Определение коэффициентов, влияющих на производительность экскаваторов

7.6.1 Влияние глубины и высоты копания(коэффициент f₁)

По выбору оптимальной высоты иглубины копания экскаваторов было проведено значительное число исследований. Основным критерием было минимальное время набора грунта в ковш. Исследования проводились на различных грунтах на экскаваторах с вместимостью ковша от 0,5 до 3 м³. Для экскаваторов с канатно-блочной системой управления, оборудованных прямой лопатой, оптимальное значение высоты копания приведено на рисунке 7.5. Значение коэффициента f₁, учитывающего отклонение от оптимальной высоты, приведено на рисунке 7.6. Ковш гидравлического экскаватора может поворачиваться не только относительно стрелы, но и рукояти, и за счет этого он имеет высокую подвижность. Здесь глубина копания не играет такой роли, как для канатных экскаваторов. По данным исследований фирм ФРГ, наиболее благоприятная глубина копания при работе с обратной лопатой для гидравлических экскаваторов определяется из формулы:

 

(7.6)

 

где V _г – геометрическая вместимость ковша в м³.

Значение коэффициента f₁ для гидравлических экскаваторов с ковшом вместимостью до 1 м³ приведено на рисунке 7.7. Для экскаваторов с обратной лопатой и ковшом вместимостью от 1 м³ и выше значение коэффициента f₁ приведено в таблице 7.2.

 

Таблица 7.2 - Значение коэффициента f₁ для экскаваторовс ковшомвместимостью
llllll1 м³ и выше

hопт/hпр	1,0		0,8		0,6		0,4		0,2
f1	1,00		0,97		0,93		0,89		0,82

7.6.2 Влияние угла поворота (коэффициент f₂)

Обычно в технической характеристике машины указывается максимальная частота вращения поворотной части экскаватора, которая равна 6..9 мин^-1. Это значение на практике обычно не реализуется. Соотношение между максимальной частотой вращения n_maxи средней частотой вращенияn_ср (по данным хронометража времени цикла гидравлических экскаваторов) при малых углах поворота находится в пределах от 2,8 до 3,7, при больших углах поворота это значение уменьшается до 1,4 – 1,75 соответственно, таблица 7.3.

Время поворота в зависимости от угла поворота с помощью данных, приведенных в таблице 7.3 можно определить по формуле:

 

где - угол поворота рабочего оборудования экскаватора в град.

 

Максимальная частота вращения принимается из технической характеристики машины, а соотношение из таблицы 7.3.

 

Таблица 7.3 – соотношение между максимальной n_maxи минимальной n_min частотой вращения поворотного механизма гидравлических экскаваторов в зависимости от угла поворота.

 

Класс экскаватора	Поворот с загруженным или порожним ковшом	Угол поворота в градусах
с массой до 15 т	с загруженным	3,7	3,2	2,6	2,3	2,0	1,8
с порожним	3,1	2,6	2,05	1,7	1,5	1,3
с массой от 15 до 25 т	с загруженным	3,5	2,95	2,15	1,75	1,45	1,25
с порожним	2,7	2,25	1,6	1,3	1,1	0,9
с массой от 25 до 55 т	с загруженным	3,5	3,0	2,2	1,8	1,65	1,55
с порожним	2,85	2,4	1,75	1,45	1,25	1,15

 

Значение коэффициента f₂ влияния угла поворота на производительность экскаватора при угле поворота 90 принято равным 1, для других значений угла поворота приведено на рис. 7.8.

Рисунок 7.5 – Оптимальная глубина копания канатно-блочных экскаваторов с различной вместимостью ковша на грунтах 1..5 категорий по стандартам Германии.

Рисунок 7.6 – Значение коэффициента f1 для канатно-блочных экскаваторов.

Рисунок 7.7 – Значение коэффициента f1 для гидравлического экскаватора с прямой лопатой: 1-вместимость ковша 0,6..1 м^3, категория грунтов 2.21-2.27; 2-вместимость ковша 0,6..1 м^3, категория грунтов 2.21-2.25; 3-вместимость ковша 0,6..1 м^3, категория грунтов 2.21-2.27; 4-вместимость ковша 0,6..1 м^3, категория грунтов 2.21-2.27

Рисунок 7.8 – Значение коэффициента f1 для гидравлических экскаваторов оборудованных обратной лопатой. В числителе -значения вместимости ковша, в знаменателе – категория грунта

Рисунок 7.9 – Значение коэффициента f2 влияние угла поворота 1 – для гидравлических экскаваторов; 2 – для канатно-блочных

7.6.3 Влияние фактора разгрузки (коэффициент f₃)

На время разгрузки влияет вместимость ковша, вид рабочего оборудования, тип разгружаемого материала. Минимальное время на разгрузку грунта затрачивается при работе в отвал. Однако оно изменяется с увеличением вместимости ковша и типа загружаемого механизма. С увеличением объёма ковша от 0,5 м³ до 2,5 м³ время разгрузки в отвал песчано-гравийных материалов увеличивается примерно на 10-15%. При разгрузке того же материала в автосамосвал грузоподъёмностью до 10 т время увеличивается примерно в 2 раза. Это связано с необходимостью определения места разгрузки и точной установки ковша. При разгрузке связных материалов (глина, суглинок) время разгрузки увеличивается на 30% по сравнению со временем разгрузки песка и гравия. Значительное влияние оказывает и место стоянки транспортного средства под погрузкой. При стоянке ниже уровня нахождения экскаватора время загрузки увеличивается, что связано с прочностью кузовов и бункеров и их небольшой загрузочной площадью и значительной высотой расположения. Значение коэффициента f₃ для гидравлических экскаваторов для различных условий разгрузки приведено в таблице 7.4.

 

Таблица 7.4 – Значение коэффициента влияния условий разгрузки f₃

№	Характеристика условий разгрузки	Значение коэффициента f3
	Разгрузка в отвал	1,00
	Разгрузка в транспорт, стоящий на уровне опорной поверхности экскаватора	0,90
	Разгрузка в транспорт, стоящий ниже уровня опорной поверхности экскаватора	0,80
	Разгрузка в воронкообразный бункер	0,67
	Разгрузка в силовой бункер	0,58

7.6.4 Влияние состояния режущей кромки ковша и зубьев (коэффициент f₄)

Состояние режущей кромки и зубьев оказывает значительное влияние на сопротивление копанию, а значит, и на время цикла экскаватора. Согласно исследованию проф. Кюна Г. (ФРГ) и Ветрова (Украина) время копания при сильно затупленных зубьях и режущей кромке увеличивается примерно до двух раз. Значительное влияние на сопротивление копанию и время цикла оказывает и форма ковша. Однако ни в отечественной, ни в зарубежной практике ещё не разработаны количественные показатели влияния состояния и формы режущей части ковша и зубьев на время копания. Эти вопросы требуют дальнейших исследований. Поэтому для расчётов при новом рабочем оборудовании, или когда режущая кромка и зубья находятся в хорошем состоянии, коэффициент можно принимать равным 1.

 

7.6.5 Влияние установки стрелы (коэффициент f₅)

В экскаваторах используется два стрел: моноблочные и составные. Составные стрелы отличаются высокой эффективностью использования рабочего оборудования вследствие его высокой маневренности. Однако они при одинаковой вместимости ковша несколько тяжелее, чем моноблочные.

Установка стрелы может быть следующая:

· короткая;

· средняя;

· длинная.

Короткая установка стрелы используется, когда необходимо получить большое отрывное или подъёмное усилие. Длинная установка стрелы используется, когда надо работать на большой глубине или пои значительном расстоянии от груди забоя. Как короткая, так и длинная установка стрелы увеличивает время набора грунта.

 

Таблица 7.5 – Значение коэффициента установки стрелы (коэффициент f₅)

 

Установка стрелы	(коэффициент f5)
короткая	0,95-0,98
средняя	1,00
длинная	0,98-0,95

7.6.6Соотношение между вместимостью кузова автосамосвала и вместимостью ковша экскаватора (коэффициент f₆)

 

Использование экскаваторов с большой вместимостью ковша и автомобилей малой грузоподъёмности нецелесообразно, т.к. увеличивается время простоя экскаваторов в ожидании автомобилей. С другой стороны, использование загрузке малых экскаваторов с крупными самосвалами также нецелесообразно из-за длительных простоев автосамосвала под загрузкой. Основным критерием в этом случае должен быть критерий экономичности.

Значение коэффициента f₆ влияния на производительность соотношения вместимостей кузова автомобиля и ковша экскаватора предварительно в табл.7.6. При V_c/ V_э≥ 9 коэффициент f₆ равен 1.

 

Таблица 7.6 – Значение коэффициента f₆

Vc/ Vэ
f6	0,65	0,82	0,88	0,92	0,95	0,97	0,98	0,99	1,00	1,00

 

На практике чаще принимается соотношение V_c/ V_э = 3..5. При этом экскаватор загружен не полностью, однако и время простоя самосвала под загрузкой не велико.

 

7.6.7 Квалификация оператора (коэффициент f₇)

 

Учитывать квалификацию операторов при определении производительности машины предложил Н.Г. Домбровский и в дальнейшем использовал западногерманский центр (Refa) по подготовке операторов дорожных машин в ФРГ. Выполнение планового задания на 100% считается нормальной квалификацией оператора. Значение определяется по формуле:

где Q_Д – достигнутая часовая производительность;

Q_ПЛ – плановая часовая производительность;

Проведенные исследования для экскаваторов различного типа и на различных грунтах показали, что отклонение значения f₇ от единицы в основном составляет . Максимальное значение f₇ равно 1,20. Оно было достигнуто только операторами-испытателями машин, работающими на фирме изготовителе. Минимальное значение f₇ равно 0,75. Оно было у операторов, работающих первые дни на машине. Квалификация оператора зависит главным образом от объёма знаний и навыков управления машиной. В современных экскаваторах не требуется значительны мускульных напряжений, созданы хорошие эргономические условия в кабине. Квалифицированный оператор выбирает оптимальное место стоянки машины, положение стрелы, сокращает время цикла за счёт совмещения процессов, например, подъёма и поворота рабочего органа, он указывает более удобное место стоянки под погрузкой водителю транспортного средства, подчищает забой во время отсутствия транспорта и т.д. Согласно исследованиям REFAуровень квалификации оператора можно характеризовать следующими показателями:

 

 

Степень производительности

120% 114% 110% 105% 100% 95% 90% 85% 75%

высокая очень хорошая хорошая нормальная, плюс нормальная нормальная, минус удовлетворительная удовлетворительная, минус плохая

 

7.6.8 Организация работ на строительной площадке
(коэффициент k_В)

 

Производительность механизма зависит от организации работы, причём производительность транспортных средств зависит от работы погрузочного механизма. Грузоподъёмность и число автосамосвалов, работающих в карьере, определяется в первую очередь типом и производительностью загрузочного механизма.

Снижение производительности возможно при неудачном выборе глубины или высоты забоя в карьере. При слишком мелком забое ковш полностью не наполняется из-за недостаточного пути наполнения, при слишком высоком забое увеличивается опасность обрушения, и поэтому экскаватор устанавливается дальше от места оптимальной установки. Причиной снижения производительности может быть неудачный выбор места установки самосвала.

Названые примеры не охватывают всего многообразия случаев организации работы механизмов на строительной площадке. Они учитываются коэффициентом k_В которыйучитывает условия работы механизма на строительной площадке при помощи фактора времени. Значение коэффициента k_В определено экспериментальным путём и приведено в таблице 7.7.

Таблица 7.7 – Значение коэффициента использования экскаватора по времени (k_В)

 

Вид использования	kВсред	kВmax
Использование экскаватора при оптимальных условиях, например, разработка гравийного карьера, работа в отвал без ограничений объёма строительной площадки, погрузка материала в транспорт	0,66	0,83
Работа экскаватора с пространственными ограничениями, например, при отрывке больших траншей, малых выемок под фундаменты с погрузкой в транспорт	0,56	0,78
Работа в ограниченном пространстве, например, открытие узких траншей. Заполнение грунтом траншей, погрузка материала в отвал	0,54	0,76
Использование экскаваторов при планировании площадок, уборке почвы со сбором разрабатываемого материала в отвал	0,50	0,70
Использование экскаваторов при сильных помехах, например, разработка траншей возле зданий со сбором материала в отвал	0,45	0,58

 

При благоприятных условиях час равен 50 минутам (k_В =0,83); при неблагоприятных условиях час составляет 45 минут (k_В = 0,75).

 

Пример расчёта производительности

Исходные данные: разрабатываемый грунт пятого класса, копание производится на глубине до 2,5 м, оптимальные условия использования, хорошее состояние зубьев и режущей кромки ковша, угол поворота , разгрузка в самосвал с вместимостью кузова 15 м³ на площадке, вместимость ковша гидравлического экскаватора 1,6 м³, рабочее оборудование обратная лопата.

 

 

Таблица 7.8 – Значение коэффициентов гидравлического экскаватора

 

Значение коэффициентов	Гидравлический экскаватор
Вместимость ковша1 м^3
Обратная лопата	Рисунок 7.2 П = 261 м^3/ч в естественном залегании
Коэффициент f1	hопт = 1÷2 м f1 = 0,92 (рисунок 7.7)
Коэффициент f2 (угол поворота )	f2 = 0,96 (рисунок 7.8)
Разгрузка в самосвал	f3 = 0,90 (таблица 7.4)
Состояние режущей кромки и зубьев	f4 = 1,0
Средняя установка стрелы	f5 = 1,0 (таблица 7.5)
Разгрузка в автомобиль	f6 = 0.96 (таблица 7.6)
Хороший оператор	f7 = 1,0
Техническая производительность	Птех =
kв (условия используются оптимальные)	kв = 0,83
Эксплуатационная производительность	Пэ = грунта в естественном залегании