CC BY
19
- © Л.И. Кантович, Х.Н. Султонов,
Д.А.Кузиев, 2014
УЛК 622.015.002.5
Л.И. Кантович, Х.Н. Султонов, Д.А. Кузиев
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ЗАБОЙНУЮ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КАРЬЕРНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРЯМОЙ НАПОРНОЙ ЛОПАТЫ
Рассмотрено влияние конструктивных и технологических параметров механической прямой напорной лопаты на ее забойную производительность. Ключевые слова: карьерная механическая прямая напорная лопата, конструктивные и технологические параметры, забойная производительность.
Технология выемки полезных ископаемых на современных карьерах основана на применении вскрышных и добычных машин большой единичной мощности. Производительность этих машин постоянно наращивают путем увеличения конструктивных элементов без изменения принципа их работы. Например, производительность экскаваторов, основного выемочного оборудования карьеров наращивают путем увеличения вместимости ковшей, длин рукоятей и стрел при нелинейном увлечении их габаритов, массы и энерговооруженности. Однако в настоящее время эти машины достигли такого технического уровня, при котором возможности их дальнейшего развития стали близки к предельным параметрам.
На современных карьерах и разрезах отраслей по добыче и переработке полезных ископаемых в странах СНГ экскаваторный парк представлен карьерными механическими напорными лопатами российских производителей в основном выпуска 80-х - 90-х гг.
Следовательно, дальнейшее развитие карьерных механических напорных лопат должно осуществляется, в направлении:
• повышения надежности работы оборудования и улучшения организации экскаваторных работ;
• повышения автономности и мобильности экскаваторов;
• улучшения безопасности работ, санитарно-гигиенических условий и комфорта труда обслуживающего персонала.
Сегодня техническая производительность - П (м3/ч) карьерной механической напорной лопаты определяется по известной зависимости [1]:
П = 3.6 • 103-^н-Т к
и р (1)
где Е - геометрическая вместимость ковша, м3; кн - коэффициент наполнения ковша; кр - коэффициент разрыхления породы в ковше.
В проектных расчетах эти коэффициенты принимается равными к =1,0; кр =1,35 [1].
Элементарный цикл работа экскаватора с учетом его наезда на забой - Тц определится как:
Ти = Тцз / km + Тх / n , с (2)
где Тцз - длительность рабочего цикла работы лопаты с одного места стояния, с; km - безразмерный коэффициент, учитывающий наличие транспортных средств в течение смены, 0 < km < 1,0 (коэффициент готовности транспортной системы), характеризующий , увеличение длительности рабочего цикла работы лопаты с одного места стояния за счет неготовности транспортной системы; Тх - длительность работы ходового механизма при смене места стояния, с; n - целочисленное число черпаний с одного места стояния экскаватора по периметру забоя, ед. Символ - ent от французского слова «le entier» означает выделение целочисленной части числа. Число черпаний определяется по зависимости:
[ ai hicos фо ]
n = ent <
3E J, ед. (3)
здесь a1 - расстояние от оси хода экскаватора до нижней бровки экскаваторной внутренней заходки, м (числовое значение принимается для каждого типоразмера экскаватора из паспорта забоя); h - высота уступа (числовое значение принимается для каждого типоразмера экскаватора из паспорта забоя), м; lp - длина рукояти (принимается для каждого типоразмера экскаватора из его технической характеристики), м; ф0 - угол естественного откоса навала, градус; (принимается: для мокрой глины - 15°; для сухих породных формаций - 45-50°).
В свою очередь рабочий цикл - Тцз, определяет производительность карьерного оборудования цикличного действия, имеющего механизм поворота с индивидуальным приводом, состоящим из двух или более самостоятельных механизмов, работающих на один зубчатый венец. Известно, что поворот экскаватора с рабочим оборудованием «прямая напорная лопата» и его возврат в забой занимает до 2/3 длительности рабочего цикла.
Следовательно, продолжительность цикла экскаватора с одного места стояния в конкретном забое при повороте на выгрузку ковша на угол - фз определяется по нижеследующей зависимости:
Гцз = Гцп (1 + 2Фз / фп) / 3 , с (4)
где Тцп - продолжительность цикла работы экскаватора при его повороте на паспортный угол фп < п/2, с (принимается для каждого типоразмера экскаватора из его технической характеристики).
В соответствии с результатами, полученными H.H. Чулковым в работе [2] имеем:
К = Kr = tnn = Tön/3, с (5)
здесь t - длительность одного черпания ,с; t , t - длительность поворота экс-
ч 1 ' ' пг' пп 1
каватора с груженым и порожним ковшом, соответственно, с.
Далее с учетом того, что угол поворота экскаватора на выгрузку (см. рис. 1) груженного ковша составляет:
фз =(фс +п)/2 - arccos [(a2 + С2)/R1 ] , рад (6)
здесь ф - сервисный угол забоя, рад,. Принят нами равным ф = 0,5п, рад (7)
где а2 - расстояние от оси хода экскаватора до нижней внешней бровки экскаваторной заходки, м; с2 - расстояние от оси автодороги до нижней бровки навала горной массы после взрыва, м; Я1 - наибольший радиус разгрузки, м.
Далее, в соответствии с инструкции по эксплуатации завода изготовителя [3] экскаватор располагается в забое так, чтобы черпанье производилось в пределах 2/3 длины рукояти - 1 а разгрузка ковша в транспортное средство осу-шествлялась с наименьшим углом поворота платформы. Поэтому длительность работы ходового механизма при смене места стояния экскаватора - Т , определится как частное от деления пути перемешения экскаватора на забой - 2/3 1р на рабочую скорость его перемешения - кхУх.
Т = 21/3 к У , с (8)
X р X X 1 х '
где кх = кк - коэффициент использования скорости хода. Здесь кг = 0,1-0,8 -коэффициент учитываюший уменьшение скорости хода за счет гипсометрии подошвы уступа, меньшее значение соответствует большей величине гипсометрии; к - коэффициент управления, учитываюший квалификацию машиниста ку = 0,8-0,9, меньшее значение соответствует меньшей квалификации машиниста; Ух - паспортная скорость движения экскаватора ( принимается для каждого типоразмера экскаватора из его технической характеристики), км/час.
Таким образом, техническая производительность одноковшового карьерного и (8) после соответствуюших алгебраических преобразований определится как:
п _ 1.8 • 103 Бк„
Рис. 1. Технология отработки породного уступа за один проход
2Т
3к
1 1
1 — агссоБ -п
я
а1 Икух с0^ Фо
р , м3/час
(9)
Анализ зависимости (9) свидетельствует, что забойная производительность карьерной механической прямой напорной лопаты прямо пропорциональна отношению коэффициентов наполнения ковша экскаватора и разрыхления породы в ковше (кн/к ) и нелинейно зависит от:
• величины вместимости ковша (Е);
• продолжительности цикла работы экскаватора при его повороте на паспортный угол фп < п/2;
• технологических (а1, а2, с2, И, ф0) и конструктивных параметров машины
(Н,, У, 1);
4 1' х1 р''
• безразмерного коэффициента (km) характеризующего увеличение длительности рабочего цикла работы лопаты с одного места стояния за счет неготовности транспортной системы;
Графическая интерпретация уравнения (9) в зависимости от коэффициента скорости хода экскаватора - kx и коэффициента учитывающего готовность транспортной системы - km (при минимальном - k и максимальном -
x min
k значениях коэффициента скоро-
x max т -т i
сти хода) приведена на рис. 2 и 3, соответственно.
На рис. 2 и 3 представлены результаты математического моделирования зависимости (9) с использованием пакета прикладных программ Math cad.
Анализ приведенных на рис. 2 результатов показал, что при увеличение коэффициента скорости хода - kx с 0,1^0,3 до 0,7^0,9 производительность лопат ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-12.5 и ЭКГ-20-П возрастает на 4,6%^22,5% (на 47-81 м3/час), причем большое значение увеличения производительности соответствует экскаваторам с меньшей вместимостью ковша. Это обстоятельство актуализирует поиск новых технических решений по повышению надежности работы ходового оборудования экскаваторов, что позволит повысить их автономность и мобильность.
Анализ приведенных на рис. 3 а, б результатов показал, что при увеличение коэффициента характеризующего готовность транспортной системы - с 0,1 до 0,9 производительность лопат ЭКГ-5А, ЭКГ-8И, ЭКГ-12.5 и ЭКГ-20-П возрастает на 6,4%^15,5% (на 51-102 м3/час) , причем большое значение увеличения производительности соответствует экскаваторам с большей вместимостью ковша. Это обстоятельство актуализирует поиск новых организационных решений увеличивающих эффективность экскаваторных работ за счет улучшение логистики и надежности работы парка автосамосвалов.
^ " фнцноп скороет кола
Рис. 2. Зависимость забойная производительность от коэффициента скорости хода экскаватора: ЭКГ-5А - 1, ЭКГ-8И - 2, ЭКГ-12.5 - 3, ЭКГ-20 - 4
Рис. 3. Зависимость забойной производительности от коэффициента учитывающего готовность транспортной системы экскаватора: ЭКГ-5А - 1, ЭКГ-8И - 2, ЭКГ-12.5 - 3, ЭКГ-20 - 4 при значении коэффициента скорости хода: минимальной - а; максимальной - б;
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Подерни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. М.: МГГУ, 2011. -458 с.: ил.
2. Чулков Н.Н., Чулков А.Н. Расчет приводов карьерных машин. - М.: Машиностроение, 1979. - 13 с.: ил.
3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации (1085.00.02Т0) - Екатеринбург: ОАО «УРАЛМАШ», 1987. - 131 с.: ил. ЕИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Кантович Леонид Иванович - доктор технический наук, профессор,
e-mail: Kantovich70@ yandex.ru,
Московский государственный горный университет,
Султонов Хайдар Назарович - заместитель начальника Управления науки, техники и технологии Министерства энергетики и промышленности Республики Таджикистан, e-mail: Sultonov-1963@mail.ru
Кузиев Дильшад Алишерович - кандидат технический наук, доцент, Московский государственный горный университет.
UDC 622.015.002.5
EFFECT OF THE DESIGN AND TECHNOLOGY ON CUTTING PERFORMANCE OF PRY-OUT FRONT SHOVEL MACHINE IN AN OPEN PIT MINE
Kantovich L.I., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: Kantovich70@ yandex.ru, Moscow State Mining University,
Sultonov H.N., Assistant director, Office of Science and Technology, Ministry of Energy and Industry, Republic of Tajikistan, e-mail: Sultonov-1963@mail.ru
Kuziev D.A., Candidate of Engineering Sciences, Assistant Professor, Moscow State Mining University.
The article considers the influence exerted by the design and technology parameters of the pry-out front shovel machine on its cutting performance.
Key words: open-cut pry-out front shovel, design and technology parameters.
REFERENCES
1. Poderni R.Ju. Mehanicheskoe oborudovanie kar'erov: Uchebnik dlja vuzov. 7-e izd., pererab. i dop. (Machinery for open pit mines: Higher education textbook. 7-nd edition), Moscow, MGGU, 2011, 458 p.: ill.
2. Chulkov N.N., Chulkov A.N. Raschet privodov kar'ernyh mashin (Calculation of open-cut machine drives), Moscow, Mashinostroenie, 1979. 13 p.: ill.
3. Tehnicheskoe opisanie i instrukcija po jekspluatacii (1085.00.02TO) (Technical specification and operating manual (1085.00.02T0)), Ekaterinburg, OAO «URALMASh», 1987, 131 p.: ill.
Д
