Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Российский государственный политехнический университет(НПИ) имени М.И. Платова Шахтинский институт(филиал)ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова Ю.М. Ляшенко ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРОВ В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ Методические указания к выполнению домашнего задания по дисциплине «Механическое оборудование карьеров» для специальности 21.05.04 «Горное дело » (специализация 21.05.04.09 «Горные машины и оборудование») Новочеркасск ЮРГПУ(НПИ) 2016 УДК 622.271.002.5(076) Рецензент д-р техн. наук Н.В. Титов Ляшенко Ю.М. Эксплуатационные расчеты механического оборудования карьеров в примерах и задачах: методические указания к выполнению домашнего задания по дисциплине «Механическое оборудование карьеров»/ Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова. – Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2016. – 69 с. В методических указаниях в соответствии с учебным планом изложены основные требования и даны необходимые рекомендации выполнения домашнего задания по дисциплине «Механическое оборудование карьеров». Содержатся задачи и примеры расчетов эксплуатационных показателей машин, применяемых при добыче полезных ископаемых открытым способом, в том числе при подготовительных, вскрышных и добычных работах: кусторезов, рыхлителей, бульдозеров, скреперов, экскаваторов, машин для гидромеханизации. Для типовых задач приведены решения с методическими указаниями, касающимися порядка выбора значений величин, входящих в расчетные формулы, определения размерностей и коэффициентов, а также последовательности выполнения расчетов. Предназначены для студентов всех форм обучения специальности 21.05.04 «Горное дело » (специализация 21.05.04.09 «Горные машины и оборудование»). УДК 622.271.002.5(076) © Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2016 2 Содержание 1. ЭЛЕМЕНТЫ КАРЬЕРА. МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ И ЗЕМЛЕРОЙНОТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ.................................................... 4 1.1. Элементы теории и расчетные формулы ............................. 4 1.2. Задачи и примеры ..................................................................15 2. ЭКСКАВАТОРЫ ......................................................................30 2.1. Элементы теории и расчетные формулы .............................30 2.2. Задачи и примеры ..................................................................40 3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ КАРЬЕРНЫХ РАБОТ...................................................................51 3.1. Элементы теории и расчетные формулы .............................51 3.2. Задачи и примеры ..................................................................57 Библиографический список ........................................................68 3 1. ЭЛЕМЕНТЫ КАРЬЕРА. МАШИНЫ ДЛЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ И ЗЕМЛЕРОЙНОТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ 1.1. Элементы теории и расчетные формулы 1. Элементы карьера. Коэффициент вскрыши. Полезные ископаемые, используемые в качестве сырья для производства строительных материалов, добывают открытым способом в карьерах. Основные элементы карьера – траншеи, уступы, отвалы. Вскрышные и добычные работы ведут уступами, каждый из которых имеет площадки, бровки и откос и характеризуется высотой и углом откоса (табл. 1). Таблица 1 Высота уступа и угол устойчивого откоса для различных горных пород Породы Монолитные скальные Скальные изверженные Скальные осадочные Полускальные и сухие песчаные Песчано-глинистые и глинистые Предельный угол устойчивого откоса, град нерабочего уступа 1 рабочего уступа 2 Практически не 80 90 То же 55...65 70...80 То же 50...55 50...60 Высота уступа, м 25...30 40...50 40...50 25...30 25...30 35...45 Экономическую целесообразность применения разработки горных пород открытым способом определяют по коэффициенту вскрыши (м3/м3): k = Q1/Q2, (1) где Q1 – количество вскрышных пород, разрабатываемых дли обеспечения добычи полезного ископаемого, м3; Q2 – количество полезного ископаемого, которое можно получить при удалении Qt пустой породы, м3. Сопротивление внутреннему сдвигу горных пород, и насыпных материалов (Н) T = oF + Pfо, (2) где o – начальное сцепление (сопротивление сдвигу), определяе4 мое опытным путем (Па), для сыпучих материалов (o=0); F – площадь сдвига, м2; Р – сила нормального давления на плоскость сдвига, Н; fо – коэффициент внутреннего трения покоя материала. Сопротивление горных пород и насыпных материалов сдвигу по опорной поверхности, выполненной из сплошного твердого материала, Т1=Рf1, а для сдвига по наклонной опорной поверхности Т1 = G f1cos – G sin , (3) где Р–сила прижатия материала к опорной поверхности (Р=G cos),H; G – вес материала и вертикальные составляющие внешних сил, действующих на материал, Н; f1 – коэффициент трения скольжения для данного материала и опорной поверхности (табл. 2); – угол наклона опорной поверхности, град. Таблица 2 Коэффициенты трения некоторых горных пород и насыпных материалов Горная порода или на сыпной материал Песок Чернозем Коэффициент внутреннего трения fо 0,58...0,75 0,73 0,58...0,75 0,75 0,62...0,78 0,75 Сухая глина 0,7... 1,0 0,75., 1,0 Мелкая галька 0,9...1,0 Гравии Горная порода или на сыпной материал Мергель Глина, насыщенная водой Щебень Шлак доменный, руда Коэффициент трения по стали fi Цемент Коэффициент внутреннего трения fо 0,75... 1,0 Коэффициент трения по стали fi 1,0 0,18...0,42 - 0,9 0,84 1,2 1,2 0,84 0,73 2. Кусторезы. Их применяют для расчистки территории, отведенной под карьер или стройплощадку, от кустарников и мелких деревьев. П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь кусторезов (м2/ч) 5 П 3600( В b ) L , ( L / ср t пов )nпр (4) где В – ширина отвала (проекция длины ножен па плоскость, перпендикулярную направлению движения), м; b – ширина перекрытия отвалом очищенной полосы при смежном проходе, м (b 0,2...0,5 м); L – длина обрабатываемого участка, м; cp – средняя скорость движения трактора, м/с; tпов – время на разворот трактора, с (tпов60...120 с); nпр – число проходов по одному и тому же месту (1...2 прохода). 3. Рыхлители. Их применяют для предварительного рыхления плотных грунтов, что обеспечивает более эффективную работу землеройно-транспортных машин. П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь рыхлителей (м3/ч) П 3600( В b) Lh , ( L / ср t пов )nпр (5) где В – рабочая ширина рыхления (расстояние между наружными поверхностями крайних зубьев), м; b – ширина перекрытия разрыхленной полосы при смежном проходе, м (b0,1...0,2 м); h – полная глубина рыхления, м; tпов – время на разворот трактора, с (tпов30...60 с); nпр – число проходов по одному и тому же месту (1...3 прохода); L и cp – по формуле (4). 4. Бульдозеры. Их применяют для послойного резания грунта, перемещения его на небольшое расстояние и укладки с разравниванием или штабелированием. П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь неповоротных бульдозеров 3 (м /ч) П = 3600Vпp ky kи /(tцkp), 6 (6) где Vпp – объем грунта в разрыхленном состоянии (объем призмы волочения), находящийся перед отвалом в конце транспортирования, м3; tц – продолжительность цикла, с; ky – коэффициент уклона (табл. 3); kи – коэффициент использования бульдозера во времени (kи =0,8...0,9); kp – коэффициент разрыхления грунта, т.е. отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта такой же массы в естественно плотном состоянии (табл. 4). Таблица 3 Коэффициент уклона ky Уклон, % ky Подъем, % ky 5 1,33 5 0,67 10 15 1,8 2,3 10 15 0,5 0,46 20 2,7 Объем призмы волочения можно определить из предположения, что разрыхленный материал перед отвалом размещается под углом естественного откоса в виде горизонтально расположенной призмы (рис. 1) и при перемещении отвала частично теряется, округляя призму у оснований. В этом случае объем призмы волочения (м3) Vпp = BH2kп /(2tg ), (7) где В и H – ширина и высота отвала, м; kп – коэффициент потери. материала, зависящий от дальности транспортирования LT, выраженной в м (kп 1-0,005 LT); – угол естественного откоса разрыхленного грунта, град. Таблица 4 Средние значения коэффициента разрыхления kp Категория породы по трудности разработки Разновидность горной породы kp 1 2 3 I Песок, супесок, растительный грунт, торф 7 1,05...1,12 Продолжение табл. 4 1 II III IV V VI VII...VIII 2 Легкий и лессовидный суглинок, влажный рыхлый лёсс, мягкий солончак, гравий мелкий и средний, песок, супесок и растительный грунт, смешанные со щебнем и галькой, насыпной слежавшийся грунт с примесью щебня или гальки Жирная мягкая глина, тяжелый суглинок, гравий крупный, галька мелкая, щебень крупностью 15...40 мм, суглинок со щебнем пли галькой Жирная глина и тяжелый суглинок с примесью щебня, сланцевая глина, крупная галька Плотный отвердевший лёсс, металлургические шлаки, невыветрившийся мягкий мергель, мягкие меловые породы, твердая карбонная глина, сланцы некрепкие, гипс Ракушечник, известняк мягкий, пористый, мел плотный, сланцы средней крепости, мергель средней крепости Раздробленные скальные породы 3 1,12....1,20 1,20...1,25 1.25...1,29 1,29...1,33 1,33...1,45 1,45...1,5 Объем призмы волочения зависит от отношения высоты отвала к его ширине и от физических свойств грунта. С учетом этих факторов объем призмы волочения (м3) V'пр = BH2/(2kпр), (8) где В и Н – ширина и высота отвала, м; kпр – коэффициент призмы, установленный экспериментально и зависящий от свойств грунта и соотношения размеров отвала (табл. 5). Продолжительность цикла складывается из продолжительности операций (с) tц = t1 + t2+ t3 + t4. (9) где t1 – время, затраченное на резание грунта, с; t2 – время перемещения грунта к месту укладки, с; t3 – время укладки грунта с разравниванием его или штабелированием, с; t4 – время холостого хода бульдозера, т.е. время, затраченное на возврат его в исходное положение и подготовку к новому циклу, с. 8 Таблица 5 Коэффициент призмы kпр Значение kпр при отношении H/B Грунты 0,15 0,75 1,15 Связные Несвязные 0,3 0,78 1,20 0,45 0,85 1,50 Возврат в исходное положение осуществляется задним ходом (два переключения передач) или передним, ходом (два разворота на 180°). Рис. 1. Схема к определению объема призмы волочения Продолжительность цикла (с) tц = l1/1 + l2/2 + l3/3 + l4/4 + nпtп + nоtо + nповtпов , (10) где l1, l2, l3, l4 – длины пути резания, перемещения, укладки грунта и обратного хода бульдозера, м; 1, 2, 3, 4 – скорости движения бульдозера на соответствующих участках пути, м/с; tп – время на переключение передач (tп 2...3 с); tо – время опускания и подъема отвала (tо 4...5 с); tпов – время разворота бульдозера на 180° (tпов 10...15 с); nп, nо, nпов – соответственно количество переключений передач, подъемов и опусканий отвала и разворотов бульдозера на 180°. Производительность универсальных бульдозеров с поворотным отвалом при планировочных работах, разравнивании грунта и засыпке траншей определяют по эмпирическим формулам, учитывающим специфические особенности выполняемых работ. 9 5. Колесные скреперы. Их применяют для послойного резания грунта, транспортирования его в ковше и укладки с разравниванием и некоторым уплотнением. Канатно-скреперные установки используют для разработки пород по руслам небольших рек и для механизации погрузочно-разгрузочных работ на складах сыпучих и мелкокусковых материалов. П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь колесных скреперов (м3/ч) П = 3600Vkн kи /(tц kр), (11) 3 где V – геометрическая вместимость ковша, м ; tц – продолжительность одного цикла работы скрепера, с; kн – коэффициент наполнения ковша (kн 0,7...1,3); kи–коэффициент использования скрепера во времени (kи=0,7...0,9); kр – коэффициент разрыхления грунта (kр=1,05…1,29). Продолжительность цикла (с) tц = l1/1 + l2/2 + l3/3 + l4/4 + nпtп + nповtпов , (12) где l и – соответственно путь и скорость перемещения скрепера при выполнении операций цикла аналогично формуле (10); tп – время переключения передач, с (tп 4...6 с); nп – число переключений за цикл; tпов – время на поворот скрепера, с (tпов15...30 с); nпов – число поворотов за цикл. Загрузку ковша скрепера ведут при наименьшей скорости движения с учетом; пробуксовки колес тягача (kб.к) (м/с): 1 = (0,7…0,8) 1, (13) где 1 – скорость движения тягача на первой передаче, м/с. Длина пути при загрузке и разгрузке ковша скрепера (м): l1 = V(l+kи)kн /(Fрезkp) (14) и l3 = Vkн /Fраз, (15) где kп – коэффициент, учитывающий потери грунта на образование призмы волочения (табл. 6); Fрез – среднее значение площади поперечного сечения срезаемой ножом ковша стружки, м2; Fраз – площадь поперечного сечения слоя грунта при разгруз10 ке, м2; V, kи, kp – по формуле (11). Таблица 6 Средине значения объема призмы волочения в долях от геометрической вместимости ковша (kп) Вместимость ковша, м3 Песок Супесок 15 10 6 0,26 0,28 0,32 0,15 0,17 0,22 Суглинок влажный сухой 0,08 0,09 0,10 0,11 0,13 - Глина 0,05 0,10 П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь канатно-скреперных установок (м /ч) П = 3600Vkиkн /[(l1/р + l2/х +2tп) kр], (16) 3 где V – геометрическая вместимость ковша, м ; l1 – длина пути скреперования, м (в среднем l1 = (0,7...0,8)lo, где lo – расстояние между мачтой хвостового блока и лебедкой, м); р, х – скорости рабочего и холостого хода ковша, м/с; tп – время переключения барабанов лебедки, с (tп 3...5 с); kн, kp, kи – коэффициенты наполнения, разрыхления и использования [по формуле (11)]. 3 6. Техническая характеристика машин (табл. 7...12) определяет не только производительность, но и экономические показатели эксплуатации машин, например удельный расход энергии, производительность труда, себестоимость работ, сроки их выполнения и т.п. Таблица 7 Техническая характеристика кусторезов Марка Отвал УправлеМасса, кг ширина угол устание обору- оборудования кустореза трактора В, мм новки, град отвалом дования с трактором 1 2 3 4 5 Д-306А ДТ-55А 2400 60 КБ-2,8 Д-174Г ДТ-55А Т-100МЗ 2800 3600 60 64 11 Гидравлическое То же Канатное 6 7 700 7250 1200 2900 7750 14400 Продолжение табл. 7 1 2 3 4 Д-514А Т-100МЗГП 3600 64 КБ-4 ДП-24 Т-ЮОМЗГП T-130.1.Г 4000 3600 64 64 5 Гидравлическое То же То же 6 7 2420 14220 2320 3320 14120 17000 Таблица 8 Техническая характеристика рыхлителей 3 700 1480 400 ДП-26С Т-130.1.Г-1 ДП-22 Т-180Г ДП-9С ДЭТ-250М 1 3 3 800 1020 700 1680 2144 450 500 700 трактора Управление Гидравлическое То же » » оборудования с трактором глубина рыхления, h, мм' ДП-15С Т-100МЗГП рыхлители оборудования ширина полосы рыхления, B, мм Масса, кг расстояние по осям зубьев, мм Рыхлитель количество зубьев Марка 1440 13240 1310 3200 5920 15340 18350 33420 Таблица 9 Техническая характеристика бульдозеров 2 3 4 5 6 ДЗ-37 МТЗ-50 2000 650 90 200 ДЗ-29 Т-74-С2 2560 950 90 200 ДЗ-42 ДЗ-101 ДЗ-104 ДЗ-48 ДТ-75-С2 Т-4АП1 Т-4АП1 К-702 2520 2860 3280 3640 950 954 990 1200 90 90 0...27 90 200 310 300 540 12 оборудования с трактором заглубление в грунт, мм 1 оборудования трактора, тягача Управление бульдозеров угол установки, град Масса, кг высота, H, мм' Отвал ширина, B, мм Марка 7 Гидравлическое Гидравлическое То же » » » 8 9 440 3420 850 6070 1070 1440 1780 2990 6680 9590 10330 1790 Продолжение табл. 9 1 ДЗ-53 ДЗ-17 2 Т-100МЗ Т-100МЗ 3 3200 3970 4 1200 1000 5 90 0...27 6 1000 1000 8 2130 2215 9 13 630 14 100 1780 13 580 250 500 440 500 320 400 680 7 Канатное То же Гидравлическое То же » » » » » » ДЗ-54С Т-100МЗГП 3200 1200 90 370 ДЗ-18 ДЗ-27С ДЗ-109ХЛ ДЗ-110ХЛ ДЗ-35 ДЗ-34С ДЗ-118 Г-100МЗГП Т-130.1.Г-1 Т-130.1.Г-1 Т-130.1.Г-1 Т-180Г ДЭТ-250М ДЭТ-250М 3970 3200 4120 3200 3640 4540 4310 1000 1300 1170 1300 1230 1550 1550 0...27 90 0…27 90 90 90 90 1860 1910 2900 2570 3400 3980 4800 14100 15940 17450 16600 18550 31480 32300 Д-54О МоАЗ-542 3600 1200 90 650 » - 17500 Таблица 10 трактора, тягача глуби резания hрез, мм толщина отсыпаемого слоя, мм ДЗ-33 ДТ-75-С2 3/3,5 2100 200 300 ДЗ-111 ДЗ-12 Т-4АП1 Т-100МЗ 3,5/4,5 7/9 2430 2620 130 320 400 500 ДЗ-20 Т-100МЗГП 7/9 2650 300 500 ДЗ-20В Т-130.1.Г-1 7/9 2650 300 ДЗ-77С Т-130.1.Г-1 8/9,5 2718 ДЗ-74 К-702 8/9 ДЗ-11П МоАЗ-546П ДЗ-13 Управление скрепера ширина резания В, мм Скрепер вмести ковша V, м3* Марка Масса с трактором, тягачом, кг Техническая характеристика скреперов Гидравлическое То же Канатное Гидравлическое 14420 18940 250 To же 21500 350 420 » 23700 2718 350 530 22000 8/9 2750 300 450 » Гидравлическое БелАЗ-531 15/17 2850 350 550 То же 34000 Д-392 БелАЗ-531 15/18 2850 350 500 » 30550 Д-511 ДЭТ-250М 15/18 2900 350 550 » 41630 25/29 3650 500 650 » 65000 Опытный Самоходный * В числителе - геометрическая, в знаменателе - предельная 13 8680 19200 20000 Таблица 11 Марка Мощность двигателя, кВт I II III IV max Наибольшее тяговое усилие, кН Масса, кг Удельное давление, 104 Па Техническая характеристика тракторов МТЗ-50 40,4 1,65 2,80 5,60 6,85 25,8 14 2980 - ДТ-55А 39,8 3,59 4,65 5,43 6,28 7,92 28 6550 2,5 T-74-C2 55,2 4,51 5,32 6,53 8,01 11,6 30 5220 4,2 ДТ-75-С2 58,8 5,45 6,08 6,77 7,52 11,5 30 5610 4,4 Т-4АП1 95,5 3,47 4,03 4,66 5,20 9,52 40 8150 4,2 К-702 147 8,4** 12,2 31,0 44,5 44,5 60 11400 - Т-100МЗ 79,4 2,36 3,78 4,51 6,45 10,13 100 11500 4,8 Т-130.1.Г-1 118 3,63 4,40 5,12 6,10 12,45 100 14030 5,8 Т-180Г 132 2,86 4,62 6,37 8,66 11,96 150 15150 5,0 ДЭТ-250М 228 1,2** 2,4 4,8 9,6 19,0 250 27500 6,6 Т-330 242 3,6** 6,7 13,8 - 13,8 250 34700 7,5 Скорость движения, км/ч* * Скорость движения расчетная, без учета буксирования ** На каждой передаче скорость движения изменяется бесступенчато от нуля до указанной наибольшей Таблица 12 Техническая характеристика автотягачей Марка МаЗ-529Е Скорость , км/ч Мощность транспортная наименьшая двигателя, по просепо дороге с при резании по бездокВт лочной до- твердым погрунта рожью роге крытием 132 4 15 25 40 Масса, кг 9000 МоАЗ-546П МоАЗ-542 158 177 4 2 15 10 20 20 . 40 50 10000 12500 БелАЗ-531 265 2 15 25 50 15000 14 1.2. Задачи и примеры Задача 1. Определить текущий коэффициент вскрыши kв, если слой полезного ископаемого постоянной мощности залегает горизонтально и его разрабатывают одним уступом, имеющим высоту H2, а покрывающие породы, залегающие также слоем постоянной мощности разрабатывают двумя подуступами высотой соответственно h1 и h"1. Рис. 2. Схема к задаче 1 Р е ш е н и е . Так как текущий коэффициент вскрыши определяют за конкретный отрезок времени t, например за месяц, то за этот же период находят объем вскрышных Q1 и добычных Q2 работ. По мере продвижения вскрышного забоя A1, на расстояние ~ L1 добыча полезного ископаемого забоем A2 продвинется также на расстояние L1, а фронт работ будет постепенно продвигаться в направлении границы карьера со средними скоростями (м/месяц) ф1 и ф2. При постоянных значениях высоты уступов и подуступов 3 (м ) получим Q1= t (h1 + h"1) L1ф1 (17) и Q2= t H2 L1ф1, (18) а так как вскрышные и добычные работы ведут одновременно, то ф1 = ф2. (19) При этом условии коэффициент вскрыши (м3/м3) kв =Q1/Q2=t (h1 + h"1) L1ф1/(t H2L1ф1)=(h1+h"1)/H2. (20) При h1=9,35 м, h"1=l0,6 м, H2=8,23 м kв = (9,35+10,6)/8,23 = 2,42 м3/м3. 15 Примеры 1.1. Рассчитать коэффициент вскрыши по условиям задачи 1 для следующих значений параметров уступов: Величина Размерность Значение величин для H2 м пятерок h1 м h"1 м Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 12,7 13,4 13,9 14,6 6,34 9,85 11,7 12,2 № по порядку 18,3 16,5 19,2 17,4 11,8 в пятерках № параллель7,7 6,8 7,4 5,9 ных групп Задача 2. Определить текущий коэффициент вскрыши kв, если слой полезного ископаемого постоянной мощности имеет уклон в сторону подвигания фронта работ, равный углу . Начальное значение высоты вскрышного и добыточного уступов равно соответственно H1 и H2 (м). Фронт работ за один месяц переместился на расстояние b, м. Р е ш е н и е . Из схемы (рис. 3) видно, что при равных скоростях перемещения забоя и фронта работ на вскрышном и добычном уступах отношение количества вскрышных пород и полезного ископаемого, добытых за, период подвигания фронта работ на величину b, будет примерно (при малых углах ) пропорционально средним значениям высот уступов в начале и в конце периода, т.е. при длине заходки l коэффициент вскрыши (м3/м3) Рис. 3. Схема к задаче 2 kв =Q1/Q2=lb [(H1+H"1) /2]/(lb H2)=(H1+H"1)/(2H2). (21) Так как H"1=H1+b tg, то для данных условий залегания горных пород: kв =(2H1+ btg)/(2H2) = (H1+0,5btg)/H2. (22) При H1=9,7 м, H2=7,35 м, b=17,2 м, =4°20' kв =(9,7+0,517,2 tg 4°20') /7,35=(9,7+0,517,20,0758)/7,35=1,41. 16 Примеры 2.1. Рассчитать текущий коэффициент вскрыши по условиям задачи 2 для следующих значений величин: H2=6,45 м Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 b, м , град H1, м 14,5 12,4 13,6 14,1 12,7 14,9 13,8 15,7 2°20' 5°50' 1°30' 3°50' 6°5' 8,9 7,55 8,26 9,2 Задача 3. Определить текущий коэффициент вскрыши по условиям задачи 2 в начале (kв.н) и в конце месяца (kв.к). Задача 4. Определить ширину площадок уступов карьера песчано-глинистых и глинистых пород для меньших предельных значений высоты уступа и угла устойчивого откоса рабочего и нерабочего уступов, если угол откоса рабочего борта карьера =20°. Р е ш е н и е . Из схемы (рис. 4) видно, что если высота уступа H (м), угол откоса рабочего борта карьера , предельный угол устойчивого откоса нерабочего уступа 1 и предельный угол устойчивого откоса рабочего уступа 2, а заложение соответствующих откосов b, b1 и b2 то ширина площадки нерабочего уступа (м) Bl = b–bl = H/tg – H/tg 1 =Н(tg 1– tg )/(tg tg 1), (23) а рабочего уступа B2 = b–b2 = H/tg – H/tg 2 =Н(tg 2– tg )/(tg tg 2). (24) Рис. 4. Схема к задаче 4 Принимая по табл. 1 меньшие предельные значения высоты уступа H=25 м, 1=25° и 2=35°, находим 5) Bl и В2: Bl= 25(tg25°–tg20°)/(tg20°tg25°) = = 25(0,466–0,364)/(0,3640,466)=15,0 м; 17 В2=25(tg 35°–tg 20°)/(tg 20°tg 35°)=25(0,70– 0,364)/(0,3640,70)=33,0 м. Задача 5. Рассчитать ширину площадок уступов карьера при разработке песчано-глинистых пород для больших предельных значений высоты уступа и угла устойчивого откоса рабочего и нерабочего уступов, если угол, откоса рабочего борта карьера =25°. Задача 6. Рассчитать ширину площадок уступов карьера при разработке скальных изверженных пород для меньших значений угла устойчивого откоса рабочего и нерабочего уступов, если высота уступа H=27 м, а угол откоса рабочего борта карьера =50°. Примеры 4.1. Рассчитать ширину площадок уступов карьера по условиям задачи 4 для следующих предельных значений высоты уступа H и угла устойчивого откоса рабочего (2) и нерабочего (1) уступов, если =20°. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 Н, м 28,0 28,5 26,0 26,5 29,0 27,0 29,5 27,5 2, град 1, град 39 37 41 36 43 28 29 27 26 Примеры 4.2. Рассчитать ширину площадок уступов карьера по условиям примеров 4.1 для следующих значений величин, если =22°. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 1, град 2, град 26 28 29 27 25,5 26,5 27,5 28,5 44 39 40 42 38 Н, м 26,5 27 29,5 28 Задача 7. Рассчитать сопротивление внутреннему сдвигу слоя песка по слою песка, если сила нормального давления на плоскость сдвига P=2800 Н. 18 Р е ш е н и е . Сопротивление внутреннему сдвигу (H) горных пород и насыпных материалов определяют по формуле (2). Для сыпучих материалов o=0. Принимая по табл. 2 fо=0,75 и подставляя значения величин в формулу (2), получим T=28000,75=2100 Н. Задача 8. Рассчитать сопротивление внутреннему сдвигу слоя цемента по слою цемента, если сила нормального давления на плоскость сдвига P=347 Н. Задача 9. По горизонтальному стальному желобу прямоугольного сечения сдвигают слой песка. Пренебрегая трением о боковые стенки желоба, рассчитать сопротивление слоя сдвигу, если сила прижатия материала к опорной поверхности G=1840 H. Р е ш е н и е . Принимая по табл. 2 для песка f1 =0,73 и для горизонтального желоба =0, подставляем значение величин в формулу (3) и находим сопротивление сдвигу: T1 = G f1cos–Gsin; T1=18400,73=1340 Н. Задача 10. Определить сопротивление сдвигу слоя материала при движении его по наклонному стальному желобу прямоугольного сечения, если угол наклона – , материал продвигается под уклон, вес материала – G, коэффициент трения материала по стали f1, а трение о борта желоба составляет m (%) от трения его о днище желоба. Р е ш е н и е . Так как сопротивление сдвигу слоя материала, определенное по формуле (3) и составляющее 100%, должно быть увеличено с учетом трения о борта желоба, то в эту формулу целесообразно ввести коэффициент бортового трения kб=(100+m)/100, после чего формула примет вид (рис. 5, а) Tl = (G f1 cos –G sin ) kб, (25) где Tl – сопротивление сдвигу слоя материала при движении его по наклонному желобу, Н. Задача 11. Слой щебня весом 675 Н продвигают скребками по стальному желобу прямоугольного сечения, наклоненному под углом 15° к горизонту так, что щебень поднимается по желобу кверху. Рассчитать сопротивление сдвигу, если сила трения о 19 борта желоба составляет 20% от силы трения его о днище. Рис. 5. Схемы: а – к задаче 10; б – к задаче 11 Р е ш е н и е . Считая угол наклона желоба при продвижении материала вниз положительным, а при продвижении вверх – отрицательным и учитывая, что cos (–)=cos, а sin (–) =–sin , получим формулу (25) для рассматриваемого случая (рис. 5, б): Tl = (G f1 cos +G sin ) kб , (26) где Tl – сопротивление сдвигу, Н; kб – коэффициент бортового трения; kб=(100 + m)/100=(100+20)/100=1,2. (27) По табл. 2 для щебня принимаем f1=0,84 и, подставляя значения величин в формулу (26), получим Tl=(6750,84 cos 20° + 675 sin 20°) 1,2 = =(6750,840,940+6750,342) 1,2 = 916 Н. Примеры 11.1. Рассчитать сопротивление сдвигу слоя материала по условию задачи 11 для следующих значений угла наклона желоба , силы тяжести слоя материала G и коэффициента бортового трения kб. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 , град f 1* –9 –12 17 6 –7 14 8 –5 1) 2) 3) 4) 5) G, Н 630 860 740 920 * Среднее значение для материала: 1) шлак; 2) цемент; 3) щебень; 4) сухая глина; 5) песок; kб =1.25. 20 Задача 12. Кусторез Д-306А расчищает от мелколесья и кустарника участок под строительную площадку. Длина участка L=420 м, условия работы требуют наибольшего тягового усилия трактора и двух проходов по одному и тому же месту. Рассчитать часовую производительность кустореза. Р е ш е н и е . Кусторез Д-306А представляет собой навесное оборудование с гидравлическим управлением, смонтированное на тракторе ДТ-55А. По табл. 7 принимаем В=2400 мм; по табл. 11 наименьшая скорость трактора ДТ-55А, обеспечивающая максимальное тяговое усилие, составляет 1 =3,59 км/ч, откуда ср = 10001/3600=10003,59/3600=1,00 м/с. Для ширины перекрытия отвалом очищенной полосы при смежном проходе b и времени на разворот трактора tпов принимаем средние значения из приведенных в формуле (4), откуда b = 0,35 м; tпов=90 с. Производительность определяем по формуле (4): П 3600(2,4 0,35)420 2 3040 м /ч. (420 / 1,00 90)2 Задача 13. Рассчитать часовую производительность кустореза по условиям задачи 12, если каждый повторный проход по тому же месту выполнять на следующей, более высокой скорости трактора. Задача 14. Кусторез Д-174Г расчищает участок, длина которого L = 670 м. Условия работы позволяют вести расчистку за один проход на скорости, соответствующей второй передаче трактора. Рассчитать часовую производительность кустореза, принимая наименьшие значения ширины перекрытия полосы b и времени разворота трактора tпов. Задача 15. Рассчитать часовую производительность кустореза КБ-4, работающего на I передаче, если длина участка L=810 м, расчистку ведут за один проход при наибольших значениях ширины перекрытия полосы b и времени разворота трактора tпов. Примеры 12.1. Рассчитать часовую производительность кустореза по условиям задачи 12 и значениям величин, приведенных 21 в таблице вариантов: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 L, м 1160 618 1250 1140 956 845 724 530 Кусторез (марка) * 1) 2) 3) 4) 5) b, м 0,4 0,5 0,3 0,2 * 1) Д-306А; 2) Д-514А; 3) КБ-4; 4) Д-174Г; 5) ДП-24. Задача 16. По результатам примеров 12.1 рассчитать удельную производительность кусторезов, приходящуюся на единицу массы навесного оборудования mоб и на единицу массы оборудования с трактором mо.т. Р е ш е н и е . Для варианта, например, 39 (8-я пятерка, 4-й порядковый номер в пятерке) и четвертой параллельной группы имеем L = 530 м; b = 0,2 м; кусторез марки Д-174Г; nпр = 2; tпов = 90 с. По табл. 7 кусторез имеет ширину отвала B=3600 мм и работает с трактором Т-100МЗ, для которого I = 2,36 км/ч (табл. 11). Следовательно, cp = I/3,6 = 2,36/3,6=0,655 м/с. Тогда по формуле (4) П 3600(3,6 0,2)530 2 3610 м /ч. (530 / 0,655 90)2 По табл. 7 масса оборудования кустореза mоб =2,9 т, а масса оборудования с трактором mо.т = 14,4 т. Удельная производительность составит: П1 = П/ mоб = 3610/2,9 = 1240 м2/(чт); П2 = П/ mо.т = 3610/14,4 = 251 м2/(чт); Задача 17. Рассчитать длину ножа отвала кустореза Д-174Г. Р е ш е н и е . По табл. 7 ножи отвала установлены друг к другу под углом 64°, т.е. отвал в плане представляет собой равнобедренный треугольник ABC (рис. 6) с углом при вершине В, равным 64°. Сторона АС соответствует В = 3600 мм; КС = В/2, а длина ножа L = BC = KC/(sin/2); L = 3600/(2 sin 32°) = = 3600/(20,530) = 3400 мм. 22 Рис. 6. Схема к задаче 17 Задача 18. Рыхлителем ДП-15С осуществляют предварительное рыхление плотного грунта на участке, длина которого L=64 м. Рассчитать часовую производительность рыхлителя, если наибольшая глубина рыхления достигается за три прохода по одному и тому же месту. Р е ш е н и е . Производительность (м3/ч) рассчитываем по формуле (5), принимая средние значения ширины перекрытия разрыхленной полосы b = 0,15 м и времени на разворот трактора tпов =45 с. По табл. 8 рыхлитель данной марки работает с трактором Т-100МЗГП и обеспечивает наибольшую глубину рыхления h=400 мм при ширине рыхления B=1480 мм. По табл. 11 наименьшая скорость трактора, обеспечивающая максимальное тяговое усилие, 1=2,36 км/ч, тогда ср=2,36/3,6 = 0,656 м/с. Подставив значения величии в формулу (5), получим П 3600(1,48 0,15)64 0,4 3 288 м /ч. (64 / 0,656 45)3 Примеры 18.1. Рассчитать часовую производительность рыхлителя по условиям задачи 18.для следующих марок машин и значений величин: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 L, м 85,5 63,8 107 93,6 123 74,5 119 52,5 Рыхлитель (марка) * 1) 2) 3) 4) 2) tпов, с 38 47 52 59 * 1) ДП-9С; 2) ДП-26С; 3) ДП-22; 4) ДП-15С. 23 Задача 19. Рассчитать часовую производительность рыхлителя ДП-22 для условий примера 18.1, если наибольшая глубина рыхления достигается за два прохода по одному и тому же месту при использовании II скорости трактора. Задача 20. По результатам примеров 18.1 рассчитать удельную производительность рыхлителей, приходящуюся на единицу массы оборудования рыхлителя mоб и на единицу массы оборудования с трактором mо.т. Задача 21. Для разработки несвязной горной породы типа легкого суглинка, перемещения ее на расстояние l2=40 м и послойной укладки на участке l3=10 м применили бульдозер ДЗ-42. Рассчитать часовую производительность бульдозера для горизонтального участка, если, набор горной породы происходит на длине пути резания l1=8 м, когда пути резания, перемещения и укладки горной породы лежат на одной прямой, а условия работы позволяют применить скорости трактора, соответствующие I передаче при резании, II – при транспортировании и укладке, и наибольшую скорость при возвращении бульдозера в забой. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формулам (6), (8) и (10). По табл. 9 находим, что бульдозер имеет отвал шириной B=2520 мм, высотой H=950 мм, навешиваемый на трактор ДТ-75С2. Для этого трактора по табл. I=5,45 км/ч, II=6,08 км/ч, max=11,5 км/ч. Рассчитываем значения скоростей, входящих в формулу (10): 1=I/3,6=5,45/3,6=1,51 м/с; 2=3=II/3,6=6,08/3,6=1,69 м/с; 4=max/3,6=11,5/3,6=3,19 м/с. По условию задачи l4=l1+l2+l3=8+40+10=58 м; nп=3; nо=5; nпов=2. Для соответствующих t принимаем средние значения, приведенные в формуле (10). Тогда tп=2,5 с; tо=4,5 с; tпов=12,5 с. Для определения коэффициента призмы находим отношение Н/В=0,95/2,52=0,377. По табл. kпр=1,2. Для легкого суглинка, относящегося ко II категории горной породы (см. табл. 4), среднее значение коэффициента разрыхления kр=1,16. По формуле (6) kи=0,85, а kу=1, так как разрабатываемый; участок горизонтальный. Подставив значения величин с соответствующей размерностью в формулы (10), (8) и (6), получим: 24 tц 8 40 10 58 3 2,5 5 4,5 2 12,5 108 с; 1,51 1,69 1,69 3,19 2,52 0,9522 3 Vпр 0,948 м ; 2 1,2 3600 0,948 1 0,85 3 П 23,2 м /ч. 108 1,16 Примеры 21.1. По условиям задачи 21 рассчитать часовую производительность бульдозера для следующих вариантов величин: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 h, м 54 73 27 68 42 35 86 91 Бульдозер (марка) * 1) 2) 3) 4) 5) Категория горной породы I III II IV * 1) ДЗ-118; 2) ДЗ-53; 3) ДЗ-ПОХЛ; 4) ДЗ-20; 5) ДЗ-35. Примеры 21.2. По условиям задачи 21 рассчитать часовую производительность бульдозера для следующих вариантов величин: Варианты 1 2ч 3 4 5 6 7 8 Бульдозер (марка) * 1) 2) 3) 4) 5) G) 7) 8) l2 , м 64 48 55 36 72 Уклон, % Подъем, % 10 5 5 10 * 1) ДЗ-104; 2) ДЗ-54С; 3) ДЗ-101; 4) ДЗ-42; 5) ДЗ-18; 6) ДЗ-34С; 7) ДЗ-37; 8) ДЗ-Ю9ХЛ. Задача 22. Горную породу типа супеска, относящуюся к I категории трудности разработки и имеющую угол естественного откоса =38°, перемещают бульдозером ДЗ-101 на расстояние l2=60 м. Сравнить объем разрыхленной горной породы, находящейся перед отвалом в конце транспортирования (объем призмы волочения), при использовании для расчета формулы (7) и формулы (8). Р е ш е н и е . Объем (м3) призмы волочения определяем по 25 формуле (7). При этом kп=l–0,005 Lт учитывает лишь дальность транспортирования Lт. В данном случае Lт=l2=60 м, a kп=1– 0,00560 = 0,7. Бульдозер ДЗ-101 имеет отвал шириной B=2860 мм и высотой H=954 мм. Тогда Vпр=2,860,95420,7/(2tg38°) = 2,860,9080,7/(20,781)=1,16 м3. Так как отношение H/B= 0,954/2,86=0,3340,3, то для несвязных горных пород по табл. kпр=1,2 и объем призмы волочения по формуле (8) V'пр = 2,860,9542/(21,2) = 1,08 м3. Сравнивая результаты, приходим к выводу, что расхождение в данном случае не превышает 7%. Однако при других значениях и l2. расхождения могут быть более значительными. Для практических расчетов предпочтительнее формула (8). Задача 23. Рассчитать сменную производительность бульдозера ДЗ-27С по условиям задачи 21, если разрабатывается горная порода I категории трудности разработки, рельеф местности имеет подъем 5%, длительность смены tсм=8 ч, а дополнительный коэффициент сменного использования kи.см = 0,9, т.е. Псм=Пч tсм kи.см. Задача 24. Рассчитать объем призмы волочения Vпр по условиям задачи 22, если бульдозер Д-540 разрабатывает связные породы, имеющие угол естественного откоса =33°, а дальность транспортирования составляет 40 м. Задача 25. Рассчитать по условиям задачи 21 часовую производительность бульдозера ДЗ-48, разрабатывающего горные породы I категории трудности разработки на участке с уклоном 15%. Задача 26. По условиям примера 21.2 рассчитать удельную 26 производительность бульдозеров, приходящуюся на единицу массы оборудования бульдозера mоб и на единицу массы оборудования с трактором mо.т [м3/(чт)] (табл. 9). Задача 27. Для выполнения вскрышных работ на грунтах I категории трудности разработки (супесок) применили прицепной колесный скрепер ДЗ-20, который срезает слой грунта ножом ковша на горизонтальном участке l1 при наименьшей скорости трактора и работе с толкачом, перемещает его на расстояние l2=1200 м в отвал, расположенный в выработанном пространстве карьера (движение под уклон на III скорости трактора), разгружает ковш на участке l3 при скорости, соответствующей II передаче трактора, и возвращается в исходное положение на наибольшей скорости. Рассчитать часовую производительность скрепера при максимальной загрузке ковша. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формулам (11), (12), (14), и (15). Выписываем основные и вспомогательные формулы в буквах, составляем таблицу величин, начиная с последней и до П. По таблицам, справочникам, а также расчетам находим значения величин в требуемой размерности и проставляем их в таблице против соответствующих буквенных обозначений. По табл. 10 и условиям задачи V=7 м3; B=2,65 м, hрез=0,3 м; hраз=0,5 м. Скрепер работает с трактором Т-100МЗГП. По табл. 11 I=2,36 км/ч; II=3,78 км/ч; III=4,51 км/ч; max=10,13 км/ч, откуда 1=2,36/3,6 =0,656 м/с; 2=4,51/3,6=1,25 м/с; 3=3,78/3,6=1,05 м/с; 4=10,13/3,6=2,81 м/с. По табл. 4 и 6, значениям величин, приведенным в пояснениях к формулам, и из условия задачи принимаем kp =1,08; kп = 0,17; kн = 9/7= = 1,29; kи =0,8; tп =5 с; nп =4; tпов =23 с; nпов =2. Подставляя значения соответствующих величин в формулы, находим: Fрез= 2,65 0,3 = 0,795 м2; Fраз = 2,650,5= 1,32 м2; l1 = 7(1+0,17) 1,29/(0,7951,08)=12,3 м; 27 l3 = 71,29/1,32 = 6,84 м; l4 = 12,3+1200+6,84= 1220 м; tц= 12,3/0,656+1200/1,25+6,84/1,05+1220/2,81+45+ +223=1485 с. П = 360071,290,8/(14801,08) =16,3 м3/ч. Примеры 27.1. По условиям задачи 27 рассчитать часовую производительность, колесных скреперов для следующих вариантов: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 l2 , м 985 1150 860 1030 940 795 870 1040 Скрепер (марка)* 1) 2) 3) 4). 5) Грунт ** 1) 2) 3) 4) * 1) ДЗ-33; 2) Д-511; 3) ДЗ-1М; 4) ДЗ-77С; 5) ДЗ-12. ** 1) супесок; 2) суглинок влажный; 3) песок; 4) суглинок сухой. Задача 28. Колесным скрепером Д-392 разрабатывают горную породу, относящуюся ко II категории трудности разработки (сухой лёссовидный суглинок). Наполнение ковша осуществляют без толчка на I скорости тягача. Транспортируют горную породу на расстояние l2 = 2700 м на II скорости, выполняют укладку также на II скорости, а возвращается скрепер в забой на максимальной скорости. Рассчитать часовую производительность скрепера при максимальной загрузке ковша с учетом пробуксовки колес тягача при резании горной породы. Примеры 28 1. По условиям задачи 28 рассчитать часовую производительность колесных скреперов для следующих вариантов: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 l2 , м 2350 1980 2570 2640 1830 2190 2210 1700 Скрепер (марка)* 1) 2) 3) 4). 5) kн 1,06 1,15 1,09 1,12 * 1) ДЗ-20В; 2) ДЗ-11П; 3) Д-392; 4) ДЗ-12; 5) ДЗ-74. 28 Примеры 28.2. Рассчитать производительность канатноскреперных установок (м3/ч) [формула (16)] для следующих вариантов: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 V, м3 lо, м kн 0,65 86 1,1 0,5 104 1,2 1,5 76 0,9 1,0 98 0,8 0,65 72 1,2 0,5 87 1,1 1,5 109 0,8 1,0 66 0,8 р, м/с х, м/с kи tп , с kр 0,46 0,98 0,83 0,83 1,34 0,7 0,52 1,26 0,87 0,77 1,33 0,90 0,91 1,4 0,76 3 1,23 5 1,05 4 1,17 3,5 1,09 Задача 29. По результатам примеров 27.1 рассчитать удельную производительность колесных скреперов, приходящуюся на единицу массы скреперов с оборудованием, и трактором [м3/(чт)] (см. табл. 10). Задача 30. По результатам примеров 28.1 рассчитать удельную производительность колесных скреперов, приходящуюся на единицу массы скрепера с оборудованием и тягачом [м3/(чт)] (см. табл. 10). 29 2. ЭКСКАВАТОРЫ 2.1. Элементы теории и расчетные формулы 1. Одноковшовые экскаваторы. Их используют для выполнения наиболее тяжелых и трудоемких работ, связанных с копанием грунта, перемещением порции грунта в ковше на небольшое расстояние посредством поворота платформы и с погрузкой его в транспортные средства. Одноковшовые экскаваторы имеют различное рабочее оборудование. Наиболее часто применяют оборудование прямой механической лопаты, которая характеризуется жесткой связью ковша и стрелы и значительным опрокидывающим моментом, возникающим при копании, что существенно ограничивает длину стрелы экскаватора. Длину стрелы (м) одноковшового экскаватора, оборудованного прямой механической лопатой, рассчитывают по Эмпирической формуле lc k 3 m , (28) где m – масса экскаватора, т; k – коэффициент (для универсальных экскаваторов k =1,9...2,1; для карьерных – k = 1,85). Работают одноковшовые экскаваторы циклично. Т е о р е т и ч е с к а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь одноковшового экскаватора является условной и равна объему грунта, который экскаватор смог бы добыть за 1 ч непрерывной работы при расчетной продолжительности цикла и соответствии объема каждой порции грунта, добытой за один цикл, геометрической вместимости ковша. Теоретическая производительность (м3/ч) По = 60Vno, (29) 3 где V – геометрическая вместимость ковша, м ; no – теоретическое число циклов в минуту при углах поворота платформы на разгрузку и в забой, равных 90°, высоте забоя, равной высоте расположения напорного вала экскаватора и при расчетных скоростях и усилиях; no = 60/tц.т, (30) где tц.т – теоретическая продолжительность цикла, с. 30 Т е х н и ч е с к а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь учитывает реальные условия работы, т.е. свойства разрабатываемого грунта, его разрыхляемость, степень заполнения ковша, особенности забоя, но не учитывает простой экскаватора. Следовательно, это наибольшая производительность, возможная в данных условиях при непрерывной работе. Э к с п л у а т а ц и о н н а я п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь учитывает особенности работы за какой-либо период в конкретных условиях, в том числе и допустимые по проекту работ простои. Эксплуатационная или фактическая производительность одноковшовых экскаваторов (м3/ч) П = 60Vn kнkи/kр, (31) 2 где V – геометрическая вместимость ковша, м ; n – фактическое количество циклов в 1 мин (для строительных и карьерных экскаваторов n =2...4); kн – коэффициент наполнения ковша (kн = 0,55...1,5); kи – коэффициент использования экскаватора во времени, равный отношению числа часов чистой работы экскаватора к продолжительности рабочих смен отчетного периода (kи = 0,7...0,8); kр – коэффициент разрыхления грунта (см. табл. 4). Коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта зависят в основном от свойств грунта, а потому их отношение объединяют одним понятием – коэффициентом экскавации грунта kэ=kн : kp изменяющимся от 0,6 для скальных пород до 0,87 для сыпучих пород (песок, суглинок, торф). Число циклов в минуту no = 60/tц, (32) где tц – фактическая продолжительность цикла, с. Производительность (м3/ч) П = 3600Vn kнkи/( tц kр ). (33) 3 Геометрическая вместимость ковша (м ) V = c B H L, (34) где с – коэффициент, учитывающий форму днища и закругления стенок ковша (для ковша с зубьями с = 0,9, для ковша с полукруглой режущей кромкой с = 0,75); В, Н, L – соответственно ширина, высота и длина ковша, изме31 ренные по расстояниям между внутренними поверхностями соответствующих стенок ковша, а также днищем и верхней кромкой стенки ковша, м. Для прямой и обратной лопаты Н измеряют от стенки с зубьями на середине ее длины до стенки, к которой крепится рукоять. При более точном определении объема ковша Н и L рассчитывают как средние значения предельных величин ввиду того, что, например, ковш прямой лопаты для удобства разгрузки расширяется книзу. Продолжительность цикла (с) tц = tк + tп + tв + tп , (35) где tк – продолжительность копания, с; tп – полное время поворота на выгрузку, с; tв – продолжительность выгрузки ковша, с; tп – полное время поворота для возвращения ковша в забой, с. Время копания (с) tк = lк / к , (36) где lк – путь, проходимый поднимающимся ковшом при копании, м; к – скорость подъема ковша при копании, м/с. Скорость подъема ковша (м/с) прямой механической лопаты, имеющего один подвижный блок к = б /2, (37) где б – окружная скорость барабана лебедки, м/с; б = Dб nб, где Dб – диаметр барабана лебедки, м; nб – частота вращения барабана лебедки, с-1. (38) Для экскаватора, все механизмы которого работают от одного двигателя (рис. 7) nб = nдв z1 z5 /(uред z2 z6). (39) -1 где nдв – частота вращения вала двигателя, с . 32 Рис. 7. Кинематическая схема модели одноковшового экскаватора Время поворота платформы на заданный угол (с) tц = tпл /360, где – угол поворота платформы, град; tпл – время поворота платформы на один оборот, с; tпл =1/nпл, где nпл – частота вращения платформы, с-1. (40) (41) При повороте платформы планетарным механизмом с внешним зацеплением, т.е. качением малой подвенцовой шестерни механизма поворота по неподвижной венцовой шестерне, зависимость между частотой вращения и числом зубьев определяется по формуле nпл = nв/( z10 / z9+1). (42) -1 где nв – частота вращения вала механизма поворота, с ; z9 – число зубьев подвенцовой шестерни; z10 – число зубьев венцовой шестерни. По схеме (рис. 7) частота вращения вала (с-1) nв = nдв z1 z3 z7/(uред z2 z4 z8). (43) Когда говорят о производительности экскаватора, подразумевают его эксплуатационную производительность. 2. Многоковшовые экскаваторы. Такие экскаваторы представляют собой самоходные землеройные машины непрерывного действия, разрабатывающие грунт с помощью ковшей, закреп33 ленных на замкнутых шарнирно-пластинчатых цепях или роторе. Многоковшовые карьерные экскаваторы обеспечивают разработку уступов большой высоты, а цепные многоковшовые экскаваторы поперечного копания, кроме того, позволяют планировать откосы. Соотношение скоростей движения ковшовой цепи (ц) и экскаватора (э) является важным параметром, определяющим эффективность работы многоковшового экскаватора поперечного копания. При минимальной скорости движения экскаватора относительно скорости перемещения цепи с ковшами работа неэффективна, так как лишь небольшая часть режущей кромки каждого ковша режет грунт, а остальная двигается над участком, срезанным впереди идущим ковшом. При чрезмерно большой скорости экскаватора между срезанными полосками окажутся незатронутые участки, что недопустимо. Наилучший результат дает соотношение скоростей, при котором полоски грунта, срезанные смежными ковшами, примыкают друг к другу. Это положение достигается, если результирующая скорость ковша к; параллельна линии MN (рис. 8), проходящей через крапине, противоположные точки режущих кромок двух смежных ковшей. Рис. 8. Схема к расчету соотношения скоростей движения ковшовой цепи и экскаватора Из треугольника скоростей ABC э / ц = tg1, (44) из построения 1 = , а tg = b/t, (45) где b – ширина режущей кромки ковша, участвующая в резании, м; 34 V – шаг ковшей (расстояние между одноименными точками смежных ковшей), м. Из формул (44) и (45) э / ц = b/t, (46) откуда скорость экскаватора (м/с) э =ц b/t, (46) П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь многоковшовых экскаваторов подразделяют на теоретическую, техническую и эффективную. Эффективная производительность (м3/ч) П = 60 V n kэ kи, (48) 3 где V – геометрическая вместимость ковша, м ; kэ – коэффициент экскавации грунта (kэ = 0,65...0,91); kи – коэффициент использования экскаватора (kи = 0,7...0,9); n – число ковшей, разгружаемых в 1 мин; n=60ц /t, где ц – скорость ковшовой цепи, м; t – шаг ковшей, м. (49) Если нет данных о коэффициенте экскавации, то берут отношение коэффициента наполнения ковша kн к коэффициенту разрыхления грунта kp. Для более полного учета свойств грунта в формулу (48) вводят также коэффициент трудности разработки kт или коэффициент свойств грунта kг = kн kт /kp. Тогда эффективная производительность многоковшового экскаватора (м3/ч) П=3600 Vц kн kт kи / t kp (50) или П=60 Vn kг kи. (51) 3. Техническая характеристика экскаваторов. Техническая характеристика и значения коэффициентов приведены в табл. 13...21. Данные таблиц используют при решении задач и примеров. 35 Таблица 13 Одноковшовые строительные универсальные экскаваторы с оборудованием прямой лопаты Масса экскаватора, т Удельное давление на грунт, 104 Па Подвеска рабочих органов: гибкая (г), жесткая (ж) ЭО-6121 1,0 1,25 1,25 2,5 2,5 Э-1252Б ЭО-5122 ЭО-5112А ЭО-5111АС ЭО-4121 Э-652Б 0,5 0,65 0,65 1,0 Э-250 Вместимость ковша, м3: для разработки грунтов IV категории и по- 0,25 0,4 грузки дробленых скальных пород для разработки грун– – тов II и III категорий Продолжительность цикла при угле поворота 15 15 90° и работе в отвал, с ЭО-3322А ЭО-3111В Характеристики ЭО-2621А Марка экскаватора – 0,8 1,0 – – 1,5 1,6 3,0 – 16 15 16 17 19 21 20 22 22 35 35 42,5 36 94 56,2 5,7 11,6 14,8 21 2 21,6 – 4,9 – 0,5 6,5 8,7 ж г ж г ж г 10,4 8,8 г 8,3 12,5 10,0 г ж г ж Таблица 14 Одноковшовые карьерные и вскрышные экскаваторы ЭКГ-6,3УС ЭКГ-8И ЭГ-12 ЭКГ-12,5 ЭКГ-20 ЭВГ-15 ЭВГ-35,65М 1 Вместимость ковша, м3: для разработки грунтов IV категории и погрузки дробленых скальных пород для разработки грунтов II и III категорий ЭКГ-4У Характеристики ЭКГ-4,6Б Марка экскаватора 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4,6 4,0 6,3 8,0 12,5 12,5 20 15 35 4,6 5,0 6,3 10 12,5 16 25 25 50 36 Продолжение табл.14 2 3 4 5 6 7 8 9 10 23 30 28 26 33 28 28 50 47-83 Масса экскаватора, т 163 336 340 338 260 638 734 Удельное давление на грунт, 104 Па Подвеска рабочих органов: гибкая (г), жесткая (ж) 17,5 20 21 21 17 20 25 26 32 г г г г ж г г г г 1 Продолжительность цикла при угле поворота 90° и работе в отвал, с 1150 3850 Таблица 15 Одноковшовые шагающие драглайны Длина стрелы, м Продолжительность цикла при угле поворота 135°, с Масса экскаватора, т Удельное давление на грунт, 104 Па 10 13 45 70 50 90 42 54 40 285 680 6 9,4 15 и 20 25 и 30 ЭШ 100.100 6и8 ЭШ 25.100 А ЭШ 40.85 ЭЩ 15.90А ЭШ 13.50 Вместимость ковша, м3 ЭШ 10.70А Характеристики ЭШ 6.45М Марка экскаватора 40 80, 90, 100 100 85 100 63 60 60 60 603 1600 3060 3200 10250 8,4 10 12 13 18 Таблица 16 Многоковшовые экскаваторы поперечного копания Характеристики Вместимость ковша, дм3 Число ковшей, опоражниваемых в 1 мин, шт. Число ковшей экскаватора, шт. Шаг ковшей, м Скорость рабочего хода экскаватора (передвижение вдоль забоя), м/мин Скорость ковшовой цепи, м/с Максимальная глубина и высота забоя при угле откоса 45°, м Масса экскаватора, т Марка экскаватора «Красный ЭМ-182 ЭМ-201А ЭМ-302 металлист» 18 20 30 40 ЭМ-503 50 18 30 30 26,5 35,7 27 1 33 1 34 1 21 1,66 30 1,1 3 3 3 3,2 9,13 0,3 0,5 0,5 0,735 0,68 6 6 8,5 7,5 9,3 8,1 8,33 29,5 20 25,7 37 Таблица 17 Значения коэффициента наполнения ковша kн Категория грунта Наименование грунта Наибольшие возможные значения коэффициента kн для лопаты для драглайна Песок и гравий сухие, щебень, хорошо взорванные скальные породы IиV 0,95...1,02 0,80...0,90 Песок и гравий влажные I и II 1,15...1,23 1,10...1,20 Суглинок легкий II 1,05...1,12 0,80...1,00 Суглинок тяжелый влажный III 1,20...1,32 1,15...1,25 Глина: средняя средняя влажная тяжелая тяжелая влажная III III IV IУ 1,08...1,18 1,30...1,50 1,00...1,10 1,25...1,40 0,98...l,06 1,18...1,28 0,95...1,00 1,10...1,20 V и VI 0,75...0,90 0,55...0,80 Плохо взорванная скальная порода Таблица 18 Углы естественного откоса грунтов Наименование грунта Гравий Галька Песок: крупный средний мелкий Глина жирная Суглинок Растительный Насыпной сухой отношение угол, высоты к град заложению 40 1:1,25 35 1:1,43 30 28 25 45 50 40 35 1: 1,73 1:1,88 1:2,25 1:1 1:0,84 1:1,25 1:1,43 Влажность грунта влажный отношение угол, высоты к град заложению 40 1:1,25 45 1:1 32 35 30 35 40 35 45 38 1:1,6 1:1,43 1:1,75 1:1,43 1:1,25 1:1,43 1:1 мокрый отношение угол, высоты к град заложению 35 1:1,43 25 1:2,25 27 25 20 15 30 25 27 1:1,95 1:2,25 1:2,75 1:3,37 1:1,75 1:2,25 1: 1,96 Таблица 19 Наименьшее число рабочих циклов в минуту для одноковшовых экскаваторов Наименьшее число циклов Рабочее оборудова- Угол поворота Вместимость при загрузке на при работе в ние экскаватора платформы, град ковша, м3 транспорт отвал 0,25 4,64 5,45 0,5 3,75 4,28 90 1 3,08 3,43 2 2,5 2,73 0,25 4 4,62 0,5 3,33 3,75 Прямая лопата 135 1 2,73 3 2 2,22 2,4 0,25 3,52 4 0,5 3 3,33 180 1 2,4 2,6 2 2 2,14 0,25 3,43 4,14 0,5 2,79 3,33 90 1 2,3 2,66 2 1,87 2,14 0,25 3,16 3,76 0,5 2,55 3 Драглайн 135 1 2,1 2,4 2 1,67 1,87 0,25 2,92 3,43 0,5 2,36 2,73 180 1 1,94 2,18 2 1,5 1,67 Таблица 20 Средние значения коэффициентов kн, kр, kэ, kт, kг многоковшовых экскаваторов * Наименование грунта Песок, супесок, торф Легкий суглинок, мелкий гравий Категории грунта I kн kр kэ kт kг 1,05 1,15 0,91 1 0,91 II 1 1,2 0,83 0,95 0,79 Жирная мягкая глина, III 0,9 1,25 0,72 0,8 0,58 тяжелый суглинок Жирная глина и тяжелый суглинок с примеIV 0,85 1,3 0,65 0,7 0,45 сью щебня * По сравнению с одноковшовыми экскаваторами значения kн несколько меньше и более близки к ковшам драглайна, а значения kр выше, так как при разработке породы ковши многоковшовых экскаваторов срезают более тонкую стружку. 39 Таблица 21 Вместимость и основные размеры ковшей одноковшовых экскаваторов Наименование ковшей 1 Прямая лопата с зубьями Прямая лопата с полукруглой режущей кромкой Обратная лопата с зубьями Обратная лопата с полукруглой режущей кромкой Драглайн с зубьями Драглайн с полукруглой режущей кромкой Вместимость ковша с учетом коэффициента закруглении, м 2 Внутренние размеры ковша, м ширина В высота Н длина L 3 4 5 К = 0,9 BHL В = 1,2 3 V H =3 V L = 0,92 3 V V = 0,75 BHL 3 В = 1,2 V 3 H= V 3 L = 1,1 V V = 0,69 BHL В = 1,2 3 V H = 0,9 3 V L = 1,35 3 V V = 0,69 BHL В = 1,1 3 V H = 0,885 3 V L = 1,27 3 V V = 0,86 BHL В = 1,2 3 V H = 0,75 3 V L = 1,3 3 V V = 0,76 BHL В = 1,1 3 V H = 0,8 3 V L = 1,5 3 V 2.2. Задачи и примеры Задача 31. Рассчитать длину стрелы одноковшового экскаватора Э-652Б, оборудованного прямей механической лопатой. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формуле (28), учитывающей опрокидывающий момент, возникающий при копании. Так как экскаватор Э-652Б относится к универсальным, то принимаем коэффициент k = 2,0. По табл. 13 находим массу экскаватора m = 21,2 т. Подставив значения величин в формулу, получим lс = 2,0 3 21,2 = 2,0 2,77 = 5,54 м. Задача 32. Рассчитать длину стрелы экскаватора Э-1252Б, оборудованного прямой механической лопатой. 40 5 6 7 8 Э-1252БС Э-250 Экскаватор ЭО-5112А 4 ЭО-3111В 3 ЭО-6121 2 ЭО-3322А 1 ЭО-2621А Варианты ЭО-4121 Примеры 32.1. Рассчитать длину стрелы экскаватора, оборудованного прямой механической лопаткой для следующих вариантов: k 1,95 2,1 2,05 1,9 2,0 Задача 33. Зная, что длина стрелы одноковшового экскаватора lс = 6,8 м, рассчитать его массу и определить марку. Р е ш е н и е . По формуле (28) m = lс /k3 = 6,83/23=39,3 т, что примерно соответствует марке экскаватора Э-1252БС с ковшом вместимостью 1,25 м3. Задача 34. По длине стрелы универсального одноковшового экскаватора, составляющей 6,2 м, рассчитать его массу и определить марку. Задача 35. Рассчитать теоретическую производительность одноковшового экскаватора Э-652Б. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формулам (29) и (30): По = 60 no; no = 60/tц.т, откуда По = 3600V/tц.т, (52) 3 где По – теоретическая производительность экскаватора, м /ч; no –число циклов о минуту. По табл. 13 V = 0,65 м3; V = 0,8 м3; tц.т.= 15 с. Подставив значения величин в формулу (52), получим По = 36000,65/15= 156 м3/ч. Для разработки грунта II–III категорий применяют ковш вместимостью V" = 0,8 м3, для которого теоретическая производительность По = 36000,8/15= 192 м3/ч. 41 Задача 36. Экскаватор Э-1252БС используют для разработки горных пород IV .категории. Рассчитать теоретическую производительность экскаватора. Задача 37. По условию задачи 35 рассчитать, на сколько процентов возрастет теоретическая производительность экскаватора в случае применения ковша большей вместимости. Решение. n = [(П"o – По) / По]100% = [(192–156)/156]100% = 23%. Задача 38. Рассчитать, на сколько процентов возрастет теоретическая производительность одноковшового экскаватора ЭО5122 в случае применения ковша большей вместимости. Задача 39. В карьере на разработке и погрузке в транспорт горной породы типа тяжелого суглинка используют экскаватор марки ЭО-4121 с оборудованием прямой лопаты. По условиям работы угол поворота платформы равен 135°. Рассчитать производительность экскаватора. Р е ш е н и е . Если не упоминают вид производительности (теоретическая, техническая, эксплуатационная), то подразумевают эксплуатационную производительность (м3/ч) которую находят по формуле (31). По табл. 13 геометрическая вместимость ковша V= 1,0 м3, так как разрабатываемая горная порода относится к III категории (см. табл. 4). Принимаем среднее значение для коэффициента разрыхления горной породы kр=1,22 (см. табл. 4), среднее значение для коэффициента использования kи = 0,75 [см. формулу (31)] и для коэффициента наполнения ковша kн =1,26 (табл. 17). По табл. 19 число рабочих циклов n = 2,73 мин-1; П = 601,02,731,260,75/1,22 = 127 м3/ч. Задача 40. По условиям задачи 39 рассчитать производительность экскаватора Э-1252БС с оборудованием драглайна при работе в отвал с поворотом платформы на 180°. Примеры 39А. По условиям задачи 39 рассчитать произво42 дительность экскаватора для следующих вариантов: 90 1) 135 1) 180 2) 90 2) 135 2) kр 1,24 1,22 1,25 1,23 8 Э-652Б Угол поворота платформы, град Тип ковша* 7 30-3111В Экскаватор 6 Э-250 5 ЭО-5112А 4 Э-652Б 3 Э-1252БС 2 Э0-51 11АС 1 ЭО-3111В Варианты *I) прямая лопата при погрузке на транспорт; 2) драглайн при работе в отвал. kн 1,18 5 6 7 8 ЭО-3111В Э-652Б Э-250 4 Э-250 Угол поворота платформы, град 135 Тип ковша* 2) 3 ЭО-5112А Экскаватор 2 Э-652Б 1 Э-1252БС Варианты ЭО-5111АС Примеры 39.2. Рассчитать производительность экскаваторов для следующих вариантов: 90 2) 135 1) 180 1) 90 1) 1,15 1,13 1,16 *1) прямая лопата при работе в отвал; 2) драглайн при погрузке в транспорт. kн =0,79. Грунт – легкий суглинок. Задача 41. Погрузку на транспорт предварительно хорошо взорванной скальной породы в карьере выполняют экскаватором ЭКГ-8И. Рассчитать его производительность, если по условиям работы поворот платформы на разгрузку составляет 90°. Р е ш е н и е . Так как нет непосредственных данных о количестве циклов, выполняемых экскаватором в одну минуту, это количество вычисляют по формуле (32) и подставляют в формулу (31) или рассчитывают производительность (м3/ч) по формуле (33); V = 8 м3 (см. табл. 14); tц=26 с, так как условия задачи отвечают условиям табл. 14, определяющим продолжительность цикла; kн = 0,985 – среднее Значение коэффициента наполнения ковша по. табл. 17 (рабочее оборудование экскаватора – прямая механическая лопата); kи = 0,75 – среднее значение коэффициента 43 использования; kр = 1,48 – среднее значение коэффициента разрыхления горной породы (см. табл. 4).| П = 360080,9850,75/(261,48) = 553 м3/ч. Задача 42. Рассчитать производительность экскаватора ЭВГ-15, разрабатывающего горную породу III категории (типа тяжелого суглинка) при повороте платформы на 90°. 5 6 7 8 ЭКГ-20 ЭКГ-12 ЭКГ-12,5 4 ЭКГ-6,3УС 3 ЭКГ-4У kн kр 2 ЭВГ-15 Экскаватор 1 ЭКГ-4,6Б Варианты ЭВГ-35.65М Примеры 42.1. Рассчитать производительность экскаваторов, разрабатывающих горную породу IV категории (типа жирной тяжелой глины), если погрузка в транспорт происходит при повороте платформы на 90°. 1,07 1,05 1,02 1,09 1,04 1,29 1,26 1,25 1,28 Задача 43. Вскрышные породы II категории (типа супеска и мелкого гравия) разрабатывают одноковшовым шагающим драглайном ЭШ-15.90А с укладкой породы в отвал при повороте платформы на 135°. Рассчитать производительность экскаватора. Р е ш е н и е . Производительность (м3/ч) рассчитываем по формуле (33). V = 20 м3 – принят больший ковш, так как разрабатываются сравнительно легкие горные породы (см. табл. 15); tц = 63 с – условия отвечают длительности цикла, приведенного в табл. 15; kн =1,15 – среднее значение для драглайна (см. табл. 17); kи = 0,75 – среднее значение по данным формулы (31); kр =1,16 – среднее значение для пород II категории (см. табл. 4). Тогда П = 3600201,150,75/(631,16) = 850 м3/ч. Задача 44. Рассчитать производительность одноковшового экскаватора (шагающего драглайна) с вместимостью ковша V=:10 м3, разрабатывающего грунт III категории типа глины средней плотности при работе в отвал с поворотом платформы на 135°, если значения коэффициентов приняты средние. 44 Задача 45. По условиям задачи 44 рассчитать производительность экскаватора с вместимостью ковша V = 80 м3, если значения коэффициентов приняты предельные в сторону понижения производительности (П1) и в сторону повышения производительности (П2). Определить приращение производительности абсолютное (П = П2–П1) и относительное n = (П /П1) 100%, зависящее от разброса значений коэффициентов, и проанализировать результаты вычислений. Задача 46. Рассчитать основные размеры ковша прямой лопаты с полукруглой режущей кромкой экскаватора Э-652Б. Р е ш е н и е . По табл. 13 находим геометрическую вместимость ковша V = 0,8 м3 (для более тяжелых условий работы применяют ковш меньшего объема, снабженный зубьями). По табл. 21 коэффициент формы днища и закругления стенок ковша c = 0,75; B = 1,2 3 V = 1,2 3 0,8 = 1,20,928=1,11 м; H= 3 V = 3 0,8 = 0,928 м; L = 1,1 3 V = 1,1 3 0,8 = 1,10,928 =1,02 м. Выполняем проверочный расчет по формуле (34): V = c B H L = 0,751,110,9281,02 = 0,787 м3. Погрешность результата не превышает значения погрешности коэффициентов. Задача 47. Рассчитать основные размеры ковша драглайна с зубьями экскаватора ЭШ-25.100Б. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 Экскаваторы ЭО-3111В Э-1252БС ЭО-5111АС Э-652Б ЭО-5112А Э-250 ЭО-3322А ЭО-2621А Примеры 47.1. Рассчитать основные размеры ковша одноковшовых экскаваторов. Тип ковша* 1) 2) 3) 4) 5) * 1) драглайн с полукруглой режущей кройкой; 2) прямая лопата с зубьями; 3) обратная лопата с полукруглой режущей кройкой; 4) обратная лопата с зубьями; 5) драглайн с зубьями. 45 Примеры 47.2. Рассчитать основные размеры ковша одноковшовых экскаваторов. ЭВГ -15 ЭКГ -12,5 ЭВГ35.65М ЭКГ -20 ЭШ40.85 ЭШ13.50 ЭШ15.90А ЭШ25.100Б 8 ЭКГ -8И 7 ЭШ10.75 6 ЭКГ6,3УС 5 ЭШ80.100 4 ЭКГ -4У 3 ЭШ -6.45 2 ЭКГ -4,6Б 1 ЭШ-1 00.100 Варианты 1) * 3) * * 2) 3) 1) 4) 2) 4) 1) 3) Экскаватор Тип ковша * 1) прямая лопата; 2) драглайн. ** 3) кромка с зубьями; 4) полукруглая режущая кромка. Задача 48. Рассчитать продолжительность цикла модели одноковшового экскаватора с прямой лопатой, если nдв = 24 с-1; uред = 1; Dб = 0,06 м; lк = 0,37 м; = 90°; время выгрузки tв = 1 с, а число зубьев приведено на кинематической схеме (см. рис. 7). Решение. Расчет выполняем по формулам (35)...(43). Подставив значения величин в формулы, получим: nв =24262425/(11362434) = 3,37 с-1; nпл = 3,37/(127/10+1) = 0,25 с-1; tпл =1/0,25 = 4 с; tп = tи = 904/350=1 с; nб = 242635/(1136123) = 1,31 с-1; б = 3,140,061,31 = 0,247 м/с; к = 0,247/2 = 0,123 м/с; tк = 0,37/0,123 = 3 с; tц = 3 + 1 + 1 + 1 = 6 с. Примеры 48.1. По условию задачи 48 рассчитать продолжительность цикла модели одноковшового экскаватора для следующих вариантов величин: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 uред 3,11 2,7 8,23 2,9 10,35 5,17 15,8 4,63 Dб, м 0,065 0,070 0,085- 0,09 0,055 lк , м 0,86 0,43 0,54 0,67 46 Задача 49. Рассчитать площадь опорной поверхности ходового оборудования экскаватора Э-652. Р е ш е н и е . По табл. 13 масса экскаватора m = 21,2 т, а удельное давление на грунт р = 6,5104 Па. Сила тяжести G= mg 10 m = 1021,2 = 212 кН = 212000 Н. F = G/p =212000/(1046,5) = 3,26 м2. Задача 50. Рассчитать площадь опорной поверхности ходового оборудования экскаватора ЭВГ-35.65М. Примеры 50.1. Рассчитать площадь опорной поверхности ходового оборудования экскаватора. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 табл. 13 табл. 14 табл. 15' 2 1 7 4 2 6 6 4 5 7 5 4 8 6 3 9 7 2 10 8 1 11 9 7 Номера таблиц 13 14 15 14 13 Номера колонок: Задача 51. Рассчитать угол отклонения результирующей скорости ковшей к от направления скорости ковшовой цепи ц многоковшого экскаватора поперечного копания ЭМ-302. Р е ш е н и е . По табл. 16 находим значения скорости ковшовой цепи ц = 0,5 м/с и скорости экскаватора э = 3/60 = 0,05 м/с и подставляем их в формулу (44): tg1 = э /ц =0,05/0,5 = 0,l; 1 = 5о43'. Задача 52. Рассчитать угол отклонения результирующей скорости ковшей к от направления скорости ковшовой цепи многоковшового экскаватора поперечного копания ЭМ-503. Задача 53. Рассчитать ширину b режущей кромки ковша многоковшового экскаватора ЭМ-182, участвующую в резании 47 грунта. Р е ш е н и е . По формуле (46) или (47) находим ширину. По табл. 16 э = 3/60 = 0,05 м/с; ц = 0,3 м/с; t= 1 м, тогда b = 0,051/0,3 = 0,167 м. Задача 54. Рассчитать ширину b режущей кромки ковша экскаватора ЭМ-503, участвующую в резании грунта. Р е ш е н и е . По табл. 16 э = 9,13/60 = 0,152 м/с; ц = 0,68 м/с и число ковшей, опоражниваемых в 1 мин, n = 35,7, из формулы (49) шаг t = 60 ц /n. Тогда из формулы (46) b = э 60 ц /(цn) = 60э /n = 600,152/35,7 = 0,256 м. Задача 55. Разработку горной породы типа мягкой жирной глины ведут многоковшовым экскаватором ЭМ-302. Рассчитать производительность экскаватора. Р е ш е н и е . Производительность экскаватора определяем по формуле (48). kи = 0,8 – среднее значение по формуле (48); kэ = 0,72 по табл. 20, принятое для III категории грунта согласно условию задачи; n = 30 мин-1 по табл. 16 для экскаватора ЭМ-302; V = 0,03 м3 по табл. 16, по которой V = 30 дм3. П = 60 0,03 30 0,72 0,8 = 31,1 м3/ч. Задача 56. Рассчитать производительность многоковшового экскаватора ЭМ-302 в случае разработки грунта I категории трудности и наибольшем коэффициенте использования. Определить, на сколько возрастет производительность по сравнению с производительностью, полученной в задаче 55. Задача 57. Рассчитать производительность многоковшового экскаватора, имеющего скорость ковшовой цепи ц = 0,3 м/с, вместимость ковшей V =18 дм3 и разрабатывающего грунт, характеризуемый коэффициентами kн = 0,98; kp = l,19; kт = 0,93. Р е ш е н и е . Производительность определяем по формуле (50). kи = 0,8 – среднее значение по формуле (48); по табл. 16 для экскаватора ЭМ-182 t= 1 м. Подставив значения в формулу (48), получим П = 3600 0,018 0,3 0,98 0193 0,8/(1 1,19)= 11,8 м3/ч. 48 Примеры 57.1. Рассчитать производительность многоковшовых экскаваторов для следующих вариантов значений величин: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 kр 1,25 1,15 1,3 1.2 1,14 1,26 1,21 1,29 Экскаватор (марка) * 1) 2) 3) 4) 5) kи 0,85 0,89 0,82 0,78 1) ЭМ-503; 2) ЭМ-201А; 3) «Красный металлист»; 4) ЭМ-182; 5) ЭМ-302. Kи и kт – по табл. 20 в соответствии со значением kр. Задача 58. По результатам задачи 57 рассчитать удельную производительность экскаватора ЭМ-182, приходящуюся на единицу его массы, П1, [м3/(чт)]. Р е ш е н и е . П1 = П/G. По табл. 16 G = 8,l т, а по результату задачи 57,77= 11,8 м3/ч. Тогда П1 =11,8/8,1 = 1,46 м3/(чт). Примеры 58.1. По результатам примера 57.1 рассчитать удельную производительность экскаваторов, приходящуюся на единицу их массы. Задача 59. Многоковшовым экскаватором ЭМ-201А разрабатывают влажный песок средней крупности. Рассчитать максимальную высоту и глубину забоя. Р е ш е н и е . Максимальная высота и глубина забоя при разработке его многоковшовым экскаватором зависит от эффективной длины ковшовой рамы Lэф и угла естественного откоса разрабатываемого грунта (рис. 9). Эффективная длина ковшовой рамы представляет собой часть длины ковшовой рамы вместе с вытянутыми по одной прямой планирующими звеньями, двигаясь по которой ковши разрабатывают грунт; Lэф = (0,85…0,95) L. Из схемы (рис. 9) при H1 и Lэф (м) H1 = Lэф sin 1; Lэф = H /sin . Для максимальной высоты и глубины откоса (для экскаваторов всех марок) по табл. 16 = 45°; для экскаватора ЭМ-201А по табл. 16 H = 6 м; по табл. 18 угол естественного откоса разрабатываемого грунта 1 = 35°. 49 Lэф = 6/sin 45° = 6/0,707 = 8,5 м. H = 8,5sin35° = 8,50,574 = 4,88 м. Рис. 9. Схема к задаче 59 Примеры 59.1. Рассчитать максимальную высоту и глубину забоя, разрабатываемого многоковшовым экскаватором, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 , град 27 50 15 32 25 20 35 30 Экскаватор (марка) * 1) 2) 3) 4) 5) 1) ЭМ-201A; 2) «Красный металлист»; 3) ЭМ-182; 4) ЭМ-302; 5) ЭМ-503. Задача 60. По условию задачи 59 рассчитать величину заложения откоса В1. Р е ш е н и е . По табл. 18 для угла естественного откоса = 35° отношение высоты уступа к заложению H1 / В1 = 1/1,43, откуда В1 = 1,43 H1 = 1,434,88 = 6,97 м, или В1 = H1 / tg35° = 4,88/0,70 = 6,97 м. Примеры 60.1. По результатам примера 59.1 рассчитать величину заложения откоса. 50 3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ КАРЬЕРНЫХ РАБОТ 3.1. Элементы теории и расчетные формулы Для гидромеханизации карьерных работ применяют гидромониторы, насосы, землесосы, передвижные землесосные установки и плавучие землесосные снаряды. 1. Гидромониторы. Они служат для получения плотной, быстролетящей струи воды и управления струей в процессе размыва ею горной породы в забое. Эффективность работы гидромонитора зависит от расхода воды, который он может обеспечить (табл. 22), напора воды, создаваемого насосом, потери напора в гидромониторе, расстояния от гидромонитора до забоя и физических свойств грунта, разрабатываемого гидромонитором (табл. 23). Таблица 22 Техническая характеристика гидромониторов ГМН-250Ц ГМДУЭГ-250 ГУЦ-6 ГМСД-300 Диаметр входного отверстия, мм Наибольшее рабочее давление, 104 Па Диаметр сменных насадок, мм Угол поворота ствола, град: в горизонтальной плоскости вверх вниз Масса, кг ГДЦ-3 1 ГМДЦ-2 Показатели РГМ-1М Марка гидромонитора 2 3 4 5 6 7 8 85 100 100 250 250 250 300 300… 600 17… 25 150 160 120 160 17… 25 600… 800 15… 22 65… 105 75… 125 51… 100 90… 140 360 130 120 360 360 360 280 90 30 255 45 15 146 90 30 320 27 27 187 30 30 1080 35 30 243 35 15 7630 300 51 Продолжение табл. 22 1 2 3 4 Управление Ручное Назначение Для подземной гидродобычи 5 6 Гидравлическое Ручное дистанционное 7 8 Электрогидравлическое дистанционное Для открытых работ Таблица 23 Расход воды для размыва различных грунтов Плотность , кг/м3 Необходимый напор H, 104 Па Расход воды на размыв и транспортирование 1 м3 грунта, м3 мелкозернистые рыхлые 1500 20...30 3...5 среднезернистые рыхлые 1500 30...40 4...6 крупнозернистые смежавшиеся 1650 30...40 5...8 Супеси 1600 40...60 5...7 Лёсс рыхлый 1600 40...50 5...6 легкие 1600 50...60 6...7 средние 1680 50...70 7...8 тяжелые 1750 60...80 8...10 мелкий неслежавшийся 1700 30...40 8...10 слежавшийся 1750 60...80 9...11 крупный слежавшийся 1800 90...120 10...15 легкие (гравия 4...8%) 1700 50…60 8…12 тяжелые (гравия 4...8%) 1800 50…60 9…12 с содержанием песка 15...20% 1700 60…80 9…11 жирная 1800 90…160 10…20 Супеси с содержанием гравия 4... 8% 1700 50…60 10…12 Суглинки и супеси с содержанием гравия 10...12% 1900 80…100 10…15 Типы грунтов Пески: Суглинки: Гравий: Суглинки: Глина: П р и м е ч а н и я : 1. Расход воды принят для высоты забоя 5...8 м. При высоте меньше 5 м расход воды повышается на 10%. При высоте забоя 10 м расход воды снижается для глинистых и суглинистых грунтов: на 20%, при высоте 20 м – на 30%. 2. Таблица составлена для насадок диаметром 90...100 мм; при больших диаметрах насадок необходимый напор и расход воды снижаются, а при меньших диаметрах – повышаются на 10...15%. 52 Расход воды – водопроизводителыности (м3/с) через насадок гидромонитора Q = F , (53) где – коэффициент сжатия струи (1); F – площадь поперечного сечения выходного отверстия насадка, м2, F = d2/4; d – диаметр выходного отверстия насадка, м; – скорость струи, м/с; (54) = 10-2 2 gH , (55) где – коэффициент скорости, зависящий от формы и качества обработки канала насадка ( = 0,94); размерность коэффициента скорости дополняет размерности остальных величин так, что в правой части уравнения (55) получают размерность скорости – м/с; g –ускорение силы тяжести (g = 9,81 м/с2); Н – рабочий напор у насадка гидромонитора, Па*. Подставив значения величин в формулу (53), получим расход воды (м3/с). Q = 3,28 10-2d2 H . (56) Потери напора (Па) в гидромониторах зависят от их конструкции и без учета; потерь в насадке составляют kп = k 104 Q2, (57) где k – коэффициент (для гидромонитора ГМН-250С k = 80); Q – расход воды через насадок гидромонитора, м3/с. Наибольшее расстояние Lmax от гидромонитора до забоя зависит от свойств грунта и напора Н. Для песчаных грунтов и легких суглинков: Н, 104 Па Lmax , м 30 14 50 24 80 34 100 120 150 38 41 44 Для глинистых грунтов это расстояние уменьшают на 20...30%. * Напор H (м вод. ст.) представляет собой удельное давление. Так как 10 м вод. ст. =1 кгс/см2 =9,81 Н/см2, то напор, равный 1 м вод. ст. примерно равен (численно) удельному давлению в ???????? 53 Наименьшее расстояние (м) от гидромониторщика до забоя определяют из условий безопасной работы Lmin = k h, (58) где k – коэффициент, зависящий от свойств грунта (для глины k = 1; для песчаных грунтов – 0,8; суглинков – 0,6; для лёсса – 1,2); h – высота забоя, м. Количество электроэнергии (кВтч), расходуемой насосами на размыв 1 м3 грунта, без учета гидротранспортирования определяют по формуле E=0,006q (h1+ h2 + h3 + h4) 10-4, (59) 3 3 где q – расход воды на 1 м грунта (табл. 23), м ; h1 – напор воды у насадка гидромонитора, Па; h2 – потери напора, вызванные разностью (м) отметок насадка гидромонитора и уровня водозабора, Па; h3 – потери напора в гидромониторе, определяемые по формуле (57), Па; h4 – потери напора в водоводе, Па. 2. Насосы и землесосы. Уклон, необходимый для стока пульпы, составляет для глинистых грунтов 2%, для мелкого песка – 4...5%, для крупнозернистого песка и гравия в зависимости от крупности фракции – 5... 10%. Под уклон пульпа стекает от забоя в приямок (зумпф), откуда выкачивается землесосами и по напорным пульповодам подается к месту укладки. Расход электроэнергии на привод землесосов зависит от высоты подъема и дальности транспортирования пульпы (табл. 24). Мощность насоса землесоса, (кВт) N = QgHk1000/(10003600)104 = = QHk /(367)104, (60) 54 Таблица 24 Расход электроэнергии на гидравлическое транспортирование 1 м3 глинистых материалов и мелкозернистых песков при производительности 50...300 м3/ч, кВтч Высота подъема, м 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,5 2,2 2,8 3,4 4,0 4,6 5,2 5,8 6,4 7,0 7,6 8,2 Дальность перемещения грунта, км 1,0 1,5 2,0 2,5 3,7 5,2 6,7 8,2 4,3 5,8 7,3 8,8 4,9 6,4 7,9 9,4 5,57,0 8,5 10,0 6,1 7,6 9,1 10,6 6,7 8,2 9,7 11,2 7,3 8,8' 10,3 11,8 7,9 9,4 10,9 12,4 8,5 10,0 11,5 13,0 9,1 10,6 12,1 13,6 9,7 11,2 12,7 14,2 3,0 9,7 10,3 10,9 11,5 12,1 12,7 13,3 13,9 14,5 15,1 15,7 где Q – производительность насоса, м3/ч; – плотность перекачиваемой жидкости, т/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2; H – полный напор, развиваемый при производительности Q, Па; k – переводной коэффициент, примерно равный 1 с размерностью, дополняющей размерность остальных величин до кВт; – КПД насоса или землесоса, принимаемый по его характеристике или приближенно равный: 0,65 – для землесосов; 0,7 – для мелких насосов (Q до 300 м3/ч); 0,8 – для средних насосов (Q до 1000 м3/ч); 0,9 – для крупных насосов (Q более 1000 м3/ч). Плотность пульпы (кг/м3) = (с.г + n в)/(1 + n ), (61) 3 где с.г – плотность сухого грунта, кг/м ; в – плотность воды, кг/м3; n – количество частей чистой воды, приходящееся на одну часть грунта. При выборе электродвигателя расчетную мощность увели55 чивают для мелких насосов на 25%, для средних и крупных – на 10%. Землесосные установки, предназначенные для гидротранспортирования, а также землесосные снаряды оснащают насосами и землесосами, от мощности которых и зависят технические характеристики установок и землесосных снарядов (табл. 25...27). Таблица 25 Техническая характеристика центробежных насосов 2К-6А 3К-6А 4К-8 4НДв 6НДв 12НДс 14НДс 22НДс Марка насоса Производительность, м3/ч 20 40 75 150 325 1260 1620 3600 Напор, 104 Па 25 41,5 59 104 49 64 90 52 Высота всасывания, 10 Па 7,2 7,1 5,3 3,3 5,0 3,6 2,0 4,4 КПД, % 65,5 62 65,5 68 76 88 89 92 Мощность двигателя, кВт 2,8 10,0 28,0 75,0 75,0 250 500 630 Масса, кг 288 375 388 507 300 1180 1592 5550 Показатели 4 Таблица 26 Техническая характеристика землесосов 8НЗУ 3ГМ-1М 12НЗУ 20Р-11 200 540 850 1500 2200 3600 Напор, 104 Па 40 84 28 37 54 45 70 88 Высота всасывания, 104 Па 3 3,5 6,8 6 5,9 5 4,8 5 КПД, % 64 58 ;60 66 72 68 68 72 Мощность двигателя, кВт 55 250 ПО 320 500 800 2437 4400 Масса, кг 340 1430 2790 3825 5900 9250 21 00 26 500 56 1000-80 8ШНВ Производительность по пульпе, м3/ч Показатели 500-60 ШН2-200 Марка землесоса 5600 11500 Таблица 27 Характеристика разработки грунтов землесосными снарядами Наименование грунта Категория грунта Расход элекОбъемная Объемная троэнергии на плотность, консистенция 1 м3 грунта, 3 кг/м пульпы кВтч Пески: мелкие и средние рыхлые 1500 1:6 0,35 I крупные слежавшиеся 1650 1:7 0,45 супеси и слежавшиеся 1600 1:8 0,50 мелкие пески Лёсс рыхлый 1600 1:8 0,50 Суглинки: II легкие и средние 1650 1:12 0,65 тяжелые 1750 1:15...1:20 1,0...1,2 Гравий мелкий неслежавIII 1700 1:10 0,65 шийся Супеси и суглинки легкие с 1700 1:12...1:16 0,7...1,0 содержанием гравия до 8% П р и м е ч а н и е . При наличии валунов расход энергии повышается на 40%. 3.2. Задачи и примеры Задача 61. В карьере для разработки горной породы типа легкого суглинка применили гидромонитор ГМДУЭГ-250. Рассчитать расход воды для наименьшего насадка, если рабочее давление у насадка гидромонитора m = 80% от наибольшего паспортного. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формуле (56), полученной преобразованием формул (53), (54) и (55). При значениях коэффициента сжатия = 1 и коэффициента скорости = 0,94 расход воды (м3/с) составит Q = 3,2810-2d2 H ; H= 0,8Hmax Па, 4 где Hmax = 16010 Па – наибольшее рабочее давление (табл. 22); d = 0,075 м – наименьший диаметр насадка (табл. 22). H = 0,8160104= 128104 Па; Q = 3,2810-20,075 d2 128 104 =3,280,0056211,3 = 0,208 м3/с Пример 61.1. По условиям задачи 61 рассчитать расход воды 57 через насадок гидромонитора, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 Гидромонитор (марка) * 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 2) m, % 67 84 73 69 77 Насадок Больший Меньший Больший Меньший * Порядковые номера колонок по табл. 22. Задача 62. По условиям задачи 61 рассчитать среднечасовую производительность (м3/ч) гидромонитора по грунту, если коэффициент использования установки kи = 0,8, а высота забоя равна 7 м. Решение. Qч = 3600 Qc kи /qуд, (62) 3 где Qc – расход воды, м /с; qуд – удельный расход воды на размыв и транспортирование грунта, м3/м3. По задаче 61 Qc = 0,208 м3/с; по табл. 23 для легкого суглинка среднее значение qуд = 6,5 м3/м3 следует увеличить на 10% (см. табл. 23, примечание 2), так как размыв производился при диаметре насадка d = 75 мм. Подставим значения в формулу (62): Qч = 36000,2080,8/(6,51,1) = 83,8 м3/ч. Задача 63. Рассчитать среднечасовую производительность гидромонитора по грунту типа легкого суглинка с включениями 4...8% гравия, если коэффициент использования kи = 0,75 а секундный расход воды Qc = 0,179 м3/с получен при диаметре насадка d = 90 мм. Примеры 63.1. Рассчитать среднечасовую производительность гидромонитора по грунту типа рыхлого лёсса, если коэффициент использования kи = 0,86, а секундный расход воды принят по результатам решения примера 61.1. Удельный расход воды принять с учетом диаметра насадка. 58 Примеры 63.2. Рассчитать среднечасовую производительность гидромонитора по грунту для следующих значений величин и значений удельного расхода воды: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 Qc, м3/с 0,436 0,273 0,302 0,118 0,385 0,464 0,192 0,218 Вид грунта* 1) 2) 3) 4) 5) kи 0,82 0,79 0,84 0,76 * 1) супеси с содержанием гравия 4...8%; 2) гравий крупный слежавшийся; 3) песок мелкозернистый рыхлый; 4) глина жирная; 5) суглинок легкий. Задача 64. Рассчитать, во сколько раз (i) возрастет расход воды у гидромонитора ГДЦ-3 при наибольшем значении рабочего давления, если насадок с наименьшим диаметром dм заменить насадком с наибольшим диаметром dб. Р е ш е н и е . Из формулы (56) следует, что при любом одинаковом значении рабочего давления Н расход воды будет пропорционален квадрату диаметра насадка, т.е. i = Qб/Qм = 3,2810-2 d б2 H /(3,2810-2 d м2 H ) = d б2 / d м2 . (63) По табл. 22. dб = 25 мм; dм =17 мм, следовательно, i = 252/172 = 625/289 = 2,16. Задача 65. По условиям задачи 64 рассчитать увеличение расхода воды для гидромонитора ГУЦ-6. Задача 66. Рассчитать наибольшую скорость струи воды, вылетающей из насадка гидромонитора ГМДЦ-2. Р е ш е н и е . Скорость определяем по формуле (55). Так как нет данных, характеризующих форму и качество обработки канала насадка, от которых зависит коэффициент скорости , принимаем его по данным формулы (55), т.е. = 0,94. По табл. 22 H = 800104 Па. Тогда = 0,9410-2 2 9,81 800 104 = 118 м/с. Задача 67. Рассчитать наибольшую скорость струи воды, вылетающей из насадка гидромонитора ГДЦ-3 59 Примеры 67.1. Рассчитать наибольшую скорость струи воды, вылетающей из насадка гидромонитора, если рабочее давление у насадка гидромонитора составляет m % от наибольшего давления, указанного в технической характеристике. Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 m, % 76 63 89 72 68 81 94 65 Гидромонитор (марка)* 7) 8) 5) 2) 3) 0,92 0,95 0,93 0,94 * Порядковые номера колонок по табл. 22. Задача 68. Рассчитать площади поперечных сечений входного отверстия трубы и выходного отверстия меньшего насадка гидромонитора РГМ-1М. Определить, во сколько раз скорость потока воды в трубе у входного отверстия меньше скорости воды, вылетающей из насадка. Р е ш е н и е . По формуле (54) получим значения площади поперечного сечения для трубы и насадка соответственно: Fт = D2/4 = 3,14852/4 = 5670 мм2, Fн = d2/4 = 3,14172/4 = 227 мм2. По формуле (53) Qт = Fтт, Qн = Fни. Так как в сплошном потоке расход воды в любом сечении одинаков, то Qт = Qн; Fтт = Fни, откуда и /т = Fт / Fн = 5670/227 = 25, т.е. скорость потока воды в трубе у входного отверстия будет в 25 раз меньше скорости струи воды, вылетающей из насадка. Скорости потока в сечениях обратно пропорциональны их площади или квадратам их диаметров: и /т = D2 / d2 = 852/172 = 25. (64) Задача 69. Рассчитать, во сколько раз скорость потока воды у входного отверстия трубы гидромонитора ГМСД-300 будет меньше по сравнению со скоростью струи воды, вылетающей из меньшего насадка. 60 Примеры 69.1. По условию задачи 69 рассчитать изменение скорости потока у гидромониторов, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 Гидромонитор (марка)* 8) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Насадок ** 1) 2) 1) 2) 1) 8 * Порядковые номера, колонок по табл. 22. ** 1) больший; 2) меньший. Задача 70. По условию задачи 66 рассчитать скорость потока воды у входного отверстия трубы гидромонитора ГМДЦ-2. Р е ш е н и е . По данным задачи 66 н = 118 м/с; по табл. 22 d = l5 мм, a D = 100 мм. По формуле (64) т = 118152/1002 = 2,65 м/с.' Примеры 70.1. Рассчитать скорость потока воды у входного отверстия трубы гидромонитора по результатам примеров 67.1. Задача 71. В карьере для разработки песчано-гравийной смеси применили гидромонитор ГМН-250С. Рассчитать потерю напора в гидромониторе, если работу ведут при наименьшем диаметре насадка, а рабочее давление у насадка гидромонитора составляет m от наибольшего паспортного (m = 76%). Р е ш е н и е . Потерю напора в гидромониторе рассчитаем по формулам (57) и (56), где H = 0,01 m Hmах, потери напора hп в Па, а расход воды Q в м3/с, откуда hп = k 104 (3,28 10-2 d2 0,01m H max )2 = = k 104 (3,28210-4-d4 0,01 m Hmах. (65) Hmах = 150104 Па – по табл. 22; d = 0,065 м – по табл. 22; k=80 – по формуле (57). Подставив значения величин формулу (65), получим hп = 801043,28210-40,06540,76150104 =1,77104 Па. Задача 72. По условиям задачи 71 рассчитать потерю напора в гидромониторе ГМН-250С, если работу ведут при наибольшем диаметре насадка. Задача 73. Горную породу типа легкого суглинка разрабатывают гидромонитором ГУЦ-6. Рассчитать максимальное рас61 стояние от гидромонитора до забоя для наибольшего рабочего давления. Р е ш е н и е . По табл. 22 наибольшее рабочее давление для принятой марки гидромонитора составляет 120104 Па. Этому напору соответствует наибольшее расстояние Lmax = 41 м. Задача 74. По условиям задачи 73 рассчитать расстояние Lmax от гидромонитора до забоя, если напор Н составляет 85% от наибольшего рабочего давления Нmax. Примеры 74.1. По условиям задачи 74 рассчитать наибольшее расстояние Lmax от гидромонитора до забоя, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 m, % Гидромонитор (марка) * Вид грунта ** 68 8) 1) 93 2) 2) 76 5) 1) 100 7) 2) 88 6) 72 81 54 * Порядковые номера колонок по табл. 22. **• 1) песчаный; 2) легкий cyглинок. Задача 75. В карьере с высотой забоя 10,5 м разрабатывают породу типа жирной глины гидромонитором ГМСД-300 при наибольшем рабочем давлении и наименьшем диаметре насадка. Рассчитать: а) расход воды; б) среднечасовую производительность гидромонитора по грунту при коэффициенте использования kи = 0,85; в) наименьшее расстояние от гидромониторщика до забоя. Р е ш е н и е . а) по табл. 22 d =0,09 м, H=160104 Па. Тогда по формуле (56) расход воды Q = 3,2810-20,092 160 104 =0,335 м3/с; б) среднечасовую производительность гидромонитора по грунту (м3/ч) определяем по формуле (62), введя в нее поправочный коэффициент kcн = 0,8, учитывающий снижение расхода воды, например, для глинистых и суглинистых грунтов при высоте забоя 10 м и более – на 20% (см. табл. 23, прим. 1): Qч = 3600Qkи/(qуд kcн). (66) 3 Qч = 3600 0,335 0,85/(15 0,8)= 85,4 м /ч; в) наименьшее расстояние (м) от гидромониторщика до за62 боя определяется по формуле (58); k = 1, h = 10,5 м: Lmin= 1110,5= 10,5 м. Задача 76. По условию задачи 75 рассчитать расход воды гидромонитором, его производительность по грунту наименьшее расстояние от гидромониторщика до забоя, если высота забоя 24 м; грунт типа тяжелого суглинка; диаметр насадка – наибольший; а коэффициент использования kи = 0,92. Примеры 76.1. Рассчитать наименьшее расстояние от гидромониторщика до забоя из условий безопасности работы, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 h, м 7,4 17,3 4,6 21,8 6,9 13,1 4,2 23,7 Вид грунта * 1) 2) 3) 4) 2) * 1) песчаный; 2) лёсс; 3) глина; 4) суглинок. Задача 77. Гидромонитором ГМН-250С разрабатывают грунт типа легкого суглинка при высоте забоя 4 м, наименьшем диаметре насадка и рабочем давлении 42,7% от наибольшего. Рассчитать электроэнергию, расходуемую насосами на размыв 1 м3 грунта без учета гидротранспортирования, если уровень водозабора h2 находится ниже отметки насадка гидромонитора на 4,7 м, а потери напора в водоводе h4 = 3,46104 Па. Р е ш е н и е . Расчет количества электроэнергии (кВтч) выполняем по формуле (59). По табл. 23 q = 65 k1 k2 м3/м3; поправка на высоту забоя k1 = 1,1 (см. табл. 23, прим. 1); k2 =1,12 – среднее значение поправки на диаметр насадка (см. табл. 23, прим. 2); h1 = 0,427 Па по условию задачи; Hmax=150104 Па по табл. 22; h2=4,7104 Па по условию задачи; h3= kQ2104 Па по формуле (57); k=80 Па с2/м3 – по данным к формуле (57); Q=3,2810-2 d2 H м3/с по формуле (56); d=0,065 м по табл. 22; H = h1 = 0,427Hmax Па; h4 = 3,46104 Па по условию задачи. H = h1 = 0,427150104 = 64104 Па; Q = 3,2810-20,0652 64 104 =0,111 м3/с; h3 =801040,1112=0,984-104 Па; q = 6,51,11,12 = 8,0 м3/м3; E = 0,0068,0104 (64+4,7+0,984+3,46) 10-4 = 3,51 кВтч/м3. 63 Задача 78. В карьере с высотой забоя 12 м гидромонитором ГМН-250С разрабатывают грунт типа среднего суглинка при наибольшем; диаметре насадка и рабочем давлении, составляющем 60% от наибольшего. Уровень водозабора находится ниже отметки насадка гидромонитора на 8,4 м, а потеря набора в водоводе – 7,66104 Па. Рассчитать количество электроэнергии, расходуемой насосами на размыв 1 м3 грунта без учета гидротранспортирования. Примеры 78.1: По условиям задачи 78 рассчитать количество электроэнергии, расходуемой, насосами на размыв 1 м3 грунта, если Варианты 1 2 3 4 5 6 71 8 т, % 65 83 96 74 68 91 88 76 h2, 104 Па 12" 8,9 10,3 9,7 11,2 h4, 104 Па 5,4 9,2 16,8 7,1 Задача 79. Определить расход электроэнергии на гидрарлическое транспортирование мелкозернистого песка, если высота подъема пульпы 28 м, а дальность транспортирования – 1,7 км. Р е ш е н и е . По табл. 24 находим, что при дальности транспортирования 1,5 км расход электроэнергии при подъеме на 25 м составит 7,0 кВтч/м3, а при подъеме на 30 м – 7,6 кВтч/м3, т.е. при увеличении высоты подъема на 5 м расход возрастает на 0,6 кВтч/м3, а при увеличении на 1 м – возрастает на 0,6 : 5 = 0,12 кВтч/м3. При высоте подъема 28 м и дальности 1,5 км расход E1 = 7,0 +0,123=7,36 кВтч/м3. Увеличение дальности транспортирования на 500 м вызывает повышение расхода на 1,5 кВтч/м3, а для 200 м составит 0,6 кВтч/м3. Таким образом, при h = 28 м и l = 1,7 км получим Е = 7,36 + 0,6 = 3 = 7,96 кВтч/м . Задача 80. Определить расход электроэнергии на гидравлическое транспортирование песчано-глинистой пульпы, если высота подъема пульпы 39 м, а дальность ее транспортирования 2,3 км. 64 Примеры 80.1. Определить расход электроэнергии на гидравлическое транспортирование песчаной пульпы, если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 h, м l, км 17 2,85 43 1,05 51 2,45 22,5 0.G5 38 1,55 46,5 14,5 50 Задача 81. У нижней бровки забоя глинистый грунт, размытый гидромонитором, смешивается с водой, образует пульпу и стекает под уклон в приямок, из которого пульпа выкачивается землесосом и по напорному пульповоду подается к месту укладки. Рассчитать наименьшую разность уровней приямка и бровки забоя, если приямок расположен на расстоянии l = 12,5 м от забоя (считая по горизонтали), а уклон т = 2%. Р е ш е н и е . При уклоне т = 2% наименьшая разность отметок h = 0,01 т l = 0,01212,5 = 0,25 м. Задача 82. По условиям задачи 81 рассчитать наименьшую разность уровнен приямка и бровки забоя, если расстояние l = 28 м, а разрабатывают крупнозернистый тесок, для которого т = 7,5%. Примеры 82.1. Рассчитать наименьшую разность уровней приямка и бровки забоя (h), если Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 l, м 28,4 32,5 11,9 16,3. 18,6 24,2 27,1 14,7 т, % 7,9 4,2 4,9 6,6 9,8. Задача 83. Насосная станция, обеспечивающая подачу воды в гидромонитор, оснащена центробежными насосами марки 6НДв. Определить возможность применения гидромеханизации для разработки мелкого слежавшегося гравия. Р е ш е н и е . По табл. 23 находим, что для разработки гидромониторами грунта указанного типа необходимый напор Н=(60-80)104 Па. По технической характеристике центробежных насосов (см. табл. 25) определяем, что насос марки 6НДв не обеспечит разработку грунта, так как наибольший напор Нmax = 65 49104 Па. Следует применить насос марки 4НДв или 14НДС. Задача 84. Для гидромеханизированной разработки грунта типа легкого суглинка подобрать марку центробежного насоса и рассчитать количество насосов; если часовая производительность карьера должна составить 150 м3 грунта. Задача 85. Рассчитать мощность (кВт) насосной станции, если ее производительность Q = 3250 м3/ч при напоре H = 49104 Па. Р е ш е н и е . Расчет выполняем по формуле (60). в = 1 т/м3 – плотность воды; = 0,76 – по табл. 25 для насоса с аналогичным напором. N=1325049104/(0,76367104) = 571 кВт. Задача 86. Горную породу типа легкого суглинка разрабатывают гидромониторами. Производительность по грунту равна 16.5 м3/ч. Рассчитать мощность землесоса и подобрать его марку, если по условиям гидротранспортирования пульпы необходимый напор H = 52104 Па. Р е ш е н и е . Для гпдротранспортирования грунта типа легкого суглинка объемная консистенция пульпы, т.е. отношение в ней твердого к жидкому, должно равняться отношению 1:12 (табл. 27). Часовой объем пульпы Q = 16513 = 2150 м3/ч. Мощность землесоса (кВт) рассчитываем по формулам (60) и (61). сг = 1,65 т/м3 – плотность легкого суглинка (см. табл. 27); n = 12 – количество частей чистой воды на одну часть грунта (см. табл. 27); в = 1 т/м3 – плотность воды; = 0,72 – КПД землесоса, близкого по требуемому напору (см. табл. 26). Плотность пульпы = (1,65+121)/(1 + 12) = 1,05 т/м3. Мощность землесоса N=1,05215052104/(0,72367104)=444 кВт. По табл. 26 подбираем землесос марки 12НЗУ. Задача 87. В карьере гидромониторами разрабатывают горную породу типа мелкого неслежавшегося гравия в количестве 96 м3/ч. Рассчитать мощность землесосов для гидротранспортирования пульпы, если необходимый напор H = 70104 Па. Выбрать 66 марки землесосов и определить их количество. Примеры 87.1. По условиям задачи 87 решить примеры, если: Варианты 1 2 3 4 5 6 7 8 П по грунту, м3/ч 47 130 78 59 240 84 63 170 Н, 104 Па 68 36 27 41 53 Тип грунта * 1) 2) 3) 4)- * 1) суглинки тяжелые; 2) лёсс рыхлый; 3) пески крупные слежавшиеся; 4) пески средние рыхлые. Задача 88. Используя справочный материал гл. 1 данного пособия, а также соответствующие сведения из [10-12], составить задачу и привести подробное ее решение. Задача 89. По условию задачи 88 и материалу гл. 2 составить задачу и привести подробное решение. Задача 90. По условию задачи 88 и по материалу гл. 3 составить задачу и привести подробное решение. 67 Библиографический список 1. Подэрни Р.Ю. Механическое оборудование карьеров: Учеб. для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2007. – 680 с.: ил. 2. Горные машины для открытых горных работ // Режим доступа: http://kafgmo.narod.ru/otkrgmo.htm 3. Виды и типы горного и транспортного оборудования// Режим доступа: http://poznayka.org/s18318t1.html 4. Белецкий Б.Ф. Машины для земляных работ // Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие (для производственников, студентов строительных вузов, факультетов и техникумов). – Ростов н / Д: Феникс, 2002 – с. 123215. 5. Строительная, дорожная и коммунальная техника отечественного производства: Краткий справочник / Глазов А.А., Маньков Н.А., Понкратов А.В. – М.: ЗАО «Бизнес - Арсенал», 2000.- 816 с.:ил. 6. Константопуло Г.С. Примеры и задачи по механическому оборудованию заводов железобетонных изделий. Учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк. 1986. – 304 с. 68 Учебно-методическое издание Ляшенко Юрий Михайлович ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ КАРЬЕРОВ В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ Методические указания к выполнению домашнего задания по дисциплине «Механическое оборудование карьеров» Отв. за выпуск И.И. Кузнецова, Подписано в печать --.--.2017 г. Формат 60х841/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл.-печ.л. …... Уч.-изд. л. …. Тираж 50 экз. Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова Адрес ун-та: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 Отпечатано в Шахтинском институте (филиале) ЮРГПУ(НПИ) им. М.И. Платова 69
