Совершенствование рабочего оборудования карьерного гидравлического экскаватора

Рассмотрен вариант совершенствования конструкции одного из основных видов оборудования гидравлического карьерного экскаватора, используемого при добыче полезных ископаемых открытым способом. Исследованиями выявлен недостаток используемых в настоящее время гидравлических экскаваторов – действие силового потока на стрелу, в основном на нижние поверхности, как от усилий гидроцилиндров стрелы, так и от гидроцилиндров рукояти. Такое действие потребовало увеличения толщины листов стрелы и, соответственно, массы. Еще один недостаток существующих экскаваторов – вынесение гидроцилиндров стрелы, имеющих значительную массу, на такое расстояние от оси вращения платформы, которое приводит к увеличению опрокидывающего момента относительно опорно-поворотного круга. Поэтому необходимо увеличивать величину противовеса. Для исключения отмеченных недостатков предложена новая схема рабочего оборудования с заменой гидроцилиндров стрелы механизмом с напорной балкой, располагаемым на надстройке. Второе направление для повышения эффективности гидравлических экскаваторов – это применение рациональных значений параметров при изготовлении рабочего оборудования. Показана на основе использования системы APM WinMachine методика определения толщины листов, из которых изготовлены стрела, рукоять и ковш (рабочее оборудование) гидравлического экскаватора. Определены наилучшие параметры рабочего оборудования по условию прочности, с учетом критерия массы.

Шестаков В. С., Безкоровайный П. Г., Лагунова Ю. А., Комиссаров А. П., Абраров Р. Р. Совершенствование рабочего оборудования карьерного гидравлического экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 12-1. – С. 48–61. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_121_0_48.

Шестаков Виктор Степанович¹ — канд. техн. наук, профессор, профессор, e-mail: shestakov.v.s@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-9468-6696,
Безкоровайный Павел Геннадьевич — канд. техн. наук, старший преподаватель, Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова, Караганда, Казахстан, e-mail: bpg82_karlion@mail.ru, ORCID ID: 0009-0005-0945-1232,
Лагунова Юлия Андреевна^1,2 — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: yu.lagunova@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-3828-434Х,
Комиссаров Анатолий Павлович^1,2 — д-р техн. наук, профессор, профессор, e-mail: Anatoliy.Komissarov@m.ursmu.ru, ORCID ID: 0000-0003-4320-8111,
Абраров Руслан Рашитович¹ —ассистент кафедры, e-mail: 202726@m.ursmu.ru,
¹ Уральский государственный горный университет,
² Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Лагунова Ю.А., e-mail: yu.lagunova@mail.ru.

1. Лагунова Ю. А., Макарова В. В., Быков Д. В., Адамков А. В. Оценка технического состояния редуктора хода карьерного экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. — 2024. — № 1 (171). — С. 40—49. 

2. Побегайло П. А. Мощные одноковшовые гидравлические экскаваторы: Выбор основных геометрических параметров рабочего оборудования на ранних стадиях проектирования. — М.: Ленанд, 2014. — 296 с. 

3. Казаков В. А., Окороков Ю. В. Новые гидравлические экскаваторы ЭГ-110 и ЭГО-110 // Горное оборудование и электромеханика. — 2007. — № 12. — С. 46—50. 

4. Пудов Е. Ю., Занг К. К., Кузин Е. Г., Кривенко А. Е. Оценка влияния условий эксплуатации на производительность работы системы охлаждения рабочей жидкости гидравлического карьерного экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. — 2021. — № 1(153). — С. 51—58. DOI: 10.26730/1816-4528-2021-1-51-58. 

5. Зыков П. А. Методика оптимального выбора модели карьерного одноковшового гидравлического экскаватора под заданные горно-геологические и технические условия // Горное оборудование и электромеханика. — 2014. — № 1. — С. 37—42. 

6. Xu G., Feng Z., Wang W., Ding H. Constrained multiobjective optimization design for ordinary shovel attachment of hydraulic excavator based on evolutionary algorithm // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2024, vol. 135, article 108839. DOI: 10.1016/j.engappai.2024.108839. 

7. Mishra S. K., Goyal N. K., Mukherjee A. Reliability analysis and life cycle cost optimization of hydraulic excavator // Journal of Reliability and Statistical Studies. 2024, pp. 297—328. DOI: 10.13052/ jrss0974-8024.1626. 

8. Shestakov V., Babenkov P., Horoshavin S. Features of designing hydraulic excavator in APM WinMachine // MATEC Web of Conferences. 2018, vol. 224, article 02046. DOI: 10.1051/matecconf/201822402046. 

9. Lee S. J., Chang P. H. Modeling of a hydraulic excavator based on bond graph method and its parameter estimation // Journal of Mechanical Science and Technology. 2012, vol. 26, no. 1, pp. 195— 204. DOI: 10.1007/s12206-011-0938-2. 

10. Xu Gongyue, Feng Zemin Erkuo Guo Many-objective optimization design for trirocker working mechanism of face-shovel hydraulic excavator // Jixie Gongcheng Xuebao. 2023, vol. 59, no. 3, article 54. DOI: 10.3901/jme.2023.03.054. 

11. Chen J., Qing F., Pang X. Mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths // Journal of Mechanical Science and Technology. 2014, vol. 28, no. 1, pp. 213—222. DOI: 10.1007/s12206-013-0955-4. 

12. Нилов В. А., Жулай В. А., Тюнин В. Л., Федоров Е. В. Разгрузка металлоконструкции стрелы гидравлического экскаватора от силового воздействия на забой // Строительные и дорожные машины. — 2023. — № 11. — С. 30—32. 

13. Салихов Р. Ф., Пермяков В. Б. Исследование влияния динамики технических параметров на эксплуатационную производительность гидравлических одноковшовых экскаваторов // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. — 2024. — Т. 21. — № 4(98). — С. 540—560. DOI: 10.26518/2071-7296-2024-21-4-540-560. 

14. Бураков А. М., Панишев С. В., Алькова Е. Л., Хосоев Д. В. Опыт применения гидравлических экскаваторов в сложных горно-геологических и климатических условиях // Горная промышленность. — 2022. — № 2. — С. 90—96. DOI: 10.30686/1609-9192-2022-2-90-96. 

15. Рубцов С. К., Шлыков А. Г., Кочегаров Е. Н., Шеметов П. А., Мальгин В. О. Опыт применения гидравлических и канатных экскаваторов на карьере Мурунтау // Горный информационноаналитический бюллетень. — 2006. — № 3. — С. 268—276. 

16. Хорешок А. А., Пудов Е. Ю. Проектирование перспективного конструктивного исполнения ковша гидравлического экскаватора схемы «обратная лопата» // Горное оборудование и электромеханика. — 2014. — № 8(105). — С. 37—44. 

17. Шестаков В. С., Телиман И. В., Безкоровайный П. Г. Исследование нагруженности рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. — 2024. — № 1 (171). — С. 18—23. DOI: 10.26730/1816-4528-2024-1-18-23. 

18. Побегайло П. А. Создание методологии автоматизированного проектирования горных и строительных роботов-манипуляторов (на примере одноковшовых гидравлических экскаваторов) / Аналитическая механика, устойчивость и управление: труды XI Международной Четаевской конференции. Т. 4. Секция 4. Компьютерные технологии в науке, образовании, управлении производством. — Казань: КНИТУ-КАИ, 2017. — С. 168—177. 

19. Даньярова А. С., Тогизбаева Б. Б., Балабеков К. Г., Кенесбек А. Б. Выбор метода расчета усилий копания и нагрузок, действующих на элементы рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Вестник Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Серия: Технические науки и технологии. — 2023. — Т. 145. — № 4. — С. 188—203. DOI: 10.32523/26167263-2023-145-4-188-203. 

20. Веревочкин Н. Г. Повышение эффективности проектирования стрелы гидравлического экскаватора с применением современных методов оптимизации // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2024. — № 29. — С. 156—162. DOI: 10.26160/2658-3305-2024-29-156-161. 

21. Нилов В. А., Жулай В. А., Тюнин В. Л., Федоров Е. В. Напряженно-деформированное состояние стрелы гидравлического экскаватора при работе с управляемой опорой // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2024. — № 7. — С. 508—512. DOI: 10.24412/2071-6168-2024-7-508-509. 

22. Безкоровайный П. Г., Шестаков В. С. Определение рациональных параметров рабочего оборудования гидравлического экскаватора с напорным звеном // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2023. — № 1. — С. 25—35. DOI: 10.21440/0536-1028-2023-1-25-35. 

23. Шелофаст В. В., Ростовцев М. Ю., Абдулкеримов И. Д. Анализ методов расчета конструкций на выносливость при стационарных эксплуатационных режимах переменного нагружения с целью валидации отечественной САЕ-системы APM StructFEM // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2021. — № 8(737). — С. 27—38. DOI: 10.18698/0536-1044-20218-27-38.