4.9. Производительность экскаваторов

Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность выемочных машин.

Теоретическая (паспортная) производительность Q_п – масса или объем расчетной (паспортной) породы, которые могут быть вынуты в единицу времени при непрерывной работе экскаватора, исходя из его конструктивных параметров. Для мехлопат ее рассчитывают при угле поворота под погрузку 90°, высоте черпания, равной высоте напорного вала, номинальной скорости поворота, разгрузке в отвал, для драглайна – при угле поворота 135°.

В

а б

Рис. 4.15. Схема к определению высоты уступа роторного экскаватора при выемке вертикальными (а) и горизонтальными (б) стружками

общем виде теоретическая производительность выемочных машин (м³/ч) по разрыхленной породе

Q_п = 60·Е·n_п, (4.8)

где Е – расчетная вместимость экскавирующего органа (чаще всего ковша), м³; n_п – конструктивно-расчетное число разгрузок экскавирующего органа (или ряда их), 1/мин.

Для всех выемочных машин цикличного действия (одноковшовых экскаваторов и погрузчиков, скреперов, бульдозеров)

n_п = 60/t_цп, (4.9)

здесь t_цп – паспортная продолжительность рабочего цикла, с.

При расчете производительности экскаваторов непрерывного действия n_п принимают по технической характеристике или находят расчетным путем:

- у роторных экскаваторов

n_п = Z·n_р; (4.10)

- у цепных многоковшовых

, (4.11)

где Z – число ковшей; n_р – частота вращения ротора, 1/мин, V_к – скорость движения ковшовой цепи, м/с; ш – шаг ковшовой цепи, м.

Техническая производительность Q_т (м³/ч) – максимальная часовая производительность при непрерывной работе в конкретных горно-технических условиях.

Для многоковшовых экскаваторов

, (4.12)

здесь К_з – коэффициент влияния параметров забоя (коэффициент забоя); K_н – коэффициент наполнения ковша; К_р – коэффициент разрыхления породы в ковше (табл. 4.3).

Таблица 4.3. Коэффициент наполнения и разрыхления пород в ковше при выемке из массива

Породы	Мехлопаты, драглайны		Цепные экскаваторы		Роторные экскаваторы
			верхнего черпания	нижнего черпания
Коэффициент наполнения ковша
Песок и легкие супеси	1,1–1,0	1,05–0,9	1,05	1,1–2,0	0,94–1,06
Неуплотненные мягкие породы	1,0–0,9	0,9–0,7	1,0	1,0–1,5	0,91–1,02
Уплотненные мягкие породы, гравий	1,0–0,8	0,9–0,6	0,9	1,0–1,3	0,90–0,97
Малопрочные плотные породы	0,85–0,75	0,8–0,5	0,85	0,9–1,1	0,86–0,91
Плотные породы средней прочности	0,8–0,7	0,7–0,4	–	–	0,83–0,87
Прочные плотные породы	0,75–0,65	–	–	–	0,81–0,82
Коэффициент разрыхления породы в ковше
Песок и легкие супеси	1,08–1,17	1,08–1,17	1,15		1,08–1,22
Неуплотненные мягкие породы	1,15–1,30	1,15–1,30	1,20		1,10–1,25
Уплотненные мягкие породы, гравий	1,25–1,35	1,25–1,35	1,25		1,25–1,34
Малопрочные плотные породы	1,30–1,40	1,30–1,40	1,30		1,28–1,35
Плотные породы средней прочности	1,35–1,45	1,35–1,45	–		1,30–1,36
Прочные плотные породы	1,40–1,50	1,40–1,50	–		1,38–1,40

При расчете технической производительности выемочных машин цикличного действия необходимо учитывать расчетную продолжительность цикла t_цp в конкретном забое, зависящую от вида разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора под разгрузку. Тогда

, (4.13)

Значения коэффициентов К_н и К_р при выемке из массива зависят в основном от типа пород. Для учебных расчетов они могут быть приняты по табл. 4.3. В разрушенных породах на величину этих коэффициентов влияют кусковатость пород в развале и вместимость ковша [30, табл. 8.4–8.5]. В хорошо взорванных скальных породах ориентировочное значение К_н = 0,6–0,75, в плохо взорванных породах К_н = 0,4–0,6. Коэффициент разрыхления в ковше в скальных породах варьирует от 1,4 до 1,6 [2].

На расчетную продолжительность цикла t_цp влияют свойства пород, их кусковатость, параметры забоя и угол поворота под разгрузку. Для учебных расчетов производительности мехлопат по выемке разрушенных пород ее можно принять по табл. 4.4. а для других условий по «Единым нормам выработки» [25].

Таблица 4.4. Продолжительность цикла мехлопат, с

Угол поворота под разгрузку, град	Экскаваторы
	ЭКГ-3,2	ЭКГ-4,6	ЭКГ-8и	ЭКГ-12,5	ЭКГ-20
Хорошо взорванные скальные породы
90	28,7	31,7	33,8	38.1	36,1
135	31,9	34.0	36,5	41,4	34,3
180	34,0	36,1	38,6	43,6	41,4
Плохо взорванные скальные породы
90	32,0	36,8	37,6	41,9	39,8
135	34,1	38,9	40,6	44,4	41,9
180	36,2	41,0	43,6	46,2	44,0

Продолжительность цикла драглайна больше, чем мехлопат той же мощности, на 40–70%:

Коэффициент влияния параметров забоя К_з составляет для мехлопат и драглайнов 0,7–0,9. Для цепных многоковшовых экскаваторов: во фронтальном забое при выемке параллельными стружками К_з = 1; при выемке треугольными стружками по вееру К_з =0,97; в торцовом забое при выемке параллельными стружками К_з =0,8–0,88, при выемке треугольными стружками по вееру К_з = 0,85. При валовой выемке роторными экскаваторами К_з = 0,74–0,83.

Эксплуатационную производительность Q_э вычисляют с учетом неизбежных организационных и технологических простоев (прием и сдача смены, осмотр и смазка узлов, ожидание транспорта и др.). Сменную эксплуатационную производительность экскаваторов (м³) можно определить по формуле:

Q_э.см = Q_т ·Т_см ·K_пот ·K_у ·K_и·К_к, (4.14)

где Т_см – продолжительность смены, ч; K_пот – коэффициент потерь экскавируемой породы (табл. 4.5); K_у – коэффициент управления, зависящий от порядка отработки забоя, квалификации машиниста, наличия средств контроля и автоматики; К_и – коэффициент использования экскаватора в течение смены, учитывающий организационные и технологические перерывы (табл.4.5); К_к – коэффициент, учитывающий влияние климатических условий (табл. 4.8).

Таблица 4.5. Расчетные коэффициенты для определения эксплуатационной производительности

Наименование	Экскаваторы
	мехлопаты	драглайны	цепные	роторные
Коэффициент потерь породы	0,98–0,99		0,99–1,0	0,90–0,97
Коэффициент управления	0,92–0,98		0,93–0,98	0,92–0,96
Коэффициент использования при: - перемещении породы в отвал - погрузке на конвейер - погрузке в железнодорожные вагоны с тупиковой подачей составов - погрузке в железнодорожные вагоны со сквозной подачей составов - погрузке в автосамосвалы с тупиковым разворотом - погрузке в автосамосвалы с кольцевым разворотом	0,80–0,95 0,75–0,80 0,55–0,65 0,70–0,75 0,60–0,65- 0,70–0,75		– 0,8–0,9 0,60–0,65 0,70–0,85 – –

Примечание: При раздельной выемке роторными экскаваторами величин К_у снижается до 0,50–0,65.

Годовая эксплуатационная производительность

Q_э.г = Q_э.см ·N_рс, (4.15)

где N_рс – число рабочих смен экскаватора в течение года с учетом целосменных простоев в ремонтах, вследствие низких температур, сезонной работы.

Для одноковшовых экскаваторов N_рс можно принимать по рекомендациям Гипроруды [25].Добычные роторные экскаваторы работают круглогодично с остановками на ремонт. У них

N_рс = (N_p–N_рем)·n_см, (4.16)

здесь N_p – число рабочих дней карьера в течение года (табл. 2.2), сут: N_рем = 20–60 – длительность ремонтов за год (табл. 4.6), сут; n_см – количество рабочих смен за сутки.

Вскрышные роторные и все многоковшовые цепные экскаваторы работают сезонно. Длительность сезона колеблется в зависимости от климатической зоны (табл. 4.7). Ремонт выемочных машин в этом случае ведут зимой.

Таблица 4.6. Рекомендуемая продолжительность ремонтов роторных экскаваторов на угольных разрезах (по данным УкрНИИпроекта)

Градация экскаваторов по теоретической производительности, м3/ч.	Продолжительность рассредоточенного ремонта, сут.
Малые (до 630)	20
Средние (630–2500)	40
Большие (2500–5000)	50
Мощные (5000–10000)	60

Таблица 4.7. Простои многоковшовых экскаваторов (по данным УкрНИИпроекта)

Показатели	Южная климатическая зона (Украина, Ср. Азия)	Средняя климатическая зона (Европейская часть, Южный Урал)	Северная климатическая зона (Сибирь, Дальний Восток, Сев. Урал, Сев-Вост. Казахстан)
Простои, сут.: - при круглодичной работе - при сезонной работе Длительность вскрышного сезона, сут.	4 2 269	7 4 239	10 5 211

Таблица 4.8. Климатические зоны (по ЕНВ на открытые горные работы)

Административно-территориальные районы	Температурная зона	Коэффициент влияния климатических условий
Россия
Мурманская область	4	0,955
Свердловская область	5	0,949
Иркутская область, Якутия	6	0,913
Курская область	3	0,962
Красноярский край, Норильск	Все категории	0,900
Центральные районы Красноярского края, Кемеровская область	5	0,949
Северные районы Красноярского края (кроме Норильска)	0	0,913
Хакасия, Тыва	6	0,949
Читинская область	5	0,949
Оренбургская область, Хабаровский край	5	0,949
Амурская область	5	0,949
Север Хабаровского края	6	0,913
Северные районы Якутии и Магаданской области	Все категории	0,900
Казахстан
Кустанайская область	4	0,955
Северо-восточные районы Казахстана	5	0,949
Джамбульская область	3	0,962
Узбекистан, Киргизия, Таджикистан	1	0,992
Белоруссия, Эстония	2	0,978
Грузия, Армения	-	1,0