摘要:為促進(jìn)露天采礦事業(yè)的發(fā)展，對單斗鏟設(shè)備的能力進(jìn)行研究。通過對當(dāng)前單斗鏟能力進(jìn)行理論分析及計(jì)算公式分析，得出在單斗鏟班實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算中沒有考慮到卡車入換帶來的單斗鏟循環(huán)時間變化，以及車鏟匹配帶來的單斗鏟作業(yè)時間變化;得出單斗鏟年實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算中沒有考慮設(shè)備檢修、故障、節(jié)假日等情況。針對單斗鏟實(shí)際能力計(jì)算中存在的問題，進(jìn)行理論上的完善，在理論完善的基礎(chǔ)上修正單斗鏟實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算公式，使理論計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)際更加吻合。研究結(jié)果將推動露天采礦事業(yè)的發(fā)展，并對現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)生指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞:露天礦 單斗鏟 卡車入換 車鏟匹配 能力

單斗鏟是露天礦的主要生產(chǎn)設(shè)備，它的能力直接影響著整個露天礦的生產(chǎn)。目前，我國露天礦單斗鏟設(shè)備的能力計(jì)算值比實(shí)際值偏大，說明計(jì)算理論和過程存在一定問題。計(jì)算值相對實(shí)際值偏大嚴(yán)重影響國家領(lǐng)導(dǎo)層對行業(yè)政策、法規(guī)、規(guī)范的制定，影響設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)精度，不能精確指導(dǎo)礦上的生產(chǎn)計(jì)劃，從理論上對單斗鏟設(shè)備能力計(jì)算進(jìn)行研究并總結(jié)成一套完整的公式將對露天采礦事業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)場生產(chǎn)產(chǎn)生積極的推動作用。

1 現(xiàn)有理論介紹

露天礦用設(shè)備的臺班生產(chǎn)能力和臺年生產(chǎn)能力表示挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力。單斗挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力有理論生產(chǎn)能力、技術(shù)生產(chǎn)能力、實(shí)際生產(chǎn)能力[1]。

理論生產(chǎn)能力是指一臺挖掘機(jī)挖掘Ⅳ級土壤，挖掘高度為推壓軸高度，它等于最大挖掘高度的70%-75%，挖掘半徑為平均挖掘半徑，卸載高度和卸載半徑不大于最大高度的80%，工作速度為計(jì)算速度，轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)90°卸土，挖掘機(jī)充分利用，各動作協(xié)調(diào)。在這些條件下，挖掘機(jī)連續(xù)工作一小時所得到的生產(chǎn)率。用以比較同類型機(jī)器在同一工作條件下的情況[2]。

理論生產(chǎn)能力可按下式計(jì)算:

式中:

Ql—鏟斗的理論生產(chǎn)能力，m3/h;

V—鏟斗的幾何容積，m3;

nl—每分鐘工作循環(huán)理論值，次/min;

tl—每一工作循環(huán)的延續(xù)時間，s;

挖掘機(jī)一個工作循環(huán)的延續(xù)時間，是指挖掘、滿斗回轉(zhuǎn)、卸載和空斗返回時間總和。一般可按產(chǎn)品樣本或設(shè)備銘牌給定值選取，并考慮巖石特性，再以巖石影響系數(shù)進(jìn)行校正。

技術(shù)生產(chǎn)能力指一臺挖掘機(jī)在正常條件下連續(xù)工作一小時所獲得的最大生產(chǎn)能力。其值可按下式計(jì)算:

式中:

Qj—鏟斗的技術(shù)生產(chǎn)能力， ;

km—鏟斗裝滿系數(shù);

tj—正常條件下，工作循環(huán)的延續(xù)時間，s;

ks—物料松散系數(shù);

技術(shù)生產(chǎn)能力考慮了工作面高度、土巖性質(zhì)、回轉(zhuǎn)角度和卸載方法的影響，故tj應(yīng)大于tl。即:

tj=tl/kt (3)

式中:

Kt—循環(huán)時間影響系數(shù)。對碎石及爆破條件好的巖石，kt=0.98;對爆破不好的巖石kt=0.73。

技術(shù)生產(chǎn)能力考慮了工作條件，用他可以比較挖掘機(jī)在不同工作對象和工作情況時的工作能力。

實(shí)際生產(chǎn)能力是指一臺挖掘機(jī)在一段時間內(nèi)的實(shí)際平均生產(chǎn)能力。在計(jì)算時，要考慮司機(jī)操作的情況以及可能產(chǎn)生的種種時間損失。如果以一班來看，這一時間損失如:挖掘機(jī)沿工作面的運(yùn)行;更換已裝滿的車輛;交接班以及由于工作組織不當(dāng)而引起的停歇時間(等待運(yùn)輸車輛、排除故障、調(diào)整和潤滑、回避爆破等)。如果以一月或一年來看，還包括因下列原因而引起的時間損失:挖掘機(jī)走行到另一個工作地點(diǎn)、計(jì)劃中的修理、準(zhǔn)備工作場所、天氣特別惡劣而不能工作等。

實(shí)際生產(chǎn)能力按下式計(jì)算:

Qs=Qjklksj，(4)

式中:Qs—實(shí)際小時生產(chǎn)能力，m3/h;

kl—挖掘機(jī)的利用系數(shù)，指純工作時間和規(guī)定使用時間之比，具體條件按制定定額取定。對于汽車運(yùn)輸時，車容與斗容之比為2~3，組織工作一般時取kl=0.85;組織工作好時kl=0.89。若車容與斗容之比為4~5，組織工作一般是kl=0.87;組織工作好時kl=0.94。

ksj—司機(jī)操作的影響系數(shù)，可取0.81~0.98。其中較小值適用于小型挖掘機(jī)，較大值適用于大中型挖掘機(jī)。

實(shí)際生產(chǎn)能力是在施工設(shè)計(jì)時計(jì)算所需的挖掘機(jī)臺數(shù)，從實(shí)際生產(chǎn)能力可以看出一個工作場所的組織完善程度。

挖掘機(jī)的生產(chǎn)能力分為臺班生產(chǎn)能力和臺年生產(chǎn)能力，鑒于上面式中很多參數(shù)難以選取，臺班生產(chǎn)能力按下式計(jì)算[2]:

式中:

T—每班作業(yè)小時數(shù)，h;

B—鏟斗容量，m3;

Km—鏟斗裝滿系數(shù);

ε—挖掘機(jī)利用率;

t—挖掘機(jī)裝車的循環(huán)時間，s;

ks—物料在鏟斗中的松散系數(shù)

其中:

式中:

Tw—每班用于采掘和裝載的時間，h;

挖掘機(jī)臺年生產(chǎn)能力計(jì)算公式:

式中:

η—日工作班數(shù)，班/日;

N—年工作日數(shù);

通過上述公式計(jì)算的生產(chǎn)能力比露天礦實(shí)際生產(chǎn)能力偏大，說明理論和公式存在一定問題，下面對存在問題進(jìn)行具體分析。

2 存在問題分析

2.1 卡車入換時間 公式(5)中t為挖掘機(jī)每裝一鏟的循環(huán)時間，沒有考慮到單斗鏟裝滿一車后卡車由待裝位置進(jìn)入工作面裝車位置這段時間，在這段時間中，單斗鏟必須等待卡車進(jìn)入工作面待裝車位置，在露天礦生產(chǎn)中，勺容比一般為3~6，故每裝3~6次就有一次卡車入還時間，在整個單斗鏟工作時間中占有一定的比例，必須進(jìn)行考慮。令勺容比為n，卡車入換時間為a，則:

式中:t1—考慮卡車入換時間后挖掘機(jī)每裝一車的循環(huán)時間，s;

n—勺容比;

a—卡車入換時間;

此時單斗鏟實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算公式如下:

式中:

QB1—考慮卡車入換時間后單斗鏟的實(shí)際生產(chǎn)能力，m3/臺*班;

nBKm—卡車實(shí)際裝載體積，為松方，m3;

(nt+a)—單斗鏟裝載一車的循環(huán)時間

2.2 車鏟匹配 在公式(5)中，沒有考慮到車鏟匹配帶來的單斗鏟和卡車作業(yè)循環(huán)時間不匹配，從而導(dǎo)致單斗鏟等待卡車運(yùn)輸?shù)那闆r，或者卡車排隊(duì)等待單斗鏟裝車的情況。如果出現(xiàn)單斗鏟等待卡車運(yùn)輸?shù)那闆r，將增加單斗鏟的不能作業(yè)時間，從而降低單斗鏟的生產(chǎn)能力;如果出現(xiàn)卡車等待單斗鏟裝車的情況，將使卡車能力得不到發(fā)揮，從而卡車的運(yùn)輸能力。故必須考慮車鏟匹配帶來的作業(yè)循環(huán)時間變化。令實(shí)際生產(chǎn)中車鏟比為m，實(shí)際生產(chǎn)中卡車循環(huán)時間為b。

若:n*t1*m>b:則單斗鏟能力得到發(fā)揮，卡車因?yàn)榕抨?duì)不能全面發(fā)揮能力。

若:n*t1*m

QB2—考慮卡車入換和車鏟匹配時間后單斗鏟的實(shí)際生產(chǎn)能力，m3/臺*班;

m—實(shí)際生產(chǎn)中車鏟比;

b—實(shí)際生產(chǎn)中卡車的循環(huán)時間;

2.3 單斗鏟年實(shí)際工作天數(shù) 在公式(7)中，由單斗鏟的的班工作能力計(jì)算單斗鏟的年生產(chǎn)能力中，還存在著單斗鏟各種例行檢修、臨時故障、節(jié)日放假等等。單斗鏟例行檢修是露天礦生產(chǎn)中一個必有的程序，臨時故障也是不可避免，節(jié)日放假是國家規(guī)定必須執(zhí)行的[3，4]。故應(yīng)在公式(6)中設(shè)置一個單斗鏟實(shí)際出動系數(shù)，表示單斗鏟實(shí)際工作班數(shù)占計(jì)劃工作班數(shù)的比例。令單斗鏟實(shí)際出動系數(shù)為c，則單斗鏟年實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算公式如下:

式中:

Qme1—考慮以上因素后單斗鏟的年實(shí)際生產(chǎn)能力，萬m3;

c—單斗鏟實(shí)際出動系數(shù)，既單斗鏟實(shí)際工作班數(shù)和計(jì)劃生產(chǎn)班數(shù)之間的比例。

3 結(jié)論

在露天礦單斗鏟卡車的設(shè)備能力計(jì)算中，得出如下三條結(jié)論。

3.1 完善露天礦單斗鏟班實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算理論。通過設(shè)置卡車入換時間和車鏟匹配帶來的的時間變化，使單斗鏟班實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算理論更加符合實(shí)際。

3.2 完善露天礦單斗鏟年實(shí)際生產(chǎn)能力計(jì)算理論。通過設(shè)置單斗鏟實(shí)際出動系數(shù)，是單斗鏟年生產(chǎn)能力計(jì)算理論更加接近實(shí)際。

3.3 在完善理論的基礎(chǔ)上，對單斗鏟能力計(jì)算公式進(jìn)行修正，使計(jì)算公式和實(shí)際情況更加吻合。

參考文獻(xiàn):

[1]露天采礦手冊.北京:煤炭工業(yè)出版社，1986(10).

[2]露天采掘機(jī)械.北京:冶金工業(yè)出版社，1993(4).

[3]駱中洲.露天采礦學(xué)(上冊).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1986(6).

[4]于汝綬.露天礦設(shè)計(jì)理論分析.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.