Выбор, расчет и обоснование буровых и выемочно-погрузочных работ

 

При построении нагрузочных  и скоростных диаграмм, определении  средневзвешенной мощности тягового и  подъемного механизмов, время цикла  работы драглайна t_ц.д. следует разбивать на следующие периоды:

 

время копания:

 

t_к.д. = 0,3t_ц.д. = 0,3 ∙ 45 = 13,5 с;                    (70)

 

время поворота платформы  на разгрузку и возвращение в  забой:

 

t_р.д. = t_з.д. = 0,35t_ц.д. = 0,35 ∙ 45 = 15,8 с.                 (71)

 

Время отрыва ковша от забоя  принимаем равным t_отр = 2–3 с.

Средневзвешенные мощности двигателей тягового и подъемного механизмов:

 

= = = 488 кВт;             (72)

 

= = =

        (73)

= 529 кВт.

 

Для вычисления моментов инерции  вращающихся частей экскаватора  с учетом коэффициентов для определения  линейных размеров экскаваторов k_L определяем:

 

ширину платформы:

 

В_ш = k_L ∙ = 1,17 ∙ = 8,2 м;                      (74)

 

радиус задней стенки кузова:

 

R_з.с. = k_L ∙ = 1,5 ∙ = 10,5 м;                 (75)

 

радиус пяты стрелы:

 

R_п.с. = k_L ∙ = 0,55 ∙ = 3,8 м;                 (76)

 

длину платформы:

 

L_п = В_ш + R_п.с. = 8,2 + 3,8 = 12 м.                           (77)

 

Момент инерции поворотной платформы относительно вертикальной оси вращения экскаватора:

 

J_п.п. = 0,33 ∙ m_п ∙ [(0,5 ∙ L_п)² + (0,5 ∙ В_ш)² + 3 ∙ (0,5 ∙ L_п – R_п.с.)²] ∙ 10³ =

 

= 0,33 ∙ 236,6 ∙ [(0,5 ∙ 12)² + (0,5 ∙ 8,2)² + 3 ∙ (0,5 ∙ 12 – 3,8)²] ∙ 10³ =

 

= 5,3 ∙ 10⁶ кг∙м².                       (78)

 

Момент инерции стрелы с блоками относительно оси вращения платформы:

 

J_с = m_с ∙ ∙ 10³ = 20,3 ∙ 20,4² ∙ 10³ = 8,5 ∙ 10⁶ кг∙м²,               (79)

 

где  r_с – расстояние от оси вращения платформы до середины стрелы, м.

 

Момент инерции ковша  с породой относительно оси вращения платформы:

 

J_к+п = m_к+п ∙ ∙ 10³ = 20,5 ∙ 52,1² ∙ 10³ = 55,6 ∙ 10⁶ кг∙м².             (80)

 

Момент инерции порожнего  ковша относительно оси вращения платформы:

 

J_к = m_к.л. ∙ ∙ 10³ = 8,5 ∙ 52,1² ∙ 10³ = 23,1 ∙ 10⁶ кг∙м².              (81)

 

Суммарные моменты инерции  экскаватора относительно оси его  вращения при повороте с груженым и порожним ковшом определим по формулам:

 

∑J_г = J_п.п. + J_с + J_к+п = (5,3 + 8,5 + 55,6) ∙ 10⁶ = 69,4 ∙ 10⁶ кг∙м²;           (82)

∑J_п = J_п.п. + J_с + J_к = (5,3 + 8,5 + 23,1) ∙ 10⁶ = 36,9 ∙ 10⁶ кг∙м².           (83)

 

Средневзвешенная мощность двигателя поворотного механизма  определяется выражением:

 

N_пов.св = = =

         (84)

= 125 кВт,

 

где  ω – угловая  скорость вращения поворотной платформы, рад/с;

       t_р – время поворота платформы экскаватора на разгрузку, с.

 

По полученным данным можно  построить нагрузочные диаграммы  главных механизмов экскаватора (рис. 2).

 

2.1.4. Расчет производительности  и парка драглайнов

 

Под производительностью экскаватора  понимают объем горной породы, отделяемый от массива и перемещаемый экскаватором на заданное расстояние, определяемое его рабочими параметрами, в единицу  времени.

Различают теоретическую (паспортную), техническую и эксплуатационную производительности экскаватора.

Теоретическая производительность определяется по формуле:

 

Q_теор = 60 ∙ Е ∙ n_z = 60 ∙ 6,5 ∙ 1,3 = 507 м³/ч,                (85)

 

где  Е – вместимость ковша, м³;

       n_z – частота разгрузок ковша,

 

n_z = = = 1,3 мин^-1,                    (86)

 

где  t_ц – продолжительность цикла драглайна, с.

 

Техническую производительность определяем из выражения:

 

Q_тех = Q_теор ∙ ∙ = 507 ∙ ∙ 0,83 = 291 м³/ч,               (87)

 

где  k_н – коэффициент наполнения ковша (k_н = 0,8–1,1);

       k_р – коэффициент разрыхления породы в ковше (k_р = 1,1–1,5);

       t_р – длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки, с;

       t_п – длительность одной передвижки, с.

 

Для практических расчетов принимаем:

 

 = 0,8–0,85.                    (88)

 

Эксплуатационную производительность определяем по формуле:

 

Q_э = Q_тех ∙ Т_с ∙ k_в = 291 ∙ 8 ∙ 0,9 = 2095 м³/смену,               (89)

 

где  Т_с – длительность смены, ч;

       k_в – коэффициент использования экскаватора во времени (для экскаваторов, работающих с погрузкой в железнодорожные вагоны k_в = 0,5–0,8; для экскаваторов, работающих с погрузкой в автосамосвалы, на конвейеры и в отвал k_в = 0,8–0,9).

 

Годовая эксплуатационная производительность:

 

= Q_э ∙ (N – n_р) ∙ n = 2095 ∙ (305 – 50) ∙ 3 = 1602675 м³,               (90)

 

где  N – число рабочих дней в году;

       n_р – число ремонтных дней в году (n_р = 45–60);

       n – число смен в сутки.

 

Необходимое количество экскаваторов:

 

N_э = ∙ k_р = ∙ 1,3 = 8,9,                  (91)

 

где  А_г – годовой объем экскаваторных работ,

 

А_г = = = 10956522 м³;                 (92)

 

        k_р – коэффициент резерва, учитывающий нахождение машины на капитальном ремонте (k_р = 1,2–1,3).

 

Окончательно принимаем для  разработки вскрышных пород экскаватор ЭШ-6,5/45 в количестве 9 единиц.

 

2.2. Выемка полезного  ископаемого

 

В соответствии с исходными данными (высота уступа Н_у = 20 м; коэффициент крепости f = 8; годовая производительность по полезному ископаемому А_г = 12 млн.т) для добычи полезного ископаемого предварительно принимаем экскаватор ЭКГ-12Ус (прил. В).

 

2.2.1. Определение масс  и линейных размеров конструктивных  элементов механической лопаты

 

Значения масс и линейных размеров конструктивных элементов  экскаваторов, необходимые для определения усилий, возникающих при работе экскаватора, вычисляем по эмпирическим формулам.

Масса всего экскаватора:

 

m_экс = k_экс ∙ Е = 45 ∙ 12 = 540 т,                  (93)

 

где k_экс – коэффициент удельной массы экскаватора, численно равный отношению массы экскаватора к вместимости ковша (табл. 8);

        Е  – вместимость ковша, м³.

 

По величине массы экскаватора  и коэффициентам k_L находим линейные размеры отдельных конструктивных элементов.

 

Длина стрелы:

 

L_с = k_L ∙ = 1,85 ∙ = 15,1 м,                 (94)

 

где  k_L – линейный коэффициент длины стрелы (табл. 8).

 

Высота пяты стрелы:

 

Н_п.с. = k_L ∙ = 0,45 ∙ = 3,7 м,                 (95)

 

где  k_L – линейный коэффициент высоты пяты стрелы (табл. 8).

 

Длина рукояти:

 

L_р = k_L ∙ = 1,25 ∙ = 10,2 м,                 (96)

 

где  k_L – линейный коэффициент длины рукояти (табл. 8).

 

 

Максимальная  высота копания:

 

Н_к.max = k_L ∙ = 1,8 ∙ = 14,7 м,                 (97)

 

где  k_L – линейный коэффициент максимальной высоты копания (табл. 8).

 

Максимальная  высота разгрузки:

 

Н_р.max = k_L ∙ = 1,3 ∙ = 10,6 м,                (98)

 

где  k_L – линейный коэффициент максимальной высоты разгрузки (табл. 8).

 

Высота напорного  вала:

 

Н_н.в. = k_L ∙ = 1,1 ∙ = 9 м,                 (99)

 

где  k_L – линейный коэффициент высоты напорного вала (табл. 8).

 

Максимальный  радиус копания:

 

R_ч.max = k_L ∙ = 2,7 ∙ = 22 м,                         (100)

 

где  k_L – линейный коэффициент максимального радиуса копания (табл. 8).

 

Максимальный  радиус разгрузки:

 

R_р.max = k_L ∙ = 2,5 ∙ = 20,4 м,               (101)

 

где  k_L – линейный коэффициент максимального радиуса разгрузки (табл. 8).

 

Массу поворотной платформы  с механизмами определяем по формуле:

 

m_п = k_m ∙ m_экс = 0,51 ∙ 540 = 275,4 т,               (102)

 

где  k_m – коэффициент массы поворотной платформы с механизмами (табл. 9);

       m_экс – масса экскаватора, т.

 

Определяем массу стрелы с блоками:

 

m_с = k_m ∙ m_экс = 0,07 ∙ 540 = 37,8 т,                  (103)

 

где  k_m – коэффициент массы стрелы с блоками (табл. 9).

 

Также определяем массу напорного  механизма:

 

m_н.м. = k_m ∙ m_экс = 0,028 ∙ 540 = 15,1 т,                (104)

 

где  k_m – коэффициент массы напорного механизма (табл. 9).

 

Находим линейные размеры  ковша механической лопаты.

 

Ширина ковша:

 

b_к.л. = 1,3 ∙ = 1,3 ∙ = 3 м.                        (105)

 

Длина ковша:

 

l_к.л. = 0,77 ∙ b_к.л. = 0,77 ∙ 3 = 2,3 м.                (106)

 

Высота ковша:

 

h_к.л. = 0,75 ∙ b_к.л. = 0,75 ∙ 3 = 2,3 м.                          (107)

 

Массу ковша определяем по формуле:

 

m_к.л. = 1,15 ∙ с_к.л. ∙ Е_л = 1,15 ∙ 1 ∙ 12 = 13,8 т,               (108)

 

где  с_к.л. – коэффициент для определения массы ковша экскаватора (табл. 10);

       Е_л – вместимость ковша, м³.

 

Масса породы в ковше:

 

m_пор = = = 21,1 т,                (109)

 

где  γ_пор – плотность породы в целике, т/м³ (табл. 11);

       k_р – коэффициент разрыхления породы (табл. 11).

 

Масса рукояти механической лопаты, разгруженной от изгиба:

 

m_р = с_р ∙ m_к.л. = 0,34 ∙ 13,8 = 4,7 т,                 (110)

 

где  с_р – коэффициент для определения массы рукояти экскаватора (табл. 14).

 

Масса рукояти механической лопаты, разгруженной от кручения:

 

m_р = с_р ∙ m_к.л. = 0,45 ∙ 13,8 = 6,2 т,                 (111)

 

где  с_р – коэффициент для определения массы рукояти экскаватора (табл. 14).

 

Масса неразгруженной рукояти  механической лопаты:

 

m_р = с_р ∙ m_к.л. = 0,5 ∙ 13,8 = 6,9 т,                 (112)

 

где  с_р – коэффициент для определения массы рукояти экскаватора (табл. 14).

 

Таблица 14 – Коэффициенты для определения массы рукояти  экскаваторов

Экскаваторы	ср рукояти
	внутренней однобалочной			внешней двухбалочной
	разгру-женной от изгиба	разгру-женной от кручения	нераз- гружен- ной	нераз- гру- женной от круче- ния	разгру- женной от кру- чения
Карьерные	0,3–0,34	0,4–0,45	0,45–0,5	0,8–1,0	–
Вскрышные	0,4–0,45	0,7–0,75	–	0,9–1,1	1,1–1,2

 

2.2.2. Определение  нагрузок подъемного и напорного  механизмов механической лопаты

 

Строим в масштабе схемы  расчетных положений рабочего оборудования экскаватора (рис. 3) по данным расчета линейных размеров конструктивных элементов экскаватора. На схемах показываем векторы сил, действующих на рабочее оборудование прямой мехлопаты в процессе копания, поворота с груженым ковшом и поворота с порожним в забой.