Выбор, расчет и обоснование буровых и выемочно-погрузочных работ

 

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

 

Длина стрелы:

 

L_с = k_L ∙ = 7,1 ∙ = 49,5 м,                 (42)

 

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

 

Высота пяты стрелы:

 

Н_п.с. = k_L ∙ = 0,2 ∙ = 1,4 м,                 (43)

 

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

 

Максимальная  глубина черпания:

 

Н_к.max = k_L ∙ = 4,6 ∙ = 32 м,                  (44)

 

где  k_L – линейный коэффициент максимальной глубины черпания (табл. 8).

 

Максимальная  высота разгрузки:

 

Н_р.max = k_L ∙ = 2,5 ∙ = 17,4 м,                (45)

 

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

 

Максимальный  радиус черпания:

 

R_ч.max = k_L ∙ = 7,55 ∙ = 52,6 м,                 (46)

 

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

 

Максимальный  радиус разгрузки:

 

R_р.max = k_L ∙ = 7,48 ∙ = 52,1 м,                 (47)

 

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

 

Массу поворотной платформы  с механизмами определяем по формуле:

 

m_п = k_m ∙ m_экс = 0,7 ∙ 338 = 236,6 т,                  (48)

 

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

       m_экс – масса экскаватора, т.

 

Также определяем массу стрелы с блоками:

 

m_с = k_m ∙ m_экс = 0,06 ∙ 338 = 20,3 т,                    (49)

 

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

 

Таблица 9 – Коэффициенты для определения отдельных узлов  экскаватора

Узел экскаватора	Коэффициент массы, km
	Механические лопаты		Шагающие драглайны
	карьерные	вскрышные
Стрела с блоками	0,070–0,060	0,075–0,065	0,07–0,06
Напорный механизм	0,0255–0,028	0,023–0,0145	–
Поворотная платформа  с механизмами	0,51–0,48	0,45–0,43	0,70–0,80

 

Находим линейные размеры ковша драглайна.

 

Ширина ковша:

 

b_к.д. = 1,15 ∙ = 1,15 ∙ = 2,2 м.                (50)

 

Длина ковша:

 

l_к.д. = 1,2 ∙ b_к.д. = 1,2 ∙ 2,2 = 2,6 м.                  (51)

 

Высота ковша:

 

h_к.д. = 0,65 ∙ b_к.д. = 0,65 ∙ 2,2 = 1,4 м.                  (52)

 

Массу ковша определяем по формуле:

 

m_к.д. = 1,1 ∙ с_к.д.1 ∙ (с_к.д.2 + с_к.д.3 ∙ Е_д) ∙ =

         (53)

= 1,1 ∙ 0,7 ∙ (2,4 + 0,12 ∙  6,5) ∙  = 8,5 т,

 

где  с_к.д.1, с_к.д.2, с_к.д.3 – коэффициенты для определения массы ковша экскаватора (табл. 10);

       Е_д – вместимость ковша, м³.

 

Таблица 10 – Коэффициенты для определения массы ковшей экскаваторов

Условия работы	ск.л.	ск.д.1	ск.д.2	ск.д.3
Легкие	0,7–1,2	1,0	1,25	0,13
Средние	0,9–1,7	0,7	2,4	0,12
Тяжелые	1,1–2,1	0,52	3,25	0,08

 

Масса породы в ковше:

 

m_пор = = = 12 т,                  (54)

 

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

       k_р – коэффициент разрыхления породы (табл. 11).

 

Таблица 11 – Расчетные  коэффициенты

Показатели	Категории породы
	I	II		III	IV
Коэффициент пути kпут	2,5–3,0		3,5	4,0	5,5
Коэффициент разрыхления  породы kр	1,1–1,15		1,25	1,3	1,3–1,37
Плотность породы в целике γпор, т/м3	1,5–1,8		1,8–2,5	2,5–3,0	3

 

2.1.2. Определение  нагрузок тягового и подъемного  механизмов драглайна

 

По данным, полученным при  расчете конструктивных параметров драглайна, строим в масштабе схемы  расчетных положений рабочего оборудования. Силы, действующие на тяговый механизм драглайна в процессе черпания, можно  определить по схеме на рис. 1.

 

 

Рисунок 1 – Схемы расположения ковша драглайна для определения усилий

(а – период копания;  б – период поворота груженого  ковша на разгрузку; в –  период поворота порожнего ковша в забой)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Нагрузочные  диаграммы драглайна (а – механизм тяги; б – механизм подъема; в – механизм поворота)

Сопротивление породы копанию:

 

N_1д = = = 74286 Н,           (55)

 

где  Е_д – вместимость ковша драглайна, м³;

       k_вол – отношение объема призмы волочения к вместимости ковша драглайна (для легких пород k_вол = 0,4; для средних пород k_вол = 0,3; k_вол = 0,2);

       – сопротивление породы копанию, Па (табл. 12);

       k_пут – отношение пути наполнения ковша к длине ковша (табл. 11);

       k_р – коэффициент разрыхления (табл. 11).

 

Таблица 12 – Характеристики грунтов, разрабатываемых экскаваторами

Порода	Категории породы	Удельное сопротивление  породы копанию, Па∙
		Лопата	Драглайн
Песок, суглинок легкий	I	0,16–0,69	0,27–1,77
Гравий, глина легкая	II	0,59–1,28	0,98–1,86
Глина средняя, суглинок тяжелый	III	1,08–1,86	1,57–2,55
Глина тяжелая, конгломерат  слабосцементированный	IV	1,96–3,04	3,04–4,02

 

Усилие в тяговом канате определяем по формуле:

 

N_т.д. = N_1д + G_к+п ∙ sinα_от + ρ_тр ∙ G_к+п ∙ cosα_от =

         (56)

= 74286 + 200900 ∙ sin40 + 0,4 ∙ 200900 ∙ cos40 = 264981 Н,

 

где  G_к+п – вес ковша с породой,

 

G_к+п = g ∙ (m_к.д. + m_пор) ∙ 10³ = 9,8 ∙ (8,5 + 12) ∙ 10³ = 200900 Н,             (57)

 

где  g – ускорение свободного падения, м/с;

       m_к.д. – масса ковша, т;

       m_пор – масса породы в ковше, т;

 

       α_от – предельный угол откоса (для легких несвязных пород α_от = 45–50^о; для средних пород α_от = 40^о; для тяжелых пород α_от = 30–35^о);

       ρ_тр – коэффициент трения ковша о породу (ρ = 0,4).

 

Усилие в тяговом канате при повороте платформы драглайна  с груженым ковшом:

 

= 0,5 ∙ G_к+п + N_ц = 0,5 ∙ 200900 + 19900 = 120350 Н,             (58)

где  N_ц – центростремительная сила,

 

N_ц = m_к+п ∙ ∙ R_р.max ∙ 10³ = (8,5 + 12) ∙ 0,1365² ∙ 52,1 ∙ 10³ = 19900 Н,  (59)

 

где  m_к+п – масса ковша с породой, т;

       ω_в.д. – угловая скорость платформы драглайна,

 

ω_в.д. = 0,105 ∙ n_в.д. = 0,105 ∙ 1,3 = 0,1365 рад/с,                (60)

 

где  n_в.д. – частота вращения платформы (табл. 13);

 

       R_р.max – максимальный радиус разгрузки, м.

 

Таблица 13 – Значения скоростей  движения главных механизмов одноковшовых экскаваторов

Экскаватор	Скорость, м/с			Частота вращения платформы  n
	напора	подъема	тяги
Карьерные	0,4–0,75	0,65–1,0	–	2,5–3,5
Вскрышные	0,4–0,75	1,0–1,6	–	2,5–3,5
Шагающие драглайны	–	2,0–3,5	1,4–2,6	1,0–1,5

 

При повороте платформы с  порожним ковшом в забой основным усилием в тяговом канате является центростремительная сила, которая удерживает ковш на траектории движения вокруг оси вращения. Ввиду малого ее значения в расчете не учитывают.

Во время копания двигатель  подъемного механизма драглайна  не работает. При отрыве ковша в  конце черпания от забоя, которое  продолжается 2–3 с, усилие в подъемном  канате будет равно:

 

N_п.д. = (1,5–1,7) ∙ G_к+п = 1,6 ∙ 200900 = 321440 Н.                (61)

 

При дальнейшем подъеме ковша  с породой и повороте его к  месту разгрузки усилие в подъемном  канате определяем весом ковша с  породой:

 

= G_к+п = 200900 Н.                   (62)

 

При повороте платформы с  порожним ковшом в забой усилие в подъемном канате определяется по формуле:

 

= G_к = 83300 Н,                    (63)

 

где  G_к – вес порожнего ковша,

 

G_к = g ∙ m_к.д. ∙ 10³ = 9,8 ∙ 8,5 ∙ 10³ = 83300 Н.               (64)

 

2.1.3. Определение  мощностей двигателей главных  механизмов драглайна

 

Мощность двигателя тягового механизма при копании определяем по формуле:

 

Р_т.д. = ∙ 10^-3 = ∙ 10^-3 = 672 кВт,                (65)

 

где  N_т.д. – усилие в тяговом канате при копании, Н;

       υ_т.д. – скорость перемещения тягового каната, м/с (табл. 13);

       η_т.д. – КПД тягового механизма (η_т.д. = 0,8–0,85).

 

При повороте платформы с  груженым ковшом на разгрузку требуется  «травление» каната. При этом работа тягового механизма протекает при повышенных скоростях, превышающих номинальную на 10–20%. Мощность двигателя тягового механизма определяем по формуле:

 

= (1,1–1,2) ∙  ∙ 10^-3 = 1,1 ∙ ∙ 10^-3 = 331 кВт,         (66)

 

где    – усилие в тяговом механизме при повороте платформы на     разгрузку, Н.

 

Мощность двигателя подъемного механизма в момент отрыва ковша  от забоя определяем по формуле:

 

Р_п.д. = ∙ 10^-3 = ∙ 10^-3 = 1085 кВт,              (67)

 

где  N_п.д. – усилие в подъемном канате в момент отрыва ковша от забоя, Н;

       υ_п.д. – скорость перемещения подъемного каната, м/с (табл. 13);

       η_п.д. – КПД подъемного механизма (η_п.д. = 0,8–0,85).

 

Мощность двигателя подъемного механизма при повороте платформы  на разгрузку будет равна:

 

= ∙ 10^-3 = ∙ 10^-3 = 678 кВт,              (68)

 

где – усилие в подъемном механизме при повороте платформы на разгрузку, Н.

Мощность двигателя при  спуске порожнего ковша в забой:

 

= (1,1–1,2) ∙ ∙ 10^-3 = 1,1 ∙ ∙ 10^-3 = 309 кВт,        (69)

 

где    – усилие в подъемном механизме при повороте платформы с порожним ковшом в забое, Н.