Kraków, 03.02.2010

Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Temat: Dobór parametrów technologicznych pracy koparki wielonaczyniowej bezwysuwowej kołowej.

Przemysław Gut

GiGIII gr. I

Spis treści:

1. Cel projektu

2. Określenie technologii pracy koparki wielonaczyniowej KWK 1500

2.1. Podstawowe dane technologiczne koparki KWK 1500

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

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

2.1.4. Maksymalny promień urabiania

2.1.5. Promień urabiania na poziomie roboczym

2.2. Pionowy podział skarpy wyrobiska

2.2.1. Podział piętra na stopnie

2.3. Określenie parametrów roboczych koparki KWK 1500, przy urabianiu poszczególnych stopni

2.3.1. Wydajność położenia osi koła urabiającego h_ri

2.3.2. Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła h_ri

2.3.3. Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła h_ri

2.3.4. Zależność promienia urabiania i kąta pochylenia wysięgnika od wysokości h_ri

2.4. Wykonanie skarpy czołowej

2.4.1. Kąt nachylenia skarpy czołowej - 60°

2.4.2. Wielkość zabioru

3. Obliczenie geometrii frontu roboczego

3.1. Obliczenie szerokości zabierki czołowej

4. Określenie wydajności koparki KWK 1500

4.1. Wydajność teoretyczna

4.2. Wydajność techniczna

4.3. Wydajność efektywna

4.4. Wydajność eksploatacyjna

5. Wnioski

6. Literatura

7. Załączniki

7.1. Pionowy model technologiczny dobranej koparki wielonaczyniowej kołowej

7.2. Poziomy model technologiczny dobranej koparki wielonaczyniowej kołowej

7.3. Pionowy podział zabierki

7.4. Promienie urabiania i kąty nachylenia wysięgnika

7.5. Szerokość zabierki

1. Cel projektu.

Zapoznanie z parametrami technologicznymi wybranej koparki wielonaczyniowej KWK 1500. Wyznaczenie frontu pracy koparki.

Określenie efektywności pracy danej koparki dla wydobycia kopaliny- piasku.

1. Określenie parametrów technologii pracy koparki wielonaczyniowej KWK 1500.

2.1. Podstawowe dane technologiczne koparki.

Wyszczególnienie	Symbol	KWK 1500
Wydajność teoretyczna [m^3/godz]	Qo	4100
jednostkowe opory kopania [kN/m]		100
Wysokość urabiania [m]	Hmax	25
Pojemność czerpaków [m^3]	V	1,5
Średnica koła naczyniowego [m]	D	9,5
Liczba czerpaków [sztuk]		12
liczba wysypów [min^-1]		60
Siła obwodowa na kole czerpakowym [kN]		-
Prędkość kopania [m/s]		2,5
Graniczny kąt przyłożenia koła	
- prawy		50
-lewy		50
Moc napędów zespołu urabiającego [kW]		630
Głębokość urabiania [m]	Hd	3,0
Maksymalny wznios osi koła ponad poziom roboczy [m]	hrmax	23,5
Wysokość zawieszenia osi przegubu wysięgnika [m]	y	11,7
Długość wysięgnika [m]	K	36,2
Odległość zawieszenia przegubu wysięgnika od osi obrotu [m]	e	1,8
Gabaryty podwozia
długość [m]		27,4
szerokość [m]	2E	20
Prędkość jazdy [m/min]		8

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

Promieniem urabiania nazywana jest odległość osi koła urabiającego od pionowej osi koparki.

, m

, m

a) na wysokości h_rmax= 23,5m

$P_{\max} = \sqrt{{36,2}^{2} - {(23,5 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 36,02 m

b) na wysokości H_d= 3,0m

$P_{\text{Hd}} = \sqrt{{36,2}^{2} - {(3 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 36,94 m

gdzie:

K- długość wysięgnika mierzona od osi koła naczyniowego do osi tylnego przegubu wysięgnika,

h_rmax - maksymalna wysokość wzniosu osi koła urabiającego ponad poziom roboczy,

y – wysokość usytuowania osi tylnego przegubu wysięgnika od poziomu roboczego,

e – odległość osi tylnego przegubu od pionowej osi koparki,

H_d – maksymalna głębokość urabiania poniżej poziomu roboczego koparki.

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

Graniczne kąty pochylenia wysięgnika to maksymalne kąty wzniosu i opuszczenia wysięgnika dopuszczalne przez konstrukcje koparki.

a) na wysokości h_rmax= 23,5m

$+ \beta_{\max} = arcsin(\frac{23,5 - 11,7}{36,2})$ = 19,02⁰

b) na wysokości H_d= 3,0m

$- \beta_{\min} = arcsin(\frac{3 + 11,7 - 4,75}{36,2})$ = 15,95­⁰

2.1.4. Maksymalny promień urabiania.

Maksymalny promień urabiania występuje przy poziomym położeniu wysięgnika urabiającego.

gdzie:

P_max – maksymalny promień urabiania [m],

K – długość wysięgnika, K = ,

e - odległość zawieszenia przegubu wysięgnika od osi obrotu, e = 1,8m.

2.1.5. Promień urabiania na poziomie roboczym

$P_{d}(P_{p}) = \sqrt{{36,2}^{2} - \left( 4,75 - 11,7 \right)^{2}} + 1,8$ = 37,33 m

2.2. Pionowy podział skarpy wyrobiska

2.2.1. Podział piętra na stopnie

Podział piętra na stopnie (dokonanie podziału wysokości piętra na stopnie w zależności od średnicy koła urabiającego danej koparki)

0,5 D ≤ h_i ≤ 0,7 D

gdzie:

D – średnica koła naczyniowego [m]

h_i – wysokość stopnia [m]

(stopnie liczymy od góry)

D = 9,5 m

4,75 ≤ h_i ≤ 6,65

Wysokość piętra H = 21,5 m

Skok podziału na stopnie powinien wynosić, co 0,5m. Wysokość piętra podzielono na 4 stopnie o wysokości:

h₁ = 6,5 m,

h₂ = 5 m,

h₃ = 5 m,

h₄ = 5 m,

n = 4

2.3. Określenie parametrów roboczych koparki KWK 1500, przy urabianiu poszczególnych stopni.

2.3.1. Wysokość położenia osi koła urabiającego h_ri.

Wysokość położenia koła naczyniowego nad poziomem roboczym (dla stopni o różnej wysokości).

gdzie:

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

- wysokość zabierki [m]

- wysokość i-tego stopnia [m]

- promień koła naczyniowego [m]

h₁(h_rg) = 21,5 - 6,5 + 4,75 = 19,75 m

h₂ = 21,5 – (6,5+5) + 4,75 = 14,75 m

h₃= 21,5 – (6,5+5+5) + 4,75 = 9,75 m

h_r4(h_rd) = 21,5 – (6,5+5+5+5) + 4,75 = 4,75 m

2.3.2. Promień urabiania koparki na wysokości położenia koła h_ri.

Promienie urabiania na poszczególnych stopniach

Dla danej koparki o określonych wartościach K oraz e, promienie urabiania można przedstawić jako funkcję jednej zmiennej wysokości urabiania wyrażonej przez h_ri.

gdzie:

- długość wysięgnika urabiającego [m]

- odległość osi tylnego przegubu od osi koparki [m]

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

- wysokość usytuowania osi tylnego przegubu

$P_{1}{(P}_{g}) = \sqrt{{36,2}^{2} - {(19,75 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 37,09 m

$P_{2} = \sqrt{36,2 - {(14,75 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 37,87 m

$P_{3} = \sqrt{36,2 - {(9,75 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 37,94 m

$P_{4}(P_{d}) = \sqrt{36,2 - {(4,75 - 11,7)}^{2}} + 1,8$ = 37,33 m

2.3.3. Kąt pochylenia wysięgnika urabiającego na wysokości położenia koła h_ri.

+β₁ = arcsin(0,22237) =12,84

+β₂ = arcsin(0,08425) = 4,8^o

+β₃ = arcsin(0,05386) = 3,09

−β₄ = arcsin(0,19198) = − 11,06

1. Zależność promienia urabiania i kąta pochylenia wysięgnika od wysokości h_ri

	Wysokość hri	Promień urabiania	Kąt poch. wysięgnika
hr1	19,75 m	19,75 m	12,84
hr2	14,75 m	14,75 m	4,8^o
hr3	9,75m	9,75m	3,09
hr4	4,75 m	4,75 m	11,06^o

2.4. Wykonanie skarpy czołowej.

2.4.1. Kąt nachylenia skarpy czołowej.

Kąt nachylenia skarpy jest to kąt dwuścienny zawarty między skokiem skarpy a płaszczyzną poziomą.

- kąt nachylenia skarpy[°]

, wartość podana

2.4.2. Wielkości zabioru.

Wielkość zabioru oddziałuje na zakres osiągalnych kątów w sposób analogiczny jak zmniejszenie wolnego wysięgu zespołu urabiającego. Graniczne pochylenie skarpy jest, więc pochyleniem minimalnym dla wielkości zabioru równej zeru. Przy określonej wysokości i pochyleniu czoła zabierki wielkość zabioru ograniczona jest dojazdem koparki do skarpy czołowej oraz możliwością zetknięcia się konstrukcji wysięgnika urabiającego z krawędzią podstawy stopnia przy urabianiu stopnia górnego.

- wielkość zabioru ograniczona dojazdem koparki od skarpy czołowej [m]

- wielkość zabioru ograniczona możliwością zetknięcia się konstrukcji wysięgnika z krawędzią stopnia [m]

Wielkość zabioru ograniczona dojazdem koparki do skarpy czołowej

P_g= 37,09m

F= 13,7m

f= 4,3

h_rg= 21,25m

R= 4,75

α_c= 60

Z­_1­ = 37,09– (13,7+4,3) – (19,75–4,75) • 0,5774 = 10,43 m

Wielkość zabioru ograniczona możliwością zetknięcia się wysięgnika z krawędzią stopnia

gdzie:

β_g- kąt wzniosu wysięgnika na stopniu górnym β_g=15,29°

d- odległość dolnej krawędzi konstrukcji wysięgnika od osi koła naczyniowego, d=1m

t- graniczna odległość zbliżenia konstrukcji wysięgnika od krawędzi skarpy, t=1m

h_g- wysokość stopnia

$x_{1} = \frac{4,75 0,3468 - (2 + 2)}{0,2223} = 2,83\ m$

$x_{2} = 5 \ 0,5774 - \sqrt{5(9 - 5)} = \ - 1,87\ m$

3. Obliczenie geometrii frontu roboczego.

3.1. Obliczenie szerokości zabierki czołowej.

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

Do wielkości ograniczających szerokość zabierki należy:

• Odległość górnej krawędzi skarpy wewnętrznej od osi trasy koparki, czyli wewnętrzna górna szerokość zabierki

• Odległość dolnej krawędzi skarpy zewnętrznej od osi trasy koparki, tj. zewnętrzna dolna szerokość zabierki

Szerokość zabierki:

gdzie:

- wewnętrzna górna szerokość zabierki

- zewnętrzna górna szerokość zabierki

Wewnętrzna górna szerokość zabierki

B_wg = 37,09 • 0,819 = 32,12 m

Zewnętrzna dolna szerokość zabierki

B_zd = 36,94 • 0,866 = 31,99 m

Zewnętrzna górna szerokość zabierki

B_zg = 31,99 –5 • 0,5774 = 29,1 m

SZEROKOŚĆ ZABIERKI:

B = 31,99 + 29,103 = 61,2 m

4. Określenie wydajności koparki KWK 1500

4.1. Wydajność teoretyczna

Teoretyczną wydajność koparki oblicza się jako iloczyn geometrycznej pojemności czerpaka V i liczby wysypów w jednostce czasu n.

Wydajność teoretyczną przyjęto na podstawie katalogu.

Koparka z reguły nie osiąga takiej wydajności.

4.2. Wydajność techniczna

Dla piasku:

k_w- współczynnik wypełnienia czerpaka k_w=1.0

k_r- współczynnik rozluzowania k_r=1,1

Q_t = 6300 _• $\frac{0,85}{1,1}$ = 3549,9 m³/godz

4.3. Wydajność efektywna

gdzie:

β_m- współczynnik okresowego zmniejszenia wydajności β_m=0,9

β_x- współczynnik ruchów manewrowych β_x=1

Q_e = 3549,9 • 0,94­ • 1 = 3328,4 m³/godz

4.4. Wydajność eksploatacyjna

gdzie:

- współczynnik strat związanych z nieregularnością frontu roboczego, β_t = 0,96

- współczynnik strat losowych, β_l= 1

Q_r = 3328,4 • 0,68 • 1 = 2263,34 m³/godz

Między wydajnościami zachodzi zależność:

6. Wnioski:

Po wykonaniu projektu stwierdzono, że dla koparki KWK 1500 i przy wysokości pietra: 21.5m, promień urabiania koparki maleje wraz z zwiększenie kąta pochylenia wysięgnika urabiającego. Promień maksymalny występuje przy poziomym położeniu wysięgnika urabiającego.

Wielkość zabioru ograniczona jest dojazdem koparki od skarpy czołowej [m] i możliwością zetknięcia się konstrukcji wysięgnika z krawędzią stopnia [m].

Projekt posłużył do zaznajomienia się z pracą koparek i zaprojektowania obszaru obejmującego interesującą kopalinę.

7. Literatura:

• W. Kołkiewicz „Zastosowanie maszyn podstawowych w górnictwie odkrywkowym”, Wydawnictwo „Śląsk”, str. 95-130

• A. Bęben „Maszyny i urządzenia do wydobywania kopalin pospolitych bez użycia materiałów wybuchowych”, Uczelniane Wydawnictwo Naukowo- Dydaktyczne, Kraków 2008, str. 122-130