Politechnika Wrocławska Wrocław, 23.05.2009 r.

Wydział Geoinżynierii,

Górnictwa i Geologii

Studia dzienne magisterskie

Rok IV Sem VIII

PROJEKT Z EKSPLOATACJI ODKRYWKOWEJ

Temat: Analiza technologiczna pracy koparki kołowej KWK-1500

Wykonał: Prowadzący:

Andrzej Makieła dr inż. H. Wojtkiewicz

nr 141755

Dane projektowe

Dane dotyczące koparki kołowej: KWK-1500
Lp.	Parametr	Symbol	Wartość	Jednostka
1	Moc napędu koła czerpakowego	No	630	kW
2	Średnica koła czerpakowego	D	10,4	m
3	Pojemność czerpaka	q	1,4	m^3
4	Liczba czerpaków	z	10	szt.
5	Liczba wysypów na minutę	nw	65	1/min
6	Maksymalna wysokość poziomu roboczego	hrg	22	m
7	Długość wysięgnika koparki	K	36	m
8	Odległość osi tylnego przegubu do osi podwozia koparki	e	1	m
9	Wysokość osi tylnego przegubu wysięgnika na poziom roboczy	y	8	m
10	Graniczny kąt przyłożenia koła czerpakowego względem calizny	Hl,p	50	m
11	Jednostronny gabaryt długości podwozia koparki	F	10	m
12	Jednostronny gabaryt szerokości podwozia koparki	E	10	m
13	Maksymalna długość załadunku	lz	30	m
14	Grubość dolnego płata konstrukcji wysięgnika koła czerpakowego	d	1	m
15	Promień zaokrąglenia czerpaka	r	0	m
16	Klasa urabialności	-	IV	-
17	Ciężar objętościowy kopaliny	γ0	2,1	Mg/m^3
18	Współczynnik wypełnienia czerpaka	kw		-
19	Współczynnik rozluźnienia skały w czerpaku	Kr		-

1. Promień urabiania i kąty pochylenia wysięgnika urabiającego w funkcji wysokości urabiania.

β = arcsin [(hr - y)/K]

0.5D < hr < hrg

Tabela nr 1.

hr [m]	Pu [m]	B [°]
5,2	36,89	-4,46
10,4	36,92	3,82
15,6	36,19	12,19
20,8	34,65	20,83
22	34,17	22,89

Obliczanie maksymalnego promienia urabiania:

2. Obliczenie kątów granicznych pochylenia skarpy bocznej zabierki w funkcji jej wysokości

- warunek aby koparka nie wyszła z zabierki

- warunek podwozia

Tabela nr 2.

hr [m]	abgr [°]	a'bgr [°]
5,2	0,0	0,0
10,4	26,45	27,09
15,6	44,85	45,65
20,8	56,17	56,91
22	58,11	58,82

3. Obliczenie maksymalnej odległości osi trasy koparki od wewnętrznej skarpy bocznej w funkcji wysokości zabierki i przyjętego pochylenia skarpy bocznej

Tabela nr 3.

	I max [m]
hr	ab [20]	ab [25]	ab [30]	ab [35]	ab [40]	ab [45]	ab [50]
		20	25	30	35	40	45	50
5,2	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17
10,4	19,88	23,01	25,16	26,74	27,97	28,97	29,80
15,6	5,59	11,86	16,15	19,31	21,77	23,77	25,44
20,8	-8,69	0,71	7,15	11,89	15,57	18,57	21,08
22	-11,99	-1,86	5,07	10,17	14,14	17,37	20,07

Tabela nr 3. c.d.

I max [m]
ab [55]	ab [60]	ab [65]	ab [70]	ab [75]	ab [80]	ab [85]	ab [90]
55	60	65	70	75	80	85	90
34,17	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17	34,17
30,53	31,16	31,74	32,27	32,77	33,25	33,71	34,17
26,88	28,16	29,32	30,38	31,38	32,33	33,26	34,17
23,24	25,16	26,89	28,49	29,99	31,42	32,80	34,17
22,40	24,47	26,33	28,05	29,66	31,20	32,70	34,17

4. Obliczenie minimalnego pochylenia skarby bocznej w funkcji wysokości zabierki i odległości osi trasy koparki od skarpy bocznej

Tabela nr 4

	ab min
hr	l	l	l	l	l	l	l	l	l
	23,71	28	29	30	31	32	33	34	34,2
5,2	0	0	0	0	0	0	0	0	0
10,4	21,37	30,02	33,02	36,61	40,91	46,12	52,43	60,02	61,41
15,6	38,05	49,13	52,43	56,06	60,02	64,32	68,96	73,91	74,76
20,8	49,58	60,02	62,85	65,83	68,96	72,23	75,62	79,11	79,70
22	51,66	61,82	64,54	67,38	70,35	73,43	76,61	79,88	80,43

5. Obliczenie zewnętrznej dolnej szerokości zabierki w funkcji dolnego zewnętrznego kąta obrotu wysięgnika urabiającego

Tabela nr 5

φzd	Bzd
-30	-18,45
-25	-15,59
-20	-12,62
-15	-9,55
-10	-6,41
-5	-3,22
0	0,00
5	3,22
10	6,41
15	9,55
20	12,62
25	15,59
30	18,45

6. Obliczenie zewnętrznej górnej szerokości zabierki w funkcji zewnętrznego górnego kąta obrotu wysięgnika urabiającego, pochylenia skarpy bocznej i wysokości zabierki

Tabela nr 6

	Bzg
hr	ab	ab	ab	ab	ab	ab	fi zd
		40	50	60	70	80	90
	5,2	-24,64	-22,81	-21,45	-20,34	-19,36	-18,45	-30
		-18,81	-16,98	-15,62	-14,51	-13,53	-12,62	-20
		-12,60	-10,77	-9,41	-8,30	-7,32	-6,41	-10
		-6,20	-4,36	-3,00	-1,89	-0,92	0,00	0
		0,21	2,04	3,40	4,51	5,49	6,41	10
		6,42	8,25	9,62	10,72	11,70	12,62	20
		12,25	14,08	15,44	16,55	17,53	18,45	30
	10,4	-30,84	-27,17	-24,45	-22,23	-20,28	-18,45	-30
		-25,01	-21,34	-18,62	-16,40	-14,45	-12,62	-20
		-18,80	-15,13	-12,41	-10,19	-8,24	-6,41	-10
		-12,39	-8,73	-6,00	-3,79	-1,83	0,00	0
		-5,99	-2,32	0,40	2,62	4,57	6,41	10
		0,22	3,89	6,61	8,83	10,78	12,62	20
		6,05	9,72	12,44	14,66	16,61	18,45	30
	15,6	-37,04	-31,54	-27,45	-24,12	-21,20	-18,45	-30
		-31,21	-25,71	-21,62	-18,30	-15,37	-12,62	-20
		-25,00	-19,50	-15,41	-12,08	-9,16	-6,41	-10
		-18,59	-13,09	-9,01	-5,68	-2,75	0,00	0
		-12,19	-6,68	-2,60	0,73	3,66	6,41	10
		-5,97	-0,47	3,61	6,94	9,87	12,62	20
		-0,15	5,36	9,44	12,77	15,69	18,45	30
	20,8	-43,23	-35,90	-30,45	-26,02	-22,11	-18,45	-30
		-37,41	-30,07	-24,63	-20,19	-16,29	-12,62	-20
		-31,19	-23,86	-18,41	-13,98	-10,07	-6,41	-10
		-24,79	-17,45	-12,01	-7,57	-3,67	0,00	0
		-18,38	-11,05	-5,60	-1,16	2,74	6,41	10
		-12,17	-4,84	0,61	5,05	8,95	12,62	20
		-6,34	0,99	6,44	10,87	14,78	18,45	30
	22	-44,66	-36,91	-31,15	-26,45	-22,32	-18,45	-30
		-38,84	-31,08	-25,32	-20,62	-16,50	-12,62	-20
		-32,62	-24,87	-19,11	-14,41	-10,29	-6,41	-10
		-26,22	-18,46	-12,70	-8,01	-3,88	0,00	0
		-19,81	-12,05	-6,30	-1,60	2,53	6,41	10
		-13,60	-5,84	-0,08	4,61	8,74	12,62	20
		-7,77	-0,01	5,74	10,44	14,57	18,45	30

7. Obliczenie szerokości zabierki w funkcji zewnętrznego dolnego kąta obrotu wysięgnika urabiającego, pochylenia skarpy bocznej zabierki, przy wewnętrznym górnym kącie obrotu wysięgnika urabiającego równym 90°

Tabela nr 7

	B
	ab	ab	ab	ab	ab	ab	fi zd
hr	40	50	60	70	80	90
5,2	9,52	11,36	12,72	13,83	14,80	15,72	-30
		15,35	17,19	18,55	19,66	20,63	21,55	-20
		21,56	23,40	24,76	25,87	26,84	27,76	-10
		27,97	29,80	31,16	32,27	33,25	34,17	0
		34,38	36,21	37,57	38,68	39,66	40,57	10
		40,59	42,42	43,78	44,89	45,87	46,78	20
		46,41	48,25	49,61	50,72	51,69	52,61	30
	10,4	3,33	6,99	9,72	11,94	13,89	15,72	-30
		9,15	12,82	15,54	17,76	19,72	21,55	-20
		15,37	19,03	21,76	23,97	25,93	27,76	-10
		21,77	25,44	28,16	30,38	32,33	34,17	0
		28,18	31,85	34,57	36,79	38,74	40,57	10
		34,39	38,06	40,78	43,00	44,95	46,78	20
		40,22	43,89	46,61	48,83	50,78	52,61	30
	15,6	-2,87	2,63	6,71	10,04	12,97	15,72	-30
		2,96	8,46	12,54	15,87	18,80	21,55	-20
		9,17	14,67	18,75	22,08	25,01	27,76	-10
		15,57	21,08	25,16	28,49	31,42	34,17	0
		21,98	27,48	31,57	34,89	37,82	40,57	10
		28,19	33,69	37,78	41,11	44,03	46,78	20
		34,02	39,52	43,61	46,93	49,86	52,61	30
	20,8	-9,07	-1,73	3,71	8,15	12,05	15,72	-30
		-3,24	4,10	9,54	13,98	17,88	21,55	-20
		2,97	10,31	15,75	20,19	24,09	27,76	-10
		9,38	16,71	22,16	26,60	30,50	34,17	0
		15,78	23,12	28,56	33,00	36,90	40,57	10
		22,00	29,33	34,77	39,21	43,12	46,78	20
		27,82	35,16	40,60	45,04	48,94	52,61	30
	22	-10,50	-2,74	3,02	7,71	11,84	15,72	-30
		-4,67	3,09	8,85	13,54	17,67	21,55	-20
		1,54	9,30	15,06	19,75	23,88	27,76	-10
		7,95	15,71	21,46	26,16	30,29	34,17	0
		14,35	22,11	27,87	32,56	36,69	40,57	10
		20,57	28,32	34,08	38,78	42,90	46,78	20
		26,39	34,15	39,91	44,60	48,73	52,61	30

8. Obliczenie szerokości zabierki w funkcji zewnętrznego dolnego kąta obrotu wysięgnika urabiającego przy granicznym pochyleniu skarpy bocznej w zależności od wysokości urabianego piętra

Tabela nr 8

abgrt	0,00	27,09	45,65	56,91	58,82
Hmax	7,28	12,48	17,68	22,88	24,08
hr	5,2	10,4	15,6	20,8	22
y zd	B
-30	-	-8,68	-1,56	0,81	1,15
-25	-	-5,82	1,29	3,66	4,00
-20	-	-2,85	4,27	6,64	6,98
-15	-	0,22	7,34	9,71	10,05
-10	-	3,36	10,48	12,85	13,19
-5	-	6,55	13,67	16,04	16,38
0	-	9,77	16,88	19,26	19,59
5	-	12,98	20,10	22,47	22,81
10	-	16,17	23,29	25,66	26,00
15	-	19,32	26,43	28,80	29,14
20	-	22,38	29,50	31,87	32,21
25	-	25,36	32,47	34,85	35,19
30	-	28,21	35,33	37,70	38,04

9. Obliczenie granicznego pochylenia skarpy czołowej zabierki w funkcji jej wysokości

w zależności od wielkości koparki (przyjęto współczynnik f”=2)

Tabela nr 9

hr	acrg
5,2	0
10,4	14,05
15,6	26,58
20,8	36,89
22	38,95

10. Obliczenie maksymalnej wartości zabioru w funkcji wysokości zabierki i pochylenia skarpy czołowej ze względu na możliwość dojazdu do czoła zabierki

Tabela nr 10

hr	ac	ac	ac	ac	ac	ac
	40	50	60	70	80	90
5,20	20,79	20,79	20,79	20,79	20,79	20,79
10,40	14,59	16,42	17,78	18,89	19,87	20,79
15,60	8,39	12,06	14,78	17,00	18,95	20,79
20,80	2,19	7,70	11,78	15,11	18,03	20,79
22,00	0,76	6,69	11,09	14,67	17,82	20,79

11. Obliczenie maksymalnej wartości zabioru z uwagi na możliwość zetknięcia się konstrukcji wysięgnika urabiającego z górną krawędzią drugiego stopnia w zabierce (licząc od góry)

przyjęto t = 0,4

Tabela nr 11

B	hr	ac	ac	ac	ac	ac	ac
				40	50	60	70	80	90
-4,46084	5,20	-49,65173	-47,8179	-46,4568	-45,3473	-44,3715	-43,4546
3,822554	10,40	49,63224	53,29984	56,02203	58,24118	60,19267	62,02647
12,18747	15,60	4,053499	9,554901	13,63819	16,96692	19,89415	22,64486
20,8275	20,80	-9,856643	-2,52144	2,922946	7,361251	11,26423	14,93183
22,88538	22,00	-12,29969	-4,5413	1,217186	5,911547	10,0397	13,91889

12. Prognoza wydajności

1. Wydajność teoretyczna

gdzie: q - pojemność czerpaka [m³]

n_w - liczba wysypów na minutę [1/min]

2. Wydajność techniczna

gdzie: k_w - współczynnik wypełnienia czerpaka

k_r - współczynnik rozluźnienia

Klasa urabialności: IV

k_w = 1,0 k_r = 1,35

3. Wydajność efektywna

gdzie: β_s - współczynnik sierpowatości urabianych pasm,

β_m - współczynnik ruchów manewrowych niezbędny do procesów koparki,

β_r,h - współczynnik rozruchu i hamowani w końcowych strefach urabianych

4. Wydajność ruchowa

Β_k = 0,95 β_l = 0,95

gdzie: β_k - współczynnik uwzględniający straty wydajności na końcówkach frontu eksploatacyjnego skutkiem zmiennych parametrów geometrycznych urabianej zabierki,

β_l - współczynnik strat losowych (kamienie, bryły)

5. Wydajność ruchowa z uwzględnieniem oporów kopania

gdzie: Q_r,kl - wydajność możliwa do uzyskania przy danej wartości jednostkowych oporów kopania k_lśr i dynamice procesu kopania d_k

Współczynnik Klsk:

gdzie: Q_t - wydajność techniczna [m³/h]

N₀ - moc nominalna napędu koła czerpakowego [kW]

n_m - sprawność całkowita napędu

n_w - liczba wysypów

r - promień zaokrąglenia między krawędziami skrawającymi czerpaka [m]

D - średnica koła czerpakowego

Φ_u - kąt urabiania [°]

	Qt	4044,44	3844,44	3644,44	3444,44	3244,44	3044,44	2844,44
hr	fi u
3,12	66,42	51,12	53,52	56,07	58,77	61,66	64,77	68,11
5,2	90	43,77	45,77	47,89	50,14	52,54	55,10	57,86
7,28	113,58	38,25	39,97	41,78	43,70	45,75	47,93	50,27

2644,44	2444,44	2244,44	2044,44	1844,44	1644,44	1444,44	1244,44	1044,44
71,74	75,71	80,08	84,92	90,37	96,56	103,72	112,18	122,45
60,84	64,08	67,63	71,55	75,93	80,88	86,56	93,20	101,18
52,79	55,52	58,51	61,79	65,44	69,55	74,24	79,69	86,18

844,44	644,44	444,44	244,44	44,44
135,38	152,61	177,71	221,32	357,25
111,09	124,07	142,51	173,29	260,07
94,16	104,49	118,91	142,35	204,42

	Qt	4666,667	4644,44	4444,44	4244,44	4044,44	3844,44	3644,44	3444,44
nw=	75	35,12	35,29	36,87	38,53	40,27	42,10	44,04	46,09
nw=	65	-	-	-	-	43,77	45,77	47,89	50,14
nw=	55	-	-	-	-	-	-	-	-

3422,22	3244,44	3044,44	2844,44	2644,44	2444,44	2244,44	2044,44	1844,44	1644,44
46,33	48,28	50,62	53,13	55,85	58,79	62,02	65,58	69,55	74,03
50,40	52,54	55,10	57,86	60,84	64,08	67,63	71,55	75,93	80,88
55,56	57,93	60,78	63,85	67,17	70,78	74,74	79,13	84,03	89,58

1444,44	1244,44	1044,44	844,44	644,44	444,44	244,44	44,44
79,16	85,15	92,32	101,21	112,79	129,17	156,26	231,05
86,56	93,20	101,18	111,09	124,07	142,51	173,29	260,07
95,96	103,45	112,46	123,70	138,47	159,60	195,23	298,16

13. Obliczenia dotyczące zabierek

1. Zabierka czołowa

1. Dane podstawowe

2. Promień urabiania na i-tym stopniu

Stopień 0

Stopień 1

Stopień 2

Stopień 3

Stopień 4

3. Zewnętrzna szerokość zabierki

4. Zewnętrzny kąt obrotu wysięgnika

Stopień 0

Stopień 1

Stopień 2

Stopień 3

Stopień 4

5. Wewnętrzny górny kąt obrotu wysięgnika

Stopień 0

Stopień 1

Stopień 2

Stopień 3

Stopień 4

1. Zabierka boczna

1. Dane podstawowe

2. Zewnętrzna szerokość zabierki

3. Zewnętrzny dolny kąt obrotu wysięgnika

Stopień 0

Stopień 1

Stopień 2

Stopień 3

Stopień 4

4. Przesunięcie koparki w celu urobienia kolejnego pasma

Stopień 0-1

Stopień 1-2

Stopień 2-3

Stopień 3-4

5. Wewnętrzny górny kąt obrotu wysięgnika

Stopień 0

Stopień 1

Stopień 2

Stopień 3

Stopień 4

Projekt z Eksploatacji odkrywkowej Andrzej Makieła

Strona 6 z 7

---