию 700. в 1954 году. Самым большим драглайном Пейджа была модель 757, доставленная на шахту Обед недалеко от Хинтона, Альберта, в 1983 году. Он имел ковш длиной 75 ярдов на стреле длиной 298 футов и рабочий вес 4500 тонн. В 1988 году корпорация Harnischfeger ( P&H Mining Equipment ) приобрела компанию Page Engineering.
Корпорация Harnischfeger была основана как P&H Mining в 1884 году Алонзо Поулингом и Генри Харнишфегером . В 1914 году компания P&H представила первый в мире драглайн с бензиновым двигателем. В 1988 году компания Page была приобретена компанией Harnischfeger, производящей линейку экскаваторов , драглайнов и кранов P&H . Самый большой драглайн компании P&H — 9030C с ковшом длиной 160 ярдов и стрелой длиной до 425 футов.
В 1907 году чикагский машиностроительный завод Монигана заинтересовался производством драглайнов, когда местный подрядчик Джон У. Пейдж разместил заказ на подъемное оборудование для его установки. В 1908 году Monighan изменила свое название на Monighan Machine Company. В 1913 году инженер из Монигана 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 Монигану значительное преимущество перед другими драглайнами, и компания процветала. В 1925 году кулачковый механизм был усовершенствован за счет исключения тормозных цепей для башмаков и замены кулачкового колеса, движущегося по овальной направляющей. Это придало обуви правильное 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 покупать акции Monighan с одобрения Monighan. Bucyrus приобрел контрольный пакет акций, и совместная компания стала называться Bucyrus-Monighan до официального слияния в 1946 году. Первый шагающий экскаватор-драглайн в Соединенном Королевстве был использован на железном карьере Веллингборо в 1940 году.
Компания Ransomes & Rapier была основана в 1869 году четырьмя инженерами для производства железнодорожного оборудования и других тяжелых работ. В 1914 году по просьбе заказчика они начали строить две небольшие паровые лопаты. Созданная ими для этого система толпы с веревочным приводом была запатентована [9] и позже продана компании Bucyrus. После Первой мировой войны спрос на экскаваторы увеличился, и в 1924 году было достигнуто соглашение о строительстве драглайнов Marion емкостью от 1 до 8 кубических ярдов. В 1927 году были построены 1-метровые модели Тип-7 и 1,5-метровая Тип-460. Сделка по производству машин Marion закончилась в 1936 году. Компания R&R начала производство собственных моделей с модели Type-4120, за которой последовала модель 4140 объемом 3,5 кубических ярда. В 1958 году подразделение Ramsomes & Rapier было продано компании Newton, Chambers & Co. Ltd из Шеффилда, которая была объединена с их подразделением NCK Crane & Excavator. Это стало NCK-Rapier. Подразделение шагающих драглайнов компании NCK-Rapier было приобретено компанией Bucyrus в 1988 году.
Компания Marion Power Shovel (основанная в 1880 году) построила свой первый шагающий драглайн с простым однокривошипным механизмом в 1939 году. Самым большим драглайном был модель 8950, проданная компании Amax Coal Company в 1973 году. На модели 310 был установлен ковш емкостью 150 кубических ярдов. -футовая стрела и весила 7300 тонн. Марион была приобретена Bucyrus в 1997 году.
Компания Bucyrus Foundry and Manufacturing вышла на рынок драглайнов в 1910 году, купив права на производство экскаватора-драглайна Heyworth-Newman. Их драглайн «Класс 14» был представлен в 1911 году как первый драглайн на гусеничном ходу. В 1912 году Буцирус стал пионером в использовании электричества в качестве источника энергии для больших вскрышных экскаваторов и драглайнов, используемых в горнодобывающей промышленности. Итальянская компания Fiorentini с 1919 года производила экскаваторы-драглайны 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-тонная модель 650-B, в которой использовался ковш длиной 15 ярдов. Самым большим драглайном Bucyrus был Big Muskie , построенный для компании Ohio Coal Company в 1969 году. Эта машина имела ковш длиной 220 ярдов на стреле длиной 450 футов и весила 14 500 тонн. Компания Bucyrus была приобретена производителем тяжелого оборудования и дизельных двигателей Caterpillar в 2011 году. Самый большой драглайн Caterpillar — модель 8750 с ковшом длиной 169 ярдов, стрелой длиной 435 футов и массой 8350 тонн.
Рынок драглайнов начал быстро сокращаться после бума 1960-х и 1970-х годов, который привел к увеличению количества 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 — единственные оставшиеся производители больших драглайнов.
Другие производители
Heavy Engineering Corporation Limited была первой индийской компанией, которая произвела шагающий драглайн с емкостью ковша 31 ярд. HEC составляет ведро длиной до 44 ярдов. Для сравнения, это можно сравнить с малыми драглайнами Caterpillar серии 8000 с ковшом длиной 42 ярда. HEC поставила пятнадцать драглайнов для горнодобывающей промышленности Индии. [10]
В типичном цикле земляных работ ковш располагается над выкапываемым материалом. [11] Затем ковш опускается, а затем натягивается канат так, что ковш волочится по поверхности материала. Затем ковш поднимают с помощью подъемного троса . Затем выполняется операция поворота, чтобы переместить ковш к месту, куда необходимо выгрузить материал. Затем канат отпускают, в результате чего ведро наклоняется и опорожняется. Это называется операцией дампа.
На драглайнах кранового типа ковш также можно «бросить», подведя его к стреле и затем отпустив сцепление на буксировочном тросе. Тогда ведро раскачивается, как маятник . Как только ковш пройдет вертикаль, подъемный трос будет отпущен, и ковш будет брошен. На драглайнах меньшего размера 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 обычной практикой.
Большая система драглайна, используемая в горнодобывающей промышленности открытым способом, стоит примерно 50–100 миллионов долларов США . Типичное ведро имеет объем от 40 до 80 кубических ярдов (от 30 до 60 кубических метров), хотя чрезвычайно большие ведра имеют объем до 220 кубических ярдов (168 кубических метров). [12] Длина стрелы колеблется от 45 до 100 метров (от 148 до 328 футов). За один цикл он может перемещать до 450 тонн материала.
Большинство карьерных драглайнов не имеют дизельного двигателя, как большинство другого горнодобывающего оборудования. Их потребляемая мощность порядка нескольких мегаватт настолько велика [ оцените ] , что они имеют прямое подключение к высоковольтной сети с напряжением от 6,6 до 22 кВ. Типичный [ требуется дальнейшее объяснение ] драглайн массой от 4000 до 6000 тонн с ковшом объемом 55 кубических метров может потреблять до 6 мегаватт во время обычных операций копания. Из-за этого было рассказано много (возможно, недостоверных ) историй ( нужен пример ) о последствиях, вызывающих отключения электроэнергии при работе шахтных драглайнов. Например, есть давняя история [ по мнению кого? ] что еще в 1970-х годах, если бы все семь драглайнов на шахте Пик-Даунс (очень крупная угольная шахта BHP в центральном Квинсленде , Австралия) повернулись одновременно, они обесточили бы весь Северный Квинсленд . Однако даже сейчас, [ когда? ] если они были выключены, они всегда перезапускаются по одному из-за огромных требований к мощности при запуске. [ нужна цитата ]
Во всех драглайнах, кроме самых маленьких, движение осуществляется «ходьбой» с использованием ног или понтонов , поскольку гусеничные гусеницы оказывают слишком сильное давление на землю и испытывают большие трудности под огромным весом драглайна. Максимальная скорость составляет всего несколько метров в минуту, [13] поскольку при каждом шаге ноги необходимо менять. [14] При поездках на средние расстояния (около 30–100 км) для перевозки драглайна можно привлечь специальный перевозчик. При превышении этого расстояния обычно требуется разборка. Но карьерные драглайны благодаря своему вылету могут обрабатывать большую площадь с одного положения и им не нужно постоянно перемещаться по забою, как машинам меньшего размера.
Основными ограничениями драглайнов являются высота и длина стрелы, что ограничивает возможности сброса отходов драглайном. Еще одним основным ограничением является глубина копания, которая ограничена длиной троса, который может использовать драглайн. В силу своей конструкции драглайн является наиболее эффективным средством для выемки грунта ниже уровня своего основания. Хотя драглайн может копать над собой, он делает это неэффективно и не подходит для погрузки скопившегося материала (как это может сделать канатный экскаватор или колесный погрузчик ).
Несмотря на свои ограничения и чрезвычайно высокие капитальные затраты, драглайны по-прежнему популярны на многих шахтах благодаря своей надежности и чрезвычайно низкой стоимости удаления отходов.
Драглайн для добычи угля, известный как Big Muskie , принадлежавший компании Central Ohio Coal Company (подразделение American Electric Power ), был крупнейшей в мире мобильной землеройной машиной, весившей 13 500 тонн и высотой почти 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 на сумму 700 000 долларов.
Британская фирма Ransomes & Rapier произвела несколько дизель-электрических экскаваторов размером более 1/10 ее размера, крупнейших в Европе в 1960-х годах с грузоподъемностью 1400–1800 тонн. Один, названный SUNDEW , использовался в карьере с 1957 по 1974 год. После завершения срока службы на первом объекте в Ратленде он прошел 13 миль (21 км) за 9 недель до Корби , где продолжал путь, пока не был сдан на слом с января по 1974 год. Июнь 1987 года.
Драглайны меньшего размера также широко использовались до того, как гидравлические экскаваторы стали широко использоваться, драглайны меньшего размера теперь редко используются, кроме как на реках и гравийных карьерах. Небольшие машины имели механический привод со сцеплениями. Такие фирмы, как Ruston и Bucyrus, производили такие модели, как RB10, которые были популярны для небольших строительных и дренажных работ. Некоторые из них все еще можно увидеть в английских болотах Кембриджшира , Линкольншира и некоторых частях Норфолка . Ruston's — компания, также занимающаяся производством двигателей для дренажных насосов. Системы электропривода использовались только на более крупных горнодобывающих машинах, в большинстве современных машин используется дизель-гидравлический привод, поскольку машины редко находятся в одном месте достаточно долго, чтобы оправдать затраты на установку подстанции и питающих кабелей.
Основная механическая технология драглайнов, в отличие от большинства оборудования, используемого при землеройных работах, остается относительно неизменной в плане конструкции и функций управления на протяжении почти 100 лет. Однако некоторые достижения были достигнуты (например, гидравлические, а затем электрогидравлические системы управления (включая джойстики ) и использование программного обеспечения для моделирования для обучения новых операторов), продолжаются (например, усовершенствованные системы автоматизации) или могут быть оспорены как шаг вперед. вперед (как и «универсальный дамп» (UDD)):
Исследователи из CSIRO в Австралии реализуют долгосрочный исследовательский проект [16] по автоматизации драглайнов. команды по автоматизации горных работ в QCAT, подразделении CSIRO; занимаемся разработкой технологий автоматизации с 1994 года. Автоматизированные системы включают круиз-контроль и цифровое картографирование местности . Рабочие решения включают в себя экспериментальную концепцию круиз-контроля поворота драглайна на Tarong BE1370. [17]
Поскольку драглайны обычно большие, сложные и очень дорогие, обучение новых операторов может оказаться непростым процессом. Точно так же, как авиационные тренажеры были разработаны для обучения пилотов, программное обеспечение для горных симуляторов было разработано, чтобы помочь новым операторам научиться управлять машинами.
UDD означает универсальный копать-дамп . Это первое фундаментальное изменение в драглайнах почти за столетие с момента изобретения «чудо-сцепки». Вместо использования двух тросов (подъемного троса и волочильного троса) для управления ковшом, машина UDD использует четыре троса: два подъемника и два волочителя. Это позволяет оператору драглайна гораздо лучше выбирать, когда брать ковш и как его можно выгружать. Машины UDD обычно имеют более высокую производительность, чем стандартные драглайны, но часто имеют более серьезные механические проблемы. В горнодобывающей промышленности до сих пор ведется много споров о том, оправдывают ли улучшения UDD свои затраты.
