Download - Gradevinske masine - Jovan Sredojevic.pdf

Rudarsko-graevinske maine za otkopavanje stijenskih masa

SADRAJ

Naziv

Str.

1 UVOD 1 1.1 Znaaj i razvoj rudarsko-graevinskih maina 1 1.2 Podjela rudarsko-graevinskih maina 3

2 OSOBINE STIJENA I STIJENSKIH MASA 6 2.1 Osobine i klasifikacija stijena 6 2.2 Osnovne fiziko-mehanike i tehnike osobine radne sredine 8 2.3 Otpori stijena kopanju 12 2.3.1 Osnove kopanja stijena 12 2.3.2 Otpor rezanja stijene s noem 15 2.3.3 Faktori koji utjeu na specifini otpor rezanja s noem 18 2.3.4 Otpor rezanja stijene s noem sa zubima 20 2.4 Ostali otpori kopanja stijena 23

3 MEHANIZMI I SISTEMI RUDARSKO-GRAEVINSKIH

MAINA

26 3.1 Osnovni mehanizmi i sistemi rudarsko-graevinskih maina 26 3.2 Pogonski motori rudarsko-graevinskih maina 27 3.2.1 DiesEl motori 27 3.2.2 Elektromotori 29 3.3 Sistemi prenosa snage na rudarsko-graevinskim mainama 31 3.4 Mehaniki prenosnici snage 32 3.4.1 Osnovni sklopovi mehanikih sistema prenosa snage 32 3.4.2 Spojnice 34 3.4.3 Zupaniki mjenjaki prenosnici 34 3.4.4 Zglobni prenosnici 36 3.4.5 Pogonski mostovi 38 3.4.6 Osnovni parametri mehanikih prenosnika 42 3.5 Hidrauliki prenosnici snage 43 3.5.1 Hidrostatiki prenosnici snage 43 3.5.1.1 Principi i koeficijenti korisnog dejstva 44 3.5.1.2 Hidrauline pumpe i motori 48 3.5.1.3 Hidraulini cilindri 55 3.5.1.4 Komandno-regulacioni ureaji 58 3.5.1.5 Ostale komponente 60 3.5.2 Hidrodinamiki prenosnici snage 62 3.5.2.1 Hidrodinamike spojnice 62 3.5.2.2 Hidrodinamiki pretvarai obrtnog momenta 65

Graevinske maine i ureaji 3.6 Pneumatski prenosnici snage 74 3.6.1 Kompresori 75 3.6.2 Rezervoar za zrak 75 3.6.3 Cijevi i spojni elementi 76 3.6.4 Preiavanje zraka 77 3.6.5 Pneumatski motori 78 3.6.5.1 Rotirajui pneumatski motori 78 3.6.5.2 Pravolinijski pneumatski motori 79 3.6.5.3 Pneumatski razvodnici i ventili 82 3.7 Elektrini prenosnici snage 83 3.8 Ureaji za kretanje rudarsko-graevinskih maina 85 3.8.1 Ureaji za kretanje na gusjenicama gusjednini donji postroj 86 3.8.1.1 Vrste gusjeninih ureaja 86 3.8.1.2 Specifini pritisak na podlogu 89 3.8.2 Ureaji za kretanje na tokovima sa pneumogumama 91 3.8.2.1 Pneumogume i uslovi primjene 91 3.8.2.2 Radni vijek pneumoguma 95 3.8.2.3 Koeficijent otpora kotrljanju i adhezije 96 3.9 Ureaji za kretanje na inama eljezniki donji postroj 97 3.10 Ureaji za kretanje sa papuama-koraajui donji postroj 98 3.10.1 Koraajui mehanizmi i uslovi primjene 99 3.10.2 Specifini pritisak na podlogu 102 3.11 Sistemi za koenje 104 3.11.1 Zadaci i osobine sistema za koenje 104 3.11.2 Struktura sistema za koenje 105 3.11.3 Funkcionalne komande podsistema za koenje 106 3.11.3.1 Komande 106 3.11.3.2 Prenosni mehanizmi 107 3.11.3.3 Konice 108 3.11.3.4 Usporivai 111 3.12 Sistemi za upravljanje 112 3.12.1 Sistemi za upravljanje rudarsko-graevinskim mainama sa

ureajima za kretanje na tokovima sa pneumogumama

113 3.11.2 Sistemi za upravljanje rudarsko-graevinskim mainama sa

ureajima za kretanje na gusjenicama

116

4 BUAE GARNITURE 119 4.1 Opte karakteristike buaih garnitura 119 4.1.1 Klasifikacija buaih garnitura 119 4.1.2 Radni parametri, principi dejstva i oblast primjene buaih

garnitura

120 4.1.3 Eksploatacioni kapacitet buaih garnitura 122 4.2 Teoretske osnove buenja 123 4.2.1 Rotaciono-drobei reim buenja 123 4.2.2 Rotaciono-reui reim buenja 126

- 2 -

Graevinske maine i ureaji 4.2.3 Rotaciono-spiralni reim buenja 127 4.2.4 Udarno-rotacioni reim buenja 129 4.3 Konstruktivno-tehnoloke karakteristike buaih garnitura 132 4.3.1 Rotacione buae garniture 132 4.3.1.1 Tehnoloke karakteristike, osnovni sklopovi i sistemi 132 4.3.1.2 Ureaji za kretanje 134 4.3.1.3 Nosea konstrukcija 135 4.3.1.4 Katarka 135 4.3.1.5 Hidrostatiki sistemi prenosa snage 136 4.3.1.6 Otpraiva 136 4.3.1.7 Buai pribor 136 4.3.2 Spiralne rotacione buae garniture 136 4.3.2.1 Spiralne rotacione garniture sa koraajuim mehanizmom za

kretanje

137 4.3.2.2 Spiralne buae garniture instalirane na kamionu 139 4.3.3 Udarno-rotacione buae garniture 140 4.3.3.1 Tehnoloke karakteristike, osnovni sklopovi i sistemi 140 4.3.3.2 Nosea konstrukcija sa ureajima za kretanje 142 4.3.3.3 Katarka 143 4.3.3.4 Mehanizam za rotaciju i posmak 143 4.3.3.5 Mehanizam za udar - buai eki 144 4.3.3.6 Buai pribor 147 4.4 Tehniki normativi za eksploataciju buaih garnitura 148

5 BAGERI 150 5.1 Opte karakteristike bagera 150 5.1.1 Klasifikacija bagera 150 5.1.2 Princip dejstva, radni parametri i oblasti primjene ciklinih bagera 153 5.1.2.1 Bager kaikar 153 5.1.2.2 Bager dreglajn 156 5.1.2.3 Hidraulini bager 157 5.1.3 Princip dejstva, radni parametri i oblast primjene kontinuiranih

bagera

160 5.1.3.1 Rotorni bageri 160 5.1.3.2 Bager vedriar 163 5.1.4 Kapacitet bagera 165 5.1.4.1 Teoretski kapacitet 165 5.1.4.2 Tehniki kapacitet 166 5.1.4.3 Eksploatacioni kapacitet 167 5.2 Radni ureaji ciklinih bagera 167 5.2.1 Bager kaikar 167 5.2.1.1 Konstruktivne eme radnih ureaja 168 5.2.1.2 Konstrukcija kaike 170 5.2.1.3 Konstrukcija nosaa kaike 172 5.2.1.4 Konstrukcija katarke 172

- 3 -

Graevinske maine i ureaji 5.2.1.5 Proraun snage pogona mehanizma za kopanje 173 5.2.2 Bager dreglajn 175 5.2.2.1 Konstrukcija kaike 175 5.2.2.2 Konstrukcija katarke 177 5.2.2.3 Proraun snage pogona mehanizma za kopanje i dizanje 178 5.2.3 Hidraulini bager 181 5.2.3.1 Konstrukcija radnih ureaja 181 5.2.3.2 Radni organi hidraulinih bagera 184 5.2.3.3 Proraun snage pogonskog motora 185 5.3 Radni ureaji kontinuiranih bagera 191 5.3.1 Radni ureaji rotornog bagera 191 5.3.1.1 Konstruktivni elementi radnih ureaja 191 5.3.1.2 Geometrijski parametri odreska 196 5.3.1.3 Proraun snage rotora 200 5.3.2 Radni ureaji bagera vedriara 204 5.3.2.1 Konstruktivni elementi radnih ureaja 204 5.3.2.2 Proraun snage pogona mehanizma lananika 209 5.4 Mehanizmi bagera 212 5.4.1 Mehanizmi ciklinih bagera 212 5.4.1.1 Mehanizmi bagera kaikara i dreglajna 212 5.4.1.2 Mehanizmi hidraulinog bagera 220 5.4.2 Mehanizmi kontinuiranih bagera 221 5.4.2.1 Mehanizmi rotornog bagera 221 5.4.2.2 Mehanizmi bagera vedriara 223 5.4.3 Mehanizmi za obrtanje platforme bagera 225 5.4.3.1 Konstruktivne karakteristike mehnizama za obrtanje platforme 225 5.4.3.2 Proraun snage pogona mehanizma za obrtanje platforme bagera

kaikara i dreglajna

230 5.4.3.3 Proraun parametara hidrualinog motora za obrtanje platforme

hidrualinog bagera

233 5.4.3.4 Proraun snage pogona mehanizma za obrtanje platforme rotornog

bagera

235 5.4.3.5 Proraun snage pogona mehanizma za obrtanje platforme obrtnih

bagera vedriara

236 5.4.4 Proraun snage pogona mehanizma za kretanje bagera 238 5.4.4.1 Proraun snage pogona mehanizma za kretanje na gusjeninom

donjem postroju

238 5.4.4.2 Proraun parametara hidraulinog motora za pogon mehanizma

kretanja bagera

241 5.4.4.3 Proraun snage mehanizma za kretanje bagera na aljeznikom

donjem postroju

243 5.4.4.4 Proraun snage mehanizma za kretanje bagera na koraajuem

donjem postroju

245 5.5 Sistemi upravljanja radnim organima i mehanizmima bagera 246 5.5.1 Sistemi upravljanja sa mehanikim sistemima prenosa snage 246

- 4 -

Graevinske maine i ureaji 5.5.2 Sistemi upravljanja sa hidrostatikim sistemima prenosa snage 253 5.6 Statiki proraun bagera 257 5.6.1 Statiki proraun ciklinih bagera 257 5.6.2 Statiki proraun kontinuiranih bagera 261 5.7 Tehniki normativi za montau, odravanje i eksploataciju bagera 265 5.7.1 Montano-demontani radovi 265 5.7.2 Odravanje i eksploatacija bagera 266

6 UTOVARIVAI 269 6.1 Opte karakteristike utovarivaa 269 6.1.1 Klasifikacija, radni parametri i oblast primjene utovarivaa 269 6.1.2 Kapacitet utovarivaa 274 6.2 Konstruktivne karakteristike utovarivaa 274 6.2.1 Osnovni sklopovi i parametri utovarivaa 274 6.2.2 Konstrukcija kaike 275 6.2.3 Radni ureaji za dizanje i obrtanje kaike 277 6.2.4 Nosea konstrukcija utovarivaa 277 6.2.5 Ureaji i sistemi prenosa snage za kretanje utovarivaa 280 6.2.5.1 Sistemi prenosa snage za kretanje utovarivaa na tokovima sa

pneumogumama

280 6.2.5.2 Sistemi prenosa snage za kretanje utovarivaa na gusjeninim

ureajima

287 6.2.6 Sistemi prenosa snage za kretanje radnih ureaja 288 6.2.7 Sistemi upravljanja radnim ureajima i ureajima za kretanje

utovarivaa

289 6.3 Tehniki normativi za eksploataciju utovarivaa 289

7 KAMIONI 292 7.1 Opte karakteristike kamiona 292 7.1.1 Klasifikacija, radni parametri i oblast primjene kamiona 292 7.1.2 Izbor nosivosti kamiona za rad u sistemu sa poznatom utovarnom

mainom

298 7.1.3 Eksploatacioni kapacitet kamiona 300 7.2 Parametri kretanja kamiona 301 7.2.1 Otpori kretanju kamiona 301 7.2.2 Efektivna vuna sila 303 7.2.2.1 Efektivna vuna sila na obodu tokova kamiona 303 7.2.2.2 Vuna sila na kuki tegljaa 303 7.2.3 Uslovi kretanja kamiona i tegljaa 303 7.2.4 Brzine kretanja kamiona 308 7.2.5 Potronja goriva kamiona 311 7.3 Konstruktivne karakteristike kamiona 312 7.3.1 Osnovni sklopovi i parametri kamiona 312 7.3.2 Nosea konstrukcija kamiona 313 7.3.3 Sanduk kamiona 313

- 5 -

Graevinske maine i ureaji 7.3.4 Ureaji i mehanizmi sistema za oslanjanje nosee konstrukcije na

ureaje za kretanje kamiona

315 7.3.5 Sistemi prenosa snage za kretanje kamiona 317 7.3.5.1 Hidromehaniki sistemi prenosa snage 317 7.3.5.2 Elektromehaniki sistemi prenosa snage 319 7.3.6 Sistem za podizanje sanduka kamiona 319 7.3.7 Sistemi upravljanja kamionom 320 7.4 Tehniki normativi za eksploataciju kamiona 322

8 BULDOZERI 325 8.1 Opte karakteristike buldozera 325 8.1.1 Klasifikacija i osnovne karakteristike buldozera 325 8.1.2 Princip dejstva i oblast primjene 326 8.1.2.1 Buldozeri na gusjenicama 326 8.1.2.2 Buldozeri na tokovima sa pneumogumama (turnodozeri) 328 8.1.2.3 Buldozeri na metalnim tokovima sa jeevima (kompaktori) 329 8.1.3 Kapacitet buldozera 329 8.2 Parametri rada buldozera 331 8.2.1 Otpori kretanja buldozera u radu 331 8.2.2 Efektivna vuna sila i uslovi kretanja buldozera 334 8.2.3 Sile u mehanizmu za pokretanje noa 335 8.3 Konstruktivne karakteristike buldozera 338 8.3.1 Osnovni sklopovi buldozera 338 8.3.2 Nosea konstrukcija 338 8.3.2.1 Nosea konstrukcija buldozera na gusjenicama 338 8.3.2.2 Nosea konstrukcija buldozera na tokovima 338 8.3.3 No buldozera 339 8.3.4 Ureaj za ripovanje 341 8.3.5 Ureaji za kretanje buldozera na gusjenicama 342 8.3.6 Ureaji i sistemi prenosa snage za kretanje buldozera 344 8.3.7 Sistemi upravljanja radnim ureajima i ureajima za kretanje

buldozera

344 8.4 Tehniki normativi za eksploataciju buldozera 345

9 SKREPERI 347 9.1 Opte karakteristike skrepera 347 9.1.1 Klasifikacija, radni parametri i oblast primjene skrepera 347 9.1.2 Kapacitet skrepera 351 9.2 Parametri rada skrepera 353 9.2.1 Otpori skrepera u procesu kopanja i punjenja sanduka 353 9.2.2 Efektivna vuna sila i uslovi kretanja skrepera u procesu kopanja i

punjenja sanduka

355 9.3 Konstruktivne karakteristike skrepera 357 9.3.1 Osnovni sklopovi i parametri skrepera 357 9.3.2 Sanduk kompaktnih (samohodnih) skrepera 359

- 6 -

Graevinske maine i ureaji 9.3.3 Sistem prenosa snage od pogonskog motora na pogonske tokove

skrepera

362 9.3.4 Sistem za podizanje sanduka skrepera 362 9.3.5 Sistem upravljanja skreperom 362 9.4 Tehniki normativi za eksploataciju skrepera 363

LITERATURA 364

- 7 -


1 UVOD 1.1 Znaaj i razvoj rudarsko-graevinskih maina

Povrinska eksploatacija mineralnih sirovina i radovi u oblasti

niskogradnje u savremenoj privredi predstavlja znaajan segment materijalne proizvodnje. Ovi radovi obuhvataju veliki broj razliitih aktivnosti vezanih za izgradnju i eksploaciju novih povrinskih kopova i niskograevinskih objekata te rekonstrukciju, adaptaciju i odravanje postojeih. Osnovne karakteristike ovih objekata su:

- nepokretnost povrinskih rudarskih i graevinskih objekata, odnosno objekat ostaje na mjestu izgradnje dui vremenski period;

- sloenost i nedjeljivost objekta te nemogunost prenoenja dijelova objekta na drugo mjesto;

- vremensko trajanje izgradnje, zavisno od tehnolokog procesa, klimatskih uslova i dr.;

- iskop i transport velikih koliina stijenskih masa; - koritenje velikih koliina materijala, npr. agregata, cementa, krea i

dr. Graevinarstvo, prema vrsti objekata, moe se podijeliti u dvije osnovne

grupe: - visokogradnja (npr. stambene zgrade, industrijski i javni objekti i sl.) i - niskogradnja (npr. autoceste, eljeznike pruge, mostovi, tuneli, brane

i sl.). Izgradnja i eksploatacija povrinskih kopova mineralnih sirovina, te

objekata u visoko i niskogradnji, danas se gotovo ne mogu zamisliti bez angaovanja adekvatnih rudarsko-graevinskih maina, ureaja i postrojenja. Izbor, eksploatacija i odravanje ovih maina predstavlja jedan od najbitnijih faktora za efikasan rad povrinskih kopova mineralnih sirovina i izgradnju graevinskih objekata, odnosno realizaciju bilo kog projekta iz ovih oblasti. Da bi povrinska eksploatacija mineralnih sirovina i graevinarstvo biljeilo stalni napredak, neophodan je bri razvoj i usavravanje tehiko-eksploatacionih karakteristika rudarsko-graevinskih maina, ureaja i postrojenja (npr. brzina kretanja, veliina radnog organa, manevarska sposobnost i dr.). Na razvoj rudarsko-graevinskih maina u svijetu naroito je uticao povean obim rudarsko-graevinskih radova, zahtjev za skraenje rokova izgradnje, zahtjev za veim kvalitetom i smanjenjem trokova eksploatacije i izgradnje, izvoenje


2

radova u svim vremenskim uslovima i na kraju stalni rast trokova ljudskog rada.

Danas se ne mogu zamisliti ni najjednostavniji rudarski radovi na povrinskim kopovima, kao i graevinski radovi u oblasti visoko i niskogradnje bez koritenja odgovarajuih rudarsko-graevinskih maina, ureaja i postrojenja. Kod veih graevinskih projekata vrijednost angaovane graevinske mehanizacije esto dostie i do 20 % svih investicionih ulaganja u taj projekat.

U cilju smanjenja uea ivog ljudskog rada, kao i rada ovjeka u

neadekvatnim radnim uslovima, sve vie se koristi mehanizovano i automatsko (kompjutersko) upravljanje rudarsko-graevinskim mainama. iroka primjena elektronike i informacionih sistema omoguuje upravljanje kvalitetom i skladno spajanje ovih maina u odreenu tehnoloku liniju, npr. tehnoloke linije za:

- bagerovanje (kopanje i utovar), transport i odlaganje stijenskih masa na povrinskim kopovima;

- pripremu kamenih (usitnjavanje, klasiranje i otpraivanje) agregata za proizvodnju betona i asfalta;

- proizvodnju betona i asfalta; - izradu prefabrikovanih elemenata (fabrike stanova) i sl. U savremene rudarsko-graevinske maine se instaliraju podsistemi za

prijem informacija, programi za upravljanje, izvoenje, pamenje, regulaciju, nadzor kvaliteta i drugo, to zavisi od nivoa automatizacije: npr. istovremena kontrola kvaliteta rada, nadzor o potronji pogonske energije, ispravnost rada maina s uputama o otklanjanju nedostataka i analiza radnog uinka, daljinsko upravljanje i sl. Primjena ovih automatskih procesa prua djelimino iskljuenje ili smanjenje psihofizikih napora rukovaoca, budui da se poslovi nadzora, upravljanja, sinhronizacije i optimizacije izvode automatski. Nedostaci ovih automatskih sistema su visoka cijena maine, te zahtjev za veim stepenom obuenosti servisera za poznavanje savremenih sistema elektronike.

Stalno poveanje obima rudarskih radova na povrinskim kopovima i graevinskih radova u oblasti nisko i visokogradnje, uslovilo je veoma intenzivan razvoj i usavravanje tehnoloko-eksploatacionih parametara rudarsko-graevinskih maina. Danas se na svjetskom tritu mogu pronai veoma iroka lepeza razliitih vrsta i tipova rudarsko-graevinskih maina, koje zadovoljavaju veoma stroge kriterijume u oblasti povrinske eksploatacije mineralnih sirovina i radova u nisko i visokogradnji.


3

U bliskoj prolosti kao i danas razvoj rudarsko-graevinskih maina vri se u tri smjera razvoja:

- razvoj specijalnih maina za velike rudarske i graevinske organizacije, kada se ugovaraju veliki projekti, gdje se uz dobru organizaciju rada moe ostvariti veliko iskoritenje, te ekonomian rad ovih skupih maina;

- razvoj standardnih maina za izvoenje veeg obima iskopa i transporta stijenskih masa (npr. buldozeri, hidraulini bageri, utovarivai, kamioni, drobilice i dr.), pri emu se osigurava ekonomian rad ovih maina;

- razvoj vienamjenskih maina za potrebe manjih rudarskih i graevinskih organizacija, koji osiguravaju njihov ekonomian rad, kao i ekonominost tih organizacija.

Osnovni tehniki zahtjevi koji se postavljaju pri razvoju novih rudarsko-graevinskih maina su: radni kapacitet; masa i gabariti (dimenzije); univerzalnost rada; radni vijek; brzina kretanja, prohodnost i stabilnost; tipizacija, unifikacija i normizacija, zahtjevi za odreeni nivo automatizacije; tehnika zatita i uslovi rada; klimatski uslovi koritenja; vrijeme za poetak rada po dopremi i obratno; autonomnost kretanja i rada, gorivo, transport; pouzdanost u radu; raspoloivost (srednje vrijeme opravke); obuenost rukovaoca; obuenost radnika za odravanje; potrebni alati za odravanje i remont; mogunost osiguranja rezervnih dijelova i drugi manje znaajni zahtjevi.

1.2 Podjela rudarsko-graevinskih maina

S obzirom na raznovrsnost, sloenost i obim rudarsko-graevinskih

radova, u praksi se koristi veoma veliki broj razliitih, esto vienamjenskih rudarsko-graevinskih maina. Ove maine se mogu efikasno koristiti kako za otkopavanje stijenskih masa na povrinskim kopovima mineralnih sirovina, tako i za otkopavanje stijenskih masa u oblasti niskogradnje i drugim oblastima graevinarstva. Zbog lakeg izuavanja rudarsko-graevinske maine se mogu podjeliti prema:

- namjeni; - nainu rada; - stepenu univerzalnosti i - stepenu pokretljivosti.

Za izuavanje predmeta Graevinske maine i ureaji na Politehnikom fakultetu, kao i predmeta Rudarske maine za povrinsku eksploataciju (Rudarske maine I) na Mainskom fakultetu Univerziteta u Zenici, izvrena je


4

podjela rudarsko-graevinskih maina za otkopavanje stijenskih masa prema radnim procesima koji se izvode na povrinskim kopovima mineralnih sirovina i u oblasti niskogradnje na:

- maine za buenje buae garniture; - diskontinuirane maine za kopanje i utovar (bagerovanje) stijenskih

masa; - kontinuirane maine za kopanje i utovar (bagerovanje) stijenskih

masa; - maine za kopanje, transport i ravnanje stijenskih masa; - maine za transport stijenskih masa.

1.3 Sistemi i vrste rudarsko-graevinskih maina za otkopavanje

stijenskih masa

Otkopavanje stijenskih masa na povrinskim kopovima mineralnih

sirovina i u oblasti niskogradnje se mogu vriti: - diskontinuiranim (ciklinim); - Kontinuiranim; - kombinovanim sistemima. Diskontinuirani (ciklini) sistemi otkopavanja stijenskih masa se

karakteriu ponavljanjem pojedinih radnih procesa s povremnim prekidima u toku samog ciklusa. Tipska tehnoloka ema otkopavanja stijenskih masa (vrstih i mekih) diskontinuiranim(ciklinim) sitemom, s osnovim vrstama rudarsko-graevinskih maina po radnim procesima na povrinskim kopovima mineralnih sirovina i u oblasti niskogradnje, data je na slici 1 i u tabeli 1.

Slika 1. Tipska tehnoloka ema otkopavanja vrstih stijenskih masa diskontinuiranim (ciklinim) sistemom: 1. buaa garnitura, 2. bager kaikar, 3. hidraulni bager s dubinskom kaikom, 4. kamion, 5. buldozer, 6. greder


5

Tabela 1. Osnovne vrste rudarsko-graevinskih maina za izvoenje radnih procesa u tehnolokoj emi otkopavanja stijenskih masa Radni proces Osnovne rudarsko-graevinske maine

a) Tehnoloke eme sa diskontinuiranim sistemom a.1) Otkopavanje vrstih stijena Priprema stijenske mase za utovar - Buae garniture

- Buldozeri sa riperom Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kaikari

- Bageri dreglajni - Hidraulini bageri - Utovarivai

Transport - Kamioni Odlaganje (planiranje) - Buldozeri

a.2) Otkopavanje mekih stijena Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kaikari

- Bageri dreglajni - Hidraulini bageri - Utovarivai

Transport Kamioni Odlaganje Buldozeri b) Tehnoloke eme s kontinuiranim sistemom Bagerovanje - Rotorni bageri

- Bageri vedriari Transport - Trani transporteri Odlaganje - Odlagai c) Tehnoloke eme s kombinovanim kamionsko-tranim sistemom Priprema stijenske mase za utovar (odnosi se na vrtse stijene)

- Buae garniture - Buldozeri sa riperom

Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kaikari - Bageri dreglajni - Hidraulini bageri - Utovarivai

Diskontinuirani transport Kamioni Pretovar s diskontinuiranog na kontinuirani transport

Pretovarna stanica

Kontinuirani transport Trani transporteri Odlaganje Odlaga


6

Kontinuirani sistemi se karakteriu kontinuiranim izvoenjem radnih procesa bagerovanja (kopanje i utovar), transporta i odlaganja stijenskih masa. Ovi sistemi se mogu primijeniti samo u mekim stijenama, odnosno u stijenama koje rotorni nbager ili bager vedriar moe direktno kopati. Tipska tehnoloka ema za otkopavanje stijenskih masa kontinuiranim procesima data je na slici 2. U tabeli 1. dati su osnovni radni procesi i osnovne vrste kontinuiranih rudarsko-graevinskih maina i postrojenja za otkopavanje mekih stijenskih masa. Kod kontinuiranih sistema stijenska masa se predaje od jedne maina prema drugoj s odreenom brzinom i konstantnim ritmom, ostvarujui pri tome kontinuirano izvoenja svih radnih procesa. Slika 2. Tehnoloka ema otkopavanja mekih stijenskih masa kontinuiranim sistemom: 1. rotorni bager za otkopavanje otkrivke, 2. pokretna utovarna kolica, 3. otkopni transporter, 4. pretovarni buner, 6. magistrani transporter, 7. pretovarni pokretn ransporter, 8. odlagalini transporter, 9. pokretna pretovarna kolica, 10. odlaga, 11. bager za otkopavanje mineralne sirovine, 12. transportna komunikacija za transport mineralne sirovine

Kombinovani sistemi karakteriu se istovremenim koritenjem diskontinuiranih (ciklinih) i kontinuiranih sistema, odnosno rudarsko-graevinskih maina. Na dubokim povrinskim kopovima najee se koristi kombinovani sistemi transporta stijenskih masa i to kombinacija kamionsko-tranih sistema. Kamionski sistemi se koriste u radnoj zoni, a trani sistemi od pretovarne stanice do konane destinacije, odnosno otkrivke do odlagalita, a


7

minearlne sirovine do privremene deponije. Na slici 3. data je tehnoloka ema kombinovanih kamionsko-tranih sistema transporta otkrivke i uglja na povrinskom kopu.

Slika 3. Tehnoloka ema otkopavanja stijenske mase otkrivke i uglja s koritenjem kombinovanog kamionsko-tranog sistema transporta: 1. hidraulini bager, 2. kamion, 3. pretovarna stanica za otkrivku, 4. sistem tranih transportera, 5. odlaga, 6. pretovarna stanica za ugalj, 7. sistem tranih transportera za ugalj

Na nekim povrinskim kopovima, kao i u oblasti niskogradnje mogue je koritenje i drugih vidova proizvodnih procesa za otkopavanje stijenskih masa:

- beztransportni proizvodni proces s koritenjem bagera dreglajna, koji vre prebacivanje, najee otkrivke u otkopane prostore povrinskog kopa ili neposredno pored gradilita u oblasti niskogradnje (slika 4);

- proizvodni procesi s koritenjem skrepera koji vre samostalno kopanje, utovar, transport i odlaganje (slika 5);

- proizvodni procesi s koritenjem bagera kontinuiranog dejstva u sistemu s transportnim mostovima, pokretnim tranim transporterima i drugim sredstvima transporta i odlaganjem kontinuiranim postrojenjima (odlagaima) (slika 6);

- drugi specijalni proizvoni procesi s koritenjem kombinacija rudarsko-graevinskih maina. 1.4 Osnove izbora rudarsko-graevinskih maina za otkopavanje

stijenskih masa

Za otkopavanje stijenskih masa na povrinskim kopovima i u oblasti niskogradnje vri se izabor optimalnog kompleta rudarsko-graevinskih maina za buenje minskih buotina (ako se radi o vrstom stijenskom masivu),


8

utovarnih, transportnih, odlagalinih i pomonih maina. Sve te maine moraju biti meusobno usaglane po kapacitetima i tehniko-tehnolokim parametrima.

Slika 4. Tehnoloka ema beztransportnog sistema otkopavanja stijenskih masa na povrinskom kopu uglja: 1. bager dreglajn na otkrivci, 2. bager kaikar na uglju, 3. kamion za transport uglja

Slika 5. Tehnoloka ema otkopavanja stijenskih masa u usjeku skreperom: 1. otkop skrepera, 2. odlagalite, 3. trasa kretanja skrepera

Slika 6. Tehnoloka ema otkopavanja stijenske mase s koritenjem rotornog bagera i transporto-odlagalinog mosta: 1. rotorni bager, 2. transportno-odlagalini most


9

Izbor kompleta rudarsko-graevinskih maina za odreene eksploatacione uslove predstavlja sloen proces, vazano za razliite varijante sistema eksploatacije s mogunosti koritenja razliitih vrsta i tipova rudarsko-graevinskih maina. Osnovni faktori koji utiu na izbor optimalnih vrsta i tipova rudarsko-graevinskih maina u konkretnim uslovima eksploatacije svrstani su u osnovne grupe:

- prirodni; - tehniko-tehnoloki; - ekonomski faktori.

Prirodni faktori imaju odluujui uticaj na izbor rudarsko-graevinskih

maina u konkretim uslovima eksploatacije, odnosno radne sredine u koje spadaju: fiziko-mehanike osobine; oblik, dimenzije i uslovi zalijeganja; hidroloki i hidrogeoloki uslovi; klimatski uslovi; topografija terena; vrsta i namjena stijenske mase i dr.

U prvom koraku izbora se utvruju potencijalne vrste rudarsko-

graevinskih maina za izvoenje osnovnih radnih procesa u usvojenoj tehnolokoj emi otkopavanja stijenskih masa. U ovom koraku se suava izbor osnovnih rudarsko-graevinskih maina na dvije ili tri realne mogunosti.

Izbor optimalnih vrsta i tipova rudarsko-graevinskih maina u usvojenoj

tehnolokoj emi vri se u drugom koraku, a prema tehniko-tehnolokim i ekonomskim faktorima:

Tehniko-tehnoloki faktori utiu na izbor optimalnih rudarsko-graevinskih maina na povrinskom kopu i u oblasti niskogradnje kroz: vijek eksploatacije i potrebni kapacitet; intenzitet razvoja radne zone u planu i po visini (dubini); mogunost nabavke odgovarajuih vrsta i tipova maina; mogunost snadbijevanja pogonskom energijom; lokacija i zapremina odlagalita i dr.

Kapacitet i vijek eksploatacije povrinskog kopa ima odluujui uticaj na

izbor osnovnih parametara strukture rudarsko-graevinskih maina u koje spadaju: zapremina kaike otkopno-utovarne maine i nosivost kamiona kod diskontinuiranih (ciklinih) sistema, odnosno zapremina vedrica kod kontinuiranih bagera, te irina i brzina kretanja trake transportera kod kontinuiranih sistema. S poveanjem kapaciteta, po pravilu se biraju rudarsko-graevinske maine veih kapaciteta, ukoliko nema drugih ogranienja, npr. selektivno otkopavanje, ogranieni razvoj radne zone u planu i po visini (dubini) i dr.


10

Ekonomski faktori utiu na izbor optimalnih rudarsko-graevinskih maina na povrinskom kopu i u oblasti niskogradnje kroz: investiciona ulaganja, eksploatacione trokove, produktivnost rada, kreditne uslove nabavke maina i dr. Svaki od navedenih faktora u konkretnim uslovima moe imati odluujui ili drugostepeni uticaj.


11

2 OSOBINE STIJENA I STIJENSKIH MASA 2.1 Osobine i klasifikacija stijena

Stijene se sastoje iz tri faze (slika 7): - vrstih supstanci (vrsta faza), - vode (tena faza) i - zraka (plinska faza).

Slika 7. Trofazni sistem stijene: a) prirodni sastav, b) sadraj zraka, vode i vrste supstance u ukupnoj zapremini

Opta podjela na grupe i vrste stijena, data je u tabeli 2. Sve stijene ije su estice vrsto povezane s prirodnim cementom ine vrste monolitne stijene. Ukoliko se odreenim optereenjem ili postupkom (miniranjem, ripovanjem ili kopanjem) poremete ili razore, ovakve stijene se vie ne mogu dovesti u poetno stanje. Manji komadi vrstih monolitnih stijena granulacije 70 300 mm ine drobin. Nekoherentne stijene su nevezane i vodopropusne, te pod optereenjem mijenjaju oblik. Koherentne stijene imaju vrsto povezane estice i obino su vodonepropusne. Organske stijene sadre u sebi veu koliinu organskih i biljnih supstanci, te vezuju znatnu koliinu vode zbog ega su jako nepostojane (npr. mulj, humus, treset i sl.). U prirodi postoji vie vrsta stijena koje se nalaze na granici izmeu pojedinih grupa.

Prema teini izvoenja rudarsko-graevinskih radova, odnosno prema veliini otpora rezanju i prema zapreminskoj masi, stijene se dijele u 11 kategorija (tabela 3). Izvoenje radnog procesa kopanja i utovara (bagerovanja) u prvih pet kategorija stijena, po pravilu se moe izvoditi direktnim kopanjem, bez prethodnog razaranja buako-minerskim radovima ili mehanikim razaranjem (ripovanjem).

Zrak

Voda

vrste estice

mz

mv

m V

Vv

Vz

V

V

= V

p

V

a) b)


12

Tabela 2. Opta podjela stijena Grupa stijena Vrste stijena Veliina zrna, mm Monolitne (kamenite)

- Drobina, stijene 70 300

Nekoherentne (nevezane)

- ljunak - Pijesak - Praina

2 70 0,06 2,0

0,002 0,06 Koherentne (vezane)

- Organske stijene - Glina

0,002 0,05 0,0002 0,002

Tabela 3. Kategorije stijena Kategorija stijena

Vrste i opis Zapreminska masa z, t/m

3

I Rastresita zemlja

- Humus bez korijenja - Pijesak prirodne vlanosti s dodatkom ljunka ili

tucanika do 20%, pjeskovite ili glinaste zemlje - Rastresita ljaka i pepeo

1.200 1.600 750

II Obina zemlja

- Humus s korijenjem - Les prirodne vlanosti, zemlja s dodatom ljunka - ljunak neslegnuti do 40 mm - Glinovite teke zemlje, ilovaa - Glina masna, mekana ili nasuta, slegnuta s dodatkom ljunka, oblutaka, tucanika

1.200

1.800 1.750 1.700

1.800

III vrsta zemlja

- Tvrdi slegnuti les - Teka i kriljasta glina s dodatkom ljunka, oblutaka i tucanika do 10 % - Graevinski ut

1.800

1.950 1.850

IV Tvrda zemlja

- Tvrda glina, teka - Mekana kreda - Mekan laporac

2.000 1.550 1.900

V Meka stijena

- Konglomerat cementiran glinom - Tvrda kreda - Laporac srednje tvrdoe - Boksit - Porozan i mekan krenjak

2.200 2.600 2.300 1.700 2.200

VI Srednja stijena

- Tvrd laporac, cementiran kreom - Krenjak, laporast i troan

2.500 2.300

VII VIII vrsta stijena

- Tvrd krenjak, kvarcit, porozan dolomit - Krenjak, izrazito tvrd kvarcit

2.700 2.800

IX XI Izrazito vrsta stijena

- Ostale kamenite stijene velike vrstoe 2.900 do 3.300


13

2.2 Osnovne fiziko-mehanike i tehnike osobine radne sredine

Osnovne fiziko-mehanike i tehnike osobine radne sredine, odnosno stijenskih masiva i stijenskih masa su: vrstoa, tvrdoa, elastinost, ilavost, raspucalost, slojevitost, rastresitost, vlanost, konzistencija, vodopropusnost, specifina, zapreminska i nasipna zapreminska masa, abrazivnost i dr.

vrstoa stijena je osnovna osobina i predstavlja otpor stijene prema

spoljanjim silama koje nastoje da je deformiu. To je, u stvari, naprezanje pri kojem dolazi do razaranja stijene.

Zavisno od vrste naprezanja razlikuje se vrstoa na pritisak, zatezanje,

savijanje, smicanje i drugo, a izraava se u N/cm2. Prema Morovoj teoriji za veinu praktinih zadataka moe se usvojiti da je tangenta Morovih krugova naprezanja pravac iji analitiki izraz je (trei zakon mehanike stijena), (slika 8):

= tg + c, N/cm2 (1)

gdje je:

i - normalni i tangencijalni napon, N/cm2; c kohezija, N/cm2; - ugao unutranjeg trenja, 0.

Slika 8. Meusobna zavisnost parametara tangente Morovih krugova: 1 (3) max (min) glavni naponi, - ugao unutranjeg trenja, c - kohezija, D napon na pritisak, Z napon na zatezanje, - tangencijalni napon, - normalni napon


14

Prema formuli (1) naponu smicanja suprostavlja se kohezija stijene c i sila trenja po povrini smicanja koja je jednaka umnoku normalnog napona i koeficijenta unutranjeg trenja f0 (f0 = tg):

= c + f0, N/cm

2 (2)

Za poluvezane stijene ugao unutranjeg trenja je = 0, te formula (2) prelazi u oblik:

= c (3)

a za nevezane stijene kohezija c = 0, te formula (1) prelazi u oblik:

= tg (4) U tabeli 4 date su prosjene vrijednosti ugla unutranjeg trenja (0),

kohezije c (N/cm2) i zapreminske teine z (kN/m3) za odreene vrste glina.

Tabela 4. Prosjene vrijednosti zapreminske teine z (kN/m

3), ugla unutranjeg trenja (0) i kohezije c (N/cm2) glina

Glina Pjeskovita glina Glinoviti pijesak Stanje stijene z c z c z c

Tvrda 21,5 22 10,0 21,5 25 6,00 20,5 28 2,00 Polutvrda 21,0 20 6,00 21,0 23 4,00 20,0 26 1,50 Tvrdo plastina

20,5 18 4,00 20,0 21 2,50 19,5 24 1,00

Meko plastina 19,5 14 2,00 19,0 17 1,50 19,0 20 0,50 Tekue plastina

19,0 8 1,00 18,5 13 1,00 18,5 18 0,20

Tekua 18,0 6 0,05 18,0 10 0,50 18,0 14 0,00

Kohezija i ugao unutranjeg trenja su parametri radne sredine od prvostepene vanosti, jer predstavljaju osnovne veliine sa kojima se ulazi u proraune dimenzionisanja kosina, nosivosti tla i dr.

Kohezija (c) stijena predstavlja unutranju povezanost estica. Sile kohezije se suprotstavljaju spoljanim silama koje nastoje poremetiti njihovu vezu. Od sila kohezije zavisi otpor stijene rezanju. Poveanjem povrinskog pritiska kod nekoherentnih (nevezanih) stijena poveava se njihova vezivost, odnosno kohezija.


15

Ugao prirodnog nagiba (p) rastresite stijenske mase predstavlja prirodni ugao formiran pri laganom nasipanju te mase sa male visine. Ako se rastresita stijenska masa istresa sa visine od 1,0 metar, tada se prirodno formiran ugao te mase naziva ugao obruavanja (pr). U trenutku istresanja stijenske mase ne postoji veza izmeu estica. Vrijednost ugla obruavanja iznosi oko pr 0,8 p. Ugao prirodnog nagiba zavisi od vrste i vlanosti stijenske mase.

Sa stanovita tehnologije transporta vaan je ugao prirodnog nagiba u

stanju kretanja transportnog sredstva. To je ugao pri kome se nasuta stijenska masa stabilno odrava na transportnom sredstvu (traka gumenog transportera, sanduk kamiona i dr.), a zavisi od vanosti, granulometrijskog sastava i dr.

Sadraj glinenih estica odreuje vrstu stijene. Pijesak sadri manje od

3 %, glinoviti pijesak 3 12 %, pjeskovita glina 12 25 %, glina vie od 25 %, a ilovaa sadri vie od 50 % glinovitih estica.

Specifina zapreminska masa stijene (s) predstavlja masu vrste faze stijene bez pora nakon suenja (Gs) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3ss m/kg,V

G= (5)

Zapreminska masa stijene (z) predstavlja masu stijene u prirodnom

neporemeenom stanju (G) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3z m/kg,V

G= (6)

Zapreminska nasipna masa rastresitne stijenske mase (n) predstavlja

masu te mase (Gz) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3zn m/kg,V

G= (7)

Rastresitost stijenske mase (kr) predstavlja osobinu stijena da nakon

razaranja poveava zapreminu. Mjeri se koeficijentom privremene rastresitosti kpr i koeficijentom trajne rastresitosti ktr, koji predstavljaju odnos zapremine rastresite stijenske mase nakon razaranja Vpr ili nakon vremena konsolidacije (slijeganja) Vtr prema zapremini iste stijene u prirodnom stanju prije razaranja V (tabela 5):


16

V

Vk prpr = > 1;

V

Vk trtr = > 1; 1k

z

npr >

= (8)

Trajno poveanje zapremine rastresite stijenske mase iznosi:

%,100)V

)VV((V trtr

= (9)

Tabela 5. Koeficijent rastresitosti kategorija stijena

Kategorija stijena kpr ktr Vtr , % I 1,15 1,02 0 2 II 1,20 1,02 1,04 2 4 III 1,25 1,03 1,05 3 5 IV 1,30 1,04 1,08 4 8 V 1,40 1,08 1,10 8 10 VI 1,45 1,08 1,10 8 10 VII 1,50 1,10 1,15 10 15

VIII XI 1,50 1,10 1,15 10 15

Vlanost stijene (w) predstavlja odnos mase vode u uzorku stijene prema

masi osuenog uzorka, odnosno njegove vrste faze:

%,100m

mw

o

v= (10)

gdje je:

mv masa vode u uzorku (mv = m mo), kg; mo masa uzorka nakon suenja u trajanju od 24 sata na temperaturi od 1050 do 110 0C, kg.

Relativna vlanost (wr) predstavlja odnos mase vode u uzorku stijene

prema masi vlanog uzorka, odnosno:

%,100m

mw vr = (11)

gdje je:

m masa vlanog uzorka, kg.

Vlanost stijene, odnosno stijenske mase koja odgovara najveoj gustini kod zbijanja naziva se optimalna vlanost (wo).


17

Ljepljivost je osobina stijene, odnosno stijenske mase da pri kraem ili duem zadravanju pri kopanju ili transportu prijanja, lijepi se za povrinu radnog organa (kaiku bagera, sanduk kamiona i dr.). Otpor smicanju zalijepljene stijenske mase na metalnu podlogu odreuje se po formuli:

F = 1 A, N (12)

gdje je:

A povrina elementa na kojem je zalijepljena stijenska masa, cm2; 1 specifini otpor smicanju zalijepljene stijenske mase, N/cm

2 (npr. 1 = 0,5 0,7 za pjeskovitu glinu, 1 = 0,7 1,0 za masnu glinu). Plastinost stijene predstavlja svojstvo stijene da pod spoljanjim

optereenjem spoljnih sila mijenja svoj oblik i da ga zadrava poslije rastereenja. Na plastinost stijene najvei uticaj ima vlanost, koja smanjuje vrstou i otpor na smicanje. Najveu plastinost imaju glinovite stijene. S malim sadrajem pijeska vlane stijene postaju ljepljive i teko se istresaju iz kaike bagera ili utovarivaa, kao i iz sanduka kamiona.

Poroznost stijene (n) predstavlja sadraj zapremine pora (upljina) (Vp),

u jedinici zapremine u prirodnom stanju (V):

V

Vn p= (0 < n < 1) (13)

Minimalna poroznost stijenske mase dobije se kod najvee sabijenosti. Koeficijent poroznosti () stijenskog masiva ili stijenske mase predstavlja

odnos upljina (Vp) i zapremine vrstih estica (V):

n1

n

VV

V

V

V

p

p

p

=

== (0 < < ) (14)

2.3 Otpori stijena kopanju 2.3.1 Osnove kopanja stijena

Kopanje stijena zasniva se na principu kopanja otrim klinom. Klin je osnovni element za ostvarenje sile pritiska rudarsko-graevinske maine u cilju kopanja. Osnovne dimenzije klina su: ugao otrice () i irina klina (b), (slika


18

9). Poloaj klina u prostoru odreen je uglovima: leni ugao (), ugao zahvata prema smjeru rezanja () i vertikalni ugao rezanja (). Slika 9. Prostorni parametri klina: - ugao rezanja, - ugao otrice klina, - leni ugao klina, - ugao zahvata prema smjeru rezanja, - ugao zasijecanja

Razvojem klina za kopanje stijena nastali su razliiti oblici. Posebno se razvila navlaka klina koja se izrauje od kvalitetnih elika otpornih na habanje, a dodaje se na tijelo radnog organa poslije istroenja ili oteenja. No je izvrni dio radnog organa rudarsko-graevinske maine za kopanje stijene, koji moe imati razliite oblike: pravougaoni, krivi, u obliku diska ili kao plug sa ili bez zuba. Ponekad se noem naziva cijeli radni organ nekih rudarsko-graevinskih maina za kopanje stijena. Ugradnjom dodatnih zuba na no olakava se rezanje tvrdih slojeva stijene. Osnovni oblici noa rudarsko-graevinskih maina za kopanje dati su na slici 10.

Slika 10. Oblici noa i zuba: a) zub, b) ravni no, c) no u obliku diska, d) kaika bagera sa zubima, e) no kaike skrepera, f) pluni no

Proces kopanja stijene obuhvata fazu rezanja sloja stijene i fazu

premijetanja stijenske mase du radnog organa. Faza rezanja stijene je prva i najvanija faza u procesu kopanja. Odvajanje sloja stijene izvodi se otricom


19

noa pod djelovanjem sile, a zavisi o fizikih osobina stijene i oblika noa, te stanja njegove otrice. U fazi rezanja (slika 11) dolazi do zbijanja stijene potisnute u smjeru kretanja, a poslije toga do smicanja dijela sloja stijene u ravnini najveih naprezanja pod uglom smicanja . Slijedi naizmjenino zbijanje i smicanje tla.

Slika 11. Poetak rezanja sloja stijene i skidanje sloja smicanjem

U fazi premjetanja stijene dolazi do pomicanja stijenske mase ispred i iza noa. U zavisnosti od vrste i osobina stijene, odvojeni sloj poprima razliite oblike. Takvo premjetanje stijenske mase ini razmatranje sila otpora sloenim. Kod koherentnog mokrog tla, plastini se sloj premjeta du noa u obliku neprekidne trake (slika 12a). Kod koherentne suve stijene nastaje lomljenje sloja na komade (slika 12b), dok se nekoherentna stijena rastresa i poinje gomilati ispred noa (slika 12c).

Slika 12. Oblici sloja stijene u procesu rezanja: a) vezana mokra stijena, b) vezana suva stijena, c) nevezana stijenska masa

Ukupni otpor kopanja stijene Rkop jednak je zbiru pojedinih otpora faze rezanja i faze premjetanja stijene. Otpor rezanja stijene Rrez kod rudarsko-graevinskih maina za otkopavanje stijenskih masa pojavljuje se na isti nain, a najvie zavisi o osobinama stijene i oblicima noa. Otpori premjetanja stijene (Ri, i = 1, , n) su promjenljivog znaaja i zavise o radnom organu za kopanje i uslovima rada. Otpor rezanja stijene ima obino najveu vrijednost. Na primjer, pri radu buldozera otpor rezanja stijene iznosi 60-80 % od ukupnog otpora kopanja, a ostalo ine otpori premjetanja prizme stijenske mase ispred noa. Kod bagera s elnom kaikom, otpor rezanja u IV kategoriji iznosi 40 - 70 % ukupnog otpora kopanja, dok otpor punjenja kaike iznosi 6 - 10 %, a otpor premjetanja stijenske mase u kaiki iznosi 3 - 5 %. Prema tome, otpor rezanja stijene ima odluujui znaaj za proraun i analizu otpora kopanja.

a) b) c)


20

2.3.2 Otpor rezanja stijene noem

Pod rezanjem stijene se podrazumijeva odvajanje sloja stijene pod djelovanjem sile noa. Optereenje noa ili drugog reznog alata mora biti vee ili jednako kritinom optereenju odnosno graninoj vrstoi rezanja stijene. Otpor stijene rezanju moe se izmjeriti statikim (postupnim optereenjem alata) ili dinamikim metodama ispitivanja (udarnim penetratorom).

Otpor rezanja Rrez je rezultanta sljedeih otpora (slika 13): - rezultante otpora zbijanja tla na vrhu noa Rz (komponenta RT u

pravcu kretanja vrha noa i RN u okomitom pravcu); - teine stijenske mase na vrhu noa Q; - otpora trenja na gornjoj strani noa, = cosQR 1

't ;

- otpora trenja noa sa stijenom na donjoj strani noa, 21"t FR = ;

- 1 koeficijent trenja izmeu noa i stijene; - F2 i F1 normalna i tangencijalna sila rezanja.

Slika 13. Grafiki prikaz sila otpora rezanja

Otpor rezanju tla:

22

21

2rez

22

21

2rez

rezrez

,

tNTrez

FFF,RRR

RF

RRQRRR ''t't

+=+=

++++=

(15)

Sila rezanja stijene na vrhu noa Frez koja je potrebna za savladavanje

otpora rezanja Rrez je rezultantna sila koja djeluje na no. Rastavljene sile rezanja F1 i F2, odgovaraju otporima R1 i R2 suprotnoga smjera. Sila F2 je rezultat teine radnog organa i normalne sile potiskivanja noa u stijenu, a sila F1 je tangencijalna sila rezanja na vrhu noa koja izvodi rad rezanja.


21

Osnovni proraun tangencijalne sile rezanja kod poljoprivrednog pluga (V.P. Gorjakin) je:

F1 = 1G + k1 L h + L h v

2, N (16) gdje je:

1 - koeficijent trenja pluga o zemlju; G - teina pluga, N; k1 - specifini otpor rezanja, N/cm

2; L - irina sloja rezanja, cm; h - debljina sloja; - koeficijent energetskih gubitaka pri kretanju tla po plugu; v - brzina kretanja pluga. Prvi lan jednaine (16) predstavlja otpor trenja pri kretanju pluga, drugi

lan je otpor rezanja tla, a trei lan je zavisan o brzini i raste s kvadratom brzine kretanja pluga. Kod pluga prvi lan iznosi priblino 40 % vrijednosti ukupnog otpora, a drugi priblino 55 %. Otpor trenja se razmatra kao dio kopanja i ne odnosi se na rezanje. Praktino, kod rudarsko-graevinskih maina za zemljane radove, odluujui je drugi lan jednaine (N.G. Dombrovski), odnosno otpor rezanja tla.

Otpor rezanja tla:

R1 = k1 L h, N (17)

gdje je: k1 specifini otpor rezanja stijene, N/m

2 L irina sloja rezanja, m h debljina sloja koji se ree, m

Specifini otpor rezanja k1 odreene kategorije stijene pri normalnom

nainu rezanja moe imati iri dijapazon (tabela 6). Utvrivanje specifinog otpora rezanja u realnim uslovima zavisi od uslova rada, oblika i stanja noa.

Ostali otpori kopanja iz druge faze raunaju se dodatno, jer su zavisni od konstrukcije radnog organa i uslova rada maine. Praktino proraun otpora rezanja i ukupnog otpora kopanja mogu se posmatrati odvojeno, ili kao ukupni otpor kopanja stijene, to zavisi o problemu rjeavanja i steenom iskustvu.

Ukupni otpor kopanja tla rauna se prema:

Rkop = kk L h, N (18)


22

gdje: kk specifini otpor kopanja, N/m

2; L irina sloja rezanja, m; h debljina sloja rezanja, m.

Tabela 6. Specifini otpor rezanja k1

Kategorija stijene

Vrsta stijene k1, kN/m2

I Pijesak, srednje vlanosti i rastreseni pijesak 10 - 30 II Pjeskovita glina, sitni ljunak, laka vlana i rastresena

glina

27 - 60 III Pjeskovita glina zbijena, srednja glina, laka vlana glina

ili rastresena glina, meki ugalj

55 - 130 IV Pjeskovita i teka glina sa ljunkom ili tucanikom, teka

glina, srednje tvrdi ugalj, konglomerat slabo cementirani

130 - 250 V kriljci srednji, glina teka suha, les zbijeni tvrdi, kreda i

gips meki, laporac meki

230 - 320 VI Krenjak meki upljikav, kreda, kriljac, laporac i gips

srednje tvrdoe, vrst ugalj

300 - 550 VII kriljevac, laporac, kreda i gips vrsti, krenjak srednje

tvrdoe, smrznuto tlo 600 2.000

Specifini otpor kopanja kk odreene kategorije stijena kod normalnog

naina rezanja moe imati iroki dijapazon zavisno o obliku radnog organa i stanja otrice (tabela 7). Za L h = konst., znatno vei utjecaj na otpor rezanja ima poveanje debljine rezanja u odnosu na irinu, odnosno otpor rezanja se smanjuje ako se ide na manju debljinu rezanja h s veom irinom rezanja L. Otpor se neznatno mijenja sa smanjivanjem ugla otrice i lenog kuta . Tabela 7. Specifini otpor kopanja stijene kk kN/m

2

Vrsta radnog organa Kategorija stijene

Vrsta stijene eona kaika

bagera Kaika bagera

dreglajna Sanduk skrepera

I Pijesak, glinoviti pijesak

16 - 70 28 - 120 25 - 105

II Pjeskovita glina, ljunak

60 - 130 100 - 190 95 - 180

III Pjeskovita zbijena glina, laka glina

115 - 195 160 - 260 175 - 286

IV Teka glina 200 - 300 260 - 400 320 - 495


23

2.3.3 Faktori koji utiu na specifini otpor rezanja s noem

Na specifini otpor rezanja odreene kategorije stijena utiu sljedei faktori: geometrija noa, oblik prednje otrice noa, debljina prednje otrice noa i njeno troenje, nain rezanja, debljina sloja rezanja i uticaj brzina rezanja.

Geometrija noa: Pri poveanju ugla rezanja u rasponu od = 100 350 (slika 14) kod stijena razliite tvrdoe, otpor rezanja ima postepen rast. Daljim poveanjem ugla rezanja noa, kriva otpora dobiva nagli rast. Kod mekih stijena, pri poveanju ugla od 300 do 500 otpor se poveava do 5 %, dok se kod vezanih stijena (npr. glina) otpor poveava do 20 %. Povrina noa omoguava penjanje sloja dovoljno visoko, kako bi se izbjeglo naglo poveanje otpora premjetanjem stijenske mase pri porastu ugla rezanja. Za tvrde stijene najmanja vrijednost ugla otrice noa iznosi = 250, a za vlane plastine stijene ovaj ugao iznosi = 200 - 220. Kako bi se izbjegao dodir zadnje strane noa sa stijenom, a time i otpor trenja, leni ugao iznosi najmanje = 50 - 100.

Oblik prednje otrice noa: Otpor rezanja zavisi od oblika prednje otrice noa, koji moe biti: pravougaon, zaotreni, zakrivljeni polukruni oblik, sa ili bez zuba. Najbolje rezultate daje no sa zakrivljenim polukrunim oblikom i naprijed izboenim prednjim dijelom pod uglom = 120 150, gdje je otrica luno oblikovana (slika 15). Otpor rezanja s polukrunim oblikom otrice noa je za 20 do 25 % manji nego kod pravouglog ravnog oblika noa. Kod polukrunog oblika otrice noa, najvei se pritisak noa prenosi preko srednjeg dijela. Dok no brzo ulazi u meku stijenu, pritisak se lagano iri na strane noa, a ispred noa se stvara prizma otkopane stijenske mase.

Debljina prednje otrice noa i njezino troenje: Specifini otpor

rezanja zavisi od debljine prednje otrice noa. Ako je elo otro, elno zbijanje stijene ispred ela noa nije znatno. Meutim, kod istroene otrice noa znatno je poveanje otpora rezanja. Kod rotornih bagera (rovokopaa) pri stalnom radu zbog zatupljenja otrice otpor raste do 30%. Pritom dolazi do poveanja

R1,

kN

0

Slika 14. Zavisnost sile otpora rezanja R1 od ugla rezanja noa za dvije stijene razliite tvrdoe istog presjeka (L, h)


24

poprene sile koja nastoji izbaciti no kaike (vedrice). To se moe sprijeiti poveanim okomitim pritiskom maine na no, ali se pritom poveava i komponenta otpora trenja na donjoj strani noa i dodatno troenje otrice. Dobro konstrukcijski oblikovanom otricom od kvalitetnog materijala i smanjene debljine te pravilnim radom maine, postie se dug vijek trajanja otrice noa.

Slika 16. Oblici otrice noa sa i bez zuba

Debljina prednje otrice noa i njezino troenje: Specifini otpor rezanja zavisi od debljine prednje otrice noa. Ako je elo otro, elno zbijanje stijene ispred ela noa nije znatno. Meutim, kod istroene otrice noa znatno je poveanje otpora rezanja. Kod rotornih bagera (rovokopaa) pri stalnom radu zbog zatupljenja otrice otpor raste do 30%. Pritom dolazi do poveanja poprene sile koja nastoji izbaciti no kaike (vedrice). To se moe sprijeiti poveanim okomitim pritiskom maine na no, ali se pritom poveava i komponenta otpora trenja na donjoj strani noa i dodatno troenje otrice. Dobro konstrukcijski oblikovanom otricom od kvalitetnog materijala i smanjene debljine te pravilnim radom maine, postie se dug vijek trajanja otrice noa.

Nain rezanja i debljina sloja rezanja: Nain rezanja i debljina sloja stijene imaju najvei utjecaj na specifini otpor rezanja. Razlikuju se tri naina rezanja stijene: blokirani, polublokirani i deblokirani nain (slika 17a, b i c).

Slika 15. No polukrunog oblika

Izbaena prednja otrica noa ojaana zubima ima slian uinak kod tvrdih stijena (slika 16a ,b i c). Kod rotornih bagera (rovokopaa) se iz tih razloga izrauju kaike (vedrice) s naprijed izboenom polukrunom otricom bez zuba ( slika 16c) ili s trapeznom otricom s dva zuba (slika 16d).

a)

b)

c)

d)


25

Specifini otpor rezanja najvei je kod blokiranog, zatim polublokiranog naina rezanja. Uobiajeno se koristi deblokirani nain rezanja stijene.

Otpor rezanja stijene kod veih radnih organa znatno vie zavisi od dubine rezanja, a manje od irine (slika 18).

Slika 17. Nain rezanja sloja stijene: a) blokiran, b) polublokiran, c) deblokiran

Utjecaj brzine rezanja: Utjecaj brzine rezanja na promjenu specifinog otpora rezanja je znatan kod kontinuiranih bagera. Pri normalnim brzinama (0,5 - 2 m/s) nema znatnih promjena otpora. Meutim, pri poveanju brzine rezanja 3 - 5 puta, kao to je kod rotornih bagera s inercijalnim istresanjem stijenske mase, otpor rezanja se poveava za 30 - 40 %. Postavljanjem zuba na otricu noa, otpor rezanja R1 kod tvrdih stijena smanjuje se do 20 %, to poveava brzinu i radni kapacitet bagera. 2.3.4 Otpor rezanja stijene s noem sa zubima

Kod tvrdih i slabo vezanih stijena otrica noa kaike ili vedrice se ojaava zubima. Radi rastresanja tvrdih stijena zubi se stavljaju ispred noa za rezanje. Otrica noa slui zavrnoj fazi rezanja. Zubi tako smanjuju otpor rezanja za 10 -20 %, a otpor kopanja 6 - 15 %. Kod nevezanih stijena I i II kategorije kao i kod vezanih stijena III kategorije, utjecaj zuba je negativan jer

Slika 18. Zavisnost sile otpora rezanja R1 od debljine h i irine rezanja L

Na osnovu eksperimentalnih istraivanja (A.N.Zelenin), specifini otpor rezanja pri L h = konst. brzo se smanjuje do irine radnog organa L < 0,8 m, a za irinu kaike L > 0,8 m ovo smanjenje je neznatno. Zato kaike bagera imaju veu irinu od 0,8 m. Poveanjem odnosa presjeka i irine sloja A/L smanjuje se otpor rezanja stijene, to se objanjava relativno manjim usitnjavanjem sloja, to znai manji utroak rada na rastresanje stijene.

a) b) c)

b


26

poveavaju otpor trenja i otpor kopanja. Vezane mokre stijene lijepe se kako za zube tako i za kaiku (vedricu), to oteava njezino istresanje. Prednost postavljanja zuba je zatita otrice noa od troenja, poto zubi najprije primaju poetno optereenje. Zubi se izrauju od tvrdoga materijala otpornog na troenje, a po svojoj konstrukciji su zamjenjivi. Ako se istroeni zubi na vrijeme ne zamijene, otpor rezanja se poveava. Poveano troenje se tada prenosi na meuzube, odnosno na otricu noa.

Profil i raspored zubi: Profil zuba i njihov raspored du otrice noa dat je na slici 19. Raspored zubi je du otrice noa vrlo vaan. Zubi se postavljaju i na krajeve radnog organa, i oni imaju zadatak da se povea rastresanje sloja stijene i sprijei trenje bonih strana radnog organa o bone rubove iskopa. Zbog toga se esto rade razvrnuti zubi. Dubina brazde koju ini zub pri rezanju je f = l sin (/2 + ), gdje je l duina zuba.

Slika 19. Profili i raspored zubi du noa: b = 0,11V1/3, l = 0,26V1/3, f = l sin(/2+), b0=2 f; V zapremina radnog organa, m

3 Pod pretpostavkom da e povrine smicanja sloja izmeu zubi biti pod

uglom = 450 (slika 14), razmak izmeu zuba kojim treba potpuno zatititi otricu noa iznosi bo = 2 f. Za sluaj veeg razmaka izmeu zubi vie se troi otrica noa, a u sluaju manjeg razmaka zubi poveava se otpor rezanja.

Otrina zuba: Kao kod otrice noa, tako i kod otrice zuba, otpor rezanja zavisi od naotrenosti otrice zuba. Kod nove otrice zuba, gornja i donja strana zuba zatvaraju poluprenik r = 1,5 3,0 mm (slika 14a). U procesu kopanja stijene, otrica zuba se troi i mijenja oblik (slika 14b), pri emu je duina istroenog dijela zubi u tangencijalnoj ravni y, a u vertikalnoj ravni je z. Prelaz s gornje na donju stranu zuba je nepravilno zaobljen. Nakon veeg istroenja otrice zuba, otpor rezanja se moe poveati 1,5 2,0 puta. Pritom se moe pojaviti i habanje noa izmeu zuba. Dozvoljeno habanje elne povrine zuba iznosi z = 5 - 7 mm, a poslije se vri zamjena ili popravak zuba.

a)

b)


27

Otpor rezanja stijene sa zubima: Otpor rezanja stijene s zubima radnog organa, odreene debljine sloja iznosi:

R1 = k1 h (B + h) (0,55 + 0,015 ) + (z n b + y n b), daN (19) gdje je:

B irina radnog organa, cm; h debljina sloja rezanja / h = (1/5 - 1/7) B, cm; - ugao rezanja stijene, rad; k1 specifini otpor rezanja, dN/cm

2; granina vrstoa stijene, dN/cm2; n broj zubi; b irina zuba, cm; y, z istroenost dijela zuba, cm; koeficijent trenja zuba (elik) o stijenu.

Za n = 4, y = 5 z, = 0,5:

R1 = k1h (B + h) (0,55 + 0,015 ) + 14 z b, daN

Ako se odstrane zubi s otrice noa radnog organa, izraz otpora rezanja

stijene sa zubima prima izraz jednak otporu rezanja stijene bez zubi, te s obzirom na ugao rezanja , irinu rezanja L = (B + h) sin, odnosno proirenje zbog polublokiranog naina rezanja (B + h) iznosi:

R1 = k1h (B + h) (0,55 + 0,015), daN.

Debljina sloja rezanja iznosi:

m,klL

kVh

kp

p= ,

gdje je: V zapremina stijenske mase u radnom organu ili ispred radnog organa,

m3; L irina rezanja, m; l najmanja duina hoda pri punjenju radnog organa, m; kp koeficijent punjenja radnog organa; kpr koeficijent privremene rastresitosti stijenske mase; B = L za deblokirani nain rezanja, m; B = L h za polublokirani nain rezanja, cm; = 250 - 350 ugao rezanja stijene.


28

Zapremina stijenske mase u radnom organu (V) predstavlja koliinu stijenske mase koja se nalazi u kaiki bagera ili utovarivaa, odnosno koju radni organ buldozera ili grejdera gura pred sobom. Duina hoda kopanja kaike (l) pri punjenju se rauna:

- za buldozer i grejder, duina hoda: l = 5 - 10 m; - za bager s elnom kaikom, duina hoda jednaka je visini kopanja iznad

mjesta stajanja bagera; - za bager s dubinskom kaikom, duina hoda jednaka je dubini kopanja

ispod mjesta stajanja bagera.

Pod irinom rezanja podrazumijeva se irina okomita na pravac kretanja maine, odnosno irina rezanja jednaka je irini radnog organa. Pri kosom poloaju noa buldozera pod uglom , polublokiranim nainom rezanja, irina rezanja iznosi: L = (B + h) sin.

Otporom rezanja stijene (R1) obuhvaeni su otpori u pravcu kretanja, ukljuujui i otpor trenja otrice noa ili zuba o stijenu. Normalna komponenta ukupnog otpora rezanja na nou sa zubima (D.P.Volkov) R2 iznosi:

R2 = 0,7 C y n b + k n b, daN (20) gdje je:

0,7 C granina vrstoa stijene, daN/cm2; C pokazatelj zbijenosti tla; y projekcija istroene duine zuba, cm; n broj zuba; b irina zuba, cm; k specifini otpor pritiska na otar zub, daN/cm2.

2.4 Ostali otpori kopanja stijena

Rudarsko-graevinske maine u zavisnosti od izvedbe radnog organa optereene su dodatnim otporima kopanja stijene:

R3 otpor punjenja radnog organa; R4 otpor premjetanja prizme stijenske mase u radnom organu; R5 otpor trenja izmeu radnog organa i stijene; Ri drugi otpori.

Otpor punjenja radnog organa: Otrica noa radnog organa nagnuta je

prema trajektoriji kretanja pod uglom rezanja (slika 20). U toku kretanja radnog organa prvi se sloj odrezane stijenske mase postepeno pomie naprijed. Novi rezni sloj se penje na prethodni sloj i tako redom. U radni organ se


29

postupno gomila stijenska masa, a istovremeno se ispred formira prizma stijenske mase. Kakvo e biti gomilanje i oblik stijenske mase u radnom organu ili ispred radnog organa zavisi od vrsti stijene, njene vlanosti i oblika radnog organa.

Slika 20. Pomicanje stijenske mase u radnom organu

Kod vezanih stijena sloj se ne raspada sve do stranjeg zida, kad nastaje lom te prelaz novoga sloja preko ranijeg. Kod slabo vezanih stijena raspadanje sloja poinje kao i gomilanje ranije, vie u prednjem dijelu i ispred radnog organa u obliku prizme. Najvei otpor nastaje kada se zavrava punjenje radnog organa. Ukupni otpor punjenja radnog organa (E.D. Piters) se sastoji od teine stijenske mase koja se podie i otpora trenja pri probijanju te mase na gore, odnosno:

R3 = B h H y + '2 B H

2 y, N (21) gdje je:

B unutranja irina radnog organa, m; H utovarna visina, visina radnog organa, m; h debljina sloja rezanja stijene, m; n nasipna zapreminska teina stijenske mase, N/m

3; '2 - koeficijent unutranjeg trenja,

'2 0,5 sin 2:

- glina, = 150-200, '2 = 0,25 - 0,30,

- ilovaa, = 250 - 300, '2 = 0,35 - 0,45,

- pijesak, = 350 - 400, '2 = 0,45 - 0,50.

Dodatni otpori, kao to su otpori trenja radnog organa o stijenu, otpori premjetanja prizme stijenske mase, te otpori pri punjenju radnog organa su vrlo promjenjivi. Takvo premjetanje stijenske mase, proces razmatranja sila otpora ine sloenim. Najmanji otpori su u poetku rezanja i punjenja radnog organa, a najvei su kad je radni organ pun. Kako bi se uravnoteila raspoloiva


30

sila maine s otporima kopanja, rukovalac maine regulie debljinu sloja rezanja stijene, koja najvie odreuje radni kapacitet maine.

Otpor premjetanja prizme stijenske mase unutar radnog organa iznosi:

R4 = y1 B H2 (2 i), N (22)

gdje je:

y1 = 0,5 - 0,6 koeficijent prizme zavisi o konstrukciji radnog organa; 2 0,3 - 0,5 koeficijent trenja izmeu stijenske mase i stijena u podlozi; i = tg - koeficijent otpora kretanju prizme stijenske mase po stijeni; - nagib otkopa (+ uspon, - pad). Otpor trenja radnog organa o podlogu: Kada se radni organ maine

vue po stijeni pomou ueta i pritom obavlja iskop stijenske mase (npr. bager dreglajn), najvei otpor je kod napunjenog radnog organa:

R5 = (Gk + V ) cos (2 i), N (23) gdje je:

Gk teina radnog organa, N; V zapremina radnog organa, m3; - zapreminska teina stijenske mase, N/m3; 2- koeficijent trenja elik stijena.

Rudarsko-gaevinske maine za otkopavanje stijenskih masa

31

3 MEHANIZMI I SISTEMI RUDARSKO-GRAEVINSKIH

MAINA 3.1 Osnovni mehanizmi i sistemi rudarsko-graevinskih maina

Rudarsko-graevinske maine bez obzira na vrstu i tipove, sastavljene su od osnovnih mehanizama i sistema koji omoguuju njihov funkcionalan rad. Funkcionisanje osnovnih mehanizama i sistema tih maina moe biti veoma razliito, kako u pogledu naina izvrenja pojedinih funkcija tako i u konstruktivnom smislu.

U optem konstruktivnom smislu rudarsko-graevinske maine se sastoje od sljedeih osnovnih mehanizama i sistema:

- radni organ, - nosea konstrukcija, - pogonski motor, - sistem za prenos snage od pogonskog motora do mehanizama za

kretanje maine, - sistem za prenos snage od pogonskog motora do mehanizama za

kretanje radnog organa, - sistem za kretanje maine, - sistem za kretanje radnog organa, - mehanizam za kretanje maine, - mehanizam za kretanje radnog organa, - sistem za upravljanje kretanja maine, - sistem za upravljanje kretanja radnog organa, - sistem oslanjanja maine na donji postroj, - sistem za koenje mehanizma za kretanje maine, - sistem za koenje mahanizma za kretanje radnog organa i - posebni ureaji i sistemi karakteristini za svaku rudarsko-

graevinsku mainu.

Intenzivni razvoj rudarsko-graevinskih u neposrednoj je vezi sa razvojem pogonskih motora, odnosno dizel i elektromotora koji se najee primjenjuju. Pogon rudarsko-graevinskih maina se moe vriti putem jednog (jednomotorni pogon) ili vie pogonskih motora (viemotorni pogon).

Sistem za prenos snage od pogonskog motora do odreenog mehanizma (npr. za kretanje maine, radnog organa i dr.), takoe ima znaajnu ulogu u razvoju rudarsko-graevinskih maina. Ti sistemi u osnovi zavise od vrste


32

pogonskog motora i tehniko-tehnolokih karakteristika maine. Savremene tendencije u razvoju rudarsko-graevinskih maina idu u pravcu to ireg koritenja hidromehanikih sistema prenosa snage.

Trei, vaan sistem rudarsko-graevinskih maina je sistem za kretanje.

Taj sistem omoguava kretanje maine, a neposredno je vezan za sistem prenosa snage. Koncepcijski sistemi za kretanje rudarsko-graevinskih maina se izvode na:

- tokovima, - gusjeninim ureajima i - koraajuim papuama. Pored navedenih, rudarsko-graevinske maine moraju posjedovati i

sisteme za obezbjeenje kretanja u eljenom pravcu, za zaustavljanje same maine i radnog organa, odnosno brzo smanjenje brzine kretanja maine i radnog organa i dobro ponaanje u toku eksploatacije. Te funkcije obezbjeuje sistem za upravljanje, sistem za koenje i sistem za oslanjanje na donji postroj. Svaki od tih sistema konstruktivno se rjeava na razliite naine sa odgovarajuim sklopovima, ureajima i mehanizmima.

Smjetaj i uvrenje svih navedenih osnovnih sklopova, ureaja i mehanizama u odgovarajui sistem vri se na noseu konstrukciju. Nosea konstrukcija se razlikuje po elementima i detaljima za svaku rudarsko-graevinsku mainu.

U ostale sisteme svih rudarsko-graevinskih maina ulaze elektrini i drugi posebni sklopovi i mehanizmi. Njihova konstruktivna rjeenja su veoma razliita, te ih je u principu teko klasifikovati.

3.2 Pogonski motori rudarsko-graevinskih maina 3.2.1 Dizel motori

Dizel motori predstavljaju vrstu pogona koja se najee primjenjuje za pogon rudarsko-graevinskih maina (utovarivai, odreeni tipovi bagera, buldozeri, skreperi, grederi, kamioni i dr.). Ovaj tip motora omoguava rad rudarsko-graevinskih maina u bilo kojim rudarsko-eksploatacionim uslovima i ine je potpuno nezavisnom od spoljnog izvora energije.

Osnovne prednosti dizel-motora su: - mala specifina masa (odnos mase prema snazi),


33

- visoka raspoloivost, - ekonomina specifina potronja goriva (0,22 - 0,25 kg/kWh), - visok koeficijent korisnog dejstva (0,37 - 0,41), - jednostavno regulisanje broja obrtaja i snage motora i dr.

Osnovni nedostaci dizel motora su: - nemogunost neposredne promjene smjera kretanja (reverzivnog

kretanja), - ne podnosi velika preoptereenja, zbog ega se izbor motora vri

prema reimu najveeg optereenja, - visoki eksploatacioni trokovi, - oteano putanje u pogon pri niskim temperaturama, - relativno kratak period eksploatacije u odnosu na elektromotore i dr. Radni proces dizel motora se sastoji od etiri takta (slika 21). Za paljenje

smjee u cilindru potrebno je da temperatura komprimirane smjee bude vea od temperature samozapaljivosti dizel goriva (vea od 500 do 600 0C). Dizel gorivo se ubrizgava u cilindar pumpom za gorivo pri pritisku veem od pritiska komprimiranog zraka u cilindru. Pri sagorijevanju smjee u cilindru, dolazi do pomjeranja klipa koji pokree koljenastu osovinu motora pri emu se stvara snaga, odnosno obrtni moment motora.

Slika 21. Radni proces etverotaktnog dizel motora: I takt usisavanje istog zraka, II takt sabijanje zraka, III takt irenje ili ekspanzija, IV takt izduvavanje produkta sagorijevanja

Dizel motori se karakteriu nominalnom snagom izraenom u kW, a koja se stvara pri nominalnom broju obrtanja koljenaste osovine u minuti i specifinim utrokom goriva.

I takt IV takt III takt II takt


34

Osnovni konstruktivni pokazatelji dizel motora su: prenik cilindra, hod klipa, broj obrtanja koljenaste osovine, radna zapremina cilindra, stepen pritiska (kompresije), gabaritne dimenzije i ukupna masa (slika 22).

Slika 22. Osnovni elementi dizel motora

Za pogon rudarsko-graevinskih maina koriste se etverotaktni i dvotaktni dizel motori. Orjentaciona snaga tih motora se odreuje po formuli:

,c

nzpHD49,3N 2= kW (24)

gdje je: D prenik cilindra, m H hod klipa u cilindru, m z broj cilindara motora n broj obrtanja pogonske (koljenaste) osovine motora, min-1 c broj taktova motora p srednji efektivni pritisak u cilindru, uzimajui u obzir koeficijent

korisnog dejstva motora, daN/cm2 (za etverotaktne dizel motore p = 5,8 - 6,2 daN/cm2, a za dvotaktne p = 5,2 daN/cm2)

3.2.2 Elektromotori

Elektromotori se, po pravilu, koriste za pogon odreenih rudarsko-graevinskih maina, koje imaju stacionaran karakter (npr. bageri veih


35

kapaciteta i dr.). U posljednje vrijeme ovi motori se koriste i za pogon nekih pokretnih rudarsko-graevinskih maina (npr. kamiona veih nosivosti). Kod ovih maina elektrinu energiju proizvodi generator ugraen na maini koga pokree dizel motor. Takvi pogoni se nazivaju dizel-elektrini pogoni.

Postoji vie vrsta elektromotora koji se znatno razlikuju po konstrukciji i principu rada. Jedna vrsta motora za svoj rad zahtijeva istosmjernu struju, nazivaju se istosmjerni motori. Druga vrsta radi na izmjeninu struju, a nazivaju se izmjenini motori. Neke vrste mogu koristiti i izmjeninu i istosmjernu struju i nazivaju se univerzalni motori. Svaka od ovih grupa i dalje se dijeli na svoje podvrste s obzirom na konstrukciju. U tom smislu, postoje istosmjerni motori s trajnim magnetima, motore sa serijskom, paralelnom ili kombinovanom uzbudom, te sinhrone i asinhrone izmjenine motore. Svi ovi motori se razlikuju po naponu potrebnom za rad, a kod izmjeninih je jo vana i frekvencija struje. Takoe Se razlikuju i po karakteristikama, npr. krivulji momenta, koeficijentu korisnog dejstva itd. Na slici 23 je dati su oosnovni dijelovi i opti izgled elektromotora.

Slika 23. Osnovni dijelovi i opti izgled elektromotora

Elektrogeneratori slue za pretvaranje mehanike energije dizel motora u elektrinu, koja se koristi za pogon elektromotora. Elektromotori pretvaraju dobivenu elektrinu energiju u mehaniku. Na rudarsko-graevinskim mainama najee se koriste istosmjerni elektromotori napona 380 V i 500 V. Za pogon generatora na bagerima koriste se najee visokonaponski naizmjenini elektromotori napona 6000 V.

Osnovne prednosti elektromotora su: - mogunost daljinskog rukovanja i automatizacije, - stalna spremnost za rad, - jednostavno rukovanje i eksploatacija, - u konstrukciji elektromotora omoguava se znatno uproavanje

mehanike transmisije,


36

- visok koeficijent korisnog dejstva (preko 0,90), - omoguava se dugotrajan i neprekidan reim rada, - brzo reagovanje u radu na putanje u pogon, - mogunost efikasnog koritenja radnog koenja motorom, - omogueno je regulisanje broja obrtaja motora u irokom dijapazonu, - dozvoljava se kratkotrajno preoptereenje, - posjeduje laku mogunost promjene smjera obrtanja, odnosno kretanja

pogonjenih mehanizama, - jednostavna konstrukcija i male gabaritne dimenzije, - omoguuje se lako ostvarivanje viemotornog sistema, odnosno svaki

mehanizam maine ima svoj pogonski motor, - omoguuje se znatna uteda energije iskljuivanjem motora za vrijeme

kratkotrajnih meuciklusnih i tehnolokih prekida te zastoja u radu maine,

- nezavisan rad od temperaturnih i atmosferskih uslova, - nije potrebno nikakvo opsluivanje niti posebna kontrola u toku rada. Osnovni nedostaci elektromotora su: - nemogunost ire primjene na pokretnim rudarsko-graevinskim

mainama, zbog neophodnih veza za snabdijevanje elektromotora iz elektromree,

- potrebno je uzemljenje i odgovarajua osiguranja od strujnog udara. 3.3 Sistemi prenosa snage na rudarsko-graevinskim mainama

Pogon mehanizama za kretanje rudarsko-graevinskih maina i radnog organa pomou kojih se ostvaruje funkcionalan rad maine, a ostvaruje se pogonskim motorima putem sistema prenosa snage. Pod sistemom prenosa snage podrazumijeva se prenos mehanike energije pogonskog motora na odreeno rastojanje i njeno rasporeivanje za transformaciju kretanja (krunog u pravolinijsko ili obratno), za promjenu smjera ili brzine kretanja same maine ili njenog radnog organa.

Sistemi prenosa snage na rudarsko-graevinskim mainama koncepcijski i

konstruktivno se izvode na razliite naine. Koncepciju, odnosno vrstu sistema prenosa snage najee odreuje vrsta ugraenog pogonskog motora i tehniko-tehnoloke karakteristike kao i uslovi eksploatacije ovih maina. Klasifikacija prenosnika snage moe se vriti prema sljedeim kriterijima:

a) prema nainu prenoenja snage: - mehaniki, - hidrauliki (hidrostatiki i hidrodinamiki),


37

- elektrini i - pneumatski; b) prema stepenu razvoenja toka snage: - prema jednom i - prema dva ili vie mehanizama;

c) prema reimu rada: - sa neprekidnim i - sa povremenim radom.

Hidrauliki, elektrini i najvei broj pneumatskih prenosnika rade u

sistemu sa mehanikim prenosnicima snage. Kombinacijom tih prenosnika dobivaju se sistemi prenosa snage koji se koriste na rudarsko-graevinskim mainama:

a) mehaniki (slika 24); b) hidromehaniki (slika 25); c) elektromehaniki (slika 26); d) pneumomehaniki i e) pneumtski sistemi prenosa snage.

3.4 Mehaniki prenosnici snage 3.4.1 Osnovni sklopovi mehanikih sistema prenosa snage

Mehaniki sistemi prenosa snage se na savremenim rudarsko-graevinskim mainama kao samostalni mehaniki i to uglavnom na mainama manje snage. Osnovni razlozi ograniene primjene mehanikih sistema prenosa snage su znatno povoljnije tehnike performanse drugih sistema. Meutim, primjena drugih sistema prenosa snage na rudarsko-graevinskim mainama vezana je za koritenje mehanikih prenosnika u tim sistemima.

Osnovni sklopovi mehanikih sistema prenosa su: spojnice, mjenjaki

prenosnik, zglobni prenosnik, glavni prenosnik, diferencijalni prenosnik, pogonske poluosovine i boni reduktori. Najee se glavni prenosnik, diferencijalni prenosnik, pogonske poluosovine i boni reduktori smjetaju u zajedniko kuite inei zajedniki sklop - pogonski most.


38

Slika 24. Mehaniki sistem prenosa snage na kamionima: 1. pogonski dizel-motor, 2. frikciona spojnica, 3. zupaniki mjenjaki prenosnik, 4. zglobni prenosnik, 5. glavni i diferencijalni prenosnik, 6. pogonska poluosovina, 7. pogonski most

Slika 25. Dijelovi hidromehanikog sistema prenosa snage na kamionima: 1. pogonski dizel-motor, 2. hidrodinamiki pretvara obrtnog momenta, 3. planetarni mjenja, 4. diferencijalni prenosnik, 5. planetarni boni reduktor, 6. toak s pneumogumom Slika 26. Elektromehaniki sistem prenosa snage na kamionima: 1. pogonski istosmjerni elektromotori, 2. zupaniki prenos, 3. pogonska poluosovina, 4. planetarni boni reduktor, 5. glavina toka, 6. pogonski most


39

3.4.2 Spojnice

Osnovni zadatak glavne spojnice, kao sklopa mehanikog sistema prenosa snage, je da spoji ili prekine tok snage izmeu motora i ostalih sklopova prenosnika, odnosno izmeu pogonskog motora i mehanizma za kretanje maine, radnog organa ili drugih mehanizama. Osim tog zadatka, spojnica ima i niz pomonih zadataka: da zatiti elemente pogonskog motora i ostalih sklopova prenosnika snage od preoptereenja i negativnog uticaja promjenjivog optereenja, priguujui vrne vrijednosti amplituda promjenljivog obrtnog momenta i da ogranii njegov maksimalni nivo na odreenu vrijednost. Na rudarsko-graevinskim mainama najee se koriste frikcione spojnice kod kojih se snaga prenosi trenjem koje nastaje izmeu dvije ili vie frikcionih povrina. Klasifikacija frikcionih spojnica moe se izvriti:

a) prema obliku povrine trenja: - konusne, - doboaste i - diskovne;

b) prema nainu ostvarivanja normalne sile izmeu povrina trenja: - oprune, - polucentrifugalne, - centrifugalne i - sa elektromagnetnom potisnom ploom;

c) prema poloaju pri odsustvu komandnog signala: - stalno ukljuenog i - stalno iskljuenog tipa;

d) prema nainu upravljanja spojnice: - sa prinudnim i - sa automatskim upravljanjem.

3.4.3 Zupaniki mjenjaki prenosnici

Mjenjaki prenosnik predstavlja osnovni i najznaajniji sklop prenosnika snage. Osnovni zadatak mjenjakog prenosnika je da pri prenosu snage izvri promjenu njenih parametara (obrtnog momenta i broja obrtaja, odnosno ugaone brzine), dovodei ih na nivo koji odgovara trenutnim potrebama pogonskog mosta, odnosno otporima koji se javljaju na ureajima za kretanje maine ili mehanizama za pokretanje radnog organa. Osim tog zadatka, mjenjaki


40

prenosnik omoguava promjenu smjera kretanja maine ili radnog organa i prekid toka snage pri ukljuenoj spojnici.

Osnovna karakteristika zupanikih mjenjakih prenosnika je stepenasta promjena prenosnih odnosa, odnosno, pri konstantnoj snazi pogonskog motora, stepenasta promjena parametara snage. Sa poveanjem prenosnog odnosa, vee je pribliavanje idealnoj hiperboli vue, a time i vee iskoritenje raspoloivih pogonskih performansi motora.

Klasifikacija zupanikih mjenjakih prenosnika moe se izvriti:

a) prema poloaju vratila, odnosno osa: - sa nepokretnim osama (vratila) i - sa pokretnim osama (tzv. planetarni mjenjai);

b) prema zadatku koje obavljaju na maini: - glavni mjenjaki i - dopunski mjenjaki prenosnici;

c) prema broju stepena prenosa: - dva, tri, etiri i vie stepeni prenosa.

d) prema nainu upravljanja: - sa prinudnim i - sa automatskim upravljanjem;

e) prema prenosu sile od komandne poluge do mehanizma za ukljuenje i

iskljuenje pojedinih stepena prenosa: - mehaniki - hidrauliki, - pneumatski, - elektrini i - kombinovani.

U sklopu mehanikih sistema prenosa snage najee se koriste mjenjaki

prenosnici s nepokretnim osama sa dva i tri vratila (ne raunajui dopunsku osovinu ili vratilo zupanika stepena prenosa za kretanje maine unazad).

Najiru primjenu mjenjakih prenosnika na rudarsko-graevinskim mainama imaju mjenjai sa pokretnim osama vratila (planetarni mjenjai). Planetarni mjenjai se rijetko koriste kao iskljuivi i samostalni mjenjaki prenosnici na rudarsko-graevinskim mainama, a najee se koriste u sklopu hidromehanikih sistema prenosa snage. U tim sistemima planetarni mjenja se


41

vee na red, paralelno ili mjeovito s hidrodinamikom spojnicom ili pretvaraem obrtnog momenta. U tim sluajevima se radi najee o automatskim ili poluautomatskim mjenjaima koji imaju prednosti u odnosu na klasine mjenjake prenosnike s nepokretnim osama: pri istim prenicima zupanika ostvaruje se vei prenosni odnos, vratila i leajevi sunanih zupanika kao i nosaa planeta, nisu optereeni radijalnim silama, optereenje se rasporeuje na vie zubaca zupanika (jer uvijek postoji najmanje tri planetarna zupanika), promjena prenosnog odnosa pomou spojnica i konica vri se bez prekida toka snage, manja je bunost, dui radni vijek i vei koeficijent korisnog dejstva.

Promjena stepena prenosa u planetarnim mjenjakim prenosnicima vri se pomou tri vrste mehanizama: spojnice, konice i jednosmjerne spojnice (mehanizmi slobodnog hoda). Najee se primjenjuju frikcione vielamelaste spojnice i konice kao i trakaste konice.

3.4.4 Zglobni prenosnici

Zglobni prenosnici su vrsta mehanizama za prenoenje obrtnog momenta, odnosno snage, koji se karakteriu time to omoguavaju prenoenje obrtnog momenta i u sluaju kada se vratila koja se zglobnim prenosnicima spajaju nalaze prostorno pod izvjesnim stalnim ili u toku rada promjenljivim uglom, dozvoljavajui pri tome relativno pomjeranje. Ovo pomjeranje moe biti ugaono i translatorno.

Za ukljuenje tih mehanizama koristi se hidraulino ulje pod pritiskom, koje posredstvom klipa ili membrane realizuje normalnu silu na povrinu trenja, potrebnu za savladavanje momenta trenja. Za iskljuenje se koristi sila u opruzi, servo cilindri i dr. Na slici 27 je prikazan opti izgled planetarnog mjenjaa, proizvoaa Caterpillar koji se koriste u hidromehanikim sistemima prenosa snage u sistemu s hidrodinamikim pretvaraem obrtnog momenta za kretanje: kamiona, utovarivaa, buldozera, skrepera i grejdera.

4

3

1

2

Slika 27. Opti izgled hidraulinog planetarnog mjenjaa, proizvoaa Caterpillar: 1. frikcione lamele, 2. prstenasti zupanik, 3. planetarni zupanik, 4. pogonski zupanik "Sunce"


42

U sistemima prenosa snage na rudarsko-graevinskim mainama najvie se koriste zglobni prenosnici sa arnirnim (krutim) spojnicama i to:

- asinhroni i - sinhroni zglobni prenosnici.

Osnovna karakteristika asinhronih prenosnika je periodina promjenjivost

ugaone brzine zglobnog vratila. Ta promjena ugaone brzine se poveava s poveanjem radnog ugla. Zbog toga se ti prenosnici koriste kada radni ugao ne prelazi 20 - 250. Jedna od najvie primjenjive asinhrone arnirne spojnice je kardanska spojnica (slika 28).

Slika 28. Asinhrona kardanska spojnica arnirnog tipa: 1. iglice leaja, 2. prsten, 3. krst kardana, 4. viljuka s prirubnicom, 5. i 6. mazalica, 7. viljuka s kardanskim vratilom

U cilju eliminisanja promjenjivosti, odnosno neravnomjernosti broja obrtaja (to uslovljava pojavu inercijalnih momenata), na rudarsko-graevinskim mainama se primjenjuju kardanski prenosnici sa dva kardana. Kardani su tako postavljeni da su im radni uglovi jednaki, a viljuke na vratilu se nalaze u jednoj ravni to uslovljava da se vratila obru konstantnom ugaonom brzinom.

Navedeni nedostaci asinhronih kardana, odstranjuju se koritenjem sinhronih kardanskih prenosnika, koji za bilo koji radni ugao obezbjeuju konstantnost broja obrtaja. Konstrukcija sinhronih zglobnih spojnica se moe rjeavati na vie naina.

Jedno od najjednostavnijih rjeenja sinhrone spojnice arniranog tipa je

dvojna kardanska spojnica. Ta spojnica ustvari predstavlja dvije kardanske spojnice, maksimalno pribliene jedna drugoj preko viljuke koja spaja obje krstaste osovinice (slika 29). Sve neravnomjernosti preuzima viljuka.


43

Slika 29. Dvojna kardanska spojnica 3.4.5 Pogonski mostovi

Pod pojmom pogonskog mosta podrazumijeva se skup od tri ili vie elemenata. Kod rudarsko-graevinskih maina sa ureajima za kretanje na tokovima s pneumogumama, u sastav pogonskog mosta ulaze: glavni prenosnik, diferencijalni prenosnik, pogonska poluosovina i najee boni reduktor. Kod rudarsko-graevinskih maina s gusjeninim ureajima za kretanje, u sastav pogonskog mosta ulaze i sklopovi sistema za upravljanje.

Osnovni zadaci pogonskog mosta su da: - prenese snagu od izlaznog vratila mjenjakog prenosnika, odnosno

zglobnog vratila, do pogonskih tokova, odnosno lananika (za maine na gusjenicama),

- vri promjenu parametara snage u nepromjenjivom (stalnom) odnosu, da promijeni ravan obrtanja vratila, da obrtni moment prenese na lijevi i desni pogonski toak (lananik) pri njihovim razliitim ugaonim brzinama i

- preko kuita mosta primi i prenese sve aktivne i reaktivne sile i momente.

U zavisnosti od koncepcije gradnje na rudarsko-graevinskim mainama

moe biti jedan (kamioni, buldozeri, utovarai na gusjenicama, skreperi i dr.) ili dva pogonska mosta (zglobni kamioni, utovarai na tokovima, skreperi, grejderi i dr.).

Glavni prenosnik ima zadatak da prenese snagu od izlaznog vratila mjenjakog prenosnika, odnosno zglobnog prenosnika do diferencijalnog prenosnika uz poveanje obrtnog momenta i smanjenje ugaone brzine te promjenu ravni obrtanja (najee za 900). Na rudarsko-graevinskim mainama najee se koriste zupasti prenosnici s konusno-tanjirastim parom zupanika.


44

Konusno-tanjirasti par zupanika izrauje se sa spiralnim i hipoidnim ozubljenjem. Ukoliko je potrebno ostvariti vee prenosne odnose (i > 7), utoliko se esto primjenjuju prenosnici sa dva para zupanika (udvojeni ili dvostruki glavni prenosnici). esti su sluajevi i drugih konstruktivnih rjeenja glavnog prenosnika, to proizilazi iz osnovnih zahtjeva tih prenosnika: da obezbijedi neophodni prenosni odnos s najmanjim gabaritnim dimenzijama radi ostvarivanja maksimalne prolaznosti (klirens), visoku krutost, to mirniji rad (to manja buka), to vei koeficijent iskoritenja koji se mijenja s promjenom temperature i ugaone brzine njegovih elemenata.

Vodei zupanik glavnog prenosnika skoro uvijek se izrauje iz jednog dijela sa svojim vratilom. Ovo zbog toga to se uvijek trai da taj zupanik ima to manje zubaca, to uslovljava njegove relativno (s obzirom na obrtne momente koje prenosi) male dimenzije.

Nivo buke glavnog prenosnika zavisi od tanosti sklapanja i krutosti vratila konusnog zupanika, rasporeda i vrste leajeva, tanosti reguliranja zahvata i krutosti kuita glavnog prenosnika.

Diferencijalni prenosnik slui za prenoenje obrtnog momenta na lijevi i desni pogonski toak (lananik) pri njihovim meusobno razliitim ugaonim brzinama. Do ove razlike dolazi pri kretanju maine u krivini i neravnoj podlozi otkopa ili trase puta. Ti prenosnici se takoe koriste i za razdvajanje obrtnih momenata na dva i vie pogonskih mostova.

Diferencijalni prenosnici koji razvode obrtni momenat u jednakim iznosima nazivaju se simetrini za razliku od asimetrinih koji razvode obrtne momente u nejednakim iznosima. Asimetrini diferencijalni prenosnici esto se koriste za razvoenje obrtnog momenta na dva ili vie pogonskih mostova kada su na njima vertikalne reakcije podloge razliite, odnosno kada se preko njih na podlogu prenose razliita vertikalna optereenja. U sluaju da jedan od pogonskih tokova naie na podlogu s malim koeficijentom adhezije, tada dolazi do njegovog proklizavanja i zaustavljanja maine, jer sva snaga odlazi "linijom manjeg otpora" prema toku koji proklizava. Da bi se sprijeilo zaustavljanje maine, u tom sluaju, mora se blokirati rad, odnosno funkcija diferencijalnog prenosnika i da se obje poluosovine vrsto kinematski veu jedna za drugu. Na taj nain e snaga od motora biti usmjerena na toak koji ima vei koeficijent adhezije s podlogom. Blokiranje diferencijalnog prenosnika moe se ostvariti pomou mehanizma s prinudnim blokiranjem i samoblokiranjem. Kod prinudnog blokiranja, komande sprovodi rukovalac maine, a kod samoblokiranja dolazi do spontanog blokiranja pri pojavi razlike ugaonih brzina lijevog u odnosu na desni toak. Ukoliko se samoblokiranje


45

ostvaruje pomou poveanja unutranjeg trenja, takvi prenosnici se nazivaju diferencijalni prenosnici s poveanim unutranjim trenjem.

Diferencijalni prenosnici koji se primjenjuju na rudarsko-graevinskim

mainama najee se grade s konusnim i cilindrinim zupanicima.

Pogonske poluosovine vre prenos snage od diferencijalnog prenosnika do pogonskih tokova (lananika), odnosno bonih reduktora. U pogonskim mostovima kod kojih su pogonski tokovi nezavisno oslonjeni kao i kod onih koji su istoremeni i upravljaki, pogonske poluosovine se izvode kao zglobna vratila.

Pogonske poluosovine s krutim kuitem pogonskog mosta i s bonim reduktorom su potpuno rastereene vrste. U tom sluaju glavina toka se oslanja na kuite pogonskog mosta preko dva konusna leaja (slika 25). Potpuno rastereene pogonske osovine izloene su samo na uvijanje. Pogonska poluosovina unutranjim krajem ulazi u kuite diferencijalnog prenosnika i oljebljenom vezom se spajaju s bonim konusnim zupanicima diferencijalnog prenosnika.

U sluaju da pogonski most sadri bone redukt