§ 10. Производительность многоковшовых экскаваторов

Производительность многоковшовых экскаваторов зависит в основном от физико-механических свойств разрабатываемых пород, типа экскаватора, схемы его работы, формы и размеров забоя, орга­низации горных работ в карьере.

Теоретическая производительность многоковшовых экскавато­ров определяется геометрической емкостью ковшей и числом их разгрузки в единицу времени:

где Е — емкость ковша, м³;

п — число разгрузок в минуту.

Число разгрузок определяется скоростью и шагом ковшовой цепи у цепных экскаваторов, скоростью вращения и количеством черпаков на роторном колесе у роторных экскаваторов. В легкоэкскавируемых породах число черпаний увеличивают, в трудноэкскавируемых — уменьшают.

Обычно число разгрузок ковшей цепных экскаваторов в минуту составляет при разработке рыхлых пород 30—38, суглинистых 22—26, тяжелых глин, мела и мергеля 18—22.

Число разгрузок ковшей роторных экскаваторов в минуту опре­деляют по формуле

где т — число ковшей на роторном колесе;

N — число оборотов роторного колеса в минуту.

Число оборотов ротора принимают по технической характеристике экскаватора или рассчитывают по формуле

где v — скорость резания, м/сек;

D — диаметр роторного колеса, м.

Техническая производительность многоковшовых экскаваторов соответствует фактической их производительности при непрерывной работе и определяется по формуле

где k_н — коэффициент наполнения ковша;

k_р — коэффициент разрыхления экскавируемых пород.

Примерные значения коэффициентов k_н и k_р (по В. В. Ржевскому) приведены ниже.

Значения коэффициентов наполнения для верхнего черпания принимаются на 10—15% меньше.

Эксплуатационную производительность определяют с учетом простоев экскаватора в течение смены:

где Т — продолжительность рабочей смены, ч;

η — коэффициент использования экскаватора во времени.

Коэффициент использования экскаватора во времени зависит главным образом от вида карьерного транспорта и организации работы. При конвейерном транспорте величина этого коэффициента достигает 0,9, при железнодорожном — изменяется в пределах 0,6—0,9. Поэтому важным резервом повышения производительности экскаваторов при железнодорожном транспорте является обеспечение бесперебойной подачи порожняка под погрузку.

§ 11. Разработка горных пород землеройно-транспортными машинами

К землеройно-транспортным машинам относятся колесные скре­перы и бульдозеры. В процессе работы эти машины производят послойную выемку породы, ее транспортировку и разгрузку в отвал.

Колесные скреперы состоят из ковша, ходовой части, сцепного устройства и механизма управления. Они предназначены для послойной выемки, транспортировки и укладки в отвал рыхлых и легкоразрыхляемых горных пород.

Колесные скреперы бывают прицепные, полуприцепные и само­ходные. Прицепные скреперы двухосные, работают на прицепе с гу­сеничным или колесным тягачом. Полуприцепные скреперы обычно

Рис. 131. Прицепной скрепер с трактором-тягачом.

одноосные, в качестве передней опоры у них используется тягач. Самоходные скреперы имеют колесный или гусеничный ход.

Наибольшее распространение на карьерах получили самоход­ные скреперы на колесном ходу с емкостью ковша 10—15 м³, имею­щие скорость передвижения до 30—60 км/ч (табл. 26). Разрабаты­ваются конструкции с ковшами емкостью до 32 м³.

Цикл работы колесного скрепера (рис. 131) состоит из следующих операций: заполнение ковша в забое породой, перемещение ее к месту выгрузки, разгрузка и возврат назад в забой. При заполнении ковша 1 породой он опускается на забой, передняя стенка 2 подни­мается. При движении скрепера ковш врезается в породу и срезает стружку толщиной 10—25 см. Когда ковш наполнится породой, его поднимают и транспортируют на отвал к месту разгрузки. На отвале ковш несколько отпускают, оставляя необходимый зазор между почвой и ковшом, и начинают перемещать вперед заднюю стенку 3,

которая выталкивает породу из ковша. Освобожденный от породы ковш поднимают в транспортное положение и скрепер возвращается в забой, после чего цикл работы повторяют. При работе мощных скреперов в плотных породах усилий одного тягача иногда бывает недостаточно, тогда используют трактор-толкач, который в момент загрузки толкает скрепер сзади. Один трактор-толкач обслуживает на месте загрузки 3—4 скрепера, что позволяет на 15—20% увели­чить их производительность. При работе в слабых породах к одному тягачу иногда можно прицепить два скрепера.

Различают два основных способа выемки горных пород колесными скреперами: горизонтальными слоями с заполнением ковша скре­пера на горизонтальном участке (рис. 132, а) и наклонными слоями с заполнением ковша на наклонном участке при движении скрепера под уклон или на подъем (рис. 132, б).

Рис. 132. Способы выемки горных пород к

При первом способе выемки вскрышные уступы отрабатывают отдельными участками. Фронт вскрышных работ подвигается периодически, по мере отработки на полную глубину каждого участка. Отвалы также формируют отдельными участками и отсыпают равномерными слоями по всей ширине отвального участка. При втором способе фронт работ подвигается непрерывно, что создает лучшие условия для равномерного ведения добычных работ.

Техническая производительность скрепера зависит от свойств разрабатываемых пород, емкости ковша, продолжительности его наполнения и разгрузки, расстояния и скорости транспортирования:

где Е – геометрическая емкость ковша, м³;

Т_ц – продолжительность рабочего цикла, мин.

Продолжительность цикла

Т_ц = t_з + t_г + t_р + t_п + t_в, мин, (133)

где t₃ — продолжительность загрузки ковша (0,75—1,5), мин;

t_Т — продолжительность грузового хода, мин;

t_р — продолжительность разгрузки ковша (0,25—1,0), мин;

t_п — продолжительность порожнякового хода, мин;

tв — продолжительность вспомогательных операций — поворо­тов и

переключений передач (1,0— 1,5), мин. Эксплуатационная производительность скрепера

где Т — продолжительность смены, ч;

η — коэффициент использования скрепера во времени (0,70— 0,85).

При наиболее распространенном расстоянии транспортирования (200—300 м) сменная производительность скрепера с ковшом ем­костью 15 м³ составляет 400—600 м³. С увеличением расстояния транспортировки производительность колесных скреперов значитель­но снижается. Поэтому скреперы с гусеничными тягачами обычно применяют при расстоянии транспортировки не более 0,5 км, с колес­ными тягачами — не более 1—1,5 км.

Колесные скреперы широко применяют на открытых горных работах для зачистки кровли пласта, понижения высоты вскрышного уступа, проходки траншей, планировки площадок и дорог, а также для выполнения основных вскрыищых работ на небольших карье­рах. Они выгодно отличаются от других машин простотой и надеж­ностью конструкции, небольшой стоимостью и низкими эксплуата­ционными расходами. К основным недостаткам скреперов относятся сезонность их работы, непригодность для работы в породах с боль­шим количеством валунов, значительное снижение производитель­ности при увеличении расстояния транспортирования.

Бульдозер представляет собой трактор или колесный тягач с укрепленным впереди отвалом. Он, как и колесный скрепер, вынимает, транспортирует и размещает породу в отвал. Однако, в отличие от скрепера, бульдозер может работать как в мягких, так и в разрыхленных взрывом скальных горных породах.

На карьерах бульдозеры широко применяют для планировки рабочих площадок, отвалов, дорог, для совместной работы с экска­ватором или скрепером, для зачистки кровли пласта и выполнения различных строительных работ. При разработке россыпных месторо­ждений бульдозеры успешно применяют на вскрышных и добычных работах.

Бульдозеры подразделяют на неповоротные и поворотные. У пер­вых отвал, укрепленный перпендикулярно продольной оси машины, может только подниматься или опускаться в вертикальной пло­скости, у вторых отвал может изменять положение как в вертикаль­ной, так и в горизонтальной плоскости, что позволяет перемещать срезаемую породу в сторону от направления движения бульдозера.

Бульдозеры имеют канатное или гидравлическое управление. При канатном управлении отвал заглубляется под действием веса отвала, при гидравлическом — принудительно, с помощью гидра­влических систем.

На карьерах наибольшее распространение получили гусеничные неповоротные бульдозеры с канатным управлением. Они обладают хорошей проходимостью, конструктивно просты и надежны в работе. В последнее время все шире начинают применять колесные бульдо­зеры, имеющие большую маневренность и скорость передвижения (табл. 27). Производительность бульдозеров зависит главным образом от мощности машины, размеров отвала, свойств разрабатываемых пород и дальности транспортировки. С увеличением дальности транспор­тировки производительность бульдозеров резко снижается. Так, сменная производительность бульдозера Д-385 при дальности транс­портировки 10 м составляет 2000—2200 м³, а при увеличении ее до 30 м снижается до 500—700 м³. Для современных бульдозеров экономически выгодная дальность транспортировки не превышает 80—100 м. С увеличением мощности бульдозеров это расстояние можно увеличить.