Производительность мехлопат

Паспортная производительность мехлопат Qп определяемая по формуле (14.4), соответствует:

- высоте забоя, равной высоте напорного вала Нн экскаватора [Hн = (0.7 – 0.75) Hч max], углу поворота машины в плане 90° и разгрузке породы в отвал;

- непрерывной выемке (без учета перемещения машины) расчетной (паспортной) породы, показатель трудности экскавации которой Пэ.л – равен паспортному показателю Пэ.п для конкретного типоразмера экскаватора (таблица 20.1);

- максимальному совмещению и непрерывному чередованию рабочих операций.

Техническая производительность наиболее просто определяется по формуле (14.5). Процесс работы одноковшового экскаватора включает три основные операции: черпание породы (продолжительностью tч) поворот ковша от забоя к месту разгрузки и обратно (tп) и разгрузку ковша (tр). Продолжительность цикла экскавации при условии совмещения вспомогательных операций (опускание ковша для черпания и разгрузки, подтягивание и выдвижение рукояти, срабатывания механизма открывания днища ковша и др.) с основными

Тц = tч + tп + tр = tч + tп.р, (20.10) где tп.р – суммарная продолжительность поворотно-разгрузочных операций, с.

Выемка мехлопатами при соотношении фактического Пэ.л и паспортного Пэ.п показателей трудности экскавации пород в пределах Пэ.п < Пэ.л (2.8 – 3.2) Пэ.п происходит при увеличении подъемного усилия без уменьшения толщины стружки (реза). В этих условиях минимальная фактическая продолжительность черпания (с)

tч = (Пэ.л/Пэ.п) tч.п Кр, (20.11) где tч.п – паспортная продолжительность черпания породы, с ( см. таблицу 20.1); Кр – средневзвешенный коэффициент разрыхления породы в развале ( при выемке из массива Кр = 1).

При коэффициенте разрыхления разрушенных пород в развале Кр 1.3 – 1.4 сопротивление копанию зависит в основном от кусковатости пород. Продолжительность черпания мехлопат (с) в этих условиях может быть приближенно определено по эмпирическим формулам:

- карьерных

tч 194d²ср/Е + Е/ (0.11 Е + 0.6); (20.12)

Таблица 20.1 Показатели, характеризующие паспортную производительность мехлопат

Показатели	Емкость ковша, м3, мехлопат
Карьерных	С удлиненным оборудованием	Вскрышных
до 2	3 -5	8 – 12.5	16 - 20	до 2	3 -5	6 -8	10 - 20	30 - 50	80 - 100	более 100
Продолжительность черпания tч. п , мин Продолжительность поворота tпр. п , с Продолжительность рабочего цикла Тц.п, с Конструктивно-расчетное число циклов минуту n`п Паспортный показатель трудности экскавации пород Пэ. П Коэффициент влияния типоразмера мехлопаты Ктр	6 – 8     20 – 22   3 -2.75     5 – 5.52	8 -9   15 – 16   23 – 25   2.6 – 2.4     5.4 – 6	9 – 10   19 – 22   28 – 32   2.15 – 1.9     6.2 – 6.5	10 – 12     32 – 34   1.9 – 1.75     6.8 – 7	10 -12   14 – 15   24 – 27   2.5 – 2.2     2.6 – 4	13 – 14   16 – 19   29 – 33   2.05 –1.8     4.2 –4.6	12 -18   19 – 22   31 – 40   1.9 – 1.5     4.8 – 5.2	17 -20   28 – 30   45 – 50   1.33 – 1.2     5.6 – 6	20 – 23   30 – 32   50 – 55   1.2 –1.09     6.5 – 7	1.09     7.5 - 8	1.09     8.5 -9

В числителе приведены данные, соответствующие производительности мехлопат при выемке из массива, в знаменателе – при выемке разрушенных пород

вскрышных

tч = 260d²cр/Е + Е/(0.1 Е + 0.6); (20.13) где d²cр – средний размер куска взорванной породы в развале, м; Е – емкость ковша мехлопаты, м³.

Чем больше емкость ковша экскаватора, тем меньше влияние кусковатости пород (и в целом ее экскавируемости) на продолжительность черпания. Однако и для всех крупных мехлопат увеличение dcр c 15 – 30 до 150 см ведет к кратному увеличению значения tч. Минимальная величина tч min ограничивается конструктивно возможной скоростью подъема ковша. Вместе с тем для конкретного экскаватора чрезмерное сокращение tч, полученное за счет уменьшение отношения Пэ.л/Пэ.п, не является достоинством и обычно указывает на недостаточную емкость ковша для экскавации данной породы. При одновременном использовании значений Е и tч (с учетом вместимости транспортных средств и износа рабочего оборудования) можно правильно выбрать емкость сменного ковша экскаватора, обеспечивающего наибольшую его производительность при выемке конкретной породы.

Продолжительность поворотов ориентировочно может быть определена по формуле (с)

tп = tпр.п п (20.14) где tпр.п – паспортная продолжительность операции поворота экскаватора (см. таблицу 20.1); п – действительный и паспортный угол поворота экскаватора соответственно, градус.

Средний угол поворота измеряется между центром тяжести забойного блока и точкой разгрузки. Уменьшение угла на 15° позволяет увеличить производительность экскаватора примерно на 10%. Это уменьшение достигается: сокращением ширины забоя (целесообразно при использовании автотранспорта); рациональной установке автомашин под погрузку; при разгрузке а отвал – формирование его наклонными слоями, начиная от внутренней бровки.

Продолжительность разгрузки ковша мехлопаты tр в транспортные сосуды при соотношении их вместимости Vт и емкости ковша экскаватора Vт:: Е 3 – 4 зависит в основном от типа экскавируемых пород (таблица 20.2). При Vт:: Е 3 – 4 время разгрузки ковша увеличивается за счет его остановки и наводки над кузовом. Среднее время разгрузки разрушенных пород из ковша в транспортные сосуды может приниматься равным 2.5 – 3 с.

Таблица 20.2 - Продолжительность операции разгрузки ковша мехлопаты в транспортные сосуды

Емкость ковша мехлопаты, м3	Продолжительность разгрузки ковша, с, при породах	Продолжительность включения и срабатывания механизма открывания днища, с
сыпучих и разрушенных (dср 0,4 )	глинистых средней влажности и разрушенных (dср≥ 0,4 )	глинистых вязких
До 0,5   0,75 - 2,5   3-8   12-35	0,5   0,6   0,8	1,1   1,3   1,6   1,9	3,4 - 4,2   4 - 4,5   4,3 – 5   5,3 – 5,8	0,7 – 0,8   0,9 – 1,1   1,4 – 1,5   1,7 – 1,9

Коэффициенты разрыхления пород в ковше, наполнения ковша и экскавации зависят от свойств экскавируемых пород, емкости и формы ковша, квалификации машиниста экскаватора и других факторов. При выемке из массива сыпучих, мягких и плотных пород средние значения этих коэффициентов определяются в основном типом породы (таблица 20.3).

Таблица 20.3 Средние значения коэффициентов разрыхления породы в ковше, наполнения ковша и экскавации при выемке пород из массива

Породы
Пески легкие супеси   Неуплотненные мягкие породы и гравий крупностью до 15 мм   Уплотненные мягкие породы, гравий   Малопрочные и плотные породы   Плотные породы средней прочности   Прочные плотные породы	1,08 – 1,17   1,15 – 1,3     1,25 – 1,35   1,3 – 1,4   1,35 – 1,45   1,4 – 1,5	1,1 – 1,0   1,0 – 0,9     1,0 – 0,8   0,85 – 0,75   0,8 – 0,7   0,75 – 0,65	0,95   0,85     0,75   0,65   0,60   0,55

При выемке разрушенных пород значения коэффициентов Кр.к, Кн.к и Кэ зависят в основном от кусковатости пород в развале и геометрических размеров ковша ( таблицы 20.4 и 20.5). Так как негабаритные куски (dн > 0.8 ) не экскавируются, при определенной величине Кр.к следует различать кусковатость всей взорванной породы и ее габаритной части, характеризуемую соответственно диаметрами среднего куска dср и d`ср. При dср 0.4 имеет место равенство d`ср. = dср, а при dср 0.4 следует принимать d`ср .= dср вследствии появления негабаритных фракций. Максимальна величина среднего габаритного куска (м)

d`ср max 0.7dн 0.525 . (20.15)

Таблица 20.4 - Среднее значение коэффициентов разрыхления пород в ковше

при выемке разрушенных пород одноковшовыми экскаваторами.

Емкость ковша Экскаватора,м3	Значение коэффициентов при средних размеров кусков , см
	1,35	1,4	1,53	1,65	1,82	1,95		2,05	-	-	-
	1,34	1,38	1,48	1,6	1,75	1,86	1,95		2,03	-	-
	1,33	1,36	1,43	1,53	1,65	1,72	1,90	1,96	2,01	2,05	-
	1,32	1,35	1,42	1,5	1,6	1,72	1,83	1,91	1,99	2,02	2,05
12,5	1,31	1,34	1,4	1,46	1,55	1,66	1,77	1,86	1,95	2,0	2,03
	1,31	1,33	1,39	1,44	1,52	1,63	1,74	1,82	1,92	1,99	2,02
	1,3	1,32	1,37	1,42	1,49	1,58	1,68	1,78	1,86	1,93	1,99
	1,3	1,32	1,35	1,4	1,46	1,54	1,64	1,74	1,82	1,89	1,95
	1,3	1,31	1,33	1,39	1,43	1,5	1,58	1,66	1,74	1,81	1,87
	1,3	1,31	1,33	1,38	1,42	1,48	1,55	1,62	1,71	1,78	1,84
	1,3	1,31	1,33	1,37	1,41	1,46	1,52	1,58	1,66	1,74	1,79
	1,3	1,31	1,32	1,34	1,38	1,41	1,45	1,56	1,5	1,62	1,69

Таблица 20.5 - Среднее значение коэффициентов разрыхления пород в ковше

при выемке разрушенных пород одноковшовыми экскаваторами.

Емкость ковша Экскаватора,м3	Значение коэффициентов при средних размеров кусков , см
	1,35	1,4	1,53	1,65	1,82	1,95		2,05	-	-	-
	1,34	1,38	1,48	1,6	1,75	1,86	1,95		2,03	-	-
	1,33	1,36	1,43	1,53	1,65	1,72	1,90	1,96	2,01	2,05	-
	1,32	1,35	1,42	1,5	1,6	1,72	1,83	1,91	1,99	2,02	2,05
12,5	1,31	1,34	1,4	1,46	1,55	1,66	1,77	1,86	1,95	2,0	2,03
	1,31	1,33	1,39	1,44	1,52	1,63	1,74	1,82	1,92	1,99	2,02
	1,3	1,32	1,37	1,42	1,49	1,58	1,68	1,78	1,86	1,93	1,99
	1,3	1,32	1,35	1,4	1,46	1,54	1,64	1,74	1,82	1,89	1,95
	1,3	1,31	1,33	1,39	1,43	1,5	1,58	1,66	1,74	1,81	1,87
	1,3	1,31	1,33	1,38	1,42	1,48	1,55	1,62	1,71	1,78	1,84
	1,3	1,31	1,33	1,37	1,41	1,46	1,52	1,58	1,66	1,74	1,79
	1,3	1,31	1,32	1,34	1,38	1,41	1,45	1,56	1,5	1,62	1,69

Рост dср происходит в основном за счет увеличения содержания в развале негабаритных фракций.

С увеличением dср весьма существенно возрастает Кр.к (см. таблицу 20.5) причем не только для экскаваторов с малой емкостью ковша. Даже при Е = 50 – 80 м³ с увеличением dср от 15 до 165 см Кр.к возрастает в 1.3 – 1.35 раза. С увеличением кусковатости разрушенных пород коэффициент наполнения ковша (см. таблицу 20.6), а следовательно и коэффициент экскавации интенсивно уменьшается, особенно при небольшой емкости ковша.

Таблица 20.6 - Среднее значение коэффициента наклонения ковша

мехлопат и драглайнов при выемке разрушенных пород

Емкость ковша Экскаватора,м3	Значение коэффициентов при средних размеров кусков ,см
								-	-	-
									-	-
										-
12,5

• - В числителе приведены значения Кн.к при выемке пород мехлопатами, в знаменателе – драглайнами.

Высота забоя (м), достаточна для максимального наполнения ковша (до Кн max),

Нз.н = Е Кн max Кр/(bt Kр.к), (20.16) где b и t – соответственно ширина и толщина стружки (реза), м.

Коэффициент влияния технологии выемки выражается в виде

Кт.в =Тв/(Тв + Твсп), (20.17) где Тв – время основной работы (выемочно-погрузочных операций) в пределах забойного блока, с; Твсп – суммарное время вспомогательных операций экскаватора при отработке одного забойного блока, с.

Время основной работы

Тв = ц = Vэ.бТц/(ЕКэ), (20.18) где Vэ.б – объем забойного блока, м³.

Объем забойного блока определяется средней высотой забоя (уступа, развала) Нз шириной забоя (заходки) А и длиной забойного блока Р = .

Vз.б = Нз А Р, (20.19)

При выемке мехлопатами длина забойного блока Р составляет 30 – 40% длины хода рукояти, измеряясь в пределах 0.5 – 8 м, и в среднем развала 0.8 – 1.2; 1.5 – 2 и 4 – 6 м соответственно для мехлопат строительного, карьерного и вскрышного типа .

Вспомогательные операции, продолжительность которых учитывается величиной Твсп, заключаются в перемещении экскаватора в процессе отработки заходки, откидывании негабаритных кусков, сортировки и др.

Расстояние перемещения экскаватора обычно равно длине забойного блока Р. Продолжительность перемещения измеряется от15 до 40 с у карьерных и от 1 до 3 мин у вскрышных машин.

Время перекидки негабаритных породных кусков зависит от кусковатоватости взорванной породы и типа экскаватора. В целом величина Твсп может приниматься согласно нормативным данным. При приближенных расчетах технической производительности мехлопат можно пользоваться значениями Кт.в представленными в таблице 20.7. При подготовке перемещения экскаватора (устройство настилов различного типов) Кт.в = 0.7 – 0.8. Если вспомогательные операции полностью совмещаются с обменом транспортных средств в забое, значение коэффициента Кт.в не учитывается при определении величины Qт.

Таблица 20.7 Расчетные значения коэффициента Кт.в

Эффективная производительность мехлопат при выемке разрушенных пород определяется по формуле (17.7). При этом коэффициент п характеризует различную трудность экскавации разрушенных пород в нижней части развала при подработке забоя и после его обрушения (в следствии различной связности пород до и после обрушения). Величина его определяется по формуле

п = ( о + 1)/(1/Qт1 + о /Qт2) , (20.20) где о – показатель обрушения разрушенных пород (см. таблицу 20.8); Qт1 и Qт2 – техническая производительность экскаватора соответственно по подрабатываемой и обрушенной породам, м³ /ч.

Таблица 20.8 Среднее значение показателей обрушения взорванных пород

(На = 10 -15 м, dср = 0.25 – 0.35 м)

Породы	о	Удельный вес обрушения Vо/(Vо + Vп), %	Угол откоса забоя (развала) аа, градус
Сыпучие (Кр = 1.5) равномерной кусковатости Связно-сыпучие неравномерно разрыхленные (Кр = 1.2 – 1.35) Связные неравномерно разрыхленные (Кр = 1.02 – 1.1	4.0     1.8   0.22

При определении величины Qт1 действительный показатель трудности экскавации породы Пэ.л устанавливается с учетом величины Кр в нижней части развала, а при определении величины Qт2 – с учетом величины Кр для сыпучих пород (Кр = 1.4 – 1.5).

При выемки пород из массива эффективную производительность мехлопат (м³ /ч) целесообразно определять по формуле

Qэф = (3600 Е/Тц) Кн.к/Кр.к)Кт.в Кпот Ку Ктр, (20.21)

В этом случае действительная трудность экскавации пород учитывается в продолжительности рабочего цикла Тц при определении времени черпания tч по формуле (20.11). При отработке уступа, сложенного разнопрочными породами, в числителе формулы (20.11) вместо показателя трудности экскавации одной породы Пэ.л фигурирует средний по забою показатель трудности экскавации пород Пэ.л.ср,

при горизонтальном залегании разнопрочных породных слоев

Пэ.л.ср = Пэ.лi/Ну; (20.22)

при сложном залегании пород разной прочности

Пэ.л.ср = I Пэ.лi , (20.23)

где Ну – высота отрабатываемого уступа, м; hi – мощность i-го однородного слоя породы в пределах уступа, м ( = Ну); Пэ.лi – действительный показатель трудности экскавации i-й породы; I – удельное содержание в пределах забойного блока i-ой породы %.

Коэффициент потерь экскавируемой породы Кпот = 0.98 – 0.99. Величина коэффициента управления Ку зависит от порядка отработки забоя, квалификации машиниста, наличия средств контроля и автоматики. В среднем Ку = 0.92 – 0.98.

При колесных видах транспорта Ктр = о ( о – коэффициент обеспечения забоя порожняком).

Для сокращения времени длительности цикла черпания в мягких породах производят с максимальными скоростями подъемного и напорного движения при полусвободной схеме копания. Стружки вынимают последовательно в направлении от внешней части забоя к внутренней. В разрушенных породах применяют блокированную схему черпания, а в плотных породах – комбинированную, когда отдельные резы выполняют по блокированной схеме, а оставшиеся выступы между ними срезают по свободной схеме. Это сокращает общую продолжительность отработки забойного блока.

В интервале высоты забоя, влияем на наполнение ковша [см. формулу (20.16)], возможно повторное черпание, целесообразность которого определяется условием

Тц/Кн.к > (Tц + t`ч + tо.к)/К`н.к (20.24) где Тц – длительность рабочего цикла при однократном черпании, с; Кн.к и К`н.к коэффициенты наполнения ковша соответственно при одно- и двухкратном черпании; t`ч и tо.к – соответственно время повторного черпания и опускания ковша к подошве забоя, с.

Сокращение продолжительности цикла достигается также рациональной установкой экскаватора в забое, обеспечивающей как эффективность черпания, так и минимум передвижек и наименьшие углы поворота при разгрузке, совмещением поворота и разгрузки, дополнительным разрыхлением породы в период обмена транспортных средств и созданием навала ее у подошвы забоя, перемещением из внутренней части забоя к внешней и сортировкой негабарита.