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
| 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) 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.