Как рассчитать время цикла экскаватора
Теоретическая производительность экскаватора Qтеор. – это объем породы, вырабатываемый при непрерывной работе экскаватора в единицу времени (обычно 1 час). При этом, коэффициент наполнения ковша kн и коэффициент разрыхления породы kр приняты равными 1, угол поворота ковша на выгрузку 90° для мех. лопаты и 135º – для драглайнов.
Qтеор.= 3600·Vt-1,
где V – вместимость ковша, м3;
t – время рабочего цикла, сек.
Техническая производительность экскаватора Qтех. – это максимальная производительность для данного экскаватора при непрерывной экскавации пород с конкретными физико-механическими свойствами.
;
где kэ – коэффициент экскавации, kэ= kн· kр-1;
tр – время непрерывной работы на одном месте;
tп – время передвижки экскаватора на другое место работы.
Эксплуатационная производительность Qэ – это действительный объем пород, отрабатываемых за определенный период эксплуатации.
Qэ= Qтех.·Т· kи ,
где Т – продолжительность смены, час;
kи – коэффициент использования сменного времени экскаватора.
При погрузке в ж/д транспорт kи = 0,55÷0,8; при погрузке в автосамосвалы kи = 0,8÷0,9.
Годовая производительность (м3/год) экскаватора Qг= Qэ·Тг,
где Тг – число рабочих смен в году.
Для расчета производительности все расчетные коэффициенты для различных условий эксплуатации приведены в таблицах 8.11-8.19 справочника по ОГР.
Техническая производительность драглайнов и мех.лопат зависит от емкости ковша, длительности цикла и свойств разрабатываемых пород, которые влияют на длительность операций черпания и наполнения ковша.
Рабочий цикл экскаватора складывается из операций: черпания, выведения ковша из забоя, поворота ковша к месту разгрузки, подъема или опускания ковша на уровень разгрузки, разгрузки и возвращения ковша в забой и установки его для черпания. Операции выведения ковша из забоя и установки его на уровень разгрузки выполняются во время поворота ковша к месту разгрузки. Во время поворота экскаватора в забой выполняется операция опускания ковша к месту начала черпания.
Продолжительность рабочего цикла (сек.) одноковшового экскаватора при условии совмещения операций складывается из времени черпания tч, времени поворота к месту разгрузки и обратно в забой tп и времени разгрузки ковша tр.
tц= tч+ tп+ tр.
Время черпания зависит от свойств массива или горной массы, состава по крупности, степени разрыхления и режима черпания. Разработка забоя начинается, как правило, со стороны, расположенной ближе к выработанному пространству. Черпание в массиве мягких пород проводится стружками шириной, равной части ширины ковша В. Этим увеличивается эффективность использования экскаватора для уменьшения времени черпания. В момент черпания во взорванной горной массе с большим захватом следует использовать гравитационное сползание горной массы для самонагружения. Для увеличения горной массы в забое во время обмена тр-х сосудов обычно производится дополнительное рыхление ее ковшом с открытым днищем.
При экскавации плохо взорванной горной массы увеличивается время черпания и снижается степень использования ковша, кроме того, требуются дополнительные затраты времени на выемку и укладку негабаритных кусков. Увеличивается время черпания и общее время на экскавацию при разработке сложных забоев, т.е. погрузка породы и полезного ископаемого.
Поворот экскаватора к месту разгрузки и обратно в забой обычно выполняется на максимальных скоростях. Сокращение времени на поворот возможно только при уменьшении угла поворота. Зависимость продолжительности цикла мех. лопаты от величины угла поворота приводится в таблицах справочников.
Эксплуатационная производительность экскаватора в течение смены зависит от времени простоев, необходимых на мелкий ремонт, смазку и очистку ковша. Гидравлические экскаваторы не требуют времени на смазку, вследствие специфичности конструкции. Эксплуатационная производительность экскаваторов зависит от организации транспортного обслуживания.
Расчетные формулы производительности одноковшовых экскаваторов представляются в следующем виде:
теоретической (м3/час)
Qtt=Е·ν;
технической (м3/час)
Qt= Qtt·kэ;
эксплуатационной за смену (м3/смена)
Qсм.= Qt·Т·kи;
эксплуатационной за год (м3/год)
Qгод= Qсм.·n·N;
где Е – емкость ковша, м3;
ν – число рабочих циклов в час (ν=3600/tц);
tц – длительность рабочего цикла экскаватора, сек;
kэ – коэффициент экскавации (kэ= kн/ kи);
kн – коэффициент наполнения ковша;
kр – коэффициент разрыхления в ковше;
kи– коэффициент использования экскаватора в течение смены;
Т – длительность смены, час;
n – число рабочих смен за сутки;
N – число рабочих дней экскаватора в год с учетом плановых простоев на
ремонт.
Коэффициент (kн) наполнения ковша мех. лопаты составляет:
– в легких влажных песках и суглинках 1 – 1,1;
– в песчано-глинистых породах средней плотности 0,6 – 0,8;
– в плотных песчано-глинистых породах с галькой и валунами 0,6 – 0,7;
– во взорванных скальных породах 0,6 – 0,75;
– в плохо взорванных скальных породах 0,4 – 0,6.
Коэффициент наполнения ковша драглайнов составляет:
– в мягких и влажных песках 0,5 – 1,1;
– в песчано-глинистых породах средней плотности 0,4 – 0,7.
Коэффициент разрыхления породы в ковше изменяется для мягких пород от 1,2 до 1,4; для скальных пород от 1,4 до 1,6.
Коэффициент использования экскаватора в течение смены
kи=T/tр,
где tр – чистое время работы экскаватора в течение смены, час.
При работе экскаватора непосредственно в отвале kи= 0,8÷0,95.
При работе экскаватора с авто- или конвейерным транспортом kи= 0,75÷0,8; с ж/д транспортом kи= 0,5÷0,6.
Совершенствование организации работ и методов экскавации на разрезах позволяет увеличить годовую производительность экскаваторов на 5 – 8 %.
Производительность экскаваторов непрерывного действия.
Техническая производительность экскаваторов непрерывного действия зависит от емкости ковшей, количества разгрузок их в единицу времени, свойств горных пород и режима работы экскаватора.
Эксплуатационная производительность зависит от организации работы экскаватора, его технического состояния, системы обслуживания и транспортного обеспечения. Эти факторы учитываются коэффициентом использования экскаватора kи. Чем выше организация работы экскаватора, лучше и качественней система обслуживания и транспортное обеспечение, тем выше коэффициент использования экскаватора.
В общем виде производительность экскаватора:
теоретическая (м3/час)
Qtt=Е·ν;
техническая (м3/час)
Qt= Qtt·kэ;
эксплуатационная за смену (м3/смена)
Qсм.= Qt·Т·kи;
эксплуатационная за год (м3/год)
Qгод= Qсм.·n·N;
где Е – емкость ковша, м3;
ν – число разгружаемых ковшей в минуту;
tц – длительность рабочего цикла экскаватора, сек;
kэ – коэффициент экскавации;
kи– коэффициент использования экскаватора в течение смены;
kр – коэффициент разрыхления в ковше;
Т – длительность смены, час;
n – число рабочих смен за сутки;
N – число рабочих дней экскаватора в год с учетом плановых простоев на
ремонт.
Для многоковшовых экскаваторов kэ составляет от 0,8 для суглинков до 1,15 для супесей; для роторных – от 0,64 для глин до 0,85 для супесей.
kи = 0,8÷0,9 при конвейерном транспорте; kи = 0,7÷0,85 при ж/д транспорте; kи = 0,8÷0,85 при автомобильном транспорте.
При расчете годовой производительности экскаватора непрерывного действия необходимо учитывать климатические зоны, в которых в период низких температур затрудняется или делается совершенно невозможной работа экскаваторов. Ориентировочно, длительность сезона можно принимать: для южных районов – с марта по декабрь (5000 часов); для районов средней полосы – с апреля по ноябрь (4500 часов); для северных районов – с мая по октябрь (4000 часов). Зимнее время используется для ремонта экскаваторов и подготовки к интенсивной экскавации в рабочий сезон.
Лекция 9
Источник
коэффициент заполнения механической характеристики, а Мcm–стопорный
момент электродвигателей подъемной лебедки (Нֹм).
Время разгона до скорости копания:
(1)
где – общий
маховый момент лебедки и ее электродвигателей;
(2)
где –
маховый момент якоря электродвигателей;
g=9,8 м.с-2
– ускорение силы тяжести;
I – момент инерции якоря
электродвигателя (при двух или более приводных электродвигателях значение I увеличивается в
соответствующее число раз).
Значения момента инерции (Iу) приведены в таблице 1 методических указаний.
,
(3)
где – частота вращения якоря
электродвигателя при копании, об/мин.
Поскольку 375≈2π.60, а и
39,2=6,262, то можно
записать:
. (4)
Подставляем
Муск=0,87Мcm иn=,
окончательно имеем
Мст=18600,Hм
(5)
где – суммарный стопорный момент
электродвигателей подъемной лебедки, Нֹм;
I – суммарный момент инерции якорей электродвигателей и
вращающихся частей лебедки, кгֹм2;
n – номинальная частота вращения электродвигателя, с-1;
I=1,5Iy
(при двух двигателях I=3Iy).
Таблица 1 – Электродвигатели подъемных лебедок
Тип двигателя | Диаметр барабана мм | Номинальная мощность, Рном, кВт | Номинальная частота вращения, n, | Момент инерции, Iу, кг*м2 | Тип экскаватора |
ДЭ-816У2 (Т2) | 200 | 12,5 | 16,25 | ЭКГ-5А | |
ДЭ-810 | 150 | 8,16 | 12,5 | ЭКГ-12 | |
Д-818 | 1560 | 270 | 12,5 | 27,5 | ЭКГ-10; ЭКГ-5У; ЭКГ-8ус |
МПЭ450-900-1У3 | 500 | 15 | 30 | ЭКГ-15; ЭКГ-8у; | |
МПЭ500-500УХЛЗ | 560 | 8,3 | 40 | ЭКГ-20А |
2.1.2
Копание
Момент
на валу электродвигателя при копании Мк=0,75Мcm.
Скорость
каната при копании: MК=0.75
.18600=13900,H
(6)
где – диаметр барабана подъемной
лебедки, м;
i –
передаточное число от электродвигателя до барабана лебедки;
– частота вращения двигателя, с-1
(=0,97).
Время копания: nk=0,97 .12,5=12,1,c
(7)
где – высота копания, которая может
быть принята равной высоте напорного вала.
Время копания можно также
определить по формуле
(8)
где () – уменьшение длины подъемного
каната с момента начала копания (положение I) до
момента выхода ковша из забоя (положение III). Эта
величина определяется графически из схемы (рисунок);
t – толщина стружки, м.
Таблица 2 – Электродвигатели напорных лебедок
Тип двигателя | Номинальная мощность, Рном, кВт | Номинальная частота вращения, n, | Момент инерции, Iу, кг*м2 | Тип экскаватора |
ДПЭ-52У1(ТИ) | 54 | 20 | 7,5 | ЭКГ-5А |
Д-816 | 150 | 8,16 | 12,5 | ЭКГ-12 |
ДЭ-812 | 100 | 12,5 | 7 | ЭКГ-10; ЭКГ-5У; |
ДЭ-816 | 200 | 12,5 | 16,25 | ЭКГ-15; ЭКГ-8у; ЭКГ-8ус |
ДЭ-816УХЛ1 | 150 | 8,1 | 16,25 | ЭКГ-20А |
2.1.3 Подъем груженого ковша
Момент на валу электродвигателей
при подъеме ковша:
(9)
где
– вес груженого ковша (с подвеской), кН;
– вес рукояти, кН;
–
общий КПД механизма подъема.
Скорость подъема ковша:
(10)
где – частота вращения вала
двигателя при подъеме, с-1.
Средняя скорость при торможении в
конце подъема:
Время торможения в конце подъема (с
загруженным ковшом):
(11)
где
Путь, пройденный ковшом за время
торможения:
Высота подъема ковша после
окончания копания:
где – наибольшая высота копания
экскаватора.
Путь,
пройденный ковшом за время равномерного подъема:
Время равномерного подъема ковша:
(12)
2.1.4 Равновесное состояние и
опускание груженого ковша
Удержание груженого ковша и его
спуск происходят во время поворота на выгрузку, поэтому можно принять время
удержания ковша
(13)
где где – полное время цикла, с.
Момент на валу электродвигателей
при этом будет
(14)
2.1.5 Разгрузка и удержание
порожнего ковша
Момент на валу электродвигателей
во время разгрузки
(15)
где – момент при удержании порожнего
ковша
(16)
Время разгрузки определяется по
таблице 3.
Таблица
3 – Продолжительность разгрузки
Условия разгрузки | Продолжительность | |||||
песчаные породы сухие | глинистые породы сухие | глина с валунами | хорошо взорванная скала | мокрая тяжелая глина | плохо взорванная скала | |
В отвал | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 3,5 | 1,5 | |
В | 0,7 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 5,0 | 6,0 |
2.1.6 Опускание порожнего ковша
При спуске порожнего ковша происходит
разгон электродвигателей до номинальной частоты вращения n.
При этом момент на валу электродвигателей:
(17)
Время разгона:
(18)
Средняя скорость спуска ковша при
разгоне до номинальной частоты вращения:
(19)
Путь,
пройденный за время разгона до номинальной частоты вращения: После достижения номинальной частоты
вращения ускоряющий момент электродвигателей определится как:
(20)
где – ускоряющий момент
электродвигателей при ослаблении поля возбуждения, действующий при разгоне от n до
Время разгона от n до :
(21)
Средняя скорость ковша при разгоне
с ослабленным полем:
(22)
Путь, пройденный ковшом при
разгоне с ослабленным полем:
(24)
Момент на валу электродвигателей в
конце спуска:
Скорость при начале торможения при
опускании:
(25)
Время
торможения при опускании ковша:
(26)
Путь, пройденный ковшом во время
торможения:
(27)
Момент при установившемся режиме
движения при спуске ковша:
(28)
Скорость опускания при
установившемся режиме:
(29)
Путь ковша при установившемся
движении:
(30)
Время установившегося движения при
опускании ковша:
(31)
2.1.7 Время цикла
(32)
2.1.8 Среднеквадратичный момент
на валу электродвигателей:
Таблица 5 – параметры операций
рабочего цикла экскаватора _______
Наименование операций | Параметр | Параметр | ||||
Расчет | Факт | Расчет | Факт | |||
1. Разгон в начале копания | 0.4 | 0,87Mcm | 16.18 | |||
2. Копание | 16.4 | 0,75 Mcm | 13.95 | |||
3. Подъем груженого ковша | 2.7 | 0.9 | ||||
4. Торможение при подъеме ковша | 0.12 | 0,87 Mcm | 16.18 | |||
5. Удержание и опускание груженого ковша | 4.96 | 0.5 | ||||
6. Разгрузка ковша | 3 | 0.44 | ||||
7. Разгон до n при спуске порожнего ковша | 0.51 | 4.64 | ||||
8. Разгон до при опускании порожнего ковша | 0.12 | 5.09 | ||||
9. Установившееся движение при спуске ковша | 5.2 | 0.44 | ||||
10. Торможение при спуске порожнего ковша | 0.6 | 0,87Mcm | 16.18 | |||
2.1.9 Расчет производительности
Теоретическая
производительность экскаватора – количество продукции (в тоннах или
кубических метрах), которое может быть выработано в единицу времени (обычно за
1 час) при непрерывной его работе. При этом коэффициенты наполнения ковша Кн
и разрыхления породы Кр принимаются равными единице, а угол поворота
на выгрузку – 900 у лопат и 1350 у драглайнов.
Qт = 60*Е*nz
(34)
Qт = 60*10*1.92=1152 м3/час
где Е – геометрическая вместимость ковша, м3;
nz – расчетное число циклов в минуту, мин-1.
Техническая производительность Qтех (м3/ч)
– максимальная производительность для данного вида экскаватора при его
непрерывной работе в забое за единицу времени. Рассчитывается с учетом
конкретных условий работы: категорий пород, коэффициентов разрыхления породы и
наполнения ковша при непрерывной работе, а также с учетом перерывов в работе,
неизбежных для данного типа машины (например, у одноковшового экскаватора при
его передвижке).
(36)
Где Кн
и Кр – коэффициенты соответственно наполнения
и разрыхления породы в ковше;
tр –
продолжительность непрерывной работы экскаватора на одном месте стоянки, сек;
tп
– продолжительность одной передвижки, сек;
Кэ
= Кн/Кр – коэффициент экскавации.
Эксплутационная производительность – это
действительный объем горной массы, отработанный экскаватором за определенный
период эксплуатации. Она рассчитывается с учетом неизбежных организационных и
технических простоев: потерь времени на приемку смены и осмотр машины, замену
подвижного состава. Отражает совершенство организации работы экскаватора и обслуживающих
его машин. Эксплутационная производительность может быть сменной, месячной и
годовой (в последних случаях учитываются потери времени на ремонтные осмотры,
текущие и капитальные ремонты).
(36)
м3/год
где Тс– продолжительность смены, час;
Кв – коэффициент использования
сменного времени экскаватора по чистой работе.
При погрузке в железнодорожные вагоны – Кв = 0,55-0,8,
в автосамосвалы, на конвейер и в отвал – Кв= 0,8-0,9.
В наибольшей мере характеризует организацию работ на
предприятии годовая производительность (м3/год):
Qг = Qэ*Тг
(37)
Qг =5722.56*450=2574900
м3/год
где Тг– число рабочих смен в году.
Число рабочих смен в году по данным Гипроруды
принимаются
Источник