Механическое оборудование карьеров

Подэрни Роман Ю р ь е в и ч — д о к т о р технических наук, профессор, П о ч е т н ы й р а б о т н и к 

высшего п р о ф е с с и о н а л ь н о г о образования Российской Федерации, член М е ж д у н а р о д н о г о о р ганизационного комитета С и м п о з и у м а "Горное 

планирование и в ы б о р оборудования". 

В 1957 г. окончил М о с к о в с к о е 
в ы с ш е е 

т е х н и ч е с к о е у ч и л и щ е им. Н . Э . Б а у м а н а . 

В 1962 г. защитил 
кандидатскую, а в 

1972 г. — д о к т о р с к у ю д и с с е р т а ц и ю по т е м е 

" С о в е р ш е н с т в о в а н и е 
р а б о ч е г о 
п р о ц е с с а 
и 

способы гашения вибраций на р о т о р н ы х экскаваторах". 

В 1965—1966 гг. проходил с т а ж и р о в к у в И л л и н о й с к о м у н и в е р с и тете ( С Ш А ) . 

В 1968—1988 гг. возглавлял кафедру " М е х а н и ч е с к о е оборудование 

карьеров" Московского горного института. 

В 1973—1984 гг. — декан горно-механического факультета М о с ковского горного института. 

В настоящее время — п р о ф е с с о р кафедры " Г о р н ы е м а ш и н ы и оборудование" Московского государственного горного у н и в е р с и т е т а . 

Научные интересы Р.Ю. П о д э р н и 
с о с р е д о т о ч е н ы в области исследования и совершенствования горного оборудования для о т к р ы т ы х работ, 

в частности буровых станков, о д н о к о в ш о в ы х и р о т о р н ы х экскаваторов. 

П о д д е р ж и в а е т 
н а у ч н ы е 
и п е д а г о г и ч е с к и е 
связи с у ч е н ы м и 
и 

профессорами университетов С Ш А , К а н а д ы , Германии, Греции, Чехии, 

Польши, Индии, С е р б и и , Италии, Бразилии, а т а к ж е с 
к р у п н е й ш и м и 

зарубежными 
ф и р м а м и - п р о и з в о д и т е л я м и 
горного оборудования: 
Атлас 

Копко, Либхерр, Катерпиллар, Коматцу, Сандвик, Т а к р а ф , Х а р н и ш ф е г е р , 

Бисайрус и др. 

Опубликовал более 300 работ по проблемам горного м а ш и н о с т р о е ния и образования, является автором ш е с т и у ч е б н и к о в для вузов, двух 

справочников, имеет 65 авторских свидетельства об изобретениях. 

ИЗДАТЕЛЬСТВО московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

СОВЕТ 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 
ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

Зам. председатели 

Л.Х. 
ГИТИС 
директор 
Издательства 
МГГУ 

Члены 
редсовеша 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 
академик 
РАЕН 

А.П. ДМИТРИЕВ 
академик 
РАЕН 

Б.А. КАРТОЗИЯ 
академик 
РАЕН 

М.В. КУРЛЕНЯ 
академик 
РАН 

В. И. ОСИПОВ 
академик 
РАН 

Э.М. СОКОЛОВ 
академик 
МАН 
BUI 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 
академик 
РАН 

В. В. ХРОНИН 
профессор 
\ 

В.А. ЧАИТУРИЯ 
академик 
РАН 

Е.И. ШЕМЯКИН 
академик 
РАН 

ГОРНОЕ 

МАШИНОСТРОЕНИЕ 

Р.Ю. ПОДЭРНИ 

МЕХАНИЧЕСКОЕ 
ОБОРУДОВАНИЕ 
КАРЬЕРОВ 

Допущено 
Министерством 
образования 
и науки 
Российской Федерации в качестве 
учебника 
для студентов высших учебных 
заведений, 

«Горные машины и оборудование» 
направления 
подготовки 
дипломированных 
специалистов 
«Технологические 
машины и 
оборудование» 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2007 

Издание 6-е, переработанное 
и дополненное 

обучающихся 
по 
специальности 

УДК 622.271.0025(075.8) 
ББК 33.22 
П 44 

Экспертиза 
проведена 
Министерством 
образования 
и пауки 
Российской 
Федерации 
(гриф выдан 27.01.2003 г., приказ № 243) 

Книга соответствует 
«Гигиеническим 
требованиям 
к изданиям 
книжным 
для взрослых. 
СанПиН 
1.2.1253-03», 
утвержденным 
Главным 
государственным 
санитарным 
врачом России 30 марта 2003 г. 

Рецензенты: 

• д-р техн. наук, проф. Ю.Д. Красников 
(зав. кафедрой «Горные машины 
и горная электромеханика» Московского государственного 
открытого 
университета); 

• зам. главного редактора научно-технического журнала «Горные машины 
и автоматика», канд. техн. наук А.Я. 
Савченко 

Подэрни Р.Ю. 

П 44 
Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов. — 6-е изд., 

персраб. и дон. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2007. — 680 с : ил. (ГОРНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ) 

ISBN 978-5-7418-0467-4 (в пер.) 

Рассмот рено оборудование, применяемое при добыче полезных ископаемых открытым 
способом: буровые и шпекобуропые машины, одно- и многоковшовые жскаваторы, бульдозеры, рыхлители, скреперы, одноковшовые погрузчики, машины для гидромеханизации и 
драг и. Описано их назначение и приведены принцип действия, конструкции узлов, расчетные формулы для определения основных параметров. Даны основные сведения но силовому 
оборудованию, технике безопасности, автоматизации рабочего процесса. 

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Горные 
машины и оборудование» направления подготовки дипломированных специалистов «Технологические машины и оборудование». 

УДК 622.271.0025(075.8) 
ББК 33.22 

ISBN 978-5-7418-0467-4 
© Р.Ю. Подэрни, 2003, 2007 
© Издательство МГГУ, 2003, 
2007 

© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2003, 2007 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Горнодобывающая промышленность России на современном этапе характеризуется дальнейшим развитием открытого способа разработки полезных ископаемых. Преобладающее значение 
открытые разработки уже приобрели при добыче руд черных и 
цветных металлов, горно-химического сырья и строительных материалов. 

Парк горных и транспортных машин, занятых в сфере горного производства открытым способом, требует качественных изменений за счет увеличения единичной мощности машин и грузоподъемности работающих с ними в технологической цепочке 
средств транспорта, создания более безопасного, надежного в эксплуатации и ремонтопригодного оборудования, обладающего комфортностью для экипажа и удобством в управлении, превосходящего по своим технико-экономическим показателям лучшие отечественные и зарубежные образцы техники. 

Машины и оборудование, используемые на открытых горных работах, принято подразделять по роду выполняемой работы, 
т. е. по технологическому признаку, на семь классов: 

• машины для подготовки горных пород к выемке; 
• выемочно-погрузочные машины; 
• выемочно-транспортирующие машины; 
• транспортные машины; 
• отвалообразующие машины; 
• сортировочно-обогатительное оборудование; 
• машины для вспомогательных работ. 
Машины каждого класса дополнительно можно подразделить на группы. В каждую группу включаются типы машин, отличающиеся друг от друга уже не характером выполняемой работы, а только конструкцией отдельных узлов или всей машины 
в целом. 

Каждый тип машины имеет несколько типоразмеров (моделей), совпадающих в основном по конструкции, но различающихся между собой производительностью, параметрами рабочего 
оборудования, массой и т. д. 

5 

Согласно приведенной выше классификации, например, одноковшовый карьерный экскаватор ЭКГ-10, оборудованный прямой лопатой, относится к классу выемочно-погрузочных машин, 
группе одноковшовых экскаваторов и типу прямая лопата типоразмера Юм

3. 

Горные машины для открытых работ могут быть также 
классифицированы по видам используемой энергии, ходовому 
оборудованию, способу экскавации, массе и конструктивным признакам. 

Такого рода классификации приведены в соответствующих 
разделах учебника. 

Каждая машина состоит из рабочего, исполнительного и силового оборудования, непосредственно выполняющего технологические операции; передаточных механизмов, связывающих рабочее 
и исполнительное оборудование с силовым; ходового оборудования, обеспечивающего транспортные и технологические перемещения машины; несущих металлоконструкций, систем управления 
и автоматизации. 

Рабочее оборудование состоит из рабочего органа и исполнительных механизмов. Рабочий (исполнительный) орган (ковш 
экскаватора, нож бульдозера, буровая коронка и др.) предназначен 
для непосредственного воздействия на рабочую среду (забой). Необходимые движения и усилия сообщаются рабочему органу исполнительными механизмами (например, подъемным и напорным механизмами у одноковшового экскаватора типа прямая лопата и др.). 

Передаточный механизм служит для передачи движения от 
двигателя к исполнительным механизмам с трансформацией вида 
движения, скоростей и сил (моментов). 

Таким образом, рабочее оборудование и передаточные механизмы для машин каждого класса и каждой группы различны и 
определяются их функциональным назначением (бурение, выемка 
породы, погрузка, транспортирование и т. д.). 

Силовое оборудование, а также механизмы управления для 
большей части горных машин, применяемых на открытых разработках, однотипны. Так, основная часть бурового и выемочнопогрузочного оборудования имеет электропривод, тогда как выемочно-транспортирующие машины и экскаваторы, работающие в 
условиях отсутствия линий электроснабжения, оборудуются двигателями внутреннего сгорания. 

6 

Подробные сведения по каждому из узлов машины даются в 
паспорте завода-изготовителя, где обязательно указываются технические характеристики машины, ее кинематическая схема и ряд 
других данных. 

Дисциплина «Механическое оборудование карьеров» предусматривает изучение преимущественно оборудования 
первого, 
второго и третьего классов, в частности буровых машин, экскаваторов, скреперов, бульдозеров и рыхлителей, а также драг, средств 
гидроотбойки и выемки горных пород. Машины четвертого, пятого и шестого классов являются предметом изучения курсов 
«Транспортные машины» и «Обогатительное оборудование». 

Вспомогательное оборудование, применяемое на открытых 
разработках, изучается соответственно в дисциплинах «Стационарные машины», «Электротехника и электроника», «Технология 
машиностроения» и в курсах дисциплин по автоматизации. 

Инженер, окончивший вуз по специальности «Горные машины и оборудование», должен знать горные машины и оборудование и уметь их квалифицированно эксплуатировать, совершенствовать и создавать новые, позволяющие повышать производительность 
труда 
и 
снижать 
стоимость 
добычи 
полезных 
ископаемых. Он должен уметь в необходимом объеме проводить 
технические и научно-исследовательские испытания, владеть измерительной техникой и методом эксперимента. 

Глава 29 написана канд. техн. наук Н.Н. Чулковым. 
Предыдущие издания данного учебника выходили под названием «Горные машины и комплексы для открытых работ». 
Настоящее название учебника «Механическое 
оборудование 
карьеров» установлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования, утвержденным в 2000 г. 

Автор искренне признателен д-р. техн. наук, проф. Ю.Д. Красникову, зав. кафедрой «Горные машины и горная электромеханика» 
Московского государственного открытого университета и канд. техн. 
наук А.Я. Савченко, заместителю главного редактора научнотехнического журнала «Горные машины и автоматика», а также сотрудникам кафедры «Горные машины и оборудование» МГГУ за помощь в подготовке рукописи к изданию. 

РАЗДЕЛ I 

ПОНЯТИЕ 
О ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ 
СВОЙСТВАХ 
ГОРНЫХ ПОРОД 
И СПОСОБАХ 
ИХ РАЗРУШЕНИЯ 

Глава 1 

ОСНОВНЫЕ 
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ 
СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД 
И СПОСОБЫ ИХ РАЗРУШЕНИЯ 

1.1. Ф И З И К О - М Е Х А Н И Ч Е С К И Е 
С В О Й С Т В А 

Г О Р Н Ы Х П О Р О Д К А К О Б Ъ Е К Т О В 
Р А З Р У Ш Е Н И Я 

Разработка горных пород и углей начинается с их разрушения, которое осуществляется следующими способами: 

• механическим, когда рабочие органы сосредоточенным силовым воздействием рабочего инструмента (как правило, 
клинообразной формы) непосредственно отделяют породу 
от массива. Энергоемкость способа (расход энергии на единицу объема разрушенной породы) в зависимости от крепости породы, типа, размеров и крупности рабочего органа составляет 0,72—6,1 МДж/м

3; 

• гидравлическим, когда порода отделяется от массива напорной струей воды, подаваемой из гидромонитора, или когда порода со дна водоема вместе с водой всасывается земснарядом. Энергоемкость разрушения породы напорной 
струей составляет 1,44—14,4 МДж/м

3, а при работе земснаряда 
она в 1,5—2 раза меньше (без учета транспортирования); 
• взрывным, когда породы разрушаются под давлением газов, выделяемых при воспламенении взрывчатых веществ. 
Энергоемкость только бурения 1 м взрывной скважины составляет 14,4—36 МДж/м. 
Применяют и комбинированные способы разрушения, например, когда основное рыхление породы производится рыхлителем, а окончательное рыхление и захват разрушенной породы 
осуществляются механической лопатой, погрузчиком, скрепером, 
бульдозером или земснарядом. 

Наибольшее распространение получил механический способ 
разрушения породы — до 85 % всего объема горных и земляных 
работ. 
ю 

Механический способ разрушения прочных пород при малой (до 5 м/с) скорости силового воздействия называется статическим, тогда как вибрационное, ударное, высокоскоростное и импульсное разрушения — динамическими. 

Сопротивление разработке и устойчивость горных пород 
как основания, на котором стоит горная машина, определяются их 
физико-механическими свойствами. Поэтому ознакомление с физико-механическими свойствами горных пород необходимо для 
знания теории их разрушения. 

Физико-механическими свойствами горной породы называют 
совокупность свойств, из которых к физическим относят плотность, пористость, связность, липкость, пластичность и другие, а к 
механическим — крепость, твердость, сопротивление вдавливанию, абразивность, разрыхляемость и другие, т. е. свойства, определяющие поведение горной породы в процессе деформации. 

Свойства пород изменяются в широких пределах, поэтому 
принято объединять породы в группы и категории с определенным 
диапазоном свойств и характеристик (прил., табл. ПЗ). 

Применительно к открытой разработке все горные породы 
подразделяют на группы: скальные и полускальные в естественном 
их состоянии; разрушенные (искусственно или естественно) скальные и полускальные; плотные, мягкие (связные) и сыпучие. 

Рассматривая горные породы как объект разработки, надо 
отметить следующие наиболее характерные их свойства. 

Крепость — сопротивление горной породы общему разрушению. 
Проф. М.М. Протодьяконов составил шкалу крепости, разбив все горные породы на десять категорий с коэффициентами от 
/ = 20 и более для категории 1 до / = 0,3 для категории X. Ориентировочно коэффициент крепости / равен 0,1 предела прочности 
горной породы при одноосном сжатии Сеж (МПа). 

Шкала крепости проф. М.М. Протодьяконова получила широкое распространение в горном деле, однако она недостаточно 
полно отражает физико-механические свойства горных пород. Существуют также классификации горных пород, приспособленные 
для частных случаев ведения горных работ применительно к различным классам машин. Например, имеется классификация горных пород по буримости, где определяющей является скорость бурения скважины глубиной 1 м. Согласно этой классификации, породы делятся на одиннадцать категорий [26]. 

п