Призначення екскаваторів і їх основні функції

Призначення екскаваторів і їх основні функції.

Найбільш характерними представниками виймальних-погру-зочний машин, експлуатованих на відкритих розробках, є одноковшеві з дизельним двигуном і багатоковшеві екскаватори.

Екскаватором називається машина, призначена для черпання (екскавації) гірської маси, переміщення її на відносно невеликі відстані і навантаження на транспортні засоби або у відвал.

Робочий цикл одноківшевого екскаватора складається з чотирьох послідовних операцій: наповнення ковша (черпання), переміщення його до місця розвантаження (транспортування), розвантаження і переміщення порожнього ковша до місця черпання для відтворення нового циклу. Тому одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори є машинами циклічної (безперервної) дії. На відміну від них багатоковшеві екскаватори, у яких всі елементи робочого циклу здійснюються одночасно (суміщення), є машинами безперервного дії.

Існуючі типи екскаваторів в загальному вигляді класифікуються типажем за такими ознаками: призначенням і роду виконуваної роботи; місткості ковша (Е, м 3 - одноковшеві з дизельним двигуном) або теоретичної продуктивності (Q, м 3 / год - багатоковшеві); видам робочого, ходового і силового обладнання. У свою чергу одноковшеві з дизельним двигуном екскаватори поділяються на лопати: кар'єрні прямі напірні механічні гусеничні (ЕКГ), прямі гідравлічні (ЕГ) і зворотні гідравлічні (ЕГО), прямі розкривні гусеничні (ЕВГ) і на драглайни - крокуючі (ЕШ) і гусеничні (ЕДГ). Кар'єрно-будівельні лопати (переважно гідравлічні) маркуються як ЕО.

2. Гірські породи та їх властивості.

2.1. Види грунтів по інженерно-геологічної класифікації.

а) скельні грунти - виверження вулканів, метаморфічні і осадові з жорсткою зв'язком між зернами (спаяні і зцементовані), що залягають у вигляді суцільного масиву. Міцність скельних грунтів висока. Межа міцності на стиск умагматіческіх порід змінюється від 800 до 3500 кгс / см 2. У метаморфічних порід він коливається від 400 до 2500 кгс / см 2. у осадових - від 200 до 1200 кгс / см 2. При такій міцності від тиску інженерних споруд ці грунти не стискуються. Водопроникність скельних грунтів залежить від ступеня їх тріщинуватості і порістості.Кроме міцності на стиск до одним з основних властивостей скельних грунтів відносяться опір їх зрушенню і водопроникність. Водопроникність скельних грунтів залежить від ступеня їх тріщинуватості і пористості. Монолітні скельні породи практично водонепроникні.

б) напівскельні грунти - також володіють жорсткими структурними зв'язками. До них відносяться тріщинуваті і виветрелие скельні грунти, в основному осадові і деякі метаморфічні гірські породи. До практичнонерозчинним напівскельних ґрунтів відносяться опоки, трепели, діатоміти, алевроліти, аргіліти, глинисті і деякі сланці. Розчинними грунтами є гіпси, ангідриту, тріщинуваті вапняки і доломіт, кам'яна сіль, вапняні туфи.

Напівскельні грунти досить міцні. Межа міцності на стиск у них коливається від 50 до 500 кгс / см 2. У виветрелих, тріщинуватих і закарстованних різновидів він знижується до 20-25 кгс / см 2. У напрямку сланцеватості і шаруватості міцність їх також знижується. Водопроникність обумовлена ​​первинної пористістю і вторинної трещиноватостью, кавернозностью, величина якої визначається головним чином розміром тріщин і карстових пустот.

в) ґрунти з м'якими структурними зв'язками. До таких грунтів відносяться осадові глинисті, пилуваті і змішані породи (глини, суглинки, лес, супіски), мули. Властивості цих грунтів визначаються їх гранулометричним і мінеральним складом, структурою і текстурою. Пористість їх зазвичай висока до 50-60%, але водопроникність або незначна, або практично відсутній. Характерною особливістю м'яких ґрунтів є зміна властивостей грунту в залежності від вологості (набухання, пластичність, липкість, просідання та ін.).

г) грунти, які не мають структурних зв'язків. Ця група представлена ​​пухкими, непов'язаними грунтами (гравій, галечник, щебінь, щебінь, різні піски). Міцність їх обумовлена ​​силами тертя, пористістю, розмірами, формою, складом уламків і зменшується при увлажненіі.Прі статичних навантаженнях слабо або практично несжімаеми.Рихлие незв'язні грунти не володіють пластичністю, але деякі різновиди, насичені водою можуть переходити в пливунів стан. Зазвичай водопроникність, що не вологоємні або слабовлагоемкі, мають капілярними властивостями. Пористість їх 35-40% іноді 40-50%, кут внутрішнього тертя 30 ° -35 °.

д) штучні грунти. Штучні грунти - це грунти, що сформувалися в результаті діяльності людини. Вони підрозділяються на культурні - сформувалися на місці стародавніх і сучасних поселень людини і техногенні освіти. Останні виникли і формуються під дією інженерної діяльності людини (терикони, грунти в тілі дамб, насипів, шлакові відходи та ін.). За складом вони зазвичай зв'язкові або слабозв'язаних.

2.2 Фізичні властивості порід, плотностние і механічні.

Фізико-механічні властивості гірської породи називають сукупність властивостей, з яких до фізичних відносять щільність, пористість, зв'язність, липкість, пластичність і інші, а до механічних - міцність, твердість, опір вдавленням, абразивність, разрихляємость і інші, т. Е. Властивості, що визначають поведінку гірської породи в процесі деформації.

Стосовно до відкритої розробки всі гірські породи поділяють на групи: скельні і напівскельні в природному їхньому фінансовому стані; зруйновані (штучно або природно) скельні і напівскельні; щільні, м'які (зв'язкові) і сипучі.

Розглядаючи гірські породи як об'єкт розробки, треба відзначити наступні найбільш характерні їх властивості.

Фортеця - опір гірської породи загального руйнування.

Твердість - здатність породи чинити опір проникненню в неї іншого, більш твердого тіла, що не випробовує при цьому будь-яких залишкових деформацій. Твердість породи характеризується опором її поверхневого шару впливу зовнішньої сили (наприклад, бурового інструменту). Помічено, що статична твердість гірських порід, що отримується в результаті застосування до об'єкту статичних сил, зазвичай на порядок вище, ніж при застосуванні динамічних сил, що враховується при створенні бурильних та інших машин, що використовують ефект ударного і вібраційного впливів на породу.

Щільність у (кг / м 3 або т / м 3) - відношення маси породи до її об'єму при природній вологості.

Кут природного укосу ф0 - кут біля основи конуса, який утворюється при відсипанні розпушеному породи з деякої висоти (дод. Табл. Ш).

Стійкість укосу буде порушена при порушенні зчеплення між частинками породи, якщо

Коефіцієнт тертя породи про сталь \ ь \ залежить від виду і стану породи, а також від стану поверхні стали і становить 0,25 - 1,0, зменшуючись з підвищенням вологості і ступеня порушення структури породи. Між коефіцієнтами \ Л2 і \ л \, є зв'язок, що визначається залежністю \ л \

Опір породи вдавленню характеризується коефіцієнтом опору зминанню р0 (Н / см 3 або МПа / м), який визначається силою (Н) під дією якої стрижень з опорною поверхнею торця 1 см 2 зануриться на глибину 1 см. Допустимі тиску під опорними поверхнями ходових пристроїв гірських машин встановлюються з урахуванням можливого їх занурення на 6-12 см в грунт і характеризуються середнім тиском на грунт рср, (МПа).

Абразівност' - здатність гірської породи інтенсивно зношувати руйнує її інструмент. Внаслідок зносу порушуються проектні умови взаємодії робочих органів машини з породою, істотно збільшуються опір породи копання і енергоємність її розробки, зростають навантаження на машину. Тому при створенні і експлуатації гірських машин обов'язково повинна прийматися до уваги абра-зівность. Випробування на абразивність полягає в стиранні еталонного стрижня про природну поверхню породного зразка. За величиною показника абразивності всі міцні породи підрозділяються на вісім класів: від дуже мало абразивних (вапняки, мармур, апатит) до високо абразивних (граніти, діорити і корундосодержащіе породи).

Трещіноватост' - наявність в гірських породах тріщин, утворених при розриві внутрішніх зв'язків в породному масиві. Тріщини з лінійними розмірами 8-10 см визначають опірність порід буріння, подрібнення в дробарках, виїмці багатоковшевими екскаваторами, тоді як більш протяжні тріщини надають найбільш істотний вплив на виїмку одноковшевими екскаваторами, механічне розпушування і вибуховий руйнування. При двох останніх видах руйнування відбувається поділ гірської породи на структурні окремо (блоки, шматки). У цьому випадку міцність породи в масиві Див (по зчепленню) може виявитися на порядок менше міцності породи в шматку Ск (дод. Табл. П2). Зниження міцності породи в масиві характеризується коефіцієнтом структурного ослаблення X рівним відношенню Див до Ск.

Опір різанню - здатність гірської породи чинити опір механічному впливу, що викликає в ній сукупність напружень стиску, розтягу і зсуву, подолання яких завершується руйнуванням породи і відділенням від масиву шматків або шарів.

Опір породи резанию домовилися висловлювати через

коефіцієнт опору чистому резанию Кр (МПа), еквівалентному середньому тиску, яке розвивається в зоні руйнування при впливі зусилля (МН), прикладеного через ріжучий елемент до поперечного перерізу (м 2) відокремлюємо їм стружки або пласта породи (дод. табл. ПЗ).

Величина К ^ змінюється в широких межах, так як залежить від режиму роботи, параметрів робочого органу і фізико-механічних властивостей породи.

Опір копання є узагальненим опором, що враховує опору: різання, просуванню гірської маси в ківш при його заповненні; тертю породи про ківш і ковша про породу. Воно характеризується коефіцієнтом опору копання Кк (дод. Табл. ПЗ).

3. Взаємодія ковша з породою.

3.1 Геометричні параметри зубів. Їх розстановка на ріжучої кромці.

Зуби ковша прямий лопати змінні. Для екскаваторів середньої і великої потужності їх відливають з високомарганцовістой стали 110М13Л і наплавляють твердим сплавом.

Зуби або їх змінні наконечники переважно роблять симетричними щодо поздовжньої осі. Для подальшої роботи після затуплення зуб або наконечники знімають і повертають на 180 °. Зуб вважається непридатним, якщо кут його загострення перевищує 60 ° до ріжучої кромці ковша 2 може кріпитися за допомогою клина, що складається з фасонного затиску 3, прокладки 4 і клина 5, який забивають в паз зуба і загинають для запобігання від вискакування.

Найбільш раціональним по витраті металу є двосекційний зі змінним наконечником, що складається з підстави 7, що надівається на ріжучу кромку ковша, і змінної коронки 2. Утримує коронку палець 3, застопореними сухарем 4 і підтримуваний гумовою подушкою 5.

Застосовують різні види наконечників (коронок): загального призначення для порід, схильних до руйнування різанням; скальние- для черпання добре підірваних скельних порід; кліновие- для проникнення в погано визрівання скельні масиви.

3.2 Особливості процесу копання в зв'язкових і сипучих грунтах. Види стружки і види різання.

Різання - процес відділення стружки від масиву ріжучої частиною робочого органу 1.

Робочий орган переміщується найчастіше в двох напрямках. Одне з них - головний рух, при якому відбувається відділення стружки, а інше, при якому змінюється товщина (ширина) стружки, є рухом подачі. Швидкість подачі значно менше швидкості головного руху, а співвідношення цих двох швидкостей визначає траєкторію руху робочого органу.

В одних випадках лезо робочого органу переміщається в глиб гірської породи, а потім рухається вперед для відділення стружки (струг, скрепер, бульдозер), а в інших - ці два переміщення здійснюються протягом всього процесу різання або більшої його частини (екскаватори, бурильні машини) .

Розрізняють такі умови різання: блоковане, полусвободное (полублокірованное) і вільний.

При блокованому різанні ріже частина робочого органу руйнує породу передній і двома бічними ріжучими крайками, при напіввільних - передній і однією бічною ріжучими крайками, при вільному - тільки передній ріжучої крайкою. Величина опорів на робочому органі при різанні залежить від того, в яких умовах здійснюється різання. На практиці найчастіше здійснюється полусвободное різання.

Залежно від виду і стану породи, а також кута ре пізнання отделяемая клиноподібної частиною ріжучого органу стружка має різну форму. У пластичних породах гострі кромки відокремлюють зливні стружки, що надходять в ківш у вигляді неподіленого на вході потоку (рис. 1.1, а). Зі збільшенням міцності породи, а також кута різання і затупления крайок зростає ступінь дроблення стружки (рис. 1.1, б, в, г), а прохідність її в ківш погіршується. І нарешті, в малосвязних сипучих породах зруйнована при різанні частина стружки (невелика в зв'язкових породах) або вся стружка (в малосвязних породах) утворює перед робочим органом призму волочіння А (рис. 1.2, а), величина якої залежить від траєкторії, зменшуючись зі збільшенням кута нахилу останньої (рис. 1.2, б).

3.3 Призма волочіння.

При істотному нахилі траєкторії (більше 45 °) призма сповзає в ківш, утворюючи «шапку» при відриві робочого органу від забою. При горизонтальній траєкторії в малосвязних сухих і підірваних породах обсяг призми волочіння може досягати 0,5Е (Е - місткість робочого органу), а в зв'язкових міцних породах до (0,15-Ю, 2) Е. По досягненні граничних для даних умов розмірів призми надлишок породи з останньої буде йти в валики, що утворюються збоку від робочого органу. Робота, що витрачається на переміщення породи в призмі волочіння, як правило, втрачається, так як при підйомі ковша призма волочіння залишається в забої.

4. Загальний розрахунок екскаваторів як підставу для ескізного проектування.

4.1 Завдання загального розрахунку екскаваторів.

Схожі статті