Лекция № 21 Технологические параметры драглайнов

Основные рабочие параметры драглайнов (рис. 21.1): Rч и Rр – радиусы соответственно черпания и разгрузки, определяемые длиной стрелы и углом ее наклона; Rч.з – радиус черпания с забросом ковша [дальность заброса зависит от модели драглайна и опыта машиниста и достигает ¼ длины стрелы ( 2.5 – 15 м); отклонение подъемного каната от вертикали при забросе ковша составляет 15 - 20°]; Rч.у – радиус черпания на уровне установки драглайна; Нч – глубина черпания, зависящая от длины и угла наклона стрелы, располжения драглайна в забое, экскавируемой породы, длины канатов и квалификации машиниста; Нр – высота разгрузки, определяемая длиной стрелы и углом ее наклона; Rк – радиус вращения кузова драглайна; Нэ и Нк соответственно высота верхней стойки и кузова драглайна.

Рисунок 21.1 Основные рабочие параметры драглайна

Наклон стрелы драглайна составляет 20 - 35°; как у мехлопаты, он может изменяться с соответствующим изменением рабочих параметров. Ход мощных драглайнов – шагающий, у малых моделей – гусеничный; преодолеваемый ими уклон до 7°. Удельное давление на грунт 0.1 – 0.2 МПа.

Драглайны обычно применяют для экскавации мягких пород. Драглайнами с ковшами емкостью 10 м³ и более успешно экскавируют мелко- и средневзорванные породы. Применение их при крупновзорванных породах приводит к недостаточному наполнению ковша, быстрому износу ковша и тягового каната.

В СНГ драглайны составляют около 20 % парка одноковшовых экскаваторов, и с их применением выполняется около 20 % объемов горных и земляных работ.

2. Забои драглайнов

Основной тип забоя драглайна – торцовый. Возможные параметры забоя зависят от места расположения драглайна и связанного с этим способа черпания.

При выемке нижним черпанием драглайн располагается на кровле уступа (развала) вне призмы возможного обрушения (рис. 21.2, а). С учетом этого, паспортной глубины черпания и угла откоса определяется возможная высота забоя. Профиль забоя драглайна в массиве криволинейный в соответствии с траекторией движения ковша, а в развале близок к прямолинейному вследствие периодического осыпания породы.

При расположении драглайна на подошве уступа и выемки верхним черпанием (рис. 21.2, б) угол откоса забоя аз для предотвращения скольжения и обеспечения наполнения ковша не должен превышать 20 - 25°. Высота забоя (уступа) Ну.в должна быть не более 0.8 Нр (Нр – высота разгрузки) для предотвращения работы в режиме стопорения. Обычно Ну.в = (0.6 – 0.7) Нр. Верхнее черпание эффективно только у драглайнов с ковшами емкостью 10 – 15 м³ и более. Однако у них производительность при Ну.в > 0.4 Нр ниже, чем при нижнем черпании.

Мощный драглайн может располагаться и на промежуточной площадке, отрабатывая две заходки подуступов верхним и нижним черпанием (рис. 21,2, в) при их высоте Ну.в и Ну.н.

Рисунок 21.2 Схема торцевых забоев драглайна в сплошной заходке при нижнем, верхнем и комбинированном черпании.

Рисунок 21.3 Схемы выемки и погрузки породы драглайнами в транспортные средства:

1, 2, 3. 4, - соответственно оси драглайна, транспортных средств, навала и перегружателя; z – берма безопасности ; L₁ и L₂ – радиусы разгрузки экскаватора.

Максимальная ширина заходки драглайна (см. рис. 21.2, а)

Аmax = Rч (sin ₁ + sin ₂), (21.1) где ₁ и ₂ – углы разворота экскаватора от его оси при черпании, не превышающие 30 - 45°.

Обычно ₁ = 0, общий угол поворота драглайна для разгрузки составляет 45 - 90°. В этом случае расчетная ширина заходки А = Rчsin и для различных типов драглайнов составляет:

Драглайн ЭШ - 4/40 ЭШ – 5/45 ЭШ – 6/60

А, м ............................................ 23 23 29

Драглайн ЭШ – 10/70А ЭШ – 14/75 ЭШ – 20/90

А, м ............................................ 33 36 42

Драглайны с ковшами емкостью 6 – 10 м³ применяют и для погрузки породы в транспортные средства (рис. 21.3, а).

Выемка мягких пород может производится мощными драглайнами (Е = 8 – 20 м³) нижним черпанием с разгрузкой в насыпь (навал) на кровле уступа, откуда погрузку породы в транспортные средства ведут мехлопатами (рис. 21.3, б). При этом должно соблюдаться соотношение

Rр А – 0.5 Сх + ℓо, (21.2) где Сх – ширина хода драглайна, м; ℓо – заложение откоса навала породы на кровле уступа, м;

ℓо = ; (21.3) - угол откоса навала, градус.

Если радиус разгрузки драглайна Rр недостаточен для соблюдения условия (21.2) необходимо уменьшить объем вскрышной заходки, обычно за счет уменьшения ее ширины.

При наличии бункера-перегружателя мощные драглайны могут вести погрузку на конвейер, в железнодорожные вагоны или средства гидротранпорта (рис. 21.3, в).

В рассмотренных примерах выемочно-погрузочных работ драглайн отрабатывает нормальные или узкие сквозные продольные заходки-панели. Увеличение ширины панели и уменьшение числа передвижек транспортных коммуникаций вдоль фронта уступа, как и при работе мехлопат, возможно путем установки промежуточных бункеров-питателей с консольными конвейерами и отдельных конвейерных перегружателей. В зависимости от их установки и порядка работы драглайна панели могут отрабатываться одной или несколькими нормальными или широкими сквозными продольными заходками, сквозными поперечными заходками или тупиковыми продольными широкими заходками. При выемке нижним черпанием забойные конвейеры, бункера-питатели и перегружатели могут устанавливаться как на верхней, так и на нижней площадке уступа. В первом случае возможная ширина панели увеличивается.

При выемке драглайнами в подводных забоях песчаных и песчано-гравийных пород уменьшается угол откоса забоя аз и следовательно возможная его высота, а также интенсивно обрушается надводная часть забоя, что обуславливает частые передвижки экскаватора. Для увеличения наполнения применяют перфорированные ковши с отверстиями диаметром 25 – 35 мм.

3. Выемка с перевалкой пород в выработанное пространство

При выемке и перевалки вскрышных пород в выработанное пространство драглайн может быть установлен (рис. 21.4): на кровле пласта (выемка только верхним черпанием); на промежуточной площадке вскрышного уступа (разработка с одной точки стояния нижнего и верхнего подуступов соответственно нижним и верхним черпанием); на верхней площадке вскрышного уступа (выемка только нижним черпанием); на временном отвале.

Во всех случаях приемная способность отвальной заходки (высота отвала) ограничивается радиусом разгрузки драглайна, а не ее высотой. Поэтому для увеличения возможной высоты вскрышного уступа драглайн стремятся установить возможно ближе к выработанному пространству. Для первых трех схем радиус разгрузки Rр условно можно разделить на две части, перекрывающие забойную сторону Rр.з и отвальную Rр.о.

Для первой схемы характерно минимальное значение Rр.з. и максимальное значение Rр.о (м) (рис. 21.4, а)

Rр.з min = 0.5 Сх + а + h ctgау; (21.4)

Rр.о max = Rр – 0.5Сх – а – hctgау. (21.5)

Схема позволяет иметь широкие вскрышные заходки и свободную полосу Б между нижними бровками добычного уступа и отвала. Высота вскрышного уступа по приемной способности отвальной заходки

Ну = (Rр – 0.5 Сх – а – h ctgaу – Б – 0.25 А) tg . (21.6)

Величина Нв не должна превышать высоты верхнего черпания драглайна. Схеме присущи те же недостатки, что и при выемки драглайном верхним черпанием, и она приемлема только при мощных драглайнах.

 

Рисунок 21.4 Схемы выемки и перевалки породы драглайном в торцевых забоях сквозных заходок:

Но – высота отвала; z₁, z₂ –ширина полосы безопасности; а – ширина резервной полосы; Нв.в и Нв.н – высота соответственно верхнего и нижнего подуступов; - угол откоса вскрышного уступа; ау и у –углы устойчивого откоса соответственно добычного и вскрышного уступов.

Вторая схема (рис. 21.4, б) позволяет увеличить высоту вскрышного уступа, однако при этом сокращается Rр.о, а следовательно, и емкость внутреннего отвала. Высота верхнего подуступа Нв.в непревышает (0.5 -0.7) Нр. Правильным разделением вскрышного уступа на верхний и нижний подуступы высотой Нв.в и Нв.н можно обеспечить раздельную выемку пород и отсыпку в основание отвала менее глинистых фракций.

Для этой схемы

Rр.о max = Rр – 0.5 Сх – 2а – Нв.н ctg у – h ctgaу, (21.7)

Возможная высота вскрышного уступа

Нв = (Rр – 0.5Сх – 2а – hctgaу – Б – 0.25 А + Нв.в ctg у): (Кр ctg + ctg у (21.8)

Для увеличения высоты верхнего уступа ликвидируется полоса Б, уменьшается ширина заходки, а величина Нв.н подбирается так, чтобы полностью использовать возможности верхнего черпания при соблюдении условия Нв = Нв.н + Нв.в.

При третьей схеме (рис. 21.4, в) исключается недостаточно эффективное верхнее черпание, однако величина Rр.о становится минимальной, сокращается или исключается свободная полоса Б, уменьшается ширина заходок и возможная высота вскрышного уступа.

Нв = (Rр – 0.5 Сх – 2а – h ctgaу – 0.25 А/(Кр ctg + ctg у) (21.8)

Мощность вскрыши при этой схеме не должна превышать глубины черпания драглайна (Hв < Hч).

Ширина заходки А определяется рабочими параметрами драглайна (см. п. 21.2).

Минимальная ширина заходки Аmin = 0.5Cх. Во всех рассмотренных схемах транспортные коммуникации для перевозок полезного ископаемого располагаются на почве залежи (в составе полосы Б) или на ее кровле. Во втором случае берма между вскрышным и добычным уступами увеличивается на ширину транспортной полосы bт.

Если породу из вскрышной заходки невозможно разместить в ближайшей отвальной заходке из-за недостаточного радиуса разгрузки экскаватора или превышения допустимой высоты одноярусного отвала, производят вторичную перевалку (переэкскавацию) части породы из отвала. При этом часто применяют схему с установкой драглайна на временном отвале (рис. 21.4, г), порода в которой отсыпается, а затем переэкскавируются в постоянный отвал одним выемочным драглайном.

 

4. Производительность драглайнов

Паспортная, техническая и эффективная производительность драглайнов определяется по методикам, аналогичным для мехлоапт (см. 20.2).

Паспортная производительность Qп соответствует выемке расчетной по экскавируемости породы (таблица 21.1) при угле поворота драглайна 135°, роазгрузке в отвал и паспортной глубине черпания.

Таблица 21.1 Показатели, характеризующие паспортную производительность драглайна

Показатели	Емкость ковша экскаватора, м3
4 -6	10 - 12	20 - 30	50 - 100
Продолжительность черпания (наполнения ковша) tч.п c Продолжительность поворота tпр. п (угол поворота 135°), с Продолжительность рабочего цикла Тц.п, с Конструктивно-расчетное число циклов в минуту nп Паспортный показатель трудности экскавации пород Пэ.п Коэффициент влияния типоразмера драглайна Ктр	15 -18   30 – 42   45 – 60   1 – 1.32   3 – 3.5	4 – 4.5   0.95 – 0.9	0.92   4.8 – 5.2   0.85 – 0.75	0.92   5.5 – 6   0.7 – 0.6

При определении технической производительности драглайна минимальная фактическая длительность черпания, как и у мехлпат, зависит от сопротивления породы копанию (см. формулу 20.11); которое определяет скорость движения ковша и допустимую толщину стружек, регулируемую изменением длины разгрузочного каната и места крепления тяговых цепей. Паспортные производительность черпания tч.п и показатели трудности экскавации Пэ.п драглайнов приведены в таблице 21.1. Действительный показатель трудности экскавации породы драглайном Пэ.д = Пэ Кв Ктр (см. таблицу 13.2 и 21.1).

При выемке сыпучих разрушенных пород (Кр > 1.4) время черпания (с) может быть определено по эмпирической формуле

tч 450 d²ср/Е + Е/(0.9Е + 0.6), (21.9) где dср – средний размер куска взорванной породы, м; Е – емкость ковша драглайна, м³.

Минимальная фактическая продолжительность (с) одностороннего поворота драглайна

tп.о ( 0.5 + 2.5/Е) , (21.10) где - угол поворота драглайна на разгрузку, градус.

Средний угол поворота определяется конкретной схемой работы драглайна и изменяется от 45 - 75° при проведении траншей с двухсторонней отсыпкой до 170° при выемке продольным забоем.

При полном совмещении операций поворота на разгрузку и подъема ковша (tп.о tпод) общая продолжительность поворотов драглайна tп = 2tп.о и может быть определена по формуле (20.14). При малом угле поворота драглайна время подъема ковша на разгрузку tпод превышает время поворота экскаватора. В этом случае продолжительность цикла драглайна

Тц = tч + tпод + tп.о + tр (21.11)

Время подъема ковша драглайна на разгрузку (с) t (0.35 + 5) Н/ . (21.12)

Высота подъема ковша Нпод определяется максимальной высотой разгрузки драглайна Нр. max высотой забоя Нз углом его откоса аз (аз 30°), а также длиной участка черпания ℓч:

Нпод = Нр. max + Нз - ℓч sina₃. (21.13)

Максимальная длина участка черпания (всего забоя)

ℓч.max Lс cos /cos - ℓц (21.14) где Lс и ℓц – соответственно длина стрелы и тяговых цепей драглайна, м; - угол наклона стрелы драглайна, градус.

Действительная длина черпания драглайна определяется по формуле, аналогичной (20.16); ширина стружки чаще всего равна ширине ковша. В разрушенных породах

ℓч (5 + 100 . (21.15)

Разгрузка ковша драглайна в отвал при экскавации сыпучих, легких и средних глинистых и разрушенных пород при dср 0.4 может быть полностью совмещена с поворотом экскаватора. Разгрузка же в отвал вязких глинистых и крупновзорваных пород лишь частично совмещается с поворотом драглайна, tр 2 c. Во время разгрузки в транспортные сосуды, связанной с остановкой и опусканием ковша драглайна, при Vт : E 4 – 5 зависит от типа экскавируемых пород и емкости ковша (таблица 21.2).

Таблица 21.2 Продолжительность разгрузки ковша драглайна в транспортные сосуды

Емкость ковша, м3	Продолжительность разгрузки, с, при экскавируемых породах
сыпучих	Мягких	смешанных	разрушенных
супеси и суглинки	тяжелые вязкие глины	dср 0.4	dср > 0.4
0.1 – 1.5 2 – 4 6 -8	0.5 1.5	1.5 1.8 2.8	4.8 – 5.8 5.5 – 6.8 6.5 - 8	2.8 – 3 3.1 – 3.4 3.3 – 3.6	2.4 2.6	2.5 3.6 3.8

 

Величина коэффициента разрыхления породы в ковше при выемке из массива определяется по данным таблицы 20.3. Коэффициент наполнения ковша драглайна при выемке различных пород из массива составляет:

Пески и легкие супеси ......................................................................................................... 1.05 – 0.9

Неуплотненные мягкие породы ......................................................................................... 0.9 – 0.7

Уплотненные мягкие породы ............................................................................................ 0.9 – 0.6

Плотны и вязкие глинистые породы ................................................................................. 0.7 – 0.4

Экскавируемые драглайнами разрушенные породы характеризуются высокой степенью разрыхления в развале (Кр 1.3 – 1.4). В этих условиях коэффициенты разрыхления породы в ковше и наполнения ковша определяются кусковатостью породы и емкостью ковша (см. таблицы 20.4, 20.5).

Коэффициенты Кт.в определяются по формулам (20.17), (20.18), (20.19). Максимальная длина (м) забойного блока (и перемещение машины за технологический цикл) при работе драглайна без заброса ковша Рmax = ℓп. max 1.7 (0.4Lс – Нз).

Рmax = ℓп. max 1.7 (0.4Lс – Hз). (21.16)

Обычно Р < Рmax, что позволяет уменьшить средний угол поворота драглайна ср и Тц, а также увеличить при разгрузке в отвал вместимость последнего. Например, при Р = 0.5Рmax угол ср уменьшается на 13 - 15°.

Продолжительность рабочего цикла драглайна больше, чем мехлопаты с ковшом той же вместимости, в среднем на 20, 30, 40, и 70% для машин с емкостью ковша соответственно до 2, 2 – 3, 4 -8 и более 8 м³. Сравнительная производительность мехлопат и драглайнов зависит от типа экскавируемых пород (таблица 21.3). С учетом того, что работа драглайнов в конкретных условиях оценивается не только их эффективной производительностью Qэф, но и дальностью перемещения породы L Rр (особенно при перевалке вскрышных пород в выработанное пространство), для сопоставления различных моделей экскаваторов пользуются и значениями приведенной производительности

Qпр =Qэф L, м³· м/ч (т· м/ч).

 

5. Вспомогательные работы

К трудоемким вспомогательным работам при выемке одноковшовыми экскаваторами относятся: планировка трассы экскаватора и выравнивание подошвы уступов, очистка ковшей и ходовой части экскаваторов от намерзшей и налипшей породы, обеспечение проходимости экскаватора, зачистка кровли залежи от просыпей и недобора вскрыши, оборка откоса уступа, перемещение кабеля вслед за движущимся экскаватором, доставка запасных частей, мелкий ремонт и смазка машин. На вспомогательных работах задалживается до 20 – 30% рабочих, занятых на выемке, а простои из-за них достигают 10 – 12% общих простоев.

Очистка ковшей производится в основном механическим способом с помощью специальных скребков, отбойных молотков и т. д. Для работы в глинистых породах днище и заднюю стенку ковша драглайнов изготавливают из свободно висящих цепей и делают дополнительны откидные задние стенки; при этом производительность в зимний период увеличивается на 12 – 15%. Для очистки используется и местный нагрев пламенем, а также электрообогрев наружных стенок ковша. Расход электроэнергии для ковшей емкостью 4 – 8 м³ составляет 70 – 180 МДж/сут. Потребная мощность нагревательных элементов 8 – 10 кВт.

Для обеспечения проходимости экскаваторов при недостаточной несущей способности мягких пород обычно устраивают деревянные настилы (их укладывают поперек хода отдельно под каждую гусеницу) или используют металлические щиты переносимые экскаватором с помощью канатных петель. Щиты перекрывают всю ширину хода (7 2 м) или только ширину одной гусеницы (2.5 1.5 м). В сильнообводненных породах применение щитов оказывается недостаточным и на рабочую площадку подсыпают взорванную породу. Рядом с путями (дорогой) сооружают экскаваторный приямок, куда разгружают сухую взорванную породу, привозимую с других уступов. Обводненную породу впереди экскаватора вычерпывают на глубину до 1 м, образовавшуюся выемку заполняют взорванной породой из приямка, утрамбовывают ее напорным движением ковша и затем сверху укладывают щиты, на которые наезжает экскаватор.

Зачистка кровли залежи производится бульдозерами, скреперами, обратными лопатами и драглайнами с ковшами емкостью 0.5 – 1 м³. Породу получаемую при зачистке, складируют у нижней бровки с целью ее погрузки при отработке следующей экскаваторной заходки; иногда для ее погрузки в транспортные средства применяют вспомогательные экскаваторы и погрузчики.

Планировка трассы экскаватора и выравнивание подошвы уступов осуществляется обычно бульдозерами, иногда колесными скреперами. «Пороги» скальных и полускальных пород предварительно обуривают и взрывают.

Уборка породных просыпей при погрузке мехлопатами осуществляется отвальными плугами со специализированными лемехами или лопатами-скребками, надеваемые на зубья экскаваторного ковша. Уборка просыпей лопатой-скребком в период обмена поездов производится возвратно-поступательным движением рукояти только с противоположной стороны железнодорожного пути. Со стороны экскаватора путь очищают пятой ковша при подтягивании рукояти. Просыпи мягких пород на складах можно убирать погрузчиками с грейферным ковшом.

Ликвидация нависей («козырьков» ) и заколов в экскаваторных забоях осуществляется с помощью лопат-скребков различной конструкции или навесных установок к тракторам с различными рабочими органами, например, поворотным шнеком с режущими зубьями.

Перемещение отключенного кабеля при перецепках производится на металлических санях или тележках бульдозерами, а на небольшие расстояния – самим экскаватором. Для этого на кабеле закрепляют эластичные петли, зацепляемые а зубья ковша. Разработан ряд конструкций навесных кабельных барабанов к одноковшовым экскаваторам.

Доставка запасных частей и материалов к экскаваторам производится на специализированных платформах и автомобилях с погрузочными приспособлениями. Текущие профилактические ремонты экскаваторов выполняют непосредственно а уступе. Механизация их осуществляется посредством применения кранов, передвижных механических мастерских и т. д.

Доставку экскаваторов на ремонтную базу осуществляют в разобранном (по отдельным узлам) или собранном виде. Строительные экскаваторы и небольшие модели карьерных мехлопат перевозят на нормальных четырехосных или специальных платформах.