Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Określenie parametrów technologicznych pracy koparki wielonaczyniowej kołowej bezwysuwowej.

Wesołowski Paweł

Wydział GiG

Rok III, grupa 3

Spis treści

1. Wprowadzenie

1.1. Cel projektu

1.2. Dane wyjściowe

1.3. Literatura, materiały źródłowe

2. Dobór koparki wielonaczyniowej

2.1. Wymagana wydajność teoretyczna koparki

2.2. Wymagany zasięg urabiania

2.3. Zestawienie danych technicznych

3. Określenie maksymalnych parametrów technologicznych koparki wielonaczyniowej kołowej

3.1. Promień urabiania koparki w położeniu koła naczyniowego na wysokości h_rmax oraz H_d

3.2. Kąt pochylenia wysięgnika w położeniu koła naczyniowego na wysokości h_rmax oraz H_d

3.3. Maksymalny promień urabiania

4. Pionowy podział skarpy wyrobiska

4.1. Podział piętra na stopnie

5. Parametry technologiczne pracy koparki wielonaczyniowej kołowej dla przyjętego podziału zabierki

5.1. Wysokość położenia osi koła urabiającego h_ri

5.2. Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła h_ri

5.3. Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła h_ri

6. Profilowanie skarpy czołowej

6.1. Kąt nachylenia skarpy czołowej

6.2. Graniczny kąt nachylenia skarpy czołowej

7. Wielkość zabioru

8. Szerokości zabierki

9.Wnioski

10. Załączniki

1.Wprowadzienie

1.1 Cel projektu

Celem projektu jest określenie parametrów technologii koparki wielonaczyniowej kołowej bezwysuwowej, zapoznanie się z geometrią frontu roboczego na podstawie wykonywanych obliczeń oraz zaznajomić się z charakterystyką wydajności koparki.

1.2 DANE WYJŚCIOWE
NAZWA
Wysokość zabierki nadpoziomowej
Wskaźnik wykorzystania czasu kalendarzowego
Wskaźnik wykorzystania wydajności teoretycznej
Czas kalendarzowy
Wydobycie
Kąt nachylenia skarpy czołowej i bocznej
Odległość ograniczająca dojazd koparki do czoła skarpy
Graniczny Kąt Przyłożenia Koła naczyniowego względem calizny (L i P)

1.3. Literatura, materiały źródłowe

1. Kołkiewicz W., Zastosowanie maszyn podstawowych w górnictwie odkrywkowym

2. Zajączkowski M., Katalog maszyn podstawowych w ciągłych systemach
   urabiania (http://www.kgo.agh.edu.pl)

2. Dobór koparki wielonaczyniowej kołowej.

2.1 Wymagana wydajność teoretyczna koparki:

$$Q_{0} = \frac{W}{EQ \cdot ET \cdot Tk} = \frac{12 \cdot 10^{6}}{0,6 \cdot 0,4 \cdot 8760} = 5707,76\ \lbrack\frac{m^{3}}{h}\rbrack$$

Wydajność ta uwzględnia wskaźnik wykorzystania czasu kalendarzowego i wskaźnik wykorzystania wydajności teoretycznej. Czas kalendarzowy 8760h jest wyliczony na podstawie lat nieprzestępnych w latach przestępnych wynosi o 8784h

2.2 Wymagany zasięg pionowy: 20 [m]

2.3 Zestawienie danych technicznych dobranej koparki SRs 2000
Nazwa
Wydajność teoretyczna
Pojemność czerpaka
Średnica koła urabiającego
Ilość czerpaków
Ilość wysypów
Maksymalna wysokość urabiania nadpoziomowego
Maksymalna głębokość urabiania podpoziomowego
Długość wysięgnika urabiającego
Odległość osi tylnego przegubu wysięgnika urabiającego od pionowej osi obrotu koparki
Wysokość zamocowania tylnego przegubu wysięgnika
Długość promienia ładowania
Graniczny kąt przyłożenia koła (lewy)
Graniczny kąt przyłożenia koła (prawy)
Zewnętrzny jednostronny gabaryt długości podwozia koparki
Zewnętrzny jednostronny gabaryt szerokości podwozia koparki

3. Określenie maksymalnych parametrów technologicznych koparki wielonaczyniowej kołowej

1. Promień urabiania koparki w położeniu koła naczyniowego na wysokości h_rmax oraz H_d

H_g = 29, 6[m]

h_rmax = H_g − 0, 2 ⋅ D = 29, 6 − 0, 2 ⋅ 12 = 27, 2[m]

$$P_{\text{gmax}} = \sqrt{K^{2} - {(h_{\text{rmax}} - y)}^{2}} + e = \sqrt{41^{2} - {(27,2 - 16)}^{2}} + 3 = 42,44\lbrack m\rbrack$$

H_d = 3[m]

$$P_{\text{dmax}} = \sqrt{K^{2} - {(H_{d} + y - \frac{D}{2})}^{2}} + e = \sqrt{41^{2} - {(3 + 16 - \frac{12}{2})}^{2}} + 3 = 41,88\lbrack m\rbrack$$

1. Kąt pochylenia wysięgnika w położeniu koła naczyniowego na wysokości h_rmax oraz H_d

$$+ \beta_{\max} = \arcsin\frac{h_{\text{rmax}} - y}{K} = \arcsin\frac{27,2 - 16}{41} = {15,85}^{o}$$

$$- \beta_{\max} = \arcsin\frac{y + H_{d} - \frac{D}{2}}{K} = \arcsin\frac{16 + 3 - \frac{12}{2}}{41} = {18,49}^{o}$$

1. Maksymalny promień urabiania

Jest to suma odległości osi tylnego przegubu wysięgnika urabiającego od pionowej osi obrotu koparki oraz długości wysięgnika urabiającego

P_max = K + e = 41 + 3 = 44 [m]

4. Pionowy podział skarpy wyrobiska

4.1 Podział skarpy na stopnie

0, 5 ⋅ D ≤ h_i ≤ 0, 7 ⋅ D

0, 5 ⋅ 12 ≤ h_i ≤ 0, 7 ⋅ 12

6 ≤ h_i ≤ 8, 4

Wysokość zabierki H=20 m

Proponowany podział skarpy :

I – 6 m

II – 7 m

III – 7 m

Możliwy był również podział na stopnie I-6,5m, II-6,5m, III-7m jednak podział na stopnie I-6m, II-7m, III-7m uznałem za wygodniejszy do obliczeń.
Zgodnie z zasadami projektowania najwyższe piętro jest najniższe.

5. Parametry technologiczne pracy koparki wielonaczyniowej kołowej dla przyjętego podziału zabierki.

5.1 Wysokość położenia osi koła urabiającego h_ri

$$h_{\text{ri}} = H - \ \sum_{i = 1}^{i}h_{i} + \ R$$

h_rI = 20 − 6 +  6 = 20[m]

h_rII = 20 − (6 + 7)+ 6 = 13[m]

h_rIII = 20 − (6 + 7 + 7)+ 6 = 6[m]

Wysokość położenia koła urabiającego mierzona od podłoża i nie jest ona
równa wysokości stopni.

5.2 Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła h_ri

Promienie urabiania koparki są funkcją długości wysięgnika, odległości osi
przegubu wysięgnika od osi obrotu koparki oraz kąta pochylenia wysięgnika.

$$P_{i} = \ \sqrt{K^{2} - \ {(h_{\text{ri}} - \ y)}^{2}} + \ e$$

$$P_{I} = \ \sqrt{41^{2} - \ {(20 - \ 16)}^{2}} + \ 3 = 43,80\ \lbrack m\rbrack$$

$$P_{\text{II}} = \ \sqrt{41^{2} - \ {(13 - \ 16)}^{2}} + \ 3 = 43,89\ \lbrack m\rbrack$$

$$P_{\text{III}} = \ \sqrt{41^{2} - \ {(6 - \ 16)}^{2}} + \ 3 = 42,76\ \lbrack m\rbrack$$

5.3 Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła h_ri

W przypadku, gdy kąt ten leży powyżej prostej poziomej, określa się go jako kąt wzniosu wysięgnika i posiada wartość dodatnią, gdy natomiast leży poniżej – jako kąt opuszczenia wysięgnika i posiada wartość ujemną

$${+ \beta max}_{i} = arcsin(\frac{h_{\text{ri}} - Y}{K}\ )$$

$${+ \beta max}_{I} = \arcsin\left( \frac{20 - 16}{41}\ \right) = 5,6$$

$${+ \beta max}_{\text{II}} = \arcsin\left( \frac{13 - 16}{41}\ \right) = - 4,2$$

$${+ \beta max}_{\text{III}} = \arcsin\left( \frac{6 - 16}{41}\ \right) = - 14,12$$

5.4 Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła h_ri z uwzględnieniem kąta pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła h_ri

P_i = K * cos(β_i ) +  e

P_I = 41 * cos(5.6) +  3 = 43, 80 [m]

P_II = 41 * cos(−4,2) +  3 = 43, 89 [m] ∖ nP_III = 41 * cos(−14,12) +  3 = 42, 76 [m]

6. Profilowanie skarpy czołowej

Skarpę czołową tworzą powierzchnie ograniczające poszczególne stopnie formowane
przez koparkę przy urabianiu ostatnich pasm na danym stopniu. W czasie urabiania
koło naczyniowe ustawione jest prostopadle do skarpy, w związku z czym profil skarpy tworzą odcinki obwodu koła.

6.1. Kąt nachylenia skarpy czołowej

α_c = 60

$$\alpha_{\text{cgr}} \leq \alpha_{c} \leq \frac{\pi}{2}$$

6.2. Graniczny kąt nachylenia skarpy czołowej

$$\alpha_{\text{cgr}} = \ arctg\left( \frac{h_{\text{rI}} - \ R}{P_{I} - \ (F + f)} \right) = arctg\left( \frac{20 - \ 6}{43,80 - (15 + 4)} \right) = 29,45$$

$$\alpha_{\text{cgr}} \leq \alpha_{c} \leq \frac{\pi}{2}$$

WARUNEK SPEŁNIONY

Skarpa spełnia warunek i jej kąt jest mniejszy od 90^o a większy od kąta granicznego.
Gdyby kąt był większy od 90^o następowało by natychmiastowe obsypywanie skarpy, a gdyby mniejszy od kąta granicznego to nie było by możliwe urabianie.

7. Wielkość zabioru

Wielkość zabioru ograniczona podjazdem koparki do skarpy czołowej:

Z₁ =  P_g −  (F+f) −  (h_g− R) *  ctg(α_c)

Z₁ =  43, 80 −  (15+4) −  (20− 6) *  ctg(60) = 16, 72 [m]

Wielkość zabioru ograniczona możliwością zetknięcia się z krawędzią stopnia:

Z₂ =  x₁− x₂

$$x_{1} = \ \frac{R*\cos\left( \beta_{g} \right) - \ (d + t)}{sin(\beta_{g})} = \frac{6*\cos\left( 5,6 \right) - \ (2 + 1,5)}{sin(5,6)} = 25,33$$

$$x_{2} = \ h_{g}*ctg\left( \alpha_{c} \right) - \ \sqrt{h_{g}*\left( D - \ h_{g} \right)} = 6*ctg\left( 60 \right) - \ \sqrt{6*\left( 12 - \ 6 \right)} = - 2,54$$

Z₂ =  25, 33 − (−2,54) = 27, 87 [m]

gdzie:

Pg – promień urabiania stopnia górnego

F – długość podwozia

f – wartość zadana, odległość podwozia od skarpy czołowej

hg – wysokość położenia osi koła urabiającego stopnia górnego

α_c – Kąt nachylenia skarpy czołowej

d – odległość dolnej krawędzi konstrukcji wysięgnika od osi wysięgnika = 2m

t – graniczna odległość zbliżenia konstrukcji wysięgnika od kr. skarpy = 1,5m

h_g- wysokość stopnia górnego

Z₁ = 16, 72 [m]

• Z = 16, 72 [m]

Z₂ = 53, 57 [m]

Wynika z tego że koparka przy podjeździe zostanie dużo wcześniej ograniczona przez podwozie, niż przez ramię urabiające.

8. Obliczenie geometrii frontu roboczego

3.1 Obliczenie szerokości zabierki czołowej

Szerokość zabierki osiągana przez koparkę zależy od promieni urabiania koparki, wysokości zabierki oraz przyjętego pochylenia skarpy bocznej

B = B_wg + B_zg

gdzie:

B_wg - wewnętrzna górna szerokość zabierki [m],

B_zg - zewnętrzna górna szerokość zabierki [m].

B_wg = P_g * sin(ξ_wg)

gdzie:

ξ_wg- kąt obrotu dla górnego stopnia,
Pg – promień urabiania stopnia górnego.

B_wg = 43, 80 * sin(58) = 37, 14 [m]

B_zd = P_d * sin(ξ_zd)

gdzie:

B_zd - szerokość części zew. zabierki na wysokości podstawy dolnego stopnia [m],

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

ξ_zd - kąt obrotu wysięgnika w kierunku wyrobiska, dla dolnego stopnia.

B_zd = 42, 76 * sin(58) = 36, 26 [m]

B_zg = B_zd − H * ctgα_b

gdzie:

α_b - kąt nachylenia skarpy bocznej,

H – wysokość zabierki.

B_zg = 36, 26 − 20 * ctg(60) = 24, 71 [m]

B=B_wg+B_zg

B = 37, 14 + 24, 71 = 61, 85 [m] 

9. Wnioski

W oparciu o dostarczone dane wyjściowe, obliczyłem wydajność teoretyczną.
Na jej podstawie dobrałem model koparki wielonaczyniowej kołowej SRs 2000.

Przeprowadzając pionowy podział zabierki, dobrałem trzy stopnie urabiania

wysokościach I-6m, II-7m, III-7m

Zaproponowany przeze mnie system eksploatacji w oparciu o parametry

wyjściowe w mojej ocenie jest najbardziej optymalnym technologicznie

modelem eksploatacji dla powyższych danych.

10. Załączniki

1. Rys. Nr 1 – Pionowy model technologiczny koparki wielonaczyniowej kołowej

2. Rys. Nr 2 – Poziomy model technologiczny koparki wielonaczyniowej kołowej

3. Rys. Nr 3 – Pionowy podział zabierki

4. Rys. Nr 4 – Promienie urabiania i kąty nachylenia wysięgnika

5. Rys. Nr 5 – Graniczny kąt pochylenia skarpy czołowej

6. Rys. Nr 6 – Szerokość zabierki