Изучение конструкции и определение производительности выемочно-погрузочных и выемочно-транспортирующих машин

Основные положения

При разработке месторождений открытым способом применяются следующие виды оборудования: буровые станки, выемочно-погрузочные, выемочно-транспортирующие машины и машины для гидродобычи.

К выемочно-погрузочным машинам относятся экскаваторы. Экскаваторы могут быть периодического (цикличного) и непрерывного действия. К машинам периодического действия относят одноковшовые экскаваторы, а к машинам непрерывного действия – многоков­шовые экскаваторы [1].

По назначению и роду выполняемой работы одноковшовые экскаваторы, применяемые на карьерах, относятся к следующим группам:

ЭКГ – карьерные гусеничные с ковшами вместимостью 2¸ 20 м³; ЭГ – карьерные гидравлические на гусеничном ходу с ковшами вместимостью 2, 5¸ 40 м³; ЭВГ – вскрышные гусенич­ные с ковшами вместимостью 15¸ 100 м³ (в настоящее время промышленностью не выпускаются); ЭШ – шагающие (дра­глайны) с ковшами вместимостью 4¸ 125 м³.

Кроме указанных промышленностью выпускаются также экскаваторы типов: ЭО – универсальные (строительные) гусе­ничные и пневмоколесные с ковшами вместимостью 0, 16¸ 4 м³; ЭКСГ – карьерно-строительные гусеничные с ковшами вмести­мостью 1, 25¸ 8 м³.

Экскаватор типа прямая напорная лопата – ЭКГ-5А (рис.6.1) состоит из рабочего оборудования, поворотной платформы 14 с кузовом 1 и ходовой гусеничной тележки 16.

Рабочее оборудование включает в себя ковш 9, стрелу 5 и рукоять 12. На верхней кромке ковша установлены сменные зубья 8, которые после затупления поворачивают на 180°. Дни­ще 10 ковша откидное; при опускании ковша вниз оно автома­тически захлопывается. При разгрузке ковша днище открывает­ся тросом 11 с помощью электродвигателя, установленного на стреле. Стрела 5 опирается на поворотную платформу с по­мощью пятого шарнира и поддерживается в наклонном положе­нии стреловым канатом 3, проходящим через блоки, установ­ленные на конце стрелы и двуногой стойке 2.

Ковш при зачерпывании породы поднимается канатом 7, ко­торый перекинут через головной блок 6 и навивается на бара­бан подъемной лебедки, установленной на поворотной платфор­ме 14. Подъем ковша совмещается с подачей рукояти 12 на за­бой с помощью механизма напора. Экскаватор ЭКГ-5А имеет зубчато-реечный механизм напора 4, расположенный на стреле 5, который передает усилие на зубчатую рейку рукояти, удер­живаемую в зацеплении с кремальерной шестерней механизма напора седловым подшипником 13. Рукоять может поворачи­ваться вокруг напорного вала при подъеме и опускании ковша и двигаться вдоль своей оси при напоре и возврате ковша.

Рис.6.1. Экскаватор ЭКГ-5А

На поворотной платформе кроме подъёмной установлены также стреловая лебёдка, поворотный механизм, силовое обору­дование и механизмы управления экскаватором.

Поворотная платформа через роликовый круг опирается на раму гусеничной тележки, с которой неподвижно соединен зуб­чатый венец 17. В зацеплении с венцом находятся выходные ше­стерни 15 редукторов механизма поворота. При включении поворотного механизма платформа вместе с рабочим оборудо­ванием может поворачиваться вокруг вертикальной оси в обе стороны на любой угол.

Основные рабочие размеры прямой напорной лопаты: ра­диус копания R _к, радиус копания на уровне стояния экскавато­ра R _ку, радиус разгрузки R _р, высота копания H _к, глубина копа­ния h _к, высота разгрузки H _р.

К выемочно-транспортирующим машинам (ВТМ) относятся: бульдозеры, струги, грей­деры и ковшовые (скреперы, погрузчики) машины, которые при­меняют для вскрышных и погрузочных работ при добыче полез­ных ископаемых, для планирования поверхности перед уклад­кой рельсовых путей и при сооружении дорог для карьерного авто­транспорта.

Бульдозеры (рис.6.2, а) предназначены для послойной раз­работки слабых пород без предварительного рыхления и пере­мещения их на расстояние до 150 м.
У бульдозеров, применяющихся на горных работах, наибо­лее распространен неповоротный отвал 1, установленный под углом 90° к продольной оси трактора. Бульдозеры с поворот­ным отвалом применяют для планировочных работ.

Рис.6.2. Выемочно-транспортирующие машины:

а – бульдозер; б – рыхлитель; в – скрепер; г – одноковшовый фронтальный погрузчик

Рыхлители 2 (рис.6.2, б) предназначены для разрушения пород с пределом прочности до 90 МПа и мерзлых грунтов, ко­торые не могут быть эффективно и экономично разрушены экскаваторами.

Распространение на карьерах страны получили бульдозерно-рыхлительные агрегаты (бульдозеры-рыхлители). Главным параметром бульдозеров, рыхлителей и бульдозе­ров-рыхлителей является номинальное тяговое усилие ба­зового трактора или тягача T _ном.т, кН.

Скреперы – выемочно-транспортирующие машины, предна­значенные для послойного срезания слабых пород и транспор­тирования их на расстояние до 3÷ 6 км (самоходные колесные скреперы) или в пределах 0, 3÷ 0, 9 км (скреперы с гусеничными тягачами) с последующей послойной укладкой в месте вы­грузки.

Скрепер представляет собой самоходный (рис.6.2, в) или буксируемый ковш 3, с ножом по всей ширине передней кром­ки днища ковша. После заполнения ковш переводится в тран­спортное положение. Порода из скрепера выгружается принуди­тельным способом.

Главный параметр скрепера – геометрическая вместимость ковша Е (м³).

Одноковшовые фронтальные погрузчики (рис.6.2, г) приме­няют на погрузке разрыхленных скальных пород и угля глав­ным образом в автосамосвалы при транспортировании их на расстояние до 500 м. Грузоподъемность погрузчиков на пневмоколесном ходу типов ТО-25, ТО-11, ТО-21-1 составляет 3; 4 и 15 т при вместимости ковша 4 соответственно 1, 5; 2 и 7, 5 м³.

Теоретическая производительность экскаватора Q по рыхлой массе [1]

Q = 60 En_z, м³/ч, (6.4)

или

, м³/ч, (6.5)

где Е – вместимость ковша (и подковшового пространства для многоковшовых экскаваторов), м³; n_z – число ковшей, разгру­жаемых в 1 мин; t_ц – теоретическая продолжительность цик­ла, с.

Для одноковшовых экскаваторов [1]; для многоков­шовых п_z равно частоте ν разгрузок ковшей в 1 мин.

Для цепных экскаваторов [1]

(6.6)

где u _ц – скорость движения ковшовой цепи, м/с; t_к – шаг уста­новки ковшей, м.

Теоретическая производительность бульдозеров, погрузчи­ков и скреперов определяется по формуле (6.5). Для бульдозе­ров Е – теоретический объем призмы волочения, а для погруз­чиков и скреперов Е – вместимость ковша. Для погрузчиков с вместимостью ковша Е ≤ 3 м³ длительность цикла t_ц ≈ 24 с при погрузке в автотранспорт. При большей вместимости ковша время цикла возрастает примерно на 1 с на каждый 1 м³ уве­личения вместимости ковша.

Техническая производительность Q_т экскаватора рассчиты­вается с учетом конкретных условий работы: категорий пород, коэффициентов разрыхления породы k_p и наполнения ковша k_н при непрерывной работе, а также с учетом перерывов в работе, неизбежных для данного типа экскаватора.

Техническая производительность [1]

, м³/ч, (6.7)

где k_н = 0, 8 ÷ 1, 1 – коэффициент наполнения ковша; k_p = 1, 1 ÷ 1, 5 – коэффициент разрыхления породы; t_p – длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки или при одном направлении движения рабочего органа (для много­ковшовых экскаваторов); t_n – длительность одной передвижки (для одноковшовых экскаваторов) или перемены направления движения рабочего органа (для многоковшовых экскаваторов); k_эк = k_н/k_p – коэффициент экскавации.

Для бульдозеров, погрузчиков и скреперов техническая про­изводительность [1]

Q_т = Q · , м³/ч, (6.8)

k_н = 0, 75 ÷ 1, 5 для одноковшового фронтального погрузчика и k_н = 0, 5 ÷ 0, 95 для скрепера.

Эксплуатационнаяпроизводительность Q₃ характеризует фактический объем горной массы, отработанной экскаватором за определенный период его эксплуатации. Она определяется с учетом неизбежных организационных, технологических про­стоев (учитываются потери времени на приемку смены и ос­мотр машины, на проведение ежесменного технического обслу­живания, замену подвижного состава) и простоев, связанных с ликвидацией отказов оборудования экскаватора.

Сменная эксплуатационная производительность (м³/смену) [1]

Q _э.см = Q _т · t _см · k _в, м³/смену, (6.9)

где t _см – длительность работы смены, ч; k _в – коэффициент ис­пользования экскаватора во времени.

Для экскаваторов, работающих с погрузкой в железнодо­рожные вагоны,
k _в = 0, 55 ÷ 0, 8; с погрузкой в автосамосвалы, на конвейеры и в отвал –
k _в = 0, 8 ÷ 0, 9.

По формуле (6.9) рассчитывается также эксплуатационная производительность выемочно-транспортирующих машин. Для бульдозеров-рыхлителей k _в = = 0, 8 ÷ 0, 85; самоходных скреперов – k _в = 0, 75; погрузчиков – k _в = 0, 75 ÷ 0, 8.

Задание. Определить теоретическую Q, техническую Q_т и эксплуатационную производительность Q _э.см одноковшового экскаватора, цепного экскаватора, роторного экскаватора, скрепера и фронтального погрузчика. Данные см. в табл.6.1 – 6.5.

Пример.

Исходные данные:

для одноковшового экскаватора ЭКГ-8И Е = 8 м³; t_ц = 26 с.; k_н = 0, 9; k_p = 1, 3;
t_p = 1, 8 ч.; t_n = 0, 2 ч.; t _см = 8 ч.; k _в = 0, 8;

для цепного экскаватора ERs-710 Е = 0, 14 м³ (подковшовое пространство);
u _ц = 1, 1 м/с; t_к = 0, 4 м.; k_н = 1, 1; k_p = 1, 3; t_p = 1, 6 ч.; t_n = 0, 15 ч.; t _см = 8 ч.;
k _в = 0, 8;

для роторного экскаватора ЭР-1250 Е = 0, 3 м³ (подковшовое пространство);
n_z = 76, 5 мин^-1; k_н = 1, 1; k_p = 1, 3; t_p = 1, 2 ч.; t_n = 0, 15 ч.; t _см = 8 ч.; k _в = 0, 8;

для скрепера ДЗ-79 Е = 15 м³; t_ц = 960 с.; k_н = 0, 8; k_p = 1, 3; t _см = 8 ч.; k _в = 0, 75;

для фронтального погрузчика ТО-11 Е = 2 м³; t_ц = 24 с.; k_н = 1, 1; k_p = 1, 3;
t _см = 8 ч.; k _в = 0, 8.

Теоретическую производительность одноковшового экскаватора ЭКГ-8И определим на основании формулы (6.5)

м³/ч.

Техническая производительность экскаватора ЭКГ-8И согласно формуле (6.7)

, м³/ч,

Сменная эксплуатационная производительность экскаватора ЭКГ-8И исходя из формулы (6.9)

Q _э.см = 690 · 8 · 0, 8 = 4417 м³/смену.

Теоретическую производительность цепного экскаватора ERs-710 определим на основании формул (6.6) и (6.4)

.

м³/ч.

Техническая производительность экскаватора ERs-710 согласно формуле (6.7)

м³/ч.

Сменная эксплуатационная производительность экскаватора ERs-710 исходя из формулы (6.9)

Q _э.см = 1072 · 8 · 0, 8 = 6862 м³/смену.

Теоретическую производительность роторного экскаватора ЭР-1250 определим на основании формулы (6.4)

м³/ч.

Техническая производительность экскаватора ЭР-1250 согласно формуле (6.7)

м³/ч.

Сменная эксплуатационная производительность экскаватора ЭР-1250 исходя из формулы (6.9)

Q _э.см = 1065 · 8 · 0, 8 = 6818 м³/смену.

Теоретическую производительность скрепера ДЗ-79 определим на основании формулы (6.5)

м³/ч.

Техническая производительность скрепера ДЗ-79 согласно формуле (6.8)

м³/ч,

Сменная эксплуатационная производительность скрепера ДЗ-79 исходя из формулы (6.9)

Q _э.см = 34, 62 · 8 · 0, 75 = 207, 7 м³/смену.

Теоретическую производительность фронтального погрузчика ТО-11 определим на основании формулы (6.5)

м³/ч.

Техническая производительность фронтального погрузчика ТО-11 согласно формуле (6.8)

м³/ч.

Сменная эксплуатационная производительность фронтального погрузчика ТО-11 исходя из формулы (6.9)

Q _э.см = 253, 85 · 8 · 0, 8 = 1625 м³/смену.

Варианты заданий по расчёту производительности одноковшового экскаватора.

Таблица 6.1

Варианты заданий по расчёту производительности цепного экскаватора.

Таблица 6.2

Варианты заданий по расчёту производительности роторного экскаватора.

Таблица 6.3

Варианты заданий по расчёту производительности скрепера.

Таблица 6.4

Варианты заданий по расчёту производительности фронтального погрузчика.

Таблица 6.5

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №7