Лекция № 22 Технологическая характеристика цепных экскаваторов

Рабочим органом цепных экскаваторов является ковшовая (направляющая) рама и цепь с ковшами. Угол наклона рамы изменяется с помощью канатной подвески. Различают цепные экскаваторы:

- по конструкции рабочего органа – многоковшовые, скребково-ковшовые и фрезерно-ковшовые;

- по способу экскавации – поперечного и продольного черпания, когда направленное движение рабочего органа соответственно перпендикулярно к направлению движения самого экскаватора и совпадает с ним;

- по конструкции ходового оборудования – на рельсовом, гусеничном и шагающем ходу;

- по виду привода – с электрическим, дизель-электрическим и дизельным приводом.

У скребково-ковшовых экскаваторов длинная скребковая цепь с врубовыми звеньями предназначена для отделения плотных пород от забоя, а короткая ковшовая цепь – для дальнейшего перемещения скатывающейся к подошве уступа породы. Эти экскаваторы используют сейчас только в единичных случаях при валовой выемке бурых углей с целью увеличения высоты уступа.

Для продления сезонной работы и увеличения высоты уступа созданы конструкции фрезерно-ковшовых экскаваторов, разрушающих породу в целике укрепленными на раме вращающимися фрезами.

Для проведения вспомогательных горных выработок (дренажных, для подземных коммуникаций и т. д.) применяются траншейные цепные экскаваторы продольного черпания (на гусеничном ходу) производительностью до 150 м³/ч. Глубина проводимых траншей изменяется от 0.5 до 2.5 – 3 м, ширина их составляет 0.8 – 1.1 м.

Наиболее распространенные на открытых горных работах получили многоковшовые цепные экскаваторы поперечного черпания средней и большой мощности (емкость ковшей 300 – 600 л и более) на рельсовом и гусеничном ходу (рис. 22.1). Малые модели используют главным образом на карьерах по добыче глин и песков.

Рисунок 22.1 Схема мощного многоковшового цепного экскаватора поперечного черпания на рельсовом ходу

Помимо указанных выше квалификационных признаков цепные экскаваторы различаются :

- по способу черпания – только верхнего или нижнего черпания, последовательно верхнего и нижнего черпания (обязательно поворотные экскаваторы);

- по поворотности – неповоротные, неполно- и полноповоротные;

- по способу разгрузки – с портальной и боковой разгрузкой;

- по конструкции ковшевой рамы - с жесткой или шарнирной рамой при наличии или отсутствии планирующего звена, со свободно провисающей цепью, с телескопической рамой.

При верхнем черпани уменьшаются затраты энергии на подъем и резание породы, увеличивается возможное число разгрузок в единицу времени. Нижнее черпание производительнее при плотных глинистых породах.

Неповоротные экскаваторы верхнего или нижнего черпания работают только в продольных забое. Поворотные экскаваторы (обычно верхнего и нижнего черпания) могут иметь и торцовый забой. Продолжительность поворота ковшевой рамы для перехода от верхнего черпания к нижнему составляет 15 – 25 мин.

Однопортальная разгрузка характерна для цепных экскаваторов малой и средней мощности на железнодорожном ходу при небольшой длине фронта работ и одном пути на уступе, а двухпортальная – для экскаваторов большой и средней мощности при длине фронта работ более 1.5 км и двух путях на уступе. Боковую разгрузку имеют все цепные экскаваторы на гусеничном ходу и малые модели на рельсовом ходу; производится она через лоток или конвейер. Обычно разгрузочный конвейер неполноповоротный (110 - 130°), что увеличивает шаг передвижки рельсовых путей.

Жесткие рамы без планирующего звена применяют при валовой выемке однородных пород верхним и реже нижним черпанием. Экскаваторы со свободно провисающей ковшовой цепью предназначены для разработки мягких пород с включениями валунов (размером 200 – 250 мм при объеме ковшей более 600 л), которые цепь обходит; это снижает наполнение ковшей, но предотвращает аварии. Планирующие звенья (в конце рамы при нижнем черпании и в начале – при верхнем) применяются для планировки площадок, уборки гребней и т. п.; их длина – 2 – 6 м. Многошарнирные рамы предназначены для раздельной выемки. Ковшовая цепь состоит из шарнирно-соединенных звеньев длиной 300, 600 или 900 мм. Ковши прикрепляют через 4, 6, 8 или 11 звеньев (шаг цепи). Меньший шаг цепи устанавливают при экскавации сухих песков, а больший шаг – при липких глинистых породах.

Максимально преодолеваемые уклоны экскаваторами на рельсовом ходу – 1 : 50 и 1 : 30 соответственно при работе и холостом проходе.

2. Технологическая характеристика роторных экскаваторов

Рабочим органом роторных экскаваторов является ротор колесного типа с ковшами емкостью от 40 – 4000 л. по способу разгрузки роторы разделяются на гравитационные и инерционные. Распространенные роторы с гравитационной боковой разгрузкой, по конструкции разгрузочной части делятся на камерные, бескамерные и полукамерные. Экскаваторы с камерными разгрузочными колесами в настоящее время не выпускаются. Бескамерные роторы, у которых разгрузочный сектор не зависит о числа ковшей и достигает 130° против 70 - 90° у камерных роторов, позволяет увеличить скорость копания, сократить размеры ротора и ковшей при той же производительности экскаватора; они более приспособлены для выемки липких глинистых пород. Диаметр роторных колес 2.5 – 18 м.

По технологическим признакам роторные экскаваторы классифицируются следующим образом:

- по производительности (по разрыхленной породе) – малой (до 630 м3/ч), средней (630 – 2500 м³/ч), большой производительности (2500 – 5000 м³/ч) и сверхмощные (более 5000 м³/ч);

- по удельному усилию копания – с нормальным усилием копания (0.45 – 0.7 МПа), с повышенным усилием копания (0.85 – 2.1 МПа);

- по способу черпания – верхнего черпания (при глубине нижнего черпания не более 0.5 диаметра ротора), верхнего и нижнего черпания;

- по способу подачи ротора на забой – с выдвижными и невыдвижными стрелами ( за счет выдвижения стрелы и перемещения самого экскаватора);

- по типу ходового оборудования – на гусеничном, шагающе-рельсовом, рельсово-гусентчном и рельсовом ходу;

- по типу разгрузочного устройства – с разгрузочной консолью и соеденительным мостом.

Вскрышные роторные экскаваторы выпускаются производительностью Qп от 500 до 11000 м³/ч и удельным усилием копания К_Fп до 1.15 МПа , а добычные – с Qп до 5000 м³/ч и К_Fп до 2.1 МПа. Вскрышные экскаваторы производительностью 1000 м³/ч и выше работают совместно с конвейером и отвалообразователем соответствующей производительности. Сочетание экскаватора с конвейерами и отвалообразователем (или только с последним) называется комплексом оборудования непрерывного действия.

Большинство существующих роторных экскаваторов работает с верхним черпанием. Высота и глубина черпания определяется длиной роторной стрелы и углом наклона конвейера, обычно составляющим 18 - 20°. При нижнем черпании и обычной конструкции стрелового конвейера забой должен быть весьма пологим, длина роторной стрелы и масса экскаватора резко увеличиваются. В настоящее время существуют тенденции к выпуску высокопроизводительных роторных экскаваторов с ограниченной высотой черпания (до 30 – 40 м). это снижает массу экскаватора на 20 – 40% и при соответствующих технологических схемах позволяет разрабатывать уступы большой высоты.

Разгрузочное устройство в виде соединительного моста применяется у мощных экскаваторов с большими линейными параметрами. При невыдвижной роторной стреле выделение разгрузочного устройства в самостоятельный агрегат значительно сокращает число передвижек забойного конвейера.

3. Забои роторных экскаваторов

Забой роторного экскаватора может быть продольным (фронтальным) или торцевым (рис. 22.2).

Фронтальный забой используется в редких случаях – при эксплуатации роторных экскаваторов на рельсовом ходу, а также при раздельной выемке. Работы ведутся с одно- и двухсторонним поворотом роторной стрелы при цикличном перемещении экскаватора вдоль уступа или без поворота стрелы при непрерывном перемещении экскаватора (рис. 22.2, а).

Торцевой забой типичен для роторных экскаваторов на гусеничном и шагающе-рельсовом ходу. Отработка его производится с непрерывным поворотом роторной стрелы в горизонтальной плоскости и периодическим – в вертикальной плоскости (рис. 22.2, б, г). Узкий торцевой забой применяемый в основном при раздельной выемке (см. 22.4), часто называют боковым забоем. При наличии соединительного моста или перегружателя панель включает ряд параллельных заходок, отрабатываемых при постоянном положении транспортных коммуникаций (конвейера или железнодорожных путей) вдоль фронта уступа (рис. 22.2, в).

Выемка породы в забоях производится вертикальными или горизонтальными стружками. По виду и последовательности отработки забоя различают выемку вертикальными однорядными (рис. 22.3, а) и многорядными стружками (рис. 22.3, б), горизонтальными стружками (рис. 22.3, в) и комбинированным способом (рис. 22.3, г, д ).

При выборе схемы выемки учитывается следующие факторы.

1. Выемка вертикальными стружками по сравнению с горизонтальными обуславливает увеличение высоты разрабатываемого уступа и кусковатости разрыхленных плотных пород.

2. Значение коэффициента забоя Кз наибольшее для схем б и г. При схеме а велики затраты времени на переезды экскаватора (при невыдвижной стреле – после выемки каждой стружки).

Рисунок 22.2 Схемы забоев и сквозных заходок роторных экскаваторов: а – фронтальный забой (1, 2 и 3 – схемы соответственно с поворотом экскаватора в обе стороны, в одну сторону и без поворота); б – торцевой забой в нормальной панели-заходке; в – то же, в широкой панели заходке или при наличии в панели ряда нормальных заходок; г – торцевой забой верхнего и нижнего черпания (1, 2 – схемы соответственно с последовательной и одновременной отработкой верхнего и нижнего подуступов).

Рисунок 22.3 Схемы выемки при верхнем черпании:

1 – 20 – последовательность выемки слоев.

Для выемки очередной горизонтальной стружки требуются операции перемещения экскаватора и наклона стрелы. При схемах в и д у подошвы остаются гребни, при выемке которых не обеспечивается наполнение ковшей.

3. Энергоемкость выемки, динамика нагрузок на ротор и удельное сопротивление породы копанию при выемке вертикальными стружками ниже (на 10 – 30%), чем горизонтальными, а удельное давление на грунт выше.

В мягких устойчивых породах целесообразна валовая выемка многорядными вертикальными стружками, особенно при работе мощных экскаваторов. Выемка комбинированными способами эффективна при неустойчивых породах (когда необходимо создать пологий откос уступа), при малой их несущей способности, при необходимости уменьшения кусковатости экскавируемой породы, а также при раздельной выемке тонких слоев.

При выемке с одной точки стояния экскаватором с выдвижной стрелой стружки в плане концентрические (рис. 22.4, а). Благодаря этому сохраняется постоянная толщина стружки tо в части забоя, ширина которой возрастает при выдвижении стрелы.

Рисунок 22.4 Схемы отработки забоя в плане: ₁, ₂, ......... _n – углы поворота стрелы экскаватора при последовательной выемке стружек

У роторных экскаваторов с невыдвижной стрелой стружки в плане серповидные (рис. 22.4, б). При этом толщина стружек переменная по ширине забоя, изменяясь по зависимости, близкой к косинусоидальной (t = tо cos ). Для эффективного наполнения ковшей по всей ширине забоя регулируют угловую скорость поворота роторной стрелы, изменяя ее обратно пропорционально косинусу угла поворота от оси движения экскаватора ( о/ cos ). Так как при = 90° скорость равна бесконечности, предел регулирования принимают равным двойной-тройной начальной скорости, что соответствует углу поворота 60 - 70°. Дальнейший поворот производится при постоянной скорости, что уменьшает производительность экскаватора. Для повышения величины Кз применяют схему отработки забоя с полным поворотом стрелы в сторону уступа лишь после выемки нескольких стружек, например четырех (рис. 22.4,в)

Основными параметрами стружек является ее высота h, толщина t и ширина b (рис. 22.5).

Рисунок 22.5 Элементы стружек: а – вертикальной; б - горизонтальной

Высота вертикальных стружек является высотой слоя выемки h. Обычно она постоянна и по условиям устойчивости слоя выемки находится в пределах h = (0.5 – 0.7)dр, где dр – диаметр роторного колеса. Так как время вспомогательных операций сокращается при уменьшении числа слоев, при заданной высоте уступа Ну необходима максимально возможная толщина слоя выемки.

Высота (длина) горизонтальных стружек также находится в пределах h = (0.5 - 0.7)dр при h = 0.7 dр высота слоя выемки равна примерно половине диаметра роторного колеса.

Толщина стружки зависит от величины угла наклона роторной стрелы , угла между режущей кромкой ковша и осью колеса, при невыдвижной стреле – от величины угла ее поворота в плане (рис. 22.4 и 22.5), при горизонтальных стружках, кроме ого и от угла откоса забоя αз. Максимальная толщина стружки tо, при принятой ее высоте определяется главным образом размерами ковшей и силовыми параметрами экскаватора. Практически толщина стружки выбирается в зависимости от экскавируемости пород и составляет для мощных экскаваторов 0.5 – 1 м.

Ширина стружки определяется скоростью поворота роторной стрелы, частотой вращения роторного колеса и числом его ковшей (м):

b = Vп/(nч nр). (22.1) где Vп – линейная скорость поворота стрелы (по режущей кромке ковша), м/мин; nч – число ковшей роторного колеса; nр – частота вращения роторного колеса в минуту.

Основными линейными параметрами забоя роторного экскаватора помимо высоты слоя выемки h является высота уступа Ну, ширина заходки А, углы откоса уступа α и забоя αз (см. рис. 22.5).

Рисунок 22.5 Схема к расчету торцевого забоя роторного экскаватора

При выемке вертикальными стружками максимальная высота уступа (м)

Ну max = Lс sin в+ c + h – 0.5dр, (22.2) где Lс – длина роторной стрелы, м; с – высота закрепления опорного шарнира стрелы, м; в – угол подъема стрелы экскаватора, градус.

При выемке горизонтальными стружками возможная высота уступа меньше на величину h.

Угол откоса уступа принимают в соответствии с физико-техническими

характеристиками разрабатываемых пород (таблица 22.1)

Таблица 22.1 Ориентировочные значения углов откоса уступов, разрабатываемых роторными экскаваторами

С увеличением α возрастает ширина заходки, а поэтому и величина Кз; например, при увеличении α с 35 до 45° (Ну = 28 м) коэффициент Кз увеличивается на 3 – 5.5%. Угол откоса забоя αзпо условиям краткосрочной устойчивости в большинстве случаев может быть на 5 - 10° больше угла откоса уступа.

Максимальная ширина заходки роторного экскаватора с невыдвижной стрелой

Аmax = (Lc cos в + α) sin в + (Lc cos +α) sin н - (Hу – h) ctgα (22.3) где α – расстояние от опорного шарнира роторной стрелы до оси вращения экскаватора, м; в – угол поворота роторной стрелы в сторону уступа при отработке верхнего слоя, градус; н – угол поворота стрелы в сторону выработанного пространства при отработке нижнего слоя, градус; в и н – углы соответственно подъема и наклона стрелы.

Уменьшить ширину заходки по сравнению с максимальной при Ну = Ну max возможно только уменьшением угла поворота роторной стрелы в сторону выработанного пространства при выемки каждого слоя. Уменьшение угла поворота стрелы внутрь заходки ведет к превышению конструктивно заданного угла встречи роторного колеса с откосом уступа или увеличению угла откоса уступа, что в большинстве случаев неосуществимо. По условию Кз = max предпочтительна максимальная ширина заходки.

При фронтальном забое (см. рис. 22.2) величина периодического перемещения экскаватора вдоль уступа

А (Lc cos в + а) sin /2) 1.5(L cos н + а), (22.4) где = 50 - 60° - угол рабочего поворота роторной стрелы.

Рисунок 22.6 Схемы к определению длины забойного блока роторного экскаватора: а – по габаритам ходовой части; б и в – по расположению роторной стрелы при выемке соответственно вертикальными и горизонтальными стружками

Максимальная длина забойного блока Pmax (м) при выемке роторным экскаватором ограничивается расположением ходовой части или роторной стрелы экскаватора относительно забоя.

По первому условию (рис. 22.6, а)

P`max = Lсcos в + a – 0.5 ℓх -(Hу – h)ctgα – e - ; (22.5)

по второму условию:

при выемке вертикальными стружками (рис. 22.6, б)

P`max = (0.5dр – g/cos в)ctg в; (22.6)

при выемке горизонтальными стружками (рис. 22.6, в)

P``max 2[ ], (22.7) где ℓх – длина ходового устройства, м; е – допустимый зазор между ходовой частью и нижней бровкой уступа, м (е = 1 – 1.5 м); - поправка на кривизну нижней бровки уступа, м (для мощных экскаваторов 1.5 м); g – допустимое расстояние от продольной оси роторной стрелы до верхней бровки нижележащего слоя, м.

С увеличением длины забойного блока Р при выемке вертикальными стружками коэффициент Кз возрастает; при Р > 0.6dр этот рост практически незначителен. При горизонтальных стружках Кз уменьшается при Р > (0.4 – 0.5)dр; кроме того величина Р ограничена длиной стружек.

4. Раздельная выемка роторными экскаваторами

Роторными экскаваторами эффективно осуществляется раздельная выемка залежей сложного строения. Обычно при этом применяется железнодорожный транспорт.

Способы раздельной выемки определяются сочетанием типов забоя и заходок, видом стружек, последовательностью, и направлением перемещения роторного колеса. Как и при использовании одноковшевых экскаваторов, возможна простая и сложная раздельная выемка (см. 19.2).

Выбор способа выемки зависит от угла и направления падения пластов по отношению откоса уступа, числа и мощности пластов в разделах заходки и направления последней к простиранию пластов, типа роторного экскаватора. Во многом выбор способа раздельной выемки обуславливается соотношением угла падения пластов α и вертикального угла встречи в роторного колеса с забоем. Обычно в = 35 - 40°. При α < в принципиально возможна раздельная выемка путем перемещения роторного колеса параллельно контакту пачки полезного ископаемого с породой, если привод подъема роторной стрелы работает на постоянном токе и разрешается совместное опускание и поворота стрелы.

Заходки различаются по направлению выемки и ширине. Обычно работы ведутся по простиранию, реже вкрест простирания сложноструктурных пластов, иногда по диагонали. Забой может быть торцовым или фронтальным; последний применяется только при экскаваторах с выдвижной стрелой при выемке по простиранию пластов.

При торцевом забое выемка породы и полезного ископаемого (далее угля) в пределах заходки может производится:

- последовательными слоями по высоте уступа на значительную часть длины заходки (такая послойная отработка часто называется также выемка боковым забоем) (рис. 22.7, а);

- аналогично сплошной выемке с отработкой забоя по высоте уступа на длину забойного блока (подвигания экскаватора) (рис. 22.7, б).

Рисунок 22.7 Схемы раздельной выемки в торцевом забое: а – длинными слоями в узкой заходке; б – на глубину звбойного блока в нормальной заходке

Простая раздельная выемка заключается в создании простого забоя, для чего необходимо выделение однородных заходок или однородных частей (блоков, слоев) в разнородной заходке. При использовании роторных экскаваторов простая раздельная выемка может производится боковым забоем при сплошной или послойной отработке узких заходок и иногда торцевым забоем при сплошной отработке нормальных заходок или продольным забоем.
Послойна отработка боковым забоем аналогична в сущности выделению подуступов и осуществляется узкими заходками при выемке вертикальными или комбинированными стружками. Каждый слой или даже отдельно вынимаемая пачка (пласт) отрабатывается за один или несколько проходов экскаватора вдоль заходки. Такой способ рационален при разработке по простиранию в случае согласованного залегания пластов и откосе уступа при угле падения пластов α = 0 - 15°, когда возможна раздельная выемка горизонтальными или наклонными слоями (рис. 22. 8, а, б). Послойная отработка заходки обуславливает большие потери угля (из-за оставления целиков в слое) и низкая производительность экскаватора во всех случаях разработки вкрест простирания, а при разработке по простиранию – при угле α > 12 - 15°, при несогласном залегании (рис. 22.8, в) и при α > 35 - 40° в случае согласованного залегания (рис. 22.8, г). Минимальная длина отдельно отрабатываемого слоя определяется из условия загрузки каждого состава только породой или углем (100 – 150 м).

Рисунок 22.8 Основные схемы раздельной выемки роторными экскаваторами в торцевых забоях при раздельной выемке по простиранию:

1 – 7 – последовательность (этапы) отработке слоев

При разработке по простиранию крутых пластов ( α > 35 - 40°) при согласованном падении пластов и откоса уступа эффективна выемка узкими заходками при боковом забое экскаватором для совмещения откоса уступа с контактом пласта ( рис. 22.8, д ); ширина заходок при этом равна горизонтальной мощности угольных пластов или пачек (не менее 5 - 8 м).

Сложная раздельная выемка производится в торцевых забоях при сплошной отработке нормальными по ширине ( иногда широких) заходок.

При несогласном падении крутых пластов часто производится выборочная выемка вертикальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями (рис. 22. 8, е).

Сложная раздельная выемка типична для разработки как по простиранию, так и в крест простирания наклонных и пологих пластов.

Раздельная выемка вертикальными многорядными стружками осуществляется путем выборочной отработки отдельных участков горизонтальных слоев забоя (рис. 22.8, ж, этапы 1, 2, 3, 4) или посредством отработки забоя наклонными слоями (рис. 22.8, и, этап 3). Раздельная выемка горизонтальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями производится путем ступенчатого опускания роторного колеса в процессе экскавации на толщину стружки при достижении контакта уголь – порода (рис. 22.8, з, этапы 2, 3). Возможна раздельная выемка горизонтальными стружками и при отработке забоя наклонными слоями (рис. 22.8, и, этап 4).

Основными преимуществами раздельной выемки горизонтальными стружками является уменьшение высоты слоя выемки до толщины одной стружки и более точное следование роторного колеса за контуром угля и породы. Вместе с тем выемка горизонтальными стружками характеризуется рядом недостатков. Поэтому в общем случае целесообразна раздельная выемка комбинированным способом (рис. 22. 8, к) с отработкой большой части забоя горизонтальными стружками и применение вертикальных стружек для устранения гребней на подошве уступа и отработки верхней части забоя при увеличении высоты уступа.

Выемка наклонными слоями существенно снижает потери и разубоживание угля, но при ручном режиме управления экскаватором обуславливает одновременное резкое уменьшение его производительности по сравнению с выемкой горизонтальными слоями даже при высокой квалификации машиниста. В связи с этим таким способом в настоящее время осуществляется только выемка маломощных пластов высококачественного (низкозольного) угля при угле падения до 13°. Автоматизация управления приводом подъема роторной стрелы в зависимости от скорости ее поворота расширит область применения раздельной выемки наклонными слоями.

При разработке вкрест простирания пластов сложная раздельная выемка производится в обычном торцевом нормальном забое при различной высоте горизонтальных слоев и длине забойных блоков по ним в зависимости от угла падения и мощности угольных пластов и породных прослойков.

При разработке маломощных пластов или разделении пласта на разнородные пачки и числе пачек (пластов) в заходке более трех требуемая степень селекции (разделения угля и породы) в ряде случаев достигается при валовой выемке горизонтальных слоев вертикальными многорядными (иногда однорядными) стружками во всем забое (см. рис. 22.8, л) или части забоя по высоте (см. рис. 22.8, ж, этапы 5 и 6) и при погрузке полезного ископаемого и породы в разные составы или вагоны. Валовая выемка прочного угля производится горизонтальными стружками при отработке забоя горизонтальными слоями(см. рис. 22.8, з, этап 1) .

Потери и разубоживание полезного ископаемого при раздельной выемке определяются горно-геологическими (угол падения пластов, число пачек в них) и технологическими условиями.

Потери полезного ископаемого (угля) при отработке контактной зоны определяются средней для забоя мощности слоя угля, вынимаемого вместе с породой (слой потерь). Разубоживание угля соответственно оценивается средней мощностью породного слоя, относимого к полезному ископаемому при выемке в контактной зоне (слой разубоживания). Отношение средних мощностей слоев потерь и разубоживания к мощности раздельно вынимаемого пласта (пачки) характеризует относительное значение потерь и разубоживания при отработке данного пласта (пачки).

Средняя мощность слоя разубоживания приближенно может приниматься равной половине мощности слоя потерь.

При согласном направлении падения пластов и линии откоса уступа потери примерно в 1.5 раза меньше, чем при несогласном. С увеличением угла падения пласта потери возрастают при расположении заходок вкрест простирания и уменьшаются при разработке по простиранию (в первую очередь за счет применения узких заходок при выемке боковым забоем). Потери и разубоживание резко возрастают с увеличением диаметра роторного колеса и уменьшением мощности пластов (пачек) полезного ископаемого. Практически при применении современных роторных экскаваторов раздельная выемка пластов возможна при их мощности не менее 2 м.

5. Производительность роторных экскаваторов

Паспортная производительность (м³/ч) экскаваторов с камерным ротором с достаточной для практических целей точностью определяется по формуле (14.3). у экскаваторов с бескамерными роторами, которые выпускаются в настоящее время, величина Qп (в плотном теле) определяется толщиной t и высотой h срезаемой стружки и скоростью поворота экскаватора Vп.п м/ мин ( таблица 22.2), при экскавации расчетной (паспортной) породы:

Qп = 60 t hVп.п.

Таблица 22.2 Показатели, характеризующие паспортную производительность ротоных экскаваторов

Паспортная производительность роторных и цепных экскаваторов (по разрыхленной породе) может быть выражена в виде

Qп = 36.7 N Kз.г Kр.к/(2 Пэ.п + 0.1Нп ), (22.8) где N – мощность привода рабочего органа (ротора или ковшовой цепи), кВт; - коэффициент полезного действия привода рабочего органа (при выемки цепными экскаваторами величина учитывает потери мощности, связанные с трением ковшовой цепи по направляющим); Кз.г – допустимый коэффициент загрузки привода рабочего органа по условию достижения требуемого срока его работы; Кр.к – коэффициент разрыхления породы в ковше; Нп – высота подъема экскавируемой породы рабочим органом, м; - плотность породы в массиве, т/м³.

Из выражения (22.8) может быть определен паспортный показатель трудности экскавации породы Пэ.п при известной паспортной производительности экскаватора и других характеристик рабочего органа. Подобные выражения могут быть приведены и для других видов выемочных машин.

Техническая производительность роторного экскаватора определенная по формуле Qт = Qп Кэ Кп Кз (22.9) где Кэ – коэффициент экскавации. Значения коэффициента экскавации приведены в таблица 22.3. Коэффициент влияния породы Кп зависит от соотношения фактического Пэ.р и паспортного Пэ.п (см. таблицу 22.2) показателей трудности экскавации пород роторными экскаваторами (см. рис. 22.9, б) и показателя Пэ.р приближенно определенного по формуле

Кп = Пэ.п/Пэ.р = nф/nп, (22.10) где nп и nф – паспортное и фактическое число разгрузок ковша в минуту.

Таблица 22.3 Значение коэффициента экскавации при выемки многоковшовыми экскаваторами (по данным УкрНИИпроекта)

Рисунок 22.9 Графики зависимости коэффициента влияния породы Кп от показателей трудности экскавации породы Пэ.п при выемке цепными (а) и роторными (б) экскаваторами:

1 - при Пэ.п = 6; 2 – при Пэ.п = 10; 3 – при Пэ.п = 14; 4 – при Пэ.п = 18

Существенное влияние на возможную производительность роторных экскаваторов оказывает кусковатость экскавируемой глинистой породы. Конструкции режущих частей ковшей и режим экскавации должны исключать отделение от массива кусков, размер большей стороны которых превышает 0.3 м для добычных и 0.4 м для вскрышных машин. Основными мерами снижения кусковатости являются: уменьшение площади поперечного сечения стружек путем увеличения высоты слоя или длины стружки; обеспечения отношения толщины стружки к ширине в пределах 2.5 – 4; выемка горизонтальными стружками; увеличение частоты вращения роторного колеса (скорости копания); применение ковшей косого резания; установка дополнительных режущих элементов (промежуточных кромок) на колесе. При этом производительность роторных экскаваторов при выемке глинистых пород увеличивается на 10 – 25%.

Коэффициент влияния забоя Кз учитывает потери времени на переход к отработке новых стружек (перемещение экскаватора и подача ротора на забой), переход к отработке новых слоев (опускание колеса и отъезд машины), переход к отработке следующего забойного блока (перемещение экскаватора к забою и подъем роторной стрелы), а также потери производительности из-за реверсирования роторного колеса в начале и конце отработки стружки, из-за серповидности забоя. Коэффициент Кз зависит от технологических параметров забоя и определяется соотношением паспортного Тц и минимально возможного фактического времени Тф min (c учетом действительной экскавируемости породы) одного технологического цикла, в течении которого отрабатывается забойный породный блок объемом Vз. б.

Для установления времени чистой экскавации Тп рассчитываются объем забойного блока Vз.б = НуАР при определенных значениях высоты уступа Ну, ширины заходки А и длины блока Р = .

Время Тф min складывается из общей продолжительности резания стружек (экскавации) Трез и суммарного времени Твсп, максимально совмещенных с основными вспомогательными операциями (подъезд и отъезд экскаватора на толщину стружки и длину забойного блока) при отработке одного забойного блока.

При валовой выемке и расчетных значениях высоты уступа Ну.р и ширины заходки Ар величина Кз изменяется в пределах 0.76 – 0.84. В качестве расчетной величины для этих условий можно принимать Кз = 0.8.

Расчетные значения высоты уступа Ну.р и ширины заходки Ар при выемке роторными экскаваторами приведены ниже.

Экскаватор ЭР – 1250Д SRs -470 ЭРШР – 1600 ЭРШРД – 5000 SRs – 2000

Ну.р, м 16 17 40 38 28

Ар, м 23.5 26 60 55 40

При фактической ширине заходки А, отличающейся от расчетной величины Ар, коэффициент влияния забоя определяется по формуле

К`з = 0.8А/(0.042Ар + 0.958А). (22.11)

При фактической величине уступа Ну, отличающейся от расчетной высоты Ну.р,

К``з = К`з + 0.064(1 – Ну/Ну.р). (22.12)

Формула (22.12) действительна при Ну 0.4Ну.р.

При раздельной выемке с уменьшенной высотой слоя h по сравнению с расчетной величиной hр (hр = 0.7dр) коэффициент влияния забоя уточняется по формуле

К``з = К``зh/(2.4 + 0,6hр). (22.13)

Эффективная производительность роторных экскаваторов определяется по формуле

Qэф = Qт пКпотКуКтр= QпКп.срКзКуКтр .(17.7)

При отработке уступа, сложенного разнопрочными породами, средневзвешенная величина коэффициента влияния породы Кп.ср приближенно определяется по формуле

Кп.ср = Пэ.п/Пэ.п.ср, (22.14) где Пэ.п.ср – средневзвешенный действительный показатель трудности экскавации пород.

Значение коэффициента Кпот, учитывающего потери экскавируемой породы вследствие просыпей и равного отношению объема погруженной породы к объему срезаемой стружки приведены ниже.

Тип роторного колеса ........... Центробежный Гравитационный Гравитационный

с промежуточными без пром