Производительность скрепера и бульдозера

Объем породы в плотном теле q, доставляемой ковшом скрепера или ножом бульдозера к месту разгрузки, и число заездов, совершаемых за смену, определяют сменную производительность скрепера или бульдозера:

где E — геометрическая емкость ковша скрепера или объем вала впереди ножа бульдозера на горизонтальном участке, м3;

р — коэффициент разрыхления породы в ковше;

nн — коэффициент заполнения ковша у места доставки, зависящий от крепости и способа выемки породы.

Вал породы, перемещаемый бульдозером, имеет сложные очертания. С боковых сторон (рис: 11) угол вала 6; 12; 4 соответствует углу естественного откоса разрыхленных пород. При перемещении переувлажненных пород, когда этот угол менее 32°, вершина вала не достигает верхней грани ножа, и вал приобретает очертания, близкие к треугольной пирамиде (рис. 11, а). В этих случаях высоту вала определяют по уравнению

где Д — длина ножа, м;

b — угол естественного откоса разрыхления пород, град;

o = ctg b — коэффициент заложения бокового откоса вала.

Угол б для песчано-глинисто-галечных пород при влажности 12—20% находится в пределах b = 32—40°, а при влажности 30— 35% снижается до b = 7—12°.

В наиболее распространенных условиях угол б больше 32°, поэтому вал имеет высоту, равную высоте ножа, а на уровне верхней его кромки (рис. 11, б) образуется почти горизонтальный гребень U = [7, 8]. Размеры этого гребня определяются уравнением

где В — высота ножа, м;

m — глубина борозды, м.

Вал занимает пространство впереди ножа на расстоянии L, которое зависит от длины ножа и угла откоса в передней части вала.

На горизонтальной поверхности эта величина определяется уравнением

где b1 — средний угол откоса 6, 10, 13 в передней части вала, град;

е, е — опытные коэффициенты; для бульдозеров мощностью 108— 180 л. с. они равны е = 0,6; е = 0,01;

w — коэффициент борозды; в зависимости от глубины он имеет следующие значения: m...0; 0,1 м, 0,2 м; 0,4 м; w...1; 1,02; 1,06; 1,17;

х — степенной показатель; на основании отдельных опытов этот показатель может быть принят равным х = 0,5.

Угол откоса в передней части вала b1 больше угла естественного откоса разрыхленных пород на 3—7°, особенно у самого основания вала. Поэтому в породах нормальной влажности на верху гребень 7, 8 переходит в слабонаклонную площадку 7; 6; 5; 8 с продольной длиной l:

где b1 — ctg b1 — коэффициент заложения переднего откоса вала.

При перемещении вала породы по борозде глубиной т или по полосе с боковыми валиками объем вала возрастает из-за образования призматической его части (рис. 11, в), т. е. величин L и l. Необходимо, чтобы бульдозером можно было перемещать вал не только на горизонтальной поверхности, но и на подъемах. Поэтому возможность перемещения наибольшего его объема E следует проверять по наибольшему тяговому усилию трактора, исходя из силы сцепления гусениц:

где T — тяговое усилив на крюке при движении на первой скорости, или сила сцепления, кгс;

e— коэффициент запаса мощности или сцепления (e = 1,1 /1.2);

у — объемный вес породы в разрыхленном состоянии, кг/м3;

f — коэффициент трения вала породы при перемещении по борозде; для песчано-глинистых пород при влажности не более 20% f = 0,4/0,7; при разжиженных породах коэффициент трения уменьшается;

gт — масса бульдозера, кг; б — угол подъема выезда, град;

ор — удельное сопротивление пород резанию, кгс/см2; для глинистых пород ор = 0,8/2, для песчанистых пород ор = 0,5/0,7;

Д — длина ножа, см; d — толщина подрезаемой стружки, см.

Во время перемещения, когда подрезку стружки прекращают, третий член уравнения в числителе равен нулю.

Объем вала, который может разместиться перед ножом, по теоретическим уравнениям определяется приближенно, так как очертания вала сложные и непрерывно меняются в зависимости от условий выемки и перемещения. Поэтому удобнее этот объем определять, подразделяя его на простейшие геометрические тела.

В общем виде при образовании вала в борозде объем подсчитывается по уравнению И. Шаповаловой:

Первый член уравнения выражает объем задней части вала 1; 14; 7; 5; 9; 15; 3; 4; 5; 6; 12; 2; 1, а второй член — объем передней части 2; 12; 6; 5; 4; 3; 11; 10; 2.

При выводе уравнения принята прямолинейная форма ножа, соответствующая линии 2; 4 (рис. 11, г). При сложной форме ножа следует вносить поправку в объем вала в зависимости от соотношения площадей 1; 2; 3 и 2; 4; 5. Для большинства конструкций с прямыми несферическими ножами эта поправка не превышает точности подсчета объема. Если величина l и U получаются отрицательными, то при расчете их необходимо принимать равными нулю. Если борозда отсутствует, объем вала определяют, принимая т = 0.

Объем перемещаемого вала бульдозером мощностью 100 л. с. при влажности 10—20% составляет: для пород II—III категорий 1,5—1,7 м3 измеренных в целике; IV категории 1—1,3; V категории 0,5—0,6; для взорванных мерзлых пород 1,1-1,2; для переувлажненных с 30—40%-ной влажностью 0,3—0,5 м3. Для более мощных бульдозеров объем вала увеличивается: 130 л. с. — в 1,2 раза; 180 л. с. — в 1,5; 250 л. с. — в 2,4 и 385 л. с. — в 3,3 раза.

Приведенные выше уравнения определяют объем вала, который может разместиться впереди ножа на горизонтальной плоскости. Объем породы, доставляемой к месту разгрузки, зависит не только от объема перемещаемого вала, но и от условий его перемещения, определяемых наклоном поверхности и способом выемки.

При перемещении вала под уклон (рис. 10, в) протяженность вала впереди ножа возрастает, поэтому возможно разместить и перемещать большой объем породы. На подъеме (рис. 10, г), наоборот, протяженность вала и размещаемый в нем объем уменьшаются. Изменение объема вала на наклонном пути происходит постепенно, поэтому на его объем оказывает влияние также и протяженность этого пути.

Способ выемки предопределяют не только условия выемки, но и перемещения вала по поверхности или в борозде. От этого зависят потери породы вследствие отсыпки ее из вала в стороны.

Все эти особенности процесса выемки и доставки пород бульдозером учитываются коэффициентом заполнения ножа nн, который равен отношению доставленного объема вала у места разгрузки к объему вала, набранного в забое:

где nн — коэффициент заполнения ножа у места доставки;

v — коэффициент наклона пути;

lc — среднее расстояние доставки по горизонтам, м;

ly — средняя протяженность наклонного пути по горизонтам, м;

v — опытный коэффициент; для бульдозеров мощностью 100 л. с. v = 0,8;

e — коэффициент перемещения.

Коэффициент наклона пути учитывается влияние подъема или уклона на заполнение ножа валом породы:

где k — коэффициент конструкции ножа;

е — коэффициент направления уклона;

i — наклон или уклон пути; при перемещении вала на подъем принимают знак плюс, а под уклон знак минус; такое же правило знаков принимают и при решении уравнения (8).

Коэффициент направления уклона имеет сложную зависимость. Так, при перемещении на подъем, когда i изменяется от нуля и до 0,05, величина e = 0; при большой величине подъема e = i—0,05 и его величина положительна; при перемещении под уклон е = ui и величина его отрицательна (u — коэффициент мощности, зависящий от мощности бульдозера).

Коэффициент конструкции ножа к учитывает влияние конструктивных данных бульдозера на изменение заполнения ножа валом породы при движении по наклонной поверхности, а р учитывает степень влияния уклона на заполнение вала в зависимости от мощности двигателя. На основании обработки данных наблюдений значения коэффициентов следующие:

Коэффициент перемещения e учитывает влияние расстояния перемещения и способа выемки на потери пород, а следовательно, и на относительный объем пород, доставляемых к месту разгрузки. Для различных способов выемки коэффициент перемещения изменяется в пределах e = 0,4—1.

При подсчете производительности машины необходимо определить ее скорость движения для различных условий пути и длину пути, а также среднюю скорость грузового и порожнякового хода.

Длина пути груженого скрепера в зависимости от расположения отвала торфов относительно забоя

где lн — длина пути наполнения ковша, м;

L — полная длина заезда скрепера, м;

е — коэффициент грузового хода; для скреперов у = 0,4/0,55, для бульдозеров е = 1, т. е. L равна длине грузового хода.

Для расчетов скорости грузового хода vг приравнивают к средневзвешенной в зависимости от отрезков пути и выдерживаемой при этом скорости. Для этого при упрощенных расчетах путь подразделяют на три отрезка с различными скоростями движения и среднюю скорость подсчитывают по уравнению

где l', l'', l''' — соответственно длина пути с легкими условиями, тяжелыми, средними условиями грузового хода, м;

v', v'', v''' — соответственно скорость движения на отрезке с легкими условиями пути, тяжелыми условиями пути; средними условиями пути, м/мин.

Длину порожнего хода скрепера lп определяют как разность

где lp — длина пути разгрузки ковша, м.

Скорость движения порожней машины vп более постоянна и обычно на большей части пути выдерживается близкой к четвертой, а когда дорога очень ровная — к пятой скорости.

В приближенных расчетах длину грузового и порожнякового пути принимают равной половине длины заезда, а протяженность пути заполнения и разгрузки ковша не учитывают. Для бульдозера длина порожнего хода равна длине заезда.

Продолжительность заезда t подсчитывают по уравнению

где t1 — время заполнения ковша скрепера или ножа бульдозера, включая время остановки для переключения на рабочий ход, мин;

t2 — время разгрузки ковша скрепера или время остановки бульдозера для переключения на порожний ход, мин. Число заездов N, которое совершает машина за смену, определяют по уравнению

где T — продолжительность смены, ч;

nи — коэффициент использования времени за рабочую смену. Коэффициент использования времени за рабочую смену в зависимости от технологии работ и организации обслуживания и ремонта машин изменяется от 0,67 до 0,85,

В табл. 8 приведены нормы выработки на вскрыше в м3 в плотном теле за 1 ч сменного времени для бульдозеров и скреперов, принятые на Колымских приисках.

Примечания. Для бульдозеров:

1) при перемещении пород на подъем свыше 3° на каждый 1 м вертикального подъема горизонтальный путь увеличивать для бульдозеров, указанных в табл., на 4,2; 3,8; 3,2; 3 м;

при перемещении породы вниз с уклоном более 3° на каждый 1 м вертикального спуска горизонтальный путь уменьшать на 3,2; 2,9; 2,4; 2,2 м;

2) принимать поправочные коэффициенты к нормам выработки:

а) при работе в породах, содержащих большое количество льда, и на неосушенных площадях k = 0,8;

б) при зачистке плотика (актировке) k = 0,5;

в) при перевалке торфов k = 1,25;

г) при проходке траншей, возведении насыпей k = 0,85;

д) при разваловке конусных отвалов k = 0,72/0,77 относительно норм II категории пород; в нормы не входит образование въезда;

е) при добыче песков с погрузкой в бункер нормы снижаются, переводной коэффициент для бульдозеров k = 0,8/0,92; наименьшие значения принимаются для пород повышенной категории и бульдозеров мощностью 108 л. с. наибольшие для бульдозеров 250 л. с.;

ж) при выемке предварительно разрыхленных пород IV категории k = 1,2;

з) при бороздовой выемке k = 1,15;

и) нормы указаны для бульдозеров без открылков; при установке открылков или сферическом ноже для пород I—III категории k = 1,15;

3) нормы рассчитаны при толщине талого слоя не менее 10 см и при кусковатости взорванных пород не менее 40 см.

Для скреперов:

1) нормы рассчитаны для выкладки торфов одного борта разреза;

2) при выкладке торфов по обоим бортам разреза для указанных в таблице расстояний переводной коэффициент k = 1,05/1,12; наименьшие значения принимаются для малых расстояний перемещения;

3) при разгрузке песков в бункер переводной коэффициент k = 0,9;

4) при передвижении скреперов по породам, в которые колеса погружаются более чем на 10 см, а гусеницы буксуют, переводной коэффициент k = 0,87.