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/100-300mpa/ 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 140-200MPa; max. 250-300MPa. 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
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 15-30 m 3 /min) b) stabilni kompresorske stanice, kapaciteta 30-100 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
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 3 +...+ 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
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 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 2000-4000 u minuti; broj rotacija 100-200 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
3 NAMJENA Bušenje dubokih bušotina (dužine do 0-100m (i više!), prečnika 52-155mm (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 200-400 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=50-80 100mm, 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
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 (100-300MPa!) mogu dobiti velike brzine bušenja 100-200m/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
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
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