Koparka zgarniakowa - Dragline excavator
Koparka skrobiowe jest kawałek ciężkiego sprzętu wykorzystywane w inżynierii lądowej i górnictwie odkrywkowym .
Linie zgarniakowe dzielą się na dwie szerokie kategorie: te, które bazują na standardowych dźwigach dźwigowych oraz te ciężkie, które muszą być budowane na miejscu. Większość żurawi gąsienicowych, z dodanym bębnem wciągarki z przodu, może działać jako lina zgarniająca. Jednostki te (podobnie jak inne żurawie) są przeznaczone do demontażu i transportu drogowego na przyczepach z platformą. Linie zgarniakowe stosowane w budownictwie lądowym są prawie zawsze tego mniejszego typu, żurawia. Są one wykorzystywane do budowy dróg , portów, pogłębiania stawów i kanałów oraz jako wiertnice do wbijania pali . Te typy są budowane przez producentów żurawi, takich jak Link-Belt i Hyster .
O wiele większy typ, który jest budowany na miejscu, jest powszechnie stosowany w operacjach odkrywkowych do usuwania nadkładu nad węglem, a ostatnio do wydobywania piasków roponośnych . Największe ciężkie koparki zgarniakowe należą do największych mobilnych maszyn lądowych, jakie kiedykolwiek zbudowano. Najmniejszy i najpowszechniejszy typ ciężki waży około 8 000 ton, podczas gdy największy zbudowany waży około 13 000 ton.
System łyżek zgarniakowych składa się z dużej łyżki zawieszonej na wysięgniku (duża konstrukcja przypominająca kratownicę ) za pomocą lin stalowych . Wiadro jest sterowane za pomocą szeregu lin i łańcuchów. Lina wciągnika, napędzana dużymi silnikami spalinowymi lub elektrycznymi , podtrzymuje zespół łyżki i łącznika wciągnika z wysięgnika. Dragrope służy do poziomego rysowania zespołu kubełka. Dzięki umiejętnemu manewrowaniu wciągnikiem i zgarniakami łyżka jest kontrolowana pod kątem różnych operacji. Schemat dużego systemu łyżek zgarniakowych pokazano poniżej.
Historia
Koparka została wynaleziona w 1904 roku przez Johna W. Page'a (jako partnera firmy Page & Schnable Contract) do kopania Kanału Chicago . W 1912 Page zdał sobie sprawę, że budowanie koparek zgarniakowych jest bardziej dochodowe niż podwykonawstwo, więc stworzył firmę Page Engineering Company do budowy koparek zgarniakowych. Page zbudował swoją pierwszą prymitywną maszynę zgarniakową kroczącą w 1923 roku. Używały one nóg obsługiwanych przez zębatkę na oddzielnej ramie, która podnosiła dźwig. Ciało było następnie ciągnięte do przodu za pomocą łańcucha na torze rolkowym, a następnie ponownie opuszczane. W 1924 r. Page opracował pierwsze silniki wysokoprężne przeznaczone wyłącznie do zastosowań w zgarniakach. Page wynalazł również łukowatą łyżkę zgarniakową, konstrukcję nadal powszechnie używaną przez zgarniaki wielu innych producentów, aw latach 60. był pionierem w konstrukcji łyżki bez łukowej. Z mechanizmem chodu znacznie w tyle za konkurentem Monighan (patrz poniżej), Page zmodernizował swój mechanizm do napędu mimośrodowego w 1935 roku. Ten znacznie ulepszony mechanizm dawał właściwy ruch eliptyczny i był używany do 1988 roku. Page zmodernizował swoje zgarniacze dzięki serii 700 w 1954 roku. Największą zgarniaczką Page'a była Model 757 dostarczona do kopalni Obed niedaleko Hinton, Alberta w 1983 roku. Posiadała 75-metrową łyżkę na wysięgniku o długości 298 stóp i masę roboczą 4500 ton. W 1988 roku firma Harnischfeger Corporation ( P&H Mining Equipment ) nabyła firmę Page Engineering Company.
Korporacja Harnischfeger została założona jako P&H Mining w 1884 roku przez Alonza Pawlinga i Henry'ego Harnischfegera . W 1914 roku firma P&H wprowadziła pierwszą na świecie zgarniakę napędzaną silnikiem benzynowym. W 1988 roku Page została przejęta przez firmę Harnischfeger, która produkuje linię łopat , koparek i żurawi P&H . Największa koparka P&H to 9030C z łyżką o długości 160 jardów i wysięgnikiem o długości do 425 stóp.
W 1907 roku Monighan's Machine Works z Chicago zainteresowało się produkcją zgarniarek, kiedy lokalny wykonawca John W. Page złożył zamówienie na maszyny do podnoszenia, aby je zainstalować. W 1908 roku Monighan zmienił nazwę na Monighan Machine Company. W 1913 r. inżynier z Monighan, Oscar Martinson, wynalazł pierwszy mechanizm chodzący do liny zgarniającej. Urządzenie, znane jako Traktor Martinsona, zostało zainstalowane na koparce Monighan, tworząc pierwszą zgarniacz kroczący. Dało to Monighanowi znaczną przewagę nad innymi zgarniakami i firma prosperowała. Mechanizm krzywkowy został dodatkowo ulepszony w 1925 roku poprzez wyeliminowanie łańcuchów hamulcowych dla butów i zmianę na koło krzywkowe poruszające się po torze owalnym. To nadało butowi właściwy ruch eliptyczny. Pierwszą zgarniaczką wykorzystującą nowy mechanizm była 3-W dostępna w 1926 roku. Maszyny te były tak popularne, że nazwa Monighan stała się ogólnym określeniem zgarniacza. Na początku lat trzydziestych Bucyrus-Erie zaczął kupować akcje Monighan za zgodą Monighan. Bucyrus nabył pakiet kontrolny, a wspólna firma stała się znana jako Bucyrus-Monighan aż do formalnej fuzji w 1946 roku. Pierwsza koparka krocząca w Wielkiej Brytanii została użyta w kamieniołomie żelaza Wellingborough w 1940 roku.
Ransomes & Rapier została założona w 1869 roku przez czterech inżynierów w celu budowy urządzeń kolejowych i innych ciężkich prac. W 1914 na życzenie klienta rozpoczęli budowę dwóch małych łopat parowych. Zbudowany przez nich system tłumu na linę został opatentowany, a później sprzedany firmie Bucyrus. Po I wojnie światowej zapotrzebowanie na koparki wzrosło iw 1924 roku osiągnięto porozumienie w sprawie budowy koparek Marion o pojemności od 1 do 8 jardów sześciennych. W 1927 roku zbudowali modele Type-7 1-jardowe i Type-460 1,5-jardowe. Umowa na budowę maszyn Marion zakończyła się w 1936 roku. R&R rozpoczęło budowę własnych projektów z Type-4120, a następnie 4140 o wielkości 3,5 jardów sześciennych. W 1958 r. oddział Ramsomes & Rapier został sprzedany firmie Newton, Chambers & Co. Ltd z Sheffield, która została połączona z ich oddziałem NCK Crane & Excavator. Stało się to NCK-Rapier. W 1988 r. Bucyrus przejął oddział chodzących maszyn zgarniakowych firmy NCK-Rapier.
Firma Marion Power Shovel Company (założona w 1880 r.) zbudowała swoją pierwszą zgarniakę kroczącą z prostym mechanizmem z pojedynczą korbą w 1939 r. Największą zgarniaczką była 8950 sprzedana firmie Amax Coal Company w 1973 r. Zawierała łyżkę o pojemności 150 metrów sześciennych na 310 -stopowy wysięgnik i ważył 7300 ton. Marion została przejęta przez Bucyrus w 1997 roku.
Firma Odlewniczo-Produkcyjna Bucyrus weszła na rynek koparek zgarniakowych w 1910 roku, nabywając prawa do produkcji koparki zgarniakowej Heyworth-Newman. Ich koparka „Class 14” została wprowadzona w 1911 roku jako pierwsza koparka gąsienicowa. W 1912 roku Bucyrus przyczynił się do pionierskiego wykorzystania energii elektrycznej jako źródła zasilania dla dużych łopat i zgarniaczy używanych w górnictwie. Włoska firma Fiorentini od 1919 roku produkowała na licencji Bucyrus koparki zgarniakowe. Po fuzji z Monighan w 1946, Bucyrus rozpoczął produkcję znacznie większych maszyn wykorzystujących mechanizm kroczący Monighan, takich jak 800 ton 650-B, który używał łyżki 15 jardów. Największą zgarniaczką Bucyrusa była Big Muskie zbudowana dla Ohio Coal Company w 1969 roku. Maszyna ta była wyposażona w łyżkę o długości 220 jardów na wysięgniku o długości 450 stóp i ważyła 14 500 ton. Sam Bucyrus został przejęty przez firmę Caterpillar, producenta ciężkiego sprzętu i silników wysokoprężnych, w 2011 roku. Największa koparka Caterpillar to 8750 z łyżką o długości 169 jardów, wysięgnikiem o długości 435 stóp i masie 8350 ton.
Rynek koparek zgarniakowych zaczął gwałtownie się kurczyć po boomie lat 60. i 70., który doprowadził do większej liczby fuzji. Przejęcie Page w 1988 roku przez P&H oraz przejęcie Ransomes & Rapier przez Bucyrus w 1988 roku i Marion w 1997 roku zmniejszyło liczbę światowych dostawców ciężkich koparek o ponad połowę. Obecnie P&H i Caterpillar są jedynymi pozostałymi producentami dużych zgarniaków.
Inni producenci
Heavy Engineering Corporation Limited była pierwszą indyjską firmą, która wyprodukowała kroczącą linę zgarniającą o pojemności łyżki 31 jardów. HEC stanowi do wiadra 44 jardów. Dla porównania byłoby to porównywalne z serią Small Draglines 8000 firmy Caterpillar z łyżką o długości 42 jardów. HEC dostarczyła indyjskiemu przemysłowi górniczemu piętnaście koparek.
Operacja
W typowym cyklu wykopu łyżka jest umieszczona nad materiałem, który ma zostać wykopany. Wiadro jest następnie opuszczane, a następnie wciągana liną tak, że wiadro jest ciągnięte po powierzchni materiału. Wiadro jest następnie podnoszone za pomocą liny do podnoszenia . Następnie wykonywana jest operacja kołysania, aby przesunąć łyżkę do miejsca, w którym ma zostać zrzucony materiał. Wąż jest następnie zwalniany, powodując przechylenie i opróżnienie wiadra. Nazywa się to operacją zrzutu.
W zgarniakach typu żurawia łyżka może być również „rzucana” poprzez zwinięcie do wysięgnika, a następnie zwolnienie sprzęgła na kablu holowniczym. To wtedy kołysałoby wiadrem jak wahadłem . Gdy wiadro przejdzie przez pion, linka podnośnika zostanie zwolniona, co spowoduje wyrzucenie wiadra. Na mniejszych liniach zgarniakowych wprawny operator może sprawić, że łyżka wyląduje o około połowę długości wysięgnika dalej, niż gdyby została właśnie upuszczona. Na większych zgarniakach nie jest to powszechna praktyka.
Linie zgarniające mają różne sekwencje cięcia. Pierwsza to metoda odlewania bocznego przy użyciu ławek offsetowych; polega to na rzucaniu nadkładu bokiem na piaskowany materiał, aby stworzyć ławkę. Drugi to kluczowa przepustka. Ta przepustka wycina klucz na czubku nowego murku, a także przesuwa ławkę dalej w kierunku muru. Może to również wymagać przecięcia, jeśli ściana jest blokowa. Podejście do cięcia polega na zrzuceniu wiadra na ukośną ścianę w celu skalowania powierzchni. Następna sekwencja to najwolniejsza operacja, bloki mijają. Jednak to przejście przesuwa większość materiału. Polega na użyciu klucza, aby uzyskać dostęp do dna materiału, aby podnieść go do zepsucia lub na podwyższony poziom stołu. Ostatecznym cięciem, jeśli jest to wymagane, jest cofnięcie, cofnięcie materiału z powrotem w stronę ściany niskościennej.
Koparki zgarniakowe w górnictwie
Duża System skrobiowe wykorzystywane w górnictwie odkrywkowej branży kosztuje około US $ 50-100 mln. Typowe wiadro ma objętość od 40 do 80 jardów sześciennych (30 do 60 metrów sześciennych), chociaż bardzo duże łyżki mają wielkość do 168 metrów sześciennych (5900 stóp sześciennych). Długość wysięgnika waha się od 45 do 100 metrów (148 do 328 stóp). W jednym cyklu może przemieścić do 450 ton materiału.
Większość koparek zgarniakowych nie jest napędzana olejem napędowym, jak większość innych urządzeń górniczych. Ich zużycie energii rzędu kilku megawatów jest tak duże, że mają bezpośrednie połączenie z siecią wysokiego napięcia o napięciu od 6,6 do 22 kV. Typowa koparka ważąca od 4000 do 6000 ton, z łyżką o pojemności 55 metrów sześciennych, może zużywać do 6 megawatów podczas normalnych operacji kopania. Z tego powodu wiele (prawdopodobnie apokryficznych ) historii zostało opowiedzianych o skutkach zaciemnień spowodowanych przez koparki górnicze. Na przykład istnieje długa historia, że w latach 70., gdyby wszystkie siedem koparek w Peak Downs Mine (bardzo duża kopalnia węgla BHP w centralnym Queensland w Australii) obracało się jednocześnie, zaciemniłyby cały North Queensland . Jednak nawet teraz, jeśli zostały wyłączone, zawsze są uruchamiane ponownie pojedynczo ze względu na ogromne zapotrzebowanie na energię podczas uruchamiania.
We wszystkich, z wyjątkiem najmniejszych lin zgarniakowych, ruch odbywa się poprzez „chodzenie” za pomocą stóp lub pontonów , ponieważ gąsienice wywierają zbyt duży nacisk na podłoże i mają duże trudności pod ogromnym ciężarem zgarniacza. Maksymalna prędkość wynosi najwyżej kilka metrów na minutę, ponieważ stopy muszą być zmieniane przy każdym kroku. Jeśli podróżujesz na średnich dystansach (około 30–100 km), do transportu koparki można przywieźć specjalny nośnik zgarniacza. Powyżej tej odległości generalnie wymagany jest demontaż. Ale koparki górnicze ze względu na swój zasięg mogą pracować na dużym obszarze z jednej pozycji i nie muszą stale poruszać się po przodku jak mniejsze maszyny.
Ograniczenia
Podstawowymi ograniczeniami lin zgarniakowych są wysokość i długość wysięgnika, co ogranicza miejsce, w którym lina zgarniakowa może zrzucać odpady. Innym podstawowym ograniczeniem jest głębokość kopania, która jest ograniczona długością liny, jaką może wykorzystać linka zgarniająca. Nieodłącznie związana z ich konstrukcją, koparka jest najbardziej wydajnym materiałem do kopania poniżej poziomu ich podstawy. Chociaż koparka może kopać nad sobą, robi to nieefektywnie i nie nadaje się do ładowania spiętrzonego materiału (jak może to zrobić koparka linowa lub ładowarka kołowa ).
Pomimo swoich ograniczeń i niezwykle wysokich kosztów kapitałowych, koparki są nadal popularne w wielu kopalniach ze względu na ich niezawodność i wyjątkowo niski koszt usuwania odpadów.
Godne uwagi przykłady
Koparka górnicza znana jako Big Muskie , należąca do Central Ohio Coal Company (oddział American Electric Power ), była największą na świecie mobilną maszyną do robót ziemnych, ważącą prawie 13 000 ton i wysoką na prawie 22 piętra. Działała w hrabstwie Muskingum w amerykańskim stanie Ohio w latach 1969-1991 i czerpała energię z sieci elektrycznej o napięciu 13 800 woltów. Został zdemontowany za 700 000 dolarów z recyklingu metalu w 1999 roku.
Brytyjska firma Ransomes & Rapier wyprodukowała kilka dużych (1400-1800 ton) koparek, największych w Europie w latach 60. XX wieku. Zasilanie pochodziło z silników spalinowych napędzających generatory elektryczne. Jeden, nazwany SUNDEW , był używany w kamieniołomie od 1957 do 1974 roku. Po zakończeniu pracy w pierwszym miejscu w Rutland , przeszedł 13 mil do nowego życia w Corby ; spacer trwał 9 tygodni. Rosiczka została następnie złomowana od stycznia do czerwca 1987 roku.
Mniejsze zgarniaki były również powszechnie używane, zanim koparki hydrauliczne weszły do powszechnego użytku, mniejsze zgarniaki są obecnie rzadko używane poza pracami nad rzekami i żwirowniami. Małe maszyny miały napęd mechaniczny ze sprzęgłami. Firmy takie jak Ruston i Bucyrus wyprodukowały modele takie jak RB10, które były popularne przy małych pracach budowlanych i pracach odwadniających. Kilka z nich można jeszcze zobaczyć w angielskiej Fens z Cambridgeshire , Lincolnshire i części Norfolk . Ruston's to firma związana również z silnikami do pompowania wody drenażowej. Elektryczne układy napędowe były stosowane tylko w większych maszynach górniczych, większość nowoczesnych maszyn wykorzystuje napęd spalinowo-hydrauliczny, ponieważ maszyny rzadko znajdują się w jednym miejscu na tyle długo, aby uzasadnić koszt instalacji podstacji i kabli zasilających.
Postęp technologiczny
Zgarniaki, w przeciwieństwie do większości sprzętu używanego do robót ziemnych, od prawie 100 lat pozostają stosunkowo niezmienione w projektowaniu i systemach sterowania. W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił pewien postęp w systemach zgarniakowych i metodologiach.
Automatyzacja
Naukowcy z CSIRO w Australii prowadzą długoterminowy projekt badawczy dotyczący automatyzacji zgarniarek. Zespoły automatyki górniczej w QCAT, dywizji CSIRO; rozwijają technologię automatyzacji od 1994 roku. Zautomatyzowane systemy obejmują tempomat i cyfrowe mapowanie terenu . Rozwiązania robocze obejmują sprawdzony tempomat z wahadłowym hamulcem tarczowym w Tarong BE1370.
Oprogramowanie do symulacji
Ponieważ zgarniacze są zazwyczaj duże, skomplikowane i bardzo drogie, szkolenie nowych operatorów może być trudnym procesem. W ten sam sposób, w jaki opracowano symulatory lotu do szkolenia pilotów, opracowano oprogramowanie symulatora górniczego , aby pomóc nowym operatorom w nauce sterowania maszynami.
UDD
UDD oznacza Universal-Dig-Dump. Stanowi pierwszą fundamentalną zmianę w linach zgarniakowych od prawie stulecia, od czasu wynalezienia „cudownego zaczepu”. Zamiast używać dwóch lin (liny wyciągowej i liny holowniczej) do manipulowania łyżką, maszyna UDD wykorzystuje cztery liny, dwa wciągniki i dwa wciągniki. Pozwala to operatorowi koparki na znacznie większą selektywność w zakresie podnoszenia łyżki i sposobu jej zrzucania. Maszyny UDD generalnie mają wyższą wydajność niż standardowa zgarniarka, ale często mają większe problemy mechaniczne. W przemyśle wydobywczym wciąż trwa debata na temat tego, czy ulepszenia UDD uzasadniają ich koszty.
Zobacz też
- Koparka wielonaczyniowa - alternatywna maszyna górnicza
- Koparka - ogólna klasa maszyny, której podklasą są koparki
- Łopata - typ maszyny górniczej (zwana też łopatą przednią)
- Łopata parowa - najwcześniejszy typ koparki górniczej
Bibliografia
- K. Pathak, K. Dasgupta, A. Chattopadhyay, „Wyznaczanie strefy pracy łyżki koparki – podejście graficzne”, Doncaster, Instytut Inżynierów Górnictwa , 1992.
- Peter Ridley, Peter Corke , „Obliczanie pozycji łyżki zgarniacza pod obciążeniem grawitacyjnym”, Mechanizm i teoria maszyn , tom. 35, 2000.