Лекция № 18 Технологические параметры механических лопат

Механические лопаты подразделяются на три основных типа: С – строительные, К – карьерные, В – вскрышные.

Универсальные экскаваторы строительного типа с ковшом емкостью 0.5 – 2 м³, дизельным или дизель-электрическим приводом, на гусеничном ходу применяются для выемки песчаных, мягких и мелкоразрушенных пород на карьерах производственной мощностью 0.5—2 млн. м³/год по горной массе, а также на более крупных карьерах при раздельной выемке маломощных залежей. Погрузка нижняя. Высота уступа до 6 – 8 м.

Карьерные механические лопаты с электрическим многодвигательным приводом, на гусеничном ходу применяются для выемки мягких и разрушенных пород любой кусковатости. Емкость ковшей 2 – 20 (до 25) м³. Высота уступа 6 -20 м. Применяются на карьерах любой производственной мощности. Выпускаются карьерные лопаты с гидравлическим приводом рабочего оборудования.

Наиболее распространена нижняя погрузка.

Для верхней погрузки предпочтительны карьерные лопаты с удлиненным рабочим оборудованием. При равном объеме ковша техническая производительность экскаватора с удлиненным оборудованием на 20 – 40% ниже, чем обычных лопат. Верхняя погрузка эффективна в тех случаях, когда в результате резкого улучшения транспортного обслуживания повышается эксплуатационная производительность экскаваторов, сокращаются затраты на транспортирование пород, улучшаются общие показатели горных работ карьера (скорость подвигания фронта, темп углубления и др.).

Механические лопаты вскрышного типа с ковшом емкостью до 100 м³ и более применяют для перевалки пород в выработанное пространство и реже (при емкости ковша Е до 15 м³) – для погрузки. Высота уступа 10 – 50 м.

Основные технологические параметры механических лопат: емкость ковша, рабочие параметры, габариты, преодолеваемый уклон, масса, удельное давление на грунт. К рабочим параметрам относится радиус и высота черпания и разгрузки, которые зависят от длины рукояти и стрелы, угла наклона последней, а также от положения мест черпания и разгрузки (рис. 18.1).

Рисунок 18.1 Схема забоя и рабочие параметры мехлопаты:

І, ІІ – зоны соответственно черпания и разгрузки

Радиус черпания Rч – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Различают максимальный радиус Rч max – при максимально вытянутой горизонтальной рукояти, минимальный радиус Rч min при подтянутой к гусеницам рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора, радиус черпания экскаватора на уровне установки Rч.у – максимальный радиус на уровне установки экскаватора, а также радиус черпания при максимальной его высоте RчН.

Высота черпания Нч -- вертикальное расстояние от уровня установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпании; максимальная высота черпания Нч max соответствует максимально поднятой рукояти. Различают также высоту черпания при максимальном его радиусе НчR и максимальную глубину черпания ниже горизонта установки экскаватора hч.

Радиус разгрузки Rр – горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до оси ковша при разгрузке; максимальный радиус разгруки Rр max соответствует максимально вытянутой горизонтальной рукояти.

Высота разгрузки Нр – вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки открытого днища ковша; максимальная высота разгрузки Нр max соответствует максимально поднятой рукояти.

Сфера рабочего действия экскаватора определяется радиусами и высотой черпания и разгрузки. При этом обычно угол наклона стрелы αс = 45°. У некоторых мехлопат угол αс может изменяться в пределах 30 - 50°. С увеличением αс увеличивается высота и уменьшаются радиусы действия экскаватора.

Габариты экскаватора определяются радиусом вращения задней части кузова Rк, высотой экскаватора Нэ – вертикальным расстоянием от горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части, высотой кузова экскаватора Нк.

Скорость движения мехлопат на гусеничном ходу составляет 0.2—1.1 м/с. Преодолеваемый подъем достигает 12° при массе экскаватора до 100 т и 7° для более крупных моделей.

Удельное давление экскаватора на грунт в момент наполнения ковша, поворота и разгрузки меняется в широком диапозоне и может превышать среднюю (паспортную) величину в 15 – 20 раз. Максимальное удельное давление не должно превышать несущей способности основания, которая изменяется от 0.2 МПа для мягкого песка до 0.5 – 0.6 МПа для плотной глины и 0.8 – 1 МПа для мергеля.

2. Выемка мягких и плотных пород карьерными мехлопатами

Наиболее рациональна выемка торцевым забоем при сквозной заходке, так как средний угол поворота экскаватора часто не превышает 90°, наиболее удобна подача транспортных сосудов под погрузку, минимальные простои из-за наращивания и перемещения транспортных коммуникаций.

При выемке фронтальным забоем средний угол поворота экскаватора возрастает до 110 - 140° и, кроме того, необходимы часты передвижки его из-за малой ширины забоя. Все это существенно снижает производительность экскаватора. Поэтому фронтальный забой применяют часто только при раздельной выемке мехлопатами в комплексе с автотранспортом.

Отличительной особенностью выемки мягких пород: постоянство высоты забоя, относительно легкие условия экскавации (по условиям копания, динамическим нагрузкам, ввиду отсутствия негабаритных кусков) и возможность применения ковшей увеличенной емкости.

Профиль забоя в мягких и плотных породах соответствует траектории движения ковша и имеет угол откоса 70 - 80°. Толщина срезаемых стружек составляет 0.2 – 1 м. При крутых траекториях, передвижках экскаватора по мере подвигания забоя на толщину одной-двух стружек (до 1 – 1.5 м – это длина забойного блока Р) и выборе определенного соотношения скоростей напора и подъема достигается рациональный режим черпания, исключающий трения лобовой стенки ковша о породу.

Высота забоя в мягких породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора во избежание образования нависей и козырьков. В сыпучих породах допускается увеличение высоты забоя до безопасного предела в зависимости от конкретных условий. Минимальная высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша экскаватора за одно черпание, составляет не менее 2/3 высоты напорного вала экскаватора.

Положение экскаватора относительно забоя и ширина заходки определяются экскавируемостью породы и видом применяемого транспорта. Минимальное расстояние между нижней бровкой забоя и экскаватором по условию черпания (см. рис. 18.1) составляет Rч min – 0.5 ℓх (0.5 Сх), где ℓх и Сх – соответственно длина и ширина хода, а по условию поворота машины Rк – 0.5 Сх + m, где m – зазор, равный 0.4 – 0.6 м. Чтобы избежать преждевременного износа и поломок рукояти, черпание обычно производят при радиусе Rч = (0.7 – 0.8) Rч max, а разгрузку – при Rр = (0.8 – 0.9) Rр max.

Часть массива, которую может отработать экскаватор с одного положения, изменяя радиус черпания от минимального до максимального, является зоной черпания. Фактически отрабатываемая с одного положения зона черпания называется забойным блоком. К призабойному пространству относятся площадка установки экскаватора и зона разгрузки, ограниченная максимальным и минимальным радиусами разгрузки экскаватора (см. рис. 18.1).

При железнодорожном транспорте могут применяться продольные и диагональные нормальные и узкие заходки. Продольные заходки одновременно являются и панелями. Обычно применяют нормальные заходки для сокращения числа переукладок забойного пути. Ширина нормальной заходки ограничивается радиусом черпания экскаватора на уровне стояния. Различают внутреннюю и внешнюю части торцевого забоя (заходки). Ширина внутренней части (рис. 18.2) ℓ₁ Rч.у. Ширина внешней части ℓ₂принимают из условия нормального заполнения ковша без выталкивания породы из забоя. Это достижимо, если угол поворота экскаватора в сторону выработанного пространства не превышает 45°; при этом ℓ₂ = 0.7 Rч.у. Ширина нормальной заходки Ан = 1.7Rч.у. Удаленную часть забоя часто отрабатывают с круговым поворотом экскаватора или с предварительной переэкскавацией породы в ближайшую часть забоя в период ожидания составов.

Рисунок 18.2 Схема к определению ширины нормальной заходки мехлопаты

При автомобильном транспорте применяют продольные заходки – панели или поперечные заходки. По ширине заходки могут быть нормальными (Ан = 1.7Rч.у), узкими (Ау < Ан) и широкими (Аш > Ан). Для подъезда автомашин может быть использовано выработанное пространство сбоку или позади экскаватора. Поскольку перенос и устройство забойных автодорог не требует больших затрат, а средний угол поворота экскаватора уменьшается и техническая производительность его увеличивается при сокращении ширины внутренней части забоя ℓ₁, часто применяют узкие заходки шириной Ау = (0.7—1)Rч.у и двухстороннюю погрузку автосамосвалов.

Погрузка мягких пород на конвейеры осуществляется через бункера-питатели, вместимость которых в 1.5 раза более превышает емкость ковша экскаватора. Распространены сквозные продольные нормальные заходки-панели, когда бункер-питатель располагается сбоку от забойного конвейера или над ним (рис. 18.3, а). При наличии у бункера-питателя консольного конвейера длиной ℓб панель включает две-три нормальные заходки шириной Ан, отрабатываемые между передвижками забойного конвейера (рис. 18.3, б). При использовании бункера-питателя с консольным конвейером панель может отрабатываться и одной широкой заходкой; экскаватором производится выемка серповидных полос при обходе бункера-питателя по дуге, близкой к 180° (рис. 18.3, в). Панель может включать и две-три продольные широкие заходки или шесть – девять нормальных заходок, если дополнительно между забойным конвейером и бункером-питателем с консольным конвейером устанавливается перегружатель. При отработке панелей поперечными нормальными (рис. 18.3, г) или широкими (рис. 18.3, д) заходками максимальная ширина панели также зависит от вида перегрузочного оборудования

Рисунок 18.3 Типовые схемы сквозных заходок при погрузке породы мехлопатой на конвейер: Ан – нормальная ширина заходки; Шп1............... Шп5 – ширина панелей; ℓп – длина поперечного конвейера

Все рассмотренные случаи увеличения ширины заходок и панелей принципиально возможны и при погрузке мехлопатами горной массы в средства железнодорожного транспорта через промежуточные бункера-питатели и конвейерные перегружатели.

Верхняя погрузка в торцевом забое сквозной заходки мехлопатой с удлиненным рабочим оборудованием чаще применяется при железнодорожном транспорте. Заходки обычно нормальные ширина их Ан определяется так же, как при нижней погрузке (рис. 18.4).

Рисунок 18.4 Схема забоя мехлопаты при верхней погрузке

Максимальная высота забоя:

- по условию использования максимальной высоты разгрузки

Ну = Нр max – hв – е, (18.1) где hв – высота транспортного сосуда, считая от кровли уступа, м; е – безопасный зазор между кузовом и ковшом в момент разгрузки, м ( е = 0.5—0.7 м);

- по условию полного использования радиуса разгрузки

Ну = (RрН – Rч.у – C) tg α, (18.2) где RрН – радиус разгрузки при максимальной ее высоте, м; С – безопасное расстояние от оси пути до верхней бровки уступа, м (С = 2.5 - 3 м и более); α – угол откоса уступа, градус.

В устойчивых породах когда α = 60--70°, высота уступа ограничивается высотой разгрузки, а в мягких породах – радиусом разгрузки. Иногда для увеличения высоты уступа целесообразно применять узкие заходки. Для этого уменьшают ширину внутренней части заходки (м) до величины

ℓ₁ = RрН – Ну ctgα – C (18.3)

При этом должно соблюдаться условие ℓ₁ Rк + m.

Тупиковые эксплуатационные заходки при железнодорожном транспорте применяют иногда при узких рабочих площадках, что не является нормальным. При автомобильном транспорте разворот автомашин может осуществляться в выработанном пространстве тупиковых широких заходок (Аш.т = 40—60 м); поэтому их довольно часто применяют в период разгона верхних уступов карьера после временной консервации, отгона нижнего уступа для нарезки следующего горизонта и т. д.

Тупиковые широкие заходки применяют и при конвейерном транспорте. Забойный конвейер устанавливают в выработанном пространстве заходки и по мере подвигания забоя периодически удлиняют с перемещением бункера-питателя. Широкие панели – широкой продольной заходки при использовании бункера-питателя без консоли (рис. 18.5, а), с консольным конвейером или перегружателем (рис. 18.5, б) определяется так же, как и при выемке широкими сквозными заходками.

Рисунок 18.5 Схемы тупиковых широких заходок при выемке мягких пород мехлопатой с погрузкой на конвейер:

Аш – ширина широкой заходки; Шп – ширина панели; ℓб – длина консоли

Траншейный забой является разновидностью торцового забоя при проведении траншей (рис. 18.6). При любом виде транспорта в сквозной либо тупиковых заходках по условиям экскавации нормальная ширина траншейного забоя Ау. тр = 2Rч.у, а минимальная ширина узкого забоя Ау.тр = 2(Rк + m). Фактическая возможная ширина траншей определяется с учетом размещения транспортного оборудования.