WYKŁAD I

Maszyna - zespół mechanizmów lub pojedynczy mechanizm służący do przetwarzania energii lub wykonywania pracy mechanicznej.

Mechanizm - zespół współpracujących ze sobą elementów spełniających określone zadania.

Podział maszyn:
- napędowe (przetwarzają jeden rodzaj energii na inny):
- silniki (zmieniają pewien rodzaj energii na mechaniczną),
- przetworniki (przekształcają daną wielkość na inną z określoną dokładnością).
- robocze:
- przeróbcze (dokonują przemian fizycznych lub chemicznych na przedmiotach swojej pracy),
- transportowe (służą do przemieszczania przedmiotów, ludzi, materiałów na określone odległości).

Silnik - maszyna, bez której żadna większa maszyna nie może się obejść. Budowa zależy od rodzaju energii napędowej.

Podział silników ze względu na energię:
- elektryczne (energia elektryczna zamieniana na mechaniczną),
- pneumatyczne (energia sprężonego powietrza zamieniana na pracę mechaniczną),
- hydrauliczne (energią napędową jest energia cieczy pod wysokim ciśnieniem),
- cieplne (energia termiczna/cieplna zamieniana jest w energię mechaniczną lub elektryczną).

Silnik elektryczny asynchroniczny - maszyna elektryczna zamieniająca energię elektryczną w mechaniczną, w której wirnik obraca się z poślizgiem w stosunku do wirującego pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenia stojana.

Silniki elektryczne - powszechnie stosowane asynchroniczne (napędzane prądem przemiennym). Do napędu maszyn stosowane są o mocy od 1 do 800kW.

Moc - zdolność do wykonywania pracy w określonym czasie.

Charakterystyka mechaniczna silnika asynchronicznego:

Prędkość synchroniczna - prędkość wirowania pola magnetycznego powstającego w stojanie silnika prądu przemiennego, dla silników synchronicznych jest to prędkość jaką rozwija silnik.
, gdzie f - częstotliwość prądu, p - liczba par biegunów.

Poślizg nominalny:
S_n = 0,01÷ 0,04 (1%-4%) Obroty nominalne są zawsze niższe od synchronicznych np.: n₀ = 1500 [obr/min]; n_n ≈ 1475 [obr/min].

Moc silnika - P=M*ω.

Moc nominalna silnika - iloczyn momentu nominalnego i prędkości kątowej.

Prędkość kątowa: ω=πn/30 [Obr/min]

Zmiany prędkości obrotowej:
- poprzez zmianę liczby par biegunów,
- poprzez zmianę prędkości przez zmianę częstotliwości prądu,

Zmiana prędkości obrotowej poprzez zmianę liczby par biegunów: Stosunek obrotów biegu szybkiego do wolnego:

Charakterystyka silników dwubiegowych:

Silniki dwubiegowe - silniki stosowane w maszynach o trudnym rozruchu - najpierw włącza się wolniejsze obroty, następnie szybsze.

Zmiana prędkości obrotowej poprzez zmianę prędkości przez zmianę częstotliwości prądu: Stosuje się przekształtniki częstotliwości, tzw. falowniki.

Sprawność - stosunek energii użytecznej do włożonej: η =
=
, Pw - moc elektryczna pobrana z sieci elektrycznej.

Silnik łopatkowy mimośrodowy - silnik pneumatyczny. Wirnik wyposażony jest w szereg łopatek, które wsuwają się i wysuwają, by stykać się do cylindra. Obrót silnika wywołany jest różnicą ciśnień na poszczególnych łopatkach.

WYKŁAD II

Napęd hydrauliczny - napęd, w którym nośnikiem energii jest ciecz.

Rodzaje napędów hydraulicznych:
- hydrostatyczny,
- hydrokinetyczny.

Napęd hydrauliczny hydrostatyczny - wykorzystuje się energię ciśnienia cieczy; do przenoszenia ciśnienia stosuje się różne rodzaje cieczy: oleje (mineralny, syntetyczny), emulsje olejowo-wodne.

Napęd hydrauliczny hydrokinetyczny - wykorzystuje się w nim ruch cieczy.

Ciśnienie w hydraulice siłowej: p = 15 do 40MPa,

Ciśnienie w napędach: p = 20 do 25MPa.

Budowa układu hydraulicznego:
- pompa hydrauliczna,
- silnik hydrauliczny,
- zawory,
- filtry,
- układy sterujące,
- automatyczny układ gaśniczy.

Rodzaje pomp hydraulicznych:
- zębate,
- wysuwkowe,
- wielotłoczkowe.

Pompa hydraulizcna zębata:

Qp↑-wydajność pompy

Pp↑-moc pompy

n_s ↑-prędkość obrotowa silnika

Ms↑-moment silnika

Rodzaje silników hydraulicznych:
- tłokowe,
- wysuwowe,
- obiegowo-krzywkowe.

Silniki hydrauliczne tłokowe:

Silnik hydrauliczny - zamienia energię ciśnienia cieczy na ruch posuwisty.

Wydajność pompy - od wydajności zależy prędkość silnika lub tłoczyska.

Ciśnienie pompy - od ciśnienia zależy moment obrotowy lub siła.

Automatyczne układy gaśnicze - zawierają układy, które maja 200 i więcej litrów oleju.

Przekładnie mechaniczne - przenoszą energię ze zmianą prędkości, momentu i sił. Zmieniają niekiedy charakter ruchu. Służą do przenoszenia równomiernego ruchu obrotowego. Przekładnie składają się z minimum dwóch kół stykających się ze sobą lub rozsuniętych i opasanych wspólnym cięgnem.

Podział przekładni mechanicznych:
- zębate (sprzężenie kół kształtowe bezpośrednie, są one najczęściej stosowane),
- łańcuchowe (sprzężenie kół kształtowe cięgnowe),
- pasowe (sprzężenie kół cierne cięgnowe),
- cierne (sprzężenie kół cierne bezpośrednie).

Rodzaje przekładni mechanicznych zębatych:
- walcowe (dwa koła zazębiające się ze sobą),
- stożkowe (umożliwia prostopadłe usytuowanie osi),
- planetarne (charakteryzują się dużą prędkością na wejściu i wyjściu),
- ślimakowe (koło napędowe - ślimak - porusza się wolniej niż koło napędzające).

Przekładnia mechaniczna zębata stożkowa:

Przekładnia mechaniczna zębata planetarna:

Sprawność - stosunek mocy na wyjściu do mocy na wejściu.

Reduktor - przekładnia zwalniająca, przełożenie przekładni jest większe od 1,

Multiplikator - przekładnia przyspieszająca, przełożenie przekładni jest mniejsze od 1.

Przełożenie przekładni - stosunek liczby zębów w kole większym, do ilości zębów w kole mniejszym.

Cięgno - elementy zdolne do przenoszenia sił rozciągających a nie ściskających (np. łańcuch, pas).

Cięgło - elementy zdolne do przenoszenia sił rozciągających i ściskających (np. pręty).

Moduł uzębienia - stosunek średnicy do liczby zębów.

WYŁAD III

Sprzęgło - służy do łączenia wałów, umożliwia przeniesienie momentów obrotowych. Może być sztywne i podatne.

Funkcje sprzęgła:
- łączy wały,
- przenosi moment obrotowy,
- wyrównuje niewspółosiowość wałów,
- łagodzi obciążenia dynamiczne,
- zabezpiecza przed przeciążeniem,

Podział sprzęgieł:

- stałe (nierozłączne): (sztywne i podatne),
- włączalne: (sztywne i podatne),

Sprzęgło stałe - takie, gdzie podczas działania nie da się go rozdzielić.

Sprzęgło włączalne - podczas działania można je rozdzielić.

Sprzęgło stałe sztywne - nie umożliwia przesunięcia.

Sprzęgło hydrokinetyczne - rozłączne, podatne, jego mechanizmem działania jest ciecz. Pełnią funkcję sprzęgieł rozruchowych.

Poślizg sprzęgła
, s≈1-4%

System maszynowy - zestaw maszyn powiązanych ze sobą funkcjonalnie, przeznaczony do realizacji procesu produkcyjnego (np. ścianowy kompleks zmechanizowany).

Podstawowe operacje podczas eksploatacji systemem ścianowym:
- urabianie węgla,
- ładowanie urobku,
- odstawa urobku,
- obudowa przestrzeni roboczej.

ścianowy kompleks zmechanizowany:
1) maszyna urabiająco-ładująca:

- kombajn ścianowy,
- strug węglowy
2) ścianowy przenośnik zgrzebłowy (transport urobku wzdłuż czoła ściany do chodnika),
3) ścianowa obudowa zmechanizowana (zabezpieczenie wyrobiska przed skutkami ciśnienia skał stropowych)

Zasilanie kombajnu:
- 1000V
- 3300V

Kombajn ścianowy - odległość organów urabiających ułożonych w jednej osi wynosi 12m, mają budowę modułową. Woda jest stosowana do chłodzenia silników i zraszania przy urabianiu.

Układ ciągnienia kombajnu - powoduje przemieszczenie kombajnu wzdłuż czoła ściany.

Prędkość posuwu - może być regulowana bez stopniowo.

Prędkość przesuwu - od 12 do 16m/min

Prędkość urabiania - 8m/min.

Rewersja ruchu - możliwość jazdy w dwóch kierunkach z tą samą regulacją prędkości.

Wymagania układu ciągnienia:
- prędkość ma być regulowana bezstopniowo od 0 do Vmax.

- rewersja ruchu (możliwość jazdy w dwóch kierunkach),
- siła uciągu kombajnu potrzebna do pobrania wszystkich oporów ruchu: 270, 2x270, 2x300, 2x450 kN.

Opory ruchu:
- składowe opory urabiania i ładowania,
- składowa siła ciężkości (przy nachyleniu),
- siły tarcia.

Siła uciągu - potrzebna jest do pokonania oporów ruchu kombajnem.

Układ ciągnienia składa się z:
- ciągnika,
- mechanizmu posuwu.

WYKŁAD IV

Ciągnik - odpowiedzialne za uzyskania prędkości posuwu i uciągu.

Podział ciągników ze względu na sposób regulacji prędkości posuwu:
- hydrauliczne,

- elektryczne,

Ciągnik hydrauliczny - regulacja prędości w układzie hydraulicznym.

Budowa ciągnika hydraulicznego:
- dwie pompy hydrauliczne (wielotłoczkowe osiowe),
- dwa silniki (obiegowo-krzywkowe),
- układ sterowania,
- rozdzielacze,
- filtry.

Ciągnik elektryczny - regulacja prędkości posuwu realizuje się na sposób elektryczny: przez zmianę częstotliwości prądów zasilających.

Budowa układu urabiania kombajnu:
- organ urabiający (piasta, płaty ślimakowe ładujące urobek, tarcza odcinająca łącząca piastę i płaty ślimakowe od strony czoła ściany, noże urabiające)
- ramie wychylne wraz z napędem organu.

Maksymalna długość skrawu zależy od:
1)
, [obr/min]
gdzie:
Vp-prędkość posuwu [m/min],
m-liczba noży w jednej lini skrawania[m],
n_or-prędkość obrotowa organu[1/obr]

2) od ułożenia noży g_max≤0,8ln, gdzie:
ln-wysunięcie noża
1)+2)→ 0,8 ln≥ Vp/ (n_or*m)

Vp≤ 0,8ln * n_or*m

Ramię z napędem- napęd umieszczony wewnątrz ramienia; silnik elektryczny o mocy P=200, 500, 1000 [kW]; silnik napędza organ przez przekładnię zębatą

Doprowadzenie wody do napędu w celu:
- chłodzenia silnika,
- zraszania strefy pracy (urabiania) kombajnu,

Cel zraszania strefy pracy:
- zmniejszenie zapylenia,
- gaszenie powstających iskier,
- chłodzenie ostrza narzędzi (zwiększanie ich wytrzymałości)

Podział zraszania:
- zewnętrzne (dysze na ramieniu),
- wewnętrzne (woda dopływa do dysz umieszczonych w uchwytach nożowych)

WYKŁAD V

Strug węglowy - stosowana w ścianowym systemie eksploatacji maszyna urabiająco-ładująca, alternatywna dla kombajnów w ścianowym kompleksie zmechanizowanym.

Zasada działania strugu - polega na skrawaniu warstwy węgla o prawie stałej długości podczas przesuwania głowicy strugowej wzdłuż czoła ściany.

Głowica strugowa - przeciągana wzdłuż czoła ściany za pomocą łańcucha strugowego i porusza się z prędkością strunowania Vs znacznie większą niż kombajn.

Prędkość głowicy strugowej - Vs musi być różna od prędkości przenośnika zgrzebłowego Vt. (1,1 - 1,3 m/s).

Strugi wolnobieżne - strugi, których prędkość głowicy strugowej jest mniejsza od prędkości przenośnika zgrzebłowego Vs <Vt. (0,4 - 0,9 m/s).

Strugi szybkobieżne - strugi, których prędkość głowicy strugowej jest większa od prędkości przenośnika zgrzebłowego Vs >Vt (1,5 - 4,0 m/s).

Warunki stosowania strugów: zakres wysokości ścian (H=0,6 - 1,8m), urabialność węgla (łatwo i średnio urabialny węgiel f<1,8 A<2000N/cm), wymagają dobrych warunków stropowych - określone warunki geologiczne (część węgla pozostająca nad głowicą powinna odpaść), dobre warunki spągowe (nie może być zbyt miękki, ponieważ głowica się topi, nie powinien być pofałdowany spąg, bo zwiększa to opory łańcucha zgrzebłowego).

Budowa zespołu strugowego:
- głowica strugowa,
- łańcuch strugowy (łańcuch ogniowy),

Napęd strugu: w strugu zawsze są dwa napędy. Składają się z:
- silnika elektrycznego (w Polsce o mocy 2x200 do 2x400W),
- sprzęgła,
- przekładni zębatej (zmniejsza obroty i zwiększa moment obrotowy),

Zalety techniki strugowej:
- możliwość wybierania pokładów niskich,
- uzyskany urobek jest grubszy (o większym uziarnieniu),
- łatwiej się je automatyzuje niż kombajny.

Ścianowa obudowa zmechanizowana - zespół urządzeń przeznaczonych do zabezpieczenia wyrobiska przed ciśnieniem skał stropowych. Jest to obudowa hydrauliczna i wszystkie jej funkcje są wykonywane przez sterowniki hydrauliczne. Na komplet obudowy w ścianie składa się określona liczba zestawów (sekcji) czyli powtarzanych elementów.

Odległość dwóch sekcji - odległość podziałki.

Sekcja obudowy zmechanizowanej składa się z:
- elementów podstawowych,
- elementów pomocniczych.

Elementy podstawowe sekcji obudowy zmechanizowanej - elementy przenoszące bezpośrednio obciążenia od skał stropowych oraz układ sterowania (stropnica,, osłona odzawałowa, stojak, spągnica).

Elementy pomocnicze sekcji obudowy zmechanizowanej - wszystkie inne elementy spełniające funkcje pomocnicze (inne osłony: boczne, czoła ściany; siłowniki korekcyjne i dodatkowe: siłowniki poza podporami, np. pomiędzy osłoną a stropnicą; układ przesuwu: układ łączący spągnice obudowy z przenośnikiem ścianowym; łączniki leminiskatowe).

Podporność obudowy - siła jaka jest przenoszona od nacisku skał stropowych. Zależy od podporności stojaków, ich liczby i kąta ich odchylenia od pionu.

Rodzaje podporności:
- podporność wstępna,
- podporność nominalna,
- podporność robocza,

Podporność wstępna - siła statyczna działająca na stojak w chwili jego rozpierania. Pwst = pz*F iloczyn ciśnienia zasilania (pz) i powierzchni roboczej tłoka (F).

Podporność nominalna - najwyższa wartość statycznej siły, która może się pojawić w stojaku. Pn = potw*F

Podporność robocza - rzeczywista siła, która pojawia się w stojaku pod wpływem nacisku skał stropowych. Pr < Pn

Ścianowy przenośnik zgrzebłowy - transportuje urobek wzdłuż ściany i przesypuje go na przenośnik podścianowy w chodniku. Dodatkowo stanowi element integrujący wszystkie maszyny kompleksu.

Elementy ścianowego przenośnika zgrzebłowego:
- trasa (zbudowana z powtarzalnych rynien o wysokości od 220 do 350 mm i szerokości od 750 do 1300mm,
- łańcuch zgrzebłowy (składa się z dwóch pasm łańcucha ogniwowego i zgrzebła zgarniających urobek).

Napędy przenośników zgrzebłowych - wysypowy i zwrotny, z których każdy może być wyposażony w jeden lub dwa zespoły napędowe.

Wysyp urobku z przenośnika - może być czołowy lub boczny, jeżeli odkładnia kieruje strugę urobku na bok.

Napęd przenośnika zgrzebłowego - stosuje się silniki elektryczne o mocy od 200 do 800kW każdy, które przez sprzęgła i przekładnie zębate napędzają bęben łańcuchowy. Bęben łańcuchowy napędza łańcuch. Napęd musi umożliwiać rozruch maszyny pod obciążeniem.

Rozruch pod obciążeniem:
- silniki dwubiegowe (podwójne uzwojenie, dwie różne prędkości),
- sprzęgła hydrodynamiczne o regulowanym napełnieniu,
- sterowanie falownikowe (regulacja prędkości obrotowej silnika przez zmianę przepływu prądu).

Ciecz hydrauliczna - nie stosuje się olejów mineralnych ponieważ są zbyt drogie, niebezpieczne (pożary, ekologia, wycieki). Jako ciecz stosuje się emulsję olejowo-wodną, czyli wodę z dodatkiem emulgatorów. Dodaje się od 0,5 do 2,0%.

Emulgator - środek odbierający wodzie właściwości korozyjne.

Zasilanie obudów - odbywa się przy użyciu agregatu hydraulicznego.

Agregat hydrauliczny składa się z:
- zbiornika emulsji,
- dwóch zespołów pompowych (silnika elektrycznego i pompy - wytwarza ciśnienie emulsji i tłoczy ją do siłowników; pracuje jeden zespół pompowy, drugi zapasowy).

Sterowanie obudową według impulsu sterującego:
- hydrauliczne: bezpośrednie, pilotowe (daje impuls do rozdzielacza, nie doprowadza cieczy bezpośrednio do siłownika).
- elektrohydrauliczne (impuls do otwarcia lub zamknięcia jest elektryczny).

Sterowanie obudową ze względu na sposób sterowania:
- sterowanie przyległe (strujemy wszystkimi funkcjami sekcji z sąsiedniej sekcji),
- sterowanie przyległe sekwencyjne (dajemy impuls do sterowania, realizowane przy sterowaniu elektrohydraulicznym).
- sterowanie zdalne sekwencyjne,
- sterowanie grupowe (dajemy jeden impuls i przesunie się kilka sekcji po kolei),

Budowa ścianowego przenośnika zgrzebłowego:

- trasa (zbudowana z powtarzalnych rynien o wysokości od 220 do 350mm i szerokości 750 do 1300mm)
- łańcuch zgrzebłowy

Technologia tradycyjna - urabia się skały za pomocą materiałów wybuchowych. Mechanizuje się oddzielnie każdą z głównych czynności:
- wiercenie otworów strzałowych,
- ładowarki,
- odstawa urobku,
- obudowa.

10% chodników drąży się tą technologią.

Wiercenie otworów strzałowych: wierci się 40 do 60 otworów i tam zakłada się ładunki. Stosuje się w skałach twardych, najczęściej w kamieniu.

Maszyny do otworów:
- wiertarki obrotowe i udarowe,
- wiertnice,
- wozy wiertnicze.

Ładowarki - do ładowania urobku, najpopularniejsze są ładowarki bocznie sypiące.

Odstawa urobku - wozy kopalniane, przenośniki zgrzebłowe i taśmowe.

Obudowa - brak mechanizacji - stawiana ręcznie.

Technologia kombajnowa: polega na tym, że skały zalegające w przekroju wyrobiska są skrawane za pomocą noży. Stosowana jest maszyna wieloczynnościowa, mechanizująca trzy z czterech głównych czynności - kombajn chodnikowy - urabia, ładuje urobek i odstawia go poza przodek (czwarta czynność to obudowa wyrobiska - nie jest to czynność zmechanizowana).

Podstawowe ograniczenia w technologii kombajnowej dotyczą:
- gabarytów wykonywanego chodnika (limitowana jest wysokość wyrobiska),
- kombajn ma możliwość urabiania poniżej linii spągu,
- urabialność skał, Rc < 70MPa, Rc - wytrzymałość skał na ściskanie. Powyżej tej granicy kombajny mogą urabiać, ale zależy od wielkości ściany i od skał.
- nachylenie wyrobiska d = +-18 st.

Klasy kombajnów:
- lekka, masa do 35 ton,
- średnia, masa do 50 ton,
- ciężka, masa powyżej 50 ton.

Kompleks chodnikowy - zestaw maszyn w technologii kombajnowej:
- kombajn chodnikowy,
- przenośnik mostowy - łączy przenośnik kombajny z ciągiem odstawczym,
- ciąg przenośników taśmowych (idzie przez cały chodnik),
- lutniociąg - zestaw lutni do dostarczania powietrza do przodka,
- instalacja odpylająca,
- zestaw aparatury elektrycznej, do zasilania wszystkich maszyn,
- urządzenia do transportu do przodka (ludzi, materiałów),
- urządzenia dodatkowe (np., telefony, oświetlenie, rurociąg z wodą).

11

---