Zestawienie danych

Punkt A	Punkt B	Punkt C	Min liczba łuków poziomych	Dopuszczalne nachylenie [%]	Wielkość wydobycia [mln Mg/rok]	Kopalina
X	Y	X	Y	X	Y	R [m]
300	300	2200	2100	600	2200	150

Założenia do projektów

1. Przekrój podłużny w skali

   • Oś pozioma 1: 5000

   • Oś pionowa 1: 500

2. Przekroje poprzeczne 1: 100

3. Maksymalne dopuszczalne nachylenie podłużne osi drogi: 5 %

4. Droga powinna składać się z przynajmniej 3 łuków poziomych

5. Promienie łuków od 100 do 150 m.

Wykaz odcinków projektowanej drogi

Odcinek	Długość [m]	Nachylenie [%]
A - P1	90	3,8
P1 - P2	101	3,8
P2 – P3	259	3,8
P3 – P4	200	3,8
P4 – P5	160	3,8
P5 - P6	160	3,8
P6 – P7	520	2,5
P7 – P8	103,5	2,5
P8 – P9	96,5	2,5
P10 – P11	155,79	2,5
P11 – P11.1	280,83	2,5
P11.1 – P12	193,17	3,6
P12 – P13	150,1	3,6
P13 – P14	104,9	3,6
P14 – P15	90,5	0
P15 – P16	59,5	0
P16 - P17	69,05	0
P17 - P18	117,95	0
P18 – P19	280	0
P19 – P20	133	4,3
P20 –P21	110	4,3
P21 – P22	100	4,3
P22 – P23	163	4,3
P23 – P24	195	4,3
P24 – P25	171	4,3
P25 – P26	459	1,8
P26 – P27	330	1,8
P27- B	196	1,8
Σ=	5199

Obliczenie wydajności godzinowej wydobycia kopaliny użytecznej

gdzie:

W₁ - wielkość wydobycia kopaliny użytecznej, 1.9 mln Mg/rok

d - liczba dni pracy w ciągu roku, 250 dni

h - liczba godzin pracy na zmianę, 8 godzin

z - liczba zmian pracy, 2

Dobór koparki jednonaczyniowej

Koparki jednonaczyniowe są to maszyny robocze przeznaczone głównie do prac ziemnych tj. do urabiania dowolnego złoża kopalin pospolitych i przemieszczania odspojonego urobku na środki transportowe lub odkład. Koparki stanowią dużą grupę maszyn różniących się między sobą: sposobem przeniesienia napędu (mechaniczne, hydrauliczne), rodzajem podwozia (gąsienicowe, oponowe) i rodzajem zastosowanego osprzętu roboczego.

Dobór pojemności łyżki koparki

gdzie:

W_h - wielkość wydobycia kopaliny użytecznej, 1.9 mln Mg/h,

t_c - czas cyklu koparki, 22s

k_r - współczynnik rozluzowania kopaliny, 1.7

k_n - współczynnik napełnienia, 0.6

k_c - wsp wykorzystania czasu roboczego, 0.83

γ₀ - ciężar objętościowy urobku, 2.4-2.77, przyjęto 2.75 Mg/m³

Źródło 1. A. Bęben „Maszyny i urządzenia do wydobywania kopalin pospolitych bez użycia materiałów wybuchowych”, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo- Dydaktyczne, Kraków 2008, str. 84

Współczynnik rozluzowania - współczynnik spulchnienia – wskaźnik ten ma kilka definicji w zależności od przyjmowanych warunków odniesienia, w przypadku projektu następująca definicja jest optymalna: jest to stosunek objętości urobku do objętości, którą ten sam materiał zajmował w caliźnie.

Tabela 1. Współczynniki wypełnienia łyżki koparki jednonaczyniowej k_n [wg Wiśniewskiego]

Klasa urabialności wg J. Laing Construction	Określenie	Typowy materiał	Współczynnik wypełnienia, kn
I	bardzo łatwo urabialne	zwały luźnego piasku, drobnego kamienia itp.	1,00
II	bardzo łatwo urabialne	nie zagęszczony grunt usypowy, lekki piasek gliniasty	0,95
III	bardzo łatwo urabialne	piasek i żwir słabo skonsolidowany	0,90
IV	łatwo urabialne	gleba zwykła	0,85
V	średnio urabialne	twarda glina, kamień grubo pokruszony	0,80
VI	średnio urabialne	dobrze odstrzelony kamień, ruda żelaza na zwale	0,75
VII	dość trudno urabialne	nadkład o mieszanym składzie	0,70
VIII	trudno urabialne	mokra glina, kreda, łupek ilasty	0,60
XI	bardzo trudno urabialne	źle odstrzelony kamień, konglomerat, piaskowiec	0,50

Wyliczona objętość łyżki koparki uważam że jest optymalna bo wybór koparek jednonaczyniowych do których można dopasować łyżkę o odpowiadających parametrach jest duża, co może sugerować że są to koparki popularne na rynku, więc automatycznie ich cena nie jest zawyżona tak jak to się dzieje przy produktach produkowanych na zamówienie.

Dobór koparki z katalogów maszyn

Dobierano koparkę jednonaczyniową Volvo EC460C

Dane techniczne:

• Silnik Volvo D12D

• Moc maksymalna przy 30 r/s (1800 r/min)

• Siła urabiania od siłownika łyżki wg SAE J1179 253 kN

• Pojemność łyżki1, 1,78 - 3,63 m³

• Maksymalny zasięg kopania 13,3 m

• Maksymalna głębokość kopania 9,2 m

• Masa robocza 47,9-50,5 t

Dobrano łyżkę GP 1.5 t/m³ o pojemności 3.625 m³

Dobór samochodu

Samochód – Wozidło – nieprzeznaczony do ruchu drogowego, duży samochód technologiczny samowyładowczy (o ładowności od ok. 20 do 220 ton), często o konstrukcji przegubowej, stosowany do transportu urobku na terenie zakładu górniczego.        

Obliczenie pojemności skrzyni samochodu

gdzie:

n - liczba wysypów łyżki koparki 3÷6,

V_k - pojemność łyżki koparki, 3,6 m³

k_ns - współczynnik wypełnienia skrzyni samochodu (przyjęto 0,8)

Tabela 5. Wartość współczynnika napełnienia skrzyni samochodu

Tabela 6. Pojemność skrzyni samochodu ze względu na liczbę wysypów łyżki koparki.

n – liczba wysypów łyżki koparki	Pojemność łyżki koparki Vk [m^3]	Pojemność skrzyni samochodu Vs [m^3]
3	3.6	8.11
4	3.6	10.81
5	3.6	13.51
6	3.6	16.21

Obliczenie ładowności skrzyni samochodu

gdzie:

V_s - pojemność skrzyni samochodu, m³

k_r - współczynnik rozluzowania urobku, 1.7

γ₀ - gęstość objętościowa kopaliny, 2.75 Mg/m³

Tabela 7. Ładowności skrzyni ze względu na liczbę wysypów łyżki koparki.

n – liczba wysypów łyżki koparki	Pojemność skrzyni samochodu Vs [m^3]	Ładowność skrzyni samochodu Łs [Mg]
3	8.11	13.11
4	10.81	17.49
5	13.51	21.86
6	16.21	26.23

Dobór samochodu z katalogu maszyn

Dobrano wozidło przegubowe HM 300-2

O parametrach:

• Moc silnika (kW/KM) : 246 / 329

• Prędkość jazdy (km/godz.) : 58,6

• Maksymalna ładowność (kg) : 27 300

• Pojemność załadowcza (m3 SAE) : 16,6

Obliczenie wskaźnika wykorzystania pojemności skrzyni samochodu

gdzie:

V_su – objętość urobku w skrzyni, m³

V_sk – objętość skrzyni katalogowa, 16,6 m³

k_ns - współczynnik wypełnienia skrzyni samochodu (przyjęto 0,8)

V_s – obliczona pojemność skrzyni samochodu, 16,21 m³

Obliczenie wskaźnika wykorzystania ładowności skrzyni samochodu

gdzie:

q_us - ciężar urobku w skrzyni, Mg

q_sk - ładowność katalogowa w skrzyni, 27,3 Mg

k_ns - współczynnik wypełnienia skrzyni samochodu (przyjęto 0,8)

Ł_s - ładowność skrzyni samochodu 26,23 Mg

Wskaźniki wykorzystania pojemności skrzyni samochodu i ładowności skrzyni samochodu są dość wysokie, próba uzyskania wyższych wskaźników mogła by spowodować przeciążenie maszyn.

1. Obliczenia technologiczno- ruchowe

   1. Czas cyklu samochodu

T_c = t_l + t_jl + t_mw + t_w + t_jp + t₀ + t_mz [s]

gdzie:

T_c – czas cyklu samochodu, s

t_ł - czas załadunku,

t_jł – czas jazdy z ładunkiem

t_mw – czas manewrowania pojazdu pod wyładunek, 30s

t_w – czas wyładunku, 45s

t_jp – czas jazdy powrotnej

t_o – czas oczekiwania, 0s

t_mz – czas manewrowania pojazdu pod załadunek, 20s

t_l = t_c • n [s]

gdzie:

t_c – czas cyklu koparki, 22s

n – liczba łyżek ładowanych na skrzynię podczas jednego załadunku, 6

t_l = 22 • 6 = 132 [s]

$$t_{jl} = \frac{l}{v_{\text{jt}}}\ \lbrack s\rbrack$$

gdzie:

l– długość drogi 5199 m,

v_jt – prędkość jazdy z załadunkiem, 30km/h = 8.33 m/s

$$t_{jl} = \frac{5199}{8.33} = 624.13\ \lbrack s\rbrack$$

$$t_{\text{jp}} = \frac{l}{v_{\text{jp}}}\ \lbrack s\rbrack$$

gdzie:

v_jp – prędkość jazdy bez załadunku, 40km/h = 11.11 m/s

$$t_{\text{jp}} = \frac{5199}{11.11} = 467.96\lbrack s\rbrack$$

T_c = 132 + 624 + 30 + 45 + 468 + 0 + 20 = 1319 [s]

Czas cyklu jednego samochodu jest dość długi bo wynosi prawie 22 minuty, jest to spowodowane przede wszystkim małą prędkością z jaką poruszają się samochody a także długa droga jaką muszą pokonać, bo w każdą stroną samochód musi przejechać prawie 5,2km.

Ilość samochodów

$$N_{i} = \frac{T_{c}}{t_{l}}\ \lbrack szt\rbrack$$

gdzie:

N_i – ilość samochodów

T_c – czas cyklu samochodu, 1319 [s]

t_ł - czas załadunku,

$$N_{i} = \frac{1319}{132} = 10\lbrack szt\rbrack$$

Tabor samochodów parku inwentarzowego - N_e:

$$N_{e} = \frac{N_{i}}{k_{g}}\ \lbrack szt\rbrack$$

gdzie:

k_g - współczynnik gotowości technicznej taboru samochodowego, 07÷0.9

$$N_{e} = \frac{10}{0.8} = 12\ \lbrack szt\rbrack$$

Tabór samochodów w parkingu powinien wynosić 12, ze względów praktycznych aby gotowych do pracy zawsze było 10 samochodów, 2 samochody są uznawane jako rezerwowe na wypadek ustek czy awarii.

Czas oczekiwania w kolejce - t_o:

t_o = N_i • t_l − T_c [s]

t_o = 10 • 132 − 1319 = 1 [s]

t_o= 1 [s] oznacza to że samochód czeka 1 sekundę w kolejce, jest to czas praktycznie nie zauważalny w trakcie procesu.

Całkowita szerokość drogi

B = k₁ + l₁ + s + l₃ + l₄ + s + l₂ + k₂ [m]

gdzie:

k₁, k₂ – szerokość poboczy, 0.75 m

l₁, l₂, l₃, l₅ – szerokości dodawane z obu stron pojazdu, 0.2 m

l₄ – szerokość dodawana w celu zapewnienia bezpieczeństwa przejazdu, 0.5 m

s- szerokość pojazdu, 2.9 m

B = 0.75 + 0.2 + 2.9 + 0.2 + 0.5 + 2.9 + 0.2 + 0.75 = 8.6 [m]

Całkowita szerokość drogi wynosi 8,6 metra i jest minimalna szerokość konieczna ze względów bezpieczeństwa ruchu samochodów na kopalni.

Harmonogram jazdy samochodów – załącznik 4

Harmonogram pracy samochodów został przedstawiony graficznie, przedstawia on cykl pracy kolejnych samochodów ze względu na funkcją czasu i odległości. Dzięki czemu w prosty sposób można zobaczyć gdzie znajduję się dany samochód w określonym czasie.

Ze względu na duże gabaryty rycina została dołączony w formie załącznika.

Roboty ziemne

Nr przekroju	Odległość [m]	Powierzchnia [m^2]	Średnia powierzchnia [m^2]	Odległość [m]	Objętość [m^3]	Złużycie na miejscu [m^3]	Nadmiar objętości [m^3]	Suma algebraiczna [m^3]
		wykop	nasyp	wykop	nasyp		wykop	nasyp
P4	0	0,154	9,1			50
				0,287	8,33		14,35	416,5
P5	50	0,42	7,56			50
				0,51	7,08		25,5	354
P6	150	0,6	6,59			50

Na podstawie tych obliczeń wykonanych na 3 przekrojach porzecznych dogi, wykazano że w tym badanym odcinku drogi ilość materiału jaka została ściągnięta jest znacznie mniejsza od ilości materiału ziemnego jaka potrzebujemy na wykonie nasypu. W skutek czego materiał ten należy dostarczyć z zewnątrz.

Wnioski

Projekt ten miał na celu zapoznanie z procesem projektowania drogi transportowej w kopalniach odkrywkowych. W ramach projektu o temacie „Projekt transportu cyklicznego” wyznaczono drogę dla transportu w kopalni optymalną ze względu na narzucone warunki – maksymalne nachylenie (5%) i wyznaczone punkty przez które ta droga musi przebiegać, oraz minimalna liczba łuków poziomych (3). Na podstawie danych takich jak wielkość wydobycia (1.9 mln Mg/rok) oraz rodzaj kopaliny (granit), dobrano koparkę jednonaczyniową (Volvo EC460C) i wozidło przegubowe (HM 300-2). Obliczono czas cyklu jednego samochodu (1319 s) i wyznaczono optymalną ilość samochodów (10 szt.) które współpracując z koparką zaowocują najwyższym wskaźnikiem wykorzystania urządzeń. Na podstawie przekrojów poprzecznych w 3 wybranych punktach wyznaczono roboty ziemne w badanym odcinku drogi.

Bibliografia

• A. Bęben „Maszyny i urządzenia do wydobywania kopalin pospolitych bez użycia materiałów wybuchowych”, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo- Dydaktyczne, Kraków 2008, str. 28, 84

• http://www.komatsupoland.pl/index.php?mid=1#6

• http://www.volvo.com/dealers/pl-pl/Volvo/products/crawlerexcavators/EC460C/introduction.htm

• http://www.teberia.pl/encyklopedia.php

1. Załączniki

   1. Mapa terenu z poprawna trasą drogi

   2. Przekrój podłużny

   3. Przekrój poprzeczny

   4. Harmonogram jazdy samochodów