Повышение технического уровня карьерных одноковшовых гидравлических экскаваторов на стадии проектирования

• Автор: Зыков, Петр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.05.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАРЬЕРНЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
1.1. Место и роль одноковшовых гидравлических экскаваторов в технологии открытой добычи угля
1.2. Анализ состояния и перспективы развития гидравлических карьерных экскаваторов
1.3. Проблемы оценки технического уровня и оптимизации параметров карьерных одноковшовых экскаваторов
Выводы
2. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КАРЬЕРНЫХ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ
2.1. Анализ существующих методик оценки технического уровня и качества машин
2.2. Функциональный критерий качества экскавации горной массы карьерными экскаваторами
2.3. Определение и обоснование показателей технического уровня карьерных одноковшовых экскаваторов
2.4. Оценка технического уровня существующего парка карьерных
одноковшовых гидравлических экскаваторов типа «прямая лопата»
Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ И ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРНЫХ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
3.1. Системный подход при проектировании карьерных гидравличе-
ских экскаваторов и оптимизации их параметров
3.2. Принципиальная схема оптимизации параметров изделий
3.3. Математическая модель оптимизации показателей технического уровня и параметров карьерных экскаваторов
3.3.1. Обоснование и формирование целевой функции
3.3.2. Введение ограничений и граничных условий
Выводы
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КАРЬЕРНЫХ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
4.1. Формирование математической модели оптимизации параметров
4.1.1. Определение параметров целевой функции
4.1.2. Определение моделей ограничений
4.2. Аналитическое исследование математической модели оптимизации параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов
4.2.1. Решение задачи оптимизации
4.2.2. Определение запаса по ограничениям
4.3. Синтез оптимальных параметров карьерных гидравлических экскаваторов
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Основным направлением развития угольной промышленности является преимущественный рост доли открытого способа разработки месторождений как наиболее эффективного и перспективного. Увеличение добычи угля в стране открытым способом неразрывно связано с увеличением объемов экскавационных работ.
Экскаваторы занимают центральное место в технологической цепи добычи полезных ископаемых открытым способом и выполняют свыше 80% общего объёма работ. Очевидно, что их высокопроизводительная работа напрямую влияет на эффективность ведения горных работ. Самым распространённым классом экскаваторов являются одноковшовые экскаваторы, причем на карьерах наиболее распространено оборудование «прямая лопата».
Основной тенденцией развития карьерных одноковшовых экскаваторов является использование гидравлического привода, который имеет значительные резервы по возможности его совершенствования и позволяет вести горные работы по сравнению с механическими лопатами более интенсивно. Однако эволюционный путь развития, принятый разработчиками, а также эмпирический подход при проектировании не даст серьезных качественных изменений гидравлической экскавационной техники в будущем. Для создания машин действительно высокого технического уровня необходимо исходить из системного подхода к экскаватору, суть которого заключается в том, что при проектировании следует учитывать не только состав объекта, но и взаимосвязи между его элементами и частями, а также с внешней средой. Получаемые в процессе проектирования параметры экскаватора должны быть связаны друг с другом оптимальным образом и отвечать регламентированным техническим требованиям. Одним из эффективных инструментов оптимизации параметров карьерных экскаваторов

функционируя в режиме реального времени, собирает и хранит рабочие значения эксплуатационных параметров. Систематизация этих данных позволяет осуществлять эффективную диагностику технического состояния экскаватора. Сочетание двух систем EMSS и VHMS позволяет оперативно определять причины сбоев, устранять выявленные ошибки и отклонения, что в конечном итоге способствует росту эксплуатационной готовности экскаватора.
Все данные по экскаваторам фирм Hitachi, Terex, Liebherr, Komatsu приведены по [25].
Одним из лидеров на рынке карьерных гидравлических экскаваторов является компания Caterpillar (США).
Для того чтобы заслужить популярность среди специалистов-практиков компания Caterpillar сделала следующее: привлекла японских разработчиков, расположила дизайн-центр всех своих экскаваторов в японском городе Акаши; создала совместное предприятие с компанией Mitsubishi, которая во время Второй мировой войны занималась гидравликой для подводных лодок, а после поражения Японии применила свои технологии в мирных целях, разработав гидравлический гусеничный экскаватор для дорожного строительства [33].
Экскаваторы Caterpillar имеют более тяжелую стальную силовую конструкцию, дающую увеличение эффективности работы за счет более вместительного ковша [33].
При изготовлении всех критических узлов здесь широко применяются литые заготовки. Стрела и рукоять экскаваторов имеют коробчатую конструкцию с жесткими внутренними перегородками из стальных пластин толщиной 10-12 мм. Основой шарнирных соединений служат массивные литые элементы. После сварки стрела и рукоять отжигаются в печи для снятия остаточных нагрузок. Большое количество усовершенствований, примененных на экскаваторах фирмы Caterpillar, значительно отра-