Расчет производительности экскаваторов

Различают производительность экскаваторов:

• теоретическую (паспортную);
• техническую;
• эксплуатационную.

Теоретическая (паспортная) производительность - количество горной массы (в тоннах или кубометрах), которое может быть вынуто в единицу времени при непрерывной работе экскаватора, исходя из его конструктивных параметров.

Для мехлопат теоретическая производительность рассчитывается при угле поворота к разгрузке, равном 90°, высоте черпания, равной высоте напорного вала, и номинальной скорости поворота к разгрузке в отвал.

Для драглайна угол поворота принимается равным 135°.

Для многоковшовых экскаваторов теоретическая производительность рассчитывается по числу ковшей, разгружающихся в единицу времени, при номинальной скорости резания. Коэффициент наполнения ковша и коэффициент разрыхления породы в ковше принимаются равными единице.

Теоретическая производительность (м³/ч) экскаватора в разрыхленной массе определяется по формуле

4.12

где Е - вместимость ковша, м;
n_к - число ковшей, разгружающихся в минуту.

Для многоковшовых экскаваторов значение n_к дается в технической характеристике, а для одноковшовых оно определяется по формуле

4.13

где Т_ц.т - теоретическая продолжительность рабочего цикла, с.

Подставив в формулу (4.8) значение n_к, получим формулу для определения производительности одноковшового экскаватора

4.14

Теоретическая производительность экскаватора приводится в паспорте, поэтому она называется также паспортной.

Техническая производительность - максимальная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горнотехнических условиях. Техническая производительность зависит от конструктивных параметров экскаватора, экскавируемости пород, коэффициента наполнения ковша, коэффициента разрыхления породы в ковше, параметров забоя и условий разгрузки (разгрузка на отвал или в транспортные средства). Параметры забоя оказывают влияние на продолжительность вспомогательных операций (передвижка и уборка негабарита для одноковшовых экскаваторов, передвижка роторных экскаваторов и др.).

Часовая техническая производительность в плотной массе (м) для многоковшовых экскаваторов определяется по формуле

4.15

где: k_э - коэффициент экскавации;
k_н.к - коэффициент наполнения ковша;
k_р.к - коэффициент разрыхления породы в ковше;
k₃ - коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомогательных операций;

4.16

t_р - продолжительность непрерывной работы экскаватора с одного положения или при одном направлении движения ротора, с;
t_B - продолжительность одной передвижки или перемены направления движения ротора, с.

Часовая техническая производительность в плотной массе (м) для одноковшовых экскаваторов определяется по формуле

4.17

где Т_Ц.Р - расчетная продолжительность рабочего цикла экскаватора в данном забое, зависящая от типа разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора к разгрузке, с.

Значения коэффициентов k_н.к, k_р.к, k_э определяются в зависимости от свойств экскавируемых пород, вместимости и формы ковша, квалификации машиниста и др. Для неразрыхленных пород значения этих коэффициентов зависят в основном от типа породы. При разработке разрыхленных полускальных и скальных пород значения коэффициентов k_н.к, k_р.к, k_э зависят в основном от кусковатости пород в развале и размеров ковша. Для ориентировочных расчетов при средней степени дробления породы взрывом они могут быть приняты по табл. 4.5.

Таблица 4.5 - Значения коэффициентов k_р.к, k_н.к, k_э

Расчетная продолжительность (с) рабочего цикла одноковшовых экскаваторов при совмещении вспомогательных операций (опускание ковша для черпания и разгрузки, подтягивание и выдвижение рукояти и др.) с основными операциями определяется по формуле

4.18

где: t_ч - продолжительность черпания, с;
t_р - продолжительность разгрузки ковша, с;
t_п.р, t_п.з - продолжительность поворота экскаватора соответственно к месту разгрузки и к забою, с.

Значения t_ч, t_п.р, t_р, t_п.з зависят от свойств пород, параметров забоя и угла поворота экскаватора к разгрузке. Для ориентировочных расчетов продолжительность рабочего цикла в средних условиях разработки при угле поворота экскаватора 135° можно принимать по табл. 4.6. Значения k₃ изменяются в пределах 0,85-0,9.

Таблица 4.6 - Продолжительность рабочего цикла

Эксплуатационная производительность экскаватора определяется с учетом использования рабочего времени, что связано с неизбежными организационными и технологическими простоями (прием смены, осмотр и смазка узлов, ожидание подвижного состава и др.). Эксплуатационная производительность меньше технической. Она отражает степень совершенства организации выемочно-погрузочных работ, смежных основных и вспомогательных работ (транспортирование горной массы, подготовка горных пород к выемке и др.). Эксплуатационная производительность расчитывается за смену, сутки, месяц, год. При расчете производительности за месяц и год учитываются потери времени на ремонты. В наибольшей степени уровень организации работ характеризует годовая производительность. Сменнная эксплуатационная производительность экскаватора (м) приближенно определяется по формуле

4.19

где Т_см - продолжительность смены, ч;
k_и.э - коэффициент использования экскаватора во времени, зависящий от типа применяемого оборудования в смежных технологических процессах, организации производства и других факторов.

Приближенные значения k_и.э приведены в табл. 4.7.

Таблица 4.7 - Значения коэффициента использования экскаватора во времени

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора (м³) определяется по формуле

4.20

где N_Д - число рабочих дней экскаватора в году;
n_см - число рабочих смен в сутки (на большинстве карьеров nсм = 3).

Число рабочих дней экскаватора в году зависит от режима работы карьера (круглогодовой, сезонный и др.). Одноковшовые экскаваторы работают круглый год. При работе с выходными днями N_Д = 240..250. На вскрышных работах, где мощное оборудование работает без выходных дней, N_Д = 280..290. Число рабочих дней для экскаваторов непрерывного действия на вскрышных работах зависит отлродолжительности вскрышного сезона и изменяется от 230 (для южных районов страны) до 175 дней (для северных районов).

На угольных и железорудных карьерах годовая производительность вскрышных экскаваторов ЭКГ-4,6, ЭКГ-8И, ЭШ-15/90 составляет соответственно 1200..1400, 2000..2500, 3500..3600 тыс.м³. Лучшими экскаваторными бригадами достигнуты более высокие показатели.

Удельные затраты на выемочно-погрузочные работы зависят от свойств горных пород, качества подготовки их к выемке, организации работ.