8.4.3. Расчет производительности одноковшового экскаватора.

Производительность экскаваторов зависит от продолжительности цикла (t_u) и объема грунта, который ковш разрушает, набирает и переносит за один цикл. Этот объем зависит от емкости ковша, (q) и степени наполнения, характеризуемой коэффициент наполнения (к„).

При разработке ковш наполняется разрыхленным или взорванным грунтом. Поэтому при определении производительности надо учитывать и степень разрыхления грунта, т.е. коэффициент разрыхления к_р

Техническая производительность учитывается в плотном теле. За час чистой работы она определяется следующей зависимостью.

П_т = (м³ /ч).

Продолжительность цикла (15-К35) с.

ty = t_k + t,, + t_B + t_d + t_n*₃.

t_k — продолжительность копания (30 35 % от времени цикла)

t_n - время поворота.

t_B - время на выгрузку (1 8) с.

t,,*3 - время обратного поворота в забой.

k_H =0,9 1,2 k_P 1,1 1,4

эксплуатационную производительность определяют с учетом квалификации машиниста и легкости управления (К_у = 0,88 0,96), потерь времени на передвижения (2 8%), технический осмотр, ожидания транспорта и т.д. Все потери времени учитываются коэффициентом использования рабочего времени к_в.

к„ = 0,7 0,75 - при работе в транспорт.

к_в = 0,8 0,93 - при работе в отвал.

Практически число часов работы экскаваторов в год не должно быть меньше 2500 ч.

8.4.4. Многоковшовые экскаваторы.

1. По типу рабочего органа они подразделяются на:

а) роторные

б) цепные.

Принципиальная особенность этих машин заключается в непрерывности действия. Эти машины менее универсальны, чем одноковшовые экскаваторы, вследствие чего их широко применяются для выполнения однотипных работ большого объема, к которым относятся траншеекопатели и карьерные.

2. По характеру движения рабочего органа:

а) на экскаваторы продольного копания (цепные и роторные), у которых направление перемещения машины и направление рабочего движения одинаковы;

б) экскаваторы поперечного копания (только цепные), у которых направление перемещения машины перпендикулярно направлению рабочего движения;

в) экскаваторы карьерные роторные, у которых рабочий орган кроме вращения вокруг своей оси поворачивается относительно оси машины.Индексация многоковшовых экскаваторов (см. схему А).

Цепные траншеекопатели могут разрабатывать траншеи большей глубины, чем роторные, и при равной глубине копания имеют меньшую массу. Поэтому их применяют чаще, несмотря на то, что при одинаковой с роторными траншеекопа телями массе имеют меньшую производительность. Малые модели цепных траншеекопателей, как и роторных, часто изготовляют в виде навесного оборудования на тракторах, тягачах и автомобилях.

а) конструктивная схема

Рис. 8.83 Цепной траншейный экскаватор.

б) общий вид

1. Базовая машина

2. трансмиссия

3. механизм подъема рабочего органа

4. место машиниста

5. дугообразные направляющие

6. приводной вал

7. цепи ленточный конвейер

8. ковши

9. ходовая часть ковшовая рама.

^:. 5)

Схема А. Иыдекг-шця жокаваторов непрерывного,

продольного (п) и поперечного (б) коппшш.

Рабочее оборудование такого экскаватора состоит из ковшовой рамы, по которой движется бесконечная цепь с укрепленными на ней ковшами. Поднимается и опускается рама при помощи канатного, гидравлического или цепного привода. Ковшовая цепь приводится в движение при одномоторном приводе через редуктор и цепную передачу от двигателя. На современных экскаваторах часто применяется многомоторный привод и гидродинамическая передача с гидротрансформатором.

Рабочий орган траншеекопателя представляет собой широкий и короткий ковш. При очень малой ширине траншей (0,3 - 0,5м) применяют полуковши или скребки. Разгрузка ковша при огибании верхней звездочки ковшовой цепи производится принудительно. Для этого на ковшовой раме устанавливают подпружиненные скребки, вычищающие ковш при огибании звездочки.

Для изменения ширины траншей на ковшах крепят ножи-уширители, применяют специальные фрезы на ковшовой раме, а также ковши разной ширины. Для широких траншей ковши устанавливают в два ряда и размещают их в шахматном порядке для большей равномерности работы. Для обработки каналов с откосами в легких грунтах используют дополнительно боковые шнеки и ножи. Ковши снабжают зубьями, иногда устанавливаемыми в шахматном порядке.

На рис. 8.63. приводится общий вид одного из типов цепных траншеекопателей. Он предназначен для рытья траншей глубиной до 2,5м в незамороженных грунтах

I-III категорий. В конструкции машины предусмотрена возможность оборудования ее дополнительной вставкой, позволяющей рыть траншее глубиной до 3,5м.

Привод транспортной установки позволяет осуществить бесступенчатое регулирование в диапазоне передвижения 5^150 м/ч. Это дает возможность на малых скоростях передвижения разрабатывать мерзлые грунты.

При работе ковшовая цепь приводится в движение, а стрела постепенно опускается. Ковши врезаются в грунт на заданную глубину копания, после чего включается ходовой механизм и копание траншей осуществляется рабочим перемещением машины. Грунт с ковшей, разгружающихся при огибании ими приводной звездочки, падает на поперечный конвейер. Скорость конвейера 2-2,5 м/с, длина 2-4м. конвейер может сдвигаться вправо или влево так, что обеспечивается разгрузка с нужной стороны траншеи.

Основными параметрами экскаваторов являются скорость движения ковшей v_a (скорость копания) и скорость перемещения машины и_х. При любой глубине траншеи Н скорость ковшовой цепи и скорость хода должны обеспечивать наполнение ковшей. При врезании в грунт толщина стружки быстро возрастает до постоянного значения, сохраняемого по всей траектории ковша в забое. Обычно у траншеекопателей ковшовая рама устанавливается под углом <30-55 . При большем угле грунт просыпается через заднюю стенку ковша.

Транспортные скорости гусеничных цепных траншеекопателей составляют 1,2-6км/ч. На 10л емкости ковша масса их равна 2-3 т, мощность привода 10-25 кВт (последние значения для машин, предназначенных для очень крепких и мерз­лых грунтов). Расход дизельного топлива составляет 0,1-0,2л на 1 m^j грунта. Удельные средние показатели на 1л (1 дм ) емкости ковша у цепных траншеекопателей: мощность дизеля 0,6-1,8 кВт, масса 0,28-0,33 т, производительность 1,0-4 м³/ч, годовая выработка 1,0-1,6 тыс. м³.

Производительность на 1 т массы 3-6м /ч, расход энергии на 1м грунта составляет 0,5-1,2 кВт, расход дизельного топлива 0,07-0,15кг.

Роторные траншеекопатели отличаются от цепных более высокими КПД, производительностью и меньшими размерами траншеи, разрабатываемой ими. Поскольку наибольшая глубина траншеи у них не превышает 0,6 диаметра ротора, то уже при глубине траншеи порядка 3,5м необходим ротор диаметром около 6м. Ротор таких размеров затрудняет транспортировку, а поэтому роторные траншеекопатели редко применяются для траншей глубже 2,5м.

Рис. 8.64. Траншейный роторный экскаватор.

1. двигатель;

2. гидроцилиндр подъема рабочего оборудования;

3. рама;

4. трансмиссия;

5. ходовое устройство;

6. ротор;

7. ленточный конвейер;

8. рама ротора;

9 зачисткой плуг;

10.ножевые откосники.

Рис. 8.65. Роторный траншеекопатель: (кинематическая схема).

1. двигатель; 2. коробка передач; 3. передача привода ходовой части;

4. привод ротора; 5. привод конвейера; 6. конвейер; 7. ротор.

В качестве базовой машины для них используют тракторы или тягачи, обычно на гусеничном ходу. Конструктивная схема такого экскаватора показана на рис. 8.64., 8.65. Рабочее оборудование состоит из ротора, несущего 10-16 ковшей. Ротор представляет собой обод, катящийся по роликам четырехугольной или тре­угольной рамы, который приводится во вращение шестерней механизма привода, установленной на раме и сцепляющейся с венцовой шестерней обода. Рама снабжена кожухом, препятствующим высыпанию грунта из ковшей. На ободе закрепляется от 10 до 14 ковшей. Поднимается и опускается ротор с помощью цепных, гидравлических или канатных устройств.

Рабочим органом является ковш, снабженный зубьями. Для крепких грунтов зубья имеют большую длину и выполняются в виде клыков, устанавливаемых в шахматном порядке, чтобы увеличить объем скола. Очищающие скребки в роторных траншеекопателях не устанавливаются из-за жесткого крепления ковшей к ободу, что затрудняет использование экскаваторов в вязких грунтах. Для лучшей разгрузки таких грунтов задние стенки ковшей изготовляют из круглого железа. Для уширения траншеи на колесе устанавливают два ряда ковшей или применяют уширители. Для обработки канав с откосами в легких грунтах используют специальные ножи.

Эти экскаваторы выпускаются с одномоторным дизельным и с многомоторным дизель-электрическим приводом. В дизель-электрическом приводе дизель приводит в движение генератор, ток от которого передается к электродвигателями приводом ротора, ходовой части и гидронасоса.

Процесс работы проходит следующим образом. Ротор приводится в движение и постепенно опускается до заглубления на заданную глубину копания. После этого включается ходовой механизм и машина перемещается вдоль разрабатываемой траншеи. Грунт из ковшей высыпается на ленточный конвейер и подается на бровку забоя.

Скорость ковшей колеблется от 1,5 до 2,5м/с. Скорость перемещения машины (рабочий ход) составляет 20-600 м/ч. Каждый ковш движется вокруг оси колеса и одновременно поступательно, поэтому сечение стружки изменяется и достигает максимального значения на высоте копания, равной радиус колеса.

Цепные экскаваторы поперечного копания (Рис. 8.66.) широко применяют на карьерах нерудных материалов, как для вскрышных работ, так и для добычи гли­ны, гравия, песка.

Рис. 8.66. Экскаватор поперечного копания.

1 . ковшевая рама

2. полиспаст подвески

ковшевой рамы

3. ковши

4. стрела подвески

ковшевой рамы

5. ленточный транспортер

6. накопительный бункер

7. затвор бункера

8. ходовая часть.

Эти машины делят на экскаваторы нижнего и верхнего копания. Экскаваторы нижнего копания разрабатывают забой, расположенный ниже уровня установки машины, а экскаваторы верхнего копания - выше установки машины. При втором способе разработки энергоемкость процесса меньшая, чем при первом, так как грунт не приходится поднимать вверх.

Современные экскаваторы можно переоборудовать для верхнего или нижнего копания. На карьерах для добычи нерудных материалов применяют экскаваторы сравнительно малой мощности, до 50 кВт. Емкость ковшей этих машин составляет 2СН-50л (дм³), глубина или высота копания - 6-н9 м, скорость передвижения экскаватора — 4 12 м/мин на железнодорожном ходу и 4 6 м/мин на гусеничном.

Различают два вида копания при работе этими экскаваторами: параллельное и радиальное (веерное). При параллельном копании по всей длине забоя снимается стружка одинаковой толщины. В этом случае ковшовая рама расположена параллельно поверхности забоя, и каждый ковш снимает стружку одинаковой толщины.

При радиальном резании рама находится под углом к поверхности забоя. Толщина снимаемой стружки в этом случае различна: у конца ковшовой рамы она имеет максимальное значение, у выхода ковшей из забоя - минимальное. Когда ковшовая цепь приводится в движение, рама постепенно опускается в забой до тех пор, пока ковш не заглубится в грунт на заданную глубину копания. После этого включают ходовой механизм, и экскаватор начинает перемещаться вдоль забоя.

Для того чтобы при радиальном копании на поверхности забоя не оставалось несрезанных полос, каждый последующий ковш должен срезать полосу, примыкающую или немного перекрывающую полосу, срезанную предыдущим ковшом. Для этого скорость перемещения и скорость цепи при заданном шаге ковшей должны быть указаны с шириной ковша.

Роторные карьерные экскаваторы устанавливают на гусеничном ходу, роторные экскаваторы, выпускаемые в настоящее время, имеют диаметр роторного колеса 1,6 - 16,5м. При достижении очередным ковшом верхнего положения грунт из него высыпается на приемный транспортер. С этого транспортера грунт перегружается на другой ленточный транспортер, который подает его в отвал или транспортные средства.

Р ис. 8.67. Роторный карьерный экскаватор.

Отвальная опора в зависимости от устойчивости породы располагается на почве пласта или на специально отсыпаемом и уплотняемом самим транспортно-отвальный мост предотвале. Высота отсыпаемого отвала 40 - 50м. производительность

Транспортно-отвальный мост достигает 7500 м/ч по разрыхлённой породе при собственной массе в 9500 т и общей мощности электродвигателей 4860 кВт.

Транспортно-отвальный мост для выемки вскрыши мощностью до 60м, производительностью 23 тыс. м³/ч, с главной формой длиной 270м и массой 10500 т и составным пятиопорным мостом для отработки вскрыши мощностью до 80м, производительностью 11 тыс. м³/ч и массой около 15000 т.

8.4.5.Расчет производительности траншейного экскаватора.

Эксплуатационная производительность траншейных экскаваторов определяется:

Цепных: П_э = 3600 в_с*п_с*υ_у*к_н*к_в/к_р (м³/ч).

Реберных: П_э = 3,6 V£*п*к_н*к_в/к_р (м³/ч).

в_с – ширина ковша (скребка), (м).

п_с – высота ковша (скребка), (м).

υ_у =0,8÷2,1 м/с – скорость движения цепи.

к_н = 0,35÷0,75 – коэффициент заполнения для цепных.

к_н = 0,9÷1,1 – для роторных.

к_в = 0,5÷0,65 – коэффициент использования рабочего времени.

к_р = 1,1÷1,5 – коэффициент разрыхления грунта.

V = 70÷250 (л) – вместительность ковша.

£ = 10÷24 – число ковшей.

п = 0,12÷0,175 (с^-1) – чистота вращения ротора.