tacka 2 sa slikam gmu knjiga

8/18/2019 Tacka 2 Sa Slikam GMU Knjiga

1/20

Rudarsko-građevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

11

2 OSOBINE STIJENA I STIJENSKIH MASA

2.1 Osobine i klasifikacija stijena

Stijene se sastoje iz tri faze (slika 7):- čvrstih supstanci (čvrsta faza),- vode (tečna faza) i- zraka (plinska faza).

Slika 7. Trofazni sistem stijene: a) prirodni sastav, b) sadržaj zraka, vode ičvrste supstance u ukupnoj zapremini

Opšta podjela na grupe i vrste stijena, data je u tabeli 2. Sve stijene čije sučestice čvrsto povezane s prirodnim cementom čine čvrste monolitne stijene.Ukoliko se određenim opterećenjem ili postupkom (miniranjem, ripovanjem ilikopanjem) poremete ili razore, ovakve stijene se više ne mogu dovesti u

početno stanje. Manji komadi čvrstih monolitnih stijena granulacije 70 – 300mm čine drobin. Nekoherentne stijene su nevezane i vodopropusne, te podopterećenjem mijenjaju oblik. Koherentne stijene imaju čvrsto povezane česticei obično su vodonepropusne. Organske stijene sadrže u sebi veću količinuorganskih i biljnih supstanci, te vezuju znatnu količinu vode zbog čega su jakonepostojane (npr. mulj, humus, treset i sl.). U prirodi postoji više vrsta stijenakoje se nalaze na granici između pojedinih grupa.

Prema težini izvođenja rudarsko-građevinskih radova, odnosno premaveličini otpora rezanju i prema zapreminskoj masi, stijene se dijele u 11kategorija (tabela 3). Izvođenje radnog procesa kopanja i utovara (bagerovanja)

u prvih pet kategorija stijena, po pravilu se može izvoditi direktnim kopanjem, bez prethodnog razaranja bušačko-minerskim radovima ili mehaničkimrazaranjem (ripovanjem).

Zrak

Voda

Čvrste čestice

mz

mv

mč

Vč

Vv

Vz

V –

V č

=

V p

V

a) b)


2/20


12

Tabela 2. Opšta podjela stijena

Grupa stijena Vrste stijena Veličina zrna, mmMonolitne(kamenite)

- Drobina, stijene 70 – 300

Nekoherentne(nevezane)

- Šljunak- Pijesak

- Prašina

2 – 700,06 – 2,0

0,002 – 0,06Koherentne(vezane)

- Organske stijene- Glina

0,002 – 0,050,0002 – 0,002

Tabela 3. Kategorije stijena

Kategorijastijena

Vrste i opis Zapreminskamasa γz, t/m

3

IRastresitazemlja

- Humus bez korijenja- Pijesak prirodne vlažnosti s dodatkom šljunka ili

tucanika do 20%, pjeskovite ili glinaste zemlje

- Rastresita šljaka i pepeo

1.2001.600

750IIObičnazemlja

- Humus s korijenjem- Les prirodne vlažnosti, zemlja s dodatom

šljunka- Šljunak neslegnuti do 40 mm- Glinovite teške zemlje, ilovača- Glina masna, mekana ili nasuta, slegnuta s

dodatkom šljunka, oblutaka, tucanika

1.200

1.8001.7501.700

1.800IIIČvrsta zemlja

- Tvrdi slegnuti les- Teška i škriljasta glina s dodatkom šljunka,

oblutaka i tucanika do 10 %- Građevinski šut

1.800

1.9501.850

IVTvrda zemlja

- Tvrda glina, teška- Mekana kreda- Mekan laporac

2.0001.5501.900

VMekastijena

- Konglomerat cementiran glinom- Tvrda kreda- Laporac srednje tvrdoće- Boksit- Porozan i mekan krečnjak

2.2002.6002.3001.7002.200

VI Srednjastijena

- Tvrd laporac, cementiran krečom- Krečnjak, laporast i trošan

2.5002.300

VII – VIII

Čvrsta stijena

- Tvrd krečnjak, kvarcit, porozan dolomit

- Krečnjak, izrazito tvrd kvarcit

2.700

2.800IX – XIIzrazitočvrsta stijena

- Ostale kamenite stijene velike čvrstoće 2.900 do 3.300


3/20


13

2.2 Osnovne fizičko-mehaničke i tehničke osobine radne sredine

Osnovne fizičko-mehaničke i tehničke osobine radne sredine, odnosnostijenskih masiva i stijenskih masa su: čvrstoća, tvrdoća, elastičnost, žilavost,raspucalost, slojevitost, rastresitost, vlažnost, konzistencija, vodopropusnost,specifična, zapreminska i nasipna zapreminska masa, abrazivnost i dr.

Čvrstoća stijena je osnovna osobina i predstavlja otpor stijene premaspoljašnjim silama koje nastoje da je deformišu. To je, u stvari, naprezanje prikojem dolazi do razaranja stijene.

Zavisno od vrste naprezanja razlikuje se čvrstoća na pritisak, zatezanje,savijanje, smicanje i drugo, a izražava se u N/cm2. Prema Morovoj teoriji zavećinu praktičnih zadataka može se usvojiti da je tangenta Morovih krugovanaprezanja pravac čiji analitički izraz je (treći zakon mehanike stijena), (slika8):

τ = σ tgϕ + c, N/cm

2

(1)

gdje je:σ i τ - normalni i tangencijalni napon, N/cm2;c – kohezija, N/cm2;ϕ - ugao unutrašnjeg trenja, 0.

Slika 8. Međusobna zavisnost parametara tangente Morovih krugova: σ1 (σ3) –max (min) glavni naponi, ϕ - ugao unutrašnjeg trenja, c - kohezija, σD –naponna pritisak, σZ – napon na zatezanje, τ - tangencijalni napon, σ - normalni napon

ϕ

ϕ π


4/20


14

Prema formuli (1) naponu smicanja τ suprostavlja se kohezija stijene c isila trenja po površini smicanja koja je jednaka umnošku normalnog napona σ ikoeficijenta unutrašnjeg trenja f 0 (f 0 = tgϕ):

τ = c + f 0σ, N/cm2 (2)

Za poluvezane stijene ugao unutrašnjeg trenja je ϕ = 0, te formula (2) prelazi u oblik:

τ = c (3)

a za nevezane stijene kohezija c = 0, te formula (1) prelazi u oblik:

τ = σ tgϕ (4)

U tabeli 4 date su prosječne vrijednosti ugla unutrašnjeg trenja ϕ (0),kohezije c (N/cm2) i zapreminske težine γz (kN/m

3) za određene vrste glina.

Tabela 4. Prosječne vrijednosti zapreminske težine γz (kN/m3), ugla unutrašnjeg

trenja ϕ (0) i kohezije c (N/cm2) glina

Glina Pjeskovita glina Glinoviti pijesakStanje stijeneγz ϕ c γz ϕ c γz ϕ c

Tvrda 21,5 22 10,0 21,5 25 6,00 20,5 28 2,00Polutvrda 21,0 20 6,00 21,0 23 4,00 20,0 26 1,50Tvrdo

plastična20,5 18 4,00 20,0 21 2,50 19,5 24 1,00

Meko plastična 19,5 14 2,00 19,0 17 1,50 19,0 20 0,50Tekuće

plastična19,0 8 1,00 18,5 13 1,00 18,5 18 0,20

Tekuća 18,0 6 0,05 18,0 10 0,50 18,0 14 0,00

Kohezija i ugao unutrašnjeg trenja su parametri radne sredine od prvostepene važnosti, jer predstavljaju osnovne veličine sa kojima se ulazi u proračune dimenzionisanja kosina, nosivosti tla i dr.

Kohezija (c) stijena predstavlja unutrašnju povezanost čestica. Silekohezije se suprotstavljaju spoljašnim silama koje nastoje poremetiti njihovu

vezu. Od sila kohezije zavisi otpor stijene rezanju. Povećanjem površinskog pritiska kod nekoherentnih (nevezanih) stijena povećava se njihova vezivost,odnosno kohezija.


5/20


15

Ugao prirodnog nagiba (ϕϕϕϕp) rastresite stijenske mase predstavlja prirodniugao formiran pri laganom nasipanju te mase sa male visine. Ako se rastresitastijenska masa istresa sa visine od 1,0 metar, tada se prirodno formiran ugao temase naziva ugao obrušavanja (ϕ pr ). U trenutku istresanja stijenske mase ne

postoji veza između čestica. Vrijednost ugla obrušavanja iznosi oko ϕ pr ≈ 0,8ϕ p. Ugao prirodnog nagiba zavisi od vrste i vlažnosti stijenske mase.

Sa stanovišta tehnologije transporta važan je ugao prirodnog nagiba ustanju kretanja transportnog sredstva. To je ugao pri kome se nasuta stijenskamasa stabilno održava na transportnom sredstvu (traka gumenog transportera,sanduk kamiona i dr.), a zavisi od važnosti, granulometrijskog sastava i dr.

Sadržaj glinenih čestica određuje vrstu stijene. Pijesak sadrži manje od3 %, glinoviti pijesak 3 – 12 %, pjeskovita glina 12 – 25 %, glina više od 25 %,a ilovača sadrži više od 50 % glinovitih čestica.

Specifična zapreminska masa stijene (γγγγs) predstavlja masu čvrste faze

stijene bez pora nakon sušenja (Gs) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3ss m/kg,V

G=γ (5)

Zapreminska masa stijene (γγγγz) predstavlja masu stijene u prirodnomneporemećenom stanju (G) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3z m/kg,V

G=γ (6)

Zapreminska nasipna masa rastresitne stijenske mase (γγγγn) predstavljamasu te mase (Gz) u jedinici zapremine (V), odnosno:

3zn m/kg,V

G=γ (7)

Rastresitost stijenske mase (k r) predstavlja osobinu stijena da nakonrazaranja povećava zapreminu. Mjeri se koeficijentom privremene rastresitostik pr i koeficijentom trajne rastresitosti k tr, koji predstavljaju odnos zapreminerastresite stijenske mase nakon razaranja V pr ili nakon vremena konsolidacije

(slijeganja) Vtr prema zapremini iste stijene u prirodnom stanju prije razaranjaV (tabela 5):


6/20


16

V

Vk pr pr = > 1; V

Vk tr tr = > 1; 1k

z

n pr >

γ

γ= (8)

Trajno povećanje zapremine rastresite stijenske mase iznosi:

%,100)V

)VV((V tr tr

−=∆ (9)

Tabela 5. Koeficijent rastresitosti kategorija stijena

Kategorija stijena k pr k tr Vtr , % I 1,15 1,02 0 – 2II 1,20 1,02 – 1,04 2 – 4III 1,25 1,03 – 1,05 3 – 5IV 1,30 1,04 – 1,08 4 – 8V 1,40 1,08 – 1,10 8 – 10VI 1,45 1,08 – 1,10 8 – 10

VII 1,50 1,10 – 1,15 10 – 15VIII – XI 1,50 1,10 – 1,15 10 – 15

Vlažnost stijene (w) predstavlja odnos mase vode u uzorku stijene premamasi osušenog uzorka, odnosno njegove čvrste faze:

%,100m

mw

o

v= (10)

gdje je:

mv – masa vode u uzorku (mv = m – mo), kg;mo – masa uzorka nakon sušenja u trajanju od 24 sata na temperaturi od1050 do 110 0C, kg.

Relativna vlažnost (wr ) predstavlja odnos mase vode u uzorku stijene prema masi vlažnog uzorka, odnosno:

%,100m

mw vr = (11)

gdje je:

m – masa vlažnog uzorka, kg.

Vlažnost stijene, odnosno stijenske mase koja odgovara najvećoj gustinikod zbijanja naziva se optimalna vlažnost (wo).


7/20


17

Ljepljivost je osobina stijene, odnosno stijenske mase da pri kraćem ilidužem zadržavanju pri kopanju ili transportu prijanja, lijepi se za površinuradnog organa (kašiku bagera, sanduk kamiona i dr.). Otpor smicanjuzalijepljene stijenske mase na metalnu podlogu određuje se po formuli:

F = τ1 A, N (12)

gdje je:A – površina elementa na kojem je zalijepljena stijenska masa, cm2;τ1 – specifični otpor smicanju zalijepljene stijenske mase, N/cm

2 (npr. τ1 =0,5 – 0,7 za pjeskovitu glinu, τ1 = 0,7 – 1,0 za masnu glinu).

Plastičnost stijene predstavlja svojstvo stijene da pod spoljašnjimopterećenjem spoljnih sila mijenja svoj oblik i da ga zadržava poslijerasterećenja. Na plastičnost stijene najveći uticaj ima vlažnost, koja smanjuječvrstoću i otpor na smicanje. Najveću plastičnost imaju glinovite stijene. Smalim sadržajem pijeska vlažne stijene postaju ljepljive i teško se istresaju iz

kašike bagera ili utovarivača, kao i iz sanduka kamiona.

Poroznost stijene (n) predstavlja sadržaj zapremine pora (šupljina) (V p),u jedinici zapremine u prirodnom stanju (V):

V

Vn p= (0 < n < 1) (13)

Minimalna poroznost stijenske mase dobije se kod najveće sabijenosti.

Koeficijent poroznosti (ε) stijenskog masiva ili stijenske mase predstavljaodnos šupljina (V p) i zapremine čvrstih čestica (Vč):

n1

n

VV

V

V

V

p

p

č

p

−=

−==ε (0 < ε < ∝) (14)

2.3

Otpori stijena kopanju

2.3.1 Osnove kopanja stijena

Kopanje stijena zasniva se na principu kopanja oštrim klinom. Klin jeosnovni element za ostvarenje sile pritiska rudarsko-građevinske mašine u ciljukopanja. Osnovne dimenzije klina su: ugao oštrice (β) i širina klina (b), (slika


8/20


18

9). Položaj klina u prostoru određen je uglovima: leđni ugao (γ), ugao zahvata prema smjeru rezanja (ϕ) i vertikalni ugao rezanja (α).

Slika 9. Prostorni parametri klina: α - ugao rezanja, β - ugao oštrice klina, γ -leđni ugao klina, ϕ - ugao zahvata prema smjeru rezanja, ξ - ugao zasijecanja

Razvojem klina za kopanje stijena nastali su različiti oblici. Posebno serazvila navlaka klina koja se izrađuje od kvalitetnih čelika otpornih na habanje,

a dodaje se na tijelo radnog organa poslije istrošenja ili oštećenja. Nož je izvršnidio radnog organa rudarsko-građevinske mašine za kopanje stijene, koji možeimati različite oblike: pravougaoni, krivi, u obliku diska ili kao plug sa ili bezzuba. Ponekad se nožem naziva cijeli radni organ nekih rudarsko-građevinskihmašina za kopanje stijena. Ugradnjom dodatnih zuba na nož olakšava se rezanjetvrdih slojeva stijene. Osnovni oblici noža rudarsko-građevinskih mašina zakopanje dati su na slici 10.

Slika 10. Oblici noža i zuba: a) zub, b) ravni nož, c) nož u obliku diska, d)kašika bagera sa zubima, e) nož kašike skrepera, f) plužni nož

Proces kopanja stijene obuhvata fazu rezanja sloja stijene i fazu premiještanja stijenske mase duž radnog organa. Faza rezanja stijene je prva inajvažnija faza u procesu kopanja. Odvajanje sloja stijene izvodi se oštricom


9/20


19

noža pod djelovanjem sile, a zavisi o fizičkih osobina stijene i oblika noža, testanja njegove oštrice. U fazi rezanja (slika 11) dolazi do zbijanja stijene

potisnute u smjeru kretanja, a poslije toga do smicanja dijela sloja stijene uravnini najvećih naprezanja pod uglom smicanja ψ. Slijedi naizmjeničnozbijanje i smicanje tla.

Slika 11. Početak rezanja sloja stijene i skidanje sloja smicanjem

U fazi premještanja stijene dolazi do pomicanja stijenske mase ispred i izanoža. U zavisnosti od vrste i osobina stijene, odvojeni sloj poprima različite

oblike. Takvo premještanje stijenske mase čini razmatranje sila otporasloženim. Kod koherentnog mokrog tla, plastični se sloj premješta duž noža uobliku neprekidne trake (slika 12a). Kod koherentne suve stijene nastajelomljenje sloja na komade (slika 12b), dok se nekoherentna stijena rastresa i

počinje gomilati ispred noža (slika 12c).

Slika 12. Oblici sloja stijene u procesu rezanja: a) vezana mokra stijena, b)vezana suva stijena, c) nevezana stijenska masa

Ukupni otpor kopanja stijene R kop jednak je zbiru pojedinih otpora fazerezanja i faze premještanja stijene. Otpor rezanja stijene R rez kod rudarsko-građevinskih mašina za otkopavanje stijenskih masa pojavljuje se na isti način,a najviše zavisi o osobinama stijene i oblicima noža. Otpori premještanja stijene(R i, i = 1, …, n) su promjenljivog značaja i zavise o radnom organu za kopanje iuslovima rada. Otpor rezanja stijene ima obično najveću vrijednost. Na primjer,

pri radu buldozera otpor rezanja stijene iznosi 60-80 % od ukupnog otporakopanja, a ostalo čine otpori premještanja prizme stijenske mase ispred noža.

Kod bagera s čelnom kašikom, otpor rezanja u IV kategoriji iznosi 40 - 70 %ukupnog otpora kopanja, dok otpor punjenja kašike iznosi 6 - 10 %, a otpor

premještanja stijenske mase u kašiki iznosi 3 - 5 %. Prema tome, otpor rezanjastijene ima odlučujući značaj za proračun i analizu otpora kopanja.

a) b) c)


10/20


20

2.3.2 Otpor rezanja stijene nožem

Pod rezanjem stijene se podrazumijeva odvajanje sloja stijene poddjelovanjem sile noža. Opterećenje noža ili drugog reznog alata mora biti većeili jednako kritičnom opterećenju odnosno graničnoj čvrstoći rezanja stijene.Otpor stijene rezanju može se izmjeriti statičkim (postupnim opterećenjemalata) ili dinamičkim metodama ispitivanja (udarnim penetratorom).

Otpor rezanja R rez je rezultanta sljedećih otpora (slika 13):- rezultante otpora zbijanja tla na vrhu noža R z (komponenta R T u

pravcu kretanja vrha noža i R N u okomitom pravcu);- težine stijenske mase na vrhu noža Q;- otpora trenja na gornjoj strani noža, αµ= cosQR 1

't ;

- otpora trenja noža sa stijenom na donjoj strani noža, 21"t FR µ= ;

- µ1 – koeficijent trenja između noža i stijene;- F2 i F1 – normalna i tangencijalna sila rezanja.

Slika 13. Grafički prikaz sila otpora rezanja

Otpor rezanju tla:

22

21

2rez

22

21

2rez

rezrez

,

t NTrez

FFF,R R R

R F

R R QR R R ''t't

+=+=

≥

++++=→→→→→

(15)

Sila rezanja stijene na vrhu noža Frez koja je potrebna za savladavanjeotpora rezanja R rez je rezultantna sila koja djeluje na nož. Rastavljene silerezanja F1 i F2, odgovaraju otporima R 1 i R 2 suprotnoga smjera. Sila F2 jerezultat težine radnog organa i normalne sile potiskivanja noža u stijenu, a silaF1 je tangencijalna sila rezanja na vrhu noža koja izvodi rad rezanja.


11/20


21

Osnovni proračun tangencijalne sile rezanja kod poljoprivrednog pluga(V.P. Gorjačkin) je:

F1 = µ1G + k 1 L h + ε L h v2, N (16)

gdje je:µ

1 - koeficijent trenja pluga o zemlju;

G - težina pluga, N;k 1 - specifični otpor rezanja, N/cm

2;L - širina sloja rezanja, cm;h - debljina sloja;ε - koeficijent energetskih gubitaka pri kretanju tla po plugu;v - brzina kretanja pluga.

Prvi član jednačine (16) predstavlja otpor trenja pri kretanju pluga, drugičlan je otpor rezanja tla, a treći član je zavisan o brzini i raste s kvadratom

brzine kretanja pluga. Kod pluga prvi član iznosi približno 40 % vrijednosti

ukupnog otpora, a drugi približno 55 %. Otpor trenja se razmatra kao diokopanja i ne odnosi se na rezanje. Praktično, kod rudarsko-građevinskih mašinaza zemljane radove, odlučujući je drugi član jednačine (N.G. Dombrovski),odnosno otpor rezanja tla.

Otpor rezanja tla:

R 1 = k 1 L h, N (17)

gdje je:k 1 – specifični otpor rezanja stijene, N/m

2

L – širina sloja rezanja, mh – debljina sloja koji se reže, m

Specifični otpor rezanja k 1 određene kategorije stijene pri normalnomnačinu rezanja može imati širi dijapazon (tabela 6). Utvrđivanje specifičnogotpora rezanja u realnim uslovima zavisi od uslova rada, oblika i stanja noža.

Ostali otpori kopanja iz druge faze računaju se dodatno, jer su zavisni odkonstrukcije radnog organa i uslova rada mašine. Praktično proračun otporarezanja i ukupnog otpora kopanja mogu se posmatrati odvojeno, ili kao ukupniotpor kopanja stijene, što zavisi o problemu rješavanja i stečenom iskustvu.

Ukupni otpor kopanja tla računa se prema:

R kop = k k L h, N (18)


12/20


22

gdje:k k – specifični otpor kopanja, N/m

2;L – širina sloja rezanja, m;h – debljina sloja rezanja, m.

Tabela 6. Specifični otpor rezanja k 1

Kategorijastijene

Vrsta stijene k 1, kN/m2

I Pijesak, srednje vlažnosti i rastreseni pijesak 10 - 30II Pjeskovita glina, sitni šljunak, laka vlažna i rastresena

glina 27 - 60III Pjeskovita glina zbijena, srednja glina, laka vlažna glina

ili rastresena glina, meki ugalj 55 - 130IV Pjeskovita i teška glina sa šljunkom ili tucanikom, teška

glina, srednje tvrdi ugalj, konglomerat slabo cementirani 130 - 250V Škriljci srednji, glina teška suha, les zbijeni tvrdi, kreda i

gips meki, laporac meki 230 - 320

VI Krečnjak meki šupljikav, kreda, škriljac, laporac i gipssrednje tvrdoće, čvrst ugalj 300 - 550

VII Škriljevac, laporac, kreda i gips čvrsti, krečnjak srednjetvrdoće, smrznuto tlo

600 – 2.000

Specifični otpor kopanja k k određene kategorije stijena kod normalnognačina rezanja može imati široki dijapazon zavisno o obliku radnog organa istanja oštrice (tabela 7). Za L h = konst., znatno veći utjecaj na otpor rezanjaima povećanje debljine rezanja u odnosu na širinu, odnosno otpor rezanja sesmanjuje ako se ide na manju debljinu rezanja h s većom širinom rezanja L.Otpor se neznatno mijenja sa smanjivanjem ugla oštrice β i leđnog kuta γ.

Tabela 7. Specifični otpor kopanja stijene k k kN/m2

Vrsta radnog organaKategorijastijene

Vrsta stijeneČeona kašika

bageraKašika bagera

dreglajnaSandukskrepera

I Pijesak, glinoviti pijesak

16 - 70 28 - 120 25 - 105

II Pjeskovita glina,šljunak

60 - 130 100 - 190 95 - 180

III Pjeskovita zbijena

glina, laka glina

115 - 195 160 - 260 175 - 286

IV Teška glina 200 - 300 260 - 400 320 - 495


13/20


23

2.3.3 Faktori koji utiču na specifični otpor rezanja s nožem

Na specifični otpor rezanja određene kategorije stijena utiču sljedećifaktori: geometrija noža, oblik prednje oštrice noža, debljina prednje oštricenoža i njeno trošenje, način rezanja, debljina sloja rezanja i uticaj brzinarezanja.

Geometrija noža: Pri povećanju ugla rezanja u rasponu od α = 100 –350 (slika 14) kod stijena različite tvrdoće, otpor rezanja ima postepen rast.Daljim povećanjem ugla rezanja noža, kriva otpora dobiva nagli rast. Kodmekih stijena, pri povećanju ugla α od 300 do 500 otpor se povećava do 5 %,dok se kod vezanih stijena (npr. glina) otpor povećava do 20 %. Površina nožaomogućava penjanje sloja dovoljno visoko, kako bi se izbjeglo naglo povećanjeotpora premještanjem stijenske mase pri porastu ugla rezanja. Za tvrde stijenenajmanja vrijednost ugla oštrice noža iznosi β = 250, a za vlažne plastičnestijene ovaj ugao iznosi β = 200 - 220. Kako bi se izbjegao dodir zadnje stranenoža sa stijenom, a time i otpor trenja, leđni ugao iznosi najmanje γ = 50 - 100.

Oblik prednje oštrice noža: Otpor rezanja zavisi od oblika prednjeoštrice noža, koji može biti: pravougaon, zaoštreni, zakrivljeni – polukružnioblik, sa ili bez zuba. Najbolje rezultate daje nož sa zakrivljenim polukružnimoblikom i naprijed izbočenim prednjim dijelom pod uglom γ = 120 – 150, gdje jeoštrica lučno oblikovana (slika 15). Otpor rezanja s polukružnim oblikomoštrice noža je za 20 do 25 % manji nego kod pravouglog ravnog oblika noža.Kod polukružnog oblika oštrice noža, najveći se pritisak noža prenosi prekosrednjeg dijela. Dok nož brzo ulazi u meku stijenu, pritisak se lagano širi nastrane noža, a ispred noža se stvara prizma otkopane stijenske mase.

Debljina prednje oštrice noža i njezino trošenje: Specifični otporrezanja zavisi od debljine prednje oštrice noža. Ako je čelo oštro, čelno zbijanjestijene ispred čela noža nije znatno. Međutim, kod istrošene oštrice noža znatno

je povećanje otpora rezanja. Kod rotornih bagera (rovokopača) pri stalnom raduzbog zatupljenja oštrice otpor raste do 30%. Pritom dolazi do povećanja

R 1 ,

k N

α0

Slika 14. Zavisnost sile otpora rezanja R 1od ugla rezanja noža α za dvije stijenerazličite tvrdoće istog presjeka (L, h)


14/20


24

poprečne sile koja nastoji izbaciti nož kašike (vedrice). To se može spriječiti povećanim okomitim pritiskom mašine na nož, ali se pritom povećava ikomponenta otpora trenja na donjoj strani noža i dodatno trošenje oštrice.Dobro konstrukcijski oblikovanom oštricom od kvalitetnog materijala ismanjene debljine te pravilnim radom mašine, postiže se dug vijek trajanjaoštrice noža.

Slika 16. Oblici oštrice noža sa i bez zuba

Debljina prednje oštrice noža i njezino trošenje: Specifični otporrezanja zavisi od debljine prednje oštrice noža. Ako je čelo oštro, čelno zbijanjestijene ispred čela noža nije znatno. Međutim, kod istrošene oštrice noža znatno

je povećanje otpora rezanja. Kod rotornih bagera (rovokopača) pri stalnom raduzbog zatupljenja oštrice otpor raste do 30%. Pritom dolazi do povećanja

poprečne sile koja nastoji izbaciti nož kašike (vedrice). To se može spriječiti povećanim okomitim pritiskom mašine na nož, ali se pritom povećava ikomponenta otpora trenja na donjoj strani noža i dodatno trošenje oštrice.Dobro konstrukcijski oblikovanom oštricom od kvalitetnog materijala ismanjene debljine te pravilnim radom mašine, postiže se dug vijek trajanjaoštrice noža.

Način rezanja i debljina sloja rezanja: Način rezanja i debljina slojastijene imaju najveći utjecaj na specifični otpor rezanja. Razlikuju se tri načinarezanja stijene: blokirani, polublokirani i deblokirani način (slika 17a, b i c).

Slika 15. Nož polukružnogoblika

Izbačena prednja oštrica noža ojačanazubima ima sličan učinak kod tvrdihstijena (slika 16a ,b i c). Kod rotornih

bagera (rovokopača) se iz tih razlogaizrađuju kašike (vedrice) s naprijedizbočenom polukružnom oštricom bezzuba ( slika 16c) ili s trapeznomoštricom s dva zuba (slika 16d).

a)

b)

c)

d)


15/20


25

Specifični otpor rezanja najveći je kod blokiranog, zatim polublokiranog načinarezanja. Uobičajeno se koristi deblokirani način rezanja stijene.

Otpor rezanja stijene kod većih radnih organa znatno više zavisi od dubinerezanja, a manje od širine (slika 18).

Slika 17. Način rezanja sloja stijene: a) blokiran, b) polublokiran, c) deblokiran

Utjecaj brzine rezanja: Utjecaj brzine rezanja na promjenu specifičnog

otpora rezanja je znatan kod kontinuiranih bagera. Pri normalnim brzinama (0,5- 2 m/s) nema znatnih promjena otpora. Međutim, pri povećanju brzine rezanja3 - 5 puta, kao što je kod rotornih bagera s inercijalnim istresanjem stijenskemase, otpor rezanja se povećava za 30 - 40 %. Postavljanjem zuba na oštricunoža, otpor rezanja R 1 kod tvrdih stijena smanjuje se do 20 %, što povećava

brzinu i radni kapacitet bagera.

2.3.4 Otpor rezanja stijene s nožem sa zubima

Kod tvrdih i slabo vezanih stijena oštrica noža kašike ili vedrice se

ojačava zubima. Radi rastresanja tvrdih stijena zubi se stavljaju ispred noža zarezanje. Oštrica noža služi završnoj fazi rezanja. Zubi tako smanjuju otporrezanja za 10 -20 %, a otpor kopanja 6 - 15 %. Kod nevezanih stijena I i IIkategorije kao i kod vezanih stijena III kategorije, utjecaj zuba je negativan jer

Slika 18. Zavisnost sile otporarezanja R 1 od debljine h i širinerezan a L

Na osnovu eksperimentalnih istraživanja(A.N.Zelenin), specifični otpor rezanja pri L h =konst. brzo se smanjuje do širine radnog organaL < 0,8 m, a za širinu kašike L > 0,8 m ovosmanjenje je neznatno. Zato kašike bagera imaju

veću širinu od 0,8 m. Povećanjem odnosa presjeka i širine sloja A/L smanjuje se otporrezanja stijene, što se objašnjava „relativnomanjim usitnjavanjem sloja“, što znači manjiutrošak rada na rastresanje stijene.

a) b) c)

b


16/20


26

povećavaju otpor trenja i otpor kopanja. Vezane mokre stijene lijepe se kako zazube tako i za kašiku (vedricu), što otežava njezino istresanje. Prednost

postavljanja zuba je zaštita oštrice noža od trošenja, pošto zubi najprije primaju početno opterećenje. Zubi se izrađuju od tvrdoga materijala otpornog natrošenje, a po svojoj konstrukciji su zamjenjivi. Ako se istrošeni zubi na vrijemene zamijene, otpor rezanja se povećava. Povećano trošenje se tada prenosi nameđuzube, odnosno na oštricu noža.

Profil i raspored zubi: Profil zuba i njihov raspored duž oštrice noža dat je na slici 19. Raspored zubi je duž oštrice noža vrlo važan. Zubi se postavljajui na krajeve radnog organa, i oni imaju zadatak da se poveća rastresanje slojastijene i spriječi trenje bočnih strana radnog organa o bočne rubove iskopa.Zbog toga se često rade razvrnuti zubi. Dubina brazde koju čini zub pri rezanju

je f = l sin (β/2 + γ), gdje je l – dužina zuba.

Slika 19. Profili i raspored zubi duž noža: b = 0,11V1/3, l = 0,26V1/3, f = lsin(β/2+γ), b0=2 f; V – zapremina radnog organa, m

3

Pod pretpostavkom da će površine smicanja sloja između zubi biti poduglom ψ = 450 (slika 14), razmak između zuba kojim treba potpuno zaštititioštricu noža iznosi bo = 2 f. Za slučaj većeg razmaka između zubi više se trošioštrica noža, a u slučaju manjeg razmaka zubi povećava se otpor rezanja.

Oštrina zuba: Kao kod oštrice noža, tako i kod oštrice zuba, otporrezanja zavisi od naoštrenosti oštrice zuba. Kod nove oštrice zuba, gornja idonja strana zuba zatvaraju poluprečnik r = 1,5 – 3,0 mm (slika 14a). U procesukopanja stijene, oštrica zuba se troši i mijenja oblik (slika 14b), pri čemu jedužina istrošenog dijela zubi u tangencijalnoj ravni „y“, a u vertikalnoj ravni je„z“. Prelaz s gornje na donju stranu zuba je nepravilno zaobljen. Nakon većeg

istrošenja oštrice zuba, otpor rezanja se može povećati 1,5 – 2,0 puta. Pritom semože pojaviti i habanje noža između zuba. Dozvoljeno habanje čelne površinezuba iznosi z = 5 - 7 mm, a poslije se vrši zamjena ili popravak zuba.

a)

b)


17/20


27

Otpor rezanja stijene sa zubima: Otpor rezanja stijene s zubima radnogorgana, određene debljine sloja iznosi:

R 1 = k 1 h (B + h) (0,55 + 0,015 α) + σ (z n b + µ y n b), daN (19)gdje je:

B – širina radnog organa, cm;h – debljina sloja rezanja / h = (1/5 - 1/7) B, cm;α - ugao rezanja stijene, rad;k 1 – specifični otpor rezanja, dN/cm

2;σ – granična čvrstoća stijene, dN/cm2;n – broj zubi;

b – širina zuba, cm;y, z – istrošenost dijela zuba, cm;µ – koeficijent trenja zuba (čelik) o stijenu.

Za n = 4, y = 5 z, µ = 0,5:

R 1 = k 1h (B + h) (0,55 + 0,015 α) + 14 σ z b, daN

Ako se odstrane zubi s oštrice noža radnog organa, izraz otpora rezanjastijene sa zubima prima izraz jednak otporu rezanja stijene bez zubi, te sobzirom na ugao rezanja α, širinu rezanja L = (B + h) sinϕ, odnosno proširenjezbog polublokiranog načina rezanja (B + h) iznosi:

R 1 = k 1h (B + h) (0,55 + 0,015α), daN.

Debljina sloja rezanja iznosi:

m,k lL

k Vh

kp

p= ,

gdje je:V – zapremina stijenske mase u radnom organu ili ispred radnog organa,

m3;L – širina rezanja, m;l – najmanja dužina hoda pri punjenju radnog organa, m;k p – koeficijent punjenja radnog organa;k pr – koeficijent privremene rastresitosti stijenske mase;B = L za deblokirani način rezanja, m;

B = L – h za polublokirani način rezanja, cm;α = 250 - 350 – ugao rezanja stijene.


18/20


28

Zapremina stijenske mase u radnom organu (V) predstavlja količinustijenske mase koja se nalazi u kašiki bagera ili utovarivača, odnosno koju radniorgan buldozera ili grejdera gura pred sobom. Dužina hoda kopanja kašike (l)

pri punjenju se računa:- za buldozer i grejder, dužina hoda: l = 5 - 10 m;- za bager s čelnom kašikom, dužina hoda jednaka je visini kopanja iznad

mjesta stajanja bagera;- za bager s dubinskom kašikom, dužina hoda jednaka je dubini kopanja

ispod mjesta stajanja bagera.

Pod širinom rezanja podrazumijeva se širina okomita na pravac kretanjamašine, odnosno širina rezanja jednaka je širini radnog organa. Pri kosom

položaju noža buldozera pod uglom ϕ, polublokiranim načinom rezanja, širinarezanja iznosi: L = (B + h) sinϕ.

Otporom rezanja stijene (R 1) obuhvaćeni su otpori u pravcu kretanja,uključujući i otpor trenja oštrice noža ili zuba o stijenu. Normalna komponenta

ukupnog otpora rezanja na nožu sa zubima (D.P.Volkov) R 2 iznosi:

R 2 = 0,7 C y n b + k n b, daN (20)

gdje je:0,7 C – granična čvrstoća stijene, daN/cm2;C – pokazatelj zbijenosti tla;y – projekcija istrošene dužine zuba, cm;n – broj zuba;

b – širina zuba, cm;k – specifični otpor pritiska na oštar zub, daN/cm2.

2.4 Ostali otpori kopanja stijena

Rudarsko-građevinske mašine u zavisnosti od izvedbe radnog organaopterećene su dodatnim otporima kopanja stijene:

R 3 – otpor punjenja radnog organa;R 4 – otpor premještanja prizme stijenske mase u radnom organu;R 5 – otpor trenja između radnog organa i stijene;R i – drugi otpori.

Otpor punjenja radnog organa: Oštrica noža radnog organa nagnuta je prema trajektoriji kretanja pod uglom rezanja α (slika 20). U toku kretanjaradnog organa prvi se sloj odrezane stijenske mase postepeno pomiče naprijed.

Novi rezni sloj se penje na prethodni sloj i tako redom. U radni organ se


19/20


29

postupno gomila stijenska masa, a istovremeno se ispred formira prizmastijenske mase. Kakvo će biti gomilanje i oblik stijenske mase u radnom organuili ispred radnog organa zavisi od vrsti stijene, njene vlažnosti i oblika radnogorgana.

Slika 20. Pomicanje stijenske mase u radnom organu

Kod vezanih stijena sloj se ne raspada sve do stražnjeg zida, kad nastaje

lom te prelaz novoga sloja preko ranijeg. Kod slabo vezanih stijena raspadanjesloja počinje kao i gomilanje ranije, više u prednjem dijelu i ispred radnogorgana u obliku prizme. Najveći otpor nastaje kada se završava punjenje radnogorgana. Ukupni otpor punjenja radnog organa (E.D. Piters) se sastoji od težinestijenske mase koja se podiže i otpora trenja pri probijanju te mase na gore,odnosno:

R 3 = B h H y +'2µ B H

2 y, N (21)

gdje je:B – unutrašnja širina radnog organa, m;

H – utovarna visina, visina radnog organa, m;h – debljina sloja rezanja stijene, m;γn – nasipna zapreminska težina stijenske mase, N/m

3;'2µ - koeficijent unutrašnjeg trenja,

'2µ ≈ 0,5 sin 2ρ:

- glina, ρ = 150-200, '2µ = 0,25 - 0,30,

- ilovača, ρ = 250 - 300, '2µ = 0,35 - 0,45,

- pijesak, ρ = 350 - 400, '2µ = 0,45 - 0,50.

Dodatni otpori, kao što su otpori trenja radnog organa o stijenu, otpori

premještanja prizme stijenske mase, te otpori pri punjenju radnog organa suvrlo promjenjivi. Takvo premještanje stijenske mase, proces razmatranja silaotpora čine složenim. Najmanji otpori su u početku rezanja i punjenja radnogorgana, a najveći su kad je radni organ pun. Kako bi se uravnotežila raspoloživa


20/20


30

sila mašine s otporima kopanja, rukovalac mašine reguliše debljinu sloja rezanjastijene, koja najviše određuje radni kapacitet mašine.

Otpor premještanja prizme stijenske mase unutar radnog organaiznosi:

R 4 = y1 B H2 γ (µ2 ± i), N (22)

gdje je:y1 = 0,5 - 0,6 – koeficijent prizme zavisi o konstrukciji radnog organa;µ2 – 0,3 - 0,5 – koeficijent trenja između stijenske mase i stijena u podlozi;i = tg α - koeficijent otpora kretanju prizme stijenske mase po stijeni;α - nagib otkopa (+ uspon, - pad).

Otpor trenja radnog organa o podlogu: Kada se radni organ mašinevuče po stijeni pomoću užeta i pritom obavlja iskop stijenske mase (npr. bagerdreglajn), najveći otpor je kod napunjenog radnog organa:

R 5 = (Gk + V γ) cos α (µ2 ± i), N (23)

gdje je:Gk – težina radnog organa, N;V – zapremina radnog organa, m3;γ - zapreminska težina stijenske mase, N/m3;µ2- koeficijent trenja čelik – stijena.

tacka 2 sa slikam gmu knjiga

Documents