Производительность экскаватора: виды, формулы расчета

Из этого материала вы узнаете:

Производительность экскаватора как главный параметр специальной техники

Среди широкого разнообразия видов специальной техники особое место занимают экскаваторы. Такие машины наиболее востребованы в разных сферах. Их покупают или берут в аренду. Второй вариант более привлекателен для выполнения разовых работ, так как не нужно вкладывать средства в покупку дорогостоящей техники.

Прежде чем купить или взять в аренду такую машину, следует разобраться, какие работы и в каких условиях будут выполняться. Основным критерием при выборе экскаватора является производительность. Этот показатель позволяет определить, на какое время будет задействована машина с учетом объемов запланированных работ, и выбрать экскаватор с оптимальными характеристиками. Далее подробно рассмотрим понятие производительности и выясним, как рассчитать этот показатель для экскаватора?

Производительность экскаватора как главный параметр специальной техники

Вначале разберемся, какие работы могут выполнять такие машины. Чаще всего экскаваторы используются для выработки грунта. Помимо этого, с их помощью можно осуществлять погрузку различных материалов.

Эксплуатационная производительность экскаватора рассчитывается с учетом работ, выполняемых конкретной машиной. Для всех рабочих операций используется однотипный набор навесного инструмента, сама техника может выполнять комплекс похожих действий, поэтому расчет производительности не вызывает особой сложности. Достаточно лишь определить основные переменные, которые вносятся в соответствующие формулы, и выполнить необходимые расчеты.

Виды и формулы расчета производительности экскаватора

Производительность экскаватора определяется как объем выполненной работы за конкретный промежуток времени. Различают 3 вида расчетных значений этого параметра: теоретический, технический и эксплуатационный.

Теоретическая производительность

Речь идет об условном показателе производительности экскаватора в часах, который может обеспечиваться техникой при нормальных условиях и расчетных скоростях выполнения операций. В общем случае, когда предполагается поворот платформы под прямым углом, этот параметр рассчитывается по формуле:

W_теop – это теоретическая производительность экскаватора (м3/час),

q – объем ковша (м3),

Т_ц – наименьшая длительность цикла в усредненных условиях работы машины (сек.).

Продолжительность цикла (Тц) включает последовательность отдельных действий:

t_к – длительность копки (сек.),

t_р – время разгона при нагруженном ковше,

t_д – время равномерного перемещения с нагруженным ковшом,

t_т – длительность торможения с нагруженным ковшом,

t_в – время выгрузки ковша,

t'_р – продолжительность ускорения с разгруженным ковшом,

t'_д – время, когда экскаватор равномерно движется с разгруженным ковшом,

t'_т – продолжительность торможения разгруженным ковшом (в сек.),

t_п – длительность выполнения полного поворота в забой,

t'_п – продолжительность полного поворота на выгрузку (все перечисленные показатели указываются в секундах).

Техническая производительность

Речь идет о максимально возможной выработке за 1 час постоянного выполнения задач в конкретных условиях. Техническая производительность экскаватора, формула которой будет приведена ниже, в отличие от теоретической, учитывает характеристики почвы и размер забоя, где работает машина. Свойства грунта оказывают влияние на заполнение ковша. Это связано с разрыхлением почвы, отделяемой от массива. Объем рыхлого грунта будет меньше, чем расчетный показатель для плотной массы.

Отметим, что заполнение ковша зависит от характеристик почвы. Для выполнения работ, при которых платформа экскаватора поворачивается на угол не равный 90°, продолжительность цикла будет меняться.

Основные факторы, влияющие на продолжительность цикла и, соответственно, на техническую производительность экскаватора с ковшом:

• категория грунта (сложность его разработки увеличивается с ростом категории);
• погодные условия (зимой и поздней осенью сокращается наполняемость ковша из-за налипания мерзлой почвы);
• качество организации работ и уровень квалификации оператора.

Далее приведем формулу для определения технической производительности экскаватора:

W_тех - техническая производительность (м3/час в плотном теле),

Т_цт – длительность рабочего цикла машины в забое (сек.), которая замеряется хронометром или принимается равной Т_ц с учетом условия выполнения работы,

К_н – показатель наполнения ковша землей,

K_р – коэффициент изменения объема грунта в ковше в результате разрыхления,

q - объем ковша.

Коэффициент К_н (наполнения ковша) определяется как отношение объемов разрыхленного грунта, который попадает в ковш, и самого ковша. Его значение зависит от конструкции навесного оборудования и условий, в которых работает техника.

Сменная производительность экскаватора

Как посчитать производительность экскаватора за смену, неделю или год с учетом времени выполнения вспомогательных операций и простоев? Для этого применяется следующая формула:

Здесь показатели q, К_н, К_р и Т_цт такие же, как и в формуле для вычисления технической производительности,

W – эксплуатационная производительность (м3) п за установленное время,

К_и – коэффициент эксплуатации техники по времени за исследуемый период работы (смена, неделя, месяц, год).

В процессе работы экскаватора возникают некоторые временные потери, связанные с его передвижением, текущим ремонтом, обслуживанием, заправкой топливом. Чтобы вычислить производительность экскаватора в смену, потерянное время Т_пр следует вычесть из общего за смену Т. В итоге получим чистое время работы техники:

Коэффициент К_и показывает отношение чистого рабочего времени Т_ч, которое уходит на выполнение операций с грунтом (копка, поворот, разгрузка в отвал и погрузка на самосвал), к общему времени Т (оба показателя указываются в часах) за конкретный период работы экскаватора. Для расчета К_и используется формула:

Например, Т_ч на экскавацию составляет 6 часов, а смена длится 8 часов, то:

К_и = 6/8 = 0,75.

Эксплуатационная производительность

Речь идет о средней производительности экскаватора в определенных условиях. Здесь учитывается характеристика почвы и забоя. Особенности организации работ и эксплуатации техники. Расчет производительности одноковшового экскаватора проводится для установки норм. Далее этот показатель используется для последующих вычислений необходимых параметров.

Эксплуатационная производительность

Эксплуатационная производительность, как правило, меньше, чем техническая и теоретическая. Тем не менее опытные экскаваторщики, максимально используя свои навыки, способны превзойти установленные технические и теоретические показатели.

Для вычисления сезонной или годовой производительности экскаватора применяется формула:

Здесь Р_р представляет собой временной интервал, необходимый для выполнения земельных работ в рамках трудовых смен или дней. Если в определенный день предусмотрено две или три смены, то это время умножается, соответственно, на 2 или 3.

Факторы, влияющие на производительность экскаватора

Выясняя, как определить производительность экскаватора, прежде всего следует учесть количество ковшей. Очевидно, что многоковшовые машины обладают более высокой производительностью, по сравнению с одноковшовыми. При этом есть и ряд других факторов, влияющих на рассматриваемый показатель:

• модель экскаватора;
• тип ходовой части;
• механические и физические характеристики разрабатываемого грунта;
• геометрия и площадь рабочей зоны;
• общие схемы организации работы техники и выполнения операций на конкретном участке.

Еще один аспект, который присутствует в любых ситуациях и влияет на часовую производительность экскаватора, – это простой техники. Он может быть корректируемым и неотвратимым. В первом случае простой обусловлен организационными моментами. Чаще всего это аварийные ситуации, срочные ремонты, время ожидания транспорта, превышающее предусмотренные нормы.

Неизбежные простои включают перерывы на передачу смены, плановые ремонты, очистку ковша, замену загруженных самосвалов пустыми. Сюда же следует отнести и перемещение экскаватора между рабочими зонами, а также мероприятия, связанные с проведением взрывных работ в случае использования машины в карьере или забое.

Косвенно на производительность экскаватора влияют количество и режим рабочих смен в течение суток. Как правило, при активной эксплуатации техники она работает смены длительностью 8 часов. Существует также двухсменная схема, чаще всего применяемая для менее сложных машин, работающих в неблагоприятных условиях.

Иными словами, машина будет использоваться дважды по восемь часов в сутки, а остальное время отводится ремонту и подготовке к следующим сменам. Расчет производительности экскаватора, пример которого представлен выше, показывает, что такой график является оптимальным для сложных машин. В рамках ремонтно-подготовительной смены также могут проводиться специфические работы, включая взрывные операции, если экскаватор используется в забое или карьере. Этот подход минимизирует время простоя машины.

Пути повышения производительности экскаваторов

Процесс наполнения одноковшовых экскаваторов грунтом представляет собой одну из самых критических операций в рабочем цикле, занимающую 30–40% времени. Эффективность уменьшения времени, затрачиваемого на такую операцию, зависит от правильного выбора толщины слоя породы, точки, где почва набирается в ковш, и применения различных техник.

Оператор одноковшовых экскаваторов выполняет впечатляющее количество процессов: от 12 до 18 за один рабочий цикл, осуществляя при этом до 90 движений в минуту. Однако ручное управление техникой в условиях моментальных изменений в работе может затруднить выполнение операций.

Автоматизация процесса управления способно сократить продолжительность рабочего цикла одноковшового экскаватора и, следовательно, увеличить его производительность. В настоящее время ведется разработка комплексных систем, которые комбинируют преимущества операторского управления с использованием микропроцессоров.

Пути повышения производительности экскаваторов

Многоковшовые экскаваторы лучше подходят для автоматизации рабочих операций. Управление процессом копания в роторных машинах осуществляется путем изменения скорости подачи бокового рабочего органа (ротора).

Основная цель автоматизации операций, связанных с копкой, заключается в достижении максимальной производительности, которая возможна при определенных горно-геологических характеристиках. Эффективное управление процессом сводится к стабилизации одного из показателей (нагрузки на рабочий орган экскаватора либо производительности по массе или объему).

Один из перечисленных параметров может оказаться ограничивающим фактором. Это зависит от характеристик горных пород, климатических условий, состояния оборудования и других факторов, влияющих на стабильность процесса.

Часто задаваемые вопросы о производительности экскаватора

Какие характеристики экскаватора являются основными?

Ключевые параметры техники – общая и полезная мощность силового агрегата N_e, давление в рабочем контуре гидравлического привода P_en, грузоподъемность Q₃, максимальное значение тягового усилия трансмиссии R_m и снаряженный вес. Основное условие, которое инженеры должны соблюсти при конструировании экскаваторов, состоит в обосновании оптимального соотношения указанных показателей с технологическими характеристиками.

Что обозначает нормативная производительность экскаватора?

Суть показателя такая же, как и у эксплуатационной производительности, а используют его в качестве нормативных значений. Другими словами, это те параметры, которым должны соответствовать конкретные виды техники по установленным нормам. Нормативная производительность соответствует объему работ, которые должна выполнять конкретная модель экскаватора при определенных рабочих условиях за указанный временной отрезок.

Что обозначает термин «продолжительность цикла»?

Это понятие определяется как сумма 4-х показателей длительности операций, которые подлежат обязательному учету: время копки, поворот на выгрузку, сама процедура выгрузки и обратный поворот.

Производительность экскаватора – важный экономический показатель, который используется для расчетов окупаемости машины и учитывается при выборе типов выполняемых операций. Для его вычисления применяют специальные формулы. Показатель производительности экскаватора необходим для составления сметы на планируемые работы.