Забой экскаватора с прямой лопатой и его парамеры

К забою для экскаватора относят массив разрабатываемого фунта или полезного ископаемого, площадку для установки транспортных средств. Когда разработка ведется в отвал, к забою относят также площадку, на которую выгружают из ковша грунт или полезное ископаемое. Размеры и форма забоя зависят от рабочего оборудования экскаватора, его размеров, вида транспортных средств (если разработку ведут с погрузкой в эти средства), от назначения проводимых работ. Если земляные работы ведут для устройства или образования земляного сооружения (котлована, траншеи, выемки), размеры забоя зависят также от размеров земляного сооружения. Забой должен быть запроектирован так, чтобы создавались условия для наилучшего использования экскаватора, высокой производительности труда и снижения стоимости работ.

Основные технологические параметры забоя экскаваторов, оборудованных прямой лопатой, показаны на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Основные технологические параметры забоя прямой лопаты:

а — для механических экскаваторов; б — действительный профиль забоя прямой лопаты механического экскаватора; в — паспортные параметры забоя прямой лопаты гидравлического экскаватора; - схема забоя прямой лопаты гидравлического экскаватора; I — теоретическая траектория; 2 — действительная траектория Радиус габаритной зоны установки экскаватора R^ обеспечивает равномерную разработку передней и боковых частей откосов разрабатываемого участка грунта:

где - габаритная длина и ширина движителя экскаватора.

Наименьший радиус копания на уровне стоянки.

где - ширина площадки для установки ковша у подошвы откоса.

Для механических экскаваторов ширина площадки, необходимой для установки ковша, зависит как от геометрических размеров ковша, так и от угла наклона стрелы. На экскаваторах с гидравлическим приводом, где ковш может изменять свое положение относительно рукояти, ширина площадки, необходимой для установки ковша, зависит от угла наклона передней стенки ковша к горизонтали.

Наибольший радиус копания на уровне стоянки.

Величина С1 равна пути движения ковша по горизонтали на уровне стоянки экскаватора из положения б в положение в. Положение ковша в точке б определяется углом (рj (рис. 3.23), который, по данным А. С. Реброва, равен 9°. Положение точки в определяется углом (р^, который, как показала практика, составляет 19°. В положении б ковш в начале движения своей задней частью касается угла ходовой тележки. В положении в нижняя часть передней стенки ковша ложится на грунт, и при дальнейшем движении ковша будет происходить смятие грунта передней стенкой ковша. На гидравлических экскаваторах Rj определяется необходимостью получения определенной высоты разработки.

Наибольший радиус копания R^ равен наибольшему горизонтальному расстоянию от оси поворота платформы до режущей части ковша. Для механических экскаваторов с напорным механизмом наибольший радиус копания определяется при горизонтальном положении полностью выдвинутой рукояти и угле наклона стрелы, равном 45°:

где Zq — расстояние от оси поворота платформы до оси пяты стрелы; ;

расстояние вдоль стрелы от оси пяты стрелы до оси напорного вала, L ;

длина рукояти от оси напорного вала до режущих кромок зубьев ковша.

Для гидравлических экскаваторов наибольший радиус копания определяется на высоте пяты стрелы, когда ковш повернут так, что образуется необходимый оптимальный угол копания, рукоять повернута от стрелы с полным использованием хода штока гидроцилиндра, а стрела расположена под углом 20−25° к горизонту.

Передвижкой называется процесс передвижения экскаватора на рабочем месте после выработки определенного объема грунта. Наибольшая длина передвижки, а определяется длиной площадки, перекрываемой ковшом прямой лопаты на уровне стоянки экскаватора, когда ковш из положения 6 (рис. 3.23) перемещается в положение в. Для механических экскаваторов длина передвижки зависит от угла наклона стрелы и угла установки ковша относительно рукояти. На гидравлических экскаваторах с поворотным ковшом движение его по горизонтальной площадке можно осуществлять на большее расстояние, чем на механических экскаваторах.

Высота разработки Н^ (рис. 3.23) определяется параметрами экскаватора, способом его работы и физико-механическими свойствами грунта. Увеличение высоты разработки, как правило, обеспечивает более высокие экономические показатели, однако оптимальная высота разработки регламентируется правилами безопасной работы, предусматривающими выполнение работ без козырька. Разработка горных пород производится с предварительным их рыхлением. При этом высота развала нс должна превышать высоту подъема ковша. Дробленые горные породы, так же как и несвязные песчаные грунты, не образуют козырьков. 11ри разработке связных грунтов образуются козырьки. Поэтому высоту забоя для работы в связных грунтах определяют исходя из следующих соображений.

В технической документации экскаваторов обычно приводят величину наибольшей высоты подъема ковша при движении по траектории: для механических экскаваторов по траектории беге (рис. 3.23, а), для гидравлических экскаваторов — по траектории беке (рис. 3.23, г). Траектория движения ковша механического экскаватора в зоне бег (рис. 3.23, а) обеспечивает выполнение правил безопасной работы. Рекомендуемая высота разработки прямой лопатой механического экскаватора составляет.

=1,2#q, где Я₀ — высота напорного вала. Это выражение может быть записано в виде Н^ = (0,60 —0,65)//_п, где Н_п~ высота наибольшего подъема ковша.

Конфигурация поперечного сечения разработки, как показывает опыт, имеет несколько иной вид, чем представленная на рис. 3.23, а. Нижняя часть откоса более пологая, а верхняя — более крутая. Наибольшая работа механизма напора осуществляется в средней части разработки (рис. 3.23,.

б). Точка К расположена в месте изменения профиля откоса разработки на высоте 0,5Н .

н На рис. 3.23, в показана схема разработки, приводящаяся в технической документации заводов-изготовителей. На этом рисунке показаны траектория б ж — начальная траектория разработки, траектория в} е — конечная траектория разработки, участок б в2 - возможная длина планируемого участка. Такая схема не обеспечивает выполнение работ из-за нависающего козырька. Поэтому работу прямой лопаты гидравлического экскаватора нужно организовать следующим образом. Ковш установить в точку б (рис. 3.23, г), отстоящую от оси вращения экскаватора на расстоянии + Г^>

т. е. наименьшего радиуса копания на уровне стоянки экскаватора, при этом передняя стенка ковша будет наклонена к горизонту на 50°. Размеры планируемого участка определяют следующим образом. Участок б в? делят на два. Получают участок длиной б в — это будет длина планируемой площадки. Конечная траектория движения ковша в к е образуется при движении ковша поворотом стрелы. Точка е лежит на пересечении линии dec траекторией, образованной при наибольшем радиусе копания RТочка е

также определяет высоту разработки. Таким образом, контур грунта, разрабатываемого прямой лопатой гидравлического экскаватора, вписывается в контур б в к е д. При этом обеспечивается необходимая крутизна откоса и достаточный объем грунта для получения необходимой производительности.

Средним углом поворота прямой лопаты на выгрузку ковша в^.

называют угол между центром тяжести элемента грунта, разрабатываемого с одной стоянки экскаватора, и местом разфузки. Средний угол поворота равен в = Ф +(Х₁₉ где (О — угол между центром тяжести элемента и осью хода экскаватора; (Х^ - угол между осью хода экскаватора и местом разгрузки.

Для эффективной работы экскаватора величина усилия на режущей кромке (зубьях) ковша должна быть не менее сопротивления грунта копанию Р = Bilk, где В - ширина ковша; h — толщина срезаемой стружки;

К.

к - удельное сопротивление резанию фунта, кН/м² (для жирной глины — 160, для тяжелой — 250, при копании взорванных скальных пород — 350).

Возможность повысить усилие Р на зубьях ковша позволяет увели;

нить толщину стружки h и тем самым сократить путь ковша при копании грунта и время его загрузки. При работе с рукоятью, выдвинутой на 2/3 ее длины, появляется возможность увеличить усилие резания на 30−40% но сравнению с усилием резания на наибольшем вылете, что позволяет увеличить толщину стружки и уменьшить путь резания грунта. Чем плотнее фунт, тем больше может быть высота копания (табл. 3.7). Минимальная глубина забоя для наполнения ковша грунтом за одно копание зависит от грунта.

Группа грунта I и II III IV.

Минимальная глубина забоя 0,30,50,7.

Таблица 3.7.

Наименьшая высота забоя, обеспечивающая наполнение ковша с «шапкой»

Для ускорения подъема и опускания ковша предельная высота подъема ковша нс должна быть более 1,2Н^. Минимальная высота забоя в связных грунтах определяется высотой резания. В песчаных, гравелистых грунтах и значительно разрыхленной взрывом скале высота забоя зависит от угла естественного откоса грунта и траектории движения ковша (см. ниже).

При недостаточной для наполнения ковша высоте разработки следует уменьшить угол наклона стрелы. Для увеличения наполнения ковша целесообразно также помимо уменьшения угла наклона стрелы изменить на 5- 6° угол наклона ковша, для чего в сочленении ковша с рукоятью предусмотрено соответствующее регулировочное устройство.

Сопоставление возможной высоты разработки прямой лопатой механических и гидравлических экскаваторов показывает, что механическими экскаваторами при принятых параметрах оборудования можно разрабатывать выемки на 30−40% выше, чем гидравлическими. Увеличение высоты разработки прямой лопатой гидравлических экскаваторов может быть достигнуто изменением размеров элементов рабочего оборудования. Так, увеличение длины рукояти на 16−17% позволит в 1,5−1,7 раза увеличить высоту разработки.

В целях снижения энергоемкости копания и значительного увеличения выработки экскаватора применяют ковши без зубьев с полукруглой режущей кромкой (ЦНИИС, проф. Д. И. Федоров). Уширенные боковые стороны ковша позволяют хорошо отрабатывать откосы, что также снижает трудовые затраты на земляные работы. Такие ковши надежны при работе в пластичных грунтах.

Экскаватор с прямой лопатой разрабатывает грунт впереди себя и выше уровня стоянки снизу вверх, а затем по мере разработки на величину принятого хода рукояти вперед перемещается на следующую стоянку. Основные виды проходок и забоев при работе прямой лопатой: лобовая, или тупиковая и боковая (рис. 3.24, а и б).

Рис. 3.24. Проходки экскаватора: а — уширенный лобовой забой; б — боковой забой; в — параметры бокового забоя;

I — центр тяжести забоя; 2 — места стоянок экскаватора; 3 — вешка;

4 — направление движения; 5 — направление рабочего хода экскаватора Боковые проходки широко применяют при разработке выемок и карьеров с погрузкой грунта в транспортные средства, полувыемок на крутых склонах местности, скальных выемок, а также котлованов иод фундаменты зданий, если размеры котлована не 01раничиваются лобовым забоем, лобовые — для первой проходки в выемках и карьерах, при коротких выемках.

При боковых забоях (рис. 3.24, б) экскаватор выгружает грунт в транспортные средства, стоящие сбоку, или реже в отвал, расположенный параллельно ходу экскаватора. Боковые забои могут быть однои двухъярусными в зависимости от глубины котлована и параметров рабочего оборудования экскаватора. Боковой забой по сравнению с лобовым более выгоден: значительно меньше угол поворота экскаватора, удобнее подача и загрузка транспортных средств, возможно сквозное движение автомобилей, благодаря чему увеличивается выработка экскаватора, но уменьшается объем грунта, вынимаемый с одной стоянки, и возрастает число передвижек. У лобового забоя много отрицательного. Автомобили-самосвалы приходится подавать задним ходом. Установка транспортных средств сзади экскаватора значительно увеличивает угол поворота и удлиняет цикл, уменьшает выработку экскаватора. Однако, разрабатывается больший объем грунта с одной стоянки и число передвижек уменьшается. Улучшение схемы разработки лобовым забоем достигается в уширенном забое (рис. 3.24, а).

Размеры забоя определяются рабочими размерами экскаватора. Чтобы нс оставался грунт после передвижки экскаватора, расстояние от оси его поворота до верха бокового откоса должно быть несколько меньшим, чем наибольший радиус резания. При наибольшем радиусе резания и длине рабочей передвижки 1^ этот размер, согласно рис. 3.24, «, должен быть нс ^{более В}я

Графически расстояние от оси поворота экскаватора до верха бокового откоса забоя является катетом прямоугольного треугольника с гипотенузой В и вторым катетом^. Согласно этой же схеме наибольшее рас- ^р 2 стояние до подошвы бокового откоса забоя.

а заложение бокового откоса.

где ?>_ст — радиус резания с уровня стоянки экскаватора.

Наибольшая ширина лобового забоя и равная ей наибольшая ширина заходки экскаватора с прямой лопатой в лобовом забое с перемещением экскаватора по прямой линии определяются как удвоенный размер В^:

Наибольшая ширина лобового забоя на уровне стоянки экскаватора.

Если необходимо увеличить длину рабочей передвижки по сравнению с шириной, определяемой по последним двум формулам, следует переходить на работу в уширенном лобовом забое, в зигзагообразном или поперечном лобовом забое. При чрезмерном удалении внешней кромки бокового забоя грунт для экскаватора становится недоступным, т. е. в процессе работы он отодвигается ковшом в выработанное пространство. Грунт в этой части забоя может быть захвачен ковшом лишь в том случае, если угол поворота экскаватора в сторону выработанного пространства не превышает 30−45°. Поэтому расстояние от оси экскаватора до подошвы откоса со стороны погрузочного пути должно быть не больше (0,5 —0,7)/)_ст.

Размеры левой части такие же, как и у лобового забоя.

Высота забоя при работе прямой лопатой в рыхлых малосвязных и несвязных грунтах, разрыхленных породах и материалах зависит от угла естественного откоса. На рис. 3.25 показана зона движения зуба ковша — это зона ЛБВГ. Установив ковш в положение А и зная допустимый для разрабатываемого грунта угол (р откоса, получим линию первоначального откоса. Приняв величину передвижки С1 —1,0 —1,5 м и проведя через точку Ж линию, параллельную линии откоса АД, получим площадь разработки грунта (в нашем случае при угле откоса (X = 40° и величине передвижки и), определяемую контуром АЖЕД. Высота копания определяется местом пересечения линии ЖЕ с линией ВГ наибольшего радиуса копания. Высота копания является величиной переменной, зависящей от свойств грунта и размерной группы экскаватора.

Рис. 3.25. Определение возможной высоты разработки прямой лопатой гидравлических экскаваторов.