Kraków 23.01.2010 r.

Akademia Górniczo – Hutnicza

Im. Stanisława Staszica

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

PROJEKT KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ

Anna Biernat

Górnictwo i Geologia

Rok III

Spis treści:

1. Cel projektu

2. Określenie parametrów technologii pracy koparki wielonaczyniowej SchRs 4600x50.

   1. Podstawowe dane technologiczne koparki SchRs 4600x50.

      1. Promień urabiania koparki w położeniu koła naczyniowego na wysokości hrmax oraz Hd.

      2. Kąt pochylenia wysięgnika w położeniu koła naczyniowego na wysokości hrmax oraz Hd.

      3. Maksymalny promień urabiania.

      4. Promień urabiania na poziomie roboczym.

   2. Pionowy podział skarpy wyrobiska.

      1. Podział piętra na stopnie.

   3. Określenie parametrów roboczych koparki SchRs 4600x50, przy urabianiu poszczególnych stopni.

      1. Wysokość położenia osi koła urabiającego hri.

      2. Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła hri.

      3. Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła hri.

      4. Zależność promienia urabiania i kąta pochylenia wysięgnika od wysokości hri.

   4. Wykonanie skarpy czołowej.

      1. Kąt nachylenia skarpy czołowej.

      2. Wielkości zabioru.

3. Obliczenie geometrii frontu roboczego.

   1. Obliczenie szerokości zabierki czołowej.

4. Określenie wydajności koparki SchRs 4600x50.

   1. Wydajność teoretyczna.

   2. Wydajność techniczna.

   3. Wydajność efektywna.

   4. Wydajność eksploatacyjna.

5. Załączniki.

   1. Pionowy model technologiczny dobranej koparki wielonaczyniowej kołowej;

   2. Poziomy model technologiczny dobranej koparki wielonaczyniowej kołowej;

   3. Pionowy podział zabierki

   4. Promienie urabiania i kąty nachylenia wysięgnika

   5. Szerokość zabierki

1. Cel projektu:

Celem projektu jest dobranie do pracy na poziomie roboczym wielonaczyniowej koparki kołowej w oparciu o dostarczone do analizy dane. Koparka ta ma urabiać caliznę pracując w systemie zabierkowym czołowym, co oznacza, że rzut pionowy koparki (bez wysięgnika urabiającego) pokrywa się w całości lub w części z podstawą urabianej zabierki.

Wielonaczyniowa koparka kołowa charakteryzuje się tym, że naczynia urabiające umieszczone są na obwodzie koła urabiającego. W odniesieniu do budowy całej maszyny możemy mówić o następujących układach podstawowych:

• układ urabiający,

• układ ładujący,

• układ transportu wewnętrznego,

• podwozie,

• konstrukcja nośna.

Zadaniem układu urabiającego jest wykonywanie głównego procesu roboczego koparki, czyli odspajanie urobku od calizny z równoczesnym zbieraniem i przemieszczaniem go na układ zwałujący. Bezpośredni proces urabiania wykonują naczynia robocze umieszczone na płaszczu wąskiego bębna usytuowanego na końcu wysięgnika urabiającego. Bęben wraz z naczyniami nosi nazwę koła naczyniowego. Z kolei konstrukcja układu ładującego, będącego ogniwem wiążącym koparkę z układem transportowym kopalni, zależy od rodzaju tego transportu oraz od rodzaju i wielkości koparki. Generalnie ze względu na rodzaj transportu rozróżnić można koparki z układem dostosowanym do transportu taśmowego i - stosowanego już na coraz mniejszą skalę - transportu szynowego, natomiast z uwagi na usytuowanie wysypu same już układy ładujące podzielić można na wewnętrzne i zewnętrzne. Zadaniem kolejnego układu - transportu wewnętrznego - jest przemieszczenie urobku z zespołu urabiającego do zsuwni ładującej układu ładującego. Stopień złożoności układu zależy od rodzaju i typu koparki. W koparkach kołowych stopień rozbudowania zależy ściśle od sposobu powiązania konstrukcji wysięgnika urabiającego z konstrukcją nadwozia. W koparkach bezwysuwowych układ jest prosty i składać się może z dwóch przenośników na wysięgniku urabiającym i ładującym z punktem przesypu w osi obrotu koparki. Podwozie natomiast przenosi na podłoże poziomu roboczego ciężar maszyny i wszystkie działające na nią obciążenia zewnętrzne oraz przemieszcza maszynę w czasie urabiania, jak i transportu, np. na inny poziom roboczy. Do najczęściej stosowanych obecnie rozwiązań w górnictwie odkrywkowym należą podwozia gąsienicowe. Do zadań ostatniego wyróżnionego układu, jakim jest konstrukcja nośna, należy wzajemne powiązanie wszystkich zespołów roboczych i przeniesienie ich ciężaru oraz działających nań sił zewnętrznych na podwozie maszyny, gdzie podstawowe zagadnienia związane z układem konstrukcji nośnej dotyczą zawieszenia wysięgnika urabiającego, połączenia go z konstrukcją nośną, obrotu nadwozia i powiązania zespołu urabiającego z ładującym.

1. Określenie parametrów technologii pracy koparki wielonaczyniowej SchRs 4600x50:

   1. Podstawowe dane technologiczne koparki SchRs 4600x50

Wyszczególnienie	Symbol	Wartość
Wydajność teoretyczna	Q0	11000 [m^3/h]
Jednostkowe opory kopania		132 [kN/m]
Wysokość urabiania	Hmax	50 [m]
Pojemność czerpaków	V	4 [m^3]
Średnica koła naczyniowego	D	17,3 [m]
Liczba czerpaków		16 [sztuk]
Liczba wysypów		46 [min^-1]
Siła obwodowa na kole naczyniowym		72 [kN]
Prędkość kopania		2,6 [m/s]
Graniczny kąt przyłożenia koła - prawy - lewy	κ	55 50
Moc napędów zespołu urabiającego		3x735 [kW]
Głębokość urabiania	Hd	18 [m]
Maksymalny wznios osi koła ponad poziom roboczy	hrmax	46,54 [m]
Wysokość zawieszenia osi przegubu wysięgnika	y	21 [m]
Długość wysięgnika	K	72 [m]
Odległość zawieszenia przegubu wysięgnika od osi obrotu	e	3,5 [m]
Gabaryty podwozia: - długość - szerokośc	2F 2E	40,3 [m] 30,5 [m]
Prędkość jazdy		1,8÷9 [m/min]

1. Promień urabiania koparki w położeniu koła naczyniowego na wysokości hrmax oraz Hd:

gdzie:

y - wys. usytuowania osi tylnego przegubu wysięgnika od poz. roboczego [m],

K - długość wysięgnika urabiającego [m],

R - promień koła naczyniowego [m],

h_rmax - maksymalna wysokość urabiania [m],

H_d – głębokość urabiania [m].

1. Kąt pochylenia wysięgnika w położeniu koła naczyniowego na wysokości hrmax oraz Hd:

2. Maksymalny promień urabiania:

gdzie:

K - długość wysięgnika urabiającego [m],

e - odległość osi tylnego przegubu od osi koparki [m]

1. Pionowy podział skarpy wyrobiska.

   1. Podział piętra na stopnie:

0,5 D ≤ h_i ≤ 0,7 D

gdzie:

D – średnica koła naczyniowego [m]

h_i – wysokość stopnia [m]

Dla koparki SchRs 4600x50:

D = 17,3 m

8,65 ≤ h_i ≤ 12,11

Wysokość zabierki H = 44 m

Ze względu, iż skok podziału na stopnie wynosi , a dla moich danych zakres wysokości stopnia h_i mieści się w przedziale 8,65 ÷ 12,11 m, odpowiedni jest tylko podział zabierki na stopnie o równej wysokości:

h_i = 11 m ⇒ h₁ = 11 m, h₂ = 11 m, h₃ = 11 m, h₄ = 11 m

n = 4

1. Określenie parametrów roboczych koparki SchRs 4600x50, przy urabianiu poszczególnych stopni.

   1. Wysokość położenia osi koła urabiającego hri:

gdzie:

- wysokość położenia koła naczyniowego na i-tym stopniu zabierki [m]

- ilość stopni

- nr stopnia

- wysokość stopnia [m]

- promień koła naczyniowego [m]

1. Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła hri:

2. Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła hri:

3. Zależność promienia urabiania i kąta pochylenia wysięgnika od wysokości hri:

hri [m]	P [m]	Β [^o]
41,65 m	72,48 m	16^o40’
30,65 m	74,85 m	7^o42’
19,65 m	75,49 m	-1^o04’
8,65 m	74,43 m	-9^o53’

1. Wykonanie skarpy czołowej.

   1. Kąt nachylenia skarpy czołowej:

α_c=50^o

1. Wielkości zabioru:

gdzie:

Z₁ - wielkość zabioru ograniczona dojazdem koparki do skarpy czołowej:

gdzie:

P_g - promień urabiania na górnym stopniu zabierki [m],

f - odległość ograniczająca dojazd koparki do czoła skarpy [m],

F - podłużny gabaryt podwozia [m],

h_rmax - maksymalna wysokość wzniosu koła koparki ponad poziom roboczy [m],

R - promień koła naczyniowego [m],

α _c - kąt pochylenia skarpy czołowej [˚].

Z ₂ - wielkość zabioru ogranicz. możliwością zetknięcia się konstrukcji wysięgnika

z krawędzią stopnia:

gdzie:

d=1[m]

t=0,5[m]

d - odległość dolnej krawędzi konstr. wysięgnika od osi koła naczyniowego [m],

t - graniczna odległość zbliżenia konstr. wysięgnika od krawędzi skarpy [m],

β - kąt wzniosu wysięgnika [˚],

h - wysokość stopnia [m].

2. Obliczenie geometrii frontu roboczego.

   1. Obliczenie szerokości zabierki czołowej:

gdzie:

B_wg - wewnętrzna górna szerokość zabierki [m],

B_zg - zewnętrzna górna szerokość zabierki [m].

Ψ_wg −  kat obrotu dla gornego stopnia  ⇒ 58^o

gdzie:

B_zd - szerokość części zewnętrz. zabierki na wys. podstawy dolnego stopnia [m],

α_b - kąt nachylenia skarpy bocznej⇒50⁰,

H – wysokość piętra,

b – szerokość skarpy.

gdzie:

P_d - promień urabiania na dolnym stopniu zabierki [m],

Ψ_zd - kąt obrotu wysięgnika w kierunku wyrobiska, dla dolnego stonia [˚]⇒58^o

b=36,1[m]

2. Określenie wydajności koparki SchRs 4600x50.

   1. Wydajność teoretyczna:

Gdzie:

V – pojemność czerpaków [m³]

n – liczba wysypów [1/min]

1. Wydajność techniczna:

gdzie:

Q _o – wydajność teoretyczna [m³/h],

k_s – współczynnik spulchnienia,

k_w – współczynnik wypełnienia naczyń.

1. Wydajność efektywna:

gdzie:

Q_t – wydajność rzeczywista techniczna [m³/h],

A – współczynnik sposobu pracy:

gdzie:

- współczynnik strat związanych z ruchami manewrowymi (0,59-0,84)⇒0,7

- współczynnik uwzględniający inne czynności wpływające okresowo na zmniejszenie wydajności (przyjmujemy 1)

A = 0,7*1=0,7

1. Wydajność eksploatacyjna:

gdzie:

Q _e – wydajność efektywna [m³/h],

C – współczynnik miejsca pracy:

gdzie:

- współczynnik strat związanych z nieregularnością frontu roboczego⇒0, 95

- współczynnik strat losowych ⇒1

C = 0,95*1 = 0,95