Производительность экскаватора: сколько кубов в час

01Коротко

• По нормам ЕНиР гидравлический экскаватор с обратной лопатой в тяжёлом суглинке (грунт II группы) при копке котлована с погрузкой в самосвалы вынимает: ковш 0,25 м³ — около 17 м³/ч, ковш 0,5 м³ — 29 м³/ч, 0,65 м³ — 38 м³/ч, 1 м³ — 45 м³/ч, 1,6 м³ — 91 м³/ч. Навымет на 20–30 % больше. Это наш пересчёт нормы времени в кубы в час, в грунте естественной плотности.
• За смену 8 часов экскаватор с ковшом 0,65 м³ по той же норме вынимает около 300 м³ с погрузкой и около 380 м³ навымет.
• Формула: объём ковша × коэффициент наполнения × 3600 ÷ время цикла в секундах ÷ коэффициент разрыхления × коэффициент использования по времени.
• Время цикла у машин 13–25 т по справочникам Caterpillar и Komatsu — 11–19 секунд, у карьерных — 20–26 секунд.
• Расчётная выработка в 2–3 раза выше нормы: справочник считает рыхлые кубы за идеальный 60-минутный час, а норма — плотные кубы с перерывами, передвижками и ожиданием самосвалов.

02Что такое производительность экскаватора

Производительность — это объём грунта, который экскаватор разрабатывает за единицу времени: за час, смену или сезон. Измеряют её в кубометрах. Важно, какие это кубы: в плотном теле, то есть в грунте естественного залегания, или в рыхлом, уже в ковше и кузове. Один и тот же грунт в кузове занимает на 10–45 % больше места, чем в земле.

Различают несколько видов производительности:

Заказчику для планирования нужна эксплуатационная. Цифра из рекламы «до 200 кубов в час» обычно теоретическая или техническая и на площадке не получится.

03Формула расчёта: от цикла к кубам в час

В методических указаниях по строительным машинам техническую производительность одноковшового экскаватора считают так:

Птех = 3600 × q × Кн ÷ (tц × Кр), м³/ч

где q — вместимость ковша в м³, Кн — коэффициент наполнения ковша, Кр — коэффициент разрыхления грунта в ковше, tц — продолжительность цикла в секундах. Так формула записана в методичке Дальневосточного технического колледжа (2017), и тем же способом считают в вузовских практикумах.

Эксплуатационную получают умножением на коэффициент использования по времени Кв. В практической работе ВКТУ им. Д. Серикбаева диапазоны такие: Кн = 1–1,3, Кр = 1,15–1,4, Кв = 0,7–0,9.

Сменная норма в ЕНиР Е2-1 (п. 16 технической части) — та же формула в другой записи: Н = Т × Е × Ц × Квм × Кв. Т — продолжительность смены в минутах, Е — геометрическая вместимость ковша, Ц — число циклов в минуту, Квм — сколько грунта в естественном залегании приходится на один ковш, Кв — использование по времени. Квм заменяет пару «наполнение и разрыхление», поэтому ЕНиР сразу считает в плотных кубах.

Если из формулы убрать Кн, Кр и Кв, остаётся теоретическая производительность: 3600 ÷ tц × q. Ковш 1 м³ при цикле 16 секунд — 225 м³/ч. Это предел, к которому машина не приближается даже в песке.

Что входит в цикл

Цикл — это копание, подъём с поворотом к месту выгрузки, разгрузка и поворот обратно в забой. В методичке ДВТК: tц = tк + tп + tр + tп. Время разгрузки там принимают 2 секунды, а время поворота растёт с углом. Поворот на 135° вместо 90° добавляет около 30 % к повороту, на 180° — около 65 %.

Справочник Komatsu даёт стандартный цикл для обратной лопаты при угле поворота 45–90° и 90–180°:

Стандартный цикл умножают на поправку на условия: от 0,7, когда грунт высыпают в отвал, а копают меньше чем на 40 % максимальной глубины машины, до 1,8, когда копают глубже 75 % максимума и выгружают в маленькую цель на предельном вылете. Это таблица 13 справочника Komatsu (изд. 30, копия на стороннем сайте).

У Caterpillar полный цикл по моделям — в справочнике изд. 49: 312D — 0,21 минуты (около 13 секунд) в плотном грунте на глубине 1,5–3 м, 320D2 — 0,23 минуты (14 секунд), 336D — 0,27 (16 секунд), 385C — 0,35 (21 секунда) в крепкой глине на глубине 2,3–5,6 м. Цифры даны для поворота 60–90°, машиниста средней квалификации и хороших условий. Если самосвал стоит на дне выемки рядом с забоем, практичен цикл 10–17 секунд.

Коэффициент наполнения ковша

Наполнение показывает, сколько грунта реально входит в ковш относительно паспортного объёма с «шапкой». Как этот объём считают, разобрано в статье объём ковша экскаватора.

Липкая глина набирается с горкой, но плохо высыпается: часть остаётся на стенках и уходит обратно в забой. Поэтому ЕНиР при сильно налипающем грунте увеличивает норму времени до 1,1 раза.

Коэффициент разрыхления

Кубы в ковше и кузове — рыхлые, а в смете и проекте — плотные. По приложению 2 ЕНиР первоначальное увеличение объёма после выемки:

Пересчёт делают делением: 10 м³ тяжёлого суглинка в кузове — это 10 ÷ 1,27 ≈ 7,9 м³ в котловане. Подробнее, в том числе об остаточном разрыхлении после засыпки, — в статье категории грунта.

Коэффициент использования по времени

Экскаватор копает не всю смену: он передвигается вдоль забоя, ждёт самосвал, машинист чистит ковш, проверяет отметку дна. Справочник Komatsu даёт коэффициент 0,83 при хороших условиях, 0,75 при средних, 0,67 при скорее плохих и 0,58 при плохих. У Caterpillar та же мысль записана в минутах: 50 минут работы в часе — 83 %, 45 минут — 75 %, 40 минут — 67 %.

В ЕНиР коэффициенты Кв для гидравлических машин с обратной лопатой — в приложении 3:

При погрузке в самосвалы коэффициент ниже, чем навымет: машина ждёт подачу транспорта и точнее ставит ковш над кузовом.

04Сколько кубов в час по нормам ЕНиР

ЕНиР даёт не кубы в час, а норму времени в машино-часах на 100 м³ грунта в плотном теле. Мы пересчитали её в м³/ч делением: 100 ÷ норма. В норме уже учтены перерывы, передвижки и подача транспорта, поэтому это эксплуатационная, а не паспортная цифра.

Группы грунта коротко: I — песок, супесь, лёгкий суглинок, чернозём, растительный слой; II — тяжёлый суглинок, мягкая глина, щебень, слежавшийся строительный мусор; III — тяжёлый суглинок и мягкая глина с примесью щебня и гравия больше 10 %; IV — ломовая глина, твёрдый лёсс, мягкий мел.

Котлован, обратная лопата (§ Е2-1-11)

Все цифры — м³/ч в плотном теле, наш пересчёт норм ЕНиР.

Траншея, обратная лопата (§ Е2-1-13)

В траншее экскаватор работает быстрее, чем в котловане: поворот короче, а грунт чаще идёт в отвал вдоль бровки.

Нормы рассчитаны на траншею не мельче определённой глубины. Для ковша 0,25–0,4 м³ это 0,8 м в лёгком грунте, для 0,5–0,65 м³ — 1,2 м. В более мелкой траншее норма времени умножается на 1,1: ковш не успевает набраться за одно копание.

Выемки под дороги и каналы, прямая лопата

На длинных выемках при строительстве дорог, каналов и дамб нормы выше: машина стоит на месте дольше, забой ровный. Гидравлическая обратная лопата с ковшом 1,6 м³ здесь даёт по норме 119 м³/ч с погрузкой в грунте II группы (§ Е2-1-9). Прямая лопата копает от себя, вверх по забою, и с ковшом 1,6 м³ даёт 133 м³/ч в тех же условиях (§ Е2-1-8). Карьерная прямая лопата с ковшом 4 м³ в песке — до 244 м³/ч с погрузкой.

05Поправки к норме: что снижает выработку

ЕНиР рассчитан на грунт естественной влажности, поворот стрелы до 135° и свободный забой. Если условия хуже, норму времени умножают на коэффициенты из технической части:

Последний столбец — наш пересчёт: 1 − 1 ÷ коэффициент.

Есть и поправка в обратную сторону. Ранее разрыхлённый немёрзлый грунт копают по норме на группу ниже: тяжёлый суглинок, вынутый и сваленный в отвал, вторично грузят как грунт I группы. Мёрзлый грунт экскаватор берёт только после рыхления взрывом или механическими средствами. После рыхления лёгкий мёрзлый грунт нормируют как II группу, лёгкий суглинок и чернозём — как III, тяжёлый суглинок и жирную глину — как V.

06Факторы, которые влияют на эффективность работы

Кроме поправок из норм, на выработку влияют вещи, которых в таблице нет. Их учитывают при выборе техники и подрядчика.

Климатические условия и время года. Летом суглинок естественной влажности копается по норме. В дождь он превращается в липкую массу, и сразу срабатывают две поправки — налипание и мокрая подошва. Зимой немёрзлый грунт намерзает на ковш, а мёрзлый экскаватор вообще не берёт без рыхления: нужен рыхлитель, гидромолот или буровзрывные работы, и это отдельная статья расходов.

Квалификация оператора. Справочники Caterpillar и Komatsu дают цикл для машиниста средней квалификации. Опытный оператор держит ковш полным, совмещает подъём стрелы с поворотом платформы и не делает лишних перемещений. Новичок теряет секунды на каждом цикле, а за смену это сотни циклов. На небольшом объекте разница незаметна, на котловане в тысячу кубов — это лишний день работы.

Техническое состояние и обслуживание. Изношенные зубья и режущая кромка увеличивают сопротивление копанию, ковш наполняется хуже. Если давление в гидросистеме ниже паспортного, цилиндры работают медленнее и машина не развивает полного усилия. Регулярное обслуживание — замена фильтров и рабочей жидкости, проверка давления, замена зубьев — дешевле, чем ремонтные простои посреди работ. Работа с перегрузкой, с ковшом больше допустимого, ускоряет износ и приводит к поломкам.

Организация работ на объекте. Даже исправная техника с опытным машинистом стоит без дела, если самосвалов мало, подъезд разбит, а разметка не готова. Технологические перерывы — переезд вдоль забоя, зачистка дна, проверка отметок — неизбежны, но их можно сократить, если заранее спланировать площадку и порядок разработки.

07Основные характеристики, от которых зависит производительность

Из паспорта машины на выработку влияют несколько параметров:

• Вместимость ковша — главный множитель в формуле. Какой ковш стоит на машинах разного класса, разобрано в статье объём ковша экскаватора.
• Мощность двигателя и давление в гидросистеме определяют усилие копания и скорость движений. Если усилия не хватает, в тяжёлом грунте ковш не наполняется полностью.
• Скорость поворота платформы — от неё зависит большая часть цикла: поворот к самосвалу и обратно занимает больше времени, чем само копание.
• Глубина копания и вылет. Машина эффективна, когда копает не глубже 40–75 % своей максимальной глубины: у предела рабочего оборудования цикл растёт.
• Ходовая часть — гусеничная или колёсная. От неё зависит, как машина передвигается по площадке и между объектами.

Колёсный или гусеничный экскаватор

Справочник Caterpillar (изд. 49) даёт полный цикл в одинаковых условиях — плотный грунт или песок с гравием, глубина 1,5–3 м:

По таблице колёсные машины 14–20 т в этих условиях делают цикл не дольше гусеничных того же класса. Их главное преимущество не в цикле, а в переездах: колёсный экскаватор приезжает своим ходом и быстро переходит между точками на объекте, без трала. Гусеничный устойчивее на слабом и мокром грунте и на откосах, поэтому на котлованах и в тяжёлых условиях обычно работает он. ЕНиР нормы по ходовой части не разделяет: время зависит от ковша, грунта и вида работы.

Расчёт смены для колёсной машины делают по той же формуле: ковш, наполнение, цикл, разрыхление и коэффициент использования. Разница в том, что у колёсной машины меньше времени уходит на перемещение между участками, если работы разбросаны по объекту.

08Нормативная и фактическая: почему цифры расходятся

Возьмём машину класса 20 т с ковшом 1 м³ в суглинке.

• По справочнику Caterpillar (изд. 50) такой экскаватор при цикле 17,1 секунды даёт 190 м³ рыхлого грунта за 60-минутный час.
• По формуле Komatsu при цикле 16 секунд, наполнении 1,0 и средних условиях (0,75): 3600 ÷ 16 × 1 × 0,75 ≈ 169 м³/ч рыхлого грунта. В плотном теле тяжёлого суглинка это 169 ÷ 1,27 ≈ 133 м³/ч.
• По ЕНиР котлован с погрузкой в грунте II группы и ковшом 1 м³ — 45 м³/ч в плотном теле.

Разница в три раза объясняется тем, что считают. Справочник производителя даёт выработку новой машины на хорошем забое, когда самосвалы подходят без перерыва. ЕНиР составлен Госстроем СССР для отечественных машин того времени (ЭО-4121, ЭО-5122), и в нём учтено всё время смены: установка в забое, передвижки, зачистка, ожидание транспорта. Действующие сметные нормы ГЭСН-2020 для импортного экскаватора с ковшом 1 м³ ближе к современной технике: 10,71 маш.-ч на 1000 м³ в грунте II группы с погрузкой, то есть около 93 м³/ч. Но они рассчитаны на карьер, а не на котлован.

Практический вывод: для сроков на стройплощадке берите ЕНиР как нижнюю оценку выработки, а справочник производителя — как верхний предел. Реальная современная машина с опытным машинистом и самосвалами без простоев окажется между ними.

09Сколько кубов за смену: примеры расчёта

Во всех примерах ниже часовая выработка — по таблицам ЕНиР выше, а смена — 8 часов чистой работы.

Котлован под дом. 12 × 10 м, глубина 2,5 м — 300 м³ тяжёлого суглинка (II группа), грунт вывозится.

• Ковш 0,5 м³: 3,4 маш.-ч на 100 м³ × 3 = около 10 часов, больше смены.
• Ковш 0,65 м³: 2,6 × 3 = около 8 часов, одна смена.
• Ковш 1 м³: 2,2 × 3 = около 6,6 часа.

Если дно мокрое и экскаватор работает со сланей, глиняный грунт даёт поправку 1,2: с ковшом 0,65 м³ уже 9,4 часа.

Траншея под водопровод. 50 м длиной, 0,6 м шириной, 1,5 м глубиной — 45 м³ суглинка, грунт в отвал вдоль траншеи для обратной засыпки.

• Экскаватор-погрузчик с ковшом 0,25 м³, II группа навымет: 4,5 маш.-ч на 100 м³ × 0,45 = около 2 часов.
• Гусеничная машина с ковшом 0,5 м³: 2,5 × 0,45 = около 1,1 часа.

На такой работе выигрыш большой машины съедает доставка тралом, поэтому траншеи до 100 м³ обычно копают экскаватором-погрузчиком.

Большой котлован. 30 × 20 м, глубина 3 м — 1800 м³ тяжёлого суглинка с погрузкой в самосвалы.

• Ковш 0,65 м³: 2,6 × 18 = около 47 часов, шесть смен.
• Ковш 1,25 м³: 1,5 × 18 = 27 часов, три с половиной смены.

Здесь машина 25–30 т окупает перевозку: экономия — две-три смены работы техники и самосвалов.

Погрузка из отвала. Ранее вынутый и сваленный тяжёлый суглинок грузят по норме для I группы. Ковш 1 м³ в котловане с погрузкой — 53 м³/ч вместо 45. Сыпучий песок из бурта грузит быстрее фронтальный погрузчик, но экскаватор справляется, когда площадка тесная.

10Сколько самосвалов нужно под экскаватор

Экскаватор с погрузкой в транспорт работает так быстро, как к нему подходят самосвалы. ЕНиР (п. 14 технической части) считает их число делением продолжительности рейса на время погрузки одного самосвала:

N = (Тп + Ту.п + Тр + Ту.р + Тм + Тпр) ÷ (Тп + Ту.п)

где Тп — погрузка, Ту.п — установка под погрузку, Тр — разгрузка, Ту.р — установка под разгрузку, Тм — манёвры, Тпр — пробег туда и обратно.

Пример. Ковш 1,25 м³, котлован в тяжёлом суглинке, 67 м³/ч в плотном теле. КАМАЗ с кузовом 10 м³ берёт около 7,9 м³ грунта в плотном теле: 10 ÷ 1,27. По массе это около 13,8 т при плотности суглинка 1,75 т/м³ — грузоподъёмность не превышена.

• Погрузка: 7,9 ÷ 67 × 60 ≈ 7 минут, установка — 1 минута.
• Отвал в 10 км, средняя скорость 30 км/ч: пробег туда и обратно — 40 минут.
• Разгрузка, установка и манёвры — 4 минуты.

N = (7 + 1 + 40 + 4) ÷ (7 + 1) = 6,5. Нужно 7 самосвалов. Цифры пробега и манёвров здесь наше допущение для примера; подставьте свои расстояние и скорость. Если самосвалов будет 4, экскаватор простаивает больше трети смены, и выработка падает на столько же при той же цене часа. Сколько и какого грунта входит в кузов — в статье сколько кубов в КамАЗе.

11Как повысить производительность на площадке

1. Ставить самосвал рядом с забоем, чтобы поворот был 60–90°, а не больше 135°. По справочнику Caterpillar, если самосвал стоит на дне выемки рядом с грунтом, цикл сокращается до 10–17 секунд.
2. Подобрать ковш под грунт: в лёгком грунте — максимальный по паспорту, в тяжёлой глине и с камнями — меньше, но наполненный полностью.
3. Держать забой нормальной глубины. Мелкий забой — поправка 1,1, а слишком глубокий для машины забой по Komatsu увеличивает цикл до 1,4–1,8 раза.
4. Отвести воду. Откачка из котлована снимает поправки на мокрую подошву и черпание из-под воды — до 1,7 раза.
5. Убрать помехи — коммуникации, ограждения, материалы ближе 2 м от забоя: это поправка 1,2.
6. Посчитать самосвалы по формуле выше и держать резерв на одну машину.
7. Помощник машиниста на гидравлике 0,25–1 м³ по ЕНиР снижает норму времени экскаватора в 0,9 раза: он ведёт разметку, зачищает дно и следит за отметками.

12Как подобрать экскаватор под объём работ

Классы машин и где какую ставят — в статье виды экскаваторов.

Для масштаба: карьерные машины работают в совсем другом диапазоне. Volvo EC950F массой 90 т заполняет 60-тонный самосвал за 4 ковша при среднем цикле 20–25 секунд (Volvo CE). Liebherr R 9300 на руднике в Индонезии показал цикл 26 секунд и мгновенную выработку 1371 м³ в плотном теле в час (Liebherr).

13Сколько стоит аренда экскаватора

Аренду считают по часам, поэтому от производительности зависит итог. Машина с большим ковшом дороже в час и требует перевозки тралом, но на большом котловане заканчивает в два раза быстрее. На маленьком объёме выгоднее экскаватор-погрузчик, который приезжает своим ходом.

Середина рынка на экскаватор сейчас 2 550 ₽/ч, его сдают 60 компаний. Обе цифры берутся из каталога при сборке сайта.

Подобрать машину под объём — на странице «Аренда экскаватора».

14Частые вопросы

Сколько кубов в час копает экскаватор?

По нормам ЕНиР гидравлический экскаватор в тяжёлом суглинке при копке котлована с погрузкой вынимает 17 м³/ч с ковшом 0,25 м³, 38 м³/ч с ковшом 0,65 м³ и 45 м³/ч с ковшом 1 м³. Это кубы в плотном теле с учётом перерывов. Современная машина с опытным машинистом работает быстрее.

Сколько кубов экскаватор выкопает за смену?

Ковш 0,65 м³ в тяжёлом суглинке — около 300 м³ за 8 часов с погрузкой в самосвалы и около 380 м³ навымет, по нормам ЕНиР. Ковш 1,25 м³ — 530–730 м³.

Почему расчётная производительность выше фактической?

Расчёт по циклу даёт рыхлые кубы за 60 минут чистой работы. На площадке машина передвигается, ждёт самосвалы, машинист чистит ковш, а грунт в плотном теле занимает на 10–30 % меньше объёма, чем в ковше. Поэтому фактическая выработка в 2–3 раза ниже расчётной.

Какой коэффициент использования по времени брать?

Для погрузки в самосвалы по ЕНиР — 0,6–0,7, навымет — 0,73–0,82. Справочник Komatsu даёт 0,83 для хороших условий и 0,58 для плохих.

Что важнее для выработки — ковш или время цикла?

Оба множителя равноценны: ковш на 30 % больше даёт то же, что цикл на 30 % короче. Но для большего ковша нужна мощная машина, а цикл сокращают организацией: угол поворота до 90°, самосвал рядом с забоем, нормальная глубина.

Как пересчитать кубы из кузова в кубы котлована?

Разделить на коэффициент разрыхления: для песка 1,10–1,15, для тяжёлого суглинка 1,24–1,30, для ломовой глины 1,28–1,32. Например, 10 м³ суглинка в кузове — около 7,9 м³ в котловане.

Сколько самосвалов нужно под один экскаватор?

Длительность рейса делят на время погрузки одного самосвала. При ковше 1,25 м³ и отвале в 10 км получается около 7 КАМАЗов. На близкий отвал хватит 3–4.