Производительность одноковшевых экскаваторов

Производительность одноковшевых экскаваторов измеряется кубическими метрами или тоннами горной массы в целике за единицу времени их работы.

Производительность экскаватора зависит от: 1) емкости ковша; 2) продолжительности одного цикла экскаватора; 3) степени наполнения ковша горной массой при черпании; 4) степени разрыхления породы в ковше; 5) использования рабочего времени экскаватора в единицу времени (часа, смены, суток, года) и определяется по следующей формуле:

Здесь 3600 — длительность рабочего времени экскаватора в течение часа, сек.;

Е — емкость ковша, м3;

Кн — коэффициент использования рабочего времени, равен отношению чистого времени работы экскаватора в течение рассматриваемого периода (час, смена, сутки) к общей длительности этого периода (час, смена, сутки). Если, например, экскаватор в течение часа (3600 сек.) работал 50 мин. (3000 сек.) и имел простой 10 мин. (600 сек.), то

Kн — коэффициент наполнения ковша экскаватора, показывающий, какая часть объема ковша заполнена разрыхленной породой, и равный отношению объема разрыхленной породы в ковше к геометрической емкости последнего.

Если емкость ковша экскаватора равна 3 м3, а объем разрыхленной породы в ковше — 2,7 м3, то

Kp — коэффициент разрыхления породы, показывающий степень увеличения при черпании объема породы и равный отношению объема, занятого породой в ковше, к объему, который занимала порода в целике. Численные значения этого коэффициента приведены в табл. 1;

Tц — продолжительность цикла работы экскаватора, сек.

Как видно из приведенной формулы, чем больше емкость ковша, тем больше производительность экскаватора, при прочих равных условиях.

Точно так же повышается производительность экскаватора при увеличении коэффициента наполнения ковша и коэффициента использования рабочего времени экскаватора.

При увеличении же продолжительности цикла и коэффициента разрыхления породы производительность экскаватора, наоборот, снижается. Таким образом, производительность экскаватора в свою очередь зависит от: а) типа экскаватора, б) организации работы его в забое, в) крепости горной породы; г) характера и условий погрузки, т. е. производится она в подвижной состав или в отвал, д) опыта и квалификации машиниста экскаватора и пр.

Продолжительность цикла не является постоянной величиной и зависит прежде всего от конструкции модели и типа самого экскаватора: экскаваторы с малой емкостью ковша (0,25—0,5 м3) имеют продолжительность цикла почти вдвое меньшую, чем экскаваторы с большой емкостью ковша (3,0—6,0 м3). На длительность цикла влияет угол поворота ковша экскаватора при выгрузке: чем больше угол поворота, тем продолжительнее цикл.

В табл. 12 приведены данные о длительности цикла в зависимости от типа и модели экскаватора и угла поворота его при погрузке.

Табл. 12 показывает, что увеличение угла поворота экскаватора с 90 до 180° увеличивает продолжительность цикла на 15—35%. Длительность цикла, например, экскаватора СЭ-3 увеличивается в этом случае на 6 сек., или в среднем на 25%.

Для определения снижения производительности экскаватора СЭ-3 в течение смены при увеличении угла поворота с 90 до 180° принимается:

Тогда производительность экскаватора А будет равна: при угле поворота 90°

и при угле поворота 180°

т. е. во втором случае экскаватор обеспечивает меньшую производительность — на 270 м3.

Приведенный пример показывает, насколько важна в практической работе правильная установка экскаватора в забое: экскаватор должен располагаться в забое так, чтобы угол поворота при разгрузке ковша был по возможности наименьшим.

Из табл. 12 видно, что длительность цикла драглайна на 20—50% больше, чем у механической лопаты с ковшом той же емкости. Это обстоятельство влечет за собой меньшее число циклов в единицу времени и меньшую производительность драглайна, которая в практических условиях на 20—25% ниже производительности механической лопаты.

Крепость породы также оказывает влияние на длительность цикла. Скальные породы, даже хорошо разрыхленные, черпаются экскаватором значительно труднее, чем рыхлые, и длительность цикла в скальных породах примерно в 1,3—1,5 раза больше, чем при разработке рыхлых пород. В мягких, но вязких породах (как, например, плотная глина, мел), когда буро-взрывное рыхление не производится, также увеличивается длительность цикла за счет более продолжительного черпания.

Длительность цикла увеличивается при погрузке экскаватором с большой емкостью ковша в подвижной состав небольшой грузоподъемности, например, экскаватором с ковшом 2—3 м3 — в автосамосвалы грузоподъемностью 5 г (емкость кузова 3,6 м3), так как в этом случае требуется осторожное и медленное опоражнивание ковша в кузов автомашины.

Наоборот, разгрузка ковшей в сосуды большой емкости или в отвал заметно сокращает длительность цикла.

На увеличении длительности цикла сказывается также расположение места разгрузки ковша — на верхней или нижней площадке уступа, на одном уровне с экскаватором или на разных с ним уровнях.

Особенно сказывается на длительности экскаваторного цикла квалификация машиниста экскаватора. Опытные машинисты-стахановцы обеспечивают большую скорость черпания даже при разработке скальных пород. Кроме того, машинисты, овладевшие в совершенстве техникой управления экскаватором и работой в забое, добиваются значительного сокращения длительности цикла путем совмещения отдельных операций.

Хотя в отдельности каждая операция цикла занимает незначительное время, тем не менее сокращение этого времени или увеличение его резко сказывается на производительности экскаватора, так как количество циклов в течение смены весьма велико. Наибольшее время, достигающее 40—50% всего цикла, приходится на черпание, затем поворот в положение разгрузки и поворот в положение черпания.

Цикл получается более длительным, когда операции выполняются последовательно, как показано на графике рис. 60. Как видно из графика, совмещение операций возможно при повороте экскаватора в положение разгрузки. В этом случае можно подобрать или выдвинуть рукоять и установить ковш на уровень разгрузки. При таком совмещении операции экскаватор будет производить две операции одновременно. При достаточном навыке разгрузку ковша можно производить при повороте экскаватора в положение разгрузки (разгрузка ковша будет происходить над вагоном по некоторой дуге).

Наконец, при повороте экскаватора в положение черпания можно одновременно произвести подтягивание рукояти и опускание ковша. На рис. 61 приведен график совмещения операций цикла.

Таким образом, одним из основных условий повышения производительности экскаватора является уменьшение продолжительности цикла работы экскаватора, которое достигается: а) правильной установкой экскаватора в забое, обеспечивающей наименьший угол поворота его, и б) совмещением операций черпания, поворотов и разгрузки.

Для получения производительной работы экскаватора и правильного его использования следует руководствоваться выработанными практикой приемами черпания породы и ее разгрузки. В мягких породах черпание следует производить при полных скоростях подъемного и напорного механизмов, так как в этом случае достигается быстрое и полное наполнение ковша. Отработку забоя необходимо производить в последовательном порядке в направлении от рельсового пути к борту забоя. Величина перекрытия положений ковша (а на рис. 62) составляет от нуля до половины ширины ковша b и зависит от высоты забоя, крепости породы и ее разрыхления.

В крепких породах способ отработки забоя согласно рис. 62 не пригоден, так как породы оказывают при черпании большое сопротивление и возникают значительные боковые усилия на ковш, вредно отражающиеся на состоянии экскаватора.

В таких породах черпание лучше производить в шахматном порядке, как показано на рис. 63, т. е. один раз ковш, срезая стружку снизу вверх, делает на поверхности забоя вертикальную борозду b, а один раз срабатывает выступ а, образуемый бороздой b.

При черпании по целику ковшу требуется больше усилий, чем при отработке выступа.

Толщину стружки следует принимать такую, при которой получается наиболее полное заполнение ковша. Можно работать, снимая тонкую стружку на всей высоте забоя или более толстую — на меньшей высоте. В последнем случае производительность экскаватора будет больше за счет уменьшения времени, затрачиваемого на черпание, которое происходит на меньшей высоте. При глинистых породах черпание лучше производить тонкой стружкой, следя за тем, чтобы порода резалась зубьями и разрыхлялась, а не прессовалась, так как при толстой стружке глина не только режется зубьями ковша, но и прессуется в его верхнем поясе.

Во время работы экскаватора не всегда удается зачерпнуть полный ковш и действительное наполнение его будет в различных породах разное.

При черпании скальных пород наполнение ковша составляет 50—80% его емкости (К=0,5—0,8); в породах рыхлых и сыпучих с повышенной влажностью, наоборот, наполнение ковша увеличивается и достигает в отдельных случаях до 100—120% его емкости (Кн=1,0—1,2).

Степень наполнения ковша зависит также от емкости ковша, высоты уступа и квалификации и опыта машиниста. Малая емкость ковша и незначительная высота забоя обеспечивают недостаточное наполнение ковша и наоборот. Опытные машинисты-стахановцы выработали в процессе долголетней работы ряд приемов, обеспечивающих высокую наполняемость ковша. К этим приемам, в первую очередь, относятся подготовка забоя во время вынужденной остановки экскаватора при обмене составов. В это время машинист экскаватора производит сортировку рызрыхленной породы в забое, откладывая негабаритные куски породы в сторону для вторичного рыхления и тем самым подготовляет забой к моменту подачи порожняка.

При зачерпывании ковшом породы последняя отделяется от целика стружками, распадающимися на отдельные куски, кото-рее неплотно заполняют объем ковша. В связи с этим ковш заполняется сильно разрыхленной породой, занимающей значительно больший объем, чем занимал бы тот же материал в целике. А так как производительность экскаватора принято определять в целике, то, очевидно, что за каждый цикл экскаватор переносит в ковше тем меньше породы, чем больше она разрыхлена, или, как говорят, чем больше коэффициент разрыхления ее, тем меньше, следовательно, будет производительность экскаватора.

В течение рабочей смены экскаватор останавливается для смазки механизмов, переноса электрического кабеля, передвижки по мере выработки забоя, производства текущего ремонта и устранения мелких неполадок. Кроме того, простои экскаватора вызываются взрывными работами, несвоевременной подачей под погрузку порожних вагонов, задержками в передвижке рельсовых путей и пр.; эти простои зависят от общей организации и согласованной увязки между собой отдельных звеньев карьерных работ. Наличие вышеуказанных остановок и простоев влечет за собой сокращение чистого времени работы машины, неполное использование рабочего времени экскаватора и уменьшение тем самым его производительности.

При хорошо организованных работах простои экскаватора по различным причинам не превышают 15—20%, т. е. использование его рабочего времени составляет 80—85%.

При работе экскаватора с непосредственной отгрузкой в отвал отпадают простои по ожиданию порожних вагонов и использование рабочего времени экскаватора увеличивается. На современных угольных карьерах использование рабочего времени экскаватора изменяется в пределах: при погрузке в вагоны или автосамосвалы — 55—80%, при работе в отвал — 75—90%.

На практике различают часовую, сменную, суточную, месячную и годовую производительность экскаватора.

Часовая производительность в нормальных условиях характеризуется наименьшим количеством простоев и лучшим использованием рабочего времени экскаватора, так как простои его, связанные, например, с выполнением суточного, месячного или годового ремонта экскаватора при установлении часовой производительности, не учитываются. Часовая производительность является исходной для определения сменной, суточной и пр.

Сменная и суточная производительность экскаватора определяется часовой производительностью экскаватора и числом часов его работы в смену или сутки за вычетом плановых простоев экскаватора в смене или в сутках (приемка-сдача смены, текущий ремонт экскаватора, рихтовка железнодорожных путей и пр.).

Месячная производительность экскаватора определяется по его суточной производительности с учетом числа рабочих суток за месяц и за вычетом времени, используемого для планово-предупредительного ремонта экскаватора, перехода экскаватора в другие забои и пр.

Годовая производительность подсчитывается с учетом времени, необходимого для производства в течение года всех видов ремонта экскаватора по количеству рабочих экскаваторосмен в году и сменной производительности экскаватора. Количество экскаваторосмен в году определяется количеством рабочих смен в сутки и календарным числом дней в году, за вычетом числа дней, запланированных для производства разных видов ремонта, а также общепраздничных дней и нерабочих дней по климатическим условиям.

Примеры суточной, месячной и годовой производительности экскаваторов, достигнутой в 1950 г. на угольных карьерах, показаны в табл. 13.

Из табл. 13 видно, что производительность экскаваторов одного и того же типа колеблется в чрезвычайно широких пределах; это вызывается различными свойствами разрабатываемых пород, неодинаковой организацией буро-взрывных работ, транспорта вскрыши и добычи, отвального хозяйства, различной квалификацией машинистов экскаваторов и пр.