Modernizacja zespołu urabiającego koparek
SRs-2000 w PGE KWB Bełchatów S.A.

Praca pierwszej koparki typu SRs-2000 produkcji niemieckiej firmy TAKRAF rozpoczęła się w 1980 r. Systematycznie w latach następnych pracę rozpoczynały kolejne maszyny i od roku 1984 w Kopalni Węgla Brunatnego w Bełchatowie pracuje pięć tego typu koparek.

Napęd koła czerpakowego w tych maszynach realizowany był poprzez przekładnię mechaniczną o stopniach walcowych i mocy 2x500 kW. Rozwiązanie konstrukcyjne przeniesienia napędu na koło czerpakowe stwarzało wiele problemów eksploatacyjnych oraz było przyczyną kilku długotrwałych awarii. Przekładnia osadzona była na osi koła czerpakowego, a moc z przekładni na koło przekazywana była poprzez stalowy pierścień (membranę). Samo centrowanie przekładni na osi realizowane było za pomocą stalowej tulei długości 300 mm umieszczonej wewnątrz koła wyjściowego przekładni. Rozwiązanie to okazało się słabym punktem całego zespołu. W wyniku współpracy tej tulei z osią koła czerpakowego występowała jej szybka degradacja, co znacznie powiększało luz między współpracującymi elementami, nawet do 20 mm, przy luzie montażowym wynoszącym 0,2 do 0,3 mm. Siły działające na tuleję pochodziły od ciężaru samej przekładni oraz w znacznej mierze od sił powstających w procesie urabiania węgla i nadkładu. Stwarzało to bardzo duże trudności w zdiagnozowaniu aktualnego stanu tego połączenia, a jego umiejscowienie uniemożliwiało wykonanie jakichkolwiek pomiarów lub oględzin. Następstwem takiej degradacji było pogorszenie warunków pracy membrany przenoszącej napęd, która była wówczas znacznie bardziej narażona na siły zginające. Skutkiem tego było przedwczesne zmęczenie materiału membrany i jej pęknięcie lub nawet gwałtowne rozerwanie, powodujące natychmiastowe zatrzymanie maszyny.

W zależności od rodzaju urabianych przez koparkę mas trwałość zespołu urabiającego wynosiła od ośmiu do dwudziestu tysięcy godzin. W obliczu rosnących wymagań dotyczących niezawodności oraz w perspektywie coraz trudniejszej eksploatacji w odkrywce "Szczerców" podjęto decyzję o gruntownej zmianie całego zespołu urabiającego. W przeszłości awarie związane z tym zespołem na znaczny okres czasu wyłączały koparkę z ruchu. Ich usunięcie było czasochłonne i kosztowne, ponieważ wiązało się to z demontażem całego zespołu urabiającego i wymianie kompletnej przekładni głównej wraz z osią. Wymagania stawiane nowemu zespołowi to przede wszystkim usunięcie wad istniejącego napędu oraz zwiększenie trwałości i niezawodności całego zespołu. Przekładnia koła czerpakowego została zastąpiona nowocześniejszą opartą na stopniach planetarnych, a napęd z przekładni na koło przenoszony jest za pomocą dwóch stalowych membran o różnej średnicy. Rozwiązanie to pozwoliło na wyeliminowanie podstawowej wady poprzedniego napędu, gdyż membrany te utrzymują przekładnię w ściśle określonej odległości od osi koła czerpakowego. Zmieniono także układ silników napędowych poprzez zastosowanie kół zębatych kątowych. Silniki umieszczone są równolegle do wysięgnika urabiającego zmniejszając rozmiary przekładni w płaszczyźnie prostopadłej do koła czerpakowego.

Koparka SRs-2000 - widok ogólny.

Szczególny nacisk położony został na zabezpieczenie przekładni przed przeciążeniem oraz przed występowaniem krótkotrwałych sił udarowych o znacznej wartości powstających podczas procesu urabiania. Dotychczasowe zabezpieczenia przekładni przed uszkodzeniem realizowane były poprzez sprzęgła cierne wielopłytkowe wyłączające napęd w przypadku wystąpienia określonego algorytmem poślizgu oraz zabezpieczenie prądowe wyłączające silniki napędowe po przekroczeniu zadanej wartości pobieranego przez nie prądu. W nowej przekładni pomiędzy silnikami napędowymi, a przekładnią zastosowano dwustożkowe sprzęgła cierne sterowane hydraulicznie. Podczas normalnej pracy ciśnienie czynnika hydraulicznego utrzymuje sprzęgło w położeniu załączonym, a odpowiedni nacisk sprężyn regulacyjnych zapewnia przeniesienie napędu. Układ hydrauliczny sprzężony jest z tensometrycznym sworzniem pomiarowym zabudowanym w tylnym podparciu przekładni. Sworzeń ten na bieżąco dokonuje pomiaru działającej na niego siły przekazując informację do systemu diagnostycznego przekładni. Po przekroczeniu ustawionego progu następuje rozłączenie sprzęgła dwustożkowego oraz wyłączenie silników napędowych. Tak zaprojektowany układ umożliwia bardzo szybkie (ok. 0,2 sek.) odłączenie przekładni od wirujących jeszcze pod wpływem sił bezwładności mas silników. Ma to tym większe znaczenie, że łączna masa obu wirników w silnikach napędowych to ok. 5.000 kg. Ponadto system ten umożliwia rejestrację oraz zdalną transmisję wartości występujących obciążeń. Umożliwia to dokładną analizę i odpowiednie zoptymalizowanie zabezpieczeń napędu tak, aby z jednej strony skutecznie zabezpieczyć napęd przed uszkodzeniem, a z drugiej umożliwić płynną pracę koparki. Drugą funkcją zabezpieczającą jest wystąpienie poślizgu w samym sprzęgle. Za pomocą sprężyn regulacyjnych ustawiany jest odpowiedni dopuszczalny stopień przeciążenia, po wystąpieniu którego następuje wewnętrzny poślizg sprzęgła i poprzez zewnętrzny układ kontroli wyłączenie napędu. Wartość zabezpieczenia ustawiona jest w taki sposób, aby wystąpienie poślizgu na sprzęgle miało miejsce tylko przy wystąpieniu bardzo gwałtownych sił pochodzących od koła czerpakowego lub awarii układu opartego na tensometrycznym sworzniu pomiarowym. Trzecim układem zabezpieczającym jest podobnie jak w przypadku poprzedniego napędu zabezpieczenie prądowe wyłączające napęd po przekroczeniu dopuszczalnej wartości prądu na silnikach napędowych.

Zmodernizowany zespół urabiający koparki SRs-2000.

Zmianie podlegało także samo koło czerpakowe, które obecnie ma konstrukcję jednośrodnikową. Uzyskano w ten sposób dogodniejszy dostęp do kontroli konstrukcji, a także znacznie ułatwiło to wymianę wykładzin trudnościeralnych chroniących dennicę koła czerpakowego. Wymagana przy tym odpowiednia sztywność koła została zachowana poprzez odpowiednie dobranie grubości poszczególnych elementów. Mając na uwadze pracę tych koparek w coraz trudniejszych warunkach zmodernizowano także lej koła czerpakowego. W przedniej części leja zastosowano podnoszoną hydraulicznie klapę, która w połączeniu ze zmianą kierunku biegu taśmy (rewersją) umożliwia w sposób znacznie sprawniejszy usuwanie ponadgabarytowych brył z drogi transportu. Do tej pory usuwanie znacznych rozmiarów brył lub kamieni z taśmy odbierającej odbywało się poprzez zastosowanie elektrowciągu z odpowiednim hakiem. Takie rozwiązanie było czasochłonne i stwarzające dodatkowe zagrożenia dla pracowników zwłaszcza, gdy ponadgabarytowa bryła zatrzymała się poza zakresem pracy elektrowciągu.

Otwierana hydraulicznie klapa w leju koła czerpakowego.

Reasumując spodziewamy się, że modernizacja zespołu urabiającego na koparkach SRs-2000 przyczyni się do poprawy niezawodności zespołu, obniży koszty jego remontów oraz zwiększy komfort obsługi. W chwili obecnej tak zmodernizowany napęd pracuje na jednej koparce i bardziej szczegółową analizę można będzie wykonać, po co najmniej kilku latach pracy. Jednak już obecnie dostrzec można zalety, jakie niosą ze sobą wykonane zmiany. Do końca 2010 r. zaplanowane jest zakończenie modernizacji wszystkich pięciu koparek SRs-2000 pracujących w PGE KWB Bełchatów S.A.

Tylne zawieszenie przekładni koła czerpakowego z tensometrycznym sworzniem pomiarowym.

Sprzęgło cierne dwustożkowe sterowane hydraulicznie.