koncept predavanja - dr. Esad Mulavdić, docent

Transcript

1 TEMA: F) I) SREDSTVA ZA RADOVE U STIJENI SA SVRHOM MINIRANJA; II) OSTALA SREDSTVA za struganje, glodanje, razbijanje, cijepanje, rušenje stijene i drugih čvrstih materijala (betona, asfalta i sl.) Iskopi u materijalu IV,V,VI i VII kategorije na površini i u podzemlju mogu da se rade na nekoliko načina: - a) mehaničkim djelovanjem sile zatezanja: o udarom/sudarom stari način (kamen, čekić, 'macola', 'štamp'), o cijepanjem kroz udarno djejstvo klina (krampa, vrh ćuskije, metalni klinovi+čekić, pneumatski i hidraulički čekić), o cijepanjem kroz statičko djejstvo klasični način (djelovanje leda; efekat drvenog klina kad se natapa vodom), o 'piljenjem' kružnim, lančanim ili pilama sa užetom i dijamantskim zrnima (primjena ograničena na vađenje ukrasnog kamena ili sječenje izgrađenih konstrukcija od betona asfalta i sl.) o struganjem/glodanjem=mikrocijepanje ('freze'/glodalice, 'krtice', 'štit'), o cijepanjem mlazom vode pod velikim/ mpa/ pritiskom ('vodeni top'), - b) termičkim djelovanjem: o paljenjem vatre na kamenu, pa naglim polijevanjem hladnom vodom (prastari način iskopa tunela primjenjivan u Palestini, Persiji, Rimu...), o žarenjem/pečenjem stijene čime ona mijenja hemijska i fizička svojstva (tipičan primjer je kamen krečnjak, odnosno 'živi kreč', prema: CaCO 3 ->CaO+CO 2, koji kad se polije vodom 'zagasi' - postaje mekan, kašast0; vrlo stari način iskopa) o topljenjem/isjecanjem stijene pomoću laserskog zraka velike termičke energije (nema praktičnu primjenu) - c) hemijskim djelovanjem: o sipanjem naročitih hemikalija u pukotine i pore stijene, čijim se prodorom dalje razjeda stjenska struktura i izazivaju mnoge nove pukotine (nema praktičnu primjenu) - d) složenim (mehaničko-termičkim) djelovanjem eksplozije: o aktiviranjem eksplozivnih materija koje se prethodno ubace u stjenski masiv, dobiju se gasoviti produkti velike zapremine, uz ogroman prirast temperature što izaziva lokalnu promjenu i hemijskog sastava i fizičke strukture stijene a veliki pritisak nastalih gasova svojim mehaničkim djelovanjem/zatezanjem izaziva razaranje/cijepanje/drobljenje stijene (široko prisutan postupak u praksi). Od značaja za praktičnu primjenu jesu postupci pod a) i d). U oba slučaja koristi se djelovanje koje je usmjereno na zatezanje stijene, jer je čvrstoća na zatezanje njena slabija strana! (Ona iznosi oko 10% od čvrstoće na pritisak: npr. Krečnjak ima σ p =160MPa a σ z =22MPa). Inače stijene imaju čvrstoću na pritisak: min.80mpa; prosjek MPa; max MPa. Kompaktnost stijene je posljedica velikih unutarnjih sila-kohezije. 1. Bušenje sa ciljem miniranja: radi efikasne primjene eksploziva za razaranje stijene, potrebno je prethodno napraviti bušotine - rupe u stijeni za smještaj eksploziva. Bušenje je tradicionalno rađeno ručno, udaranjem čekića po dlijetu, uz postupno rotiranje sječiva dlijeta, a usitnjeni materijal se vadio iz rupe specijalnim 'kašikama'. (Tako se radilo u vrijeme Austrougarske, pri izgradnji željezničkih tunela; otud i izreka «kila kamena - kila zlata»). Razvoj transmisije komprimiranim zrakom omogućio je primjenu mehanizovanog, a kasnije i mašinskog bušenja. Taj sistem ima slijedeće elemente: POGONSKI MOTOR&KOMPRESOR REZERVOAR KOMPRIMIRANOG ZRAKA CJEVOVOD RADNA MAŠINA/RADNI ORGAN str.1

2 F.1. MAŠINE ZA PROIZVODNJU KOMPRIMIRANOG ZRAKA Prvi tip kompresora je 'inverzija' pogonskog motora ili klipni kompresor. Radni pritisak dugo je bio 0,5 do 0,8 MPa (standardno 0,7MPa) jednostepeno zbijanje - i limitiran je habanjem bušaćeg alata (sječiva, šipki). Kasnije je radni pritisak porastao na 1MPa, a ima kompresora sa pritiskom od 1,6MPa. Radni pritisak sa kvadratom povećava brzinu bušenja (V=K*p 2 ). Kasnije su se razvili višestepani klipni kompresori kao i drugi tipovi: rotacioni i vijčani/spiralni. Podjela kompresora: a) mobilni mali (kapaciteta 2-5m 3 /min) - srednji (kapaciteta 5-15 m 3 /min) - veliki (kapaciteta m 3 /min) b) stabilni kompresorske stanice, kapaciteta i više m 3 /min. Indikatorski dijagram u cilindru kompresora p*v = R*T, (R-univ.gas. konst.): p*v/t=r, p i T inverzni P ispuštanje Izoterm.proces (T,p=const; V 3 ->V 0 ) V 0 T=220 V 3 Endoterm. Pr.(V 2 ->V 3, p i T rastu, ali V 3 limitiran sa T ) kompresija V 1 T=20 V 2 usisavanje V Izotermni proces (T=const, p=const, V 1 ->V 2 ) Sa dijagrama je očito da kompresija povećava temperaturu zraka i zbog toga se on ne može dalje zbijati! Stoga je opravdano OHLADITI komprimirani zrak, i sa ohlađenim zrakom izvršiti proces daljeg zbijanja (II stepen). Isto se može ponoviti i u III. Stepenu... F.1.1. Klipni kompresori 1 NAZIV KLIPNI MOBILNI KOMPRESOR 2 HISTORIJAT - Nastao kao inverzija motoru SUS 3 NAMJENA - Proizvodnja komprimiranog zraka na p=0,7-1,6mpa; u jednom, dva ili tri stepena sa međufaznim hlađenjem 4 KONSTRUKCIJA 5 TEHNIČKE KARAKTERISTI KE - nosivi dio: postolje-šasija sa točkovima koja nosi kućište sa pogonskim motorom, spojnicom i kompresorom, sa hladnjakom i rezervoarom komprimiranog zraka - mobilni dio: točkovi - pogon: dizel-motor - transmisija:mehanička (frikciona spojnica) radni organ: cilindri sa klipovima - stepen kompresije 1:5 do 1:10 - snaga pogonskog motora: 0,8-1 kw/ 1m 3 *0,1MPa (7kW/1m 3 ) - kapaciteti 2; 3; 4; 5; 8; 10; 15; 18; 24; 30 m 3 /min - hlađenje: zrakom, vodom, uljem - sistem upravljanja (komande): mehanički str.2

3 6 FUNKCIONIRANJ E I NAČIN 7 SPECIJALNI UVJETI 8 PRORAČUNA UČINKA I UTROŠKA POGONSKE ENERGIJE 9 PRIPADNOST SASTAVU MAŠINA - priprema za rad - predradnje i start: opći pregled (gorivo, ulje), uključivanje motora i zagrijavanje, - rad (shema djelovanja): kontinuirani rad - završne radnje i isključivanje: opći pregled (gorivo, m. ulje, h. ulje), podmazivanje; - prijevoz mašine sa gradilišta na gradilište kao prikolica - efekat kompresora se smanjuje sa porastom nadmorske visine - obnavezne mjere zaštite od buke (zvučna izolacija kućišta). - učinak: U p = F*S*K*n*m*Kp F=površina klipa, S=hod klipa, K=broj usisavanja za 1 obrtaj osovine, n=broj obrtaja osovine u minuti, m=broj cilindara, Kp=koeficijent punjenja/usisavanja Up treba da podmiri stvarne potrebe potrošača Q, te gubitke koji se obično javljaju: G1=unutarnji gubitak (oko 10%), G2=gubitak u vodovima zraka (5-30%); G3=gubici zbog rashlađivanja zraka (do 30%); G4=gubici usljed trenja ili nadmorske visine???). Up = Q*(100+G1+G2+G3+G4)/100 Ako je više potrošača priključeno na kompresor, onda se njihova ukupna potrošnja izračunava prema izrazu: Q = K 1 *n 1 *q 1 + K 2 *n 2 *q 2 + K 3 *n 3 *q K i *n i *q i, gdje je Ki=koeficijent istovremenosti rada više istih mašina, n=broj mašina iste vrste, q=potrošnja kompr. zraka [m 3 /min] Rezervoar komprimiranog zraka: Qr= 1,5 U p za veće (10-40m 3 /min) ili Qr= 0,9 U p za manje kompresore (3-10m 3 /min) ALTERNATIVNO: Qk = (Q1 + Q2)*K, K=koef nadmorske visine (1,15-1,6) Q1 = ψ*σm i *q i *k i, ψ=koef.istrošenosti (1,0-1,25); m=broj istovrsnih mašina; q=potrošnja zraka mašine; k=koef. istovremenosti Q2 = a*σl i, a=spec. Gubici cjevovoda na 1 km (1,5-2 m3/min), l=zbirne dužine svih vodova - E=(N*Kas*g sp )/η; Kas=0,8-0,9; g sp =0,18-0,25 kg/kw*h - samostalnost / ovisnost o drugim mašinama: samostalna mašina, kao pogonska za izvršne uređaje - položaj u lancu za izvršenje radova: pogonska mašina F.1.2. ROTACIONI KOMPRESOR /skraćeno izlaganje/ Prednost mu je miran rad i kompaktna konstrukcija manjih gabarita. Mogu biti dvo i višestepani. U prvom stepenu povećava pritisak na 0,4 MPa. Ima nešto manji koeficijent korisnog djelovanja nego klipni kompresor. m * n Učinak: Up = l *( π * D d * z) * * η ; gdje je l=dužina 30 doboša, D=prečnik doboša, d=debljina lista lopatice, z=broj lopatica, m=broj usisaja na 1obrtaj osovine; n=broj obrtaja osovine, η=koef. korisnog djejstva. str.3

4 F.1.3. VIJČANI/SPIRALNI KOMPRESOR /skraćeno izlaganje/ Moderni kompresori sa dva rotora sa helikoidalnim zupčanicima spiralama: one se okreću ususret i potiskuju zrak ka kraju cilindra u rezervoar komprimiranog zraka. Velika brzina rotacije (4000 obrta/min) daje značajne efekte. Kompresor je samo jednostepeni. Nedostatak je veliko zagrijavanje (trenje) i potreba podmazivanja (ulje se miješa sa zrakom) i hlađenja. Imaju male gabarite i miran rad. Snaga im je 0,9 kw/m3/min za 0,1MPa. Hlađenje se vrši cirkulacijom ulja. F.2. PNEUMATSKE BUŠILICE /bušilice na komprimirani zrak/ Pojam bušilice: sredstvo koje pravi rupu-šupljinu u čvrstom materijalu, kako bi se mogao u njoj smjestiti eksploziv, radi miniranja. Bušilica pri radu ima udarno i rotaciono djelovanje, čime usitnjava čvrstu materiju-stijenu i tako stvara rupu. (Čekić ima smao udarno djejstvo, a cilj je da razbija, cijepa ili odlama dijelove stijene). F.2.1. Lahke 'ručne' bušilice na komprimirani zrak 1 NAZIV RUČNA PNEUMATSKA BUŠILICA 2 HISTORIJAT Pojava vezana za nastanak transmisije komprimiranim zrakom; ranije se radilo ručno bušenje, udaranjem čekićem po dlijetu koje se nakon svakog udara zakretalo a usitnjena stijena se vadila specijal. 'kašikama'. 3 NAMJENA Bušenje tzv. 'plitkih' bušotina (dužine do 5m, prečnika 27-52mm) u svrhu primarnog ili sekundarnog miniranja 4 KONSTRUKCIJA - kućište-tijelo sa ručkama, unutar kojeg je radni cilindar, a na dnu je 'usadnik' sa ključanicom za ubacivanje bušaćih šipkiburgija, te ventil sa priključnim-dovodnim crijevom za kompr. zrak - mobilni dio: klip sa osovinom u cilindru, koji vrši udarnorotaciono kretanje (Usmjerivač toka zraka automatski mijenja smjer kretanja klipa) - transmisija: komprimirani zrak - radni organ: klip, čije se djelovanje prenosi na alat= bušaću šipku (burgiju) dakle, burgija je radni organ! str.4

5 5 TEHNIČKE KARAKTERISTI KE 6 FUNKCIONIRAN JE I NAČIN 7 SPECIJALNI UVJETI 8 PRORAČUNA UČINKA I UTROŠKA POGONSKE ENERGIJE 9 PRIPADNOST SASTAVU MAŠINA - MASA: male (do 12kg), srednje (18-35 kg) RK21, RK28; velike (> 40kg)- trebaju dva rukovaca i uređaje za pridržavanje/podupiranje - Potrošnja komprimiranog zraka: 1,0 5m3/min; standardni pritisak 0,7 MPa (može i 1,0MPa) - Broj udara u minuti; broj rotacija u minuti. - Brzina bušenja: 3-4m/h ranije; do 12m/h sada; 1-15cm/min (prosjek 10cm/min) [brzina ovisi o radnom pritisku: V=k*p 2 ] - Bušaće šipke garnitura serije 11 sa dužinama: 0,8; 1,6; 2,4; 3,2 m i prečnicima 27-33mm; /tehnika bušenja i izmjene šipki/. Monoblok burgije; burgije sa krunom (opis i osobine) - Uklanjanje prašine iz rupe: otprašivanjem /komprimiranim zrakom 0,7MPa kroz cjevčicu u bušaćoj šipki vrlo štetno za radnike i okolinu/ ili ispiranjem /vodom pod pritiskom 0,3-0,4 MPa, kroz cjevčicu u bušaćoj šipki povoljnije za okolinu, ali tehnički kompliciranije, zbog osiguranja vode/ - Fleks.crijevo za k.. Zrak Φ=13,15,19, 22, 25mm; L=15-20m -priprema za rad - predradnje i start: UVJET da je kompresor već uključen i spreman za rad; opći pregled, podmazivanje uljem /smanjenje trenja, habanja i temperature u cilindru/. proba bušenja -rad (shema djelovanja): ciklično djelovanje uvijek se buši rupa određene dužine i to je jedan 'ciklus'; više rupa iste dužine čine radni proces /rupe moraju biti obilježene na terenu i snabdjevene podacima o prečniku, dužini, nagibu.../. U toku bušenja, vrši se povremeno podmazivanje cilindra uljem! - završne radnje i isključivanje: otprašivanje (komprim.zrakom!), čišćenje, podmazivanje uljem... - Male i srednje jednostavne za rukovanje; teške trebaju ili dva rukovaoca ili mehaničke naprave za podupiranje pridržavanje ('noge') - Pri radu neohodno potiskivanje u smjeru bušenja, silom 10-20kg - Ciklično djelovanje: U T = q*t/tc; q=dužina bušotine - Tc= t poč.buš. +t zamj.b +t buš1. +t zamj.b +t buš2. +t zamj.b +t buš3 +t vađ.+zamj.b- + t prem. t zamj.b = iskustveno 5-10s; t buš =L buš /V buš Energiju ova mašina ne troši neposredno; ona koristi transmisiju komprimiranim zrakom, a kompresor troši energiju - samostalnost / ovisnost o drugim mašinama: mašina je dio sistema kompresor-bušilica i potpuno je ovisna o kompresoru! - položaj u lancu za izvršenje radova 1. kopresor, 2. cjevovod, 3. bušilica F.2.2. Kolne (na kolima) bušilice na komprimirani zrak 1 NAZIV KOLNA BUŠILICA na gusjenicama 2 HISTORIJAT Potreba pomjeranja teških ručnih bušilica i njihovih podupirača uslovila je pojavu voznog postolja najprije sa gumenim točkovima što je dovelo do konstrukcije 'prave' kolne bušilice.. str.5

6 3 NAMJENA Bušenje dubokih bušotina (dužine do 0-100m (i više!), prečnika mm (do 300mm u rudarstvu!) u svrhu primarnog ili sekundarnog miniranja 4 KONSTRUKCIJA - vozno postolje na gusjenicama, sa komandnim blokom i mehanizmom za nošenje bušaće šipke, fleksibilno crijevo za dovod komprimiranog zraka - mobilni dio: gusjenice sa vodećim, vođenim i pomoćnim točkovima, te sa zračnim motorom turbinom za kretanje! - transmisija: komprimirani zrak; dijelom hidraulična transmisija za pomjeranje mehanizma sa burgijom - radni organ: zračni motor koji proizvodi urarno i rotaciono djelovanje, smješten na šini-lafeti, sa klizačima i lancem za vođenje. Djelovanje sa motora se prenosi direktno na šipku preko veze na navoj! (Postoje i rješenja sa udarno-rotacijskim djelovanjem na kruni bušaće šipke-komentar efekata!) 5 TEHNIČKE KARAKTERISTI KE 6 FUNKCIONIRAN JE I NAČIN 7 SPECIJALNI UVJETI - MASA: 2-4 tone, velikih gabarita Š=2-3m; L=3-4m; lafet 3-4m - Potrošnja komprimiranog zraka: 10 15m3/min; standardni pritisak 0,7 MPa (može i do 1,6MPa) - Broj udara 4000 i više u minuti; broj rotacija u minuti. - Brzina bušenja: 20-30m/h; 30-50cm/min (prosjek 40cm/min) - Bušaće šipke standardna dužina za nastavljanje 3m; prečnici 52; 65; 78; 90; 105; 120; 150 mm /tehnika bušenja i izmjene šipki/. - Uklanjanje prašine iz rupe: otprašivanjem /komprimiranim zrakom 0,7MPa kroz cjevčicu u bušaćoj šipki vrlo štetno za radnike i okolinu; problem se može riješiti hvatačem prašine i usisisvačem sa filterom/. Ispiranje vodom vrlo rijetko (problem zaglavljivanja na većim dubinama) - Fleksibilno crijevo za kompr. Zrak Φ= mm, L=30-50m -priprema za rad - predradnje i start: UVJET da je kompresor već uključen i spreman za rad; opći pregled, podmazivanje uljem /smanjenje trenja, habanja i temperature u cilindru i drugim osjetljivim dijelovima/, podmazivanje ležajeva, lanca i zglobova mastima; proba bušenja -rad (shema djelovanja): ciklično djelovanje uvijek se buši rupa određene dužine i to je jedan 'ciklus'; više rupa iste dužine čine radni proces /rupe moraju biti obilježene na terenu i snabdjevene podacima o prečniku, dužini, nagibu.../. U toku bušenja, vrši se povremeno podmazivanje cilindra uljem, a ostalih dijelova mastima! - završne radnje i isključivanje: otprašivanje (komprim.zrakom!), čišćenje, podmazivanje uljem i mastima... - Mašina se dovozi vučnim vozom na gradilište - Po gradilištu se kreće pomoću svog zračnog motora, pogonjenog kompresorom kojeg vuče za sobom, kao prikolicu!!! str.6

7 8 PRORAČUNA UČINKA I UTROŠKA POGONSKE ENERGIJE 9 PRIPADNOST SASTAVU MAŠINA - Ciklično djelovanje: U T = q*t/tc; q=dužina bušotine - Tc= t poč.buš. + Σ(t ubac.b +t buš. )+ Σ(t vađ.+zamj.b. ) + t prem. t ubac.b = iskustveno 5-10s; t buš =L buš /V buš ; t vađ+zamje.b.= iskustveno=10-15s Energiju ova mašina ne troši neposredno; ona koristi transmisiju komprimiranim zrakom, a kompresor troši energiju - samostalnost / ovisnost o drugim mašinama: mašina je dio sistema kompresor-bušilica i potpuno je ovisna o kompresoru! - položaj u lancu za izvršenje radova 1. kopresor, 2. cjevovod, 3. bušilica F.3. PNEUMATSKI ČEKIĆI /čekići na komprimirani zrak/ Pretežno kao mehanizovani alat; služe za razbijanje čvrstih materijala: stijene, betona, asfalta. U svemu su jako slični bušilicama. F.4. HIDRAULIČNE BUŠILICE /bušilice sa hidrauličnom transmisijom/ Pojava hidraulične transmisije (prije 30-tak godina) naročito se pokazala uspješnom kod bušilica: brzina bušenja je proporcionalana sa kvadratom pritiska [V=k*p 2 ], pa se za pritiske kod hidraulične transmisije ( MPa!) mogu dobiti velike brzine bušenja m/h (što je oko 10 puta više nego kod pneumatskih bušilica. Osim toga, hidraulična transmisija je mnogo jednostavnija, po gabaritima manja, a nema što je jako važno tako štetan utjecaj na okolinu, kao pneumatska! (Sistem hidraulične transmisije ima pogonski motor- najčešće SUS, hidrauličnu pumpu, rezervoar ulja i cjevovod koji povezuje rezervoar, pumpu i radne hidraulične cilindre). Konstrukcija i funkcioniranje hidrauličnih bušilica je slična pneumatskim bušilicama, uz izvjesna pojednostavljenja. Sve više se susreću u praksi, kako ručne, tako i kolne! /Specijalan slučaj: bager sa hidrauličkom bušilicom za bušenje šipova!*/ str.7

8 F.5. HIDRAULIČNI ČEKIĆI /čekići sa hidrauličnom transmisijom/ Postoje u varijanti mehanizovanog alata (ručni hidraulični čekići!) i u varijanti radnih mašina najčešće montiranih na ruci (hidrauličnih) bagera. Takvi se bageri sve češće susreću na poslovima iskopa u stijeni (čak i na masovnim iskopima, kao alternativa miniranju!!!), ili na poslovima rušenja čvrstih konstrukcija od betona, opeke i sl. F.6. HIDRAULIČNE ČELJUSTI radna mašina, najčešće montirana na ruci bagera, i služi za drobljenje/kidanje čvrstih materijala (betona, opeke); koristi se kod rušenja postojećih objekata. F.7. HIDRAULIČNE MAKAZE slična čeljustima, ali ima djelovanje str.8

9 F.8. MEHANIČKE GLODALICE STRUGALICE («FREZE») za površinske iskope glodanje (npr. Asfalta, betona i sl.) F.9. TEŠKE MAŠINE ZA PODZEMNE ISKOPE U ČVRSTIM MATERIJALIMA A) «KRTICE» B) «GLODALICE» C) «ŠTIT» Mogu imati mehanički, elektro-mehanički ili hidraulični pogonski sistem. Namijenjene su za iskope velikih profila u čvrstom, srednje čvrstom i mekom materijalu («štit», sa istovremenim podgrađivanjem). Najznačajniji predstavnici biće obrađeni generalno u okviru teme 'Specijalna mehanizacija' [Detalji o ovim mašinama se izučavaju u okviru predmeta «Zemljani radovi i tuneli».] str.9