Производительность экскаваторов и меры ее повышения Опорные слова и термины

Теоретическая, техническая и эксплуатационная производительность экскаватора, трудность разработки горной массы, конструктивно-производственная надежность экскаватора, качество забоя, квалификация, машиниста, время цикла, число разгрузок ковшей в минуту, коэффициент экскавации, коэффициент использования, работоспособное состояние машины.

К основным факторам, влияющим на производительность экскаватора, относятся следующие:

· трудность разработки горной массы, которая оценивается категорией породы и ее состоянием. При разработке, например, влажной глинистой породы, которая налипает на ковш, уменьшается полезный объем последнего и увеличивается продолжительность цикла из-за более длительной разгрузки ковша. В зимних условиях плохо раздробленный мерзлый грунт также снижает коэффициент наполнения ковша;

· технические данные, состояние и конструктивно-производственная надежность экскаватора;

· квалификация машиниста;

· качество забоя, оцениваемое его высотой, условиями подхода транспорта к месту погрузки, освещенностью;

· организация работ, зависящая от достаточности транспортных средств, состояния дорог, своевременного снабжения топливом, энергией, запасными частями и т. п.

Различают теоретическую (паспортную), техническую и эксплуатационную производительности экскаватора.

Теоретическая производительность экскаватора — количество продукции (в тоннах или кубических метрах), которое может быть выработано в единицу времени (обычно за час) при непрерывной его работе. Условия работы берутся предположительно одинаковыми для всех машин, коэффициенты наполнения ковша (К) и разрыхления породы (Кр) принимаются равными единице. У одноковшовых экскаваторов при расчете теоретической производительности принимаются: одинаковыми угол поворота на выгрузку (90° у лопат и 135° - у драглайнов), высота черпания (до уровня напорного вала — для лопат) и номинальными скорости рабочих движений и удельные сопротивления породы копанию. У многоковшовых экскаваторов расчет ведется по числу ковшей, разгружающихся в 1 мин при номинальном режиме (скорости резания), удельном сопротивлении породы копанию и коэффициентах Кри Кн, равных единице.

Теоретическая производительность для данной машины всегда одинакова, и повысить ее можно только внесением усовершенствований в ее конструкцию. Поэтому теоретическая производительность позволяет сравнивать различные машины и оценивать их совершенство. Теоретическая производительность машины указывается в ее паспорте.

Техническая производительность — максимальная производительность для данного экскаватора при его непрерывной работе в данном забое за единицу времени. Рассчитывается с учетом конкретных условий работы: категорий пород, коэффициентов разрыхления породы и наполнения ковша при непрерывной работе, а также с учетом перерывов в работе, неизбежных для данного типа машины (например, у одноковшового экскаватора при его передвижении, а у роторного — при изменении направления поворота стрелы и передвижении при подходе к забою). Сравнивая техническую производительность экскаваторов, рассчитанную для одинаковых условий, можно выяснить, какая машина лучше подходит для данных условий.

Эксплуатационная производительность — это действительный объем горной массы, отработанный экскаватором за определенный период эксплуатации. Она рассчитывается с учетом неизбежных организационных и технологических простоев: учитываются потери времени на приемку смены и осмотр машины, смазку, замену подвижного состава. Эксплуатационная производительность численно меньше технической. Ее величина отражает совершенство организации работы экскаватора и всех обслуживающих его машин. Эксплуатационная производительность может быть сменной, месячной и годовой (в последних случаях учитываются потери времени на ремонтные осмотры, текущие и капитальные ремонты). В наибольшей мере характеризует организацию работы на данном предприятии (не только по добыче полезного ископаемого, но и по обслуживанию экскаваторов, снабжению их запасными частями) годовая производительность экскаватора.

Теоретическая (часовая) производительность экскаватора Qтеор. (м3/ч) по рыхлой массе

Qтеор.= 60ЕnZ

где Е — емкость ковша, м3,

nZ — число разгружаемых в минуту ковшей, мин -1.

Для многоковшовых экскаваторов nZ указывается в технической характеристике, для одноковшовых экскаваторов в технической характеристике дается длительность цикла tц, и Qтеор рассчитывается по формуле

Qтеор= 3600Е tц-1

Продолжительность цикла обычно указывается для угла поворота, равного 90°. Для углов поворота, отличных от 90°, время цикла умножают на коэффициент корректировки, который приводится в справочниках.

Техническая производительность Qт (м3/ч) равна

К р t p + tп

где Кн и Кр — коэффициенты соответственно наполнения ковша и разрыхления породы (берутся из справочника),

tр — длительность непрерывной работы экскаватора с одного места стояния или при одном направлении движения рабочего органа (для многоковшовых экскаваторов);

tп — длительность одной передвижки (для одноковшовых экскаваторов) или перемены направления движения рабочего органа (для многоковшовых);

Кэ = Кн/Кр— коэффициент экскавации.

Эксплуатационная производительность QЭ, (м3/смену) равна

QЭ= QтТс КвКу

где Тс — длительность смены, ч; Кв — коэффициент использования экскаватора по времени, Ку – коэффициент влияния управления. Для экскаваторов, работающих с погрузкой в железнодорожные вагоны Кв = 0,55 ÷ 0,8; с погрузкой в автосамосвалы, на конвейеры и в отвал Кв = 0,8 ÷ 0,9. коэффициент Ку учитывает степень совершенства цепей управления экскаватора, наличие автоматизации управления, квалификацию машиниста, и принимается Ку= 0,88÷0,98.

В технологическом потоке машин, образующих комплекс, определяющим фактором является производительность выемочно-погрузочной машины:

Qк= N E n Tc Kэ

K i =N L V K i =N n Vт

Tc =N n

Vу

Tc K i

р р

где n —число циклов в час;

N — число единиц оборудования, занятых в данном потоке;

L — производительность бурового станка в смену,

V — выход горной массы с 1 м скважины,

Vт — емкость транспортного сосуда, м',

Vу — объем горной массы, перемещаемый отвалообразователем за цикл, м3;

Производительность выемочно-погрузочной машины, входящей в комплекс (в качестве которой ниже рассматривается роторный экскаватор), зависит от:

· конструктивных, кинематических и линейных параметров, а также динамических характеристик экскаватора;

· физико-механических свойств разрабатываемых пород и их состояния в момент экскавации, транспортировки или отвалообразования;

· технологических условий применения экскаватора, структурного состава комплекса, организации рабочего процесса на горном предприятии (принятая система ППР), надежности элементов, входящих в комплекс, и квалификации обслуживающего персонала.

В соответствии со степенью учета перечисленных выше факторов различают теоретическую, техническую, забойную и эксплуатационную производительности комплекса.

Теоретическая производительность определяется конструкцией машины и для конкретной модели является постоянной. Техническая же производительность комплекса Qт.к (м3/ч) измеряется по плотной массе и характеризуется технической производительностью экскаватора при его непрерывной работе в составе горно-транспортного комплекса в конкретных горно- геологических условиях:

Qт.к= QтKэ ηF ηγ =573Е Z ωmaxKэ ηF ηγ

где ηF — коэффициент, характеризующий снижение производительности экскаватора в зависимости от отношения фактического коэффициента удельного сопротивления породы копанию (КF') к принятому коэффициенту при расчете мощности приводов ротора и механизма поворота (КF);

ηγ — коэффициент, характеризующий снижение пропускной способности конвейеров по горной массе в зависимости от отношения плотности породы γ, принятой при расчете мощности привода конвейеров, к конкретной плотности ч породы, подлежащей транспортированию экскаватором; ωmax — наибольшая угловая скорость вращения ротора с Z ковшами при расчетном КF, рад/с.

Действительное значение технической производительности ограничивается: при разработке пород с КF' ≤ КF- мощностью приводов ротора и механизма поворота; при разработке пород с γ

≥ γр - пропускной способностью конвейеров по горной массе. Поэтому основные параметры транспортно-отвального (погрузочного) оборудования, работающего в комплексе с роторным экскаватором, следует определять при ηF = ηγ =1 и Кн = 1

Забойная производительность Qз.к определяется фактической технической производительностью экскаватора, которую он может обеспечить в конкретных условиях забоя. Она определяется с учетом затрат времени на выполнение экскаватором всех элементов операций, обусловленных схемой отработки забоя, и составляет

Qз.=Qт КТ Ку.ф.

КТ — коэффициент технически возможной непрерывности работы (или коэффициент забоя). Определяется как отношение теоретически минимально-необходимого времени, расходуемого на отработку блока объемом V с производительностью, равной технической потех: к к фактически

/ Тф — коэффициент

управления, характеризующий соотношение между фактическими затратами времени при выполнении как рабочих, так и вспомогательных элементов операций, и расчетными, предусмотренными коэффициентами непрерывности КТ, работы.

На практике на величину Тф оказывает влияние степень совмещения элементов операций во времени. Наибольший интерес представляют крайние случаи, а именно: работа с полным отсутствием совмещения элементов операций и с максимальным совмещением, так как они характеризуют диапазон вариации коэффициента Ку.ф при одних тех же условиях эксплуатации.

Эксплуатационная производительность является одним из основных технико- экономических показателей работы роторного экскаватора и горно-транспортного комплекса в целом, выражается в кубических метрах, полученных за смену, месяц, сезон или год эксплуатации, и определяется как Qэ.к = Vд ∕ Т; где Vд — действительный объем горной массы

(м3), отработанной экскаватором за рассматриваемый календарный отрезок времени

Принято рассматривать Vд (м3) как произведение производительности Qэ.к на планируемое время работы, определяемое, в свою очередь, произведением расчетного числа часов работы в сутки, рабочих дней в неделю (месяц, сезон, год) и коэффициента технического использования машины. Однако указанный метод расчета Vд горно-транспортного комплекса не учитывает надежности его элементов, параметры системы технического обслуживания и не отражает вероятностную природу процесса технической эксплуатации. С большой степенью точности Vд может быть оценен только с учетом структуры горно-транспортного комплекса и изменения его технического состояния во времени. Естественно, что экскавация, транспортировка и отвалообразование могут производиться только при работоспособных состояниях горно-транспортного комплекса, характеризуемых вероятностями Pi(t) его пребывания во множестве работоспособных состояний (i — порядковый номер работоспособного со- стояния комплекса), т. е.

n

Qэ.к = å Qз. к. i Pi (t)

i =1

Выражение представляет собой часовую эксплуатационную производительность комплекса за один межремонтный период, где Qз.к.i — забойная производительность комплекса в i - ом работоспособном состоянии.

За произвольный промежуток времени эксплуатационная производительность комплекса Qэ, в единицу времени t равна

k t n

Qэ= å ò å Qз. к. iPi (t) dt

1 0 i =1

где k — число межремонтных периодов за рассматриваемый календарный промежуток времени.

При равенстве межремонтных периодов в формуле знак суммы заменяется числом планово-предупредительных ремонтов.

Наличие в технологической линии промежуточного склада (бункера) устраняет жесткую зависимость взаимодействующих звеньев и способствует повышению производительности технологической линии. Максимальный предел производительности определяется эксплуатационной производительностью лимитирующего звена.

При наличии параллельных и разветвленных структур комплексной механизации остановка одной из параллельных линий или ветвей не прекращает работы комплекса машин, а только снижает его производительность.

Для производительного использования экскаватора, особенно в тяжелых горно- геологических и суровых климатических условиях, необходимо выполнение ряда эксплуатационно-технических мероприятий, обеспечивающих эффективную и безаварийную работу, таких, как поддержание работоспособного состояния машины, определяющего готовность последней к эксплуатации; правильная подготовка забоя и обслуживание машины машинистом высокой квалификации.

Работоспособное состояние машины достигается своевременным и правильным техническим обслуживанием, предусматривающим: периодический осмотр ее узлов (согласно инструкции по эксплуатации), своевременную и надежную смазку механизмов, периодическую регулировку изнашиваемых механизмов и соединений, очистку механизмов от пыли и грязи, сво- евременную их замену, а также ремонт согласно графику.

Правильно подготовленный забой должен способствовать длительной безостановочной работе экскаватора, что возможно при достаточных объемах обрушенных пород и надлежащем качестве их дробления взрывом (или рыхлителем) с регламентированным выходом негабаритов.

Путь передвижения экскаватора в забое следует тщательно выравнивать и очищать от крупных камней и осыпей, чтобы предохранить ходовое оборудование от перегрузок и поломок, а также уменьшить затраты времени на зачистку забоя. Для мощных машин выполнение этих работ осуществляется бульдозером, обслуживание которого зачастую поручается машинисту ходового оборудования экскаватора. Площадка для работы в забое должна быть горизонтальной во избежание перегрузки механизмов поворота.

При работе поперечный наклон одноковшового двухгусеничного экскаватора допускается не более 2°, при этом гусеницы натяжной осью должны быть ориентированы в сторону забоя.

Квалификация машиниста включает в себя комплекс навыков и рабочих приемов, которые позволяют работать без ударов и перегрузок механизмов. Машинист высшей квалификации за время цикла совершает минимальное число манипуляций командоконтроллерами, правильно устанавливает машину относительно забоя, умело осуществляет процесс наполнения ковша в забое и загрузку транспортных средств.

Заполнение ковша породой является наиболее ответственным элементом цикла (30—40%), и сокращение его длительности достигается правильным выбором толщины стружки, места заполнения ковша и применением ряда других приемов. Так, при отработке высоких уступов вскрышными лопатами считается правильным сначала снимать верхнюю половину уступа. При этом опасность осыпания крупных кусков породы

с уступа сводится к минимуму и в то же время сокращается длительность рабочего цикла, так как не нужно опускать ковш к подошве уступа при каждом черпании.

Сокращение продолжительности заполнения ковша при высоком забое карьерными мехлопатами можно достичь, производя черпание в нижней его части и создавая тем самым не- большой и допустимый по технике безопасности козырек. В перерывах между подачей транспортных средств этот козырек обрушают ковшом экскаватора.

На мехлопатах, особенно вскрышных, целесообразно применять весовые индикаторы загрузки ковша, позволяющие машинисту контролировать степень его наполнения. Машинист должен начинать поворот сразу же, как только индикатор покажет, что ковш загружен, не полагаясь на собственное визуальное наблюдение. Помимо сокращения времени цикла при уста- новке такого индикатора сокращается вероятность перегрузки машины. При эксплуатации вскрышных лопат рекомендуется чаще передвигать машину, чтобы свести до минимума необхо-

димость черпания за пределами условного цилиндра, образуемого вертикалями от точек оси головного блока стрелы, так как при работе с большим выдвижением рукояти увеличиваются продолжительность напора, износ канатов и механизма напора, появляются большие изгибающие напряжения в рукояти и стреле.

Уменьшение длительности рабочего цикла достигается также совмещением отдельных элементов его во времени, например поворота ковша с его подъемом или выгрузки ковша без остановки движения вращения платформы. Однако последний прием дает наилучший результат только при отсыпке породы в отвал.

При черпании драглайном его ковш должен наполняться на пути, не превышающем две- три длины ковша, затем подниматься немедленно и по возможности вертикально. Даже если ковш окончательно не заполнился, следует произвести его поворот и выгрузку, отказываясь от дополнительного зачерпывания ковша после его отрыва от забоя. Черпание породы на откосе вблизи экскаватора и подъем груженого ковша к оголовку стрелы под углом 45° на разгрузку увеличивают расход энергии до 40 %. Поднимая ковш сразу после его заполнения на максимально удаленном участке забоя, удается избежать попадания в машинное отделение породы, налипающей на тяговые канаты.

Боковые раскачивания ковша или отрыв его от породы с преждевременным поворотом приводят к высоким динамическим нагрузкам в стреле, износу механизма поворота и головных блоков стрелы.

При эксплуатации ковшей драглайнов следует уделять большое внимание состоянию зубьев и ржущих кромок ковшей. Не рекомендуется разбивать ковшом твердые куски породы, бросать ковш драглайна на откос особенно зубьями вниз, работать с затупленными зубьями, поднимать ковш близко к головному блоку, затягивать коуши тяговых канатов в направляющие блоки наводки. Каждая машина должна иметь запасные комплекты зубьев, а также не менее двух ковшей (желательно разной вместимости и металлоемкости) с тем, чтобы текущий ремонт ковша и смена зубьев не требовали остановки машины.

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит теоретическая производительность экскаваторов?

2. От каких факторов зависит техническая производительность экскаваторов?

3. От каких факторов зависит эксплуатационная сменная производительность экскаваторов?

4. От каких факторов зависит эксплуатационная годовая производительность экскаваторов?

5. По какой формуле определяется теоретическая, техническая и эксплуатационная производительности экскаватора?

6. По какой формуле определяется теоретическая, техническая, забойная и эксплуатационная производительности комплекса?

7. Какие мероприятия позволяют улучшить работоспособное состояние экскаватора?

8. Какие организационные мероприятия позволяют повысить производительность экскаватора и комплекса машин в целом?

Литература

1. Подэрни Р.Ю. Горные машины для открытых горных работ. В 2-х ч. М.: МГИ, 1999

2. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. М.: Недра, 1985

3. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия. Под ред. М.И. Щадова, Р.Ю. Подэрни. М.: Недра.