 |
Технологические параметры мехлопат и драглайнов
|
|
|
|
В зависимости от назначения и конструктивных особенностей одноковшовые экскаваторы разделяются на пять типов: экскаваторы строительные гусеничные и пневмоколесные с ковшом вместимостью 0,1 d 2,5 м (тип ЭС), экскаваторы карьерно-строителъные гусеничные с ковшом вместимостью 1,25-8 м (тип ЭКСГ), экскаваторы карьерные гусеничные с ковшом вместимостью 2-20 м (тип ЭКГ), экскаватора вскрышные гусеничные с ковшом вместимостью 4-100 м (тип ЭВГ) N шагающие драглайны с ковшом вместимостью 4-120 м (тип ЭШ).
Строительные экскаваторы характеризуются универсальностью оборудования и большой маневренностью. Они оборудованы дизельным или дизель-электрическим приводом и имеют гусеничный или пневмоколесный ход. Используются преимущественно на земляных работах I строительстве. На открытых разработках строительные экскаваторы применяются на небольших карьерах по добыче глины, песка, гравия и других строительных горных пород (производительность до 2 млн. м горной массы в год). На крупных карьерах их иногда используют, при раздельной выемки полезного ископаемого и вскрышных пород или полезного ископаемого различных сортов, а также для вспомогательных работ.
Экскаваторы карьерно-строительного типа являются промежуточными между строительными и карьерными. Они в основном найдут применение при выполнении больших объемов земляных работ в строительстве.
Карьерные экскаваторы являются основным одноковшовым погрузочным оборудованием на открытых разработках. Они имеют рабочее оборудование прямой мехлопаты с ковшом вместимостью 2-20 м, гусеничный ход, многомоторный электрический привод. Карьерные экскаваторы изготовляются из высокопрочных материалов, обеспечивающих их надежную работу в любых климатических условиях при разработке тяжелых скальных пород.
|
|
|
У вскрышных экскаваторов стрела и рукоять имеют увеличенную длину. Они предназначены в основном для перемещения породы в отпал. Экскаваторы с ковшом вместимостью до 15 м применяются для погрузки горной массы в транспортные средства, расположенные выше горизонта установки экскаватора.
Шагающие драглайны в нашей стране выпускаются с ковшом вместимостью 4-100 м и стрелой длиной до 125 м. Они предназначены для разработки забоев, расположенных как ниже, так и выше горизонта установки экскаватора и для перевалки породы в выработанное пространство. Шагающий ход обеспечивает перемещение драглайна по насыпной породе. Давление драглайна на основание при работе около 0,1 МПа, а при шагании около 0,2 МПа.
Основными технологическими параметрами одноковшовых экскаваторов являются рабочие параметры, вместимость ковша, габариты, масса, преодолеваемый уклон, давление на основание.
Рабочими параметрами мехлопат являются радиус и высота черпания и разгрузки, зависящие от длины рукояти и стрелы, угла наклона стрелы и размеров экскаватора.
Радиус R ч черпания- горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до режущей кромки ковша при черпании. Максимальный радиус Rч max черпания соответствует максимально выдвинутой в горизонтальном положении рукояти (рис. 5.3.). Минимальный радиус Rч min черпания соответствует подтянутой к гусенице рукояти с ковшом на горизонте установки экскаватора. Радиус Rч.у. черпания на горизонте установки экскаватора - максимальный радиус черпания на горизонте установки экскаватора.
Высота Нч черпания -вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до режущей кромки ковша при черпани. Максимальная высота Нч.max черпания соответствует максимально поднятой рукояти. Различают высоту Нч черпания при максимальном радиусе черпания, а также максимальную глубину Нк черпания ниже горизонта установки экскаватора.
|
|
|
Радиус Rч разгрузки - горизонтальное расстояние от оси вращения экскаватора до центра ковша при выгрузке из него горной массы. Максимальный радиус R р. max разгрузки соответствует максимально выдвинутой горизонтально расположенной рукояти при разгрузке.
Высота Нр разгрузки - вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней кромки днища открытого ковша при разгрузке. Максимальная высота Нр.max разгрузки соответствует максимально поднятому ковшу при разгрузке.
Радиус черпания и радиус разгрузки соответствуют определенным значения Rч и Нр. Максимальные значения радиусов черпания и разгрузки не совпадают с максимальными значениями высоты черпания и разгрузки.
Рабочие параметры экскаватора ограничивают сферу его действия и определяют размеры забоя.
Габариты экскаватора определяются радиусом RK вращения кузова и высотой Нэ экскаватора (см. рис. 5.3). Радиус вращения кузова определяет возможное положение экскаватора в забое и ширину проводимых траншей. Высота экскаватора соответствует вертикальному расстоянию от горизонта установки экскаватора до верхнего края наиболее выступающей вверх несъемной его части.
Рисунок 5.3 - Рабочие параметры мехлопаты.
Она определяет возможность прохода экскаватора под препятствием (перекрытие, эстакада, ЛЭП и др.) при снятом или опущенном в транспорте положение рабочего оборудования.
Мехлопаты массой до 1000т преодолевают подъем до 12°, а мехлопаты с большей массой-до 7°.
Основные технологические параметры карьерных и вскрышных мехлопат приведены в табл.5.1.
Мехлопата устанавливается на рабочей площадке уступа и по мере отработки заходки перемещается вперед. Рабочий цикл мехлопаты включает следующие основные операции: черпание (наполнение коп ша), поворот к месту разгрузки, разгрузку породы из ковша и поворот забой. Выдвижение и опускание ковша для разгрузки совмещаются с поворотом экскаватора. На повороты экскаватора затрачивается при мерно 55-60% времени цикла. Поэтому при уменьшении угла поворота экскаватора продолжительность его цикла уменьшается, а техническая производительность возрастает.
|
|
|
Рисунок 5.4. Рабочие параметры драглайна
Рабочими параметрами драглайна являются радиус Rч черпания и глубина Нр черпания, радиус Rр разгрузки, высота Нр разгрузки (рис.5.4.). Они зависят от длины стрелы и угла ее наклона. Различают радиус Rч черпания без заброса ковша и радиус Rч.з. черпания с забросом ковша. Дальность заброса ковша зависит от модели драглайна и квалификации машиниста и изменяется в пределах 2,5-15м. Угол отклонения подъемного канта от вертикали при забросе ковша составляет 12-15°
Таблица 5.1 – основные технологические параметры мехлопат
| показатели | Карьерные мехлопаты | Вскрышные мехлопаты | ||||||
| ЭКГ-3,2 | ЭКГ-5А | ЭКГ-8И | ЭКГ-12,5 | ЭКГ-15 | ЭКГ-20А | ЭВГ-35/65М | ЭВГ-100/70(проект) | |
| Вместимость ковша | 2,5;3,2;4 | 4;5;6,3 | 6,3;8;10 | 10;12,5;16 | 15 | 20 | 35 | 100 |
| Радиус черпания на уровне стояния, м | 8,8 | 11,2 | 11,9 | 14,8 | 15,6 | - | 37 | - |
| Максимальный радиус разгрузки, м | 12 | 13,6 | 16,3 | 19,9 | 20 | 21,6 | 62 | 66 |
| Максимальный радиус черпания, м | 13,5 | 15,5 | 18,2 | 22,5 | 22,6 | 24 | 65 | 70 |
| Максимальная высота черпания, м | 9,8 | 11 | 12,5 | 15,6 | 16,4 | 18 | 40 | 50 |
| Максимальная высота разгрузки, м | 6,1 | 7,5 | 9,1 | 10 | 10 | 11,6 | 45 | 40 |
| Преодолеваемый подъем, градусы | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 5 | 5 |
| Масса экскаватора, т | 140 | 250 | 370 | 653 | 672 | 1060 | 3790 | 12000 |
| Установленная мощность двигателей, кВт | 250 | 320 | 520 | 1250 | 1250 | 1358 | 5500 | 11600 |
| Продолжительность цикла (при угле поворота 90°), с | 23Ю3 | 25 | 28 | 32 | 28 | 32 | 56 | 55 |
Глубина Нч черпания- вертикальное расстояние от горизонта установки экскаватора до нижней площадки разрабатываемого уступа (дна выработки). Глубина черпания зависит от длины и угла наклона стрелы, установки драглайна в забое, физических свойств пород, длины канатов, квалификации машиниста. Угол наклона стрелы составляет 30—35°, Уменьшение угла наклона ведет к увеличению радиуса и глубины черпания драглайна. Технологические параметры драглайнов приведены в табл. 5.2.
Операции рабочего цикла драглайна выполняются в следующем порядке: заброс ковша в забой, установка ковша в рабочее положение, черпание (наполнение ковша), выведение ковша из забоя, поворот к месту разгрузки, разгрузка, поворот к забою. Операции опускания ковша в забой и выведения его из забоя совмещаются с поворотом экскаватора. При перемещении породы в отвал возможна разгрузка ковша без остановки экскаватора, который делает поворот на 360°. В этом случае продолжительность цикла уменьшается, так как разгрузка ковша совмещается с поворотом экскаватора и осуществляется без его остановки для перемены направления поворота.
|
|
|
Таблица 5.2 – технологические параметры драглайнов
| Показатели
| Драглайны | |||||
| ЭШ-6,5/45 | ЭШ- 10/60 | ЭШ-15/ 90А | ЭШ-20/90 | ЭШ-40/85 | ЭШ-100/125 | |
| Вместимость ковша, м3 | 6,5 | 10 | 15 | 20 | 40 | 100 |
| Длина стрелы, м | 45 | 60 | 90 | 90 | 85 | 125 |
| Максимальный радиус черпания, м | 43,5 | 57 | 83,2 | 83 | 82 | 118 | |
| Максимальная глубина черпания, м | 22 | 35 | 42,5 | 42,5 | 40 | 52 |
| Максимальная высота разгрузки, м | 19,5 | 21 | 37,8 | 38,5 | 33 | 56 |
| Максимальный радиус разгрузки, м | 43,5 | 57 | 83,2 | 83 | 82 | 118 |
| Масса экскаватора, т | 295 | 540 | 1400 | 1740 | 3200 | 10060 |
| Давление на основание (при работе), МПа | 0,059 | 0,084 | 0,09 | 0,115 | 0,127 | 0,24 |
| Преодолеваемый подъем, градусы | 8 | 10 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| Продолжительность цикла (при угле поворота 135°), с | 42 | 54 | 63 | 60 | 65 | 63-69 |
| Установленная мощность двигателей, кВт | 660 | 860 | 1610 | 2500 | 3×2250 | 4×3550 |
5.2.2 Технология выемки горной массы и параметры забоев мехлопат и драглайнов
Забой является рабочим местом экскаватора. Параметры и форма забоя зависят от параметров экскаваторов и характеристики горной массы. При выемке горной массы мехлопатами различают следующие типы забоев: торцовый (боковой), тупиковый (траншейный) и фронтальный (рис. 5.5). Торцовый забой обеспечивает максимальную производительность экскаватора, что объясняется небольшим средним углом поворота к разгрузке (не более 90°), удобной подачей транспортных средств под погрузку и минимальными простоями при перемещении и наращивании транспортных коммуникаций. Тупиковый (траншейный) забой применяется при проведении траншей в основном при использовании автомобильного и конвейерного транспорта. В случае проведения траншей с использованием железнодорожного транспорта экскаватор, как правило, работает с верхней погрузкой. При фронтальном забое средний угол поворота экскаватора составляет 120—140°. Из-за малой ширины заходки возникает необходимость более частого наращивания и перемещения транспортных коммуникаций, что значительно снижает производительность экскаваторов. Поэтому фронтальный забой применяется редко (при отработке разнородных заходок с использованием автотранспорта). В торцевом и траншейном забоях мехлопаты могут работать по схемам, показанным на рис. 5.6 и 5.7.
|
|
|
Рисунок 5.5 - типы забоев мехлопаты:
а - тупиковый; б - торцовый; в – фронтальный.
Схемы разработки забоев, их формы и размеры при выемке мягких и разрыхленных взрывом пород существенно различаются.
В мягких породах профиль забоя соответствует траектории движения ковша. Вследствие этого забой имеет крутой откос (угол откоса 70—80°), Высота hу разрабатываемого уступа по условию обеспечения безопасности не должна превышать максимальной высоты Нч max черпания экскаватора, т.е. hу≤Нч max. Если это условие не соблюдается, в верхней части уступа будут создаваться нависи, могущие при обрушении вызвать повреждение экскаватора.
 |
Рисунок 5.6 - Схемы работы мехлопат в торцовом забое с погрузкой горной массы в средства транспорта на горизонте установки экскаватора (а), выше горизонта установки экскаватора (б), с разгрузкой в отвал (В).
Рисунок 5.7 - Схемы работы мехлопат в траншейном забое с погрузкой горной массы в средства транспорта на горизонте установки экскаватора (А),выше горизонта установки экскаватора (б) с разгрузкой на борт выработки (в).
Высота разрабатываемого уступа в скальных и полускальных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора Н|ч mах более чем в 1,5 раза. При этом высота развала при одно- и двурядном взрывании не должна превышать максимальную высоту черпания экскаватора, а при многорядном взрывании - полуторную максимальную высоту черпания. При экскавации взорванной горной массы должны приниматься дополнительные меры по предотвращению образования козырьков и нависей. Минимальная высота уступа должна обеспечивать наполнение ковша за одно черпание. Для экскаваторов ЭКГ-5, ЭКГ-8 она находится в пределах 2,5-3,5 м. При работе мехлопаты с верхней погрузкой в транспортные средства высота уступа ограничивается высотой и радиусом разгрузки (рис. 5.8). Высота уступа (м) определяется по формулам:
по условию использования максимальной высоты разгрузки
hу=Нрmax-hв-а
где: hB - высота транспортного средства, м;
а=0,7/1 - безопасный зазор между кузовом и ковшом в момент разгрузки, м;
по условию полного использования радиуса разгрузки
hу=(Rр-Rч.у-С)tgα,
где: Rр - радиус разгрузки при максимальной высоте разгрузки, м;
С≥3 – минимальное расстояние от оси пути до верхней бровки уступа, м;
α – угол откоса уступа, градусы.
|
|
Рисунок 5.8 - Схема к определению высоты уступа при работе мехлопаты с верхней погрузкой горной массы в средства транспорта.
В устойчивых породах (α=60/70°) высота уступа ограничивается высотой разгрузки, а в мягких неустойчивых породах - радиусом разгрузки.
Схемы работы вскрышных экскаваторов с верхней погрузкой широко применяются при проведении траншей и нарезке новых горизонта» Верхняя погрузка позволяет повысить скорость проведения траншей и улучшить использование оборудования (особенно при работе экскаваторов в комплексе с железнодорожным транспортом). Однако при верхней погрузке производительность экскаваторов уменьшается на 20-30 %, а затраты на экскавацию увеличиваются примерно в 1,5 раза. Снижение производительности объясняется увеличением продолжительности цикла при верхней погрузке, а увеличение затрат вызвано большими амортизационными отчислениями при эксплуатации мощных экскаваторов.
Максимальная ширина забоя определяется радиусом Rч черпании экскаватора на горизонте установки. При работе боковым забоем по условиям черпания ширина внутренней части забоя не должна превышать этого радиуса. Во внешней части забоя порода эффективно захватывается ковшом при угле поворота 30—40°, т.е. ширина внешней части забоя должна находиться в пределах (0,5/0,7) (см. рис. 5.5). Таким образом, по условиям эффективного черпания ширина забоя в мягких породах должна составлять (1,5—1,7) Rч.у. Обычно ширина торцового забоя в мягких породах принимается равной 1,5Rч.у. Ширина тупикового забоя, как правило, составляет 2Rч.у. Если возникает необходимость иметь более широкий тупиковый забой, экскаватор передвигается зигзагообразно или забой разрабатывается короткими поперечными заходками. При ширине тупикового забоя менее 2Rч.у. проверяется возможность разворота экскаватора и размещения транспортных средств в траншее.
В условиях мягких пород, разрабатываемых боковым забоем с использованием железнодорожного транспорта, рельсовые пути располагаются параллельно уступу на расстоянии (0,8/0,9) Rmах от оси экскаватора (см. рис, 5.6). В случае применения автомобильного транспорта возможна работа заходками шириной 50 м и более (панелями) (рис. 5.9). Автосамосвалы под погрузку могут устанавливаться сбоку от экскаватора и позади него. Погрузка на ленточные конвейеры осуществляется через бункер-питатель, располагаемый сбоку или позади экскаватора (см. рис. 5.9). В этом случае ширина заходки Ак = 1,7Rч.у. + 2kр.р. Rр. (где kр.р.=0,8-0,9 - коэффициент использования радиуса разгрузки).
Рисунок 5.9 - Схема разработки мягких пород широкими заходками при использовании автомобильного (ш) и конвейерного (б) транспорта:
1 - экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - бункер-питатель; 4 - забойный ленточный конвейер
В разрыхленных скальных породах профиль забоя устанавливается соответственно углу их естественного откоса. Забой имеет неодинаковую высоту по ширине развала взорванных пород.
Ширина развала зависит от высоты уступа, ширины заходки по целику, взрываемости пород, параметров буровзрывных работ и схем взрывания. В практике ширина развала изменяется в пределах (1,3 – 5)hу.
Схемы выемки и погрузки скальных пород зависят от вида применяемого транспорта. При использовании железнодорожного транспорт применяются следующие схемы выемки и погрузки.
В случае сотрясательного взрывания сильнотрещиноватых полускальных пород развал взорванной породы отрабатывается одной заходкой (рис. 5.10). Взрывные работы производятся перед укладкой железнодорожного пути или после его укладки.
Это возможно при условии, если ширина (м) развала
В≤Rч.у.+Rр.-С΄, (5.3)
где С΄=2,5/3 – расстояние между бровкой развала и осью пути, м.
При взрывании среднетрещиноватых полускальных и реже скальных пород развал отрабатывается двумя заходками (см. рис. 5.10). После отработки первой заходки путь переносится на новую трассу и отрабатывается вторая заходка, затем взрывается новый блок. При этом ширина развала
В≤Rч.у.+Rр.+А-С΄, (5.4)
где А-шаг переукладки пути, м.
Рисунок 5.10 - Схема отработки развала взорванных пород одной (а)и двумя (б)заходками.
В условиях многорядного взрывания скальных пород ширина развала составляет 50-70 м. Развал в этом случае отрабатывается несколькими заходками. Пути перед взрывом убираются за пределы предполагаемого развала или вывозятся за пределы взрываемого блока.
При автомобильном транспорте отработка развала взорванной породы может осуществляться узкими заходками шириной Ан=(0,5/1)Rч.у., нормальными заходками шириной Ан= (1,5/1,7)R ч.у., широкими заходками (панелями).
В случае использования конвейерного транспорта погрузка взорванной массы осуществляется через бункера-питатели, оборудованные колосниковыми грохотами. При значительной крупности горной массы используются передвижные дробильные агрегаты. Для уменьшения числа передвижек забойных конвейеров применяются конвейерные перегружатели.
Драглайн может разрабатывать породы торцовым и тупиковым забоями (рис. 5.11). При этом он может располагаться на кровле уступа, промежуточной площадке и почве уступа.
В случае расположения драглайна на кровле уступа горная масса разгружается в отвал или в транспортные средства. Забой драглайна имеет криволинейный профиль, соответствующий траектории движения ковша. Возможная высота забоя определяется паспортной глубиной черпания, углом откоса забоя и местом установки драглайна. Максимальная ширина (м) заходки
Аmax=Rч(sinω1+sinω2), (5.5)
где ω1 = 30/45, ω2=30/45 - угол поворота драглайна от оси его хода соответственно в сторону массива и выработанного пространства (рис. 5.12), градусы.
Рисунок 5.11 - Схемы работы драглайна:
а, 6, в - торцовым забоем с расположением драглайна соответственно на кровле уступа, промежуточной площадке и почве уступа; г - тупиковым забоем с расположением драглайна на кровле уступа.
Обычно при работе в отвал ω1=0.Тогда общий угол поворота драглайна при черпании ω =ω2 =30/45°. Угол поворота драглайна для разгрузки не превышает 90°. Тогда ширина (м) заходки
А = Rчsin ω (5.6)
Для драглайнов ЭШ-4/45, ЭШ-8/60, ЭШ-15/90, ЭШ-90/100 ширина заходки равна соответственно 23, 29, 42, 47 м. Схема с расположением драглайна на промежуточной площадке применяется при использовании мощных драглайнов с ковшом вместимостью 8-10 м и более с целью одновременной отработки более высокою уступа, так как ось хода драглайна смещается ближе к отвалу. Угол откоса забоя при разработке верхнего подуступа для предотвращения скольжения ковша не должен превышать 25°. Высота верхнего подуступа должна удовлетворять условию hу.в≤(0.7/0.8)Нр.. Производительность драглайна при верхнем черпании, как правило, на 10-15% ниже, чем при нижнем черпании.
Рисунок 5.12 - Схема к определению ширины заходки драглайна
На почве разрабатываемого уступа драглайн располагают редко (в основном при разработке неустойчивых пород). Драглайны составляют около 15% парка одноковшовых экскаваторов в стране. Ими выполняется около 15% объемов горных и земляных работ. На карьерах они в основном применяются для перевалки породы в выработанное пространство.
|
|
|
