книги из ГПНТБ / Давыдов В.В. Вскрышные работы на угольных карьерах в зимнее время

Глава IV

ВЛИЯНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РОТОРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

Роторные экскаваторы имеют значительные преимущества перед остальными, их конструктивный вес меньше, а скорость резания выше, чем у цепных многоковшовых; кроме того, с по­ мощью этих экскаваторов можно производить селективную вы­ емку. Вследствие этого они находят все большее распростра­ нение.

Создание транспортера, при помощи которого представляется возможным перемещать породу и уголь под углом более 35°, даст возможность строить экскаваторы с нижним черпанием ниже уровня стоянки экскаватора. Это еще больше расширит область их применения. Рабочий процесс разработки грунта роторным экскаватором осуществляется непрерывно.

т — число ссыпаний в минуту; . /—коэффициент разрыхления породы.

Оценка работы экскаватора производится путем сравнения теоретической и фактической производительности.

Фактическая производительность экскаватора будет равна

Q$ =“ М3/час,

где т] — коэффициент использования экскаватора.

Время полезной работы экскаватора .зимой будет меньше, чем летом и поэтому коэффициент использования экскаватора, опре­ деляемый отношением чистого времени работы экскаватора к

39

календарному в часах, будет ниже. Коэффициент использования по мощности в зимнее время будет также ниже.

На рис. 7 показан роторный экскаватор, а на рис. 8 — транс­ портно-отвальный мост со встроенным ротором.

Влияние емкости черпаков и числа ссыпаний на производи­ тельность экскаватора. Как видно из формулы для определения производительности роторного экскаватора, основными фактора-

Рис. 7. Роторный экскаватор

ми, влияющими на его производительность, являются емкость ковша и число ссыпаний в единицу времени. Черпак роторного колёоа имеет определенный объем, и эта величина играет боль-

Рис. 8. Транспортно-отвальный мост со встроенным ротором

шую роль в производительности экскаватора. Размер черпака роторного колеса должен определяться с учетом теоретической производительности экскаватора и условия, чтобы при каждом срезе стружка могла помещаться в черпаке.

Исходя из этого положения, толщина стружки определяется

сучетом длины и объема черпака.

Втабл. 16 приведены данные, показывающие зависимость

производительности экскаватора от емкости черпаков. В этой же таблице показана производительность экскаватора с емкостью черпаков 1000 и 630 л, причем в первом случае число их рав­ но 10, а во втором— 12.

40

Как видно из приведен­ ных данных, с уменьшением емкости черпаков значи­ тельноуменьшается произ­ водительность экскаваторов. Так, в случае, если число черпаков равно 10, произ­ водительность будет равна 2037 мъ1час для экскаватора

семкостью черпаков 1000 л

и1285 м31час для экскава­ тора с емкостью черпаков

630 л.

Примерзание породы к стенкам черпаков экскава­ тора в зимнее время умень­ шает его емкость, и, кроме того, на удаление ее требу­ ются значительные затраты времени.

-Влияние емкости ковша на производительность, экс­ каватора хорошо видно из данных табл. 17.

Из приведенных данных видно, что производитель­ ность второго экскаватора, имеющего большее число черпаков, число ссыпаний и диаметр ротора, но мень­ шую емкость черпаков, бы­ ла на 23% меньше.

Большое влияние на про­ изводительность экскавато­ ра оказывает -коэффициент наполнения ковша, который зависит от характеристики пород (в том числе и со­ стояния -влаги в виде жид­ кости или в -виде льда), вы­ соты забоя, угла откоса, диаметра и скорости вра­ щения ротора, размера ков­ шей и конструкции ротора.

'Коэффициент наполне­ ния ковшей роторных экска­ ваторов, работающих на карьерах ГДР, колеблется

41

от 0,62 до 1,00 для пород в плотном теле. С учетом разрыхления породы коэффициент наполнения будет выше, так как коэффи­ циент разрыхления колеблется от <1,1 до 1,5, в зависимости от свойств пород, емкости ковша, окружной скорости и других факторов.

При работе экскаватора в зимнее время, когда разрабаты­ вается мерзлый грунт, содержащий определенное количество комьев, коэффициент наполнения будет меньше, чем в летнее время.

В'. качестве примера влияния атмосферных условий можно привести пример из практики работы экскаваторов непрерыв­ ного действия в Советском Союзе.

При разработке глин и суглинков на Байдаковском разрезе многоковшовым экскаватором ЕС-500 и роторным экскавато­

ние для механической очистки стенок бункера от налипающей породы при работе экскаватора. Применение этого приспособле­ ния дало возможность обходиться без периодических остановок экскаватора для очистки бункера, которая ранее производилась вручную. Это дало возможность увеличить рабочее время экс­ каватора на 2,5 часа в смену.

Способа очистки ковшей роторного экскаватора ИСУ-450 от налипающей породы не найдено до настоящего времени. Нали­ пание породы приводит к уменьшению емкости ковшей экскава­ тора и вызывает периодические остановки продолжительностью до 2- 2,5 часов . в смену. Правильное решение этого вопроса даст возможность увеличить производительность экскаватора на

42

1800 Л13 в сутки; что позволило бы уменьшить в свою очередь объем вскрышных работ при железнодорожном транспорте на 400 тыс. м3 в год. Экономия составит около 1,0 млн. руб. в год. Примерзание же пород в зимнее время дает еще большие по­ тери.

Кроме емкости черпака, большое значение имеет число его наполнений, которое определяется по максимальной скорости резания и интервалу между черпаками.

Скорость резания роторного колеса определяется угловой скоростью колеса у зубьев черпака и выражается следующей формулой:

где D — диаметр ротора, м\

для разработки разных пород принимается различной. Напри­ мер, песок, гравий, мергель, сланцы, кусковатый уголь возможно разрабатывать с большей скоростью резания, чем глину, сугли-. нок и лёсс.

На скорость резания пород влияет их состояние (влажность, промерзание). Глину большой влажности нужно разрабатывать роторным экскаватором с меньшей скоростью вращения роторно­ го колеса, чем глину небольшой влажности. Сильно промерзший песок можно разрабатывать с меньшей скоростью вращения ро­ торного колеса, чем незамерзший.

Из данных, приведенных в табл. 16, видно влияние числа ссыпаний. Если при числе ссыпаний 33,95 в минуту производи­ тельность равна 2037 м3/час, то при числе ссыпаний 40,8 в ми­ нуту производительность равна 2450; емкость черпака в том и другом случае равна 1000 л.

При разработке мерзлых пород в зимнее время, прочность которых значительно выше талых, скорость резания будет умень­ шаться, и за счет этого будет снижаться число ссыпаний и падать производительность экскаватора.

Влияние числа черпаков, диаметра роторного колеса и числа ссыпаний на производительность экскаватора. С увеличением числа черпаков при прочих равных условиях будет увеличи­ ваться число ссыпаний и, следовательно, производительность экскаватора. Но при увеличении числа черпаков происходит изменение других показателей. Например, с увеличением числа черпаков увеличивается диаметр роторного колеса и его вес. При увеличении диаметра роторного колеса число ссыпаний не увеличивается и производительность экскаватора не меняется. С увеличением числа черпаков при разработке мерзлых грунтов увеличивается объем породы, примерзающий к их стенкам, и,

43

следовательно, время на очистку их, что приводит к снижению производительности экскаватора.

Как видно из данных табл. 18, экскаваторы с роторным ко­ лесом диаметром 9,2 м, имея число черпаков 6, 8, 10 и 12, де­ лают соответственно 17,4; 23,28; 29,0 и 34,8 ссыпаний в минуту.

В табл. 19 приведены данные о производительности экскава­ тора в зависимости от диаметра роторного колеса.

Таблица 19

Зависимость между диаметром ротора и производительностью роторного колеса

Как видно из приведенных данных, с увеличением диаметра роторного колеса, при прочих равных условиях, число ссыпаний уменьшается и в связи с этим уменьшается и производитель­ ность экскаватора.

При определенном сочетании между числом черпаков, диа­ метром ротора и числом оборотов, если не меняются расстояние между черпаками, емкость их и скорость резания, можно иметь одинаковую производительность.

В табл. 20 приведены данные об экскаваторах, имеющих различные количество черпаков, диаметры роторов и скорость

44

вращения роторного колеса, но одинаковые число ссыпаний и производительность.

Увеличение числа ссыпаний и, следовательно, производитель­ ности может произойти, если уменьшить расстояние между чер­ паками или увеличить скорость вращения роторного колеса.

Практически изменить расстояние между черпаками без из­ менения конструкции роторного колеса осуществить невозможно. Также невозможно при существующих конструкциях роторных экскаваторов увеличить скорость вращения при разработке мерз­ лых грунтов.

Таблица 20

Влияние числа черпаков и диаметра ротора на производительность роторного колеса

стрелы ротора на производительность экскаватора. При увели­ чении скорости вращения ротора число ссыпаний и, следова­ тельно, производительность экскаватора при прочих равных условиях увеличиваются. В меньшей степени это будет иметь место при увеличении скорости поворота стрелы ротора.

При разработке мерзлых пород, ввиду большей прочности их по сравнению с талыми, скорость вращения ротора будет зна­ чительно ниже. Следовательно, это приведет к потере произво­ дительности экскаватора.

В летнее время для сохранения определенной производи­ тельности при уменьшении скорости вращения роторного колеса возможно увеличить толщину стружки. В зимнее же время, ввиду более значительных усилий, которые возникают при раз­ работке мерзлых грунтов сравнительно с талыми; это не пред­ ставляется возможным осуществить.

Влияние конструкции камеры ротора и конструкции ротор­ ного колеса на производительность экскаваторов. Влияние кон­ струкции камеры на скорость резания, а отсюда и на произво­ дительность при разработке мерзлых пород будет иметь тдкже большее значение. Для увеличения производительности экскава­

45

биться повышения производительности экскаватора. Следова­ тельно, увеличение производительности экскаватора за счет боль­ шего числа черпаков надо осуществлять без увеличения диамет­ ра роторного колеса. Осуществление возможно только за счет изменения конструкции камеры.

При работе в зимнее время, когда происходит намерзание породы на стенки камеры, емкость ее уменьшается; часто каме­ ры даже забиваются; это приводит к затратам времени на очи­ стку и потере производительности экскаватора. Поэтому конст­ рукция камеры роторного колеса должна быть сделана с учетом работы в зимнее время.

Некоторые последние конструкции экскаваторов, выпущен­ ные за рубежом, имеют роторное колесо без ячеек. Такие экс­ каваторы будут больше соответствовать условиям работы в зим­ нее время и смогут достигать большего числа оборотов и давать большую производительность.

Влияние конструкции стрелы на производительность экска­ ватора. При работе с шарнирно-закрепленной стрелой экскава­ тор должен перемещаться после выемки каждой полосы, чтобы обеспечить создание требуемого угла откоса. При незначитель­ ной высоте уступа и большой подаче стрелы требуемый угол откоса возможно сохранить выдвижением стрелы. При значи­ тельной (высоте уступа (более 25—30 м) затруднительно сохра­ нять необходимый угол откоса только путем выдвижения стре­ лы ротора.

В зимнее время при отрицательных температурах наруж­ ного воздуха даже небольшие перерывы в разработке грунтов уменьшат производительность экскаватора и будут способство­ вать большему промерзанию породного уступа. !

Необходимо иметь в виду, что при работе экскаватора с вы­ движной стрелой толщина стружки может оставаться постоян­ ной, а при работе экскаватора, у которого стрела не выдви­ гается, она будет иметь форму серпа. Последнее также будет влиять на снижение производительности.

Влияние конструкции ходовой части экскаватора на его про­ изводительность. Ходовая часть экскаватора определяется в зависимости от горногеологических условий и его производи­ тельности с учетом определенного запаса прочности отдельных узлов.

Разработка мерзлых пород приводит к необходимости соз­ дания экскаваторов более прочных конструкций. Для выполне­ ния определенного объема мерзлых пород требуется экскаватор с большим количеством черпаков, чем при работе с талыми по­ родами (при прочих равных условиях). Это приводит к увеличе­ нию веса роторного колеса и, следовательно, экскаватора. При увеличении веса экскаватора вызывается необходимость в уве-

46

личении размера гусениц, а следовательно, и веса их. Увеличе­ ние веса экскаватора усложнит управление и ограничит манев­ ренность, что в конце концов приведет к снижению производи­ тельности сравнительно с более легкими экскаваторами.

Влияние объема стружки на производительность экскава­ тора. При разработке породы с помощью роторного экскава­ тора снимается серповидная стружка, толщина которой колеб­ лется от 0 до максимального значения, которое зависит от опыт­ ности машиниста экскаватора и свойств разрабатываемых пород. Максимальное значение толщины стружки обычно получается на высоте, равной половине диаметра роторного колеса.

Объем стружки будет равен

Наивысшая производительность поэтому будет .достигнута при /, равной половине диаметра роторного колеса и наиболь­ шей средней толщине стружки; отсюда

Значение щ меняться не будет, так как определяется шири­ ной черпака. При разработке мерзлых грунтов, прочность кото­ рых сильно увеличивается, потребуется ограничивать для суще­ ствующих конструкций экскаваторов толщину и длину стружки. Это вызывает снижение производительности.

Влияние диаметра роторного колеса, числа и емкости чер­ паков на потребную мощность экскаватора. Зависимость между усилиями, развиваемыми в экскаваторах, имеющих роторные ко­ леса различных диаметров, и потребной мощностью приведены в табл. 21.

Таблица 21

Зависимость между диаметром ротора, числом черпаков, производительностью и потребной мощностью экскаватора

47

Во время работы первого роторного экскаватора (табл. 21) при самой большой высоте резания, равной 0,7 D или 4,62 м, в работе находятся два черпака. При таком положении в нижнем

породы при расстояниях от центра -черпаков до оси роторного колеса, равных 1,38; 2,78 и 1,45 м, составит 5560 кгм с усилием от веса породы в черпаках, равным 1685 кг.

Черпаком 1 снимается стружка, равная 81 см, черпаком 2 — 104 см или двумя черпаками снимается стружка длиной 185 см.

Для резания полной стружки, если удельное сопротивление резанию равно 40 кг/см, требуется приложить усилие, равное 6660 кг, а суммарные усилия будут равны 8345 кг. Чтобы прео­ долеть такие усилия при скорости резания 1,55 м/сек и к. п. д. приводов, равном 0,85, требуется иметь мощность мотора, рав­ ную 148 кет.

При работе второго экскаватора на максимальной высоте ре­

а усилие при резании — 8136 кг и суммарное усилие— 10 682 кг. Потребная мощность мотора будет равна 191 кет.

При разработке мерзлых грунтов резко возрастет удельное сопротивление резанию, что требует увеличения мощности дви­ гателей.. Чтобы понизить суммарное сопротивление .породы ре­ занию, следует уменьшить толщину стружки, что приведет к уменьшению производительности экскаватора.

Как упоминалось выше, производительность роторного экс­ каватора зависит от многих факторов, большинство из которых

втой или иной степени зависят от температуры. Путем комбина­ ции влияния этих факторов можно оказывать влияние на произ­ водительность экскаваторов.

Втабл. 22 приведены данные об экскаваторах, имеющих раз­ личное число и объем черпаков, расстояние между черпаками, число ссыпаний, скорость поворота стрелы и отрабатывающих стружку различных размеров. Путем сочетания различных значе­ ний достигается одинаковая производительность. Из приведенных

втабл. 22 данных видно, что у экскаваторов с одной и той же производительностью, имеющих роторы с одинаковым диаметром, но большее число ссыпаний, отрабатывается Стружка меньшей толщины с увеличением скорости поворота стрелы.

Если взять из данных, приведенных в табл. 22 и 23, наимень­ шие и наибольшие значения, то теоретическая производительность может колебаться от 780 до 2952 м3/час.

При работе экскаваторов в зимнее время все значения фак­ торов, влияющих на производительность экскаваторов, за ис­ ключением числа черпаков и расстояния между ними, будут уменьшаться, а следовательно, и производительность будет сни­ жаться.

48