Serwik Justyna

Nr albumu 126619

Wydział Geoinżynierii,

Górnictwa i Geologii

Projekt z eksploatacji odkrywkowej:

Zaprojektowanie wykopu pod basen

Sprawdzający:

Dr Sławomir Jerzak

Wrocław, 3.12.2004

Cel projektu

Głównym celem projektu było zaprojektowanie wykonania wykopu pod basen (o wymiarach 10x10x10 m) przy użyciu układu technologicznego składającego się z spycharki, koparki jednonaczyniowej oraz transportu samochodowego. Założono, że obliczona objętość gruntu zostanie wybrana w ciągu 20 dni roboczych w terminie 1.02.2005 ÷28.02.2005r. w trybie pracy jednozmianowej, ośmiogodzinnej.

Pierwszym elementem projektu jest usunięcie 30 cm warstwy humusu przy użyciu spycharki. Następnie należy wybrać 7 m warstwę piasku z domieszką organiczną oraz 3 m warstwę piasku grubego. Powyższe grunty należą do III klasy urabialności. Przekrój przez poszczególne warstwy przedstawia rysunek 1.

Ostatnim elementem jest zaprojektowanie systemu transportu wydobytego materiału na zwałowisko.

Czas trwania prac

Termin: 1.02.2005 - 28.02.2005

Ilość dni roboczych: 20

Tryb pracy: jednozmianowa 8h

Łączna ilość godzin pracy - 160 h

Objętość humusu: 1470 m³

Objętość gruntu:

pierwszy poziom: 15632 m^3 drugi poziom: 4440 m^3 trzeci poziom: 876 m^3

Całkowita: 20948 m^3

Projekt spychania warstwy humusu

Warstwa humusu ma miąższość 0,3 m. Do zepchnięcia tego gruntu przeznaczona jest spycharka. Całe pole pracy spycharki jest nachylone w kierunku północno-wschodnim. Zostało ono podzielone na dwa pola, z których spycharka będzie zgarniać grunt na boki, w poprzek w stosunku do nachylenia terenu. Schemat pracy przedstawia rysunek 2 dołączony do projektu. Całkowita objętość spychanej warstwy wynosi 1470 m³. Objętość obu pól wynosi po 735 m³. Zakłada się, że prace zostaną wykonane w ciągu 4 dni.

Objętość lemiesza

Do pracy została przyjęta spycharka SG-100 o następujących parametrach:

• szerokość lemiesza: 3,4 m

• wysokość lemiesza: 1 m

Kąt naturalnego usypu dla suchego humusu wynosi: ρ = 30°

Pojemność lemiesza wynosi wg wzoru:

Gdzie:

B - szerokość lemiesza

H - wysokość lemiesza

J = 2 ,95 m³

Czas cyklu spycharki (czynności stałe i zmienne)

T_c = T_st + T_zm

gdzie:

T_st - czas czynności stałych (zmiany biegów, zmiany kierunku jazdy, podnoszenia i opuszczanie lemiesza),

T_zm - czas czynności zmiennych (odspajanie gruntu i nagarnianie urobku, przemieszczanie urobku, jazda powrotna).

Czas T_st przyjmujemy 20s ⇒ T_st = 0,33 min.

gdzie:

v₁ - prędkość jazdy spycharki w trakcie napełniania lemiesza = 3 [ km / h ]

v₂ - prędkość jazdy spycharki w trakcie powracania = 7 [ km / h ]

l - droga pokonywana przez spycharkę (po powierzchni planowanego wykopu oraz przepchnięcie gruntu 4 m poza skarpę planowanego wykopu) = 39 [ m ]

T_zm = 0,06 • 390 / 21

T_zm = 1,12 [ min ]

T_c = 0,33+ 1,12

T_c = 1,45 [ min ]

Wydajność eksploatacyjna spycharki:

gdzie:

J - pojemność lemiesza

k_n - współczynnik napełnienia = 0,9

k_i - współczynnik pochylenia terenu = 1,0

k_ps - współczynnik przesypu = 0,02 • l = 0,02 • 35 = 0,7

k_c - współczynnik wykorzystania czasu pracy = 0,8

Czas potrzebny do wykonania zadania spycharki

T_p = V / Q_e

Gdzie:

V - objętość gruntu do zepchnięcia

Q_e - wydajność eksploatacyjna spycharki

T_p = 1470 / 61,52

T_p = 23,89 [ h ]

T_p ≅ 24 h

Z obliczeń wynika, iż całkowity czas pracy spycharki wynosi 3 dni w ośmiogodzinnym trybie pracy. Przy założeniu, iż prace te należy wykonać w ciągu 4 dni wydajność jest zadowalająca.

Technologia pracy koparki

Dane:

• objętość urabianego materiału: V = 20948 m³,

• czas realizacji (pozostały): 17 dni - 136 h

• wymagana wydajność efektywna Q_wym:

Q_wym = V / t

Q_wym =20948 / 136

Q_wym = 154,03 m³/h

Założenia

• koparka przedsiębierna produkcji krajowej M500H o pojemności łyżki q = 3,0 m³,

• wysokość urabiania przy podziale na piętra 4 m.,

• kąt obrotu przy wyładunku 120°

• klasa urabialności skał: III,

• łatwość spływania materiału po nachylonych powierzchniach - B

Obliczenia

• optymalna wysokość urabiania koparką o pojemności łyżki 3,0 m³ w skałach III klasy urabialności h_opt = 5,5 m,

• maksymalna wymagana wysokość urabiania h_wym = 4m

• wysokość urabiania w % wysokości optymalnej (h_opt / h_wym) • 100 = (5,5 / 4) • 100 = 137,5 %,

• współczynnik wypełnienia naczynia k_n = 0,9

• czas trwania cyklu koparki w III klasie urabialności gleby dla pojemności łyżki 3,0 m³: T_c = 27 s

• współczynnik poprawkowy na kąt obrotu i wysokość obrotu k_o,h = 0,82

• współczynnik rozluźnienia materiału w łyżce k_r = 1,12

• współczynnik wykorzystania czasu pracy k_c = 0,8

• współczynnik współpracy ze środkami transportu k_w = 0,9

• współczynnik urabialności i łatwości spływania materiału k_m = 1,15

Obliczenie wydajności efektywnej koparki:

Wydajność efektywna koparki jest większa od wymaganej wydajności, co pozwala stwierdzić iż koparka została dobrana poprawnie.

Układ transportowy - samochodowy

Dobór samochodu ze względu na ładowność

Samochód samowyładowczy Mamut 200:

• pojemność geometryczna skrzyni - V_g = 11 m³

• teoretyczna pojemność nasypowa - V_n = 13 m³

• ładowność - P = 20 t

• współczynnik napełnienia skrzyni (dla piasków) k_n,s = 0,85

Średnia pojemność skrzyni:

V_a = V_n *k_n,s [m³]

V_a = 13 *0,85

V_a = 11,05 m³

Dobór relacji pojemności skrzyni samochodu i łyżki koparki

• ciężar skały w łyżce

• pojemność geometryczna łyżki - I = 3,0 m³

• współczynnik napełnienia łyżki w skałach III klasy - k_n = 0,9

• ciężar objętościowy materiały urabianego w caliźnie - γ = 1,82 t/m³

• współczynnik zagęszczenia urabianego materiału - k_z = 0,87

• współczynnik rozluźnienia skały w łyżce k_r,c = 1,12

Ciężar skały w łyżce:

[t]

• objętość skały w łyżce przeliczona na rozluźnienie w skrzyni samochodu

V = I * k_n * k_z [m³]

V = 3,0 * 0,9 *0,87

V = 2,35 m³

• potrzebna liczba wysypów do napełnienia skrzyni samochodu

• ze względu na ładowność

• ze względu na pojemność

Przyjmuję liczbę wysypów n_w = 4

• współczynnik wykorzystania ładowności samochodu w_p

Średni ciężar ładunku wynosi:

• współczynnik wykorzystania objętości skrzyni w_v

Średnia objętość ładunku:

Obliczone współczynniki wykorzystania ładowności i objętości skrzyni samochodu są wysokie, a więc samochód został dobrany prawidłowo.

W przypadku zawyżenia liczby wysypów do 5 powyższe współczynniki przekraczają wartość 1, a więc samochód jest przeciążony. Taka sytuacja nie może mieć miejsca, więc przyjęto liczbę wysypów równą 4, dzięki czemu wartości współczynników uzyskano mniejsze od 1, ale jednocześnie o wysokiej wartości.

Cykl pracy samochodu

Całkowity czas cyklu pracy samochodu wyrażamy wzorem:

T_c = t₁ + t₂ + t₃+ t₄ [min]

Gdzie

t₁ - czas podstawienia i załadowania

t₂ - czas jazdy z ładunkiem

t₃ - czas wyładunku i zawracania

t₄ - czas jazdy bez ładunku

Obliczenie czasu podstawienia i załadowania t₁

t₁ = t₁₀ + t₁₁ + t₁₂

Gdzie:

t₁₀ - czas dojazdu od drogi transportowej do miejsca załadunku

t₁₁ - czas manewrowania i podstawienia samochodu pod załadunek

t₁₂ - czas ładowania

• czas dojazdu od drogi transportowej do miejsca załadunku t₁₀

• długość drogi dojazdu L₁₀ = 0,01 [km]

• prędkość wejściowa v_e = 10 km/h (dla miękkiej, równej drogi gruntowej)

• współczynnik warunków jazdy k₁₀ = 1,0 dla jazdy bez ograniczeń

[min]

min

• czas manewrowania i podstawienia samochodu pod załadunek t₁₁ - podjazd pod kątem ok. 100° do ruchomej maszyny załadowczej (koparki jednonaczyniowej) odczytane z tabeli

t₁₁ = 0,5 min

• czas ładowania t₁₂

Gdzie:

V_a - średnia pojemność skrzyni samochodu = 11,05 m³

Q_z - wydajność załadunku zależna od rodzaju urządzenia załadowczego = Q_e / 60 [m³/min] = 3,64 m³/min

t₁ = t₁₀ + t₁₁ + t₁₂

t₁ = 0,12 + 0,5 + 3,04

t₁ = 3,66 [min]

Obliczenie czasu jazdy z ładunkiem t₂

t₂ = t₂₀ + t₂₁ + t₂₂ + t₂₃

Gdzie:

t₂₀ -czas dojazdu do drogi transportowej

t₂₁ - czas jazdy po rampie

t₂₂ - czas jazdy o wykopu do placu składowego

t₂₃ - czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku

• czas dojazdu do drogi transportowej t₂₀

Gdzie:

L₂₀ - długość drogi dojazdu = 10 m

k₂₀ - współczynnik odległości odczytany z tabeli = 1,66

• czas jazdy po rampie t₂₁

Gdzie:

L₂₁ - długość rampy = 0,04 [km]

V_m - maksymalna prędkość jazdy samochodu

k_p - współczynnik korekcyjny = 0,8

Gdzie:

N - moc silnika = 193 KM

P_b - ciężar samochodu z ładunkiem = 37 t

w_o - jednostkowy opór po drodze (tłuczniowa i żwirowa nieutwardzona) = 3 kN/Mg

a - wznios = 277,8 ‰

η - sprawność układu napędowego = 0,88

[km/h]

• czas jazdy od wykopu do placu składowego t₂₂

Gdzie:

L₂₂ - droga od wykopu do placu składowego = 0,13 km

k_p - współczynnik korekcyjny = 0,8

Gdzie:

N - moc silnika = 193 KM

P_b - ciężar samochodu z ładunkiem = 37 t

w_o - jednostkowy opór po drodze (tłuczniowa utwardzana) = 15 kN/Mg

a - wznios = 15 ‰

η - sprawność układu napędowego = 0,88

[km/h]

• czas jazdy z ładunkiem po zwałowisku t₂₃ (poziomy odcinek)

Gdzie:

L₂₃ - droga pokonywana na zwałowisku = 0,02 km

k₂₃ - współczynnik odległości = 1,33

Przy założeniu, że prędkość samochodu wynosi 1,6 m/s

t₂ = t₂₀ + t₂₁ + t₂₂ + t₂₃

t₂ = 0,28 + 0,68 + 0,24 + 4,43

t₂ = 5,63 [min]

Obliczenie czasu wyładunku i zawracania t₃

t₃ = t₃₀ + t₃₁ + t₃₂

Gdzie:

t₃₀ - czas dojazdu od drogi transportowej do miejsca wyładunku

t₃₁ - czas manewrowania przy wyładunku

t₃₂ - czas wyładunku

• czas dojazdu od drogi transportowej do miejsca wyładunku t₃₀

Gdzie:

L₃₀ - długość drogi dojazdu = 0,01 km

v_e - prędkość wejściowa = 10 km/h (dla miękkiej, równej drogi gruntowej)

k₁₀ - współczynnik warunków jazdy = 1,0 dla jazdy bez ograniczeń

• czas manewrowania przy wyładunku t₃₁

Manewrowanie i ustawianie samochodów do wyładunku realizowane jest w terenie otwartym, samochód do wyładunku podjeżdża pod kątem 90°.

t₃₁ = 15 s

t₃₁ = 0,25 min

• czas wyładunku t₃₂

Materiał bardzo dobrze wysypuje się ze skrzyni samochodu przy małym kącie zsypu:

t₃₂ = 15 s

t₃₂ = 0,25 min

t₃ = t₃₀ + t₃₁ + t₃₂

t₃ = 0,12 + 0,25 + 0,25

t₃ = 0,12 + 0,25 + 0,25

t₃ = 0,62 min

Obliczenie czasu jazdy pustym samochodem t₄

t₄ = t₄₀ + t₄₁ + t₄₂ + t₄₃

Gdzie:

t₄₀ - czas dojazdu od drogi transportowej

t₄₁ - czas jazdy po rampie

t₄₂ - czas jazdy od placu składowego do wykopu

t₄₃ - czas jazdy bez ładunku po zwałowisku

• czas jazdy bez ładunku po zwałowisku t₄₃

Gdzie:

L₄₃ - droga pokonywana na zwałowisku = 0,02 km

k₄₃ - współczynnik odległości = 1,33

Przy założeniu, że prędkość samochodu wynosi 1,6 m/s

• czas jazdy od placu składowego do wykopu t₄₂

Gdzie:

L₄₂ - droga od wykopu do placu składowego = 0,13 km

k_p - współczynnik korekcyjny = 0,8

Gdzie:

N - moc silnika = 193 KM

P_b - ciężar samochodu z ładunkiem = 17 t

w_o - jednostkowy opór po drodze (tłuczniowa utwardzana) = 15 kN/Mg

a - wznios = 0 ‰

η - sprawność układu napędowego = 0,88

[km/h]

Ze względów technologicznych samochód nie może uzyskać takiej prędkości, więc za maksymalną prędkość jazdy na poziomie przyjęto maksymalną prędkość katalogową na IV biegu = 42 km/h

• czas jazdy po rampie t₄₁

Gdzie:

L₄₁ - długość rampy = 0,04 [km]

V_m - maksymalna prędkość jazdy samochodu

k_p - współczynnik korekcyjny = 0,8

Gdzie:

N - moc silnika = 193 KM

P_b - ciężar samochodu z ładunkiem = 17 t

w_o - jednostkowy opór po drodze (tłuczniowa i żwirowa nieutwardzona) = 3 kN/Mg

a - wznios = -277,8 ‰

η - sprawność układu napędowego = 0,88

[km/h]

Prędkość jazdy samochodu wynosi 4,51 km/h. Znak ujemny przed prędkością oznacza iż samochód w czasie jazdy w dół rampy musi jechać na hamulcu, nie przekraczając maksymalnej prędkości. Przekroczenie maksymalnej prędkości może spowodować problemy z zahamowaniem na dole rampy. Do obliczenia czasu zjazdu po rampie przyjmujemy prędkość = 4,51 km/h

• czas dojazdu od drogi transportowej t₄₀

Gdzie:

L₄₀ - długość drogi dojazdu = 10 m

k₄₀ - współczynnik odległości odczytany z tabeli = 1,66

t₄ = t₄₀ + t₄₁ + t₄₂ + t₄₃

t₄ = 0,28 + 0,67 + 0,23 + 4,43

t₄ = 5,61

Całkowity czas cyklu samochodu wynosi:

T_c = t₁ + t₂ + t₃+ t₄ [min]

T_c = 3,66 + 5,63 + 0,62+ 5,61

T_c = 15,52 [min]

Dobór liczby samochodów

• wydajność zastosowanego samochodu

Q = V₀ •

Gdzie:

V₀ - średnia objętość ładunku = 9,4 m³/h

T_c - czas trwania jednego cyklu = 15,52 min

Q = 9,4 •

Q = 36,34 [m³/h]

• wymagana liczba samochodów

Gdzie:

T_p - czas trwania cyklu samochodu = 15,52 min

t₁ - czas załadunku jednego samochodu = 3,66 min

• Wymagana liczba samochodów - 1-sze przybliżenie

Szacunkowa liczba samochodów wynosi

Gdzie:

Q_p - wymagany przewóz w ciągu ośmiu godzin pracy koparki = 1745,92 m³/dzień

Q - wydajność samochodu na godzinę = 36,34 m³/h

t_p -dyspozycyjny czas pracy samochodu = 8 h

• Wymagana liczba samochodów - 2-gie przybliżenie

Potrzebna liczba samochodów wynosi:

H₂ = H₁ • d_f • d_a

Gdzie:

H₁ - szacunkowa liczba potrzebnych samochodów = 6,44

d_f - współczynnik zmęczenia kierowcy (minimalna ilość zmian biegów, na krótkich odcinkach, przy 8h zmianie) = 1,03

d_a - współczynnik dyspozycyjności (lekkie warunki eksploatacji, przy jednozmianowym trybie pracy) = 1,1

H₂ = 6,44 • 1,03 • 1,1

H₂ = 7,29

Przyjmuję 8 samochodów

Zapotrzebowanie na kierowców

• Teoretyczna liczba kierowców

K_k = H • s

Gdzie:

H - liczba samochodów

s - ilość zmian

K_k = 8 • 1

K_k = 8

• Praktycznie potrzebna liczba kierowców

K_ka = K_k • d_k

Gdzie:

d_k - współczynnik absencji i wypadków (dla dobrych warunków pracy i dobrych warunków atmosferycznych) = 1,05

K_ka = 8 • 1,05

K_ka = 8,4

K_ka ≅ 9

Liczba samochodów rezerwowych

H_r = 0,3 • H

H_r = 0,3 • 8

H_r = 2,4

H_r ≅ 3

Przyjęto liczbę samochodów rezerwowych: H_r = 3

Łączna liczba samochodów, które będą niezbędne do transportu urobku wynosi 11

Podsumowanie

Do realizacji wykopu pod basen zaplanowano użycie następujących urządzeń w odpowiednich ilościach:

• spycharka SG-100 - 1 sztuka

• koparka łyżkowa jednonaczyniowa przedsiębierna M500H - 1 sztuka

• samochód samowyładowczy Mamut 200 - 11 sztuk (w tym 3 rezerwowe)

1

3

---