Основные параметры экскаватора ЭКГ-5А

Рабочее оборудование включает ковш, рукоять ковша, механизм открывания ковша, стрелу с напорным механизмом и двуногую стойку. Нижний конец стрелы опирается на подпятники поворотной платформы, а верхний – поддерживается на весу канатным полиспастом.
На поворотной платформе установлены подъемная лебедка, два поворотных механизма, электрооборудование, пневмосистема, двуногая стойка, стреловая лебедка и кузов.
В передней правой части платформы расположена кабина машиниста.
Поворотная платформа через роликовый круг опирается на ходовую тележку и соединена с ней центральной цапфой. Между поворотной и нижней рамами установлен высоковольтный токоприемник.
Ходовая тележка состоит из нижней рамы, гусеничного хода, зубчатого венца с нижним кольцевым рельсом, редуктора хода с тормозом, гидросистемы управления тормозом, муфтами переключения гусеничного хода.
Ковш состоит из передней и задней стенок, днища, коромысла и обоймы с уравнительным блоком. Передняя стенка из высокомарганцовистой стали снабжена пятью съемными зубьями из той же стали. Передняя стенка и зубья наплавляются твердым сплавом типа «Сормайт». Корпус ковша соединяется пальцами с коромыслом и днищем.
Рукоять ковша состоит из двух сварных балок прямоугольного сечения, изготовленных из листов низколегированной стали с приваренными цельнокатаными рейками. Стрела представляет собой сварную металлическую конструкцию коробчатого сечения. На стреле экскаватора установлены напорный механизм, головные блоки, блоки стрелового каната и лебедка открывания ковша. Для устойчивости стрела закреплена к поворотной платформе боковыми тягами.
Лебедка подъема стрелы имеет привод от электродвигателя лебедки подъема ковша.
Напорный механизм приводится от электродвигателя, на валу которого закреплена шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом промежуточного вала редуктора.
Поворотный механизм состоит из двух одинаковых агрегатов. Каждый из них имеет вертикальный электродвигатель с фланцем, опирающимся на корпус редуктора.
Ходовой механизм приводится в движение электродвигателем, установленным на передней стенке нижней рамы.
Пневматическая система предназначена для управления тормозами подъема, поворота, напора, продувки электрооборудования от пыли, подачи звукового сигнала и привода различного пневматического инструмента сжатым воздухом от одноступенчатого двухцилиндрового компрессора подачей 580 л/мин рабочим давлением 0,7 МПа.
Гидросистема предназначена для управления тормозом ходового механизма и механизма переключения гусениц. Основные детали гидросистемы расположены на задней стенке нижней рамы.

Экскаватор получает питание от высоковольтного пункта. Потребляемая мощность экскаватора в получасовом режиме составляет 250 – 275 кВт при средневзвешенном коэффициенте мощности 0,6. Для питания экскаватора от приключательного пункта рекомендуется высоковольтный кабель КШВГ-Зх16+1х6 для условий умеренного климата или КШВГ-Т-Зх25+1х10 для условий тропического климата. 
Для управления высоковольтным электродвигателем Аг-М (пятимашинного преобразовательного агрегата) и силовым трансформатором собственных нужд Тр1 применено малогабаритное высоковольтное комплектное распределительное устройство РУ с общим разъединителем, масляным выключателем на ток отключения 1,25 кА, имеющими ручной привод, и предохранителями на 8 А или 16 А при напряжении питающей сети 6000 В или 3000 В соответственно.
Релейная токовая защита, а также защита от грозовых перенапряжений и учет расхода потребляемой электроэнергии обеспечивается потребителем на электроподстанции или на приключательном пункте. Заземление корпуса экскаватора производится к контуру заземления карьера через заземляющую жилу кабеля КШВГ. Питание электродвигателей подъема, напора, поворота, хода осуществляется по системе генератор – двигатель постоянным током с управлением от силовых магнитных усилителей УК-УМСП, УК-УМСН, УК-УМСВ, кулачковыми командоконтроллерами ККП, ККН, ККВ. В системе управления предусмотрены блоки и узлы, обеспечивающие стабильность механических характеристик главных приводов при изменении температуры электрических машин: блоки токоограничения – УК-БТОП, УК-БТОН, УК-БТОВ; блок стабилизации токов возбуждения двигателей главных приводов – УК-БСТВ; узел автоматического копания – УК-БАК.
На экскаваторе предусмотрен контроль состояния изоляции электросети 220 В переменного тока РУ-Р, также силовых цепей и цепей управления постоянного тока.

Экскаваторы ЭКГ-5А относятся к тяжеловесным и крупногабаритным грузам. Перевозка экскаваторов ЭКГ-5А может осуществляться специальными автотранспортными средствами или транспортерами на железнодорожном ходу. При транспортировке экскаватора ЭКГ-5А необходимо опустить (или снять), рабочее оборудование и демонтировать двуногую стойку.
Для перевозки экскаватора автотранспортом рекомендуется спользовать прицеп ЧМЗАП-5530 или ЧМЗАП-8388 и тягача КЗКТ-537Л.

Перевозка  экскаватора по железной дороге выполняется на специальном подвижном  составе – транспортерах грузоподъемностью 180 – 220 тс.

На открытых горных работах всего постсоветского пространства работает большое количество карьерных механических лопат. Самым распространенным и массовым экскаватором среди них является ЭКГ-5А (ЭКГ-4.6Б), доля машин этой модели составляет более половины всего парка карьерных одноковшовых экскаваторов. Они и сегодня остаются основным экскавационным оборудованием при разработке карьеров нерудных материалов, широко используются в качестве добычных машин на рудниках и угольных разрезах, строительстве крупных объектов и т. д. Выпуск ЭКГ-5А начался еще в конце 1970-х годов, фактически это модернизированный ЭКГ-4,6Б. С минимальными конструктивными изменениями его продолжает выпускать и сегодня.

Учитывая общее состояние горнодобывающей отрасли в странах СНГ и консерватизм горного производства, можно с уверенностью утверждать, что в ближайшем будущем существенного изменения структуры экскаваторного парка не будет. Несмотря на массированное продвижение на рынке гидравлических экскаваторов рабочей массой до 120 т от известных мировых брендов Hitachi, Terex, Komatsu, Caterpillar, Liebherr, ветеран ЭКГ-5А остается востребованным. Сегодня отпускная цена нового ЭКГ-5А превышает цену карьерных гидравлических экскаваторов, способных технологически заменить его, значительно подорожали и запасные части к нему, особенно оригинальные.
Казалось бы, нонсенс – морально устаревшее и более дорогое оборудование продолжает пользоваться спросом на фоне внедрения более прогрессивной техники. Но после анализа эксплуатационных затрат многое проясняется. В процессе работы ЭКГ-5А значительно менее затратный, чем современный гидравлический экскаватор, и ощутимо более надежный. Интенсификация горного производства в России и странах СНГ затронула лишь малую часть отрасли. Организация работ на большинстве карьеров не позволяет в полной мере использовать возможности высокопроизводительных гидравлических экскаваторов, поэтому эффект от их внедрения не настолько высок, чтобы массово перевооружать предприятия.
Гидропривод, несмотря на широкие перспективы использования в экскавационном оборудовании, не сразу начал завоевывать горнодобывающую отрасль. Основная причина – тяжелые условия эксплуатации, к которым в наибольшей мере приспособлены традиционные механические лопаты. Их конструкция весьма металлоемкая и довольно простая, не требует особого ухода. Отсутствие высокоточных сопряжений упрощает монтаж и ремонт узлов. А что может быть более важным для эксплуатирующих служб на удаленном карьере, чем надежность и простота обслуживания?
Немаловажный фактор – суровые климатические условия большинства наших карьеров. Несмотря на все усовершенствования низкие температуры с резкими перепадами снижают эффективность работы гидропривода, и дорогостоящее оборудование вынуждено простаивать в очень сильные морозы, тогда как механические лопаты, имеющие по факту более низкий температурный порог, продолжают работать.
Производители гидравлических экскаваторов предлагают много модификаций с дизельными двигателями, при этом большинство карьеров на всем постсоветском пространстве имеют развитое электроснабжение. При высокой стоимости дизтоплива предприятию выгодней использовать электроэнергию. А поставщики техники могут предложить лишь ограниченный модельный ряд гидравлических экскаваторов с первичными электродвигателями.
Самое главное – механические лопаты уверенно (с запасом по производительности) обеспечивают производственную программу большинства предприятий.
Параметрические ряды отечественных одноковшовых экскаваторов (механических лопат), где главным параметром выступает вместимость ковша в м³, были разработаны Центрогипрошахтом в 1967 г. Предусматривалось создание двух типов экскаваторов – ЭКГ – карьерные гусеничные экскаваторы с ковшом от 2 до 20 м³, и ЭВГ – вскрышные гусеничные с ковшом от 15 до 100 м³. Номинальной считают вместимость, принятую для работы на скальных породах.
ЭКГ-5А с основным ковшом вместимостью 5,2 м³ рассчитан на экскавацию разрыхленного материала объемной массой до 1,8 т/м³. Породы I и II категорий (ЕНВ) (с твердостью f по шкале Протодьяконова до 3) могут разрабатываться без предварительного рыхления, породы категории III и выше – после рыхления. Из особенностей экскаватора можно отметить реечный напор с двухбалочной рукоятью, бесполиспастный подъем ковша, малоопорный гусеничный ход.
Сегодня завод «Уралмаш» предлагает различные опции к экскаватору: использование встроенных пневмоударных зубьев ковша, установка удлиненного рабочего оборудования и первичного дизельного двигателя.
Некоторым прообразом ЭКГ-5А (ранее выпускавшихся ЭКГ-4, ЭКГ-4,6, ЭКГ-4,6А, ЭКГ-4,6Б), а именно конструкции рабочего оборудования с двухбалочной рукоятью и реечным напором, явились ранние механические лопаты компании Bucyrus (США), законодателя экскаваторной моды на протяжении всего прошлого столетия. Первой моделью, в которой угадывается современный карьерный канатный экскаватор, можно назвать Bucyrus 18В. Подобная конструктивно-компоновочная схема использовалась также на более поздних и тяжелых версиях 50В и 54В, и на большинстве мехлопат Marion.
Схема с использованием реечного напора с двухбалочной рукоятью оказалась настолько удачной, что и сегодня используется при производстве мощных карьерных механических лопат. Жесткое соединение направляющих балок рукояти со стрелой через седловые подшипники позволяет более эффективно разрабатывать «тяжелые» забои, особенно при наличии негабаритных кусков горной массы. После взрывания скальных пород имеет место выход определенного количества негабарита, доля которого экскавируется далее без предварительной разделки на месте. Однобалочная рукоять с канатным напором, разгруженная от кручения, усложняет процесс выемки плохо разрыхленных горных пород, под воздействием неравномерной нагрузки на режущую кромку ковш немного проворачивается вместе с рукоятью вокруг продольной оси рукояти. Устройство реечного напорного механизма несколько сложнее, в том числе усложняется конструкция стрелы, на которой он целиком располагается. Необходимо обеспечить передачу значительных усилий через зубчатое зацепление кремальерных шестерен и реек рукояти, защитить стрелу от боковых нагрузок и др.
Изучить особенности классической конструкции рабочего оборудования с речным напором и двухбалочной рукоятью можно на примере исполнения того же ЭКГ-5А. Корпус стрелы ЭКГ-5А цельной конструкции, сварной, коробчатого сечения. В расточке головной части стрелы установлены на оси свободно вращающиеся головные блоки, огибаемые подъемным канатом. Блоки подвески стрелы установлены на тягах. К поворотной платформе стрела крепится пятами (исполнение наподобие вилки) и боковыми тягами, который воспринимают боковые нагрузки от стрелы в процессе поворота и черпания. На стреле смонтированы механизмы напорный и открывания днища ковша.
Напорный механизм состоит из электродвигателя, двухступенчатого цилиндрического редуктора (встроен в плиту корпуса стрелы), двух седловых подшипников. Передача крутящего момента от двигателя на редуктор осуществляется посредством специального предохранительного устройства, включающего фрикционные колодки и шкив. Это устройство играет роль муфты предельного момента. При разработке «тяжелых» забоев фрикционные колодки немного ослаблены, что позволяет проскальзывать ведущему валу редуктора относительно приводного зубчатого колеса, входящего в зацепление с моторной шестерней. За счет этого привода предохраняют от перегрузок. Седловые подшипники свободно вращаются на латунных втулках и имеют сменные боковые и верхние чугунные скользуны, служащими опорой для балок рукояти.
Рукоять представляет собой цельносварную конструкцию. К балкам корпуса рукояти приварены зубчатые рейки. Рейки изготавливают способом прокатки (сталь 30ХМА). К концам балок рукояти болтами крепят штампованные концевые упоры, чтобы балки рукояти не выходили из седлового подшипника. В отверстия проушин корпуса (присоединения ковша) запрессованы сменные стальные втулки.
Зубчатые рейки относятся к быстроизнашиваемым деталям, их периодически заменяют. Рукоять ЭКГ-5А взаимозаменяема с рукоятью ЭКГ-4,6Б. Для установки рукояти на старые модели (ЭКГ-4, ЭКГ-4,6) потребуется замена седловых подшипников. Вообще ЭКГ-4 и ЭКГ-4,6 (А) до сих пор работают на многих карьерах, что лишний раз подчеркивает исключительную живучесть механической лопаты.
В целом машина очень надежна и при правильном и своевременном проведении ремонтов и ТО удовлетворительно работает в тяжелейших условиях. Фактический ресурс машины составляет десятки лет. Так, на карьерах до сих пор работают экскаваторы ЭКГ-4,6 выпуска конца 1960-х годов.
Одной из проблем рабочего оборудования остается низкое качество кремальерных шестерен, которые производят многие специализированные фирмы. «Сырой» металл, т. е. не прошедший термообработку, а также низкокачественные сорта сталей, применяемых при изготовлении шестерен, приводят к быстрому их износу. Бывают случаи, когда шестерни работают не более суток, превращаясь в гладкие колеса.
Другая проблема – трещины корпуса стрелы, приводящие даже к излому стрелы в средней ее части. В процессе черпания равнодействующая усилий в ветвях подъемного каната, огибающего головные блоки стрелы, направлена вниз и «ломает» стреловой корпус. Максимальные сгибающие усилия при этом возникают в области установки напорного вала машины. При подаче рукояти с ковшом на забой реакция от забоя передается через рукоять на стрелу и направлена вверх, а равнодействующая усилий в ветвях подъемного каната направлена вниз, и тогда образуется изгибающий момент. При разработке «тяжелых» забоев и чрезмерной затяжке фрикционных колодок ударные нагрузки приводят к образованию усталостных трещин в корпусе стрелы и возможному ее излому в дальнейшем.
При работе экскаватора на слабых обводненных грунтах часто случается заштыбовка кулачковых муфт переключения хода. Если сырой материал замерз, гидроцилиндры не могут продавить муфту, и переключить ход не удается.
Из-за того, что рабочая масса экскаватора относительно небольшая, возникают колебания поворотной платформы относительно нижней рамы в процессе работы, эффективно компенсировать которые при том исполнении опорно-поворотного устройства, как на экскаваторе ЭКГ-5А, невозможно. Внешне это проявляется в бочкообразности изношенных зубьев поворотного венца, раскате роликов. Следует строго следовать предписаниям завода-изготовителя при заполнении отсеков противовеса балластом (рекомендуемая масса балласта 40…41 т), так как правильная загрузка противовеса позволяет продлить безотказную работу экскаватора. Из-за несоблюдения рекомендаций преждевременно изнашиваются центральная цапфа, втулки центральной цапфы, рельсовый и роликовый круги.
Замена втулок в подвижных и неподвижных сопряжениях должна производится вовремя. Особенно надо обращать внимание на состояние втулок ходовой тележки (опорные катки, первичный и выходной валы бортовых редукторов). Несвоевременная их замена приводит к ускоренному износу внутренней поверхности расточки катков и опорных осей, износу выходных валов редукторов хода и раскатке внутренней поверхности расточки ступиц гусеничных рам. С внешней стороны опорные узлы должны быть надежно защищены колпаками, что часто игнорируется на карьерах. Следует периодически контролировать зазор в скользунах седлового подшипника.
На экскаваторе для главных механизмов применяется электропривод по системе генератор–двигатель (Г–Д). Для привода вспомогательных механизмов применяют трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели переменного тока, питаемые от трансформатора собственных нужд. Как уже отмечалось, в качестве первичного двигателя может быть использован дизель аналогичной мощности (250 кВт).
Высокая металлоемкость экскаватора, обеспечивающая отчасти его внушительный ресурс, приводит и к удорожанию машины. В любом случае даже при щадящей эксплуатации наступает момент, когда нужен капитальный ремонт. Капитальный ремонт ЭКГ сегодня очень дорог, в этом плане карьерный гидравлический экскаватор зачастую даже выигрывает по стоимости всех связанных с этим затрат. Но в эксплуатации с учетом затрат на техобслуживание и общее обеспечение, а тем более с учетом ресурса ЭКГ пока вне конкуренции. По-видимому, полный переход на гидравлику в нашей стране будет завершен не так скоро, как ожидалось.