Глава II

НОРМИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

ОТДЕЛЬНЫХ ТИПОВ МАШИН С ЦИКЛИЧНЫМ

ПРОЦЕССОМ РАБОТЫ

При решении задач, связанных с установлением нормативной производительности цикличных машин, предварительно требуется определять количество циклов, которое машина может выполнить за соответствующее время (за час, смену), и объем продукции, изготовляемой ею за один цикл. Продолжительность цикла складывается из элементов машинной и машинно-ручной работы и технологических перерывов.

Методы определения нормативной продолжительности отдельных элементов цикла зависят от их вида и характера работы машин. Продолжительность элементов машинной работы, как правило, может быть определена расчетом машинно-ручной работы, а также технологических перерывов, с помощью наблюдений.

Расчетное количество циклов за смену определяется на основе учета сменного режима работы машины, который характеризуется коэффициентом использования машины по времени. Величина этого коэффициента определяется по данным наблюдений, при ориентировочных расчетах — по справочным данным. Объем продукции за один цикл зависит от объема, мощности, грузоподъемности рабочего органа машины (принимается по технической характеристике) и коэффициента его использования (принимается по справочным данным). Полученная расчетным путем нормативная производительность должна быть проверена и уточнена в условиях производства на основе нормативных наблюдений.

§ 1. Одноковшовые экскаваторы (расчет нормативной производительности цикла)

Производительность экскаватора зависит от емкости ковша, категории грунта, способа копания, количества и длительности перерывов, высоты забоя, квалификации машиниста.

Рабочий цикл экскаватора складывается из следующих операций:

1 копания (наполнение ковша грунтом);

2 разгона стрелы (троса) с нагруженным ковшом;

3 равномерного подъема ковша и поворота стрелы;

4 торможения троса и стрелы с нагруженным ковшом;

5 выгрузки грунта из ковша;

6 разгона с порожним ковшом (подъем ковша и поворот стрелы);

7 равномерного движения с порожним ковшом (подъем ковша и поворот стрелы);

8 торможения с порожним ковшом (поворот стрелы и опускание ковша в забой).

Правильная организация процесса копания существенно влияет на производительность экскаватора, особенно на продолжительность копания и степень наполнения ковша.

Продолжительность копания зависит от толщины стружки, скорости подъема (перемещения) ковша, высоты забоя, характера грунта, полезного объема ковша, способа копания и технического состояния рабочих органов экскаватора, а также от квалификации экскаваторщика.

Обычно продолжительность копания определяют по формуле:

где —путь, который проходит ковш в процессе наполнения грунтом, м;

v — скорость перемещения ковша в процессе копания, м/сек;

К — коэффициент уменьшения скорости в начале копания (разгон) и в конце (торможение).

В зависимости от типа экскаватора скорость перемещения ковша в забое для строительных экскаваторов составляет, м/сек: прямая лопата 0,45—0,73; обратная лопата 0,45—0,59; драглайн 0,64—1,06. Величина зависит от толщины стружки, полезного объема ковша, высоты и радиуса копания, характера грунта. Данные, необходимые для расчета , следует получать путем анализа технологических схем разработки грунта соответствующими экскаваторами.

Например, для прямой и обратной лопаты длина копания зависит от высоты напорного вала . Практически можно принимать, что ковш наполняется грунтом на высоте: в легких грунтах (0,3—0,4) средних (0,5—■ 0,6) , а в тяжелых — . Среднее значение

где G — вес экскаватора, г.;

К — коэффициент, составляющий для строительных экскаваторов 1-1,15 (может повышаться до 1,25).

Высота напорного вала для драглайнов зависит от способа копания. При копании без заброса ковша Н_и = = 1,25.

При работе с забросом ковша наибольшая глубина копания составляет в среднем 0,55 /с, где /с — длина стрелы.

Продолжительность разгона и торможения примерно составляет для экскаваторов легкого типа 0,7—1 сек, тяжелого — 6—8 сек.

Продолжительность подъема ковша с грунтом на выгрузку и опускания порожнего ковша в забой зависит от высоты и скорости подъема (опускания). Скорость подъема ковша указывается в паспорте экскаватора, скорость опускания 2—4 м/сек (в зависимости от мощности экскаватора и размеров его рабочих органов).

Продолжительность поворота зависит от величины угла поворота и скорости.

Скорость поворота платформы экскаватора принимается по паспорту, угол поворота определяется технологической схемой разработки грунта. Величина угла поворота зависит от размещения отвалов или транспортных средств и может увеличиваться до 180° и более. В зависимости от угла поворота и мощности экскаватоpa продолжительность поворота составляет 6—50 сек. Время выгрузки грунта из ковша складывается из вре­мени включения механизма и времени выгрузки.

Продолжительность включения механизма составляет 0,3—0,5 сек; она в несколько раз увеличивается при применении механизма маятникового типа.

Время выгрузки зависит от емкости ковша, характера грунта и вида транспортных средств. При проектировании нормативной длительности рабочего цикла следует принимать во внимание возможность совмещения отдельных элементов. Как правило, одновременно выполняются подъем ковша и поворот стрелы на выгрузку, выгрузка и поворот стрелы (на выгрузку и обратно).

Однако следует иметь в виду, что для некоторых шагающих драглайнов полное совмещение времени подъема ковша и поворота стрелы возможно только при угле поворота в 190—.228°. При меньшем угле поворота драглайна при определении длительности цикла следует учитывать некоторую неперекрываемую часть времени подъема ковша.

С учетом одновременного выполнения отдельных операций продолжительность рабочего цикла экскаватора складывается из следующих элементов:

где — время поворота (с подъемом ковша) на выгрузку;

— время выгрузки;

— время поворота (с опусканием ковша) к забою.

1 Экскаваторы-прямая лопата

Нормативная сменная производительность определяется по формуле

где - коэффициент, учитывающий категорию грунта; зависит от характера грунта и способа разгрузки. Его значение приведено в таблице. 13.

Таблица 13

Марка эксковатора	Категория грунта
	I	II	III	IV	V и VI – взорванная порода
					Мелкие куски	Крупные куски
Прямая и обратная лопата	0,62	0,64	0,77	1,0	1,1	2,05
Драглайн	0,71	0,75	0,83	1,0	1,22	1,52

— коэффициент, учитывающий угол поворота экскаватора.

Значение

Угол поворота 70° 90° 135° 180°

Прямая и обратная лопата . 0,92 1,0 1,19 1,43 Драглайн 0,91 1,0 1,31 1,63

q—геометрическая емкость ковша (приведена в паспорте экскаватора), ;

— коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом. Степень наполнения ковша грунтом зависит от способа разработки и характера грунта.

Значение для некоторых грунтов при нормальной высоте забоя для прямой и обратной лопаты:

Сухой песок и гравий, щебень, хорошо

взорванная скала 0,95—1,05

Суглинок сухой, рыхлый 1,05—1,1

Глина средняя, сухая 1,1—1,2

Глина тяжелая сухая 0,95—1,1

Влажные песок и гравий 1,15—1,25

Суглинок влажный 1,2—1,4

Глина средняя влажная 1,3—1,5

Глина тяжелая влажная 1,28—1,45

— коэффициент разрыхления грунта. В зависимости от вида грунта его значение для всех одноковшовых экскаваторов принимается: для грунтов I категории—1,1; II — 1,2; III — 1,25; IV—1,35; V—1,5; VI —1,45;

— коэффициент, учитывающий влияние высоты забоя. При нормальной высоте значение = 1, при. меньшей высоте забоя <1;

— коэффициент, учитывающий способ управления и мощность экскаватора ( = 0,81—0,98);

- коэффициент, учитывающий время на передвижку экскаватора (по забою, а также из забоя в забой). В зависимости от грунтовых условий передвижки экскаватора (лопаты и драглайна) значение составляет: передвижка по грунту 0,98; передвижка с частичной подготовкой пути (расчистка, частичный настил) — 0,85; передвижка по сплошному настилу—0,73;

— коэффициент, учитывающий влияние транспорта.

При разгрузке в отвал =1,0. При разгрузке на автотранспорт значение для лопаты и драглайна следующее:

а) разгрузка на автотранспорт (или тракторный транспорт):

При тупиковой подаче одной машины ………..0,64

двух машин …………………………………..0,87

кольцевой подаче ………………………0,89

б) разгрузка на железнодорожный транспорт:

При тупиковой подаче вагонов…………………0,79

кольцевой ……………………………………0,88

— коэффициент использования экскаватора по времени в течение смены: для лопаты и драглайна при разработке песка, гравия, щебня, сухой глины, суглинков — 0,82; при разработке липких грунтов (мокрая глина и др.) —0,77. Расчетный состав элементов рабочего цикла при совмещении отдельных операций зависит от способа разгрузки грунта.

При разгрузке в отвал:

Так как продолжительность выгрузки в отвал незначительна, то практически эта операция выполняется в процессе поворота стрелы на разгрузку и обратно, и отдельно время выгрузки не учитывается.

При разгрузке на транспортные средства:

Расчетную продолжительность элементов рабочего цикла при угле поворота 90° для некоторых марок прямой лопаты можно принимать по табл.14

Таблица 14 - Расчетная продолжительность элементов /ц для грунтов IV категории

Емкость ковша,	Разгрузка
	в отвал		на транспорт
	tk	tп+tо.п	tk	tп+tо.п	tв
0,25	4,5	6,5	4,5	6,5	2
0,3	5,3	7,9	5,3	7,9	2
0,5	5,5	8,5	5,5	8,5	2
0,65	5,9	9,1	5,9	9,1	2
1,0	7,0	10,5	7,0	10,5	2
1,25	8,0	12,0	8,0	12,0	2
2	9,0	13,0	9,0	13,0	2
3	9,1	13,2	9,1	13,2	3,5
4	10,1	14,6	10,1	14,6	4
8	10,8	15,5	10,8	15,5	4,6
15	18,4	26,4	—	—

Пример 10. Определить норму времени использования экскаватора-прямая лопата Э-505 на разработке котлованов в глинистых грунтах (мокрая тяжелая глина) с отвалкой на автотранспорт. Подача автосамосвалов — кольцевая. Разгрузка производится с поворотом экскаватора на 70°. Высота забоя — нормальная. Передвижка внутри забоя — по частичному настилу/

Решение

1 Емкость ковша — 0,5 м³.

2 Категория грунта — III.

3 Длительность цикла:

4 =0,77 5 =0,92 6 =1,35

7 =1,25 8 =1 9 =0,85

10 =0,81 11 =0,89 12 =0,77

Упражнения

26 Определить норму времени использования экскаватора-прямой лопаты (Э-652) на разработке песчаных грунтов с отсыпкой в отвал. Угол поворота экскаватора— 135°. Высота забоя — нормальная, передвижка — по песчаному основанию забоя (без настила).

27 Определить нормативное время использования одноковшовых экскаваторов — прямой лопаты на 100 м³грунта по данным, приведенным в табл. 15.

28 Рассчитать нормативный срок выполнения работ на рытье котлована в тяжелом мокром глинистом грунте с погрузкой на железнодорожные платформы с кольцевой подачей. Экскаватор-прямая лопата с q= 1,0 м³, передвижка — по сплошному настилу. Высота забоя — по расчету. Объем выемки—16 000 м³. Работа производится в 2 смены.

29 Определить нормативную потребность в экскаваторах-прямой лопате с q= 0,5 м³ для разработки выемки в суглинистых (сухих) грунтах с погрузкой на автосамосвалы при 2-сменной работе. Подача автосамосвалов — кольцевая. Экскаваторы передвигаются по грунту. Объем выемки —28000м³. Срок выполнения работ —10 дней. Высота забоя — 0,6 Нн.

30 Определить % снижения нормативной производительности экскаватора марки ПГ-0,35 при разработке выемок в средних суглинистых грунтах с погрузкой на автотранспорт (подача кольцевая) по сравнению с нормальной производительностью, если расчетная высота забоя составляет 0,25 Н_н.

2 Экскаваторы-обратая лопата

Расчет нормативной сменной производительности производится по той же формуле, что и для прямой лопаты.

Рабочий цикл у обратной лопаты складывается из тех же элементов, что и у прямой лопаты. Его продолжительность несколько большая, нежели у прямой лопаты, из-за большей длительности поворота и разгрузки ковша. Нормативная длительность рабочего цикла приведена в табл. 16.

Таблица 15

Марка экскаватора	Характеристика работ	Способ разгрузки	Способ передвижки по забою	Тип грунта	Угол поворота, град	Высота забоя,м
Э-520 Э-654 Э-257 Э-2011 Э-801 Э-1С04	Разработка выемок тоже	На автотранспорт при тупиковой подаче автосамосвалов На автотранспорт при кольцевой подачей автосамосвалов В отвал На железнодорожный транспорт при тупиковой подаче вагонов В отвал тоже	По грунту По грунту с частичным настилом По сплошному настилу Тоже	Песок Суглинок сухой рыхлый Глина средняя сухая Влажный суглинок Влажная средняя глина Глина тяжелая влажная	90 180 90 180 180 90 90	По расчету нормальная

Таблица 16 Значение Элементов рабочего цикла при угле поворота 90°

Емкость ковша, м3	Разгрузка
	в отвал		на транспорт
	tk	tп+tо.п	tk	tп+tо.п	tB
0,25 0,5	4,5 5,5	9 11,5	4,5 5,5	9 11,5	2,5 3

Значения , , , , , , , , приведены выше.

Пример 11. Определить норму времени использования обратной лопаты Э-257 на разработку котлована в суглинистых (средней влажности) грунтах с отсыпкой в отвал. Угол поворота — 90°. Высота забоя — нормальная. Передвижка — без подготовки путей t_см = 6,82 час.

Решение

1 Емкость ковша — 0,25 м³.

2 Категория грунта — II категории.

3 =0,64 4 =1 5 =1,2

6 =1,2 7 =1 8 =0,98

9 =0,81 10 =1 11 =0,82

Упражнения

31 Определить нормативное время использования одноковшового экскаватора обратной лопаты на разработке грунта (на 100 ж3 грунта) по данным, приведенным в табл. 17.

32 Сравнить нормативную сменную производительность экскаваторов обратной лопаты марки Э-504 q = 0,5 и прямой лопаты марки 3-502 q = 0,5 при разработке выемки в песчаных влажных грунтах с погрузкой на автотранспорт, подача автосамосвалов — кольцевая

Таблица 17

Марка эксковатора	Характер работ	Способ разгрузки	Способ передвижения по забою	Тип грунта	Угол поворота, град	Высота забоя, Л1
Э-303	Разработка траншеи Разработка котлована Разработка траншеи	На автотранспорт с кольцевой подачей ав тосамосвалов На авто- транспорт с тупиковой подачей ав- тосамосва- лов В отвал	По грун- Ту По частичному настилу По грун- ту	Суглинок влажный	90	Нормальная
Э-652				Глина средняя влажная	180	0,58 Ян
Э-255				Глина слежавшаяся сухая	90	По расчету

3 Экскаваторы-драглайн

Расчет нормативной сменной производительности производится по той же формуле, что и для лопаты.

Расчетная продолжительность элементов рабочего цикла приведена в таблице 18

Емкрсть ковша, Л3	Разгрузка
	в отвал		на транспорт
	tk	tп+ tо.п	tk	tп+tо.п	tв
0,25 0,3 0,5 0,65 1,0 1,25 2,0 4,0 8 14 25	6,5 7,8 8 9,6 10 11 12 18 19,0 20,0 21,0	8 9,1 10 12 12,5 16 16 26 28 31 34	6,5 7,7 8 9,2 10 11,6 12 18 — — —	8 10 13 12,5 15,4 18,4 16 26,0 — — —	3 3 3,5 3,5 3,5 4 5 — — —

При глубине более нормальной t_ц необходимо увеличивать на 2 сек на каждый метр глубины.

При разработке грунта с закидкой ковша t_к следует увеличивать на 1,5—2 сек. При увеличении высоты разгрузки продолжительность цикла увеличивается на 1—25%.

Значение К_н рыхлым грунтом зависит от типа грунта и составляет:

Крупнозернистая взорванная порода…………..0,675

Сухой песок и гравий, щебень, мелкозернистый

взорванная порода ………………………………..0,85

Суглинок сухой, рыхлый, глина средняя

и тяжелая сухая……………………………..0,85—1,0

Влажный песок и гравий, глина тяжелая

влажная…………………………………………1,15

Суглинок влажный…………………………………1,2

Глина средняя влажная …………………………..1,15

Значение остальных коэффициентов следует принимать по данным, приведенным для лопаты.

Пример 12. Определить норму времени использования драглайна Э-1004 на разработке котлована в суглинке сухом, рыхлом с отсыпкой грунта в отвал. Угол поворота— 180°, высота забоя — нормальная, передвижение— без предварительной подготовки пути t_см= 6,82час.

Решение

1 Емкость ковша — 1 м³.

2 Категория грунта — II.

3 Длительность цикла:

4 =0,75 5 =1,63 6 =0,9

7 =1,2 8 =1 9 =0,98

10 =0,85 11 =1 12 =0,82

Упражнения

33 Определить и. нормативное время использования драглайна на разработке грунта (на 100 м³ грунта) по данным, приведенным в таблице 19.

Таблица 19

Марка экскаватора	Характер работы	Способ разгрузки	Способ передвижки по забою	Тип грунта	Угол поворота	Высота забоя, м
Э-302	Рытье котлована без заброса ковша	В отвал	По грунту	Песок с примесью гравия	90	0,35 Нн
Э-504	То же	На авто- транспорт с тупиковой подачей автосамо-свалов		Влажный песок	180	По рас чету
Э-1251	Разработка выемки (траншеи) без заброса ковша	В отвал		Суглинок сухой рыхлый	90
Э-1252	Разработка выемки без заброса ковша	На железнодорожные платформы с тупиковой подачей		Взорванная скала	180

34 Рассчитать нормативную продолжительность использования драглайна Э-353 на рытье котлована в мокрых суглинистых грунтах с отсыпкой в отвал. Передвижение— по грунту, угол поворота—180°, объем котлована— 1400 м³ Экскаватор работает с забросом ковша в одну смену.

35 Найти нормативную потребность в драглайнах q = О,5 м³ для разработки котлована в средних влажных глинистых грунтах при двухсменной работе с передвижкой экскаватора по сплошному настилу, погрузкой на автосамосвалы с кольцевой подачей машин с поворотом на 180°. Высота забоя — по расчету. Объем котлована —8000 м³, срок выполнения работы—10 дней. Экскаваторы работают с забросом ковша.

36 Сравнить нормативную сменную производительность драглайна марки Э-753 q = 0,75 м³ и прямой лопаты Э-754 q = 0,75 м³ на разработке выемок в средних глинистых грунтах с погрузкой на автосамосвалы. Подача автосамосвалов — тупиковая. Передвижка экскаваторов — по сплошному настилу.

37 Определить снижение нормативной сменной производительности драглайна марки Э-1003 на разработке выемок в песчаных грунтах с отсыпкой в отвал в % по отношению к нормальной производительности, если расчетная высота забоя составляет 0,8 Н_н. Экскаватор работает без заброса ковша, передвигается по грунту.

4 Экскаваторы-грейферы

Расчет нормативной производительности производится по формуле, указанной для экскаватора-драглайна.

Длительность t_n следует принимать по табл. 20.

Таблица 20 - Значение t_u для грейфера при разгрузке на транспорт

Емкость ковша, м3	tu сек
0,1—0,35 0,25—0,35 0,5—0,65 0,75—0,8 1,0—1,25 1,5—1,75 2,0—2,25 2,5—2,75 3,0—3,5	20 22 23,2 24,3 25,5 29 33,5 39 43,5

Примечание:

Значение К_н:

Крупнозернистая взорванная порода…………………..0,35 Сухие песок, гравий, глина тяжелая,

мелкозернистая взорванная порода, щебень…………0,65

Глина средняя сухая……………………………………….0,6

Суглинок сухой рыхлый…………………………………0,75

Глина средняя пляжная, песок и гравий

Влажный……………………………………………0,85—0,88

Глина тяжелая влажная, суглинок влажный………0,9—0,93

К_з и К_к.г не учитываются

Значение остальных элементов расчетной формулы ( , , , , , ) принимается по нормативным данным, установленным для драглайна.

Пример 13. Определить нормативное время использо­вания грейфера Э-255 на погрузке в автосамосвалы сухого песка. Угол поворота— 135°, передвижка — без подготовки пути. Подача автосамосвалов — кольцевая, t_cм= 6,82 час.

Решение

1 Емкость ковша — 0,35 м³.

2 Категория грунта — I.

3 Длительность цикла:

4 =1,35 5 =0,65 6 =1,1

7 =0,81 8 =0,98 9 =0,89

10 =0,82

Упражнения

38 Определить нормативное время использования грейфера на погрузочно-разгрузочных и земляных работах - на 100 м³ по данным табл. 21.

Таблица 21

Марка экскаватора	Характер работы	Способ разгрузки	Условия передвижки	Тип грунта	о Угол поворота град
Э-257	Погрузка гравия	На авто- транспорт с кольцевой подачей	По грунту	Гравий сухой	180
Э-352	Разработка выемок	На авто- транспорт с тупиковой подачей		Глина тяжелая влажная	180
Э-754	Погрузка песка	На железнодорожные плат- формы с кольцевой подачей		Песок влажный	170

39 Рассчитать нормативный срок выполнения работ на погрузке штабеля щебня объемом в 4000 мъ грейфером с 9 = 0,5 м³ с погрузкой на автотранспорт тупиковой подачей с передвижкой по грунту. Работа производится в две смены.

40 Определить нормативную потребность в экскаваторах с грейферным оборудованием для погрузки сухого песка в железнодорожные платформы при грузоподъемности платформ 20 т. Подача платформ — кольцевая. Емкость ковша — 0,75 м³ Количество платформ —70 шт., срок выполнения погрузочных работ—1 смена