gornik odkrywkowej eksploatacji zloz 711[03] z1 01 u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Ryszard Gruca
Walerian Kubicz

Użytkowanie

maszyn

urządzeń

urabiania

kopalin711[03].Z1.01

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
dr inż. Krzysztof Dudek
mgr inż. Krzysztof Bobowski

Opracowanie redakcyjne:
mgr Janusz Górny

Konsultacja:
mgr inż. Marek Olsza

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 711[03].Z1.01
„Użytkowanie maszyn i urządzeń do urabiania kopalin”, zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu górnik odkrywkowej eksploatacji złóż.

Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Koparki jednonaczyniowe

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Urządzenia do rozbijania brył ponadwymiarowych

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Maszyny do prac ziemnych

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Koparki wielonaczyniowe

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5.

Maszyny i urządzenia do urabiania skał na bloki

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6.

Maszyny i urządzenia do urabiania kruszyw naturalnych spod wody

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7.

Sprężarki i wentylatory

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8.

Urządzenia do urabiania skał średniozwięzłych

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

100

Literatura

105

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Niniejszy poradnik ma na celu pomóc Ci przyswoić wiedzę z zakresu Użytkowanie

maszyn i urządzeń do urabiania kopalin, stosowanych w kopalniach odkrywkowych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych wiadomości i umiejętności, które
powinieneś mieć opanowane, aby przejść do realizacji tej jednostki modułowej.

−

cele kształcenia, wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem.

−

materiał nauczania (rozdział 4) – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do
opanowania treści jednostki modułowej,

−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś podane treści,

−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu
potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas lekcji i że nabyłeś wiedzę i umiejętności
z zakresu tej jednostki modułowej. W przypadku trudności ze zrozumieniem tematu lub
ćwiczenia, poproś o pomoc nauczyciela.
Z rozdziałem: Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:

−

przed przystąpieniem do rozdziału: Materiał nauczania – poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści i odpowiedzeniu
na pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonania ćwiczeń,

−

po zapoznaniu się z rozdziałem: Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie potrzebna do wykonania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie

wiadomości z zakresu określonego w tytule jednostki modułowej. Po wykonaniu
zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując Sprawdzian
postępów. W tym celu:

−

przeczytaj uważnie pytania i odpowiedz na nie,

−

podaj odpowiedź wstawiając X w podane miejsce,

−

wpisz TAK, jeżeli Twoja odpowiedź na pytanie jest prawidłowa,

−

wpisz NIE, jeżeli Twoja odpowiedź na pytanie jest niepoprawna.
Odpowiedź NIE wskazuje na luki w Twojej wiedzy, informuje Cię, jakich zagadnień

jeszcze dobrze nie poznałeś. Oznacza to także powrót do treści, które nie są jeszcze przez
Ciebie dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub tylko określonych części wiadomości będzie

stanowiło dla nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych
wiadomości i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel posłuży się zadaniami
testowymi. W rozdziale 5 tego Poradnika jest zamieszczony przykład takiego testu, który
zawiera:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której, w wolnych miejscach wpisz odpowiedzi na
pytania.
Aby zdobyć więcej interesujących Cię informacji, musisz sięgnąć do przedstawionych

pozycji literatury, czasopism i – najszybciej aktualizowanych – fachowych stron
internetowych. Pamiętaj, że przedstawiony tu wykaz literatury nie jest czymś stałym
i w każdej chwili mogą pojawić się na rynku nowe pozycje.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jednostka modułowa:

„

Eksploatowanie maszyn i urządzeń do urabiania”, której treści za

moment poznasz, jest jednym z modułów koniecznych do zapoznania się z problematyką
użytkowania maszyn do eksploatacji i przeróbki kopalin w górnictwie odkrywkowym, co
ilustruje schemat poniżej.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy, instrukcji przeciwpożarowych i zasad ochrony środowiska
naturalnego, wynikających z charakteru wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas
trwania nauki.

Schemat układu jednostek modułowych

711[03].Z1

Eksploatacja maszyn i urządzeń stosowanych

w górnictwie odkrywkowym

711[03].Z1.02

Użytkowanie maszyn

i urządzeń do transportu

i zwałowania

711[03].Z1.04

Wykonywanie konserwacji oraz

naprawy maszyn i urządzeń

górnictwa odkrywkowego

711[03].Z1.01

Użytkowanie maszyn

i urządzeń do urabiania

kopalin

711[03].Z1.03

Użytkowanie maszyn

i urządzeń do obróbki

kamienia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

stosować układ jednostek SI,

−

dobierać narzędzia, przyrządy i materiały w zależności od wykonywanej pracy,

−

rozróżniać rodzaje połączeń, osie, wały, łożyska, sprzęgła, hamulce i mechanizmy
oraz określać ich zastosowanie w budowie maszyn,

−

posłużyć się pojęciami: prędkość obwodowa, prędkość obrotowa, praca mechaniczna,
moc, energia i sprawność,

−

określać na podstawie dokumentacji technicznej elementy składowe maszyny
lub urządzenia,

−

posługiwać się dokumentacją konstrukcyjną i technologiczną oraz normami
technicznymi,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

selekcjonować, porządkować i przechowywać informacje,

−

interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, wykresów, schematów, diagramów,
tabel,

−

dostrzegać i opisywać związki miedzy naturalnymi składnikami środowiska, człowiekiem
i jego działalnością,

−

zorganizować własne stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

udzielać pierwszej pomocy poszkodowanym w wypadkach przy pracy,

−

przestrzegać przepisy BHP.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

scharakteryzować budowę koparki jednonaczyniowej i rodzaj stosowanego napędu,

−

określić warunki pracy koparek wielonaczyniowych,

−

objaśnić pracę koparki głęboko czerpalnej i pogłębiarki,

−

objaśnić schemat kinematyczny koparki z napędem wielosilnikowym,

−

scharakteryzować pracę maszyn i urządzeń do urabiania skał na bloki,

−

objaśnić działanie zrywarki i zrywoładowarki,

−

scharakteryzować budowę i zastosowanie spycharki i zgniatarki,

−

określić działanie i zastosowanie różnych osprzętów roboczych,

−

scharakteryzować

mechaniczny

hydrauliczny

sposób

przeniesienia

napędu

na poszczególne mechanizmy robocze,

−

określić bezpieczne warunki pracy urządzeń do rozbijania brył ponadwymiarowych,

−

rozróżnić elementy napędów hydraulicznych i pneumatycznych,

−

odczytywać schematy układów hydraulicznych i pneumatycznych,

−

scharakteryzować pompy, sprężarki i wentylatory oraz określić ich wykorzystanie
w procesach technologicznych,

−

zidentyfikować układy napędowe maszyn i urządzeń,

−

sklasyfikować sposoby urabiania,

−

opisać budowę i wyjaśnić zasady działania zespołów i mechanizmów maszyn i urządzeń
do urabiania złóż,

−

objaśnić schematy kinematyczne maszyn i urządzeń do urabiania złóż,

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
oraz ochrony środowiska podczas eksploatowania maszyn i urządzeń do urabiania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Koparki jednonaczyniowe

4.1.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

Różne zaleganie złóż, różna jakość eksploatowanych kopalin oraz ich inne przeznaczenie

wymuszają zastosowanie różnych technologii urabiania skał. Do technologii tych należą:

−

nadsiębierne urabianie skał koparkami jednonaczyniowym i ładowarkami,

−

podsiębierne urabianie skał koparkami jednonaczyniowymi,

−

ładowanie urobku z zsypu po robotach strzałowych

−

urabianie spycharkami, zrywarkami i spycharko – zrywarkami,

−

urabianie koparkami kołowymi,

−

urabianie koparkami wielonaczyniowymi łańcuchowymi,

−

urabianie koparkami z osprzętem chwytakowym

−

urabianie urządzeniami zgarniającymi,

−

urabianie koparkami pływającymi ssącymi i ssąco – frezującymi,

−

urabianie skał młotami hydraulicznymi,

−

urabianie zgarniarkami.
Ta różnorodność technologii urabiania wymaga zastosowania maszyn i urządzeń

różniących się przeznaczeniem i, często o specyficzną, konstrukcją.

Oprócz maszyn specjalnie konstruowanych dla górnictwa odkrywkowego, szczególne

zastosowanie znalazły maszyny budowlane. Powszechnie stosowane w innych gałęziach
gospodarki, dla potrzeb górnictwa odkrywkowego musiały zostać poddane szczególnym
rygorom przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Wśród maszyn do urabiania na lądzie wyróżnia się:

−

koparki jednonaczyniowe z osprzętem nadsiębiernym i podsiębiernym,

−

koparki wielonaczyniowe kołowe i łańcuchowe,

−

zgarniarki linowe lub samojezdne,

−

ładowarki,

−

spycharki i zrywarki lub spycharko – zrywarki.
Wśród maszyn do urabiania spod wody wyróżnia się:

−

koparki jednonaczyniowe z osprzętem chwytakowym i zgarniakowym, pływające lub
urabiające z lądu,

−

koparki wielonaczyniowe pływające,

−

koparki pływające ssące i ssąco – frezujące,

−

zgarniarki linowe.
W rozdziale tym omówione zostaną koparki jednonaczyniowe do urabiania na lądzie.

Pozostałe maszyny i urządzenie omówione zostaną w następnych rozdziałach.

Koparki

Służą do bezpośredniego urabiania skał sypkich (piasek, żwiry) i zwięzłych (gliny, kredy,

miękkie wapienie i margle) oraz do ładowania urobku na środki transportu.

Do scharakteryzowania koparek służą tzw. wskaźniki techniczno – ekonomiczne, które

umożliwiają ich porównanie. Najprostszym wskaźnikiem jest stosunek ciężaru koparki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w tonach do pojemności łyżki w [m

] (G/q), a także wskaźnik mocy, rozumiany jako stosunek

mocy silnika głównego w [kW] do pojemności łyżki w [m

] (P/q).

W zależności od zastosowania koparki jednonaczyniowe dzieli się na:

−

koparki budowlane na podwoziach gąsienicowych i kołowych pneumatycznych,
o pojemności łyżki 0,15–2m

−

koparki odkrywkowe na podwoziach gąsienicowych z łyżkami o pojemności 3–8m

dla ciężkich warunków urabiania,

−

koparki nadkładowe na podwoziach gąsienicowych z łyżkami o pojemności 4–35m

dla bardzo ciężkich warunków urabiania,

−

koparki zgarniakowe kroczące (zgarniaki wysięgnikowe) ze zgarniakami o pojemności
4–193m

Koparki należące do poszczególnych grup można jeszcze podzielić ze względu na

wyposażenie organu roboczego, zastosowanego napędu itp.

Koparka jednonaczyniowa nadsiębierna (rys. 1) składa się: z wyposażenia roboczego,

nadwozia, obrotnicy i podwozia. W skład wyposażenia roboczego wchodzi wysięgnik 1,
przymocowany przegubowo do ramy nadwozia 2 i ramię łyżki 3 wraz z przymocowaną do
niego łyżką 4. Na głowicy wysięgnika 1 znajdują się krążki 5 i 6 dla liny podnoszącej łyżkę
i dla liny podtrzymującej wysięgnik. Liny 7 podtrzymujące wysięgnik, biegną przez krążek 6
na głowicy wysięgnika i przez krążki 8 na podporze kierującej 9 do bębna linowego 10
w kabinie maszynowej.

Rys. 1. Ogólna budowa koparki nadsiębiernej (łyżkowej) [1, s. 123]

W kabinie maszynowej znajdują się: mechanizmy podnoszenia łyżki, które za pomocą

liny 11 podnoszą lub opuszczają łyżkę mechanizmu obrotu nadwozia; mechanizmy
podnoszenia wysięgnika; część mechanizmów jazdy (dla koparek 1–silnikowych) oraz mogą
znajdować się mechanizmy wysuwania i cofania ramienia łyżki.

Mechanizm przesuwu ramienia łyżkowego przez łańcuch 12 napędza koło zębate na wale

naporowym 13 przesuwające ramię łyżki. Do otwierania łyżki służy lina 14. Oprócz
wymienionych mechanizmów w kabinie maszynowej znajduje się: silnik lub silniki napędowe
oraz urządzenia sterownicze służące do uruchamiania poszczególnych mechanizmów.
W tylnej części kabiny maszynowej pod ramą nadwozia znajduje się pomieszczenie na
przeciwciężar 15. Kabina maszynowa wraz z urządzeniem roboczym osadzonym w ramie
nadwozia spoczywa na obrotnicy 26 umożliwiającej obrót całego nadwozia względem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

podwozia. Jako mechanizm jazdy najczęściej używa się podwozia gąsienicowego 17,
oponowego, a dla zgarniarek wysięgnikowych kroczącego.

Cykl pracy koparki łyżkowej jest następujący: po opuszczeniu łyżki do spągu, uruchamia

się mechanizm podnoszenia i naporu, wciskając łyżkę w caliznę i urabiając ją. W czasie
urabiania obraca się wyposażenie robocze nad miejsce wyładowania i opróżnia łyżkę przez
otwarcie jej dna. Po opróżnieniu łyżki, operator obraca nadwozie z powrotem do położenia
wyjściowego, zamykając równocześnie dno łyżki i opuszczając ją w dół. W ten sposób cykl
pracy koparki rozpoczyna się od nowa.

Koparki nadsiębierne wykonane są w różnych wielkościach. Pojemność łyżki wynosi

0.15–38m

, a długość wysięgnika wynosi do 67m.

Ogólnie należy stwierdzić, że koparki nadsiębierne urabiają caliznę skalną przede wszystkim
powyżej poziomu, na którym pracują, natomiast poniżej tego poziomu tylko na nieznaczną
głębokość.

Koparki jednonaczyniowe nadsiębierne w górnictwie odkrywkowym pracują w skałach

miękkich i średniozwięzłych. W skałach twardszych koparki nadsiębierne mają zastosowanie
przeważnie do ładowania urobku odstrzelonego materiałem wybuchowym. W porównaniu
z innymi koparkami jednonaczyniowymi, koparki nadsiębierne osiągają w takich samych
warunkach największą wydajność. Dzięki działaniu naporowemu i silnej budowie, koparki
łyżkowe nadsiębierne znajdują duże zastosowanie w górnictwie węgla brunatnego,
kamiennego i innych kopalniach twardych surowców mineralnych.

Koparka jednonaczyniowa podsiębierna (rys. 2) składa się z takich samych elementów

konstrukcyjnych jak koparka nadsiębierna, lecz w innym nieco układzie. Wysięgnik 1 jest
jednym końcem przegubowo przymocowany do ramy nadwozia, natomiast na drugim końcu
przymocowane jest do niego przegubowo, lecz nie przesuwnie, ramię łyżki 2. Ramię łyżki
z jednej strony jest zakończone łyżką 3, natomiast z drugiej strony krążkami 4. Przez krążki 4
na ramieniu łyżki, oraz krążki 5 na podporze wysięgnika, biegnie lina podnosząca ramię łyżki
6 do bębna napędu. Do łyżki jest przymocowana lina urabiająca 7, przechodząca przez krążek
8 na wysięgniku do bębna w kabinie maszynowej.

Rys. 2. Koparka podsiębierna [1, s. 125]

Cykl pracy koparki podsiębiernej przebiega następująco: za pomocą liny podnoszącej

wyprostowuje się ramię łyżki, co równocześnie powoduje podniesienie wysięgnika. Następnie
opuszcza się całe wyposażenie robocze w dół, przez co łyżka wcina się w caliznę. Przez
uruchomienie liny urabiającej łyżka przyciągana jest w kierunku koparki i napełniana
urobkiem. Po zaczerpnięciu urobku podnosi się wysięgnik z ramieniem i łyżką, aż do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odpowiedniej wysokości, ustawiając ją przez wykonanie obrotu nad miejscem wyładowania.
Opróżnienie łyżki dokonuje się albo przez otwarcie dna łyżki przy pionowym ustawieniu
ramienia, albo przez wyprostowanie ramienia lub też przez przechylenie samej łyżki. Cechą
charakterystyczną tych koparek jest zmiana kąta nachylenia wysięgnika w czasie cyklu
roboczego. Grubość ścinanego wióra regulowana jest naprężaniem liny podnoszącej 6.
Koparki podsiębierne mają zastosowanie przy wszelkiego rodzaju wykopach, przy
udostępnianiu złóż oraz przy usuwaniu nadkładu, gdy nie można zastosować innych maszyn
ze względu na zawodnienie warstw itp. Koparki podsiębierne wykonywane są jako jednostki
małe i średnie o pojemności łyżek 0,2–2,0m

, przy głębokości wybierania dochodzącej do

kilkunastu metrów.

Koparka zgarniakowa (rys. 3) ma w wyposażeniu roboczym wysięgnik o stosunkowo

lekkiej konstrukcji kratownicowej 1 oraz zgarniak 2 zawieszony na linie ciągnącej 3 i linie
podnoszącej 4. Z liną ciągnącą i podnoszącą łączy się lina rozładowcza 5. Układ lin
3, 4 i 5 umożliwia utrzymanie zgarniaka w pozycji poziomej lub pionowej.

Cykl pracy zgarniarki przebiega następująco: przy napiętej linie podnoszącej

4, a zwolnionej linie ciągnącej 3, zgarniak skierowany jest ostrzem w dół. Po opuszczeniu
zgarniaka na spąg wyrobiska zwalnia się linę podnoszącą 4, a uruchamia się linę ciągnącą
3. Zgarniak 1, pracując na stoku skarpy 6, skrawa grunt i napełnia się urobkiem.
Po napełnieniu zgarniaka napręża się liny ciągnącą i podnoszącą tak, że układ łańcuchów
i liny 5 powoduje przechylenie zgarniaka do pozycji poziomej. W pozycji poziomej zgarniak
podnoszony jest ku górze, a równocześnie obrotem wysięgnika 1 jest ustawiany nad miejscem
wyładowania. Po zwolnieniu liny ciągnącej 3 zgarniak przechyla się w dół i urobek wysypuje
się ze zgarniaka. Następnie obrotem wysięgnika zgarniak powraca do wyrobiska, gdzie cykl
pracy powtarza się od początku.

Rys. 3. Koparka zgarniakowa [1, s. 127]

Wśród bardzo dużych i dużych koparek stosowanych w kopalniach odkrywkowych oraz

budownictwie ziemnym znaczący udział mają jednonaczyniowe koparki z osprzętem
zgarniakowym. Znajdują one zastosowanie w górnictwie odkrywkowym w wielu krajach
w tym przede wszystkim w USA, Kanadzie, Australii, Rosji, Kolumbii, Wielkiej Brytanii,
Indii. Koparki te wykorzystywane są głównie do zdejmowania nadkładu i bezpośredniego
przemieszczania go na zwałowisko wewnętrzne (zwałowanie w tzw. beztransportowych
systemach pracy). Systemy takie mogą być stosowane w niezbyt głębokich kopalniach
(50–100 m), ze względu na ograniczony zasięg przerzutu nadkładu z poziomu roboczego na
zwałowisko wewnętrzne. Duże koparki zgarniakowe wykorzystywane są do urabiania
i zwałowania różnego rodzaju skał od sypkich, miękkich i kruchych po skały średniozwięzłe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i zwięzłe (po wstępnym rozluzowaniu materiałami wybuchowymi). W niektórych
przypadkach koparki zgarniakowe wykorzystywane są również do urabiania i załadunku
kopaliny użytecznej na środki transportu technologicznego (głównie duże samochody).

Charakteryzują się one nie tylko olbrzymimi wymiarami i masą roboczą, ale również

wysoką ceną zakupu sięgającą kilkudziesięciu milionów dolarów za nową maszynę
(porównywalna z ceną dużych wielonaczyniowych koparek). Jednocześnie prosta
konstrukcja, wysoka wydajność, niska awaryjność powodują, że koszty pracy tych koparek są
bardzo niskie, szczególnie przy zastosowaniu systemu zwałowania beztransportowego.

W głębokich kopalniach duże pionowe i poziome zasięgi pracy umożliwiają

podejmowanie próby zastosowania koparek zgarniakowych na najniższych poziomach
eksploatacyjnych do wybierania zasobów znajdujących się poza zasięgiem innych, bardziej
typowych maszyn, bez konieczności obniżania poziomów eksploatacyjnych.
Maszyny te są nazywane obecnie największymi robotami świata. Wysokie ceny surowców
mineralnych na świecie powodują obecnie wzrost zainteresowania inwestycjami górniczymi
(budowa nowych i modernizacja czynnych kopalń), co przyczynia się do ożywienia na rynku
maszyn górniczych w tym również dużych koparek zgarniakowych.

Koparki zgarniakowe – kroczące

Koparki zgarniakowe – kroczące mają zastosowanie głównie do urabiania i przerzucania

nadkładu przy eksploatacji w kopalniach odkrywkowych węgla i rud, a także do prac
melioracyjno–ziemnych

Przeznaczone są do pracy w gruntach słabych, o dużym

zawodnieniu, dlatego mają stosunkowo mały jednostkowy nacisk na grunt. W małych
koparkach zgarniakowych (uniwersalnych), na podwoziach gąsienicowych, obniżenie
jednostkowego nacisku na grunt uzyskuje się przez zwiększenie powierzchni członów taśmy
gąsienicowej.

Koparki ciężkie są zaopatrzone w podwozie kroczące. W czasie pracy koparki kroczące

ustawiane są na podstawie (platformie) o przekroju kołowym, o dużej powierzchni oporowej,
z jednostkowym naciskiem na grunt 0,4–1,0 kg/cm

Niskie usytuowanie obrotnicy w koparkach kroczących (nie biorąc pod uwagę

uproszczenia mechanizmu kroczenia i zwiększenia stateczności koparki) stwarza możliwość
wymiany organu roboczego. Zwykle pracują one jako zgarniarki i chwytarki. Dlatego
przeważnie mówi się potocznie o koparkach zgarniakowych jako o zgarniakach kroczących.
Podwozie kroczące koparki stanowią dwie płozy połączone za pośrednictwem układu
mimośrodowego, korbowego lub cylindrami hydraulicznymi z kabiną nadwozia. Płozy służą
tylko do przestawiania

koparki,

a płyta (podstawa) tylko do ustawiania koparki w czasie pracy.

Rys. 4.

Koparka zgarniakowa krocząca ESZ–14/75; 1 – krążek liny podnoszącej, 2 – lina podnosząca, 3 –zgarniak,
4 – liny ciągnące (urabiające), 5 – podpora kierująca, 6 –kabina operatora, 7 – krążki kierujące lin
ciągnących, 8 – płyta podstawowa, 9 – cylinder pomocniczy mechanizmu kroczenia, 10 – cylinder główny
mechanizmu kroczenia, 11 – płoza, 12 – kabina maszynowa [1, s. 158]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie pracy koparki płozy są skierowane ku górze.
W związku z małym naciskiem na grunt koparki zgarniakowe kroczące mają:

dobrą stateczność, wynikającą z nisko położonego środka ciężkości koparki i dużej
powierzchni oporowej podstawy;

dużą swobodę manewrowania, gdyż mogą kroczyć w dowolnym kierunku względem
miejsca, na którym stoi koparka, po obróceniu na obrotnicy nadwozia we właściwym
kierunku kroczenia;

mniejszy ciężar przypadający na 1 m

zgarniaka niż koparki nadkładowe;

możliwość zastosowania długich wysięgników, w porównaniu z koparkami na podwoziu
gąsienicowym, przy tym samym ciężarze koparki i tej samej pojemności łyżki.
Wadą koparek zgarniakowych kroczących jest mała prędkość kroczenia (0,06–0,35

km/h). Na rys. 4 pokazano jedną z większych koparek zgarniakowych wyprodukowaną
w Rosji, o pojemności zgarniaka 14 m

i długości wysięgnika 75m.

Koparki jednonaczyniowe (łyżkowe)

Koparki jednonaczyniowe, zwane również łyżkowymi, przeznaczone są do odspajania

urobku od calizny gruntu i ładowania go na środki transportowe lub na odwał. Maszyny te,
wyposażone w narzędzie robocze w postaci łyżki umieszczonej na ruchomym wysięgniku,
znajdują zastosowanie do urabiania ziemi lub twardej skały. Ziemia odspajana jest za pomocą
narzędzi tnących (zębów), osadzonych na naczyniu kopiącym. Twarde skały muszą być
wcześniej rozluźnione, najczęściej przez odstrzał. Koparki łyżkowe mogą być używane
również do nabierania urobku z hałd i przenoszenia go na środki transportowe, spełniając
w ten sposób rolę ładowarek.

Koparki łyżkowe dzieli się, ze względu na rodzaj napędu i sterowania osprzętem, na

koparki mechaniczne i hydrauliczne.

W zależności od rodzaju podwozia, rozróżnia się następujące odmiany koparek:

−

gąsienicowe,

−

kołowe, zamontowane na specjalnym samojezdnym podwoziu z kołami ogumionymi,

−

samochodowe, których nadwozie zamontowane jest na podwoziu samochodowym lub
typu samochodowego, wyposażonym w niezależny napęd.
Znaczne rozszerzenie zakresu stosowania koparek umożliwia wymienny osprzęt:

−

łyżka przedsiębierna – w przypadku, gdy poziom urobku znajduje się powyżej poziomu
podłoża, na którym stoi koparka,

−

łyżka podsiębierna – do głębokich wykopów, gdy poziom wyrobiska leży poniżej
koparki,

−

osprzęt dźwigowy – przy wykonywaniu wykopów i wyrównywaniu terenu,

−

osprzęt chwytakowy, ładowarkowy, strugowy i kafarowy.
Przykład typowej koparki łyżkowej przedstawia poniższy rysunek:

Rys. 5. Koparka łyżkowa Komatsu PC 350 NLC–8 [20]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ładowarki jednonaczyniowe

Ładowarki jednonaczyniowe sterowane hydraulicznie są nowoczesnymi uniwersalnymi

maszynami o szerokim zakresie zastosowania i wysokiej efektywności pracy. Stosuje się je
do różnego rodzaju prac przeładunkowych w budownictwie, do załadunku na środki
transportowe urobku (przy robotach ziemnych), do urabiania lżejszych gruntów, przeładunku
kruszyw, oczyszczania i wyrównywania terenu itp.

Rozróżnia się dwie odmiany konstrukcyjne ładowarek kołowych: nieprzegubowe,

których podwozie stanowi jednoczęściową ramę ze skrętnymi kołami przednimi lub tylnymi
i przegubowe, wyposażone w dwuczęściową ramę podwozia, połączoną przegubem oraz dwie
odmiany ładowarek gąsienicowych: o niepodwyższonej stateczności, których udźwig nie
przekracza 1/2 siły wywracającej, podwyższonej stateczności, których udźwig nie przekracza
1/3 siły wywracającej.

Poniżej pokazano przykłady konstrukcji ładowarek stosowanych na placach budowy.

Rys. 6.

Kołowa ładowarka przegubowa Ł–31P: 1 – podwozie przegubowe, 2 – zespół napędowy, 3 –
hydrauliczny układ roboczy, 4 – wysięgnik, 5 – łyżka, 6 – kabina maszynisty [9, s. 77]

Rys. 7.

Kołowa ładowarka jednonaczyniowa Fadroma Ł201A [18]

Konstrukcja podwozia wpływa na konstrukcję koparki i na jej wskaźniki techniczno-

-ekonomiczne. O ile podwozie kołowe na pneumatykach ma ograniczony zakres stosowania
(koparki budowane o małej pojemności łyżki), to podwozia gąsienicowe są powszechnie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stosowane w koparkach od małych do dużych pojemności łyżek; Podwozia kroczące stanowią
odrębne konstrukcje i są stosowane głównie w koparkach zgarniakowych.

Koparki łyżkowe pracują na nierównych spągach i muszą pokonywać długie odcinki

trasy. W większości przypadków pokonują duże nierówności spągu w przodkach roboczych,
duże pochylenia terenu (do 15°) i pracują na słabych gruntach. Dlatego podwoziom koparek
stawia się duże wymagania.

Niektóre z nich to:

−

duże siły uciągu, na mechanizmie jazdy,

−

wysoki stopień pewności w pracy,

−

duża zwrotność, to znaczy koparka powinna wykonywać skręty na jak najmniejszym
promieniu,

−

duża wytrzymałość części konstrukcyjnych podwozia, szczególnie pod względem
zużycia przez ścieranie (człony taśm, sworznie, krążniki, łożyska).
Najbardziej rozpowszechnionym podwoziem koparek są podwozia gąsienicowe,

charakteryzujące się zaletami, do których można między innymi zaliczyć:

−

dobrą pracę członów taśm gąsienicowych z podłożem i możliwość uzyskania dużej siły
pociągowej;

−

możliwość przejazdu koparki po dużych nierównościach i drogach nie ulepszonych,

−

możliwość pokonywania dużych nachyleń 12–15

i więcej,

−

stosunkowo mały nacisk jednostkowy na grunt (0,5–2,5 kg/cm

−

dużą zwrotność,

−

stosunkowo dużą prędkość jazdy (do 6 km/h) i więcej,

−

dobrą wytrzymałość podwozia w czasie pracy.
Wadą podwozia gąsienicowego jest duża liczba ruchowych połączeń części

konstrukcyjnych, niezabezpieczonych lub słabo zabezpieczonych przed ścieraniem przez
spadające na nie gliny. Ponadto w stosunku do podwozia kołowego na pneumatykach
podwozie gąsienicowe jest ciężkie i stanowi 25–35% ogólnego ciężaru koparki. Podwozie
gąsienicowe koparek buduje się jako dwu- i ośmiogąsienicowe.

Podwozie gąsienicowe składa się z ramy podwozia z czopem lub bez czopa centralnego,

ram, na których osadzone są koła nośne, kół napędowych i zwrotnych. Ponadto w podwoziu
znajduje się część lub cały mechanizm jazdy oraz część urządzeń sterowniczych i urządzeń
zapewniających stateczność koparce.

Klasyfikacja napędów koparek

We współczesnych konstrukcjach koparek łyżkowych stosuje się następujące rodzaje

napędów:

−

silnikami spalinowymi,

−

silnikami elektrycznymi,

−

hydrauliczny.
Każdy z tych rodzajów napędów ma swoje silniki różniące się roboczymi

i konstrukcyjnymi charakterystykami. W zależności od liczby silników rozróżnia się koparki
z jednym, dwoma i wieloma silnikami. Jeżeli koparka ma jeden silnik, to napędza on
wszystkie lub pewną grupę mechanizmów i napęd nazywa się często grupowym
(zespołowym), a koparkę – jednosilnikową. Jeśli koparka ma kilka silników do napędzania
poszczególnych mechanizmów, to napęd nazywa się indywidualnym, a koparkę –
wielosilnikową. Kombinowany napęd spalinowo–elektryczny włączony został do napędów
elektrycznych, gdyż robocza charakterystyka napędu określona jest według jego elektrycznej
części.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schematy kinematyczne koparek

Schemat kinematyczny obrazuje przebieg ruchu od silnika do danego mechanizmu lub

zespołu mechanizmów koparki. Wybór odpowiedniego schematu kinematycznego jest bardzo
ważny dla przyszłej pracy koparki, ze względu na sprawne działanie mechanizmów przy
zastosowaniu najmniejszej mocy oraz ze względu na rozmieszczenie mechanizmów w kabinie
maszynowej i proste nimi sterowanie.

Schematy kinematyczne powinny odpowiadać określonym wymaganiom stawianym

maszynie. Powinny zapewnić niezależność poszczególnych ruchów roboczych koparki nawet
wtedy, gdy wykonuje się je jednocześnie (np. podnoszenie i przesuwanie ramienia łyżki).
Liczba przekładni, szczególnie dla koparek jednosilnikowych, powinna być najmniejsza, aby
zapewnić możliwie wysoki współczynnik sprawności koparki. Dlatego też mechanizm
podwozia i mechanizm

podtrzymywania wysięgnika napędzane są często z tej samej

przekładni. Przekładni nawrotnych nie powinno być więcej niż dwie. Jedna – dla obrotu
nadwozia i jazdy koparki, a druga – dla niezależnego przesuwania ramienia łyżki.

Schemat kinematyczny koparki jednosilnikowej

Mechanizm koparki jednosilnikowej E–2001, której schemat kinematyczny pokazano na

(rys. 8), napędzany jest asynchronicznym silnikiem elektrycznym 1. Ruch obrotowy
przekazywany jest przez sprzęgło zębate 2 za pośrednictwem kół reduktora 3 na wał główny
4. Koła 5 i 7 obracają wał 6 dźwigarki głównej. Gwiazdy przekładni łańcuchowej 10 ruchu
wstecznego i naporu ramienia łyżki, a także bęben liny urabiającej 14 są osadzone luźno na
wale 6 i uzyskują ruch obrotowy przez włączenie wewnętrznych sprzęgieł ciernych
taśmowych 8 i 16. Mechanizmy naporu i urabiania hamuje się hamulcami taśmowymi 9 i 13,
których tarcze wykonane są wspólnie także dla sprzęgieł 8 i 16.

Ruch obrotowy na wał naporowy 11 przekazywany jest przez przekładnię łańcuchową

10. Wał naporowy przez koła zębate 13 przekazuje ruch obrotowy zębatkom
12, przytwierdzonym do belek ramienia łyżki. Przesuwanie zębatek, a więc i belek ramienia
łyżki, następuje przy włączeniu sprzęgła taśmowego 17 na wale głównym 4. Przy pracy
koparki, z wyposażeniem zgarniaka, do prawej tarczy sprzęgła ciernego przytwierdza się
bęben liny podnoszącej 37, a do lewej – bęben liny urabiającej 36 z gwiazdą 35, połączoną
łańcuchową przekładnią z wałem 4. Taki układ powoduje przymusowe odwijanie liny
ciągnącej w czasie podnoszenia zgarniaka napełnionego urobkiem, przez włączenie sprzęgła
17. W czasie pracy koparki z wyposażeniem dźwigu, zamiast bębna liny podnoszącej nakłada
się bęben 36 liny ciągnącej zgarniak. Przy takim układzie ładunki podnosi się przez włączenie
sprzęgła 8, a opuszcza – przez włączenie silnika i sprzęgła 17. Sprzęgła 18 mechanizmu
nawrotnego wykonane są jako taśmowe wewnętrzne. Przy włączeniu jednego z tych sprzęgieł
ruch obrotowy przekazywany jest na wał 32 przez koła stożkowe 19. Koła zębate 20 i 23
zamocowane na tym wale wchodzą odpowiednio w zazębienie z kołem 21 napędu dźwigarki
podtrzymującej wysięgnik i z kołem 25 napędu mechanizmu obrotu nadwozia. Koło 21 może
być odłączone z zazębienia z kołem 20 i wtedy bęben 22, otrzymujący ruch obrotowy
z przekładni ślimakowej 34, będzie odłączony od napędu. Przekładnia ślimaka jest
samohamowna, jednak dla bezpieczeństwa przy włączonym napędzie dodatkowo przekładnia
jest zahamowana hamulcem 33, Dźwigarka liny podtrzymującej wysięgnik otrzymuje ruch
obrotowy z przekładni nawrotnej 8 z włączanymi sprzęgłami 18. Koła 25 i 27, osadzone
luźno na wale mechanizmu obrotu 30 i na wale mechanizmu jazdy 29, mogą być włączone
w układ kinematyczny napędu przez załączenie sprzęgieł kłowych 24 i 26. Koło 31
mechanizmu obrotu nadwozia obiega po wieńcu o wewnętrznym zazębieniu 28, który
przytwierdzony jest do ramy podwozia. Podwozie gąsienicowe uruchamia się po załączeniu
sprzęgła 26 z kołem 27, które przez wał 29 napędza koła stożkowe i wał z gwiazdami
przekładni łańcuchowej napędzającej koła napędowe gąsienic. Włączenie i wyłączenie
gąsienic odbywa się przez koła zapadkowe, zastosowane w tym układzie zamiast sprzęgieł
kłowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 8. Schemat kinematyczny koparki jednosilnikowej [1, s. 170]

Schemat kinematyczny koparki wielosilnikowej

Na rysunku 9 pokazano schemat kinematyczny wielosilnikowej koparki E–2005, w której

zespoły mechanizmów napędzane są oddzielnymi silnikami prądu stałego. Mechanizmy
pomocnicze, podtrzymywania wysięgnika i otwierania łyżki, sprężarka i wentylatory są
napędzane silnikami elektrycznymi na prąd przemienny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Schemat kinematyczny koparki wielosilnikowej [1, s. 175]

W zależności od wyposażenia roboczego koparki, na głównej dźwigarce zestawia się

odpowiednie bębny 13, 14, 15 i 16. Bębny dźwigarki włącza się sprzęgłami taśmowymi 12,
a hamuje się hamulcami wewnętrznymi taśmowymi 5. Przy pracy koparki wyposażonej
w łyżkę nadsiębierną i dźwig, sprzęgło bębna jest załączone na stałe, a hamulec wyłączony.
Kierunek ruchu obrotowego bębna uzyskuje się nawrotem silnika elektrycznego. Przy pracy
koparki wyposażonej w zgarniak silnik obraca się tylko w jednym kierunku, podciągając
i podnosząc zgarniak.

Mechanizm jazdy włącza się od mechanizmu głównej dźwigarki przez włączenie koła.

Następnie ruch obrotowy przez pionowy wał 11, przechodzący przez tuleję centralną
obrotnicy, przekazywany jest na przekładnię w ramie podwozia. Skrętów podwoziem
gąsienicowym 9 dokonuje się za pomocą sprzęgieł kłowych 10 sterowanych pneumatycznie.
Mechanizm jazdy hamuje się urządzeniem zapadkowym uruchamianym pneumatycznie.
Mechanizm obrotu nadwozia napędzany jest nawrotnym silnikiem prądu stałego
4 ustawionym pionowo. Od silnika ruch obrotowy przekazywany jest przez dwustopniowy
reduktor 3 i przez trzy koła zębate na wał. Obciągające wieniec obrotnicy koło 7 ma
wewnętrzne zazębienie z zębatym wieńcem 8 przytwierdzonym do ramy podwozia.
Dwuszczękowy hamulec 5 mechanizmu obrotu zamontowany jest na górnym końcu wału

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

silnika. Działa on automatycznie przy rozruchu i zatrzymywaniu silnika. Dźwigarka liny
podtrzymującej wysięgnik zamontowana jest na dwustojakowej podporze kierującej, której oś
jest osią bębna 6 połączonego z silnikiem przez trójstopniowy reduktor 3. Bęben hamuje
automatycznie hamulcem 5 umocowanym na wejściowym wale reduktora. Wał mechanizmu
naporu otrzymuje ruch obrotowy od silnika prądu stałego ustawionego w siodle wysięgnika,
przez dwie zębate przekładnie 3. Z wału mechanizmu naporu poprzez koło zębate 2 ruch
obrotowy przekazywany jest na zębatkę ramienia łyżki 1.
System sterowania koparki jest elektropneumatyczny.

Systemy sterowania koparkami

Sterowaniem nazywamy wszystkie czynności związane z włączaniem, wyłączaniem

i kierowaniem pracą mechanizmów. Ma ono zatem dominujący wpływ na wydajną
i prawidłową pracę maszyny. Duża liczba czynności, które muszą być wykonane, oraz wielka
liczba mechanizmów i urządzeń, które trzeba uruchamiać w czasie pracy koparki, stawiają
wysokie wymagania urządzeniom sterowniczym i kierowcy koparki. Mechanizmami koparek
steruje się za pomocą odpowiednich dźwigni i pedałów umieszczonych w kabinie kierowcy.

Sterowanie

pneumatyczne.

Obecnie

coraz

większe

zastosowanie

znajdują

pneumatyczne systemy sterowania. Zaletami sterowania pneumatycznego są:
1)

płynność włączania urządzeń wykonawczych (organów),

mała czułość na nieduże wypływy powietrza,

mniejsze zanieczyszczenie koparki w przypadku ucieczek powietrza,

możliwość wykorzystania sprężonego powietrza do pneumatycznych urządzeń, a także
do osuszania i oczyszczania części konstrukcyjnych urządzeń i maszyn.
Do wad pneumatycznych systemów sterowania należą: duża złożoność stosowanego

oprzyrządowania

(sprężarki,

zbiorniki

wyrównawcze,

urządzenia

oczyszczające),

niewystarczająca pewność pracy przy niskich temperaturach otoczenia, zamarzanie
kondensatu (skroplin) w przewodach powietrznych, większe wymiary i ciężar cylindrów
(siłowników) w porównaniu z małym ciśnieniem powietrza.

Pneumatyczne systemy mogą być wykonane ze sterowaniem rozrządu suwakowego-ręcznym
lub elektromagnetycznym.

Sterowanie hydrauliczne. Głównymi zaletami hydraulicznych systemów sterowania są:

możliwość przenoszenia dużych mocy przy stosunkowo małej masie i wymiarach
urządzenia,

równomierna i spokojna praca organów roboczych,

możliwość otrzymania bardzo dużych sił na organach roboczych,

łatwa i szybka zmiana kierunku ruchu dzięki małym bezwładnościom,

proste i pewne zabezpieczenie zabezpieczenie maszyny i jej podzespołów przed
przeciążeniem,

możliwość łatwej kontroli obciążenia maszyny przez pomiar ciśnienia cieczy roboczej,

możliwość małej bezstopniowej regulacji prędkości ruchu obrotowego i prostoliniowego.
Do wad hydraulicznych systemów należą: twardość działania, powodująca powstawanie

przeciążeń dynamicznych w mechanizmach, możliwość wycieków płynu z rurociągu przez
powstające nieszczelności, konieczność stosowania specjalnych płynów przy pracy w niskich
temperaturach.

Sterowanie elektromagnetyczne. Elektromagnetyczne sterowanie hamulcami koparek

stosuje się rzadko. Sporadycznie stosowane jest do wyłączania hamulców mechanizmu
naporu. Wadą sterowania elektromagnetycznego jest jego niedostateczna pewność
eksploatacyjna spowodowana tym, że elektromagnesy (jak i inne mechanizmy koparki)
pracują w warunkach dużego zapylenia i otrzymują dużą liczbę włączeń w jednostce czasu
(do 200 na godzinę). Z tego powodu zwykle w koparkach stosuje się taśmowe hamulce

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z krótkoskokowym elektromagnesem. Zaciskanie hamulca zachodzi pod działaniem sprężyny,
a luzowanie – pod działaniem elektromagnesu.

Sterowanie próżniowe. Próżniowe oraz kombinowane próżniowo–dźwigniowe systemy

sterowania stosuje się w niektórych zagranicznych koparkach. Podstawowymi agregatami
takich systemów są próżniowe pompy, stwarzające podciśnienie w roboczych cylindrach. Siły
działające na tłoki określone są różnicą ciśnienia atmosferycznego i podciśnienia
w cylindrach. Łatwo jest zauważyć, że ta różnica nie może być większa od 0,1MPa
(praktycznie równa się ona 0,04–0,06 MPa). Z tego powodu żądane siły na roboczych
dźwigniach mechanizmów otrzymuje się kosztem powiększenia średnicy cylindrów (tłoków).
Cylindry mają duże wymiary i są ciężkie. Obecnie systemy próżniowe nie są stosowane.

Obsługiwanie koparki

Pracę koparkami mogą wykonywać jedynie osoby posiadające uprawnienia do obsługi

koparek eksploatacyjnych. Przy pracy koparkami jednoczerpakowymi (łyżkowymi) należy
zwracać uwagę, aby bez zezwolenia operatora nikt nie zbliżał się do maszyny będącej
w ruchu. W ciągu trwania zmiany, w przypadku krótkich przerw w pracy, gdy operator
zmuszony jest opuścić maszynę, powinien pozostawić ją pod nadzorem pomocnika. Należy
wyłączyć wszystkie napędy, a łyżkę położyć na spągu lub oprzeć o urobek.

Nie wolno również przebywać osobom postronnym w czasie urabiania w pobliżu górnej

krawędzi urabiania przodku. Maszynista powinien zwracać uwagę na wszystko, co by mogło
być źródłem pożaru (np. stan izolacji, grzanie się transformatora itp.). Zapasowe zbiorniki
z paliwem i olejami powinny być rozmieszczone w pewnej odległości od maszyny
oraz szczelnie zamknięte Po zmianie, po opuszczeniu maszyny należy ją przekazać następcy
lub zamknąć i zabezpieczyć przed uruchomieniem przez osoby postronne.

Przy pracy koparką z napędem elektrycznym przewód oponowy, doprowadzający

energię, układa się na odpowiednich podporach. Maszynista powinien sprawdzić, czy
wszystkie silniki są uziemione zgodnie z odpowiednimi prze pisami. Szczotki w silnikach
powinny być odpowiedniej długości i dobrze przylegać do wirników. W przypadku
nagrzewania się silników elektrycznych przepalania się izolacji czy silnego iskrzenia należy
natychmiast przerwa pracę i wezwać elektryka. Włączanie prądu w maszynie
oraz przenoszenie kabla doprowadzającego prąd należy wykonywać tylko w rękawicach
i butach ochronnych.

W czasie pracy koparki nie wolno smarować ani naprawiać żadnych ruchomych części.

Kontrola mechanizmów koparki może odbywać się tylko po jej zatrzymaniu i za wiedzą
maszynisty. W tym czasie łyżka koparki musi leżeć na spągu lub na urobku. Łyżkę można
czyścić tylko pod nadzorem maszynisty koparki.

Szczególnie niebezpieczne są prace na wysięgniku, przy smarowaniu górnych krążników

i zębatek wału naporowego. Maszyna musi być wtedy wyłączona (na wysięgniku powinny
być przyspawane odpowiednie stopnie, ułatwiające poruszanie się po nim).

W czasie pracy maszyna powinna być ustawiona w ten sposób, aby z kabiny zapewniona

była dobra widoczność środków transportu i wysypu urobku; maszynista powinien
obserwować ścianę, pod którą pracuje, i w przypadku wystąpienia osuwów czy staczania
większych brył odjechać koparką na bezpieczną odległość. Nie powinno się pracować pod
ścianą z nawisami, które stanowią zagrożenie dla obsługi i maszyny. Na czas strzelania należy
odjechać koparką z przodku i obrócić się wysięgnikiem do wyrobiska. W nocy przodek
powinien być odpowiednio oświetlony. Również wewnątrz kabiny koparki powinny być
lampy elektryczne do oświetlenia poszczególnych mechanizmów i samego wnętrza. Ładując
urobek na środki transportowe, powinno się opuszczać łyżkę możliwie najniżej, gdyż
spadające bryły szybko niszczą środki transportowe, należy też zwracać uwagę na
równomierne sypanie urobku (na środek pojazdu),aby nie doprowadzić do przeciążenia części

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

skrzyni i wywrócenia pojazdu. Przy załadunkach do wagonu kolejki wysypywanie z łyżki jest
dozwolone na sygnał obsługi transportu. Po załadowaniu maszynista koparki daje sygnał
przesunięcia pociągu.

Wszystkie liny koparki powinny być kontrolowane i w przypadku wystąpienia pęknięć

poszczególnych zwojów liny całą linę należy wymienić.

Przy ładowaniu urobku zabrania się przebywania ludziom w zasięgu działania łyżki, gdyż

w takim przypadku występuje nie tylko zagrożenie ze strony pracującej maszyny, ale także
możliwość rażenia bryłami skalnymi, które ładuje koparka. Po wysypaniu urobku należy
uważać, aby nie zaczepić klapą łyżki o środki transportowe.

Pojemność środków transportowych powinna być dostosowana do pojemności łyżki;

stosunek ten ogólnie określa się jako (4 do 10) do jedności, środki transportowe, obsługujące
ładowarki, powinny być ustawiane zawsze po stronie stanowiska maszynisty, aby zapewnić
mu dobrą obserwację miejsca załadunku, a także, aby kąt obrotu nadwozia był jak
najmniejszy. Wiąże się z tym również warunek zabezpieczenia maszynisty przed obsuwami
ściany.

Bezpośrednio z bezpieczeństwem pracy związane jest także prawidłowe posługiwanie się

maszyną. Chodzi o to, aby nigdy nie włączać mechanizmu jazdy przy czerpaku wypełnionym
urobkiem, a przy napełnianiu łyżki nie włączać mechanizmów jazdy i obrotów.

W czasie przejazdu wysięgnik powinien znajdować się w położeniu zgodnym

z kierunkiem jazdy, a łyżkę należy opuścić do wysokości 1 m nad terenem. Po zakończeniu
pracy należy odjechać na bezpieczną odległość od ściany, łyżkę opuścić na ziemię, podwozie
zablokować, zatrzymać silniki i zamknąć kabinę.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie czynniki wpływają na dobór technologii urabiania skał?

Jakie są najczęściej spotykane technologie urabiania skał?

Jakie maszyny służą do urabiania urobku na lądzie?

Jaki jest cykl pracy koparki?

Jakie rodzaje napędów są stosowane w koparkach do urobku kopalin?

Jaka jest konstrukcja podwozia koparki?

Jakie są systemy sterowania napędów koparki do urobku kopalin?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z materiału nauczania wypisz w tabeli:

wspólne cechy i nazwy zespołów składowych maszyn do urabiania kopalin na lądzie
i spod wody,

różnice konstrukcyjne w nazwie i budowie maszyn do urabiania kopalin na lądzie i spod
wody.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wspólne cechy i nazwy zespołów składowych maszyn do urabiania kopalin

na lądzie

spod wody

Cechy różniące maszyny do urabiania kopalin

na lądzie

spod wody

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat maszyn do urabiania kopalin
na lądzie i spod wody,

określić wspólne cechy maszyn,

rozpoznać zespoły maszyn,

określić różnice konstrukcyjne budowie maszyn do urobku,

wypełnić tabele do ćwiczeń,

dokonać prezentacji opracowania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Wypisz w tabeli wady i zalety systemów sterowań koparkami. Wskaż najlepszy system

sterowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nazwa systemu sterowania

Zalety

Wady

Sterowanie pneumatyczne

Sterowanie hydrauliczne

Sterowanie
elektromagnetyczne

Sterowanie próżniowe

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat sterowania,

określić wady i zalety systemów sterowań

wypełnić tabele do ćwiczeń,

dokonać prezentacji opracowania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić technologie urabiania skał?

wskazać różnice w pracy koparki z osprzętem nadsiębiernym
i podsiębiernym?

podać zastosowanie koparki ładowarki i zgarniarki linowej?

scharakteryzować koparki jednonaczyniowe?

opisać schemat kinematyczny koparki?

scharakteryzować sterowania koparek?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Urządzenia do rozbijania brył ponadwymiarowych

4.2.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

W odkrywkowych kopalniach kopalin skalnych, szczególnie tych prowadzących roboty

strzałowe, występują duże bryły kamienne, które należy rozbić, gdyż nie mieszczą się
w łyżkach koparek lub ładowarek. Również kruszarki, z powodu ograniczonych wymiarów
paszczy nie przyjmą zbyt dużej bryły do rozkruszenia.

Wymagania stawiane urządzeniom do kruszenia brył

Do podstawowych czynników określających wymagania stawiane urządzeniu do kruszenia

brył w odkrywkach, zalicza się ilość brył jaką trzeba skruszyć na dobę, oraz miejsce i sposób
ich zalegania. Z warunków istniejących w kamieniołomach, w kopalniach węgla brunatnego,
jak również z analizy istniejących metod kruszenia brył wynika, że odpowiednie dla
kamieniołomów, jak i dla kopalni odkrywkowych urządzenia do kruszenia brył powinny
charakteryzować następujące czynniki:

−

krótki czas potrzebny na kruszenie brył,

−

mała liczba operacji potrzebnych do skruszenia bryły,

−

mały rozrzut odłamków,

−

duża powierzchnia przełomu, czyli, mała ilość kawałków po rozbiciu,

−

bezpieczna praca w pobliżu innych urządzeń, przede wszystkim koparek,

−

ruchliwość (zwrotność i szybkość),

−

możliwość obsługiwania dużego obszaru z jednego miejsca postoju.

Metody kruszenia brył ponadwymiarowych

Nadwymiarowe

bryły

skalne

rozbija

się

robotami

strzałowymi

(strzelanie

rozszczepkowe) lub mechanicznie. Podejmowano również próby zastosowania innych
sposobów kruszenia brył. Należałoby tu wymienić metody termiczne (palnikami termicznymi
i plazmowymi, udarem cieplnym), elektrotermiczne, elektrohydrauliczne, laserowe.

Jednak w krajowych zakładach górniczych najczęściej stosuje się mechaniczne rozbijanie

brył:

−

statyczne (rozłupiarką)

−

udarowe (młotami hydraulicznymi, kafarami, kulą).
Kruszenie rozłupiarką. Rozłupiarka działa cicho, bezpiecznie, jest łatwa w obsłudze.

Wydajność wynosi w zależności od wielkości urządzenia od 140 do 160 ton na zmianę.
Ponadto istnieje możliwość stosowania rozłupiarki do dowolnych skał zwięzłych.

Obecnie coraz szerzej do rozszczepiania brył według określonych płaszczyzn, bądź też

do dzielenia nieregularnych bloków skalnych, mają zastosowanie rozłupiarki hydrauliczne.

Z punktu widzenia wytrzymałości materiałów, warunkiem efektu rozszczepiania jest

wywołanie w skale naprężenia przekraczającego doraźną wytrzymałość na rozrywanie.
Dlatego wielkość powierzchni podziału jest czynnikiem, do którego należy dobrać warunki
rozszczepiania, a mianowicie: wielkość i charakter siły rozpierającej, liczbę, wymiar
i rozmieszczenie otworów w taki sposób, aby uzyskać równą, w przewidywanym kierunku
płaszczyznę podziału. Zasadniczą trudność konstrukcyjną stanowi konieczność uzyskania
odpowiednio dużej siły, niezbędnej do pokonania oporu skały, przy zapewnieniu możliwie
małych wymiarów otworów kierunkowych. Im mniejsza jest objętość skały, którą należy
urobić i usunąć z przyszłej płaszczyzny podziału, tym mniejsza jest pracochłonność i koszt
prac przygotowawczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozwiązania konstrukcyjne dotyczyły głównie urządzeń o napędzie hydraulicznym, które

w prosty sposób umożliwiają uzyskanie stosunkowo dużych sił. Skonstruowano dwa rodzaje
rozłupiarek hydraulicznych:

−

wielotłoczkowych (system Roc–Jak) wykorzystujących energię układu hydraulicznego
w sposób bezpośredni, składających się z cylindra roboczego 1 i wchodzących do
wspólnej komory ciśnieniowej tłoczków 2. Dla zabezpieczenia tłoczków przed
bezpośrednim zetknięciem się ze ścianką otworu kierunkowego, stosuje się wkładkę
wyrównawczą 3, wsuwaną do otworu kierunkowego wraz z cylindrem 1. Ciśnienie
w układzie hydraulicznym, wywołane jest przez ręczną pompę 4, jest przenoszone przez
elastyczny przewód ciśnieniowy 5 do wnętrza cylindra. Schemat rozłupiarki przedstawia
rysunek 6,

−

jednotłokowych (system Darda), w których siła układu hydraulicznego jest
zwielokrotniona przez zastosowanie klina rozpierającego. Rozłupiarka tego systemu
składa się z agregatu napędowego 1, połączonego z nim przewodami 5 cylindra
roboczego 7, w którym porusza się tłok 8 połączony przegubowo wraz z klinem 9.
Źródłem napędu jest urządzenie umieszczone na dwukołowym podwoziu, składające się
z silnika napędowego 2 (elektrycznego, spalinowego lub pneumatycznego) oraz
napędzonej przez ten silnik pompy wysokociśnieniowej 3 (wielotłoczkowej pompy
promieniowej). Pompa ta przez rozdzielacz 4, z zaworem przelewowym, i elastyczny wąż
ciśnieniowy 5 tłoczy olej do zaworu sterującego 6 umieszczonego w górnej części
cylindra roboczego 7. W przypadku jednoczesnego zasilania większej liczby cylindrów
z jednego urządzenia, rozdzielacz zaopatrzony jest w odpowiednią liczbę wylotów, do
których podłącza się węże kolejnych cylindrów. W położeniu (jak na rysunku 8) olej
przez zawór sterujący 6 podawany jest do wnętrza cylindra 7 – nad tłok 8 połączony
przegubowo z klinem 9. Pod wpływem ciśnienia oleju tłok z klinem przesuwają się w dół
rozpierając promieniowo okładki 10, które naciskają bezpośrednio na ścianki otworu
kierunkowego. Okładki te na ogół są profilowane w taki sposób, aby rozpieranie otworu
i rozszczepianie bryły rozpoczynało się w górnej jego części. Po wykonaniu pracy, olej
kierowany jest przez zmianę położenia zaworu sterującego do dolnej części cylindra pod
tłok, co powoduje przemieszczenie tłoka 8 do góry i wycofanie klina 9. Schemat
rozłupiarki przedstawia rysunek 10.

Rys. 10. Schemat hydraulicznej rozłupiarki systemu Rock–Jak [2, s. 97]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. Schemat hydraulicznej rozłupiarki systemu „Darda” [2, s. 99]

Sposób wykorzystania obu rozłupiarek jest jednakowy: w wyznaczonej płaszczyźnie

przyszłego podziału bryły, wiercone są wiertarkami otwory kierunkowe; w otwory te
wsuwane są walcowe końcówki robocze, które rozpierane promieniowo z określoną siłą
i w określonym kierunku powodują rozszczepienie bryły. Zasada tego systemu zbliżona jest
do stosowanego jeszcze obecnie ręcznego dzielenia lub odspajania bloków za pomocą
wbijanych ręcznie klinów. Jednak dzięki osiąganiu przez rozłupiarki hydrauliczne dużych sił,
możliwe stało się zmniejszenie liczby otworów, a tym samym zmniejszenie liczby czynności
pomocniczych.

Kafary

W górnictwie odkrywkowym do mechanicznego rozbijania brył skalnych zastosowano,

w początkach lat dwudziestych, kafary. Są to maszyny na podwoziu szynowym, bądź też
gąsienicowym. Najczęściej jest to koparka o specjalnym wysięgniku z krążkiem linowym na
głowicy (rys. 12). Przez krążek jest przerzucona lina, na końcu której zawieszony jest
odpowiedniego kształtu bijak. Przez swobodne, okresowe opuszczanie bijaka na bryłę skalną
rozbija się ją na żądaną wielkość. Bijaki stosowane do urządzeń kafarowych mają kształty
kuli, cylindra, prostopadłościanu i ważą l–3 tony. Jak wykazały doświadczenia bijak o masie
1,6 tony rozbija bryły o objętości 5–6 m

, bijak o ciężarze 3 tony – bryły do 10 m

. Praca

kafaru zastępuje pracę od 8 do 10 wiertaczy i strzałowych zatrudnionych przy strzelaniu
rozszczepkowym.

Podczas rozbijania wielkich brył skalnych kafarami, następuje rozrzut odłamków, które

mogą być przyczyną zranienia operatora. Z tego względu długość wysięgnika musi wynosić
12–15 m, a kabinę należy osłonić blachą stalową. Praktyczna wysokość spadania ciężaru
przyjmuje się 5–6 m. Stosowanie kafarów jest celowe tylko przy dużej ilości brył
nadwymiarowych, gdyż wprowadzenie dodatkowej maszyny nieprzydatnej do innych celów
dla małych ilości brył jest nieracjonalne. Dlatego bardzo często przystosowuje się do
rozbijania brył koparkę nadsiębierną, którą używa się do urabiania i ładowania. Można
dokonać tego następująco. Do górnego końca wysięgnika koparki (rys. 12) mocuje się
dowolnym sposobem dodatkową kratownicę 1, o długości 1,5–3,0 m. W kratownicy na
łożyskach osadza się krążek linowy 2 o średnicy 600–800 mm. W nadwoziu koparki ustawia
się dodatkową wciągarkę 4 na specjalnych wspornikach lub dodatkowych belkach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wspornikowych 3 przyspawanych do głównych belek podpory wysięgnika. Lina o średnicy
18 mm od bębna przechodzi na krążek kierujący 5, a stąd przez krążek 2 do bijaka,
zawieszonego na niej na haku.

Rys. 12. Schemat koparki jednonaczyniowej przystosowanej do rozbijania brył [1, s. 112]

Na rys. 13 przedstawiono urządzenie kafarowe zabudowane na wysięgniku koparki

jednonaczyniowej lub na dźwigu.

Rys. 13. Urządzenie kafarowe zabudowane ma wysięgniku koparki jednonaczyniowej [1, s. 101]

Głównymi elementami tego urządzenia są: prowadnica rurowa 1, z umieszczanym

wewnątrz bijakiem 2 o kształcie cylindrycznym, oraz amortyzator 3 osłaniający bryłę wokół
miejsca udaru i eliminujący rozrzut odłamków podczas udaru. Rura 1 umocowana jest od
dołu liną 4 z ramą nadwozia koparki. Ruch bijaka i sterowanie prowadnicy odbywa się za
pośrednictwem lin. Opadanie bijaka (ruch roboczy) następuje po zwolnieniu hamulca
wciągarki bębnowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bijakiem o masie 3500 kg bryły o objętości: 2,5–4 m

rozbijane są 1 lub 2 udarami,

6–10 m

rozbijane są 3 lub 4 udarami, 16–25 m

rozbijane są 8–10 udarami.

Młoty pneumatyczne i hydrauliczne

Młoty pneumatyczne przystosowane są do współpracy z wysięgników koparek w miejsce

łyżki (rys. 14), bądź też mocuje się je na wysięgnikach ciągników.

Narzędziami rozbijającymi skałę są groty o odpowiednich kształtach ostrza i chwytach

grota, które są znormalizowane dla poszczególnych modeli młotów. Na rys.6a pokazano
ciężki młot pneumatyczny. Uruchamianie i zatrzymywanie pracy bijaków odbywa się
automatycznie, co ułatwia pracę, zwiększa trwałość młota i zmniejsza zużycie sprężonego
powietrza. Docisk narzędzi młota do urabianej skały powoduje, dzięki kanałom 4,
uruchomienie młota, natomiast zmniejszenie docisku powoduje zatrzymanie pracy młota.
W miejscach pracy chwytu grota, a więc w miejscu największego zużycia elementów 5,
zastosowano łatwo wymienialne tuleje brązowe. Sam grot 6 bardzo szybko można wyjąć,
wysuwając zewnętrzny pierścień i wypychając kołek, a grot nie mając kołnierza, sam wysuwa
się z tulei. Młot ma bardzo prostą konstrukcję, co czyni z niego maszynę niezawodną
w działaniu.

Rys. 14. Stacjonarne urządzenie do rozbijania brył URB, produkcji polskiej [26]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przegląd stosowanych maszyn

Rys. 15.

Samojezdny wóz do kruszenia skał SWKS–5 produkcji polskiej [16]

Samojezdny wóz (rys. 15) SWKS–5 przeznaczony jest do: kruszenia brył skalnych,

oczyszczania stropów, rozbijania nadgabarytów w kopalniach, drążenia tuneli, prac przy
budowie dróg i budownictwie ogólnym (rozbijanie betonu i asfaltu, prace w terenie, budowa
rowów i fundamentowanie), prac przy wyburzaniu (prace budowlane, beton niezbrojony
i lekko zbrojony), prac w podwyższonych temperaturach (rozbijanie narostów, czyszczenie
kadzi). Maszyna składa się z dwóch zasadniczych członów, roboczego i napędowego,
połączonych ze sobą przegubem o pionowej osi obrotu. Między członami wbudowane są dwa
siłowniki hydrauliczne, które przy pomocy wbudowanego w układ kierowniczy rozdzielacza
hydraulicznego, umożliwiają skręt maszyny o kąt 42°.

Na przednim członie roboczym, wyposażonym w most napędowy, zamocowany jest

układ roboczy, składający się z podstawy z obrotową ramą umożliwiającą skręt
dwuramiennego wysięgnika 45° w prawo i w lewo. Do wysięgnika zamocowany jest przez
łącznik młot hydrauliczny udarowy. Wóz może być dodatkowo wyposażony w lemiesz, który
umożliwia podpieranie maszyny oraz zgarnianie urobku i oczyszczanie pola pracy. Kabina
(kapsuła), umieszczona w ciągniku, spełnia wymagania norm górniczych odnośnie
zabezpieczenia operatora.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co charakteryzuje maszyny i urządzenia do kruszenia skał?

Jakie są metody kruszenia brył ponadwymiarowych?

Jak można podzielić mechaniczne metody rozbijania brył?

Jakie maszyny stosuje się do kruszenia skał?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj próbę kruszenia skały (cegła, pustak):

−

metodą mechaniczną stosując młot ręczny z napędem elektrycznym lub hydraulicznym,

−

metodą termiczną cięcia palnikiem gazowym,

−

metodą kruszenia udarowego młotem ręcznym.

Rodzaj próby kruszenia

Natężenie
hałasu (dB)

Promień
rozrzutu

Zagrożenia bhp

Młot ręczny

Termiczne

cięcie

palnikiem

Kruszenie

udarowe

młotem ręcznym

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przygotować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp,

przeprowadzić próbę kruszenia różnymi metodami,

zmierzyć natężenie hałasu w czasie kruszenia,

zaobserwować promień rozrzutu odłamków,

określić rodzaje zagrożeń bhp,

zapisać wyniki w tabeli i dokonać ich analizy,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

młot ręczny hydrauliczny,

−

palnik gazowy,

−

młot ręczny udarowy,

−

materiały do ćwiczeń,

−

instrukcje obsługi młotów i palnika gazowego,

−

przyrząd do pomiaru natężenia hałasu,

−

taśma miernicza,

−

środki ochrony indywidualnej.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować maszyny i urządzenia do kruszenia skał?

podzielić metody kruszenia skał?

opisać zasadę działania rozłupiarki?

wymienić rodzaje narzędzi rozbijających stosowanych w młotach?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Maszyny do prac ziemnych

4.3.1. Materiał nauczania

Podział maszyn do robót ziemnych

Roboty ziemne, ze względu na zakres, specyfikę i różnorodność, ulegają ciągle

postępującej mechanizacji. W związku z tym stosowanie do tego rodzaju robót maszyn
o odpowiedniej mocy i wyposażonych w odpowiednio dostosowany osprzęt roboczy ma
głębokie uzasadnienie zarówno z technicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia.

Maszyny do robót budowlanych ziemnych dzieli się na:

−

maszyny podstawowe,

−

maszyny pomocnicze

−

osprzęty do robót ziemnych, montowane na nadwoziach i podwoziach maszyn
budowlanych, samochodach lub ciągnikach.
Do maszyn podstawowych zalicza się przede wszystkim koparki budowlane

jednonaczyniowe, stosowane głównie do odspajania gruntu, wydobycia go i przemieszczania
na odkład lub na środki transportowe za pomocą jednego naczynia roboczego, w jednym
cyklu roboczym, bez przemieszczania podwozia maszyny. Wymienny osprzęt chwytakowy,
dźwigowy lub zrywakowy znacznie rozszerza zakres stosowania tego rodzaju maszyn.

Drugą grupę tworzą ładowarki jednonaczyniowe, stosowane głównie do nabierania

materiału usypanego na placu składowym lub na hałdzie i przenoszenia go na środki
transportowe lub na inne usypisko. Zasadnicza różnica w sposobie pracy ładowarki i koparki
polega na tym, że w celu napełnienia łyżki koparki wykonuje się ruchy łukowe wysięgnika
lub samej łyżki – bez zmiany położenia podwozia maszyny, w ładowarce natomiast głównym
ruchem przy napełnianiu jest ruch poziomy, a obrót łyżki jest ruchem dodatkowym. Dlatego
też ładowarki używane są coraz częściej do poziomego lub pochyłego skrawania gruntu.
Spycharki, zgarniarki, równiarki (i częściowo ładowarki) tworzą grupę podstawowych
maszyn do płaskiego odspajania gruntu. Maszyny te bowiem odspajają grunt płaskimi
warstwami podczas jazdy i następnie przemieszczają urobek. Cykl ich pracy przebiega
podobnie i polega na odspajaniu gruntu za pomocą odpowiedniego narzędzia skrawającego,
zgarnianiu i przemieszczeniu lub przepychaniu odspojonego urobku w odpowiednio
ukształtowanym zespole narzędzi roboczych oraz w rozścielaniu lub umieszczeniu urobku
w określonym miejscu, czasem z jego dodatkowym zagęszczeniem. Po tym następuje powrót
do pozycji wyjściowej w celu rozpoczęcia kolejnego cyklu pracy.

Grupę maszyn pomocniczych tworzą:

−

ciągniki budowlane, wyposażone w urządzenia do zawieszania i napędzania osprzętów
roboczych oraz do holowania i napędu maszyn do robót ziemnych i transportu
technologicznego, wywrotki terenowe o samowyładowczej skrzyni ładunkowej,
przeznaczone do współpracy z maszynami do robót ziemnych w trudnych warunkach
terenowych – jako środki transportu technologicznego,

−

nośniki osprzętu budowlanego, czyli samojezdne podwozia kołowe lub gąsienicowe,
wyposażone w co najmniej dwa osprzęty, przeznaczone głównie do wykonywania
pomocniczych budowlanych robót ziemnych.

Podział uzupełniają osprzęty montowane na podwoziach samojezdnych (maszyn

budowlanych, ciągników lub samochodów ciężarowych, służące do wykonywania robót
ziemnych i pomocniczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ciągniki budowlane

Ciągniki budowlane (rys. 16) są jednymi z najszerzej stosowanych maszyn, używanych

do terenowych robót ziemnych. Stosowane są jako nośniki osprzętów, czyli podwozia
samojezdne, na których montuje się odpowiednie osprzęty robocze (koparkowy,
ładowarkowy lub spycharkowy) oraz jako pojazdy, do których przyczepia się lub naczepia
maszyny ziemne (np. zgarniarki lub równiarki) i przyczepy albo naczepy samowyładowcze
do przewozu urobku, pojazdy niskopodwoziowe do przewozu maszyn itp. Pod względem
rodzaju podwozia rozróżnia się ciągniki gąsienicowe i kołowe.

Rys. 16. Ciągnik gąsienicowy TUR–100: 1 – podwozie, 2 – zespół napędowy, 3 – kabina [9, s. 81]

Spycharki budowlane

Spycharki budowlane (rys. 17) używane są do wykonywania robót ziemnych takich, jak

skrawanie i przesuwanie zwałów gruntu, zasypywanie rowów, dołów i wykopów,
wyrównywanie terenu pod budowę, zgarnianie w pryzmy piasku, żwiru, tłucznia itp. Praca
spycharki polega na odspajaniu gruntu i przemieszczaniu go po terenie. Dzięki prostej
konstrukcji i obsłudze, można w wielu przypadkach uniknąć używania innych środków
transportu do odwożenia odspojonego urobku, oczywiście przy niewielkich odległościach
przemieszczania.

Spycharki cechuje duża wydajność i niskie koszty eksploatacji. Istotną wadą,

ograniczającą zakres ich stosowania, stanowi nieprzydatność do urabiania gruntów skalistych
i zamarzniętych, bez uprzedniego ich rozluźnienia, oraz trudności przy wykorzystaniu do
robót na gruncie podmokłym.

W zależności od rodzaju ciągnika, na jakim zamontowany jest osprzęt roboczy, spycharki

dzieli się na kołowe i gąsienicowe, a ze względu na możliwość ustawienia lemiesza rozróżnia
się cztery odmiany spycharek:

−

czołowe – płaszczyzna pionowa przechodząca przez krawędź tnącą lemiesza jest
prostopadła do wzdłużnej pionowej płaszczyzny symetrii podwozia ciągnika; możliwość
regulacji kąta skrawania,

−

czołowo–skośne – krawędź tnąca lemiesza może być ustawiana pod określonym kątem
skosu; możliwość regulacji kąta skrawania,

−

czołowo–przechylne – krawędź tnąca lemiesza może być przechylana w stosunku do
płaszczyzny podłoża bez zmiany kąta skosu lemiesza; możliwość regulacji kąta
skrawania,

−

uniwersalne – krawędź tnąca lemiesza może być ustawiona w pozycji czołowej, skośnej
lub przechylnej; zawsze istnieje możliwość regulacji kąta skrawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. a) Spycharka Cat D7H, [15] b) spycharka Dz–42 na ciągniku DT–75 [20]

Zgarniarki

Zgarniarki są szeroko stosowane przy wykonywaniu robót ziemnych w budownictwie

lądowym i wodnym, drogowym, miejskim, przemysłowym, przy regulacji rzek, budowie
lotnisk i obiektów sportowych itp.

Maszyny te przeznaczone są do odspajania gruntu, załadunku, przewożenia (nawet

do kilku kilometrów) i wyładowania urobku w określonym miejscu. Zgarniarki mogą
wykonywać pracę kilku maszyn specjalistycznych, np. użyte do wyrównywania wysypanego
ze skrzyni ładunkowej gruntu i zagęszczania nawiezionej ziemi, wykonują pracę środków
transportowych, równiarek i walców. Ze względu na budowę układu jezdnego zgarniarki
dzieli się na:

−

samojezdne kołowe lub gąsienicowe z własnym napędem, złożone z ciągnika kołowego
lub gąsienicowego i części roboczej (w postaci naczepy zgarniakowej), połączonych
przegubowo oraz

−

przyczepne bez własnego napędu, holowane za ciągnikiem.

Zgarniarki samojezdne kołowe (rys. 18) mogą być wyposażone w napęd tylko na koła

ciągnika lub w dodatkowy napęd na oś naczepy zgarniakowej od członu ciągnikowego bądź
od własnego zespołu napędowego.

W zależności od sposobu załadunku urobku zgarniarki mogą być:

−

najazdowe, odspajające nożem skrawającym grunt i przenoszące go do wnętrza skrzyni

−

z dodatkowym urządzeniem ładującym, do przemieszczania odspojonego gruntu.
Pod względem sposobu wyładunku urobku rozróżnia się zgarniarki:

−

najazdowe, odspajające nożem skrawającym grunt i przenoszące go do wnętrza ze
skrzynią ładunkową przechylną – wyładunek odbywa się grawitacyjnie przez jej
przechylenie lub wywrócenie,

−

ze skrzynią ładunkową wyposażoną w ruchomą ścianę przednią lub tylną – wyładunek
jest wymuszany przez przemieszczanie urobku tą ścianą,

−

ze skrzynią ładunkową wyposażoną w ruchomą podłogę – wyładunek następuje
grawitacyjnie po jej odsunięciu oraz

−

ze skrzynią ładunkową wyposażoną w ruchomą ścianę i podłogę – wyładunek następuje
przez przemieszczanie urobku ruchomą ścianą po odsunięciu ruchomej podłogi skrzyni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 18. Samojezdna zgarniarka kołowa D–357M, ze skrzynią ładunkową z uchylną zasłoną przednią

i przesuwną ścianą tylną: 1 – ciągnik jednoosiowy, 2 – jednoosiowa skrzynia załadowcza, 3 – kabina
maszynisty, 4 – mechanizm skrętu zgarniarki, 5 – mechanizm podnoszenia skrzyni, 6 – ruchoma
przednia ściana, 7 – mechanizm podnoszenia i opuszczania przedniej ściany, 8 – tylna ściana
przesuwna, 9 – mechanizmu przesuwu tylnej ściany, 10 – nóż skrawający [9, s. 88]

Rys. 19. Zgarniarka przyczepna ZPL–61: 1 – dwuosiowe podwozie, 2 – skrzynia załadowcza, 3 – mechaniczny

układ linowy sterowania skrzynią, 4 – złącze holownicze [9, s. 89]

Rys. 20 a) Zgarniarka przyczepna kołowa, b) zgarniarka ciągniona REYNOLDS 20E [20]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Równiarki

Równiarki są używane do wyrównywania nawierzchni ziemnych, profilowania skarp

i rowów, a zwłaszcza do konserwacji i oczyszczania dróg dojazdowych i komunikacyjnych
w kopalniach odkrywkowych i na placach budów (rys. 21, 22, 23), usuwania rozmokłych
lub nierównych

warstw

nawierzchni

gruntowych

oraz

robót

porządkowych

i wykończeniowych przy pracach ziemnych. Maszyny te mogą być wyposażone w osprzęt
specjalny, jak zrywaki, lemiesze spycharkowe lub pługi odśnieżne, dzięki czemu zwiększa się
zakres ich stosowania. W Polsce są jednak mało rozpowszechnione.

Rys. 21. Równiarka samobieżna 1 – dwuosiowe podwozie, 2 – lemiesz, 3 – hydrauliczny układ sterowania

lemieszem, 4 – zrywak, 5 – zespół napędowy, 6 – stanowisko maszynisty [9, s. 91]

Rys. 22.

Równiarka przyczepna: 1 – dwuosiowa rama, 2 – lemiesz, 3 – hydrauliczny układ sterowania
lemieszem, 4 – zrywak, 5 – kabina maszynisty, 6 – złącze holownicze [9, s. 94]

Rys. 23. Równiarka Volvo model G 930 [25]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nośniki osprzętu budowlanego

W przypadkach, gdy eksploatacja ciężkiego sprzętu specjalistycznego jest utrudniona

lub nieuzasadniona ekonomicznie, stosuje się maszyny, wyposażone w osprzęt przystosowany
do różnego rodzaju robót ziemnych, przeładunkowych, porządkowych itp. (rys. 24, 25). Są to
zazwyczaj ciągniki albo specjalne podwozia kołowe lub gąsienicowe, z zamontowanym na
stałe lub wymiennym osprzętem, najczęściej koparkowym, spycharkowym i ładowarkowym,
rzadziej zaś chwytakowym, dźwigowym itp.

Rys. 24. Koparko – ładowarka, kołowy nośnik osprzętu KNO–301: 1 – przegubowe podwozie, 2 – osprzęt

koparkowy, 3 – siłowniki hydrauliczne, sterujące osprzętem koparkowym, 4 – osprzęt ładowarkowy,
5 – siłownik hydrauliczny sterujący osprzętem ładowarkowym, 6 – kabina maszynisty, 7 – podpory
wysuwne [9, s. 97]

Rys. 25. Koparko–ładowarka 9.50 (HSW) [21]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

W jaki sposób dzieli się stosowane w kopalniach maszyny budowlane do robót
ziemnych?

Jakie maszyny stosowane w kopalniach tworzą grupę maszyn budowlanych
podstawowych?

Jakie maszyny stosowane w kopalniach tworzą grupę maszyn budowlanych
pomocniczych?

W jaki sposób można rozszerzyć zakres zastosowania koparek?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny uniwersalne do robót ziemnych oraz ich zastosowanie.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny uniwersalne,

określić zastosowanie maszyn,

zapisać wyniki w tabeli,

porównać maszyny uniwersalne do robót ziemnych,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Posługując się schematami opisz maszyny do robót ziemnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat maszyn do robót ziemnych,

zidentyfikować maszyny do robót ziemnych,

określić elementy budowy maszyn,

objaśnić zasadę działania maszyn różnych typów,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy maszyn do robót ziemnych,

−

modele maszyn do robót ziemnych,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dokonać podziału maszyn do robót ziemnych?

zakwalifikować stosowane w kopalniach maszyny budowlane do
odpowiednich grup?

rozróżnić sposób pracy ładowarki i koparki?

rozpoznać stosowany w kopalniach ciągnik budowlany?

określić narzędzie pracy koparki łyżkowej jednonaczyniowej?

dokonać podziału koparek w zależności od rodzaju podwozia?

wymienić osprzęt roboczy koparki łyżkowej?

wskazać na schemacie ładowarki zespoły sterowania, napędu i układu
jezdnego?

podzielić stosowane w kopalniach ciągniki budowlane?

10)

scharakteryzować spycharki?

11)

rozróżnić zgarniarkę i równiarkę?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Eksploatacja koparek wielonaczyniowych

4.4.1. Materiał nauczania

Wielonaczyniowe koparki łańcuchowe, stosowane są w górnictwie odkrywkowym,

w szczególności w zakładach górniczych o dużej zdolności produkcyjnej. Służą do urabiania
kopaliny i ładowania urobku na środki transportu. Budowane są na podwoziach szynowych,
gąsienicowych lub kroczących. Pracują nad– i podpoziomowo, urabiają skałę naczyniami
przytwierdzonymi do obiegającego wysięgnik łańcucha, przemieszczając się wzdłuż frontu
roboczego. Głębokość urabiania tymi koparkami wynosi 40 m przy kącie nachylenia skarpy
40°. Obrotowe koparki łańcuchowe na podwoziach gąsienicowych mają wydajność dobową
do ok. 50 000 m

calizny i całkowitą wysokość urabiania pod– i nadpoziomową 58 m.

Ogólna budowa koparek łańcuchowych na podwoziu szynowym (rys. 26)

Brama 1 (portal) koparki, na której w sposób obrotowy umieszczone jest nadwozie,

obejmuje z reguły dwa normalne tory kolejowe i podstawione na nie pociągi lub też ciągi
przenośników taśmowych. Przy prostopadłym położeniu wysięgnika w stosunku do torów
koparka przesuwa się z prędkością 4–8 m/min i urabia czerpakami caliznę podając ją
następnie na środki transportu. W górnej części nadwozia umocowana jest rynna naczyniowa
2 nachylona pod kątem 45° i podwieszona na linach zbiegających z wysięgnicy 3. Rynna
prowadzi przesuwający się w niej łańcuch 4 z rozmieszczonymi co 4–5–6 podziałek łańcucha
naczyniami (czerpakami) o określonej pojemności.

Rys. 26. Koparka łańcuchowa na podwoziu szynowym [1, s. 137]

Urobek podnoszony jest w czerpakach rynną do góry i wysypywany w punkcie

A (gwiazdy wieloboku napędowego) do leja wsypowego 5, umieszczonego w nadwoziu
i następnie za pomocą różnego rodzaju transportu jest podawany do wagonów lub na
przenośnik. Ruch załadowania jest ciągły.

Najczęściej koparki te pracują podpoziomowo (rys. 27 a), jednak mogą urabiać poniżej

i powyżej poziomu torów jezdnych koparki (rys. 27 b).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 27. Pozycje pracy koparki [1, s. 139]

W nadwoziu umieszczona jest osprzęt elektryczny oraz mechanizmy: obrotu, urabiania,

manewrowania wysięgnikiem, a także sprężarki dla sprzęgła pneumatycznego. W przedniej
części nadwozia są zabudowane dwie kabiny sterownicze 7, umieszczone symetrycznie po
obu stronach wysięgnika naczyniowego.

Nadwozie koparki opiera się na górnej bieżni łożyska tocznego mechanizmu obrotu

(obrotnicy) za pośrednictwem sztywnej konstrukcji blachownicowej w kształcie rury o dużej
średnicy lub na wieńcu szynowym za pomocą zestawów kołowych. Wewnątrz tej konstrukcji
umieszczone są leje zsypowe oraz pierścienie ślizgowe doprowadzające prąd do części
obrotowej nadwozia koparki.

Wielokołowy układ mechanizmu jazdy podzielony jest na zestawy kołowe po cztery na

każdy z torów jezdnych. Każdy zestaw ma cztery wózki dwukołowe, po dwa na każdą z szyn
jezdnych, w tym dwa wózki napędzane. Układ wózków jest najczęściej symetryczny dla obu
torów jezdnych. Dwukołowe wózki są osadzone w sposób wahliwy na osiach wyposażonych
w czopy kuliste, które spoczywają w czaszach dźwigarów podpór bramy.

Wysięgnik łańcuchowy ma konstrukcję stalową, której odcinki są ze sobą łączone

śrubami. Wysięgnik podzielony jest na kilka członów połączonych ze sobą przegubowo.
Człon plantujący 8 plantownikiem dolnym. Dzięki konstrukcji wysięgnika koparka podczas
pracy może wyrównywać (plantować) poziom u podnóża skarpy, co umożliwia następnie
przesunięcie toru przy pracy nadsiębiernej, a przy pracy podsiębiernej może przygotować
poziom pośredni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Łańcuch naczyniowy 4 składa się z ogniw o odpowiedniej podziałce dobranej do

pojemności naczynia. Do co czwartego lub co szóstego ogniwa przykręcone jest naczynie 9,
wykonane z blachy i zaopatrzone w wymienne ostrze skrawające. Część urabiająca łańcucha
prowadzona jest w dolnej części wysięgnika po ślizgach, nieobciążona zaś górna część
łańcucha – po krążkach 10, przymocowanych do górnych pasów wysięgnika. Na końcu
wysięgnika zamocowane jest przesuwnie koło oprowadzające 11, którym można regulować
napięcie łańcucha naczyniowego.

Urobek wysypuje się z naczyń przy przejściu łańcucha przez wielobok napędowy (punkt

A) i dostaje się przez lej wsypowy w części obrotowej 12 do członu rozrządczego leja
zsypowego w bramie. Klapa kierująca kieruje strumień urobku do jednego z dwóch członów
leja manewrowego, umieszczonych nad torami załadowczymi.

Ogólna budowa koparek łańcuchowych na podwoziu gąsienicowym i kroczącym

Koparki łańcuchowe na podwoziu gąsienicowym (rys. 28) są przystosowane do pracy

systemem zabierkowym. Koparki te wyposażone są w wysięgniki ładujące podwieszone za
pomocą obrotowej wysięgnicy. W tej konstrukcji koparek urobek z wieloboku napędowego
zsypuje się na talerz obrotowy, który obracając się wokół słupa przenosi urobek na
przenośnik ładujący . Ruch obrotowy wysięgnika ładującego oraz wysięgnicy są niezależne.

Rys. 28. Koparka łańcuchowa na podwoziu gąsienicowym [1, s. 140]

Koparki kołowe

Podział koparek według niektórych parametrów eksploatacyjnych.

W zależności od wykonywanych funkcji w ogólnym cyklu technologicznym prac
odkrywkowych koparki kołowe dzielimy na:

odkrywkowe jako jednostki samodzielne,

kompleksy transportowo–zwałujące z koparkami kołowymi (rys. 29):

−

ze wspólnym obrotem obu wysięgników (urabiającego i zwałującego)

−

z niezależnym obrotem obu wysięgników,

−

z przesuniętą osią obrotu wysięgnika zwałującego,

−

z przesuniętą osią wysięgnika urabiającego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 29. Urabiająco – zwałująca koparka kołowa [1, s. 141]

Pod względem osiąganej maksymalnej teoretycznej wydajności wyróżnia się koparki:

o bardzo małej wydajności – poniżej 500 m

/h,

o małej wydajności – 500–1500 m

/h,

o średniej wydajności – 1500–5000 m

/h,

o dużej wydajności – 5000–10000 m

/h,

o bardzo dużej wydajności – powyżej 10 000 m

/h.

Koparki kołowe mogą być budowane do pracy nad– i podpoziomowej z wysuwanym

wysięgnikiem urabiającym lub bezwysuwowe (wysuw organu roboczego następuje w wyniku
przemieszczania całej maszyny). Koparki kołowe budowane są obecnie na podwoziu
gąsienicowym. Ze względu na położenie głównych zespołów względem spągu buduje się
koparki przyjmujące położenie równoległe do spągu bez mechanizmów stabilizacji lub
z urządzeniem poziomującym ramę nadwozia.

W zależności od położenia osi obrotu urządzenia załadowczego koparki kołowe dzielimy na:

1) koparki z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu pokrywa się z osią obrotu

nadwozia (rys. 30) w rozwiązaniu:

−

z niezrównoważonym wysięgnikiem załadowczym (rys. 30a),

−

ze zrównoważonym wysięgnikiem załadowczym (rys. 30b),

−

ze zrównoważonym wysięgnikiem załadowczym za pomocą dolnego przeciwciężaru
(rys. 30c),

−

ze zrównoważonym wysięgnikiem załadowczym zamocowanym w dolnej ramie,

−

bez wysięgnika załadowczego, z przekazywaniem urobku do urządzenia
zasypowego,

Rys. 30. Koparki kołowe z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu pokrywa się z osią obrotu

nadwozia koparki [2, s. 67]

2) koparki kołowe z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu jest przesunięta

w stosunku do osi obrotu nadwozia (rys. 31):

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. Koparki kołowe [2, s. 69]

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie podwozia i niewysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 a),

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie podwozia i wysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 b),

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie nadwozi i niewysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 c);

Rys. 32. Koparki kołowe z urządzeniem przeładunkowym w postaci niezależnego mostu [2, s. 70]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

koparki z niezależnym mostem przeładunkowym, którego oś obrotu w koparce pokrywa
się z osią obrotu nadwozia oraz z mostem przeładunkowym, którego oś obrotu na
koparce nie pokrywa się z osią obrotu nadwozia (rys. 32).

koparki z wysięgnikiem urabiającym o stałej długości, wysuwnym lub niewysuwnym
albo teleskopowym.
Dla warunków zwiększonego wydobycia maszyny podstawowe podzielono na:

−

koparki nadkładowe kołowe o możliwie dużym potencjale roboczym i pionowym zasięgu
pracy,

−

koparki węglowe kołowe o średniej wielkości umożliwiające selektywne wybieranie
rozwarstwionych partii złoża – rys 33,

−

koparki uzupełniające (łańcuchowe podpoziomowe dostosowane do pracy na
nieregulowanym spągu wyrobiska) – na podwoziu gąsienicowym lub kroczącym
z przegubowym wysięgnikiem łańcuchowym. Koparki te dostosowane są do współpracy
z załadowarkami.

Rys.11 Koparki nadkładowe

Rys. 33. Koparka do pracy w węglu [1, s. 103]

Koparki wieloczerpakowe

Koparki wieloczerpakowe służą do urabiania i ładowania skał słabych, nie

wymagających uprzedniego zruszania za pomocą MW. Maszyny te nie są odporne na
przeciążenia, w związku z czym przed przystąpieniem do pracy należy przodek przeglądnąć
i sprawdzić, czy nie występują w nim zwięźlejsze przewarstwienia lub duże bloki skalne.
Jeżeli występują skały o wyższej zwięzłości, niż dopuszczają to parametry techniczne
maszyny, należy je przed urabianiem odpowiednio rozluźnić, a występujące bryły skalne
usunąć.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Poziom, po którym poruszają się maszyny, powinien być dokładnie wyrównany,

odpowiednio odwodniony, a w razie potrzeby utwardzony. Należy też pamiętać o tym, że
każda maszyna ma określony dopuszczalny poprzeczny i podłużny kąt nachylenia poziomu,
którego nie wolno przekraczać.

Przed przystąpieniem do pracy usuwa się ze stropu urabianej warstwy przedmioty

mogące spowodować uszkodzenie maszyny. Do obowiązków kierownika ruchu zakładu
należy określenie dla każdej koparki wielkości minimalnych:

−−−−

szerokości poziomu roboczego,

−−−−

odległości od krawędzi skarp,

−−−−

odległości od urządzeń i dróg transportowych, oraz wielkości maksymalnych:

−−−−

wysokości urabiania,

−−−−

kąta nachylenia skarpy roboczej,

−−−−

i szerokości zabioru.
W czasie urabiania prowadzi się ciągłą obserwację prawidłowości pracy maszyny,

stateczności skarpy, stanu poziomu roboczego, rowów i urządzeń odwadniających, a także
ewentualnych wypływów ze skarp i spągu. W razie stwierdzenia występowania
nieprawidłowości trzeba usunąć ich przyczynę i określić bezpieczne warunki pracy.

Zabrania się podchodzenia do załadowanych wagonów, przebywania pod przesypami

taśmociągów, w pobliżu gąsienic, a także zbliżania się do wysięgnika z czerpakami. Wszelkie
przejazdy mogą odbywać się po odpowiednio przygotowanej trasie i tylko w obecności
dozoru ruchu.

Naprawy i czyszczenie czerpaków, a także inne prace, wykonywane przy częściach

urabiających maszyny, mogą się odbywać jedynie po wyłączeniu i zabezpieczeniu stanu
wyłączenia napędu oraz przy odpowiednio zabezpieczonym wysięgniku.

Przy prędkości wiatru przekraczającej 15 m/s zachowuje się specjalną ostrożność

w czasie pracy, po przekroczeniu prędkości 20 m/s należy wstrzymać ruch maszyny
i odpowiednio ją zabezpieczyć (chyba że instrukcja podaje inne zalecenia). W zasadzie
maszyny wieloczerpakowe łańcuchowe i kołowe są urządzeniami stosunkowo bezpiecznymi
i liczba wypadków wynikających z samej technologii pracy jest znikoma w porównaniu na
przykład z koparkami łyżkowymi. Zdarzają wprawdzie wypadki porażenia prądem
elektrycznym albo spowodowane mechanizmami w ruchu, jednak w przeliczeniu na
wydobycie wskaźniki częstości wypadków są minimalne.

Koparki wieloczerpakowe należą do dużych maszyn, w których praca jest w pełni

zmechanizowana. Wyposażone są w kabiny odpowiednio oświetlone i przewietrzane,
a w zimie ogrzewane, co wpływa na znaczny komfort pracy, Ponadto wysoki stopień
bezpieczeństwa

pracy

zapewnia

konstrukcja

maszyny,

gwarantująca

stateczność

i bezawaryjność.

Inne maszyny

Konstrukcyjnie do koparek wielonaczyniowych zbliżone są zwałowarki, dlatego dotyczą

ich podobne przepisy bezpieczeństwa pracy. Z charakteru pracy zwałowarek wynikają jednak
pewne różnice, dotyczące generalnego kąta nachylenia zwałów i kątów poszczególnych
skarp, które są zależne od rodzaju stosowanych zwałowarek. Przy pracach w nadkładzie są
czasem stosowane koparki zgarniakowe, pracujące z przerzutem skały na zwałowiska.
Do nich odnosi się większość zaleceń, podanych dla koparek łyżkowych. Natomiast do
załadunku urobku środki transportowe mogą być używane tylko w wyjątkowych
przypadkach, określonych przez kierownika ruchu zakładu.

Przy używaniu maszyn takich, jak spycharki czy zgarniarki, oprócz zachowania ogólnych

przepisów bezpieczeństwa pracy, związanych z ich obsługą, należy zwrócić uwagę na
utrzymanie bezpiecznego nachylenia dróg, po których się poruszają, oraz na odległości
dojazdu do górnych krawędzi pięter, w szczególności dotyczy spycharek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest koparka wielonaczyniowa?

Czym charakteryzują się koparki wielonaczyniowe?

W jakim górnictwie stosuje się wielonaczyniowe koparki łańcuchowe?

Jakie rodzaje podwozi stosuje się w budowie koparek łańcuchowych?

Jak przebiega proces roboczy urabiająco – zwałującej koparki kołowej?

Jakie

układy

podwozi

mechanizmów

jazdy

stosuje

się

koparkach

wielonaczyniowych?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ warunki pracy koparek wielonaczyniowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać

materiałach

dydaktycznych

informacje

temat

koparek

wielonaczyniowych,

określić warunki pracy koparek wielonaczyniowych,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja technologiczno-ruchowa koparek wielonaczyniowych,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematami opisz budowę i zasadę działania urabiająco – zwałującej

koparki kołowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat urabiająco – zwałującej
koparki kołowej,

zidentyfikować urabiająco – zwałującą koparkę kołową,

opisać budowę i zasadę działania urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

schematy urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

–

modele urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

określić zastosowanie wielonaczyniowych koparek łańcuchowych?

scharakteryzować parametry pracy koparek łańcuchowych?

scharakteryzować budowę koparek łańcuchowych?

objaśnić proces roboczy urabiająco – zwałującej koparki kołowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Maszyny i urządzenia do urabiania skał na bloki

4.5.1. Materiał nauczania

Celem eksploatacji złóż skalnych na bloki jest zyskanie możliwie foremnych brył

skalnych o określonych wymiarach

które poddane obróbce w zakładach przeróbczych

wykorzystywane są jako elementy konstrukcyjne lub wykładzinowe. Podstawowymi
operacjami roboczymi będą:

odspajanie bloków od calizny,

dzielenie bloków i nadawanie im wymaganego kształtu i wymiarów.
Operacje te były początkowo wykonywane ręcznie przy zastosowaniu prostych

narzędzi,

głównie klinów oraz przez wiercenie otworów strzałowych i odpalanie ładunków materiałów
wybuchowych, głównie prochów (o prędkości spalania < 1000 m/s), a następnie były
stopniowo mechanizowane przez wprowadzanie maszyn i urządzeń do urabiania
mechanicznego i niemechanicznego.

Ze względu na duży zakres zmian własności fizykomechanicznych skał urabianych na

bloki, oraz ich budowy geologicznej, stosowane są różne metody urabiania mechanicznego
i fizykalnego, a mianowicie:

−

urabianie materiałami wybuchowymi,

−

urabianie wrębiarkami,

−

urabianie piłami linowymi,

−

urabianie urządzeniami termicznymi.
W polskim górnictwie odkrywkowym do uzyskiwania ze złoża bloków skalnych stosuje

się wszystkie wymienione wyżej metody.

Wiertarki udarowe

W skałach w których naturalna podzielność jest znikoma, urabianie ich na bloki dokonuje

się przy użyciu MW (materiału wybuchowego). W bloku skalnym przewidywanym do
oddzielenia od calizny wykazuje się wcinki lub wdzierki za pomocą kruszących MW.

Jeśli w złożu nie występują żyły pokładowe ani pionowe szczeliny naturalne, wówczas

dokonuje się osłabienia płaszczyzn przez tworzenie szczeliny sztucznej za pomocą tzw. piły
wiertniczej (rys. 34). Metoda ta polega na odwiercaniu szeregu otworów w skale, w odstępie
co 50 mm, za pomocą wiertnic lub wiertarek.

Rys. 34. Wykonywanie wrębów metodą otworów wiertniczych: a – z jedną szczeliną sztuczną, b – z dwoma

szczelinami sztucznymi, c – rozmieszczenie otworów strzałowych [2, s. 146]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Długość wierconych otworów powinna ściśle odpowiadać grubości warstwy (ławy

skalnej) lub kilku warstw. Dążyć należy do tego, aby długość otworów nie przekraczała
1500 mm, o ile pojedyncze warstwy nie są grubsze. Do otworów o długości 1500 mm
wprowadza się ładunki wybuchowe kruszące w ilości 500 – 600 g, przy czym ostatni nabój
jest udarowy. Wolną część otworu wypełnia przybitka. Otwory odpala się kolejno,
naprzemianlegle za pomocą zapalników elektrycznych ze zwłoką. Przy wykonywaniu
szczelin piłą wiertniczą wybuchy ładunku MW są w dużej mierze powodem naruszenia na
pewnym obszarze naturalnej budowy strukturalnej skały.

Do wiercenia otworów obok siebie w jednej linii, czyli do wykonywania tzw. piły

wiertniczej stosuje się zespoły wiertnicze wyposażone w urządzenia wspornikowe,
umożliwiające wykonywanie otworów pionowych w dół, poziomych i skośnych w skałach
bardzo twardych do głębokości 6 m.

Na rysunku 35 pokazano dwuwspornikowy zespół wiertniczy, w którego skład wchodzą:

podstawa wykonana z szyn, oraz wózek z głowicą obrotową, do której przymocowane są
jeden lub dwa wsporniki wraz z wiertarkami udarowymi. Podstawa ma dwie równoległe
szyny wykonane z kształtowników połączonych rozporkami. Na końcach oraz w środku szyn
zamontowane są śruby regulujące podparcie szyn. Na główkach szyn znajdują się otwory do
mechanizmu zapadkowego wózka, które służą jednocześnie do przesuwania wózka na równe
(podziałowe) odległości w celu wykonania kolejnych otworów. Na torze szyn umieszczony
jest wózek z głowicą obrotową.

Rys. 35. Dwuwspornikowy zespół wiertniczy [19]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie pracy urządzenia operator może stać z boku i obserwować prędkość wiercenia.

Po zagłębieniu się żerdzi na całą długość, należy przerwać wiercenie przez wyłączenie
wiertarki i podniesienie jej w górne położenie na kolumnie.

Podczas wymiany żerdzi na dłuższą o jeden stopień należy przestrzegać, aby koronka

w żerdzi następnej była mniejsza od poprzedniej o 2 mm. Średnice wierconych otworów
wynoszą zwykle 36 mm, mogą być stosowane także większe, 41 mm.

Wrębiarki i piły łańcuchowe

Wrębiarki łańcuchowe są sporadycznie stosowane do urabiania na bloki skał o małej

zwięzłości, np. wapień muszlowy, bardzo słabe piaskowce. Przykładowa wrębiarka
łańcuchowa (rys. 36) składa się z wrębnika 1, po którym prowadzony jest łańcuch 2,
zaopatrzony w odpowiednie noże wrębowe.

Rys. 36. Wrębiarka łańcuchowa, a) typ KBC–3, b) – prace wrębiarki dwuwrębnikowej [2, 77]

Silnik elektryczny 3 ma zabudowaną gwiazdę napędową 4 łańcucha wrębowego, jest

zamocowany przesuwnie na kolumnie 5 i może być opuszczany lub podnoszony wraz
z układem wrębiącym za pomocą linki 6 nawiniętej jednym końcem na bęben kołowrotu
7, a drugim do uchwytu obejmy 8. W czasie pracy wrębiarka jest podparta na dwóch kołach
9 i ostrodze 10. Dla zmniejszenia ilości pyłu wytwarzanego w czasie wykonywania cięcia,
wrębiarka zaopatrzona jest w zbiorniczek 11, z którego woda przewodem 12 dochodzi do
czoła wrębnika. Łańcuch tnący uzbrojony jest w noże o takim rozstawie, aby szczelina
wrębowa wynosiła od 15 i 35 mm.

Rys. 37. Wrębiarka firmy Korfmann typu ST – 280 [2, s. 79]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do urabiania bloków w skałach zwięzłych o wytrzymałości na ściskanie do 200 MPa

firma Korfmann produkuje wrębiarki typu ST–280 (rys. 37) oraz typu STVH–20. Wrębiarka
wyposażona jest w specjalny wrębnik wraz ze specjalną konstrukcją łańcucha wrębiącego,
który może być ustawiony do wycinania wrębów w płaszczyźnie pionowej lub poziomej do
głębokości 2 m. Przez zastosowanie hydraulicznego układu napędowego, można regulować
w sposób bezstopniowy od wartości zerowej do maksymalnej prędkość łańcucha wrębowego,
prędkość posuwu wrębiarki oraz obrót wrębnika. Podczas pracy wrębiarki szczególną uwagę
należy zwracać na stan techniczny wrębnika i łańcucha, które ulegają najszybszemu zużyciu
ze względu na specyficzne warunki pracy tarcia.

Wrębiarki i kombajny tarczowe

Maszyny do przecinania skał piłami tarczowymi znalazły zastosowanie w kopalniach

odkrywkowych miękkich skał (tuf, wapień muszlowy) do wyrobu bloków ściennych
i licówkowych. Najbardziej uniwersalną maszyną jest kombajn Zilberglita (rys. 38),
składający się z dwóch wózków: dolnego, który służy do przesuwania kombajnu wzdłuż
przodka oraz górnego, na którym zamontowane są tarcze tnące. Dolny wózek ma ramę
umieszczoną na czterech kołach jezdnych 4, przemieszczających się po szynach 3.

Rys. 38. Schemat kombajnu Zilgberglita: 1 – szyny górne, 2 – skrzynia biegów, 3 – szyny dolne, 4 – koła

jezdne wózka dolnego, 5 – wózek górny, 6 – tarcze tnące pionowe, 7 – tarcza tnąca pionowa [2, s. 80]

Rama górnego wózka 5, może się przemieszczać po szynach 1, leżących na dolnej ramie.

Na górnej ramie znajduje się tarcza obrotowa z mechanizmami do napędu tarcz tnących.
Tarczę obrotową można obracać o dowolny kąt i ustalać w każdym położeniu poziomym.
Mechanizm nadający ruch obrotowy tarczy tnącej poziomej 7, napędzany jest silnikiem
elektrycznym. Tarcza może być podnoszona i opuszczana 415 mm. Tarcze tnące pionowe 6
mogą być obracane za pomocą poziomej tarczy obrotowej o 360° w płaszczyźnie poziomej.
Na ramie górnego wózka znajduje się skrzynka biegów dla ruchu tego wózka za
pośrednictwem silnika elektrycznego o mocy 2,8 kW.

Podczas pracy z górnego wózka, dolny musi być zahamowany. Do spodu dolnej ramy

przytwierdzone są cztery podnośniki śrubowe typu samochodowego. Służą one
do podnoszenia kombajnu na wysokość zapewniającą możność podłożenia pod kombajnem
szyn. Na dolnej ramie zmontowane jest również urządzenie umożliwiające nastawienie
maszyny do wycinania bloków o żądanych wymiarach. Górną ramę można sztywno połączyć
z dolnym wózkiem. Potrzebne jest to podczas cięcia podłużnego pionowego i poziomego.

Kombajnem tym można wycinać bloki o wymiarach, np. 38x38x21,5 cm, 51x38x18 cm,

79,5x12x39 cm. W czasie jednego ustawienia toru szynowego kombajnem można wyciąć
warstwę o szerokości 2850 mm, wysokości 395 mm i długości równej długości frontu
roboczego. Obydwa wózki się sprzęga, a uruchomione tarcze odcinają ostatecznie bloki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w czasie jazdy kombajnu wzdłuż przodku. Po każdym przejeździe górny wózek przesuwa się
ku przodowi o odcinek równy długości odciętych bloków, po czym ponawia się jazdę
kombajnu, aż do wykorzystania długości cięcia poprzecznego. Kombajn połączony jest
z dodatkową ramą stalową poruszającą się na tym samym torze. Na ramie tej zmontowane są
dwa przenośniki taśmowe do samoczynnego załadowania wyciętych bloków do naczyń
transportowych. Elementami tnącymi skałę przy urabianiu bloków są piły tarczowe i frezy
tarczowe. Piły tarczowe składają się z płaskiej metalowej tarczy obracającej się na wale
napędowym, na obwodzie, której w specjalnych gniazdach zamocowane są noże zbrojone
płytkami z węglików spiekanych.

Piły linowe
Przecinanie skały w caliźnie odbywa się w ten sposób, że lina bez końca (splot trzech

drutów) poruszana przez dowolny układ napadowy wcina się w skałę przy równoczesnym
dodawaniu do szczeliny piasku z wodą (30% piasku, 70% wody). Tak więc lina spełnia rolę
taśmy piły, a piasek jej zębów. Piasek z wodą dostaje się pod linę biegnącą w szczelinie
wrębowej (piłowej) i wykrusza (urabia) cząstki skały. Lina kierowana jest od urządzenia
napędowego do miejsca pracy przez krążki podpierające i kierunkowe, umieszczone na
odpowiednich stojakach i zostaje wprowadzona do szczeliny wrębowej przez krążki robocze.
Piły linowe nadają się do urabiania wapieni, marmurów, tufów i łupków. Do zalet tej metody
należą:

−−−−

możliwość cięcia każdego rodzaju marmuru zarówno na miejscu wydobycia jak
i w składzie marmuru,

−−−−

płaszczyzna przecinania może znajdować się w każdym położeniu,

−−−−

długość przecięcia (wciosu) sięgać może do 30–35 m, a głębokość do 10–15 metrów, przy
minimalnych stratach (szerokość przecięcia szczeliny – wrębu nie przekracza 8 i 10 mm).
Pozwalają one na cięcie złoża przy wykorzystaniu wszystkich naturalnych uszkodzeń

skały nie wytwarzając innych, a uzyskując w ten sposób mniejszy procent odpadów, niż przy
stosowaniu innych mechanicznych metod (rys. 39).

Metoda posiada też i wady:

−

mała wydajność przeciętej powierzchni na godzinę,

−

duży obszar zajmowany przez stanowiska potrzebne do ustawienia układu liny o długości
co najmniej 700–800 m.

Rys. 39. Sposoby cięcia piłą linową [2, s. 91]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urządzenia do prac pomocniczych w obrębie wyrobiska

Do przecinania większych objętościowo bloków skalnych stosuje się urządzenia linowe

zabudowywane bezpośrednio w wyrobisku.. Belgijska firma produkuje piły linowe z ostrzami
diamentowymi, w pełni zautomatyzowane. Urządzenie składa się z urządzenia napędowego
zabudowanego na specjalnej ramie mocowanej do podłoża.

Piła linowa z ostrzami diamentowymi napędzana jest kołem o średnicy 1200 mm.

Napięcia liny dokonuje się cylindrem hydraulicznym przesuwającym napęd. Przy obrotach
koła napędowego od 0 do 700 obr/min, uzyskuje się prędkość przesuwu liny od 0–43 m/s.
Urządzenia mogą być napędzane silnikami elektrycznymi o mocy 29 kW, 37 kW,, lub 44 kW.
Ogólna masa urządzenia 1500 kg, a ogólne wymiary długość: 3000 mm, szerokość: 1550 mm,
a wysokość: 1800 mm. Silnik elektryczny napędza pompę hydrauliczną, pompującą olej pod
wysokim ciśnieniem do silnika hydraulicznego, napędzającego głównie koło przez które
przebiega lina robocza. Całość jest sterowana z osobnego przewoźnego stanowiska.

Piłą linowo–diamentową można przeprowadzać cięcia w płaszczyźnie pionowej,

poziomej, pochylonej, także w płaszczyźnie poziomej przy samym podłożu. Piła linowa
DIAFIL może współpracować również z wrębiarką łańcuchową. Oryginalnym elementem do
przecinania bloków jest lina o średnicy 5 – 6 mm, której druty wykonane są ze stali odpornej
na korozję, na której zamocowane są segmenty diamentowe o średnicy 10 mm i długości
6 mm. Odstęp między segmentami wynosi od 20 – 40 mm w zależności od warunków pracy.

Do rozsuwania bloków od calizny skalnej stosuje się urządzenia jednorazowego użycia,

jakimi są poduszki wodne, Są to odpowiednio zgrzewane blachy o grubości 0,3 mm
i o wymiarach 800 x 800 mm, które wprowadza się do szczeliny między calizną a blokami
skały. Wprowadzając do poduszki wodę pod ciśnieniem powoduje się przesunięcie bloku.
Poduszka po rozerwaniu się nie nadaje się do ponownego zastosowania. Stosowane są
również gumowe poduszki powietrzne wielokrotnego użycia. Poduszki nadmuchiwane są
sprężonym powietrzem o ciśnieniu do 0,5 MPa. Produkowane są też hydrauliczne rozsuwniki,
które wkładane do szczeliny rozsuwają bloki. Maksymalny skok rozsuwnika wynosi 150 mm,
a siła rozsuwu dla dwóch cylindrów wynosi 2560 kN. Ciśnienie zasilania wynosi 60 MPa,
rozsuwania bloków można dokonywać przy pomocy jednego lub kilku rozsuwników.
Palniki termiczne

W wielu krajach na świecie, a w szczególności w USA, Rosji, Szwecji, Norwegii

i Wielkiej Brytanii stosuje się obecnie na skalę przemysłową termiczne urabianie palnikami
wrębowymi surowców skalnych, zawierających minimum 20% wolnej krzemionki.

Stosowane obecnie palniki zasilane są sprężonym powietrzem i olejem napędowym.

Metoda urabiania palnikami wrębowymi jest stosowana nie tylko do cięcia, ale i do obróbki
skał. Dzięki znacznej obniżce kosztów osiągniętej przez zastosowanie sprężonego powietrza
i taniego oleju napędowego, palnik ten skutecznie konkuruje tradycyjnymi metodami
wrębiania mechanicznego. Jest on urządzeniem znajdującym zastosowanie głównie przy
udostępnianiu złóż granitu urabianego na bloki.

W kamieniołomach granitu przeprowadzono próby urabiania skał palnikiem firmy Atlas

Copco produkowanym na licencji firmy Browning (rys. 40). Spalanie mieszanki odbywało się
wewnątrz palnika, a temperatura gazu wydobywającego się z dużą prędkością z dyszy tego
palnika dochodziła do 2700°C. Zasada działania palnika jest podobna do zasady działania
silnika odrzutowego. Urządzenie składa się z trzech części: palnika, rękojeści i głowicy
redukcyjnej. Do rękojeści w kształcie długiej rury, z jednego końca dokręcony jest palnik,
z drugiego głowica redukcyjna. Zależnie od potrzeb można stosować rękojeść o długości
3–8 m (rys. 40a).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 40. Praca palnikiem: a – sposób posługiwania się palnikiem wrębowym FA–300A, b – schemat układu

zasilającego palnik, c – szczelina wrębowa; 1 – dysza, 2 – palnik, 3 – komora spalania, 4 – wtryskiwacz
oleju, 5 – żerdź (rękojeść), 6 – głowica regulacyjna, 7 – przewody gumowe, 8 – pompa olejowa, 9 –
odwadniacz, 10 – sprężarka, 11 – zbiornik oleju napędowego, 12 – butla z tlenem [2, s. 133]

Spowodowana tą metodą zmiana sposobu wykonywania robót przygotowawczych

przyniosła szereg korzyści w procesie urabiania i organizacji robót, a mianowicie:

−

zmniejszyła ilość robót wiertniczych oraz robót strzałowych,

−

zmniejszyła zatrudnienie przy robotach wiertniczych, strzałowych i wcinkowych,

−

zwiększyła bezpieczeństwo (strefa rozrzutu kamienia obejmuje kilkaset metrów),

−

zmniejszyła ilość używanych materiałów wybuchowych przy każdorazowym strzelaniu,
co wpłynęło na zmniejszenie strefy drgań sejsmicznych,

−

ułatwiła kontrolę jakości wykonywanych robót przygotowawczych przed strzelaniem,

−

stosowana metoda należy do ekonomicznych – zwrot nakładów poniesionych w związku
z wprowadzeniem do eksploatacji palników wynosi średnio 4 miesiące.
Duży problem przy termicznym sposobie urabiania skał stanowi zagadnienie hałasu.

Wysoka energia wyjściowa strumienia gazów wywołuje silny hałas dochodzący bardzo
często do 120 dB(A), (dopuszczalny poziom dźwięku hałasu wynosi 85 dB(A)).
Przy wierceniu otworów palnikami FA–300A największy hałas powstaje w momencie
założenia otworu wiertniczego, następnie po wpuszczeniu palnika w otwór wiertniczy, hałas
zostaje stłumiony. Natomiast przez cały czas wykonywania wrębów płomień nie znajduje się
w ukryciu i hałas rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Jego nasilenie zależy od takich
czynników jak: konstrukcja palnika, geometria promienia itp.

W ostatnich latach można zauważyć szczególnie intensywny rozwój konstrukcji

i szerokie wprowadzanie urządzeń do mechanicznego i termicznego urabiania złóż na bloki.
Do urabiania skał miękkich i średniotwardych wprowadza się nowe ulepszone konstrukcje
wrębiarek i narzędzi urabiających (między innymi wielkośrednicowe diamentowe tarcze
tnące). Do urabiania bloków ze skał twardych i średniotwardych wprowadzane są urządzenia
rozszczepiające i termiczne – te ostatnie zwłaszcza do grubo– i średnioziarnistych granitów
o większej zawartości kwarcu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zasady bezpiecznej pracy przy urabianiu ręcznym

Urabianie ręczne znajduje obecnie zastosowanie przede wszystkim przy wydobywaniu

bloków skalnych dla potrzeb budownictwa. Bloki takie ulegają dalszemu procesowi
obróbczemu, w wyniku którego otrzymuje się elementy budowlane w postaci różnego rodzaju
płyt, na przykład elewacyjne, posadzkowe, parapety, stopnie schodowe, krawężniki i inne.
Nie mogą więc mieć one nawet najdrobniejszych pęknięć, ponieważ w dalszej obróbce łatwo
by się rozpadły, na bloki budowlane urabia się wapienie (marmury), piaskowce i granity, przy
czym dąży się do mechanizacji czynności wydobywczych, ograniczając roboty strzelnicze do
przypadków niezbędnych. Przyczynia się to do większego wykorzystania bloczności złoża.
W wapieniach i piaskowcach wprowadza się częściową mechanizację urabiania przez
zastosowanie różnego rodzaju maszyn i urządzeń do wycinania bloków ze złoża. W granitach
bloki uzyskuje się metodą klinowania. Aby można było w ten sposób uzyskać blok, calizna
musi mieć trzy lub cztery powierzchnie odsłonięcia. W tym celu wykonuje się tak zwane
wcinki i wdzierki lub wypala się wąskie szczeliny w ławach skalnych specjalnymi palnikami
(gwarowo zwanymi lancami termicznymi). Typową kopalnią granitu jest Strzegom
z przodkami w postaci charakterystycznych stopni. Dzielenie odspojonej ławy skalnej na
monolity oraz dużych brył na mniejsze odbywa się przez klinowanie. Gniazda na kliny
wykuwa się za pomocą, lekkich młotków pneumatycznych.

Wyłamywania i klinowania bloków skalnych należy dokonywać w takiej pozycji, aby

oddzielona część bloku nie mogła stworzyć zagrożenia dla wykonującego roboty i innych
górników, zatrudnionych w sąsiedztwie. Przy odciąganiu bloków od ściany należy zwracać
uwagę na prawidłowe opasanie bloku łańcuchem lub linami, a w promieniu zasięgu liny
ciągnącej nie mogę znajdować się ludzie.

Jednoczesna praca na dwóch stopniach, znajdujących się jeden nad drugim, jest tylko

wtedy dopuszczalna, gdy szerokość górnego stopnia jest większa od 6 m.

Bezpieczne wykonywanie pracy wymaga stosowania odpowiednich narzędzi, dlatego

zabrania się używania ich, gdy są stępione i uszkodzone oraz niezgodne z obowiązującymi
normami. Narzędzia powinny być zaopatrzone w trzonki ze sprężystego drewna (jesion,
grab), dobrze osadzone i zaklinowane przed wypadnięciem, a rękojeści wygładzone.
Do przechowywania narzędzi powinny być dostarczone pracownikom odpowiednie skrzynki,
zamykane i łatwe do przenoszenia.

Osobny problem z punktu widzenia bezpieczeństwa pracy stwarzają coraz powszechniej

stosowane palniki termiczne. Nadają się one do urabiania skał o znacznej zawartości kwarcu,
a więc do pracy w granicie. W urządzeniu takim olej napędowy, zmieszany ze sprężonym
powietrzem, wyrzucany jest przez odpowiednią dyszę i spalany, tworząc strumień gazowy
o temperaturze w granicach od 1900 do 3000°C.

Prędkość wypływu waha się w granicach od 1200 do 1500 m/s. Przykładowo,

w stosowanych palnikach FA–300 A (Atlas Copco) ciśnienie oleju jest rzędu 500 do 600,
a sprężonego powietrza około 700 kN/m

. Gazy wylatujące z dyszy nagrzewają caliznę

i wydmuchują urobione cząstki skalne, przy czym urządzenie wytwarza bardzo duży hałas
o natężeniu około 120 dB. Urabianie takimi palnikami stwarza szereg zagrożeń dla obsługi
i innych ludzi, zatrudnionych w pobliżu. Przede wszystkim z uwagi na hałas obsługa musi
pracować w specjalnych ochraniaczach na uszy (np. urządzenie typ Z –101). Skalnicy
pracujący bez ochron nie powinni przebywać bliżej niż 90 do 100 m. Z tego względu często
urabia się palnikami na drugiej zmianie, wydzielonej specjalnie do tego celu. Obsługę palnika
stanowi zwykle 2 operatorów, pracujących przemiennie po 30 do 40 minut.

Zachodzi też możliwość poparzenia ludzi bezpośrednio płomieniem z dyszy lub odbitym

od skały, a także gorącymi odpryskami skalnymi. Dlatego osobom postronnym nie wolno
przebywać w odległości mniejszej niż 20 m od miejsca pracy palnika, a obsługę wyposaża się
oprócz ubrania roboczego w rękawice oraz okulary lub przyłbicę ochronną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Palniki termiczne mogą być obsługiwane tylko przez specjalnie wyszkolonych górników.

Umiejętność obsługi palnika obejmuje takie czynności, jak jego zapalanie, gaszenie oraz
bezpieczne używanie. W czasie pracy należy zwrócić uwagę, aby nie skierować go
w kierunku innego pracownika czy zbiornika paliwa lub butli z tlenem.

Przy urabianiu powstaje znaczne zapylenie pyłem wydostającym się ze szczeliny

wrębowej, dlatego gdy w przodku jest niedostateczne naturalne odpylanie, obsługa powinna
pracować w półmaskach.

Bezpieczne posługiwanie się palnikiem wymaga wygaszania go, co pewien czas

(co 1 godzinę) celem ochłodzenia strumienia sprężonego powietrza oraz wymaga zachowania
bezpiecznych odległości (około 10 m) między palnikiem, butlą z tlenem i zbiornikiem paliwa.
W pobliżu miejsca pracy powinien znajdować się sprzęt przeciwpożarowy (gaśnica, koce
azbestowe). Niedopuszczalne jest używanie nieszczelnych przewodów do paliw i sprężonego
powietrza, używanie butli tlenowej, przeterminowanej lub bez znaku kontroli dozoru
technicznego, oraz palenie ognia w odległości bliższej niż 10 m od zbiornika i butli.
Szczegółowe warunki stosowania palników ustalają instrukcje techniczo–ruchowe.

Jeżeli chodzi o pracę kamieniarzy zatrudnionych przy ręcznej obróbce bloków skalnych,

wydobytych z wyrobiska, to należy zadbać o zaopatrzenie ich w dostateczną ilość podkładek
drewnianych (krótkie belki z drewna okrągłego lub kantowego), a także tak zwanych
koziołków zwykłych lub obrotowych, umożliwiających w przypadku mniejszych elementów
pracę w pozycji stojącej.

Dla ochrony przed wpływami atmosferycznymi należy stanowiska pracy kamieniarzy

umieszczać w odpowiednich halach kamieniarskich. W halach otwartych stanowiska
te powinny być tak usytuowane, aby wiatr zwiewał z nich pył kamienny. Najlepiej
umiejscawiać je tak, aby kamieniarz stał twarzą do wiatru. Pożądane są przegrody między
poszczególnymi stanowiskami pracy jako ochrona przed odpryskami. W zimie
pomieszczenia, w których pracują kamieniarze, powinny być ogrzane. Dla ochrony przed
odpryskami i przypadkowymi uderzeniami kamieniarze muszą być zaopatrzeni w okulary
i rękawice ochronne.

W halach obróbczych powinny być zainstalowane urządzenia odpylające. Skutecznym

środkiem walki z zapyleniem stanowiska pracy jest zraszanie wodą powierzchni obrabianych
kamieni, a także podłogi warsztatu. Powierzchnia stanowiska kamieniarskiego zależy od
rozmiarów obrabianych elementów, ale nie powinna być mniejsza od 12 m

, a odstęp między

pracującymi musi wynosić co najmniej 5 m.

Przy obróbce mechanicznej, maszyny i urządzenia powinny być obsługiwane zgodnie

z instrukcją, dotyczącą danego stanowiska pracy, przy czym ogólnie zabronione jest:

uruchamianie urządzenia bez osłon części ruchomych,

uzupełnianie oleju, naprawianie czy smarowanie podczas pracy urządzenia,

dotykanie mokrymi rękami urządzeń i wyłączników elektrycznych,

noszenie luźnych ubrań przez obsługę.
Odległości między urządzeniami obróbczymi czy trakami powinny wynosić co najmniej

1,6 m, a szerokość przejść, liczona od stałych elementów maszyny, nie mniej niż 0,75 m.

Mechaniczne przecinanie płyt kamiennych musi odbywać się przy dostatecznym

dopływie wody chłodzącej, a kierunek cięcia tarczy zgadzać się musi z posuwem przecinanej
płyty. Do cięcia mogą być używane wyłącznie tarcze bez uszkodzeń, dokładnie wyważone,
ustawione prostopadle do osi wirowania i odpowiednio zamocowane. Na końcu zasięgu stołu,
do którego przymocowuje się płytę na sztywno, musi być ustawiony ekran ochronny,
zabezpieczający przed rozrzutem odłamków skalnych.

Na placach, w szopach i halach obróbczych stosuje się jeszcze często ręczny transport

płyt i elementów kamiennych za pomocą rolek. W takim przypadku należy używać rolek
o jednakowej długości i grubości, przy czym transportowany element musi być zawsze

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

podparty co najmniej trzema rolkami, rozmieszczonymi równomiernie na całej jego długości.
Nachylenie dróg transportowych nie może przekraczać 4°, a cała operacja musi odbywać się
pod nadzorem osoby dozoru ruchu. Jeżeli jest to możliwe, płyty powinny być transportowane
w pozycji pionowej, gdyż w przeciwnym przypadku łatwo dochodzi do ich pękania.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jaki jest cel eksploatacji złóż skalnych na bloki?

Jakie są podstawowe operacje robocze pozyskiwania bloków skalnych?

Jakie są sposoby urabiania mechanicznego i fizykalnego bloków skalnych?

Jakimi narzędziami wykonujemy sztucznie szczeliny w skałach?

Jakie materiały możemy urabiać na bloki za pomocą wrębiarek i pił łańcuchowych?

Jaką metodą przecina się marmurowe bloki skalne?

Jakie rodzaje mediów stosuje się do zasilania palników termicznych stosowanych
do obróbki i urabiania skał?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny i narzędzia do eksploatacji złóż skalnych na bloki. Określ ich

wady i zalety.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Wady

Zalety

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny i urządzenia do eksploatacji złóż skalnych na bloki

określić wady i zalety różnych typów maszyn

wypełnić tabelę,

zaprezentować efekty swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem opisz budowę i zasadę działania wrębiarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat wrębiarki,

opisać budowę i zasadę działania wrębiarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

schemat wrębiarki,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać cel eksploatacji złóż skalnych?

wymienić podstawowe operacje robocze podczas eksploatacji skał?

scharakteryzować mechaniczne metody urabiania skał?

określić charakter pracy i zastosowanie wrębiarki i piły łańcuchowej?

podać wymiary bloków jakie można wycinać stosując kombajn
tarczowy ustawiony na szynach?

określić gatunki skał do cięcia piłami linowymi?

wymienić urządzenia do prac pomocniczych w obrębie wyrobiska
skalnego?

opisać wady i zalety termicznego cięcia skał?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Maszyny i urządzenia do urabiania kruszyw naturalnych
spod wody

4.6.1. Materiał nauczania

Wiele czynników ma wpływ na dobór maszyn i urządzeń do urabiania kruszyw

naturalnych spod wody. Bez wątpienia najważniejszym będzie rodzaj akwenu (wody
śródlądowe, morza i oceany), sposób udostępnienia złoża (z lądu, z wody), głębokość
zalegania pod lustrem wody (koparki pływające ssące mogą wydobywać urobek z głębokości
7–60m, duże koparki wielonaczyniowe z głębokości do 14m, zaś głębokoczerpalne nawet
z głębokości 40m i więcej).

Do urabiania spod wody służyć mogą:

−

koparki jednonaczyniowe podsiębierne, chwytakowe, zgarniakowe) – do urabiania
kopaliny z ograniczonej głębokości, wydobywania urobku i jego odłożenia na suchej
części wyrobiska, celem odsączenia za wody albo do robót udostępniających przed
zwodowaniem koparki pływającej,

−

koparki jednonaczyniowe pływające – do urabiania kopaliny, wydobywania i ładowania
na pływające przenośniki taśmowe,

−

koparki wielonaczyniowe pływające – do urabiania kopaliny, wydobywania i ładowania
na pływające przenośniki taśmowe, barki,

−

koparki pływające ssące i ssąco – frezujące – do urabiania oraz transportowania kopaliny
rurociągiem tłocznym do urządzeń odwadniających na lądzie,

−

zgarniarki linowe z naczyniem roboczym (osprzętem zgarniakowym) ciągnionym liną –
do urabiania kopaliny i przekazywania jej na ląd do urządzenia załadowczego na
samochody lub przenośnik taśmowy.

Technologie eksploatacji surowców podmorskich

Jak wiadomo, dna mórz i oceanów to prawdziwy skarbiec surowców mineralnych.

W wielu jednak przypadkach najważniejszym problemem eksploatacji jest nieopłacalność
wydobycia – metody wydobycia są mało wydajne lub zbyt kosztowne. Rozwój w tej
dziedzinie podąża więc w kierunku ciągłości produkcji (co oznacza większą opłacalność
wydobycia złóż), lepszego ich wykorzystania (wydobycie jak największej ilości złoża),
mniejszego nakładu pracy (wprowadzenie automatycznych metod wydobycia) oraz
większego bezpieczeństwa. W obliczu Konwencji Prawa Morza ONZ, która zaleca zbadanie
wpływu metod eksploatacji na środowisko przyrodnicze, rosnące znaczenie ma także użycie
metod wydobycia mniej szkodliwych dla środowiska. Pomimo zwiększającego się znaczenia
wydobycia podmorskiego (spowodowanego powolnym wyczerpywaniem się niektórych złóż
surowców mineralnych na lądzie) w dziedzinie metod eksploatacji podwodnych złóż jest
jeszcze wiele do zrobienia.

Dzisiejsze technologie eksploatacji wyróżniają trzy rodzaje złóż: luźno rozłożone na dnie

lub bezpośrednio pod nim, złoża węglowodorów (ropa naftowa i gaz ziemny) oraz zwięzłe
(stałe), leżące pod powierzchnią dna.

Technologie eksploatacji złóż okruchowych z dna i spod niego

Do złóż okruchowych należą złoża okruchowe metali, surowców budowlanych (żwir,

piasek), iłów (duża zawartość metali), diamentów (w płd. – zach. Afryce) oraz bardzo
cennych i „obiecujących” konkrecji polimetalicznych.
Złoża te eksploatowane są w zależności od rodzaju osadów, ale zwykle metodami morskiego
górnictwa odkrywkowego. Jest to grupa metod polegających na wydobywaniu surowców

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z dna lub spod jego powierzchni za pomocą różnych urządzeń podłączonych do jednostek
znajdujących się na powierzchni wody (statków), które są tymczasowym magazynem
wydobytych surowców i centrum sterowania, a także środkiem transportu i źródłem energii
potrzebnej do pracy podwodnych urządzeń. To, jakich urządzeń używa się do wydobycia
złoża, zależy od jego parametrów.

Pogłębiarki jednonaczyniowe

Wśród pogłębiarek jednonaczyniowych najbardziej rozpowszechnione są obecnie

pogłębiarki chwytakowe (rys. 41), które mają zastosowanie do eksploatacji złóż trudno–
urabialnych. Pogłębiarki te funkcjonują na identycznych zasadach jak lądowe koparki
uniwersalne z osprzętem chwytakowym, z tym tylko, że zainstalowane są na pontonach
umożliwiających przemieszczanie ich na poziomie wody. Podstawę pogłębiarki stanowi kilka
pontonów konstrukcji spawanej, łączonych ze sobą za pomocą złączy śrubowych. Głównym
urządzeniem pogłębiarki jest wciągarka, powodująca zaczerpywanie urobku i roboczy ruch
chwytaka. Usytuowanie wciągarki głównej służy za kryterium podziału tych pogłębiarek na
dwie grupy:

−

wysięgnikowe,

−

suwnicowe (portalowe).
We wszystkich rodzajach pogłębiarek wysięgnikowych wciągarka główna 1 chwytaka

2 znajduje się bezpośrednio na pontonie nośnym 3 lub w maszynowni na fundamencie
pokładowym. Urobek podnoszony jest ż wody do góry przez prostokątny otwór 4 w pontonie.
Z kolei pod wiszący chwytak, na określonej, stałej dla pogłębiarki wysokości, podsuwa się za
pomocą napędu hydraulicznego nachylony podajnik 5, po którym zsuwa się urobek
z opróżnianego chwytaka do zasobnika 6. Z zasobnika przemieszcza się urobek przez
stacjonarny przenośnik 7 na przenośnik odprowadzający 8.
Liny, do których przytwierdzony jest chwytak przechodzą na krążniki 9, zamocowane na
nieobrotowej konstrukcji wysięgnika 10 i dalej do wciągarki głównej 1. Konstrukcja
wysięgnika wykonana jest najczęściej z blachownicy dwuteowej jako konstrukcja spawana.
Zamocowanie jej do pokładu jest przegubowe na sworzniach 11, co zezwala na położenie
wysięgnika na pokładzie przy demontażu.

Rys. 41. Pogłębiarka jednonaczyniowa [2, s. 167]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W suwnicowych pogłębiarkach chwytakowych (rys. 42) wciągarka główna

zlokalizowana jest na profilowanym dźwigarze 2, przymocowanym do kratownicowej
konstrukcji spawanej 3. W podstawie wciągarki znajduje się mechanizm jazdy
4, umożliwiający jej przemieszczanie. Urabianie może być realizowane w ramach obrysu
otworu w pontonie (położenie I) do maksymalnego pionowego zasięgu pracy pogłębiarki H,
lub poza gabarytem części pływającej (położenie II). Napełniony chwytak podciągany jest do
stałej wysokości „a” nad poziom wody i przemieszczany następnie za pomocą mechanizmu
jazdy w położenie III, gdzie następuje przekazanie urobku do zasobnika 5. Zaletą pogłębiarek
suwnicowych jest możliwość urabiania partii nadkładu lub kopaliny ponad poziomem wody
za obrysem pokładu. W celu technologicznego przemieszczania pogłębiarki po poziomie
wody na ich pokładzie zabudowane są wciągarki manewrowe, tzw. windy kotwiczne.

Rys. 42. Ogólna budowa suwnicowej (portalowej) pogłębiarki chwytakowej [2, s. 168]

Poniżej (rys. 40) przedstawiono aktualnie produkowane pogłębiarki chwytakowe firmy

Pro Sand Engineering, umożliwiające wydobycie piasku z głębokości, na których nie można
już użyć innych urządzeń (pogłębiarki czerpakowe itp.). Duża pojemność chwytaka zapewnia
wysoką wydajność również przy wydobyciu z dużych głębokości. Pogłębiarka chwytakowa
jest przeznaczona do wydobycia ziemi, zwłaszcza piasków żwirowych z wody, przede
wszystkim z dużych głębokości. Kadłub pontonowy pogłębiarki (rys. 44) tworzą dwa
równoległe pontony (typ katamaranu), połączone poprzeczną konstrukcją mostową. Na tej
konstrukcji umieszczone jest na szynach właściwe urządzenie wydobywcze, które składa się
z chwytaka, nawijaka linowego do podnoszenia i opuszczania chwytaka oraz jego zamykania
i otwierania. Urządzenie jezdne umożliwia przemieszczanie zespołu chwytaka nad miejsce
wydobycia a pełnego chwytaka na odchylany ruszt nad lejem zsypowym, gdzie separuje się
duże bryły. Z leja zsypowego materiał jest wywożony do przesiewacza odwadniającego i na
taśmociąg lub do barki. Na konstrukcji mostowej jest też umieszczona kabina sterownicza
pogłębiarki. Wyposażenie dodatkowe pogłębiarki tworzą kabina i stacja transformatorowa,
kabina warsztatu itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 43. Pogłębiarka chwytakowa [23]

Rys. 44. Pogłębiarka chwytakowa [23]

Na szczególną uwagę wśród pogłębiarek jednonaczyniowych zasługują pogłębiarki

łyżkowe, stosowane do urabiania spod wody skał średniej zwięzłości (rys. 45). Budowane są
one w wersji nadsiębiernej i podsiębiernej. Nadsiębierna pogłębiarka łyżkowa składa się
z wysięgnika 1 przymocowanego przegubowo do konstrukcji obudowy obrotnicy 2, ramienia
łyżki 3, wraz z przymocowaną do niego łyżką 4. Na głowicy wysięgnika 1, znajdują się
krążki 5, dla liny podnoszącej łyżkę i dla liny podtrzymującej wysięgnik. Liny podtrzymujące
wysięgnik 6, biegną od głowicy poprzez krążki 7, na podporze kratownicowej 8, do bębna
linowego 9, w kabinie maszynowej. W kabinie tej znajdują się mechanizmy podnoszenia
łyżki, które za pomocą liny 10 unoszą lub opuszczają łyżkę, mechanizm przesuwu ramienia
łyżkowego liną 11, oraz mechanizm obrotnicy. Do otwierania łyżki służy lina 12.
Wymienione mechanizmy umiejscowione są na spawanej konstrukcji pontonu 13, na której
znajdują się dwubębnowe wciągarki 14 wraz z linami 15 zasadniczych (głównych) słupów
kotwiących „gwarowo – szczudeł” 16, na których pogłębiarka zostaje zakotwiczona do dna
akwenu. W tylnej części pogłębiarki zlokalizowany jest słup uchylny 17, wraz
z mechanizmem wciągarki jednobębnowej, w skład którego wchodzą: sprzęgło, hamulec oraz
zespół pochylenia słupa w płaszczyźnie pionowej 18, oraz lina do unoszenia i swobodnego
opuszczania 19.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 45. Ogólny schemat nadsiębiernej pogłębiarki łyżkowej [2, s. 158]

Przemieszczanie pogłębiarki następuje poprzez wyciągnięcie (podniesienie) słupów 16,

pionowe opuszczenie słupa 17, uchylenie go w kierunku łyżki (dziobu lub przedniej części)
oraz ponowne opuszczenie słupów 16, co stanowi robocze zakotwienie pogłębiarki.

Pogłębiarki wielonaczyniowe

Budowę pogłębiarki wielonaczyniowej (wieloczerpakowej) przedstawiono na (rys. 46).

Składa się ona z kadłuba (pływaka) o spawanej konstrukcją 1, urabianie odbywa się za
pomocą łańcucha czerpakowego 3, wyposażonego w naczynia i poruszającego się po
wysięgniku kratownicowym 2. Kadłub podobnie jak w pogłębiarkach chwytakowych składa
się z kilku pontonów, połączonych ze sobą za pomocą zamków w sztywną, jednolitą
konstrukcję.

Rys. 46. Ogólna budowa pogłębiarki wieloczerpakowej [23]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pokład przedstawia w planie prostokąt z wycięciem na prowadzenie łańcucha

czerpakowego. Na pokładzie wyróżnić można dwie zasadnicze części: wieżę główną
4 i wieżę przednią z kabina operatora 8. W kadłubie znajdują się również między innymi
pomieszczenia warsztatowe 6 i maszynownia.

W wieży głównej 1 są umieszczone:

−

koło napędowe wraz z napędem i mechanizmem napinania łańcucha czerpakowego,

−

kosz zasypowy,

−

konstrukcja zawieszenia bocznych rynien załadowczych lub przenośnika taśmowego 5,
odbierających urobek z opróżnianych czerpaków na pobocznicy koła napędowego.
Kabina operatora zawiera urządzenia sterowania łańcuchem czerpakowym, tj. wciągarką

zmiany kąta nachylenia wysięgnika i górne zblocze linowe jego podwieszenia.

Poniżej przedstawiono aktualnie produkowane pogłębiarki czerpakowe firmy Pro Sand

Engineering (rys. 47) do wydobywania naturalnych piasków żwirowych z wody. Wydobyty
materiał po wysypaniu z czerpaków przez zsypy, jest transportowany krótkim przenośnikiem
taśmowym na barkę lub na taśmociąg ułożony na pływakowej trasie do transportu na brzeg.
Właściwą pogłębiarkę tworzy para pływaków połączonych poprzecznie przednią wieżą
i tylnym stojanem. Między pływakami umieszczony jest wysięgnik z łańcuchem
czerpakowym. Jeden koniec wysięgnika jest ułożony obrotowo, drugi koniec podwieszony na
linie wieży przedniej jest opuszczany pod powierzchnię wody. Na tylnym stajanie został
umieszczony agregat napędowy. Kabina operatora umieszczona jest w zależności od
wielkości pogłębiarki w przedniej lub tylnej części. Napęd koparki i sterowanie obsługują
silniki elektryczne. Doprowadzenie energii kablem elektrycznym.

Rys. 47. Pogłębiarka czerpakowa [23]

Pogłębiarki ssące

Zasada pracy pogłębiarek tego rodzaju oparta jest na rozmywającym działaniu strumienia

wody (rys. 48). Pogłębiarki te wykorzystuje się do eksploatacji słabospoistych złóż
piaskowo–żwirowych oraz do ich następnego transportu w zawodnionym stanie do barek
samowyładowczych lub za pomocą pływającego rurociągu na brzeg. Zasada pracy
pogłębiarek tego rodzaju oparta jest na rozmywającym działaniu strumienia wody. Dzięki
działaniu pompy gruntowej, podstawowego elementu pogłębiarki, woda zastaje zassana przez
smok, zaopatrzony na końcu w głowicę ssącą. Gdy głowica wraz ze smokiem zostanie
opuszczona na strop urabianej warstwy, to zasysana pompą woda porywa oderwane jej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ruchem cząstki. Powstająca przy tym mieszanina wody z urobkiem jest zassana przez pompę
gruntową i wtłoczona do tłocznej części rurociągu. Smok jest połączony z nieruchomą częścią
rurociągu ssawnego, za pośrednictwem złącza przegubowego, które umożliwia zmianę
pochylenia smoka w granicach od 0 do 50°. Podnoszenie lub opuszczanie smoka na
wymaganą głębokość urabiania realizowane jest za pomocą lin, nawijanych na bęben
wciągarki. Pompa gruntowa napędzana jest zazwyczaj silnikiem elektrycznym, napięcie
z sieci elektroenergetycznej lub z własnego agregatu prądotwórczego, którego wał sprzężony
jest z wirnikiem pompy za pośrednictwem sprzęgła ciernego. Rurociąg tłoczny jest
doprowadzany do rufy pogłębiarki, gdzie przechodzi w rurociąg pływający lub poprzez
urządzenie zwane odwadniaczem urobek podawany jest na inny środek transportu.

Kadłub pogłębiarki tworzą pływaki pogłębiarki i pływaki wzdłuż rury ssącej. Urządzenie

wydobywcze składa się z rury ssącej, pompy wydobywczej, napędzanej silnikiem
elektrycznym za pomocą pasów klinowych, rury tłocznej z ujściem do przystawionej barki
samowyładowczej lub nawiązującego rurociągu prowadzącego na brzeg. Do podnoszenia
i opuszczania rury ssącej służy nawijak strzały umieszczony w osi wzdłużnej jednostki
pływającej i przednia wieża portalowa z wielokrążkiem linowym, która jest umieszczona na
przedniej części pływaków wzdłuż rury ssącej. Urządzenia dodatkowe pogłębiarki tworzą
wiertła pozycyjne do kotwiczenia, wiertła do manipulacji z przystawionymi barkami
samowyładowczymi, pompa nawadniająca itp. Załoga pogłębiarki obsługuje wydobycie
z pulpitu sterowniczego umieszczonego w kabinie.

Rys. 48. Pogłębiarka ssąca [23]

Pogłębiarka z kubłem wleczonym

Pogłębiarki z kubłem wleczonym są używane do zbierania luźnych złóż z dna,

np. konkrecji polimetalicznych albo iłów. Mają one postać kubła ciągniętego po dnie przez
statek znajdujący się na powierzchni. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 49).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 49. Budowa pogłębiarki z kubłem wleczonym [23]

Pogłębiarki czerpakowe

Pogłębiarki czerpakowe mają postać czerpaka (podobnego do czerpaków koparek),

umocowanego do jednostki pływającej. Tego typu pogłębiarki są używane do eksploatacji
osadów z dna, np. żwiru lub piasku. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 50a).
Innym rodzajem pogłębiarek czerpakowych są pogłębiarki mające postać taśmociągu
z czerpakami, przyczepionego do statku na powierzchni. Metoda ta pozwala na eksploatację
twardych skał z dna bez przerywania wydobycia. Polega ona na tym, że czerpaki rozdrabniają
podłoże i jednocześnie przenoszą rozdrobnione skały na pokład statku, a następnie puste
wracają na dno po kolejną porcję. Jest to proces ciągły, tzn. może trwać bez przerwy, aż do
wyczerpania złoża, powierzchni magazynowej na statku lub energii potrzebnej do wydobycia.
Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 50b).

Rys. 50. a) budowa pogłębiarki czerpakowej, b) budowa pogłębiarki czerpakowej z taśmociągiem [23]

Pogłębiarka ssąca (w tym z głowicą spulchniającą)

Kolejną metodą wydobycia złóż rozmieszczonych w twardym podłożu jest użycie

pogłębiarki ssącej z głowicą spulchniającą. Jak w przypadku poprzednich metod, urządzenie
wydobywcze połączone jest ze statkiem pływającym po powierzchni. Pod wodą natomiast
znajduje się rura transportująca surowce mineralne na pokład, zakończona głowicą kruszącą
podłoże i wsysającą (dzięki podciśnieniu w rurze, wytwarzanemu za pomocą pomp na statku
i wzdłuż rury) rozkruszony materiał skalny do rury, a potem na pokład statku. Zasadę pracy
takiej pogłębiarki przedstawia rys. 51a)

Pogłębiarka ssąca używana jest do eksploatacji złóż, mających postać miękkich osadów.

Urządzenie wydobywcze stanowi rura, w której panuje podciśnienie, zwisająca ze statku,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zakończona głowicą przylegającą do dna. Ten typ pogłębiarki ma działanie podobne do
odkurzacza – „wsysa” osady na pokład statku. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia
rys. 51b).

Rys. 51. Budowa pogłębiarki ssącej z głowicą spulchniającą [23]

Ejektor powietrzny

Kolejnym sposobem eksploatacji miękkich osadów jest użycie ejektora powietrznego

(rys. 52). Ma on budowę podobną do pogłębiarki ssącej, z tym tylko wyjątkiem,
że dodatkowo ma jedną rurę doprowadzającą powietrze do głowicy, w wyniku czego tworzy
się prąd powietrzny. Pociąga on za sobą drobinki osadów, co zmniejsza ilość pomp
koniecznych do rozmieszczenia wzdłuż rury w celu transportu osadów na statek.

Rys. 52. Budowa i zasada działania ejektora powietrznego [23]

Technologie eksploatacji złóż konkrecji polimetalicznych

Konkrecja to agregat mineralny powstały wskutek stopniowego narastania minerałów

wokół jakiegoś obiektu w skale. Obiektem tym może być otoczak jakiejś skały, skamieniałość
lub nawet ziarenko piasku. Są to krzemienie, fosforyty, konkrecje polimetaliczne – tworzą je
naprzemianległe warstewki tlenku manganu i wodorotlenku żelaza z dodatkiem innych
metali: niklu, kobaltu i miedzi, cynku, ołowiu, wanadu. Konkrecje polimetaliczne doczekały
się dwóch metod wydobycia. Stało się tak dlatego, że w przyszłości (po wyczerpaniu złóż
lądowych) mogą stać się one głównym źródłem zaopatrzenia przemysłu w większość metali.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 53. Budowa dragi ssącej [23]

Pierwsza metoda (rys. 53) polega na użyciu dragi ssącej z unoszeniem powietrznym,

zakończonej głowicą. Rozdrobniony materiał dostarczany jest do rury za pomocą prądu
powietrza, wytwarzanego tak samo, jak w przypadku ejektora powietrznego.

Druga metoda (rys. 54) przypomina częściowo metody wydobycia za pomocą kubła

wleczonego lub pogłębiarki czerpakowej. W tym jednak wypadku czerpaki zamontowane są
na linie, tworzącej zamkniętą pętlę i powoli się przesuwającej. W wyniku tego czerpaki
podczas przesuwania po dnie zbierają konkrecje. Przy tej metodzie kierunek ruchu statku po
powierzchni wody powinien być prostopadły do jego burty

Rys. 54. Zasada działania czerpakowej metody wydobycia konkrecji [23]

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co wpływa na dobór maszyn do urobku?

Z jakich głębokości najczęściej wydobywa się kruszywa spod wody?

Jakie maszyny służą do urabiania kruszywa?

Jakie są główne urządzenia pogłębiarki?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jakie są metody wydobywania surowców z dna morza?

Co to jest konkrecja polimetaliczna?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny i narzędzia do urabiania kruszywa spod wody. Określ ich wady

i zalety.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Wady

Zalety

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny i urządzenia do urabiania kruszywa spod wody,

określić wady i zalety różnych typów maszyn,

wypełnić tabelę,

zaprezentować efekty swojej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem, opisz budowę i zasadę działania pogłębiarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat pogłębiarek,

opisać budowę i zasadę działania pogłębiarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

schemat pogłębiarki,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić czynniki wpływające na dobór maszyn do urobku?

scharakteryzować parametry pracy maszyn do urobku?

wymienić maszyny służą do urabiania kruszywa?

scharakteryzować główne urządzenia pogłębiarki?

określić metody wydobywania surowców z dna morza?

określić konkrecję polimetaliczną?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.

Sprężarki i wentylatory

4.7.1. Materiał nauczania

W odróżnieniu od cieczy, które są nieściśliwe i wzrost ich ciśnienia może być uzyskany

za pomocą pomp, gazy są podatne na sprężanie. Maszynami, których głównym zadaniem jest
podwyższenie ciśnienia gazu nazywamy sprężarkami, a wymuszające jego przepływ –
wentylatorami. Gazy o podwyższonym ciśnieniu mają istotne znaczenie we współczesnej
technice. Niemal w każdym zakładzie przemysłowym używa się sprężonego powietrza do
celów technologicznych i do napędu maszyn (szlifierek, wiertarek, polerek) i narzędzi,
np. młotów pneumatycznych, narzędzi ręcznych oraz innych urządzeń mechanizujących
i automatyzujących pracę. Sprężone gazy – poza powietrzem – są stosowane w spawalnictwie
(tlen), a także szeroko w przemyśle chemicznym.

Klasyfikacja sprężarek

Sprężarka jest to maszyna robocza do sprężania i przetłaczania czynników gazowych

(najczęściej powietrza). Jako maszyna robocza sprężarka nie wytwarza energii, lecz ją pobiera
od silnika, w który musi być wyposażona.

Sprężarki mogą pracować jako samodzielne jednostki lub mogą wchodzić w skład

bardziej złożonych urządzeń, takich jak chłodziarki, silniki cieplne, kotły parowe, itp.

Wielkości charakteryzujące sprężarkę to: wytwarzane ciśnienie, wydajność (tj. strumień

objętości lub masy), sprawność, natężenie hałasu oraz cechy konstrukcyjne i eksploatacyjne.

Rys. 55. Klasyfikacja sprężarek wg zasady działania

Ze względu na wartość wytwarzanego przyrostu ciśnienia gazu maszyny sprężające

można podzielić na:

−−−−

sprężarki – przyrost ciśnienia 0,2 ÷ 200 MPa

−−−−

dmuchawy – przyrost ciśnienia 15 ÷ 200 kPa

−−−−

wentylatory – przyrost ciśnienia od 15 kPa

−−−−

pompy próżniowe, wytwarzające podciśnienie.
W zależności od zasady działania rozróżnia się sprężarki objętościowe (wyporowe)

i przepływowe (wirowe).

W sprężarkach objętościowych proces sprężania odbywa się w sposób pulsacyjny,

a ciśnienie wzrasta na skutek zmniejszenia objętości czynnika roboczego.

Sprężarki

Objętościowe (wyporowe)

Przepływowe (wirowe)

Rotacyjne

Tłokowe

Membranowe

Bezkorbowe

silnikosprężarki

Osiowe

Diagonalne

Promieniowe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprężarki przepływowe sprężają czynnik roboczy w sposób ciągły, pod wpływem ruchu

obrotowego wirnika z odpowiednio ukształtowanymi łopatkami.

W przypadku sprężania do wysokiego ciśnienia dużych ilości gazu stosuje się szeregowe

układy sprężarkowe, np. ze wstępnym sprężaniem w sprężarkach przepływowych
i ostatecznym – w sprężarkach objętościowych.

Sprężarki wyporowe

Zasada działania sprężarek wyporowych polega na zassaniu gazu wskutek powiększenia

objętości komory roboczej, a następnie na sprężeniu go w wyniku zmniejszenia się objętości
komory, i dalej – wyparciu do urządzeń odbiorczych. Sprężenie gazu jest wywołane za
pomocą elementu roboczego, którym może być tłok lub wirnik z łopatkami. W związku z tym
rozróżniamy sprężarki tłokowe wyporowe i rotacyjne.

Sprężarki tłokowe

W sprężarce tłokowej sprężanie czynnika roboczego następuje na skutek postępowo-

-zwrotnego ruchu tłoka w cylindrze. Tłok jest napędzany silnikiem za pośrednictwem
mechanizmu korbowego (rys. 56). W głowicy cylindra znajdują się dwa zawory, otwierające
się samoczynnie pod wpływem różnicy ciśnienia, a zamykające się pod działaniem sprężyn.

Rys. 56. Schemat sprężarki tłokowej (1 – cylinder, 2 – tłok, 3 – zawór ssawny, 4 – zwór tłoczny) [10, s. 1234]

W czasie jednego cyklu pracy sprężarki tłok wykonuje dwa suwy: suw ssania i suw

sprężania. W czasie suwu ssania tłok przemieszcza się w kierunku dolnego martwego
położenia (DMP). W tym czasie otwarty jest zawór ssawny. W czasie suwu sprężania tłok
przemieszcza się w kierunku górnego martwego położenia (GMP), oba zawory są wówczas
zamknięte. Po sprężeniu czynnika otwiera się zawór tłoczny i czynnik roboczy jest
wytłaczany z cylindra.

Proces roboczy rzeczywistej sprężarki tłokowej jest bardzo skomplikowany, dlatego na

początku omówiony zostanie cykl pracy sprężarki teoretycznej (rys. 57), w której tłok
przemieszcza się niezmiernie wolno, bez tarcia, w GMP dochodzi aż do dna głowicy,
całkowicie (bez reszty) wytłaczając gaz z cylindra. Ponadto przyjmuje się, że w sprężarce
teoretycznej zawory otwierają się i zamykają bez opóźnienia, nie powodując strat ciśnienia
w czasie wymiany czynnika w cylindrze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 57. Przebieg sprężania w teoretycznej sprężarce tłokowej [3, s. 78]

Gdyby w teoretycznej sprężarce tłokowej tłok poruszał się bardzo szybko, a cylinder nie

był chłodzony, wówczas sprężanie przebiegałoby nie izotermicznie (T = const), lecz
adiabatycznie (∆Q = 0). Sprężaniu w sprężarkach rzeczywistych odpowiada przemiana
pośrednia między adiabatą (∆Q = 0) i izotermą (T = const). Traktuje się ją jako przemianę
politropową o wykładniku politropy m (przemiana m = const na rys. 57). W przypadkach
skrajnych może to być przemiana izotermiczna lub adiabatyczna.

Praca sprężania czynnika jest równa pracy technicznej przemiany 1–2 (pole

zakreskowane na rys. 54). Jej wartość ulega zmianie w zależności od przebiegu krzywej 1–2.

Wykres indykatorowy sprężarki

Wykres indykatorowy sprężarki rzeczywistej (rys. 58) różni się znacznie od wykresu

pracy sprężarki teoretycznej. Przyczyną tego są straty energetyczne spowodowane tzw.
przestrzenią szkodliwą, cieplnym oddziaływaniem ścianek cylindra, oporami przepływu
czynnika roboczego przez kanały tłoczny i ssawny oraz nieszczelnością.

Rys. 58. Wykres indykatorowy jednostopniowej sprężarki rzeczywistej [3, s. 47]

Przestrzenią szkodliwą V

nazywamy przestrzeń zawartą w cylindrze między wewnętrzną

powierzchnią głowicy a denkiem tłoka w GMP. Jej istnienie sprawia, że po zakończeniu
wytłaczania sprężanego czynnika pewna jego ilość pozostaje w cylindrze. W początkowej
fazie ruchu tłoka w kierunku DMP pozostałość gazu rozpręża się zgodnie z przemianą
3–4. Dopiero po osiągnięciu ciśnienia p

otwiera się zawór ssawny i rozpoczyna się zasysanie

nowej porcji czynnika roboczego. Przestrzeń szkodliwa zmniejsza zatem objętość zasysanego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gazu, a więc i wydajność sprężarki. Krzywa 3–4 ilustruje przemianę politropową powrotnego
rozprężania gazu zawartego w przestrzeni szkodliwej.

Opory przepływu czynnika przez kanały oraz zawory ssawne i tłoczne także zmieniają

charakter procesów zachodzących w cylindrze sprężarki. Ponieważ zawory otwierają się
dopiero po zaistnieniu różnicy ciśnień po obu ich stronach, więc w sprężarce rzeczywistej
występuje pewne przesunięcie w fazie otwarcie zaworów ssawnego o tłocznego. Wskutek
tego zarówno punkt 2 (otwarcie zaworu tłocznego), jak i punkt 4 (otwarcie zaworu ssawnego)
na wykresie teoretycznym nie pokrywają się z punktami 2′ i 4′ na wykresie indykatorowym
sprężarki rzeczywistej (linia ciągła).

Praca, moc i stopień sprężania

Praca potrzebna do izotermicznego sprężania czynnika w teoretycznej sprężarce tłokowej

jest równa pracy przemiany 1–2. Porównując przebiegi sprężania w sprężarce teoretycznej
można zaobserwować, że najmniejszego wkładu pracy wymaga sprężanie izotermiczne
(T = const), największego zaś adiabatyczne (∆Q = 0). Są to dwa przypadki skrajne.
W rzeczywistości w sprężarkach zawsze zachodzi przemiana pośrednia zbliżona do politropy
o średnim wykładniku m (1 < m < k).

Znając rzeczywistą właściwa pracę sprężania oraz strumień masy (wydajność), moc

potrzebną do sprężenia można obliczyć wg wzoru:

P = l · Q

[kW]

w którym:
l – rzeczywista właściwa praca sprężania w kJ/kg
Q

– strumień masy (wydajność) w kg/s

Stopień sprężania (spręż) v jest to stosunek końcowego ciśnienia tłoczenia p

początkowego ciśnienia ssania p

Sprężarki tłokowe wielostopniowe

Między poszczególnymi stopniami sprężarki wielostopniowej stosuje się chłodnice,

w których czynnik jest chłodzony do temperatury początkowej i dopiero wtedy kierowany do
kolejnego cylindra. Zmniejsza to pracę oraz ogranicza temperaturę końcową sprężanego
czynnika.

Przebieg sprężania dwustopniowego z zastosowaniem międzystopniowego chłodzenia

czynnika przedstawia rys. 59 i = 60. Gaz o ciśnieniu p

i temperaturze T

zostaje sprężony

politropowo w cylindrze I stopnia do ciśnienia p

(przemiana politropowa 1–2 na rys. 60).

Jednocześnie jego temperatura wzrasta od T

do T

. Gaz ten ulega następnie ochłodzeniu

w chłodnicy międzystopniowej od temperatury T

do temperatury początkowej T

(przemiana

izobaryczna 2–3 na rys. 60). Gaz o parametrach p

i T

zostaje ponownie sprężony

w cylindrze II stopnia (wysokoprężnym) do ciśnienia końcowego p

. Jego temperatura

wzrośnie jednocześnie od T

do T

(przemiana politropowa 3–4 na rys. 60).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Gdy sprężanie czynnika od ciśnienia p

do p

odbywało się w jednym cylindrze, stan

końcowy czynnika byłby określony punktem 5, a praca sprężania byłaby równoważna polu
wykresu A–1–5–C–A. W przypadku sprężania dwustopniowego całkowita praca sprężania
odpowiada mniejszemu polu A–1–2–3–4–C–A. Zaoszczędzonej w ten sposób pracy sprężania
odpowiada więc pole 3–2–5–4 (zakreskowane na rys. 60). Sprężarki wielostopniowe są
jednak bardziej złożone i droższe niż sprężarki jednostopniowe.

Im większa jest liczba stopni sprężania z chłodzeniem gazu między poszczególnymi

stopniami, tym proces sprężania w sprężarce wielostopniowej jest bliższy przemianie
izotermicznej. Spotyka się sprężarki tłokowe nawet siedmiostopniowe, umożliwiające
uzyskanie sprężonego gazu o ciśnieniu nawet do 200 MPa.

Podstawowe parametry techniczne sprężarek tłokowych:

Wydajność. Rzeczywistą wydajność Q

sprężarki tłokowej jednostronnego działania tzn.

objętość gazu sprężonego i wytłoczonego z cylindra w jednostce czasu, zredukowaną do
ciśnienia i temperatury ssania, oblicza się wg wzoru:

⋅

/s]

w którym:
Q

– wydajność teoretyczna w [m

/s]

⋅

– pole poprzecznego przekroju cylindra w [m

]

S – skok tłoka w [m]
n – prędkość obrotowa wału korbowego sprężarki w [obr/min]
λ – współczynnik wydajności
i – liczba cylindrów

Współczynnik wydajności λ jest to stosunek rzeczywistej wydajności sprężarki Q

do wydajności teoretycznej Q

(na ogół λ = 0,65 ÷ 0,9).

Moc. Moc jednego cylindra P

sprężarki przy jednostronnym zasysaniu gazu można

obliczyć, znając średnie ciśnienie indykowane p

oraz wydajność jednego cylindra Q

⋅

[kW]

We wzorze tym:

⋅

/s]

Rys. 59. Schemat sprężarki tłokowej o dwóch

stopniach sprężania [10, s. 51]

Rys. 60. Przebieg sprężania w teoretycznej

sprężarce tłokowej o dwóch stopniach
sprężania [3, s. 68]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Średnie ciśnienie indykowane p

wyznacza się z zakresu indykatorowego, podobnie jak

w przypadku tłokowego silnika spalinowego.

Moc indykowana całkowita P

sprężarki jest równa sumie mocy indykowanej wszystkich

cylindrów. Należy przy tym uwzględnić fakt, czy sprężarka działa jednostronnie, czy
dwustronnie.

Moc potrzebną do napędu sprężarki (moc na wale sprężarki) oblicza się wg wzoru:

[kW]

w którym:
η

– sprawność mechaniczna (η

= 0,9 ÷ 0,96 – dla dużych i średnich sprężarek

wolnobieżnych, η

= 0,8÷ 0,9 – dla małych sprężarek szybkobieżnych).

Gdy sprężarka jest napędzana za pośrednictwem przekładni, moc P

na wale silnika

określa wzór:

⋅

[kW]

w którym: η

– sprawność przekładni (0,94 ÷ 0,98).

Sprawność. Straty energetyczne i objętościowe zachodzące w sprężarkach tłokowych

sprawiają, że praca potrzebna do sprężania określonej ilości gazu musi być większa od pracy
teoretycznej. Straty cieplne określa sprawność indykowana η

, natomiast miarą strat

mechanicznych jest sprawność mechaniczna określona wzorem:

w którym:
P

– moc indykowana odpowiadająca pracy indykowanej

– moc napędowa, odpowiadająca pracy napędowej wykonywanej na wale napędowym

sprężarki.

Sprawność mechaniczna sprężarek tłokowych zawiera się w granicach 0,85÷0,98.

Mniejsze wartości dotyczą małych sprężarek, najwyższe zaś wartości – sprężarek
bezkorbowych.

Sprawność ogólna (efektywna) η

sprężarki jest to stosunek mocy teoretycznej (sprężania

izotermicznego) do mocy rzeczywiście pobranej z silnika

Sprawność ogólną można też obliczyć, znając sprawności indukowaną i mechaniczną

⋅

Rozwiązania konstrukcyjne sprężarek tłokowych

W zależności od liczby stopni sprężania sprężarki tłokowe można podzielić na

jednostopniowe i wielostopniowe. Sprężanie (dowolnego stopnia) może odbywać się
w jednym lub kilku cylindrach.

Rozróżnia się sprężarki tłokowe jednostronnego lub dwustronnego działania oraz

różnicowe. W sprężarkach jednostronnego działania tłok spręża gaz tylko po jednej stronie,
w sprężarkach zaś dwustronnego działania – po obu swoich stronach. W sprężarce różnicowej
tłok ma kilka różnych średnic.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podobnie jak silniki spalinowe, sprężarki mogą być chłodzone powietrzem lub wodą.

W przypadku sprężarki chłodzonej powietrzem przepływ powietrza chłodzącego,
omywającego użebrowany cylinder, wymusza wentylator umieszczony na wale sprężarki.

Zaletą sprężarek chłodzonych powietrzem jest możliwość pracy w temperaturze

otoczenia niższej niż 0°C, natomiast chłodzenie wodą zapewnia lepszą wymianę ciepła.

W sprężarkach chłodzonych wodą korpusy cylindrów i głowice mają odpowiednie

kanały, którymi przepływa chłodząca je woda. W sprężarkach wielostopniowych instaluje się
ponadto chłodnice międzystopniowe.

Sprężarki tłokowe mogą być smarowane olejem, lecz są też sprężarki bezsmarowe,

w których gładź cylindrowa nie musi być smarowana.

Rozwiązanie konstrukcyjne sprężarki tłokowej w dużej mierze zależy od liczby

cylindrów i ich układu. W małych i dużych sprężarkach szybkobieżnych stosowane są
cylindry stojące albo układy widlaste W (rzadziej V) o promieniowym ustawieniu osi
cylindrów. W sprężarkach średnich i dużych wolnobieżnych stosuje się układ L lub cylindry
leżące. Przykłady układów cylindrów dwustopniowych sprężarek tłokowych pokazano na
rys. 61. Na rysunku tym przedstawiono też przykłady układów korbowych wodzikowych
i bezwodnikowych. Te ostatnie są podobne do układów korbowych stosowanych w silnikach
spalinowych.

Rys. 61. Układy cylindrów dwustopniowych sprężarek tłokowych (I i II – pierwszy i drugi stopień sprężania)

[10, s. 79]

Główne zespoły sprężarki tłokowej to: kadłub (nazywany skrzynią korbową), głowica,

układ korbowy i układ zaworowy. Konstrukcja większości elementów sprężarek – cylindrów,
wałów korbowych, korbowodów, łożysk, a w pewnej mierze też tłoków i głowic – jest
podobna do konstrukcji analogicznych elementów silników spalinowych. Odmienną budowę
mają przede wszystkim zawory.

W sprężarkach prawie wyłącznie stosuje się zawory samoczynne. Zamykają się one

i otwierają na skutek różnicy ciśnienia po obu stronach zaworu. Najczęściej spotyka się
zawory grzybkowe, pierścieniowo–płytkowe oraz listwowe. Zawory grzybkowe (rys. 62a) ze
względu na dużą masę są stosowane jedynie w nielicznych wolnobieżnych sprężarkach
o układzie poziomym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Najczęściej są stosowane zawory pierścieniowo–płytkowe (z 1, 2 lub 3 pierścieniami).

W zaworze dwupierścieniowym ssawnym (rys. 62b) płytki zamykające 6 i 7 są dociskane
do gniazda sprężynami walcowymi 8 i 9, umieszczonymi między gniazdem a zderzakiem.

Rys. 62. Zawory sprężarek: a) grzybkowy, b) pierścieniowo–płytkowy, c) listwowy (1 – grzybek, 2 – sprężyna

odciążająca, 3 – korpus, 4 – gniazdo, 5 – zderzak, 6 i 7 – płytki zamykające (zwieradła), 8 i 9 – sprężyny
walcowe, 10 – listwy) [6, s. 74]

Gniazdo 4 bezsprężynowego zaworu listwowego (rys. 62c) ma kilka podłużnych

szczelin, przez które przepływa gaz. Szczeliny te przykrywają zwieradła w postaci cienkich
sprężystych listew 10, wyginających się pod ciśnieniem gazu.

W zależności od przeznaczenia sprężarki mogą być stacjonarne – ustawiane na

fundamencie – lub przewoźne (zamontowane na wózku przewoźnym).

Sprężarki rotacyjne

W sprężarkach rotacyjnych element roboczy wykonuje ruch obrotowy. Elementem tym

może być wirnik wyposażony w łopatki, ale mogą to być też wirujące tłoki lub śruby.
Obracając się, elementy te tworzą wraz z obudową szereg komór o zmieniającej się cyklicznie
objętości. Po stronie ssawnej objętość tych komór się zwiększa, a po stronie tłocznej –
zmniejsza, co powoduje zasysane, sprężanie i wytłaczanie czynnika gazowego. Podobnie jak
w sprężarkach tłokowych, procesy te nie zachodzą w sposób ciągły, lecz dawkami.

Brak dużych mas wykonujących ruch postępowo–zwrotny sprawia, iż sprężarki rotacyjne

mogą być napędzane bezpośrednio przez szybkobieżny silnik elektryczny lub spalinowy.
Sprężarki takie mają prosta budowę (brak zaworów ssawnych i tłocznych), są lekkie, a więc
nie wymagają dużych ciężkich fundamentów, nie są drogie, a ponadto niskie są też koszty ich
eksploatacji. Wady sprężarek rotacyjnych to przede wszystkim niskie ciśnienie tłoczenia
(w sprężarkach dwustopniowych do 1 MPa) oraz większe straty mechaniczne niż
w sprężarkach tłokowych.

Spośród wielu odmian sprężarek rotacyjnych najbardziej znane są sprężarki: łopatkowe,

z wirującym pierścieniem wodnym, z wirującymi tłokami (krzywkowe) oraz śrubowe.
Najszersze zastosowanie znalazły sprężarki łopatkowe.

Sprężarka łopatkowa

Wirnik 2 takiej sprężarki (rys. 63) obraca się mimośrodowo w cylindrze 1. Płaskie łopatki

3 mogą się przesuwać w rowkach wirnika. Użebrowany cylinder jest chłodzony powietrzem
za pomocą wentylatora osadzonego na przedniej końcówce wału wirnika. Łopatki wirnika
dzielą przestrzeń gazową na komory, w których odbywa się sprężanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 63. Przekrój poprzeczny sprężarki łopatkowej KR–2, produkcji krajowej (1 – cylinder, 2 – mimośrodowy

wirnik, 3 – ruchome łopatki, 4 – osłona) [6, s. 82]

W czasie pracy ruchome łopatki są dociskane do gładzi cylindra siła dośrodkową.

Stalowe łopatki wymagają smarowania, by zmniejszyć ich tarcie o gładź cylindra. W małych
sprężarkach łopatki są wykonane z grafitu z domieszką ołowiu lub ze stopu łożyskowego.
Wydajność sprężarek łopatkowych Q = 0,008 ÷ 1,5 [m

/s].

Wydajność rzeczywista (strumień objętości) Q

sprężarki łopatkowej oblicza się z zależności

(

)

⋅

−

⋅

/s]

w której:

−−−−

e – mimośrodowość w [m]

−−−−

l – długość cylindra w [m]

−−−−

n – prędkość obrotowa wirnika w [obr/min]

−−−−

D – średnica cylindra w [m]

−−−−

g – grubość łopatki w [m]

−−−−

z – liczba łopatek

−−−−

λ – współczynnik wydajności (λ = 0,7÷0,97)
Stosunek największej objętości pojedynczej komory do jej objętości w położeniu,

w którym sprężanie jest zakończone i rozpoczyna się wtłaczanie gazu, nazywa się stopniem
sprężania albo sprężem.

W przypadku jednostopniowych sprężarek łopatkowych spręż

≤

, a dwustopniowych

≤

. Sprężanie dwustopniowe wymaga chłodzenia międzystopniowego. Wykresem

sprężania w sprężarkach łopatkowych jest najczęściej politropa o wykładniku m>k
(dla m = 1,5÷1,6).

Znając wydajność rzeczywistą sprężarki Q

, jej sprawność mechaniczną η

oraz średnie

ciśnienie indykowane p

(wyznaczone z wykresu pracy sprężarki) można obliczyć moc

potrzebną do sprężania czynnika roboczego i moc potrzebną do napędu sprężarki (wzory te
same co przy sprężarce tłokowej). W obliczeniach dla sprężarek łopatkowych przyjmuje się
η

= 0,85÷0,82 zależnie od wielkości sprężarki. Moc silnika napędowego sprężarki przyjmuje

się o 15% większą od obliczonej (P

= 1,15 P

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprężarka z pierścieniem wodnym

Sprężarka z pierścieniem wodnym jest podobna do sprężarki łopatkowej z tą różnicą, że

jej kadłub jest częściowo wypełniony wodą. Ruch obrotowy wirnika powoduje odrzucenie
wody na ścianki kadłuba i wytworzenie uszczelniającego pierścienia wodnego. Powierzchnia
wewnętrzna tego pierścienia odgrywa rolę cylindra.

Jeżeli wirnik z zamocowanymi na jego obwodzie łopatkami (rys. 64) umieści się

mimośrodowo w okrągłym kadłubie, to między pierścieniem wodnym a piastą wirnika
powstaną komory o sierpowych przekrojach poprzecznych. Do komór doprowadza się gaz
pod niskim ciśnieniem, a odprowadza się z nich gaz sprężony. Omówiony schemat ilustruje
budowę sprężarki pojedynczego działania (jednokomorowej).

Rys. 64. Schemat sprężarki z pierścieniem wodnym pojedynczego działania [6, s. 84]

W przypadku sprężarki podwójnego działania (dwukomorowej) okrągły wirnik

umieszczony jest w eliptycznym kadłubie. Wirnik taki dzieli przestrzeń cylindra na dwie
komory pracujące równolegle.

Sprężarki z pierścieniem wodnym mają wydajność:

≤

/s],

a ich spręż

≤

Sprężarki z pierścieniem wodnym mają ograniczone zastosowanie z powodu dużej

wilgotności sprężonego przez nie gazu.

Sprężarki z wirującymi tłokami (krzywkowe)

Organem czynnym takiej sprężarki jest wirnik (lub dwa wirniki) roboczy wyposażony

w tłoki o kształtach krzywek. Wirniki – roboczy i pomocniczy (bierny) – obracające się
w przeciwnych kierunkach, są napędzane za pośrednictwem tej samej przekładni zębatej
umieszczonej na zewnątrz kadłuba sprężarki. Kształty tłoków i cylindra są tak dobrane, że
podczas obrotu tłoki pozostają w stałym styku z gładzią cylindra.

Spośród wielu odmian sprężarek z wirującymi tłokami najbardziej rozpowszechniły się

sprężarki typu Roots (rys. 65). W obudowie 1 takiej sprężarki są umieszczone dwa
przeciwbieżne obracające się wirniki 2. Każdy wirnik może mieć dwa lub trzy tłoki. Między
tłokami a obudową tworzą się komory, których objętość zwiększa się po stronie ssania,
a zmniejsza po stronie tłoczenia. Pulsujące działanie sprężarki powoduje dość przykry hałas,
co stanowi poważna jej wadę. Dawniej były one często stosowane jako dmuchawy
w hutnictwie oraz do przepłukiwania i doładowywania silników spalinowych. Obecnie
w silnikach spalinowych nie są już stosowane ze względu na hałaśliwą pracę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 65. Schemat sprężarki krzywkowej typu Roots (1 – kadłub, 2 – wirnik) [6, s. 87]

Główne zalety sprężarek z wirującymi tłokami to duża trwałość, zwarta konstrukcja

i dostarczanie niezaolejonego gazu. Sprężarki takie osiągają wydajność nawet do
6000 [m3/h]. Najczęściej są stosowane jako sprężarki o niskim sprężu (v = 1,2÷14). Prędkość
obrotowa tłoków zawiera się w granicach 300÷9500 [obr/min].

Sprężarki śrubowe

Sprężarki śrubowe (rys. 66) są to sprężarki wyporowe, których dwa wirniki w kształcie

śrub obracają się w odpowiednio ukształtowanym kadłubie. Wirniki wzajemnie się zazębiają,
obracając się w przeciwnych kierunkach. Wirnik napędzający może mieć dwa lub cztery
zwoje śrubowe.

Rys. 66. Schemat sprężarki śrubowej (1 – kadłub, 2 wirnik napędzający, 3 – wirnik napędzany, 4 – przekładnia

zębata sprzęgająca wrzeciona) [6, s. 91]

Sprężarki śrubowe mają bardzo zróżnicowaną wydajność objętościową (Q

= 250÷18000

[m3/h]) i dużą rozpiętość sprężu (v = 2,5÷4,0). Mogą też pracować jako ssawy i wytwarzać
próżnię do 80%. Współczynnik wydajności λ = 0,7 ÷ 0,9.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 67. Sprężarka promieniowa jednostopniowa (1 – króciec wlotowy, 2 – wirnik, 3 – dyfuzor, 4 – króciec

tłoczny) [6, s. 90]

Sprężarki wirowe (przepływowe)

Sprężarki wirowe dzieli się na osiowe, promieniowe

(rys. 67) i osiowo–promieniowe. Są one budowane jako
jedno– i wielostopniowe. Liczbę stopni sprężarki określa
liczba wirujących wieńców łopatkowych.

W zależności od prędkości gazu rozróżnia się sprężarki

wirowe naddźwiękowe i poddźwiękowe. Te pierwsze są
stosowane w lotnictwie, pozostałe, tj. poddźwiękowe, mają
bardzo szerokie zastosowanie.

Przyjmuje się, że w teoretycznej sprężarce wirnikowej,

podobnie jak w sprężarkach tłokowych, krzywa sprężania
jest adiabatą. Ponieważ w przypadku sprężarki teoretycznej
nie uwzględnia się strat, więc zachodząca w niej przemiana
adiabatyczna jest przemianą odwracalną, tzn. izentropową.

Sprężarki wirowe dostarczają dużych ilości sprężonego

gazu, lecz uzyskiwany w nich przyrost ciśnienia jest
stosunkowo niewielki. Dlatego można przyjąć, że proces
sprężania

rzeczywistej

sprężarce

odbywa

się

adiabatycznie. Jednak ze względu na występujące straty
(ciepło tarcia wydzielające się w sprężarce) przemiana ta nie
jest odwracalna i może być traktowana jako przemiana
politropowa.

Typowe rozwiązania konstrukcyjne

Sprężarka osiowa (rys. 68) składa się z następujących podstawowych elementów

przepływowych: króćca wlotowego 1, kompletu stopni, w skład którego wchodzą wirujące
wieńce łopatkowe 5 (zamocowane na wirniku) i nieruchome wieńce łopatkowe 2 (osadzone
w kadłubie), dyfuzora 3 oraz króćca wylotowego 4.

Rys. 68. Schemat sprężarki osiowej (1 – króciec wlotowy, 2 – nieruchome wieńce łopatkowe (kierownicze),

3 – dyfuzor, 4 – króciec wylotowy, 5 – wirujące wieńce łopatkowe) [6, s. 94]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wirnik sprężarki osiowej może mieć konstrukcję bębnową lub może się składać

z oddzielnych tarcz zamocowanych na jednym wale.

W zależności od zastosowania sprężarki osiowe są budowane o bardzo zróżnicowanej

wydajności objętościowej (Q

= 10÷200 [m3/s]) i różnym sprężu (v = 1,13÷12,0). Ich

prędkość obrotowa jest bardzo duża i dochodzi do 30000 [obr/min].

W sprężarkach osiowych na ogół nie stosuje się chłodzenia gazu w czasie sprężania. Są

one stosowane głównie w lotniczych silnikach turbospalinowych, w przemysłowych
i energetycznych turbinach gazowych oraz w hutnictwie.

Zalety sprężarek osiowych to duża sprawność w znamionowych warunkach pracy oraz

duża wydajność przy stosunkowo małych wymiarach. Główną ich wadę stanowi mniejszy
spręż uzyskiwany w jednym stopniu, w porównaniu ze sprężem jednego stopnia sprężarki
promieniowej. Stąd konieczność budowania sprężarek o dużej liczbie stopni.

Sprężarka promieniowa

Sprężarkę promieniową jednostopniową przedstawia (rys. 69). W jej skład wchodzą

następujące elementy przepływowe: króciec wlotowy 1, koło wirnikowe 2 z łopatkami,
dyfuzor bezłopatkowy 3, kolektor zbiorczy 4 i króciec wylotowy 5. Sprężarka ta jest
napędzana za pośrednictwem przekładni przyspieszającej 6 i jest wyposażona w pompę oleju
7. Dla uzyskania większego stopnia sprężania są budowane sprężarki wielostopniowe
(do 12 stopni), z wirnikami połączonymi szeregowo. Sprężarka wielostopniowa jest
wyposażona w chłodnice międzystopniowe.

Wielostopniowe

sprężarki

promieniowe

są

budowane

jako

jednowałowe

lub wielowałowe. W sprężarkach jednowałowych wszystkie koła wirnikowe pracują
z jednakową prędkością, w sprężarkach wielowatowych zaś prędkości obrotowe kół
wirnikowych mogą być różne.

Rys. 69. Jednostopniowa sprężarka promieniowa (1 – króciec wlotowy, 2 – koła wirnikowe, 3 – dyfuzor

bezłopatkowy, 4 – kolektor zbiorczy, 5 – króciec wylotowy, 6 – przekładnia przyspieszająca, 7 –
pompa oleju) [6, s. 95]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sprężarki promieniowe są budowane o wydajności Q

= 1,2 ÷ 30 [m

/s] oraz sprężu

v = 1,13÷12,0. Sprężarki promieniowe pracują w dużym zakresie prędkości obrotowej
(n = 3000÷30000 [obr/min]).

Największą zaletą sprężarek wirowych promieniowych jest duży spręż uzyskiwany

w jednym stopniu. Poza tym sprężarki te cechuje wysoka sprawność w znamionowych
warunkach pracy.

Charakterystyki sprężarek wirowych

Charakterystyką sprężarki jest wykres zależności ciśnienia tłoczenia p

, mocy P

i sprawności η

od wydajności Q

. Charakterystykę przedstawioną na wykresie (rys. 70)

sporządzono przy założeniu stałej prędkości obrotowej, stałego ciśnienia p

i stałej

temperatury T

czynnika na wlocie do sprężarki. Na wykresie zaznaczono punkt

A, odpowiadający największemu ciśnieniu tłoczenia p

. Nazwano go punktem krytycznym.

Odcinkowi charakterystyki leżącemu na lewo od punktu A odpowiada niedostateczna praca
sprężarki.

W przypadku zbyt małej wydajności, określonej punktem krytycznym, praca sprężarki

staję się niespokojna, następują przerywy w tłoczeniu gazu, jego chwilowy przepływ przez
sprężarkę w odwrotnym kierunku i drgania sprężarki. Towarzyszą temu cykliczne odgłosy
podobne do charakterystycznych dla pompy tłokowej. Stąd zjawisko to nazwano
pompowaniem sprężarki. Dłuższa praca sprężarki w warunkach pompowania jest
niedopuszczalna. Zjawisko pompowania stanowi poważna wadę sprężarek wirowych.

Statecznej pracy sprężarki wirowej odpowiada odcinek charakterystyki położony na

prawo od punktu A. Najbardziej ekonomiczna jest praca sprężarki przy wydajności
odpowiadającej największej sprawności η

max

. Parametry sprężarki odpowiadające jej

największej sprawności nazwano parametrami optymalnymi. Sprawności η

max

odpowiadają

więc ciśnienie p

opt

i moc P

opt

Rys. 70. Charakterystyka sprężarki wirowej [6, s. 95]

Wentylatory

Wentylatory to maszyny przepływowe do transportowania powietrza lub innych gazów.

Przepływ odbywa się z pomieszczeń do otoczenia lub odwrotnie, oraz przez urządzenia
technologiczne, za pośrednictwem przewodów wentylacyjnych. Przekazywanie energii do
pokonania oporów przepływu odbywa się w wirniku, podstawowej części składowej
wentylatora. Źródłem napędu wentylatora jest silnik elektryczny. Napęd może być
realizowany jako bezpośredni, pasowy lub sprzęgłowy. Wirnik wentylatora musi pracować

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w obudowie spiralnej lub rurowej, zakończonej króćcami na ssaniu i tłoczeniu. Energia
mechaniczna doprowadzona do wentylatora zamieniona zostaje na przyrost ciśnienia
statycznego i dynamicznego, potrzebny do pokonania przepływowych strat ciśnienia gazu
w urządzeniach i przewodach.

Wentylatory odśrodkowe

Wentylatory te (rys. 71) działają wskutek obracania się wirnika 1. Znajdujące się

w wirniku łopatki dzięki sile odśrodkowej wyrzucają powietrze znajdujące się między nimi
na zewnątrz, a na jego miejsce wpływa nowe przez otwór ssawny 2, znajdujący się w środku.
Powietrze wyrzucone na zewnątrz koła kieruje płaszcz 3 przez rozszerzony wylot 4, zwany
dyfuzorem, do atmosfery. Działanie odśrodkowe wirnika 1 powoduje w części ssącej
2 obniżenie ciśnienia, na zewnątrz zaś koła podwyższenie ciśnienia. Kierunek ruchu
powietrza w wentylatorach odśrodkowych jest więc niezależny od kierunku obrotu koła
roboczego.

Łopatki mogą być zakrzywione w przód, promieniowe lub zakrzywione w tył. Łopatki

zakrzywione w przód dają wysoką depresję przy mniejszej ilości zassanego powietrza, nadają
się więc do kopalń o małym wydobyciu, lecz o wysokich oporach (małym otworze
równoznacznym). Łopatki zakrzywione w tył dają mniejszą depresję przy większej ilości
zassanego powietrza. W związku z tym, przy tej samej wydajności wentylatora w m

/min,

liczba obrotów wentylatora odśrodkowego z łopatkami wygiętymi w przód jest 15 do 25%
mniejsza od obrotów wentylatora z łopatkami promieniowymi, z łopatkami zaś wygiętymi
w tył jest o 30 do 40% większa. Dopływ powietrza do wentylatora może być z jednej
lub z obu stron. Zależnie od tego wentylatory odśrodkowe dzielą się na jednostronne
i dwustronne. W wentylatorach jednostronnych wywoływany nacisk powoduje dążność
przesuwania się koła roboczego po osi wentylatora. Ta szkodliwa dążność jest usunięta
w wentylatorach dwustronnych, natomiast budowa wentylatora dwustronnego jest bardziej
skomplikowana. Wentylatory odśrodkowe są napędzane silnikami elektrycznymi. Zmianę
ilości przepływającego powietrza, czyli wydajności wentylatora uzyskuje się przez zmianę
liczby obrotów silnika lub przez zmianę oporów kopalni bądź wyrobiska.

Wentylatory osiowe

Wentylatory osiowe mają osadzoną na podłużnej osi nasadę, do której są przymocowane

promienisto łopatki ustawione pod pewnym kątem do płaszczyzny obrotu. Koło robocze
tworzy więc jak gdyby wieloskrzydłowe śmigło. Ruch powietrza w wentylatorze odbywa się
więc równolegle do osi koła roboczego. Na osi może być osadzone jedno lub dwa koła.
Prędkości obrotowe i obwodowe wentylatorów osiowych są znacznie wyższe niż
w wentylatorach odśrodkowych.

W wentylatorach osiowych prędkość obwodowa koła roboczego może dochodzić do

około 120 m/s. Dzięki temu wentylatory osiowe mogą być napędzane silnikami
elektrycznymi bezpośrednio i osiągać przez to wyższy współczynnik sprawności, dochodzący
w praktyce do 0,65.

Zmianę kierunku ruchu powietrza w kanale wentylacyjnym wentylatora osiowego można

uzyskać przez:

−

zmianę kierunku obrotu koła roboczego,

−

obrócenie łopatek wokół ich osi podłużnych o 180°,

−

zastosowanie obu tych sposobów.
Zmianę wydajności wentylatora osiowego uzyskuje się przez zmianę:

−

prędkości obrotowej,

−

kąta nachylenia łopatek,

−

liczby łopatek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprócz łatwej zmiany kierunku wentylacji i wydajności, wentylatory osiowe mają wiele

innych zalet, jak mniejsze wymiary, mniejszy ciężar, łatwiejszy montaż. Wadą wentylatorów
osiowych jest wytwarzanie bardzo silnego szumu przy nieprawidłowym obiegu powietrza
w wentylatorze. Zalety wentylatorów osiowych powodują coraz powszechniejsze ich
stosowanie. Wentylatory osiowe jednostopniowe wytwarzają depresję do 200 mm słupa
wody, dwustopniowe odpowiednio więcej.

Rys. 71. Rodzaje wentylatorów a – odśrodkowy, b – osiowy [7, s. 67]

Rys. 72. Rodzaje łopatek wentylatora odśrodkowego [7, s. 68]

Wentylatory lutniowe

Wentylatory lutniowe są to wentylatory osiowe, przeznaczone do dodatkowego

przewietrzania za pomocą lutni. Są one napędzane silnikiem elektrycznym lub
pneumatycznym. Wentylator lutniowy elektryczny (rys. 73) składa się z czterech
zasadniczych części: kadłuba 1 ze skrzynką zaciskową 2 dla doprowadzenia energii
elektrycznej, wirnika 3, członu kierowniczego 6, silnika elektrycznego 4. Kadłub jest to krótki
odcinek lutni służący do połączenia wentylatora z ciągiem lutni, wewnątrz którego
przymocowany jest silnik i człon kierowniczy. Silniki elektryczne do wentylatorów
lutniowych mają specjalną konstrukcję o ograniczonej zewnętrznej średnicy, umożliwiającej
zabudowanie silnika wewnątrz wentylatora. W kadłubie jest zamocowana również rura 5,
doprowadzająca przewód do silnika. Wirnik ma osiem łopatek osadzonych pod kątem do osi
wentylatora; powinien on obracać się zgodnie z kierunkiem wskazanym strzałką umieszczoną
na wentylatorze. Człon kierowniczy 6, umieszczony od strony wlotu powietrza, służy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

do nadania wpływającemu powietrzu właściwego kierunku napływu na wirnik. Maska 7
osłania silnik i chroni

przed powstawaniem w tej części szkodliwych wirów powietrza.

Kadłub silnika zakończony jest maską 8 o kształcie opływowym dla zmniejszenia oporów
i usunięcia wirów powietrza.

Rys. 73. Wentylator lutniowy z napędem elektrycznym [7, s. 73]

Polskie fabryki maszyn górniczych budują elektryczne wentylatory lutniowe w pięciu

wielkościach dla lutni 400, 500, 600, 800 i 1000 mm. Z tych pierwsze cztery są dla kopalń
niegazowych. Wentylatory te noszą oznaczenia A. Trzy wielkości wentylatorów lutniowych
dla lutni o średnicy 600, 800 i 1000 mm mają silniki elektryczne specjalnej konstrukcji.

Wentylatory diagonalne

Wentylatory te wypełniają lukę pomiędzy osiowymi i promieniowymi. W wentylatorach

tego typu strumień z wirnika płynie na łopatki kierownicy, zachowując kierunek osiowy
lub wprowadzony jest do obudowy spiralnej wypływając króćcem tłocznym.

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie rodzaje sprężarek możemy zaliczyć do objętościowych?

Jakie są podstawowe parametry sprężarek?

Co to jest wydajność sprężarki?

W jakich jednostkach podajemy wydajność sprężarki?

Jakie są rodzaje wentylatorów?

Jakie są podstawowe parametry wentylatorów?

Jak działa wentylator osiowy?

Jak działa wentylator promieniowy?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zainstaluj agregat sprężarkowy ze sprężarką tłokową do instalacji sprężonego powietrza.

Króciec instalacji zakończony jest zaworem odcinającym i nagwintowaną końcówką ½ cala.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi instalacji agregatu sprężarkowego,

zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi instalacji agregatu (z Dokumentacji
technicznej). Zanotować te dane,

opracować szkic instalacji podłączeniowej,

opracować plan działania. Po przedstawieniu nauczycielowi schematu podłączenia
i planu działania wykonać instalację agregatu,

zaprezentować swoją pracę,

uruchomić agregat po uzyskaniu pozwolenia,

ocenić działanie sprężarki.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

poradnik ucznia,

−−−−

dokumentacja techniczna wybranego agregatu,

−−−−

agregat sprężarkowy, odcinki rur, złączki rurowe, uszczelnienia dla połączeń rurowych
gwintowych,

−−−−

narzędzia do montażu (klucze do rur).

Ćwiczenie 2

Dobierz wentylator śmigłowy ścienny do instalacji wentylacyjnej hali produkcyjnej

o objętości 500m

, tak oby zapewnić 2-krotną wymianę powietrza w ciągu godziny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

obliczyć zapotrzebowanie powietrza w [m

/s],

obliczyć wydajność wentylatora,

dobrać z katalogu (lub skorzystać z Internetu) odpowiedni wentylator,

zanotować typ, parametry i podstawowe wymiary wentylatora.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−−−−

katalogi wentylatorów,

−−−−

literatura zgodnie z punktem 6 Poradnika.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować sprężarki?

wyjaśnić przeznaczenie sprężarek?

zainstalować sprężarkę?

zastosować

wymagania

dotyczące

bezpiecznej

eksploatacji

sprężarek?

sklasyfikować wentylatory

wyjaśnić przeznaczenie wentylatorów

dobrać

wentylator

założonych

wymagań

systemu

wentylacyjnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.

Urządzenia do urabiania skał średniozwięzłych

4.8.1. Materiał nauczania

Różnorodność warunków eksploatacji górniczej narzuca konieczność stosowania

rozmaitych sposobów i rodzajów urabiania. Mechaniczne urabianie skał umożliwia
mechanizację i dużą koncentrację podstawowych procesów eksploatacji odkrywkowej, dzięki
czemu osiąga się duże wydajności maszyn i układów technologicznych wydobycia. W celu
maszynowego urabiania skały oddziałuje się na odsłonięte powierzchnię calizny narzędziami,
przekazując przez nią energię niszczącą spójność skały i powodującą oderwanie cząstek od
calizny. Narzędzie może oddziaływać na skałę w różny sposób. Rozróżnia się trzy
podstawowe sposoby mechanicznego urabiania, które z kolei mogą być realizowane różnymi
narzędziami, o różnej kinematyce ruchów, co jest podstawą podziału bardziej szczegółowego
maszyn i narzędzi urabiających. Podstawowe sposoby urabiania (rys. 74), to:

urabianie udarowe,

urabianie naciskiem statycznym,

urabianie skrawaniem.
Wynikiem działania narzędzia na skałę jest w różnym zakresie miażdżenie skały,

rozkruszanie pewnych objętości, odłupywanie elementów różnej wielkości oraz odłamywanie
występów skalnych.

Najbardziej rozpowszechnionym sposobem urabiania skał, ze względu na ilość

urabianych mas jest urabianie mechaniczne skrawaniem (rys. 74c). Urabianie skrawaniem
polega na prawie równoległym oddziaływaniu na powierzchnię skały narzędziem o kształcie
klina. Narzędzie to charakteryzują kąty:

– kąt przyłożenia,

– kąt ostrza,

– kąt natarcia.

Rys. 74. Zasady urabiania mechanicznego: a – udarowe, b – naciskiem statycznym, c – skrawaniem [2, s. 57]

W wyniku skrawania powstaje bruzda o głębokości g.

Warunkiem skrawania, a nie miażdżenia, jest, aby kąt przyłożenia

był większy od zera.

> 0

Narzędzie urabiające skałę natrafia na jej opór i ulega stępieniu utrudniającemu

urabianie. Zarówno przebieg urabiania jak i stępienie narzędzia zależę od wielu czynników,
którymi są:

wytrzymałość skały na ściskanie R oraz jej zwięzłość,

kruchość lub własności plastyczne,

cechy spójności i niejednorodności, tj. łupliwość, uławicenie, szczelinowatość itp.,

własności ścierne skały w stosunku do narzędzia,

stan skały w pokładzie, wilgotność.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jak wykazuje praktyka górnicza jednym z podstawowych czynników osłaniających,

a często w znaczący sposób zmniejszających wytrzymałość skał zwięzłych i bardzo zwięzłych
jest ich szczelinowatość, będąca bądź to skutkiem wietrzenia przypowierzchniowej strefy
masywu skalnego, bądź też prowadzonymi robotami górniczymi, a ściślej, stosowaną
technologią eksploatacji złoża. Jedną z metod pozwalającą ocenić stopień szczelinowatości
złoża, a tym samym umożliwiającą oszacowanie stopnia jego urabialności jest metoda
akustyczna wykorzystująca pomiar prędkości sprężystych fal podłużnych w złożu.

Zrywarki

Zrywarkami (rys. 75) nazywa się maszyny składające się z ciągnika, spycharki

lub ładowarki, wyposażone w urządzenie zrywające (rys. 76). Maszyny te stosuje się głównie
wtedy, gdy urabianie koparkami lub innymi typowymi maszynami do robót ziemnych nie
może się odbywać ze względu na duże opory urabiania, bądź wtedy, gdy skał nie można
urabiać materiałami wybuchowymi (zbyt blisko osiedli, obiektów przemysłowych itp.).

Rys. 75. Zrywarka D10N firmy Caterpillar [15]

Zrywarki znajdują więc bezpośrednie zastosowanie zarówno do prac podstawowych

(urabianie), jak i pomocniczych (rozluzowywanie, karczowanie, usuwanie humusu).
Urabianie zrywarkami polega na odspojeniu skały od calizny urządzeniem zrywającym, zaś
rozluzowywanie na rozdzieleniu calizny na bryły takich rozmiarów, aby były dogodne
do dalszej eksploatacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 76. Schematy zrywarek: a) urządzenie zrywające zabudowane na ciągniku spycharki, b) urządzenie

zrywające zabudowane na ciągniku ładowarki [9, s. 123]

Urabianie zrywarkami

Zastosowanie zrywarek na skalę przemysłową datuje się od 1930 roku. Wprowadzenie

zrywarek było wynikiem postępu technicznego oraz aspektów dotyczących wyeliminowania
materiałów wybuchowych. Koszt zrywania z reguły jest mniejszy od połowy całkowitych
nakładów potrzebnych do urabiania metodą strzelniczą. Ta najbardziej atrakcyjna strona
zrywania nie może przesłonić innych zalet tej metody, mianowicie podniesienia
bezpieczeństwa pracy, zapewnienia ciągłości robót oraz eliminacji skutków działania fali
sejsmicznej na maszyny, urządzenia kopalni i okolicę. Przy zastosowaniu zrywania istnieje
możliwość eliminacji urządzeń pomocniczych (np. kruszarni – przy zrywaniu skał płonych
lokowanych na zwałach) i uzyskania elastyczności produkcji, łatwości transportu urobku,
eksploatacji na jednym poziomie oraz urabiania selektywnego. Nie wszystkie jednak rodzaje
skał można eksploatować za pomocą zrywarek w sposób ekonomiczny. Skały magmowe
wykazują dużą wytrzymałość na zrywanie, natomiast skały mniej zwięzłe i materiały
luźniejsze o mniejszej prędkości sejsmicznej, np. skały osadowe są w większości przypadków
łatwe do zrywania. Skały metamorficzne powstałe na skutek działania wysokiego ciśnienia
i temperatury charakteryzują się rozdrobnieniem oraz wtórną krystalizacją składników, a ich
odporność na zrywanie jest bardzo zróżnicowana i zależy przede wszystkim od stopnia ich
uwarstwienia.

Do czynników ułatwiających zrywanie należy zaliczyć:

szczeliny, uskoki i różnego rodzaju płaszczyzny uwarstwienia,

łamliwość i zawartość składników krystalicznych,

małą wytrzymałość na ściskanie,

proces niszczenia skał pod wpływem działania atmosfery (zwietrzenia na skutek erozji).
Do czynników utrudniających zrywanie zalicza się:

zwięzłość skał,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

brak struktur krystalicznych,

drobnoziarnistość i silne scementowanie składników,

–

wilgotność i plastyczność (brak przełomu) skał gliniasto–ilastych.
Urabialność skał w złożach płytkich i odsłoniętych można oceniać na podstawie znanych

charakterystyk poszczególnych surowców skalnych oraz na podstawie widocznej
warstwowości, uskoków tektonicznych, szczelinowatości itp.

Zakres stosowania zrywania w poszczególnych skałach jest różny dla poszczególnych

maszyn i zależy od ich charakterystyk technicznych, a przede wszystkim od mocy ciągników
oraz konstrukcji rwących.
Technika zrywania skał

W skałach mało zwięzłych, spękanych, do osiągnięcia niezbędnego stopnia rozluzowania

umożliwiającego właściwą pracę innych urządzeń wystarczające są tylko wzdłużne
lub poprzeczne do ruchu tych urządzeń, przejścia zrywarki przy odległości poszczególnych
bruzd wynoszącej a = 2g, gdzie g oznacza głębokość zrywania (bruzdy) – (rysunek 77).

g = h – b

gdzie: g – głębokość zrywania,

h – odległość od końca zęba do miejsca jego zamocowania w ramie,
b – odległość od warstwy zewnętrznej do miejsca zamocowania w ramie.

Przy urabianiu skał średniozwięzłych i zwięzłych stosuje się tak zwane zrywanie

krzyżowe: wzdłużne i poprzeczne. Schematy zrywania przedstawiono na rysunku 76.

Rys. 77. Określenie głębokości zrywania [2, s. 78]

W skałach trudno zrywalnych stosuje się cięcia skośne do kierunku przejścia maszyn

zbierających urobek. Stosuje się również kilkakrotne przejazdy tą samą bruzdą. Zrywanie
odbywa się pasmami o szerokości od 0,6 do1,5 m i głębokości 0,3 do1,8 m w zależności od
cech zrywanych skał oraz parametrów konstrukcyjnych zrywarek.

Cykl pracy zrywarki składa się ze zrywania, powrotu (przejazdu jałowego), zanurzenia

zębów, zaś przy stosowaniu zrywarek jako maszyn podstawowych w procesie wybierania
rozróżnia się następujące główne elementy pracy :

−

zrywanie,

−

załadunek,

−

transport,

−

zwałowanie (w przypadku urabiania nadkładu).
Ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność zrywania jest usytuowanie poziomu

roboczego w kierunku pracy, tak aby zrywanie odbywało się po spadku.

Konstrukcja i budowa zrywarek

Typowa zrywarka składa się z trzech zasadniczych zespołów:

−

ciągnika gąsienicowego lub kołowego,

−

urządzenia zrywającego,

−

urządzenia spychającego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zrywarki ogólnego przeznaczenia wyposażone są w jeden, trzy, pięć, rzadko siedem

zębów. Zrywarki doczepne z urządzaniem zrywającym zbudowanym na specjalnych
przyczepach ciągnione są ciągnikiem gąsienicowym o mocy 80 do 100 kW. Na charakter
pracy zrywarki mają wpływ własności i stan zrywanych skał. a więc ich wytrzymałość,
stopień spękania, wilgotność, liczba dużych i bardzo twardych wtrąceń (bryły, głazy)
oraz takie parametry jak: grubość zębów, kształt i rozmiary końcówek, kąt zrywania, zasięg
i wysokość zamocowania zębów (liczona od końcówek zęba), liczba i wielkość rozstawienia
(podziałka) zębów zrywających oraz siła zagłębiania i podnoszenia urządzenia zrywającego.
Podwieszane urządzenia zrywające są zabudowywane na ciągnikach gąsienicowych
lub kołowych o mocy do 600 kW mają one w porównaniu ze zrywarkami przyczepnymi
szereg zalet, z których najważniejsza to duża zdolność manewrowania oraz mniejsze
gabaryty. Ze względu na sposób i miejsce zamocowania urządzenia zrywającego na ciągniku
rozróżnia się: trójpunktowe podwieszenie do korpusu tylnego mostu lub ramy ciągnika
i trójpunktowe podwieszenie do ramy wózków gąsienicowych i korpusu tylnego mostu
lub ramy ciągnika oraz czteropunktowe podwieszenie do korpusu tylnego mostu lub ramy
ciągnika. Ten sposób podwieszenia, tzw. równoległy pozwala na zachowanie stałego kąta
nachylenia zęba niezależnie od głębokości zrywania. Niekiedy urządzenia zrywające,
podwieszone czteropunktowo są wyposażone w dodatkowe siłowniki hydrauliczne,
pozwalające na zmianę kąta nachylenia zęba. Zęby zrywarki mogą być mocowane
do urządzenia zrywającego w sposób sztywny (śrubami lub sworzniami rozprężnymi)
lub odchylnie na sworzniach. Drugi sposób stosuje się wówczas, gdy zęby mocowane są na
lemieszu skrawającym spycharki lekkiej, a urządzenie zrywające służy jako dodatkowe
wyposażenie do pracy w cięższych warunkach. Zęby mogą być osadzone w ramie urządzenia
zrywającego sztywno lub w sposób przegubowy umożliwiający obrót zęba 0±5°
w płaszczyźnie poziomej. Osadzenie przegubowe zapewnia samoczynne nastawianie się zęba
wzdłuż kierunku o większej łupliwości skały i tym samym obniża opory ruchu.
Ma to szczególne znaczenie przy zrywaniu skał o strukturze grubokrystalicznej i skał
osadowych o jednolitej strukturze. Zęby zrywarki mogą być proste (rys. 78a), wygięte
(rys. 78b) lub półwygięte – o prostym trzonie i wygiętym końcu (rys. 78c). Dla przedłużenia
żywotności kosztownych urządzeń rwących stosuje się wymienne nakładki ochraniające na
haki rwące Wymienne ochraniacze haków do szybkiego zrywania przedłużają okres
eksploatacji i służą do mocowania końcówek samoostrzących. Ogólną zasadą jest stosowanie
możliwie najdłuższych końcówek jakie w danych warunkach mogą pracować bez
nadmiernego łamania. Kąt zrywania końcówki przy urabianiu skał zwięzłych wynosi 35° do
45°. Przy eksploatacji glin morenowych z wtrąceniem głazów, kąt zrywania zwiększa się.
Nakładka ochronna posiada wzdłużne skosy od 30 °do 45°.

W większości zrywarek z podwieszonym urządzeniem zrywającym i zmiennym kątem

zrywania, na początku zagłębiania zębów kąt zrywania wynosi od 50° do 80°, co zabezpiecza
nakładki i zęby przed niszczącym działaniem znacznych sił i zmniejsza nacisk wymagany dla
wejścia zębów w skałę na określoną głębokość. W miarę zagłębiania się zębów, wielkość kąta
zrywania zmniejsza się. Przy równoległobocznym podwieszeniu ramy urządzenia
zrywającego, kąt zrywania pozostaje stały, niezależnie od głębokości zrywania. Kąt ostrza
końcówek zębów zrywających zawiera się w granicach β = 20° do 30°.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 78. Typy zębów w zrywarkach: a – prosty, b – wygięty, c – półwygięty, d – z podpórką, e – z nakładką

ochronną w kształcie koronki, f – z nakładką i wymienną końcówką [2, s. 79]

Rys. 79. Kąt zrywania δ [2, s. 80]

We wszystkich przypadkach kąt ostrza końcówek powinien być taki, aby przy dowolnym

zagłębieniu zębów kąt przyłożenia był nie mniejszy niż α ≥ 6° do 7. Głębokość zrywania
w znacznym stopniu zależy od rodzaju zrywanych skał. Obecne urządzenia zrywające,
zabudowane na lekkich i średnich ciągnikach zapewniają zrywanie skał na głębokość
do 500 mm. Dla wszystkich typów zrywarek, najmniejsza głębokość zrywania wynosi
200 do 250 mm. Zrywarki ogólnego przeznaczenia z podwieszonym urządzeniem
zrywającym zapewniają zrywanie skał na głębokość 700–1000 mm, a specjalne do 2000 mm.

Odkrywkowe kombajny frezujące

Poniżej przedstawiono kilka rozwiązań konstrukcyjnych odkrywkowych kombajnów

frezujących. Pomysł urabiania złoża frezowaniem powstał w Polsce w chwili, gdy wystąpiły
trudności w urabianiu rudy siarki w okręgu Tarnobrzeskim. Wyniki badań nad własnościami
fizykomechanicznymi rudy siarki oraz badań laboratoryjnych i półprzemysłowych nad
możliwością mechanicznego urabiania tego złoża wybieranego robotami odkrywkowymi
wykazały, iż jest możliwe jego mechaniczne urabianie przez frezowanie.

Kombajny firmy Wirtgen

Na rysunkach 80 przedstawiono ogólny widok, a na rysunku 81 schemat budowy

kombajnu odkrywkowego 2500 SM firmy Wirtgen (Niemcy). Na ramie nadwozia
zainstalowany jest silnik napędowy 1 napędzający pompy hydrauliczne. Na ramie
umieszczone są również chłodnice 3, zbiorniki paliwa 4, oleju 5 i wody 6. Bęben frezujący
7 zbrojony nożami promieniowymi lub stycznymi napędzany jest silnikami hydraulicznymi.
Grubość skrawania można regulować siłownikiem 8. W celu zapewnienia urabiania
selektywnego zainstalowano czujnik 9 reagujący na zmianę urabianej kopaliny. Urobek
transportowany jest przenośnikiem odstawczym 10 i poprzez przenośnik załadowczy 11 na
miejsce odstawy. Przenośnik ten można pochylać pod odpowiednim kątem w pionie dzięki
siłownikowi 12 i w poziomie dzięki stołowi obrotowemu 13. Poprzez zastosowanie układu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

składającego się z siłowników 14 i siłownika 15 możliwe jest wypoziomowanie maszyny,
tj. dostosowanie jej do grubości skrawania lub jej skręt. Operator znajdujący się
w przeszklonej, komfortowej (urządzenie klimatyzacyjne 16) i ergonomicznej kabinie 17 ma
możliwość jednoczesnego sterowania procesem urabiania, jego obserwację, kontrolę toru
jazdy i procesu ładowania urobku. Urządzenia elektryczne m.in. oświetlenie 18 zasilane są
prądem elektrycznym z prądnicy 19.

Rys. 80. Kombajn firmy Wirtgen [27]

Rys. 81. Schemat budowy kombajnu 2500 SM [2, s. 81]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urabianie odbywa się równoległymi pasmami o dowolnej długości wymagany jest płaski

teren (max. pochylenie boczne 7°–8°, utrata stateczności – ok. 15° w pionie ok. 30°). Odstawa
urobku o ziarnistości mniejszej od 300 mm (przeciętnie 40–80 mm w zależności od rodzaju
urabianej skały) odbywa się przenośnikiem odstawczym bezpośrednio na zwałowisko lub na
oponowe środki transportu bądź poprzez podawarkę na przenośnik zbiorczy.

Kombajn firmy Rahco

Kombajn frezujący CME–12 firmy Rahco (USA) przedstawiono na rysunku 82. Kombajn

różni się od kombajnów Wirtgen prostszą budową podwozia oraz większą manewrowością
umieszczonego z przodu maszyny organu urabiającego, co daje możliwość urabiania
w pionie.

Rys. 82. Kombajn CME 12, [2, s. 138]

Kombajny firmy Paurat

Firma Paurat (Niemcy) produkuje typoszereg składający się z trzech maszyn frezujących.

Budowa wszystkich maszyn jest analogiczna, różnią się one jedynie parametrami
konstrukcyjno–eksploatacyjnymi. Kombajny te posiadają mocowany na stałe z przodu
maszyny organ urabiający (rys. 83) składający się z trzech elementów ślimakowych
zbrojonych nożami stycznymi. Urobek odstawiany jest za pomocą przenośnika znajdującego
się w tylnej części kombajnu. Dopuszczalne pochylenie maszyny podczas skrawania wynosi
1 : 20.

Rys. 83. Organ urabiający [22]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kombajny firmy Dosco

Firma Dosco (Wielka Brytania) produkuje kombajny (rys. 84), które mimo konstrukcji

organu urabiającego typowej dla kombajnów podziemnych znajdują zastosowanie
w górnictwie odkrywkowym. Kombajn wyposażony jest w dwa stożkowe organy urabiające
zbrojone nożami stycznymi. Organy urabiające zamocowane na wysięgnikach mają
możliwość przemieszczania się za pomocą siłowników hydraulicznych w płaszczyźnie
pionowej i poziomej dzięki czemu możliwe jest urabianie większej powierzchni przodka
z jednego miejsca postoju maszyny. Urobek jest nagarniany za pomocą łap podawarki na
przenośnik zgrzebłowy.

Odkrywkowe kombajny frezujące coraz częściej są używane w eksploatacji

słabozwięzłych i średniozwięzłych kopalin i surowców skalnych. Na szersze ich zastosowanie
wpłynęło kilka czynników:

jednoczesne urabianie z odstawą urobku, co eliminuje konieczność stosowania
dodatkowych maszyn ładujących,

małe ziarno urobku, co eliminuje wstępne kruszenie,

możliwość urabiania selektywnego,

wyeliminowanie lub ograniczenie robót strzałowych, a więc podniesienie bezpieczeństwa
prac,

duża zwrotność i mobilność maszyn,

pozostawienie płaskiego wyrobiska, korzystnego dla oponowych środków transportu,

wyższa wydajność lub niższe koszty w porównaniu do konwencjonalnej metody
urabiania „strzelanie – transport – kruszenie” poprzez wyeliminowanie tych czynności
i niezbędnych do ich wykonywania maszyn i urządzeń.

Rys. 84. Kombajn firmy Dosco [17]

Czynnikiem ograniczającym zastosowanie do urabiania kombajnów frezujących, oprócz

ich wysokiej oceny, jest to, że, ze względu na ich stateczność istnieje konieczność urabiania
w poziomie lub przy nachyleniu do 5°– 7°. Nie jest to przeszkodą, gdyż w większości złóż,
w których można stosować frezowanie istnieje możliwość takiego urabiania. Rekompensuje
to w znacznej mierze odstawa urobku z kombajnów bezpośrednio na środki transportu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są podstawowe sposoby urabiania skał średniozwięzłych?

Czym charakteryzuje się urabianie mechaniczne skrawaniem?

Jakie czynniki wpływają na przebieg urabiania mechanicznego?

Jakie jest zastosowanie zrywarek?

Jakie czynniki ułatwiają a jakie utrudniają zrywanie?

Kiedy stosuje się zrywanie krzyżowe?

Jak przebiega cykl pracy zrywarki?

Z jakich zespołów składa się zrywarka?

Jakie jest zastosowanie odkrywkowych kombajnów frezujących?

10.

Z jakich zespołów składa się kombajnów frezujących?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Posługując się schematem, opisz sposób działanie zrywarki i zrywoładowarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat zrywarki i zrywoładowarki,

dokonać analizy schematu,

rozpoznać elementy zrywarki i zrywoładowarki,

scharakteryzować zespoły zrywarki,

scharakteryzować zespoły zrywoładowarki,

opisać działanie zrywarki i zrywoładowarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

schematy maszyn i urządzeń oraz ich podzespołów,

−

modele maszyn i urządzeń,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj metody urabiania mechanicznego przedstawione na rysunkach

Metody urabiania mechanicznego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat zasad urabiania,

dokonać analizy rysunków,

rozpoznać metody urabiania mechanicznego,

zapisać metody w wyznaczonych miejscach,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować

podstawowe

sposoby

urabiania

skał

średniozwięzłych?

opisać czynniki wpływają na przebieg urabiania mechanicznego?

scharakteryzować zastosowanie zrywarek?

opisać czynniki ułatwiają zrywanie?

opisać czynniki utrudniają zrywanie?

scharakteryzować cykl pracy zrywarki?

rozpoznać zespoły zrywarki?

opisać zastosowanie odkrywkowych kombajnów frezujących?

rozpoznać zespoły kombajnów frezujących?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

100

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uważnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań o różnym stopniu trudności. Wszystkie zadania są zadaniami
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi – zaznacz prawidłową
odpowiedź znakiem X (w przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową).

Test składa się z dwóch części o różnym stopniu trudności: I część – poziom
podstawowy, II część – poziom ponadpodstawowy

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego
rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. Trudności mogą
przysporzyć Ci zadania: 16 – 20, gdyż są one na poziomie trudniejszym niż pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

Czas trwania testu – 45 minut.

10.

Maksymalna liczba punktów, jaką można osiągnąć za poprawne rozwiązanie testu
wynosi 20.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

101

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. W złożu występującym na lądzie stosowane są

a) koparki wielonaczyniowe pływające.
b) koparki pływające ssące.
c) zgarniarki linowe lub samojezdne.
d) koparki ssąco - frezujące.

2. W złożu występującym pod woda stosowane są

a) koparki jednonaczyniowe z osprzętem nadsiębiernym i podsiębiernym.
b) koparki wielonaczyniowe pływające.
c) koparki wielonaczyniowe kołowe i łańcuchowe.
d) ładowarki.

3. W skład organu urabiającego koparek nadsiębiernych jednonaczyniowych wchodzą

a) chwytaki.
b) kosze zgarniakowe.
c) łopaty ładujące.
d) łyżka urabiająca.

4. Rozdrabnianie brył sposobem mechanicznym, stosowane się najczęściej w krajowych

zakładach górniczych to rozdrabnianie
a) laserowe.
b) magnetyczne.
c) statyczne (rozłupiarka).
d) elektryczne.

5. Kafary w górnictwie odkrywkowym służą do operacji

a) zdejmowania nadkładu.
b) kopania rowów odwadniających.
c) układania torów kolejowych.
d) rozdrabniania i kruszenia wielkich brył skalnych.

6. Koparki wielonaczyniowe łańcuchowe umieszczone są na

a) podwoziu kołowym.
b) podwoziu przenośniku taśmowym.
c) płozach saniowych.
d) podwoziu gąsienicowym.

7. Główne zadania zwałowarek używanych w eksploatacji złóż odkrywkowych to

a) eksploatacja i przesiewanie.
b) wykonywanie procesów przeróbki kopaliny.
c) zdejmowanie mas skalnych i ich transport.
d) rozbijanie brył skalnych.

8. Eksploatować na bloki o dużych gabarytach należy

a) granit.
b) węgiel brunatny.
c) sole kamienne.
d) zlepieńce.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

102

9. Zadaniem poduszek wodnych przy urabianiu skał jest

a) transport bloków skalnych.
b) odsuwanie bloków od calizny skalnej.
c) zsuwanie bloków po zboczu.
d) zabezpieczenie bloków w czasie transportu.

10. Palniki termiczne służące do urabiania surowców skalnych zasilane są (wskaż

a) energią elektryczną.
b) energią wodną.
c) sprężonym powietrzem.
d) gazem ziemnym.

11. Pogłębiarki czerpakowe służą do

a) eksploatacji złoża zalegającego na lądzie.
b) kopania rowów odwadniających o głębokości do 1 m.
c) kopania rowów odwadniających opaskowych o głębokości 2 m.
d) pogłębiania dna rzek.

12. Eksploatacja złóż z dna zbiorników wodnych za pomocą ejektora powietrznego polega na

a) rozdrabnianiu skał na dnie zbiornika.
b) urabianiu skał twardych na dnie zbiornika.
c) usuwaniu miękkich osadów rzecznych z dna koryta.
d) przesuwaniu skał na dnie osadników wodnych.

13. W sprężarkach wykorzystywane są właściwości

a) oleju napędowego.
b) sprężonego powietrza.
c) oleju rzepakowego.
d) cieczy.

14. Prawo do obsługi koparki jednonaczyniowej posiada

a) kierownik zmiany.
b) sztygar oddziałowy.
c) kierowca posiadający uprawnienia do kierowania samochodem ciężarowym.
d) osoba posiadająca uprawnienia do obsługi koparek eksploatacyjnych.

15. Zrywarek używa się do eksploatacji

a) skał twardych.
b) złóż znajdujących się pod wodą.
c) skał średniozwięzłych.
d) skał magmowych.

16. Do sprężarek przepływowych należą sprężarki

a) tłokowe.
b) osiowe.
c) rotacyjne.
d) bezkorbowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

103

17. Do sprężarek objętościowych należą sprężarki

a) tłokowe.
b) osiowe.
c) diagonalne.
d) promieniowe.

18. Maksymalną głębokością zalegania kopaliny pod lustrem wody z jakiej można

wydobywać złoże za pomocą koparek głębokoczerpalnych jest
a) 40 m i więcej.
b) 7 m.
c) 20 m.
d) 25 m.

19. Średnia wydajność obecnie pracujących w kopalniach odkrywkowych kruszarko-

-rozłupiarek w tonach na zmianę wynosi
a) 140 – 160 ton.
b) 50 – 70 ton.
c) 20 – 40 ton.
d) 200 – 230 ton.

20. Młoty pneumatyczne i hydrauliczne mogą współpracować z

a) koparkami wielonaczyniowymi.
b) koparkami jednonaczyniowymi.
c) ładowarkami.
d) spycharko-zrywarkami.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

104

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko …………………………………………………………………….

Użytkowanie maszyn i urządzeń do urabiania kopalin

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

105

6. LITERATURA

Bęben A.: Maszyny i urządzenia do eksploatacji odkrywkowej. WSiP, W–wa 1977

Bęben P, Bogusz J, Glapa W, Marianowski J: Maszyny i urządzenia do odkrywkowego
urabiania surowców skalnych wybranymi technologiami , Wydawnictwo AGH Kraków
1988

Bożenko L.: Maszynoznawstwo. Warszawa: WSiP 1988

Glapa W, Korzeniowski J, Mały leksykon górnictwa odkrywkowego, Wydawnictwa
i Szkolenia Górnicze, Burnat & Korzeniowski

Kanczewski P., Kowalczyk M. : Zwałowarka ZGOT–15400.120 – pierwszy polski 200–
tysięcznik – Materiały konferencyjne – SITG – KWB Bełchatów SA – luty 2002 r.

Kijewski J., A. Miller, K. Pawlicki, T. Szolc: Maszynoznawstwo. Warszawa: WSiP 1993

Kubiczek T., Maszyny i urządzenia mechaniczne w górnictwie, Wydawnictwo Śląsk
1970

Onderka Z, Bugesz J, Kwiecień Z: Bezpieczeństwo pracy w górnictwie odkrywkowym,
Wydawnictwo AGH Kraków 1988

Pastuszko M, Ptasiński J : Eksploatacja kopalin , WSiP, W–wa 1978

10.

Poradnik Mechanika tom I i II WNT 1984

11.

Rączkowski B., BHP w praktyce ODiDK Sp. z o.o. Gdańsk 2004

12.

Sell L.: Maszynoznawstwo ogólne i części maszyn w pytaniach i odpowiedziach.
Warszawa: WNT 1980

13.

Świątkiewicz H. Maszyny Budowlane IWZZ Warszawa 1986

14.

Kwartalny Biuletyn informacyjny „Węgiel Brunatny” nr 50

Materiały informacyjne oraz zasoby internetowe firm
15.

www.cat.com

16.

www.legmet.com.pl

17.

www.dosco.co.uk/

18.

www.fadroma.pl

19.

www.granmar.pl

20.

www.hkl.pl

21.

ww.hsw.pl

22.

www.machinerytrader.com

23.

www.prosand.cz

24.

www.rahco.com

25.

www.volvocars.com/

26.

www.warynski – trade.com.pl

27.

www.wirtgen.pl