СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

THE CURRENT STATE AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF SINGLE-BUCKET EXCAVATORS

Vladimir Kulik

student, Department of Construction, Road Machinery and Hydraulic Systems, Irkutsk National Research Technical University,

Russia, Irkutsk

Sergey Stepantsov

student, Department of Construction, Road Machinery and Hydraulic Systems, Irkutsk National Research Technical University,

Russian, Irkutsk

Tatiana Bryanskikh

scientific supervisor, Senior Lecturer,

Irkutsk National Research Technical University,

Russia, Irkutsk

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрены пути повышения эффективности работы строительной и горнодобывающей техники через внедрение технических инноваций, таких как современные и автономные системы управления. Проанализированы существующие решения и предложены новые стратегии оптимизации процессов.

ABSTRACT

The paper considers ways to improve the efficiency of construction and mining equipment through the introduction of technical innovations, such as modern and autonomous control systems. The existing solutions are analyzed and new process optimization strategies are proposed.

Ключевые слова: одноковшовые экскаваторы, гидравлические системы, автоматизация.

Keywords: single-bucket excavators, hydraulic systems, automation.

Современные одноковшовые экскаваторы отличаются от своих предшественников усовершенствованными гидравлическими системами, повышенной манёвренностью и значительными возможностями автоматизации. Одним из ключевых направлений развития является внедрение систем управления на базе искусственного интеллекта и машинного обучения, которые позволяют операторам более точно выполнять задачи и сводить к минимуму человеческие ошибки. Также значительное внимание уделяется снижению вредного воздействия на окружающую среду за счет использования гибридных и электрических двигателей, а также материалов, подлежащих вторичной переработке.

В сфере проектирования и производства ожидается более широкое использование аддитивных технологий, в частности 3D-печати, для создания деталей с более сложной геометрией и улучшенными параметрами.

Текущая ситуация и тенденции в развитии гидравлических экскаваторов демонстрируют значительные преимущества по сравнению с их более традиционными аналогами. Во-первых, гидравлические экскаваторы обладают меньшим весом и стоимостью, что делает их более доступными и экономически выгодными для многих строительных проектов. Это обуславливает выбор именно этих машин для выполнения разнообразных задач, где легкость и мобильность являются ключевыми факторами. Существенных улучшений удалось достичь в отношении силовой составляющей, в частности, сила копания увеличена в полтора-два раза, что позволяет более эффективно справляться с плотными грунтами и скальными породами. Сокращение времени цикла работы и повышение теоретической производительности позволяет значительно увеличить оперативность выполнения задач, особенно в условиях, требующих быстрой реакции и высоких темпов выполнения работ. Ускоренные сроки монтажа также существенны, особенно на временных строительных площадках, где скорость развертывания техники может напрямую влиять на сроки завершения проекта. Ключевой особенностью гидравлических экскаваторов является их способность самостоятельно перемещать стрелу, рукоятку и ковш, что значительно расширяет рабочую зону машины [1].

Такая гибкость позволяет выполнять работы под разнообразными углами и на различной высоте от поверхности, что критически важно для сложных геологических условий. Классическая задача по выемке материала упрощается благодаря возможности вводить ковш в забой с максимальными усилиями, способствуя селективной выемке горной массы [2]. Перспективное развитие горнодобывающей отрасли во многом зависит от состояния и эффективности современных карьерных экскаваторов. Эти машины играют ключевую роль в обеспечении количественной оценки добычи полезных ископаемых, а их надежность влияет на общую производительность горнодобывающих предприятий. Одной из основных проблем при эксплуатации карьерных экскаваторов являются простои, которые могут возникать из-за различных условий эксплуатации. Эти условия оказывают значительное воздействие на техническое состояние машин и, как следствие, на их эффективность и экономические показатели предприятия в целом. Влияющие факторы формируют две основные группы: эргатические и природно-техногенные. Эргатические факторы включают в себя человеческий фактор, а природно-техногенные охватывают многие внешние условия, выходящие за рамки человеческого контроля, такие как особенности ландшафта, климатические условия и другие природные факторы. Исследования показывают, что именно природно-техногенные факторы оказывают наибольшее воздействие на эксплуатационные характеристики и срок службы экскаваторов. Чтобы противостоять негативным влияниям и снизить количество незапланированных простоев, предложен алгоритм комплексной оценки технического состояния экскаваторов. Этот алгоритм учитывает, как номинальные, так и фактические условия эксплуатации, подчеркивая важность анализа природно-техногенных факторов. Использование подобных аналитических программ позволяет горнодобывающим предприятиям предвидеть потенциальные проблемы и планировать мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту (ТО и Р) более эффективно. Такая проактивная стратегия минимизирует незапланированные простои, что в конечном итоге ведет к более эффективному и экономически выгодному использованию карьерных экскаваторов [3].

Современные карьерные комплексы, включающие в себя гидравлические одноковшовые экскаваторы и самосвалы, в настоящее время сталкиваются с различными вызовами, связанными с необходимостью увеличения объемов добычи и оптимизации производственного процесса. Всё это происходит на фоне стремительного развития технологий и усиления экологических требований. Гидравлические одноковшовые экскаваторы играют значимую роль благодаря своей высокой манёвренности и способности работать в сложных условиях, в то время как самосвалы обеспечивают быструю и безопасную транспортировку добытых материалов. Эффективная интеграция данных машин в одном комплексе позволяет значительно снизить затраты, связанные с перемещениями, и улучшить общий рабочий процесс. Перспективы развития данных комплексов напрямую связаны с внедрением новых технологий, таких как автоматизация и поддержка принятия решений на основе данных. Эти меры направлены на повышение точности и скорости выполнения производственных задач, минимизацию простоев и улучшение планирования. Исследования показывают, что оптимизация параметров экскаваторов и самосвалов, учитывающая специфические условия каждого карьерного поля, может привести к существенным улучшениям как в экономической эффективности, так и в сокращении влияния на окружающую среду [4].

На сегодняшний день технологии не стоят на месте, и отрасль активно исследует возможности, которые дают современные IT-системы для улучшения управления дорожно-строительной техникой. В этом контексте, ключевыми являются переход от стандартных систем к более сложным, оборудованным современными и даже автономными решениями. Существующие системы управления предлагают основные функции, однако, чтобы повысить общую производительность и безопасность, необходимы инновации в их построении и логике работы. Основное внимание в этом аспекте уделяется разработке новых блок-схем рабочих процессов. Эти схемы описывают, как стандартные машины могут быть преобразованы с применением современных систем управления, а также как могут выглядеть перспективные системы автономного управления. Последние, в свою очередь, предлагают значительное сокращение человеческого участия, что способствует минимизации ошибок и повышению точности выполнения операций. Определение направлений для дальнейших исследований охватывает несколько ключевых аспектов. Прежде всего, это разработка алгоритмов для автоматизированного принятия решений, интеграция машинного обучения для улучшения адаптивности управленческих систем и постоянного мониторинга и прогнозирования технического состояния машин. Эти шаги имеют потенциал для радикального изменения управления и эксплуатационных характеристик, уменьшая износ техники и увеличивая сроки её службы [5], открывая перспективы для дальнейших исследований и внедрения более устойчивых и экологически безопасных решений в индустрии.

Список литературы:

1. Панкратов Е. П., Панкратов О. Е. Оценка состояния парка строительной техники и проблемы повышения её инновационно-технического потенциала //Экономика строительства. – 2020. – №. 2 (62). – С. 3-14.
2. Сайдаминов И. А., Бобобеков О. К. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ //ББК 20 (60) М34. – 2020. – С. 187.
3. Иванов С. Л., Иванова П. В., Кувшинкин С. Ю. Оценка наработки карьерных экскаваторов перспективного модельного ряда в реальных условиях эксплуатации //Записки горного института. – 2020. – Т. 242. – С. 228-233.
4. Воронов А. Ю. и др. Оптимизация параметров экскаваторно-автомобильных комплексов разрезов //Горная промышленность. – 2022. – №. 5. – С. 92.
5. Сухарев Р. Ю. Анализ систем управления дорожно-строительных машин и направления дальнейшего развития //Образование. Транспорт. Инновации. Строительство. – 2022. – С. 98-104.