Р исунок 1. Расчетный боковой забой экскаватора с прямой лопатой:

I — поверхность предельно вы­работанного забоя из стоянки О;

II — то же, из стоянки O1;

α_п — средний угол поворота екскаватора;

D — наибольший практический радиус резания:

D_СТ — наибольший радиус реза­ния на уровне стоянки экска­ватора;

1_П — длина рабочей пе­редвижки экскаватора;

ЦТ — центр тяжести элемента забоя.

Криволинейный параллелепипед, ограниченный двумя последовательными поверхностями (I, II на рис. 1) пре­дельно выработанного забоя, образует объем грунта, разра­батываемый экскаватором с одной стоянки и называемой элементом забоя:

V_э.з=BHl_П , м³ (1)

Средний угол поворота платформы экскаватора α_п из­меряется транспортиром по плану забоя между направле­ниями из центра вращения экскаватора О₁ , на центр тяжести элемента забоя ЦТ и на центр кузова самосвала.

Положение центра тяжести элемента бокового забоя в плане определяем приблизительно как точку пересечения диагоналей параллелограмма, построенного на очертании верхней части элемента забоя (рисунок 1).

2. Определяем среднюю длительность рабочего цикла экскаватора и вычерчиваем схему этого цикла. Для расчета принимаем, что рабочий цикл экскаватора слагается из че­тырех операций: заполнения ковша в забое t_K, поворота на выгрузку с груженым ковшом t_П.Г, выгрузки грунта t_B и возвратного поворота с порожним ковшом в забой t_n.n.

Продолжительность цикла этих рабочих операций экс­каватора

t_ц.є=t_к+t_П.Г+t_В+t_П.П , сек (2)

Время копания t_K вычисляем по высоте забоя Н и ско­рости подъема блока ковша ν_п:

, сек (3)

Средняя длительность поворота экскаватора с груженым ковшом

, сек (4)

где α_п — средний рабочий угол поворота экскаватора, рад;

ω_э — угловая скорость поворота платформы экскава­тора, рад /сек, вычисляемая по формуле

, (5)

где п — число оборотов платформы экскаватора в минуту (таблицы 2). Средняя длительность возвратного поворота порожнего ковша t_п.п приблизительно равна среднему времени поворота груженого ковша t_П.Г.

Рисунок 2. Схема рабочих процессов экскаватора:

а — схема рабочего цикла экскаватора;

6 — схема цикла загрузки самосвала;

в — схема цикла разработки элемента забоя;

г — схема рабочего процесса экскаватора на протяжении смены.

Продолжительность выгрузки приведена в п. 2 «Допол­нительных данных». Для графической иллюстрации вычис­лений составляем схему рабочего цикла экскаватора в виде отрезка прямой, на котором отложены в масштабе и обозна­чены отдельные операции и весь рабочий цикл экскаватора (рисунок 2, а).

3. Вычисляем длительность и составляем схему цикла загрузки автосамосвала. Этот цикл слагается из продолжи­тельности собственно загрузки и времени, которое идет на смену загружаемых машин. Продолжительность загрузки определяется временем, необходимым на загрузку самосвала количеством ковшей грунта, соответствующим его грузо­подъемности, то есть равна произведению времени рабочего цикла экскаватора на число ковшей грунта, загружаемого в самосвал.

Длительность смены самосвалов t_см.с включает полное время их маневра при подаче под загрузку (см. таблице 1) за вычетом длительности операций возвратного поворота ковша в забой и наполнения его грунтом. Такое совмещение возможно потому, что загруженный самосвал может отъез­жать сразу же после выгрузки грунта из ковша.

Число ковшей грунта п_к, вмещающихся в кузов само­свала, находим по грузоподъемности последнего и средней массе грунта в ковше экскаватора:

, (6)

где G — грузоподъемность самосвала, Т;

q — емкость ковша экскаватора, м³;

γ — плотность грунта, t/m³;

k_p и k_н — коэффициенты разрыхления грунта и наполнения ковша. Полученный результат (п_к) округляем до целого числа. Зная число ковшей грунта, помещающихся в кузов само­свала, среднюю длительность рабочего цикла экскаватора t_ц.э, длительность его операций t_n._n и t_K, а также длитель­ность смены и время маневров самосвала t_см.с . при подаче под загрузку, длительность цикла загрузки самосвала можно вычислить по формуле

t_ц.с = п_к t_ц.э + t_см.с – t_п.п – t_{к ,} сек (7)

Результаты этих вычислений изображаем на схеме цикла загрузки самосвала, откладывая продолжительность отдель­ных операций и всего цикла в масштабе на отрезке прямой (рисунок 2, б).

4. Определяем длительность и составляем схему цикла разработки элемента забоя, слагающегося из некоторого числа п_с циклов загрузки самосвалов и передвижки экска­ваторов на новые стоянки (с учетом времени на отдых экс­каваторщика).

Число циклов загрузки самосвала за время разработки элемента забоя определяем по его объему, среднему объему грунта, который захватывает ковш экскаватора, и числу ковшей грунта, загружаемого в самосвал (округляется до целого числа в меньшую сторону):

, (8)

Время, расходуемое на рабочую передвижку экскаватора t_пер, берем по п. 3 «Дополнительных данных». Там же, в п. 4, задано и время на отдых экскаваторщика t_о.э (5 мин в час).

На основании этих данных продолжительность цикла разработки элемента забоя определяем по формуле

, сек (9)

Здесь t_о.э подставляем в минутах.

Результаты вычислений изображаем на схеме цикла раз­работки элемента забоя (рисунок 2, в).

5. Для построения схемы рабочего процесса экскаватора на протяжении смены надо определить число элементов забоя п_э.з, которые экскаватор сможет разработать за смену,

, (10)

где Т_см — длительность смены, сек;

t_сд.см —время на сдачу экскаватора во время смены бригад (см. п. 5 «Дополнительных данных»); обычно это время принимается равным 15 х 60 сек;

t_ц.э.з — длительность цикла разработки элемента за­боя, сек.

Если полученный результат, кроме целого числа эле­ментов забоя, содержит еще дробную часть, то за п_э.з при­нимаем только целое число.

Во время разработки оставшейся части элемента забоя — дробная часть результата в формуле (10) — экскаватор загрузит еще некоторое количество самосвалов п_с, которое можно вычислить по формуле

, (11)

с округлением до целого числа.

На основании полученных данных строим схему рабо­чего процесса экскаватора на протяжении смены (рисунок 2, г).

6. Подсчитываем суммарное время на внецикловые опе­рации и остановы экскаватора на протяжении смены и вы­числяем коэффициент использования экскаватора по вре­мени. В рабочий процесс одноковшового экскаватора вхо­дят, кроме цикловых операций (заполнение ковша грунтом, поворот на выгрузку, выгрузка грунта, возвратный поворот в забой), также технологически неизбежные внецикловые операции и остановы для смены загружаемых самосвалов, собственных передвижек после разработки элементов за­боя, приемки и передачи экскаватора в начале и в конце смены, для отдыха машиниста экскаватора. Поэтому экс­плуатационная производительность экскаватора снижается по сравнению с технической.

Рисунок 3. Лобовые заходки экскаватора с прямой лопатой:

а — при ширине заходки 1,5—1.9D;

б — при ширине заходки меньше 1,5D;

α_n — средний рабочий угол поворота.

Рисунок 4. Уширенный лобовой забой экскаватора, перемещающегося по зигзагу.

Рисунок 5. Торцовый забой экскаватора с драглайном, разрабатываемый за один заход по прямой:

а – при двустороннем отвале;

б – при одностороннем отвале.

Рисунок 6. Торцевый забой экскаватора с драглайном для разработки борта выемки с укладкой грунта в отвал:

а – при ширине заходки меньше удвоенного наименьшего радиуса резания на уровне стоянки (В<2D_СТ);

б – при ширине заходки больше удвоенного наименьшего рудиуса резания на уровне стоянки (В>2D_СТ).

Рисунок 7. Уширенный забой экскаватора с драглайном для разработки выемки в односторонний отвал за один заход по зигзагу:

I – II и I^′ – II^′ – положения экскаватора.

Рисунок 8. Уширенный забой экскаватора с драглайном для разработки выемки в двусторонний отвал за один заход по зигзагу.

Суммарное время на внецикловые периодические опера­ции подсчитываем по формуле

, сек (12)

Коэффициент использования экскаватора по времени определяется отношением времени чистой работы экскава­тора в течение смены к продолжительности смены:

, (13)

7. Сменную эксплуатационную производительность од­ноковшового экскаватора вычисляем по формуле

, м³/смену. (14)

Для выполнения расчетов производительности экскава­тора во время работы в забоях, отличающихся от забоя, рассмотренного в этом задании, можно воспользовать­ся геометрическими построениями забоев, приведенными на рисунках 3 — 8 и данными таблицам 3 и 4.