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 (d_ср0,4 )	глинистых средней влажности и разрушенных (d_ср≥ 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

Тип экскаватора	Число рядов скважин во взрываемом блоке	Значение коэффициента Кт.в при среднем размере кусов dср, см
менее 35	35 - 60	более 60
ЭКГ – 5 ЭКГ – 8И ЭКГ – 12.5	2 – 3 4 – 5 6 – 9 2 – 3 4 – 5 6 – 9 2 – 3 4 – 5 6 - 9	0.9 0.93 0.95 0.97 0.75 0.78 0.8 0.82 0.9 0.93 0.95 0.97	0.7 0.73 0.75 0.77 0.75 0.78 0.8 0.82 0.8 0.83 0.85 0.87	0.6 0.63 0.65 0.67 0.65 0.68 0.7 0.72 0.7 0.73 0.75 0.77

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) а а, 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.