NME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 34(1986) kötet, 1-4. füzet, 27-33.
ELEKTROMOS MEGHAJTÁSÚ LHD GÉPEK ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI A HAZAI ÉRCBÁNYÁSZATBAN BENKE LÁSZLÓ összefoglalás: Az elektromos meghajtású rakodó-szállító gépektől sokan ugyanolyan mélyreható változást vár nak, amit a dízelmotoros LHD berendezések hoztak a mélyműveléses bányászatban. A tanulmány is merteti a villanymotoros LHD gépek főbb változatait és röviden szól előnyeikről és hátrányaikról. Részletesen foglalkozik a kábeles rakodó-szállító gépekkel, vizsgálja gazdaságosságukat. Megállapítja, hogy alkalmazásuk általában kevésbé kifizetődő, de a nehezen szellőztethető és meleg munkahelyeken egészségvédelmi okok miatt célszerű lenne hazai bányáinkban is alkalmazni ezeket.
A dízelmotoros önjáró rakodó-szállító gépek, az LHD berendezések ma már jól be vált eszközei a hazai ércbányászatunknak. Bauxitbányáinkban a legelterjedtebben alkal mazott fejtési rakodó- és szállító berendezésnek tekinthetők. A Mecseki Ércbányászati Vállalat termelésében is fontos szerepet töltenek be ezek a gépek. A tapasztalat azt mutatja, hogy még a legjobban bevált technikai megoldások alkal mazásakor is elérkezik az az időszak, amikor szükségessé válik egy még jobb megoldás be vezetése, ami a változó követelményeket magasabb fokon képes kielégíteni. Ezek a válto zó, és egyre szigorodó követelmények leginkább a következő két területen jelentkeznek:
DR. BENKE LÁSZLÓ oki. bányamérnök tud. munkatárs Nehézipari Műszaki Egyetem, Bányaműveléstani Tanszék 3515. Miskole-Egyetemváros A kézirat beérkezett: 1985. dec. 12.
27
— a gazdaságosság megköveteli, hogy az egységnyi végtermékre vonatkozó fajlagos ráfordítások még a rosszabbodó természeti körülmények között se növekedje nek lényegesen, - a fejlődésnek mindenképpen az élőmunka arányának csökkenését kell eredmé nyezni, ugyanakkor a munkakörülményeknek javulni kell, a dolgozókat minél kisebb fizikai és pszichikai megterhelésnek kell kitenni. Ezeket az igényeket elégítik ki az elektromos meghajtású rakodó-szállító gépek, amelyek az utóbbi években terjedtek el a világ bányászatában. Az elektromos energiával hajtott LHD gépek jellemzői A dízelmotor alkalmazásának legnagyobb hátránya, hogy kipufogógázaival szennye zi a levegőt. Az elektromos meghajtású gépekhez képest hatásfoka rossz, hőleadása nagy, zajszintje magas. Az elektromos energia kétségtelen előnye, hogy viszonylag egyszerűen továbbítható és osztható. A villanymotor ugyanakkor egyszerű, könnyen sújtólégbiztossá tehető. Emi att minden olyan területen, ahol a dízelmotoros járművek alkalmazása egyáltalán nem, vagy csak nehezen lehetséges (rosszul szellőztethető bányatérségek), a hajtási alternatívák keresése során leginkább a villamos motor jöhet szóba. A villanymotor javára az a körülmény dönt, hogy használata nem jár égési folya mattal, tehát nem fogyaszt oxigént, nincs szükség a füstgázok hígítására, jobb hatásfoka miatt hőleadása is kisebb. Kezelése, karbantartása egyszerűbb, mint a dízelmotoré. Élet tartama sokkal hosszabb, megbízhatósága nagyobb. A kedvező fordulatszám-nyomaték jellegörbe miatt minden fordulaton megfelelő keréknyomatékot lehet biztosítani, folyamatos sebességszabályozás és megnövekedett gumiköpeny-élettartam mellett. Részterheléses üzeme takarékos. Fékezési energiáját vissza lehet táplálni a hálózatba, telepbe (rekuperáció), így a fékmű tehermentesül. Zaj szintje 3 . . . 5 dB-lel alacsonyabb, mint a dízelmotoré. A jármű vibrációmentes. Ezzel szemben óriási hátránya, hogy energiaellátása ma még szinte kizárólag veze tékről történik, s ezzel a sín nélküli bányászati technika egyik legfontosabb követelmé nye szenved csorbát: a kötetlenség és mozgékonyság, vagyis a pillanatnyi követelmények hez való rugalmas alkalmazkodás lehetősége. Felosztásuk az energia betáplálása szerint a) Troli-rend szerű ingakocsik A külfejtésekben évtizedek óta használnak olyan gumikerekes szállító járműveket, amelyeket oszlopokra szerelt felsővezetékről áramszedőn keresztül bevezetett egyenáram mal működtetett motor hajt (gyakran dízelmotorral is el vannak látva ezek a dömperek). A 70-es évek elejétől egyre több föld alatti bányaüzem kezdett kísérletezni a troli rendszerű szállítójárművek alkalmazásával. Legcélszerűbbnek látszott a főszállítóvágatok28
ban közledekő ingakocsik átalakítása. Ezek a járművek ugyanis nagy tömegű hasznos te herrel viszonylag hosszabb szakaszon közlekednek, s gyakran jelentős magasságkülönb ségeket kell legyőzniök. Az ingakocsik általában nem járnak be a munkahelyi homlokig, és az ürítőhelyüket is a főszállítóvágat közelébe telepítik. A járművek egy elektromos ve zetékkel való állandó kapcsolata tehát megoldható. A föld alatti bányászatban a troli-szállítás azonban még alig jutott túl a kísérleti stá diumon az alábbiak miatt: — egyes szabályozástechnikai problémák még nincsenek a bányabeli körülmények re megnyugtató módon kidolgozva, — az elektromos felső vezeték érintésvédelme nem eléggé biztonságos, — a felsővezeték könnyen szennyeződik, tehát rendszeres tisztításra szorul, — a troli általában jó minőségű, kiépített utat kíván. b) Kábelről táplált villamos járművek A kötetlen pálya nélküli rakodó-szállító kocsik legnagyobb sikereiket a fejtésekben, illetve ezek közvetlen közelében érték el. Ezekben a viszonylag szűk bányatérségekben — a bányászat egyik jellemzőjeként - a jövesztés és ezzel a rakodás helye folyamatosan vál tozik, ennek megfelelően nemcsak a szállító útvonalak hossza, de gyakran azok nyom vonala is változó. A fejtési és fejtéskörnyéki bányatérségek a legnehezebben szellőztethető területek közé tartoznak, ezért itt különösen kívánatos a dízelmotornak a „tiszta" villanymotorral való felváltása. Az elektromos motornak dobra tekert kábelen keresztül való táplálása jelenleg va lamennyi elektromos meghajtási mód között a leginkább elterjedt és bevált. A vezeték tá rolása dobon történik. A kábeltároló dobot egy, a jármű mozgásával is összehangolt működésű hidraulikus motor mozgatja, ami konstans forgatónyomatékot biztosít. A működő motor a vezeték nek csekély előfeszítést ad, így tudják elérni, hogy az irányváltoztatásnál ne ránduljon meg a vezeték, és az a jármű sebességével szinkronban szorosan csavarodjon fel. Egy, a dobmechanizmus által mozgatott kábelterelő gondoskodik a vezeték pontos felcsavarásá ról. Annak érdekében, hogy a kábelkopást — ami nem elhanyagolható költségnövelő té nyező — a lehető legalacsonyabb szinten tartsák, nagyon fontos a dob méretének, vala mint a kábel átmérőjének és hosszának összehangolása. Az optimális megoldásnál a kábel átmérője ( és ezzel a megengedhető hajlítási sugara) és a fajlagos súlya a lehető legkisebb, ugyanakkor hajlító és húzószilárdsága, valamint az alkalmazott feszültség a lehető legna gyobb. A jelenleg leginkább elterjedt gépeket 200 m-es kábellel szállítják, de biztonsági okokból legtöbbször csak 80 .. . 100 m-re távolodik el a jármű a kapcsolóhelytől. A gép hatósugara elméletileg az igénybe vett kábelhossz kétszerese lehet. A kábelről történő energia betáplálás legnagyobb hátránya, a korlátozott mozgási lehetőség, legélesebben akkor jelentkezik, amikor a gépet! egy másik munkahelyre kell 29
áttelepíteni. További probléma, hogy a kábelsérűlések elkerülése miatt, a kábeles gép útvonalán más járművek forgalma nem engedhető meg. c) Akkumulátoros rakodó-szállító gépek Legnagyobb előnyük, hogy a környezetet egyáltalán nem szennyezik, ugyanak kor mozgásukat semmilyen vezeték vagy kábel nem korlátozza. Sújtólégbiztos kivitel ben készülnek. Az önsúlyra eső kis teljesítmény miatt a gépek nehéz terhet nem szállíthatnak, így nagyon kedvezőtlen a holtsúly/raksúly viszony. Kiterjedt kutatások folynak az akkumulátoros meghajtás gazdaságosabbá tételére, azonban belátható időn belül nem várható, hogy olyan, a mostoha föld alatti körülmé nyek között is megbízható és veszélytelen akkumulátort fejlesztenének ki, ami radikális változást hozna. Az elektormos LHD berendezések gazdaságossága Hazai viszonyaink között a dízelmotoros LHD-nek a kábelről táplált villanymo toros rakodó-szállító gép lehet az alternatívája. Ezt a két megoldást kell tehát a gaz daságosság szempontjából összevetnünk. Konkrét hazai adatok az elektromos LHDről természetesen nem állnak rendelkezésünkre, ezért főként a külföldi tapasztalatok ra kell támaszkodnunk. Gazdasági téren az elektromos meghajtás mellett szóló első számú érv az igen ked vező energiahasznosítás. Az elektromos LHD csak 50 . . . 60% energiát fogyaszt az ugyan ilyen méretű, azonos körülmények között dolgozó dízelmotoroshoz képest. Ennél is fontosabb azonban, hogy ez az energia nem a drága gázolajból, hanem az olcsóbb és könynyebben hozzáférhető villamosenergiából származik. Svéd adatok szerint [4] a villanymo tor egy üzemórára vonatkoztatott energiaköltsége csak 1/3-a a dízelének. Az USA-ból származó 1984-es adatok szerint [2] villamos hajtás esetén a közvetlen fajlagos energiamegtakarítás értéke 5 . . . 6 cent/t. Hozzávetőlegesen ugyanekkora fajlagos megtakarítás jelentkezik az elektromos be rendezések mérsékeltebb szellőztetési igénye miatt is. Különösen meleg bányák esetében jelentős ez a tétel, ahol nemcsak a dízelmotor kifugogógázait kell felhígítani, hanem a leadott tekintélyes mennyiségű hőt is el kell szállítani, összehasonlításként: azonos telje sítmény esetén a villanymotor közvetlen hőleadása csak 2 . . . 5%-a a dízelének. A teljesítményeket vizsgálva már nem ilyen egyértelmű a kép. A villanymotor ked vezőbb nyomaték viszonyai miatt a kanáltöltés gyorsabb, a töltési tényező nagyobb, ami a gép teljesítményét növeli. Ebbe az irányba hat a villanymotor kisebb karbantartási igé nye, nagyobb megbízhatósága, hosszabb élettartama, ami miatt üzemkészsége 90%-os [3]. Ezzel szembenáll viszont, hogy a kábel miatt csak óvatosan manőverezhet az LHD, s a talpon lévő éles kődarabok, tárgyak vagy a biztosító szerkezet mégis okozhat kábelsérü lést. Ez nemcsak teljesítményveszteséget jelent, hanem a gép időbeli kihasználását is rontja. Az elérhető teljesítményre vonatkozó adatok számszerű értékei a konkrét bányabeli viszonyoktól függenek elsősorban. 30
Az egyéb költségeket tekintve kedvezőbb a villamos meghajtás az abroncs megnöve kedett élettartama miatt, ami a kőzet koptatóhatása és szemnagysága függvényében leg alább 30%-kal hosszabb. Emellett a villanymotor karbantartási költségei csak mintegy 15%-át érik el a villanymotorénak. Ezzel szemben jelentősek a kábellel kapcsolatos költségek, amit a kábel esetenkénti cseréje, a kábeltároló dob és a hozzá kapcsolódó szerkezeti egységek javítása és karbantar tása, valamint a megfelelő bányabeli villamoshálózat kiépítése jelent. Svédországi adatok szerint a kábelköltség egy üzemórára vonatkoztatott fajlagos értéke megegyezik az ener giaköltséggel (10Skr/h). összességében tehát megállapítható, hogy az energiamegtakarításból és az alacso nyabb karbantartási költségekből származó megtakarítást felemésztik (esetenként meg is haladják) a villanymotoros LHD kábelével kapcsolatos többletköltségek. A jelenlegi piaci viszonyok alapján az elektromos, kábeles LHD ára kb. 1,3 . . . 1,6 -szorosa az ugyanolyan kanálméretű dízelmotorosnak. Akkor kifizetődő tehát ilyen gép beszerzése, ha a villanymotor biztosította előnyöket úgy lehet kihasználni, hogy a telje sítmény növekedés arányban áll a beszerzési árral. A hazai alkalmazás lehetőségei Az eddigiekből is látszik, hogy az elektromos meghajtású rakodó-szállító gépeket nem tekinthetjük az LHD berendezések új generációjának, vagyis a dízelmotoros berende zések tovább fejlesztett változatának. Nem valószínű tehát, hogy a mélymuveléses bányá szatból a villanymotoros LHD gépek említett változatai kiszorítanák a dizel meghajtásúakat. Vannak viszont a hazai érc- és ásványbányáinkban is olyan munkaterületek, ahol komolyan meg kell vizsgálni a villanymotoros rakodó-szállító gépek alkalmazhatóságát. Elsősorban azokra a rosszul szellőztethető bányatérségekre kell gondolnunk, ahol fennáll a veszélye a dízelmotor által kibocsájtott ártalmas anyagok feldúsulásának. Főleg azokban az áthúzó szellőztetéssel nem rendelkező kamrafejtésekben kell ezzel számol nunk, ahol az LHD szállítási ciklusideje rövid, sebessége viszont nagy (bauxitbányáink). A nagymélységű fejtésekben a magas hőmérséklet már eleve nagy megterhelést je lent az emberi szervezetre. Az itt közlekedő berendezések belsőégésű motorjai tovább emelik a levegő hőmérsékletét. Ilyen körülmények között az egyébként megengedett koncentrációban jelen lévő kipufogógáz-komponensek, ha az egészségre nem is károsak, de a közérzetet fokozott mértékben rontják. Meg kellene tehát a Mecseki Ércbányászati Vállalatnál is vizsgálni, hogy hol vannak olyan bányatérségek, ahol a munkahelyi környe zet lényeges javulását hozná, ha a dízelmotort villanymotorral váltanák fel. A magyar bányászat szakemberei már bebizonyították, hogy az önjáró technika al kalmazásával együtt képesek voltak az addigi technológiát is gyökeresen átalakítani és az ércomlasztó fejtésmódok adottságainknak legjobban megfelelő változatait kidolgozni. Meggyőződésem, hogy az elektromos rakodó-szállító gépek ésszerű alkalmazása megte31
remtené a lehetőségét a fejtésmódok további finomításának és ezzel nemcsak a bányász munkáját tennénk még veszélytelenebbé, hanem a gazdaságosság követelményeit is ki elégíthetnénk. IRODALOM 1. 2.
CHADWICK, J.:LHD's today International Mining, 1984. apr. p. 4 7 - 5 1 . JELLESMA, F. Electric LHD's International Mining, 1984. apr. p. 5 2 - 6 6 .
3.
FISCHER, P. - GÖLLING, J.: Entwicklungstendenzen und Einsatzmöglichkeiten für elektrisch angetriebene Gleislosfahrzeuge. Erzmetall, 1981. 5. p. 2 5 8 - 2 9 1 . MARX, K-W. - SAELHOFF, G. R.: Elektrisch angetriebene gummibereifte Fahrzeuge für den Untertage-Bergbau Erfahrungen und zukünftige Entwicklungen. Nachrichten ßrden Bergbau 2/81.
4.
5. 6.
BARTHOLOMEW, A.: Electric mine haulage International Mining, 1985. okt. p. 4 8 - 4 9 . BENKE L.:A sín nélküli berendezésekkel működő mélyműveléses bányászati technológiai rend szer átfogó értékelése. Egyetemi doktori értekezés, Miskolc, 1985.
ELECRIC LHD MACHINES IN THE HUNGARIAN ORE MINING INDUSTRY by L. BENKE Summary Electric LHD machines may bring about as important changes in deep mining as those effected by Diesel LHD equipment - in the views of many experts. The study deals with the main versions of the electric LHD machines and discusses their advantages and drawbacks. It analyses the cable-supplied LHD machines in great detail and looks into their economical aspects. The paper concludes that their application is less economical but in hot workings or in those difficult to ventilate they ought to be applied also in the Hungarian mines.
ELEKTRISCHE LHD-MASCHINEN IM UNGARISCHEN ERZBERGBAU von L. BENKE Zusammenfassung Viele Experte erwarten so wesentliche Veränderungen von dem Einsatz der elektrischen LHDMaschinen im Tiefbau, wie die Diesel-LHD-Maschinen damals gebracht haben. Im Aufsatz werden die wichtigsten Varianten der elektroschen LHD-Maschinen sowie ihre Vor- und Nachteile betrachtet. Die Kabel-LHD-Maschinen und ihre Wirtschaftlichkeit wird eingehend analysiert. Das Ergebnis der Analyse ist, daß ihre Anwendung im allgemeinen weniger wirtschaftlich ist, aber an warmen und schwer bewet terbaren Örtern wäre es hinsichtlich des Gesundheitsschutzes zweckmäßig, sie in den ungarischen Gru ben zu verwenden.
32
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАШИН ЛХД С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ В ВЕНГЕРСКОЙ ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Л. БЕНКЕ Резюме Многие ожидают от погрузочно-транспортных машин с электроприводом такого же ко ренного изменения, как то, которое принесли с собой в подземную горную добычу дизельные машины ЛХД. В работе приводятся главные разновидности машин ЛХД с электроприводом, кратко описиваются их преимущества и недостатки. Подробно рассматриваются кабельные погрузочно-транспортные машины, исследуется их экономическая эффективность. Установ лено, что обычно их применение выгодно в меньшей степени, но в трудновентилируемых и теплых выемках, с точки зрения охраны труда, их применение на венгерских шахтах предс тавляется целессобразным.
33
