В параграфе 7.6 «Производительность экскаваторов» дан общий подход к определению оптимальных параметров забоев экскаваторов различных типов.

Критерием оптимизации предлагается выбрать эксплуатационную производительность экскаватора.

Расчет производительности возможно вести: а) обычным подходом с обобщенным Кв (см. § 7.6) и б) более подробно, с расчетом Кв отдельно по каждой операции. Последний вариант и излагается ниже.

Рассматриваем работу экскаватора «прямая лопата» в боковом ярусном забое при погрузке грунта на самосвалы. Здесь одним из основных технологических параметров является ширина забоя, которая и влияет на производительность. При этом существует оптимальная ширина забоя, отклонение от которой как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения ведет к снижению производительности экскаватора.

Например, уменьшение ширины забоя по сравнению с оптимальной приводит к уменьшению объема грунта, разрабатываемого с одной позиции (стоянки) экскаватора. Это, в свою очередь, потребует большей частоты передвижения экскаватора и, соответственно, большего общего времени на их осуществление, снижая тем самым коэффициент использования рабочего времени и эксплуатационную производительность экскаватора.

Завышение же ширины забоя приводит к увеличению осредненного угла поворота стрелы экскаватора из забоя на разгрузку. Это увеличивает продолжительность рабочего цикла и, соответственно, снижает техническую и эксплуатационную производительность экскаватора.

Отыскание оптимальной ширины забоя, обеспечивающей максимум производительности, и является целью приведенного решения.

Расчетная схема забоя с основными размерами представлена на рис. 1: в плане и в разрезе. Здесь :

0 - ось забоя, проходящая по середине его подошвы;

ЦЗ - центр тяжести точек выхода ковша из забоя;

Ц - ось, проходящая через центры забоев (ЦЗ);

Э - ось эк­скаваторного хода;

Т - ось хода транспортных средств;

ЦТ - центр тяжести точек разгрузки ковша в транспортное средство (или в отвал).

Техническую часовую производительность экскаватора запишем в виде:

П^т=Q_ц/Т_ц, (1)

где Q_ц - объем грунта в ковше, приведенный к естественной плотности в

выемке;

Т_ц - продолжительность цикла экскаватора.

Рис.1

Эксплуатационная производительность будет

П^э=П^т*К_в . (1а)

Здесь введем выражение:

Кв= Км* Кп* Крв* Кв´

, (1б)

где К_м - коэффициент использования экскаватора во времени, учитывающий

перерывы в подаче автосамосвалов и время их маневрирования при

установке под погрузку;

К_п – то же, коэффициент, учитывающий потери времени на передвижки

экскаватора вдоль забоя;

К_рв – коэффициент, учитывающий потери времени на концевые

развороты экскаватора (сюда же относятся и приведенные потери

времени, связанные со снижением производительности экскаватора

при начальной врезке в следующую ленту забоя),

К_в´ – коэффициент, учитывающий прочие потери времени.

(2)

при условии:

,

где Т_м - время на маневрирование (0,5-2 мин) и перерывы в подаче самосвала под погрузку.

(2а)

при условии:

,

где Т_п - время, затрачиваемое на одну передвижку экскаватора вдоль забоя

(1-4 мин).

Объем грунта, разрабатываемый с одной стоянки экскаватора,

V_п=l_п*H*B,

где l_п - длина (шаг) передвижки экскаватора;

B – ширина забоя;

H - высота забоя.

, (3)

, (3)

где R – средний расчетный радиус резания при заборе грунта;

β - средний расчетный угол поворота экскаватора на выгрузку в радианах

(измеряется между направлениями на центр тяжести точек выхода

ковша из забоя (ЦЗ) и на центр тяжести точек выгрузки грунта из

ковша (ЦВ)).

α=α₀+α_т, (3а)

где α₀- эксцентриситет забоя (расстояние ЦЗ от оси 0 забоя);

α_т - расстояние от границы забоя до оси транспортного хода.

Продолжительность цикла представим в виде:

(4)

.

. (4а)

при условии:

и ,

где Vл - объем снимаемой экскаватором ленты грунта

(4б)

Здесь Т_рв - время, затрачиваемое на один концевой разворот экскаватора

(4-7 мин);

L_л - длина ленты грунта, разрабатываемой экскаватором (или длина

одной проходки экскаватора), равная длине карьера. В первом

приближении можно принятьК_рв=1,0. Далее

и , (4в)

где в_т - ширина транспортного средства;

∆α_Т - запас ширины, равный 0,5-1,0м;

α - угол откоса элемента забоя (45º -75º при переходе от сыпучих грунтов

к связным).

Ниже приведены справочные эмпирические зависимости:

,с;

, с∕рад; (5)

;

,м;

;

.

Здесь К_тр - коэффициент трудности разработки грунта, зависящий от

его группы (для 1У гр.- 1,0, для гр. 1-У1 - 0.55-1,6);

М_э - масса экскаватора, т;

R_р - максимальный радиус резания, м;

η_{н. в} - относительная высота забоя (равна 1 -1,2 при возрастании

группы грунта по трудности разработки);

Н_{н. в} - высота напорного вала на стреле экскаватора;

R_в - максимальный радиус выгрузки.

Из геометрических соотношений имеем предельные величины для ширины забоя (теоретический максимум и технологический минимум).

, (6)

, (6а)

где R_ст - максимальный радиус резания грунта на уровне стоянки

экскаватора.

При малых В рекомендуется проверить, не касается ли платформа экскаватора откосов забоя. Проверка легко выполняется графически на плане забоя или по условию

, (6б)

где r_хв - радиус хвостовой части экскаватора.

Абсолютная максимальная ширина забоя (физический максимум) и ее технологический максимум

,

, (6в)

где R_в - максимальный радиус выгрузки.

Задавая ряд величин β_i , находят соответствующие им производительности П_i^э и строят график функции П^э=f(β , В), представленный на рис.2, по которому находят оптимальный угол поворота экскаватора β_опт, соответствующий максимуму эксплуатационной производительности П^э_max. По величине β_опт находят остальные технологические параметры, в том числе оптимальную ширину забоя В_опт и уточняют расчетом величину П^э_max.

Эта производительность может служить основой для уточнения: необходимого количества экскаваторов, проектного потока грунта, а также срока строительства (путём обратного перерасчёта).

Отметим, что здесь повышение производительности достигается без каких-либо дополнительных затрат, лишь изменением геометрических параметров технологического процесса.

Рис.2