5.4.2. Производство работ экскаваторами с оборудованием прямая лопата

Короткая стрела (примерно в 2 раза меньшая, чем у драглайнов) и размещение экскаватора на дне забоя исключают применение этого ви-да рабочего оборудования для работы в отвал. Прямую лопату исполь-зуют при работе с погрузкой в транспортные средства, кроме случаев разработки выемок на косогорах и применения в горнодобывающей промышленности специальных вскрышных прямых лопат с длинной стрелой.

Ковш прямой лопаты заполняется грунтом при движении вверх вдоль откоса забоя по криволинейной траектории, а поверхность откоса получается криволинейной (рис. 5.6). Радиус копания прямой лопаты – расстояние от зубьев ковша до оси поворота экскаватора – величина, переменная по высоте.

Наиболее характерные радиусы копания – наибольший и на уровне стояния. Каждый из них имеет два значения: минимальное R_{к min} и R_0min при втянутом положении рукояти до отказа назад и максимальное R_{к max} и R_0max при выдвижении рукояти вперед напорным механизмом. Значение их зависит также от угла наклона стрелы. Наибольший ради-ус копания экскаватора измеряют на уровне расположения напорного вала. При этом рукоять должна быть поднята в такое положение, чтобы зубья ковша находились также на уровне напорного механизма.

Минимальный радиус копания на уровне стояния прямой лопаты определяется расстоянием от оси экскаватора до точки касания земли зубьями ковша. Точка касания находится примерно на вертикали, проходящей через ось напорного вала.

Высота забоя прямой лопаты имеет три характерных значения: ми-нимальное, нормальное, максимальное. Минимальная высота забоя прямой лопаты соответствует глубине выемки, при которой достигает-ся заполнение ковша за одно черпание. Ее можно найти по формуле

где q – вместимость ковша, м³;

К_н, К_р – коэффициенты наполнения ковша и разрыхления грунта;

h – толщина срезаемой стружки, м;

b_к – ширина ковша, м.

Рис. 5.6. Рабочие параметры прямой лопаты

На легких грунтах с малым сопротивлением копанию толщина стружки может быть больше, что позволяет сократить длину набора. В тяжелых грунтах из-за малой толщины стружки минимальная высота забоя будет больше.

В среднем нормальная высота забоя прямой лопаты равна высоте напорного вала h_н.в над уровнем стояния экскаватора, а для экскавато-ров с гидроприводом – высоте расположения шарнира «стрела – руко-ять» при заданном положении стрелы.

Максимальная высота забоя соответствует наибольшей возможной высоте подъема ковша над уровнем стояния экскаватора. При высоте забоя, превышающей наибольшую высоту резания грунта экскавато-ром, сверху образуется так называемый козырек, особенно в связных и влажных грунтах. При обрушении козырька могут быть нанесены по-вреждения как механизмам, так и обслуживающему персоналу.

Наибольший радиус выгрузки R_{в max}, так же как и радиус резания, измеряют при положении зубьев ковша на уровне оси напорного вала (рис. 5.6). Этому же положению соответствует нормальная высота выгрузки Н_в, измеряемая от уровня стояния экскаватора до нижней кромки открытого, свободно висящего днища ковша. При максимально поднятом вверх ковше будет наибольшая высота выгрузки Н_{в max} и соответствующий ей радиус выгрузки R_в.

В зависимости от ширины разрабатываемой выемки различают два вида забоев прямой лопаты – лобовой и боковой.

При лобовом забое экскаватор разрабатывает за один проход грунт впереди и сбоку от оси хода, которую совмещают с осью выемки (рис. 5.7, а). Разрабатываемый грунт грузят в транспортные средства, располагаемые на уровне подошвы забоя сзади по ходу экскаватора.

При боковой разработке экскаватор черпает грунт преимущественно сбоку от оси по ходу экскаватора (рис. 5.7, г). Грунт выгружают в транспортные средства, размещаемые либо на уровне стояния экскаватора, либо несколько выше на уступе, причем ось передвижения транспортных средств располагают параллельно оси хода экскаватора.

Ширина выемки поверху при лобовом забое может колебаться в значительных пределах

В_л = (0,8...1,9)R_к.

При ширине забоя по верху (0,8...1,5)R_к безрельсовые транспортные средства (самосвалы) подают с одной стороны сзади экскаватора (рис. 5.7, а), а при ширине поверху (1,5...1,9)R_к – с обеих сторон экска-ватора попеременно, что исключает простои экскаватора при смене транспортных единиц и уменьшает среднее значение угла поворота (рис. 5.7, б). В некоторых случаях для сокращения холостых проходов экскаватора и облегчения условий маневрирования автосамосвалов можно применить уширенный до 2,5R_р лобовой забой с перемещением экскаватора по зигзагу (рис. 5.7, в). Заметим, что приведенные рекомендации не имеют существенного практического значения.

Так как при разработке грунта в строительных карьерах объем лобового забоя относительно невелик в общем объеме выемки.

При ширине выемки, превышающей 2R_р, разработку грунта осуществляют при боковом забое прямых лопат, когда экскаватор черпает грунт преимущественно с одной стороны от оси перемещения и частично впереди себя (рис. 5.7, г).

С одной стоянки экскаватор может выбрать грунт впереди себя на длину не больше, чем длина напорного хода рукояти – l_н, а для экскаваторов с гидроприводом – не больше разности наибольшего и наименьшего радиусов копания на уровне шарнира «стрела – рукоять». В связи с тем, что эта длина используется, шаг экскаватора

S = (0,75…0,80)l_н.

Чтобы уменьшить недоборы по откосу уступа, не допускают работу экскаватора с предельными значениями радиусов копания. Тогда с учетом длины шага экскаватора расстояние от оси экскаватора до бровки откоса забоя не может быть больше (рис. 5.7, г)

Вести разработку грунта в сторону транспортных средств нецеле-сообразно с поворотом в плане на угол более 45°, так как при большем угле затрудняется набор грунта, который отодвигается в выработанное пространство, за пределы радиуса копания экскаватора. В связи с этим расстояние от оси экскаватора до подошвы забоя со стороны транспортных средств не должно быть больше

где R_0max – наибольший радиус копания на уровне стояния экскаватора.

Следовательно, наибольшая ширина ленты при боковой разработке

В_л = В₁ + В₂ – (R_к – R_0max).

При боковом забое транспортные средства могут размещаться не только на уровне стояния экскаватора, но и выше его (рис. 5.8, б), на уступе со стороны выработанного пространства, на поверхности земли (при небольшой глубине выемки).

Во всех таких случаях высота уступа, на котором размещаются транспортные средства, не может быть больше

h_у = H_{в max} – h_г – d,

где H_{в max} – наибольшая высота выгрузки экскаватора;

h_г – высота бортов кузова от поверхности;

d = 0,5...0,8 м – запас над бортом кузова.

Транспортные средства следует размещать на некотором расстоя-нии от подошвы откоса (0,5–1,0 м), а также вне зоны обрушения грун-та, если они стоят на уступе выше экскаватора.

Среднее значение угла поворота в плане определяется между на-правлениями на центр тяжести разрабатываемой части грунта в центр тяжести места выгрузки (рис. 5.7).

Возможность опускания рукояти ниже уровня стояния экскаватора позволяет ему самостоятельно войти в забой без помощи других механизмов (рис. 5.8, а). Заглубление происходит с постепенным продвижением вперед при уклоне пути не более 1:8–1:10. Образовавшаяся траншея дает возможность пройти следующую ленту с большей глубиной, так как транспортные средства уже могут перемещаться по дну первой (пионерной) траншеи.

Если проектная глубина выемки значительно превышает максимальную глубину резания экскаватора, то разработку ведут в несколько ярусов, число которых определяется следующим образом:

где n_я – число ярусов разработки с округлением до большего целого;

Н – глубина выемки;

Н_{р max} – максимальная глубина резания принятым экскаватором.

Число полных лент разработки в каждом ярусе, не считая пионер-ой траншеи,

где n_л – число полных лент в одном ярусе с округлением до большего целого;

В – ширина выемки в каждом ярусе поверху;

В_п – ширина первой ленты разработки (пионерной траншеи);

В_л – принятая ширина одной ленты разработки.

а

б

Рис. 5.8. Разработка прямыми лопатами выемок с большими размерами

поперечных сечений: а – план выемки с разбивкой на ленты разработки;

б – схема разработки грунта в пионерных лентах с заглублением

транспортных путей