Сегодня в России в эксплуатации находятся около 180 механических лопат отечественного производства заводов ИЗ «Картекс» и «УЗТМ» с ковшами вместимостью 12-41 м³ (32 из которых выпущены в 2010-2013 гг.), а также около 20 мехлопат с ковшами 35-55 м³ компаний Caterpillar, P&H (США) и Taiyuan HM Group (Китай), которые работают наряду с парком из около 300 карьерных гидравлических прямых и обратных лопат с ковшами вместимостью 12-45 м³, поставленными преимущественно компаниями Komatsu Germany и Liebherr (Германия), а также Hitachi (Япония).

Конкуренция карьерных гидравлических экскаваторов на открытых работах с традиционными канатными механическими лопатами за последние 30 лет обеспечила преимущественное применение гидравлических машин (рис.2).

Одним из решающих показателей применения КГЭ является обеспечение их высокой готовности к эксплуатации в течение 10...15 лет при приемлемых экономических затратах. Это стало возможным как за счет повышения надежности их компонентов, сокращения частости отказов и длительность простоев их в ремонте, так и за счет внедрения оптимальной системы их обслуживания, предусматривающей периодические замены из-нашивающихся и расходных элементов, что позволило продлить срок службы машин до заданных пределов.

Объясняется это также тем, что карьерные гидравлические экскаваторы, выполняя функции головного элемента в технологическом комплексе по добыче твердых полезных ископаемых, преимущественно эксплуатируются с мощными карьерными автосамосвалами грузоподъемностью 90-100 т, 130-150 т, 180-220т. Их количество на рынке неуклонно растет. Для таких автосамосвалов требуются экскаваторы с ковшами вме-стимостью соответственно 15-16, 20-22 и 35-42 м³. Именно эту нишу на мировом рынке занимают гидравлические экскаваторы с рабочей массой до 150 т, среди которых доля экскаваторов производства компании Komatsu Mining Germany (KMG) достигает 40%.

Карьерные гидравлические экскаваторы имеют также существенные технологические преимущества перед канатными карьерными экскаваторами: развития высоких усилий отрыва на зубьях ковшей при отсутствии передачи возникающего при этом опрокидывающего момента на опорноповоротное устройство; осуществления мягкой разгрузки челюстных ковшей и выполнения многих других операций, недоступных прямым механическим лопатам. Возможность горизонтального перемещения ковша на любой высоте уступа, особенно на уровне стояния позволяет гидравлическим экскаваторам осуществлять селективную отработку пластов в массиве. Кроме того, они имеют преимущества в разработке в условиях обводненных и сложных месторождений с копанием ниже уровня стояния при погрузке на выше лежащий транспортный горизонт.

Эти преимущества и мобильность позволяют гидравлическим экскаваторам занимать до 85% рынка карьерных экскаваторов с ковшом 15 м³ и более. В то же время необходимо отметить, объемы поставок канатных экскаваторов с ковшами 45 м³ и более на мировом рынке преобладают.

Эксплуатация гидравлических экскаваторов KG имеет большую историю. Примером длительной эксплуатации в Индонезии является эксплуатация более 50 000 часов парка экскаваторов РС-3000 из 16 машин и парка экскаваторов РС-4000 из 9 экскаваторов с ковшами 15 и 20 куб.м, соответственно. На рис.3 приводятся показатели технической готовности экскаваторов РС-3000 на уровне 90 % при устойчивых значениях за весь период эксплуатации.

Показатели простоев по техническим причинам за рассматриваемый период эксплуатации экскаваторов приводится на диаграмме (рис.4). Из анализа приведенных результатов наблюдений следует, что определенная стабильность отказов ( 50-100 условных единиц) имела место за первые 6 лет эксплуатации с увеличением их в 2-2,5 раза на 7-ом году.

Рис.4. Простои (наработка на отказ) парка из 16 экскаваторов РС-3000 при наработке более 50000 часов.

Большинство экскаваторов KMG эксплуатируются в экстремальных условиях. Имеется длительный до 40 лет опыт их эксплуатации в условиях температуры до +50^оC (Африка, Австралия, Азия и Океания). Наиболее обширный опыт работы гидравлических экскаваторов в экстремальных условиях низких температур до минус 45-50^оC достигнут в Заполярной Швеции и Канаде. Отдельный опыт применения мощных карьерных экскаваторов получен в высокогорных районах.

Показательным является опыт эксплуатации гидравлических прямых лопат РС-8000 с ковшами до 42 м³ на кимберлитовом месторождении EKATI в заполярной Канаде в течение 2000-2003 гг. Было зафиксировано поддержание высокого среднего уровня коэффициента технической готовности на уровне 89% (82-97%) в течение календарного года, независимо от изменения температур окружающего воздуха. Аналогичные уровни готовности гидравлических экскаваторов были получены при их эксплуатации и в Северной Швеции на меднорудном карьере Boliden.

В экстремальных условиях высокогорных предприятий Чили (железорудных карьерах Collahuas и Quebrada Blanca), а также Колумбии (рудник Drammond) на высотах более 3000 м сохраняются высокие значения показателей надежности и производительностей механических и гидравлических прямых лопат в условиях резких перепадов температуры. При этом средняя удельная часовая производительность гидравлических экскаваторов на 1 м³ вместимости ковша 52,1 м³/м³ и для механических лопат 47,6 м³/м³.

Лидером по поставкам гидравлических экскаваторов в Россию является KOMATSU GERMANY (KG). В России под контролем дистрибьюторов завода изготовителя KOMATSU GERMANY эксплуатируются более 100 машин компании. Это модели РС- 3000; РС - 4000; РС - 5500 и РС - 8000 с ковшами вместимостью соответственно 15-16, 19-21, 26-29 и 42 м³. Большинство машин ( более 60%) работают в условиях Кемеровского региона Западной Сибири и Дальнего Востока на угольных разрезах, а также на железорудных, меднорудных и кимберлитовых карьерах. Новый карьерный экскаватор РC-7000 расширил портфель погрузочных машин KOMATSU класса более 200 тонн. 677-тонная машина, оснащенная двумя дизельными двигателями мощностью 1250 кВт, Komatsu PC-7000 способна поднимать ковш прямой лопаты емкостью 36 м³ (рис.5). Адаптируя свою продукцию к различным горнотехническим решениям и условиям, KOMATSU также предлагает в качестве опции для PC-7000 навесное оборудование обратной лопаты с ковшом емкостью 36 м³ и электропривод.

Высокие производственные показатели работы дизельных экскава-торов РС 3000 были также достигнуты и на месторождении кимберлито-вых руд «им. Гриба» – «Верхотинский» ГОК в Архангельском регионе, где РС - 3000 с рабочим оборудованием прямая лопата и ковшом 15 м³ стабильно отгружал в самосвалы грузоподъемностью 130 т вскрышные породы без их предварительного взрывного рыхления в объемах до 500 тыс. м³/мес., а два РС 3000 с рабочим оборудованием обратная лопата и ковшом 15 м³ на этом же карьере обеспечивали производительность на уровне 380 тыс. м³/мес. каждый.

В зимний период на этом карьере при температурах окружающей среды минус 45^оC остановки экскаватора на пересмену и оперативное обслуживание допускались продолжительностью не более 15 мин, что исключало появление замерзания гидравлической жидкости, повышение ее вязкости и последующее вздутия шлангов высокого давления.

Обобщенные результаты наблюдений за работой 3-х экскаваторов типа РС 3000 в условиях Заполярного круга на карьере «Верхотинский» для определения надежности их компонентов приведены в таблице.

Таблица. Обобщенные показатели надежности основных компонентов экскаваторов РС 3000 при наработке ими 60700 мч.

Установлены количественные значения простоев и их длительность. Наработка на отказ - MTBF, среднее время на восстановление – MTTR и коэффициенты готовности КГ.

Наибольшая продолжительность простоев (отказов) приходилась на рабочее оборудование на восстановление ковшей сваркой, замену его оснастки, и в целом по группе экскаваторов оказалась наибольшей - 27,24%.

Доля отказов и простоев ходового оборудования составила 16,43%. Наиболее часто разрушаются опорные катки, траки, в меньшей степени - ролики поддержки гусеничной ленты и система ее натяжения.

Наработка на отказ низковольтного электрооборудования у дизельных экскаваторов наивысшая 2756,1 мч, при небольшом количестве отказов 22, общей продолжительностью 993,5 ч. Продолжительность вос-становления - 45,16 ч. В целом, доля простоев оказалась наименьшей 14,37%, а коэффициент технической надежности - 98%.

По категории «Другое», отмечено 60 отказов с продолжительностью простоев 1573 ч (22,75% в общей доле), связанных с заменами дизеля ДВС, системы охлаждения и вентиляции, кондиционирования кабины оператора. В тоже самое время, после пятого года эксплуатации, отмечается стабильный рост суммарных расходов на замену компонентов и сопутствующих трудозатрат.

В настоящее время наработка экскаваторов типа РС 3000 в условиях Заполярного круга на карьере «Верхотинский» в среднем приблизилась к 40 000 часов на каждую единицу.

Зарубежный и отечественный опыт показывает, что при надлежащей эксплуатации производительность и коэффициент технической готовности не снижаются даже при длительной (более 10 лет) работе машин в сложных климатических условиях (рис. 6). Так, например, на меднорудном карьере Boliden в Северной Швеции, этот показатель при работе двух гидравлических экскаваторов Н-485 фирмы «Демаг» (Германия) с ковшами 26 и 22 м³ в течение 12 лет (53000 час) находился на уровне 0.87 и при ра-боте в течение 10 лет (45000 час) – на уровне 0.89 соответственно.

Характерным является подтверждение высоких показателей надежности экскаваторами, работающими длительный период в Латинской Америке. Наглядно это подтверждается показателями устойчивой производи-тельности экскаваторов на карьерах компании Драмонд в Колумбии, которые представлены на рис.7.

Определяющим критерием эффективной работы гидравлических экскаваторов нового поколения является их надежность, уровень которой зависит не только от климатических (температурных) факторов, физико-механических свойств пород (в первую очередь их абразивности), но и от прикладываемых квалифицированных сервисных усилий. В процессе практических действий по сервисному обслуживанию коэффициент готовности гидравлических экскаваторов нового поколения обеспечивался на уровне 0,94 – 0.98. Эти показатели показывают соответствие уровня надежности достигнутым в других регионах мира и адаптивность машин и персонала к требованиям сервисной поддержки.

Современная система организации превентивного обслуживания экскаваторов, предусматривающая плановую замену агрегатов машин по наработке, оперативная ремонтная служба, наличие оптимального ком-плекта запасных частей и расходного материала, обеспечивают высокую степень надежности машин и их физической готовности к эксплуатации.

При нормальной организации сервиса предпочтение следует отдать гидравлическим экскаваторам, технологические возможности которых всегда заведомо выше со всех точек зрения по сравнению с традиционными экскаваторами, имеющими электромеханический привод.

Подтверждением являются достигнутые результаты при эксплуатации гидравлических экскаваторов на угольных разрезах ОАО «СУЭК».

Сложившийся альянс между дистрибюторами и представителями завода KG с производственными структурами позволили установить на угольных разрезах СУЭК мировые рекорды по производительности: РС 3000 - 750 000 куб.м/мес. и РС 4000 - 1 072 000 куб.м/мес. Уровень сервиса в России растет пропорционально росту потребности в мощных карьерных гидравлических экскаваторах и обеспечивает их высокую надежность, что делает эффективным их применение.

Таким образом, для механических лопат остается на открытых разработках ниша с ковшами вместимостью более 45 м³, которые в настоящий период являются предельными для известных моделей карьерных гидравли-ческих экскаваторов.