Gornik_odkrywkowej_eksploatacji_zloz_711[03].Z1.01

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

Wprowadzenie

Wymagania wstępne

Cele kształcenia

Materiał nauczania

4.1.

Koparki jednonaczyniowe

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2.

Urządzenia do rozbijania brył ponadwymiarowych

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3.

Maszyny do prac ziemnych

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4.

Koparki wielonaczyniowe

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5.

Maszyny i urządzenia do urabiania skał na bloki

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6.

Maszyny i urządzenia do urabiania kruszyw naturalnych spod wody

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7.

SpręŜarki i wentylatory

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8.

Urządzenia do urabiania skał średniozwięzłych

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

Sprawdzian osiągnięć

100

Literatura

105

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Niniejszy poradnik ma na celu pomóc Ci przyswoić wiedzę z zakresu UŜytkowanie

maszyn i urządzeń do urabiania kopalin, stosowanych w kopalniach odkrywkowych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych wiadomości i umiejętności, które
powinieneś mieć opanowane, aby przejść do realizacji tej jednostki modułowej.

−

cele kształcenia, wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem.

−

materiał nauczania (rozdział 4) – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do
opanowania treści jednostki modułowej,

−

zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy juŜ opanowałeś podane treści,

−

ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik sprawdzianu
potwierdzi, Ŝe dobrze pracowałeś podczas lekcji i Ŝe nabyłeś wiedzę i umiejętności
z zakresu tej jednostki modułowej. W przypadku trudności ze zrozumieniem tematu lub
ćwiczenia, poproś o pomoc nauczyciela.
Z rozdziałem: Pytania sprawdzające moŜesz zapoznać się:

−

przed przystąpieniem do rozdziału: Materiał nauczania – poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z zawodu, a po przyswojeniu wskazanych treści i odpowiedzeniu
na pytania sprawdzisz stan swojej gotowości do wykonania ćwiczeń,

−

po zapoznaniu się z rozdziałem: Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie potrzebna do wykonania ćwiczeń.
Kolejny etap to wykonanie ćwiczeń, których celem jest uzupełnienie i utrwalenie

wiadomości z zakresu określonego w tytule jednostki modułowej. Po wykonaniu
zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów wykonując Sprawdzian
postępów. W tym celu:

−

przeczytaj uwaŜnie pytania i odpowiedz na nie,

−

podaj odpowiedź wstawiając X w podane miejsce,

−

wpisz TAK, jeŜeli Twoja odpowiedź na pytanie jest prawidłowa,

−

wpisz NIE, jeŜeli Twoja odpowiedź na pytanie jest niepoprawna.
Odpowiedź NIE wskazuje na luki w Twojej wiedzy, informuje Cię, jakich zagadnień

jeszcze dobrze nie poznałeś. Oznacza to takŜe powrót do treści, które nie są jeszcze przez
Ciebie dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wszystkich lub tylko określonych części wiadomości będzie

stanowiło  dla  nauczyciela  podstawę  przeprowadzenia  sprawdzianu  poziomu  przyswojonych
wiadomości  i  ukształtowanych  umiejętności.  W  tym  celu  nauczyciel  posłuŜy  się  zadaniami
testowymi.  W  rozdziale  5  tego  Poradnika  jest  zamieszczony  przykład  takiego  testu,  który
zawiera:

−

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

−

przykładową kartę odpowiedzi, w której, w wolnych miejscach wpisz odpowiedzi na
pytania.
Aby zdobyć więcej interesujących Cię informacji, musisz sięgnąć do przedstawionych

pozycji  literatury,  czasopism  i  –  najszybciej  aktualizowanych  –  fachowych  stron
internetowych.  Pamiętaj,  Ŝe  przedstawiony  tu  wykaz  literatury  nie  jest  czymś  stałym
i w kaŜdej chwili mogą pojawić się na rynku nowe pozycje.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jednostka modułowa:

„

Eksploatowanie maszyn i urządzeń do urabiania”, której treści za

moment poznasz, jest jednym z modułów koniecznych do zapoznania się z problematyką
uŜytkowania maszyn do eksploatacji i przeróbki kopalin w górnictwie odkrywkowym, co
ilustruje schemat poniŜej.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy, instrukcji przeciwpoŜarowych i zasad ochrony środowiska
naturalnego, wynikających z charakteru wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas
trwania nauki.

Schemat układu jednostek modułowych

711[03].Z1

Eksploatacja maszyn i urządzeń stosowanych

w górnictwie odkrywkowym

711[03].Z1.02

UŜytkowanie maszyn

i urządzeń do transportu

i zwałowania

711[03].Z1.04

Wykonywanie konserwacji oraz

naprawy maszyn i urządzeń

górnictwa odkrywkowego

711[03].Z1.01

UŜytkowanie maszyn

i urządzeń do urabiania

kopalin

711[03].Z1.03

UŜytkowanie maszyn

i urządzeń do obróbki

kamienia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

stosować układ jednostek SI,

−

dobierać narzędzia, przyrządy i materiały w zaleŜności od wykonywanej pracy,

−

rozróŜniać rodzaje połączeń, osie, wały, łoŜyska, sprzęgła, hamulce i mechanizmy
oraz określać ich zastosowanie w budowie maszyn,

−

posłuŜyć się pojęciami: prędkość obwodowa, prędkość obrotowa, praca mechaniczna,
moc, energia i sprawność,

−

określać na podstawie dokumentacji technicznej elementy składowe maszyny
lub urządzenia,

−

posługiwać się dokumentacją konstrukcyjną i technologiczną oraz normami
technicznymi,

−

korzystać z róŜnych źródeł informacji,

−

selekcjonować, porządkować i przechowywać informacje,

−

interpretować związki wyraŜone za pomocą wzorów, wykresów, schematów, diagramów,
tabel,

−

dostrzegać i opisywać związki miedzy naturalnymi składnikami środowiska, człowiekiem
i jego działalnością,

−

zorganizować własne stanowisko pracy zgodnie z wymaganiami ergonomii,

−

udzielać pierwszej pomocy poszkodowanym w wypadkach przy pracy,

−

przestrzegać przepisy BHP.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

scharakteryzować budowę koparki jednonaczyniowej i rodzaj stosowanego napędu,

−

określić warunki pracy koparek wielonaczyniowych,

−

objaśnić pracę koparki głęboko czerpalnej i pogłębiarki,

−

objaśnić schemat kinematyczny koparki z napędem wielosilnikowym,

−

scharakteryzować pracę maszyn i urządzeń do urabiania skał na bloki,

−

objaśnić działanie zrywarki i zrywoładowarki,

−

scharakteryzować budowę i zastosowanie spycharki i zgniatarki,

−

określić działanie i zastosowanie róŜnych osprzętów roboczych,

−

scharakteryzować

mechaniczny

hydrauliczny

sposób

przeniesienia

napędu

na poszczególne mechanizmy robocze,

−

określić bezpieczne warunki pracy urządzeń do rozbijania brył ponadwymiarowych,

−

rozróŜnić elementy napędów hydraulicznych i pneumatycznych,

−

odczytywać schematy układów hydraulicznych i pneumatycznych,

−

scharakteryzować pompy, spręŜarki i wentylatory oraz określić ich wykorzystanie
w procesach technologicznych,

−

zidentyfikować układy napędowe maszyn i urządzeń,

−

sklasyfikować sposoby urabiania,

−

opisać budowę i wyjaśnić zasady działania zespołów i mechanizmów maszyn i urządzeń
do urabiania złóŜ,

−

objaśnić schematy kinematyczne maszyn i urządzeń do urabiania złóŜ,

−

przestrzegać przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpoŜarowej
oraz ochrony środowiska podczas eksploatowania maszyn i urządzeń do urabiania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Koparki jednonaczyniowe

4.1.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

RóŜne zaleganie złóŜ, róŜna jakość eksploatowanych kopalin oraz ich inne przeznaczenie

wymuszają zastosowanie róŜnych technologii urabiania skał. Do technologii tych naleŜą:

−

nadsiębierne urabianie skał koparkami jednonaczyniowym i ładowarkami,

−

podsiębierne urabianie skał koparkami jednonaczyniowymi,

−

ładowanie urobku z zsypu po robotach strzałowych

−

urabianie spycharkami, zrywarkami i spycharko – zrywarkami,

−

urabianie koparkami kołowymi,

−

urabianie koparkami wielonaczyniowymi łańcuchowymi,

−

urabianie koparkami z osprzętem chwytakowym

−

urabianie urządzeniami zgarniającymi,

−

urabianie koparkami pływającymi ssącymi i ssąco – frezującymi,

−

urabianie skał młotami hydraulicznymi,

−

urabianie zgarniarkami.
Ta róŜnorodność technologii urabiania wymaga zastosowania maszyn i urządzeń

róŜniących się przeznaczeniem i, często o specyficzną, konstrukcją.

Oprócz maszyn specjalnie konstruowanych dla górnictwa odkrywkowego, szczególne

zastosowanie znalazły maszyny budowlane. Powszechnie stosowane w innych gałęziach
gospodarki, dla potrzeb górnictwa odkrywkowego musiały zostać poddane szczególnym
rygorom przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Wśród maszyn do urabiania na lądzie wyróŜnia się:

−

koparki jednonaczyniowe z osprzętem nadsiębiernym i podsiębiernym,

−

koparki wielonaczyniowe kołowe i łańcuchowe,

−

zgarniarki linowe lub samojezdne,

−

ładowarki,

−

spycharki i zrywarki lub spycharko – zrywarki.
Wśród maszyn do urabiania spod wody wyróŜnia się:

−

koparki jednonaczyniowe z osprzętem chwytakowym i zgarniakowym, pływające lub
urabiające z lądu,

−

koparki wielonaczyniowe pływające,

−

koparki pływające ssące i ssąco – frezujące,

−

zgarniarki linowe.
W rozdziale tym omówione zostaną koparki jednonaczyniowe do urabiania na lądzie.

Pozostałe maszyny i urządzenie omówione zostaną w następnych rozdziałach.

Koparki

SłuŜą do bezpośredniego urabiania skał sypkich (piasek, Ŝwiry) i zwięzłych (gliny, kredy,

miękkie wapienie i margle) oraz do ładowania urobku na środki transportu.

Do scharakteryzowania koparek słuŜą tzw. wskaźniki techniczno – ekonomiczne, które

umoŜliwiają ich porównanie. Najprostszym wskaźnikiem jest stosunek cięŜaru koparki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w tonach do pojemności łyŜki w [m

] (G/q), a takŜe wskaźnik mocy, rozumiany jako stosunek

mocy silnika głównego w [kW] do pojemności łyŜki w [m

] (P/q).

W zaleŜności od zastosowania koparki jednonaczyniowe dzieli się na:

−

koparki budowlane na podwoziach gąsienicowych i kołowych pneumatycznych,
o pojemności łyŜki 0,15–2m

−

koparki odkrywkowe na podwoziach gąsienicowych z łyŜkami o pojemności 3–8m

dla cięŜkich warunków urabiania,

−

koparki nadkładowe na podwoziach gąsienicowych z łyŜkami o pojemności 4–35m

dla bardzo cięŜkich warunków urabiania,

−

koparki zgarniakowe kroczące (zgarniaki wysięgnikowe) ze zgarniakami o pojemności
4–193m

Koparki naleŜące do poszczególnych grup moŜna jeszcze podzielić ze względu na

wyposaŜenie organu roboczego, zastosowanego napędu itp.

Koparka jednonaczyniowa nadsiębierna (rys. 1) składa się: z wyposaŜenia roboczego,

nadwozia,  obrotnicy  i  podwozia.  W  skład  wyposaŜenia  roboczego  wchodzi  wysięgnik  1,
przymocowany  przegubowo  do  ramy  nadwozia  2  i  ramię  łyŜki  3  wraz  z  przymocowaną  do
niego łyŜką 4. Na głowicy wysięgnika 1 znajdują się krąŜki 5 i 6 dla liny podnoszącej łyŜkę
i dla liny podtrzymującej wysięgnik. Liny 7 podtrzymujące wysięgnik, biegną przez krąŜek 6
na  głowicy  wysięgnika  i  przez  krąŜki  8  na  podporze  kierującej  9  do  bębna  linowego  10
w kabinie maszynowej.

Rys. 1. Ogólna budowa koparki nadsiębiernej (łyŜkowej) [1, s. 123]

W kabinie maszynowej znajdują się: mechanizmy podnoszenia łyŜki, które za pomocą

liny 11 podnoszą lub opuszczają łyŜkę mechanizmu obrotu nadwozia; mechanizmy
podnoszenia wysięgnika; część mechanizmów jazdy (dla koparek 1–silnikowych) oraz mogą
znajdować się mechanizmy wysuwania i cofania ramienia łyŜki.

Mechanizm przesuwu ramienia łyŜkowego przez łańcuch 12 napędza koło zębate na wale

naporowym  13  przesuwające  ramię  łyŜki.  Do  otwierania  łyŜki  słuŜy  lina  14.  Oprócz
wymienionych mechanizmów w kabinie maszynowej znajduje się: silnik lub silniki napędowe
oraz  urządzenia  sterownicze  słuŜące  do  uruchamiania  poszczególnych  mechanizmów.
W tylnej  części  kabiny  maszynowej  pod  ramą  nadwozia  znajduje  się  pomieszczenie  na
przeciwcięŜar  15.  Kabina  maszynowa  wraz  z  urządzeniem  roboczym  osadzonym  w  ramie
nadwozia  spoczywa  na  obrotnicy  26  umoŜliwiającej  obrót  całego  nadwozia  względem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

podwozia. Jako mechanizm jazdy najczęściej uŜywa się podwozia gąsienicowego 17,
oponowego, a dla zgarniarek wysięgnikowych kroczącego.

Cykl pracy koparki łyŜkowej jest następujący: po opuszczeniu łyŜki do spągu, uruchamia

się  mechanizm  podnoszenia  i  naporu,  wciskając  łyŜkę  w  caliznę  i  urabiając  ją.  W  czasie
urabiania  obraca  się  wyposaŜenie  robocze  nad  miejsce  wyładowania  i  opróŜnia  łyŜkę  przez
otwarcie  jej  dna.  Po  opróŜnieniu  łyŜki,  operator  obraca  nadwozie  z  powrotem  do  połoŜenia
wyjściowego, zamykając równocześnie dno łyŜki i opuszczając ją w dół. W ten sposób cykl
pracy koparki rozpoczyna się od nowa.

Koparki nadsiębierne wykonane są w róŜnych wielkościach. Pojemność łyŜki wynosi

0.15–38m

, a długość wysięgnika wynosi do 67m.

Ogólnie naleŜy stwierdzić, Ŝe koparki nadsiębierne urabiają caliznę skalną przede wszystkim
powyŜej poziomu, na którym pracują, natomiast poniŜej tego poziomu tylko na nieznaczną
głębokość.

Koparki jednonaczyniowe nadsiębierne w górnictwie odkrywkowym pracują w skałach

miękkich i średniozwięzłych. W skałach twardszych koparki nadsiębierne mają zastosowanie
przewaŜnie  do  ładowania  urobku  odstrzelonego  materiałem  wybuchowym.  W  porównaniu
z innymi  koparkami  jednonaczyniowymi,  koparki  nadsiębierne  osiągają  w  takich  samych
warunkach  największą  wydajność.  Dzięki  działaniu  naporowemu  i  silnej  budowie,  koparki
łyŜkowe  nadsiębierne  znajdują  duŜe  zastosowanie  w  górnictwie  węgla  brunatnego,
kamiennego i innych kopalniach twardych surowców mineralnych.

Koparka jednonaczyniowa podsiębierna (rys. 2) składa się z takich samych elementów

konstrukcyjnych jak koparka nadsiębierna, lecz w innym nieco układzie. Wysięgnik 1 jest
jednym końcem przegubowo przymocowany do ramy nadwozia, natomiast na drugim końcu
przymocowane jest do niego przegubowo, lecz nie przesuwnie, ramię łyŜki 2. Ramię łyŜki
z jednej strony jest zakończone łyŜką 3, natomiast z drugiej strony krąŜkami 4. Przez krąŜki 4
na ramieniu łyŜki, oraz krąŜki 5 na podporze wysięgnika, biegnie lina podnosząca ramię łyŜki
6 do bębna napędu. Do łyŜki jest przymocowana lina urabiająca 7, przechodząca przez krąŜek
8 na wysięgniku do bębna w kabinie maszynowej.

Rys. 2. Koparka podsiębierna [1, s. 125]

Cykl pracy koparki podsiębiernej przebiega następująco: za pomocą liny podnoszącej

wyprostowuje się ramię łyŜki, co równocześnie powoduje podniesienie wysięgnika. Następnie
opuszcza  się  całe  wyposaŜenie  robocze  w  dół,  przez  co  łyŜka  wcina  się  w  caliznę.  Przez
uruchomienie  liny  urabiającej  łyŜka  przyciągana  jest  w  kierunku  koparki  i  napełniana
urobkiem.  Po  zaczerpnięciu  urobku  podnosi  się  wysięgnik  z  ramieniem  i  łyŜką,  aŜ  do

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odpowiedniej wysokości, ustawiając ją przez wykonanie obrotu nad miejscem wyładowania.
OpróŜnienie  łyŜki  dokonuje  się  albo  przez  otwarcie  dna  łyŜki  przy  pionowym  ustawieniu
ramienia,  albo  przez  wyprostowanie  ramienia  lub  teŜ  przez  przechylenie  samej  łyŜki.  Cechą
charakterystyczną  tych  koparek  jest  zmiana  kąta  nachylenia  wysięgnika  w  czasie  cyklu
roboczego.  Grubość  ścinanego  wióra  regulowana  jest  napręŜaniem  liny  podnoszącej  6.
Koparki  podsiębierne  mają  zastosowanie  przy  wszelkiego  rodzaju  wykopach,  przy
udostępnianiu złóŜ oraz przy usuwaniu nadkładu, gdy nie moŜna zastosować innych maszyn
ze względu na zawodnienie warstw itp. Koparki podsiębierne wykonywane są jako jednostki
małe  i  średnie  o  pojemności  łyŜek  0,2–2,0m

, przy głębokości wybierania dochodzącej do

kilkunastu metrów.

Koparka zgarniakowa (rys. 3) ma w wyposaŜeniu roboczym wysięgnik o stosunkowo

lekkiej konstrukcji kratownicowej 1 oraz zgarniak 2 zawieszony na linie ciągnącej 3 i linie
podnoszącej 4. Z liną ciągnącą i podnoszącą łączy się lina rozładowcza 5. Układ lin
3, 4 i 5 umoŜliwia utrzymanie zgarniaka w pozycji poziomej lub pionowej.

Cykl pracy zgarniarki przebiega następująco: przy napiętej linie podnoszącej

4, a zwolnionej  linie  ciągnącej  3,  zgarniak  skierowany  jest  ostrzem  w  dół.  Po  opuszczeniu
zgarniaka  na  spąg  wyrobiska  zwalnia  się  linę  podnoszącą  4,  a  uruchamia  się  linę  ciągnącą
3. Zgarniak  1,  pracując  na  stoku  skarpy  6,  skrawa  grunt  i  napełnia  się  urobkiem.
Po napełnieniu  zgarniaka  napręŜa  się  liny  ciągnącą  i  podnoszącą  tak,  Ŝe  układ  łańcuchów
i liny 5 powoduje przechylenie zgarniaka do pozycji poziomej. W pozycji poziomej zgarniak
podnoszony jest ku górze, a równocześnie obrotem wysięgnika 1 jest ustawiany nad miejscem
wyładowania. Po zwolnieniu liny ciągnącej 3 zgarniak przechyla się w dół i urobek wysypuje
się ze zgarniaka. Następnie obrotem wysięgnika  zgarniak powraca do  wyrobiska,  gdzie cykl
pracy powtarza się od początku.

Rys. 3. Koparka zgarniakowa [1, s. 127]

Wśród bardzo duŜych i duŜych koparek stosowanych w kopalniach odkrywkowych oraz

budownictwie  ziemnym  znaczący  udział  mają  jednonaczyniowe  koparki  z  osprzętem
zgarniakowym.  Znajdują  one  zastosowanie  w  górnictwie  odkrywkowym  w  wielu  krajach
w tym  przede  wszystkim  w  USA,  Kanadzie,  Australii,  Rosji,  Kolumbii,  Wielkiej  Brytanii,
Indii.  Koparki  te  wykorzystywane  są  głównie  do  zdejmowania  nadkładu  i  bezpośredniego
przemieszczania  go  na  zwałowisko  wewnętrzne  (zwałowanie  w  tzw.  beztransportowych
systemach  pracy).  Systemy  takie  mogą  być  stosowane  w  niezbyt  głębokich  kopalniach
(50–100 m), ze względu na ograniczony zasięg przerzutu nadkładu z poziomu roboczego na
zwałowisko  wewnętrzne.  DuŜe  koparki  zgarniakowe  wykorzystywane  są  do  urabiania
i zwałowania róŜnego rodzaju skał od sypkich, miękkich i kruchych po skały średniozwięzłe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

i zwięzłe (po wstępnym rozluzowaniu materiałami wybuchowymi). W niektórych
przypadkach koparki zgarniakowe wykorzystywane są równieŜ do urabiania i załadunku
kopaliny uŜytecznej na środki transportu technologicznego (głównie duŜe samochody).

Charakteryzują się one nie tylko olbrzymimi wymiarami i masą roboczą, ale równieŜ

wysoką  ceną  zakupu  sięgającą  kilkudziesięciu  milionów  dolarów  za  nową  maszynę
(porównywalna  z  ceną  duŜych  wielonaczyniowych  koparek).  Jednocześnie  prosta
konstrukcja, wysoka wydajność, niska awaryjność powodują, Ŝe koszty pracy tych koparek są
bardzo niskie, szczególnie przy zastosowaniu systemu zwałowania beztransportowego.

W głębokich kopalniach duŜe pionowe i poziome zasięgi pracy umoŜliwiają

podejmowanie  próby  zastosowania  koparek  zgarniakowych  na  najniŜszych  poziomach
eksploatacyjnych  do  wybierania  zasobów  znajdujących  się  poza  zasięgiem  innych,  bardziej
typowych maszyn, bez konieczności obniŜania poziomów eksploatacyjnych.
Maszyny  te  są  nazywane  obecnie  największymi  robotami  świata.  Wysokie  ceny  surowców
mineralnych  na  świecie  powodują  obecnie  wzrost  zainteresowania  inwestycjami  górniczymi
(budowa nowych i modernizacja czynnych kopalń), co przyczynia się do oŜywienia na rynku
maszyn górniczych w tym równieŜ duŜych koparek zgarniakowych.

Koparki zgarniakowe – kroczące

Koparki zgarniakowe – kroczące mają zastosowanie głównie do urabiania i przerzucania

nadkładu przy eksploatacji w kopalniach odkrywkowych węgla i rud, a takŜe do prac
melioracyjno–ziemnych

Przeznaczone są do pracy w gruntach słabych, o duŜym

zawodnieniu, dlatego mają stosunkowo mały jednostkowy nacisk na grunt. W małych
koparkach zgarniakowych (uniwersalnych), na podwoziach gąsienicowych, obniŜenie
jednostkowego nacisku na grunt uzyskuje się przez zwiększenie powierzchni członów taśmy
gąsienicowej.

Koparki cięŜkie są zaopatrzone w podwozie kroczące. W czasie pracy koparki kroczące

ustawiane są na podstawie (platformie) o przekroju kołowym, o duŜej powierzchni oporowej,
z jednostkowym naciskiem na grunt 0,4–1,0 kg/cm

Niskie usytuowanie obrotnicy w koparkach kroczących (nie biorąc pod uwagę

uproszczenia  mechanizmu  kroczenia  i  zwiększenia  stateczności  koparki)  stwarza  moŜliwość
wymiany  organu  roboczego.  Zwykle  pracują  one  jako  zgarniarki  i  chwytarki.  Dlatego
przewaŜnie mówi się potocznie o koparkach zgarniakowych jako o zgarniakach kroczących.
Podwozie  kroczące  koparki  stanowią  dwie  płozy  połączone  za  pośrednictwem  układu
mimośrodowego, korbowego lub cylindrami hydraulicznymi z kabiną nadwozia. Płozy słuŜą
tylko do przestawiania

koparki,

a płyta (podstawa) tylko do ustawiania koparki w czasie pracy.

Rys. 4.

Koparka zgarniakowa krocząca ESZ–14/75; 1 – krąŜek liny podnoszącej, 2 – lina podnosząca, 3 –zgarniak,
4 – liny ciągnące (urabiające), 5 – podpora kierująca, 6 –kabina operatora, 7 – krąŜki kierujące lin
ciągnących, 8 – płyta podstawowa, 9 – cylinder pomocniczy mechanizmu kroczenia, 10 – cylinder główny
mechanizmu kroczenia, 11 – płoza, 12 – kabina maszynowa [1, s. 158]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie pracy koparki płozy są skierowane ku górze.
W związku z małym naciskiem na grunt koparki zgarniakowe kroczące mają:

dobrą stateczność, wynikającą z nisko połoŜonego środka cięŜkości koparki i duŜej
powierzchni oporowej podstawy;

duŜą swobodę manewrowania, gdyŜ mogą kroczyć w dowolnym kierunku względem
miejsca, na którym stoi koparka, po obróceniu na obrotnicy nadwozia we właściwym
kierunku kroczenia;

mniejszy cięŜar przypadający na 1 m

zgarniaka niŜ koparki nadkładowe;

moŜliwość zastosowania długich wysięgników, w porównaniu z koparkami na podwoziu
gąsienicowym, przy tym samym cięŜarze koparki i tej samej pojemności łyŜki.
Wadą koparek zgarniakowych kroczących jest mała prędkość kroczenia (0,06–0,35

km/h). Na rys. 4 pokazano jedną z większych koparek zgarniakowych wyprodukowaną
w Rosji, o pojemności zgarniaka 14 m

i długości wysięgnika 75m.

Koparki jednonaczyniowe (łyŜkowe)

Koparki jednonaczyniowe, zwane równieŜ łyŜkowymi, przeznaczone są do odspajania

urobku  od  calizny  gruntu  i  ładowania  go  na  środki  transportowe  lub  na  odwał.  Maszyny  te,
wyposaŜone  w  narzędzie  robocze  w  postaci  łyŜki  umieszczonej  na  ruchomym  wysięgniku,
znajdują zastosowanie do urabiania ziemi lub twardej skały. Ziemia odspajana jest za pomocą
narzędzi  tnących  (zębów),  osadzonych  na  naczyniu  kopiącym.  Twarde  skały  muszą  być
wcześniej  rozluźnione,  najczęściej  przez  odstrzał.  Koparki  łyŜkowe  mogą  być  uŜywane
równieŜ  do  nabierania  urobku  z  hałd  i  przenoszenia  go  na  środki  transportowe,  spełniając
w ten sposób rolę ładowarek.

Koparki łyŜkowe dzieli się, ze względu na rodzaj napędu i sterowania osprzętem, na

koparki mechaniczne i hydrauliczne.

W zaleŜności od rodzaju podwozia, rozróŜnia się następujące odmiany koparek:

−

gąsienicowe,

−

kołowe, zamontowane na specjalnym samojezdnym podwoziu z kołami ogumionymi,

−

samochodowe, których nadwozie zamontowane jest na podwoziu samochodowym lub
typu samochodowego, wyposaŜonym w niezaleŜny napęd.
Znaczne rozszerzenie zakresu stosowania koparek umoŜliwia wymienny osprzęt:

−

łyŜka przedsiębierna – w przypadku, gdy poziom urobku znajduje się powyŜej poziomu
podłoŜa, na którym stoi koparka,

−

łyŜka podsiębierna – do głębokich wykopów, gdy poziom wyrobiska leŜy poniŜej
koparki,

−

osprzęt dźwigowy – przy wykonywaniu wykopów i wyrównywaniu terenu,

−

osprzęt chwytakowy, ładowarkowy, strugowy i kafarowy.
Przykład typowej koparki łyŜkowej przedstawia poniŜszy rysunek:

Rys. 5. Koparka łyŜkowa Komatsu PC 350 NLC–8 [20]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ładowarki jednonaczyniowe

Ładowarki jednonaczyniowe sterowane hydraulicznie są nowoczesnymi uniwersalnymi

maszynami o szerokim zakresie zastosowania i wysokiej efektywności pracy. Stosuje się je
do róŜnego rodzaju prac przeładunkowych w budownictwie, do załadunku na środki
transportowe urobku (przy robotach ziemnych), do urabiania lŜejszych gruntów, przeładunku
kruszyw, oczyszczania i wyrównywania terenu itp.

RozróŜnia się dwie odmiany konstrukcyjne ładowarek kołowych: nieprzegubowe,

których podwozie stanowi jednoczęściową ramę ze skrętnymi kołami przednimi lub tylnymi
i przegubowe, wyposaŜone w dwuczęściową ramę podwozia, połączoną przegubem oraz dwie
odmiany ładowarek gąsienicowych: o niepodwyŜszonej stateczności, których udźwig nie
przekracza 1/2 siły wywracającej, podwyŜszonej stateczności, których udźwig nie przekracza
1/3 siły wywracającej.

PoniŜej pokazano przykłady konstrukcji ładowarek stosowanych na placach budowy.

Rys. 6.

Kołowa ładowarka przegubowa Ł–31P: 1 – podwozie przegubowe, 2 – zespół napędowy, 3 –
hydrauliczny układ roboczy, 4 – wysięgnik, 5 – łyŜka, 6 – kabina maszynisty [9, s. 77]

Rys. 7.

Kołowa ładowarka jednonaczyniowa Fadroma Ł201A [18]

Konstrukcja podwozia wpływa na konstrukcję koparki i na jej wskaźniki techniczno-

-ekonomiczne. O ile podwozie kołowe na pneumatykach ma ograniczony zakres stosowania
(koparki budowane o małej pojemności łyŜki), to podwozia gąsienicowe są powszechnie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

stosowane w koparkach od małych do duŜych pojemności łyŜek; Podwozia kroczące stanowią
odrębne konstrukcje i są stosowane głównie w koparkach zgarniakowych.

Koparki łyŜkowe pracują na nierównych spągach i muszą pokonywać długie odcinki

trasy. W większości przypadków pokonują duŜe nierówności spągu w przodkach roboczych,
duŜe pochylenia terenu (do 15°) i pracują na słabych gruntach. Dlatego podwoziom koparek
stawia się duŜe wymagania.

Niektóre z nich to:

−

duŜe siły uciągu, na mechanizmie jazdy,

−

wysoki stopień pewności w pracy,

−

duŜa zwrotność, to znaczy koparka powinna wykonywać skręty na jak najmniejszym
promieniu,

−

duŜa wytrzymałość części konstrukcyjnych podwozia, szczególnie pod względem
zuŜycia przez ścieranie (człony taśm, sworznie, krąŜniki, łoŜyska).
Najbardziej rozpowszechnionym podwoziem koparek są podwozia gąsienicowe,

charakteryzujące się zaletami, do których moŜna między innymi zaliczyć:

−

dobrą pracę członów taśm gąsienicowych z podłoŜem i moŜliwość uzyskania duŜej siły
pociągowej;

−

moŜliwość przejazdu koparki po duŜych nierównościach i drogach nie ulepszonych,

−

moŜliwość pokonywania duŜych nachyleń 12–15

i więcej,

−

stosunkowo mały nacisk jednostkowy na grunt (0,5–2,5 kg/cm

−

duŜą zwrotność,

−

stosunkowo duŜą prędkość jazdy (do 6 km/h) i więcej,

−

dobrą wytrzymałość podwozia w czasie pracy.
Wadą podwozia gąsienicowego jest duŜa liczba ruchowych połączeń części

konstrukcyjnych,  niezabezpieczonych  lub  słabo  zabezpieczonych  przed  ścieraniem  przez
spadające  na  nie  gliny.  Ponadto  w  stosunku  do  podwozia  kołowego  na  pneumatykach
podwozie  gąsienicowe  jest  cięŜkie  i  stanowi  25–35%  ogólnego  cięŜaru  koparki.  Podwozie
gąsienicowe koparek buduje się jako dwu- i ośmiogąsienicowe.

Podwozie gąsienicowe składa się z ramy podwozia z czopem lub bez czopa centralnego,

ram, na których osadzone są koła nośne, kół napędowych i zwrotnych. Ponadto w podwoziu
znajduje się część lub cały mechanizm jazdy oraz część urządzeń sterowniczych i urządzeń
zapewniających stateczność koparce.

Klasyfikacja napędów koparek

We współczesnych konstrukcjach koparek łyŜkowych stosuje się następujące rodzaje

napędów:

−

silnikami spalinowymi,

−

silnikami elektrycznymi,

−

hydrauliczny.
KaŜdy z tych rodzajów napędów ma swoje silniki róŜniące się roboczymi

i konstrukcyjnymi charakterystykami. W zaleŜności od liczby silników rozróŜnia się koparki
z  jednym,  dwoma  i  wieloma  silnikami.  JeŜeli  koparka  ma  jeden  silnik,  to  napędza  on
wszystkie  lub  pewną  grupę  mechanizmów  i  napęd  nazywa  się  często  grupowym
(zespołowym),  a  koparkę  –  jednosilnikową.  Jeśli  koparka  ma  kilka  silników  do  napędzania
poszczególnych  mechanizmów,  to  napęd  nazywa  się  indywidualnym,  a  koparkę  –
wielosilnikową.  Kombinowany  napęd  spalinowo–elektryczny  włączony  został  do  napędów
elektrycznych, gdyŜ robocza charakterystyka napędu określona jest według jego elektrycznej
części.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schematy kinematyczne koparek

Schemat kinematyczny obrazuje przebieg ruchu od silnika do danego mechanizmu lub

zespołu mechanizmów koparki. Wybór odpowiedniego schematu kinematycznego jest bardzo
waŜny dla przyszłej pracy koparki, ze względu na sprawne działanie mechanizmów przy
zastosowaniu najmniejszej mocy oraz ze względu na rozmieszczenie mechanizmów w kabinie
maszynowej i proste nimi sterowanie.

Schematy kinematyczne powinny odpowiadać określonym wymaganiom stawianym

maszynie. Powinny zapewnić niezaleŜność poszczególnych ruchów roboczych koparki nawet
wtedy,  gdy  wykonuje  się  je  jednocześnie  (np.  podnoszenie  i  przesuwanie  ramienia  łyŜki).
Liczba przekładni, szczególnie dla koparek jednosilnikowych, powinna być najmniejsza, aby
zapewnić  moŜliwie  wysoki  współczynnik  sprawności  koparki.  Dlatego  teŜ  mechanizm
podwozia  i  mechanizm

podtrzymywania wysięgnika napędzane są często z tej samej

przekładni. Przekładni nawrotnych nie powinno być więcej niŜ dwie. Jedna – dla obrotu
nadwozia i jazdy koparki, a druga – dla niezaleŜnego przesuwania ramienia łyŜki.

Schemat kinematyczny koparki jednosilnikowej

Mechanizm koparki jednosilnikowej E–2001, której schemat kinematyczny pokazano na

(rys.  8),  napędzany  jest  asynchronicznym  silnikiem  elektrycznym  1.  Ruch  obrotowy
przekazywany jest przez sprzęgło zębate 2 za pośrednictwem kół reduktora 3 na wał główny
4.  Koła  5  i  7  obracają  wał  6  dźwigarki  głównej.  Gwiazdy  przekładni  łańcuchowej  10  ruchu
wstecznego  i  naporu  ramienia  łyŜki,  a  takŜe  bęben  liny  urabiającej  14  są  osadzone  luźno  na
wale  6  i  uzyskują  ruch  obrotowy  przez  włączenie  wewnętrznych  sprzęgieł  ciernych
taśmowych 8 i 16. Mechanizmy naporu i urabiania hamuje się hamulcami taśmowymi 9 i 13,
których tarcze wykonane są wspólnie takŜe dla sprzęgieł 8 i 16.

Ruch obrotowy na wał naporowy 11 przekazywany jest przez przekładnię łańcuchową

10.  Wał  naporowy  przez  koła  zębate  13  przekazuje  ruch  obrotowy  zębatkom
12, przytwierdzonym  do  belek  ramienia  łyŜki.  Przesuwanie  zębatek,  a  więc  i  belek  ramienia
łyŜki,  następuje  przy  włączeniu  sprzęgła  taśmowego  17  na  wale  głównym  4.  Przy  pracy
koparki,  z  wyposaŜeniem  zgarniaka,  do  prawej  tarczy  sprzęgła  ciernego  przytwierdza  się
bęben  liny  podnoszącej  37,  a  do  lewej  –  bęben  liny  urabiającej  36  z  gwiazdą  35,  połączoną
łańcuchową  przekładnią  z  wałem  4.  Taki  układ  powoduje  przymusowe  odwijanie  liny
ciągnącej w czasie podnoszenia zgarniaka napełnionego urobkiem, przez włączenie sprzęgła
17. W czasie pracy koparki z wyposaŜeniem dźwigu, zamiast bębna liny podnoszącej nakłada
się bęben 36 liny ciągnącej zgarniak. Przy takim układzie ładunki podnosi się przez włączenie
sprzęgła  8,  a  opuszcza  –  przez  włączenie  silnika  i  sprzęgła  17.  Sprzęgła  18  mechanizmu
nawrotnego wykonane są jako taśmowe wewnętrzne. Przy włączeniu jednego z tych sprzęgieł
ruch  obrotowy  przekazywany  jest  na  wał  32  przez  koła  stoŜkowe  19.  Koła  zębate  20  i  23
zamocowane na tym wale wchodzą odpowiednio w zazębienie z kołem 21 napędu dźwigarki
podtrzymującej wysięgnik i z kołem 25 napędu mechanizmu obrotu nadwozia. Koło 21 moŜe
być  odłączone  z  zazębienia  z  kołem  20  i  wtedy  bęben  22,  otrzymujący  ruch  obrotowy
z przekładni  ślimakowej  34,  będzie  odłączony  od  napędu.  Przekładnia  ślimaka  jest
samohamowna, jednak dla bezpieczeństwa przy włączonym napędzie dodatkowo przekładnia
jest  zahamowana  hamulcem  33,  Dźwigarka  liny  podtrzymującej  wysięgnik  otrzymuje  ruch
obrotowy  z  przekładni  nawrotnej  8  z  włączanymi  sprzęgłami  18.  Koła  25  i  27,  osadzone
luźno  na  wale  mechanizmu  obrotu  30  i  na  wale  mechanizmu  jazdy  29,  mogą  być  włączone
w układ  kinematyczny  napędu  przez  załączenie  sprzęgieł  kłowych  24  i  26.  Koło  31
mechanizmu  obrotu  nadwozia  obiega  po  wieńcu  o  wewnętrznym  zazębieniu  28,  który
przytwierdzony  jest  do  ramy  podwozia.  Podwozie  gąsienicowe  uruchamia  się  po  załączeniu
sprzęgła  26  z  kołem  27,  które  przez  wał  29  napędza  koła  stoŜkowe  i  wał  z  gwiazdami
przekładni  łańcuchowej  napędzającej  koła  napędowe  gąsienic.  Włączenie  i  wyłączenie
gąsienic  odbywa  się  przez  koła  zapadkowe,  zastosowane  w  tym  układzie  zamiast  sprzęgieł
kłowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 9. Schemat kinematyczny koparki wielosilnikowej [1, s. 175]

W zaleŜności od wyposaŜenia roboczego koparki, na głównej dźwigarce zestawia się

odpowiednie bębny 13,  14, 15 i 16.  Bębny dźwigarki włącza się sprzęgłami taśmowymi 12,
a hamuje  się  hamulcami  wewnętrznymi  taśmowymi  5.  Przy  pracy  koparki  wyposaŜonej
w łyŜkę  nadsiębierną  i  dźwig,  sprzęgło  bębna  jest  załączone  na  stałe,  a  hamulec  wyłączony.
Kierunek  ruchu  obrotowego  bębna  uzyskuje  się  nawrotem  silnika  elektrycznego.  Przy  pracy
koparki  wyposaŜonej  w  zgarniak  silnik  obraca  się  tylko  w  jednym  kierunku,  podciągając
i podnosząc zgarniak.

Mechanizm jazdy włącza się od mechanizmu głównej dźwigarki przez włączenie koła.

Następnie  ruch  obrotowy  przez  pionowy  wał  11,  przechodzący  przez  tuleję  centralną
obrotnicy,  przekazywany  jest  na  przekładnię  w  ramie  podwozia.  Skrętów  podwoziem
gąsienicowym 9 dokonuje się za pomocą sprzęgieł kłowych 10 sterowanych pneumatycznie.
Mechanizm  jazdy  hamuje  się  urządzeniem  zapadkowym  uruchamianym  pneumatycznie.
Mechanizm  obrotu  nadwozia  napędzany  jest  nawrotnym  silnikiem  prądu  stałego
4 ustawionym  pionowo.  Od  silnika  ruch  obrotowy  przekazywany  jest  przez  dwustopniowy
reduktor  3  i  przez  trzy  koła  zębate  na  wał.  Obciągające  wieniec  obrotnicy  koło  7  ma
wewnętrzne  zazębienie  z  zębatym  wieńcem  8  przytwierdzonym  do  ramy  podwozia.
Dwuszczękowy  hamulec  5  mechanizmu  obrotu  zamontowany  jest  na  górnym  końcu  wału

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

silnika.  Działa  on  automatycznie  przy  rozruchu  i  zatrzymywaniu  silnika.  Dźwigarka  liny
podtrzymującej wysięgnik zamontowana jest na dwustojakowej podporze kierującej, której oś
jest  osią  bębna  6  połączonego  z  silnikiem  przez  trójstopniowy  reduktor  3.  Bęben  hamuje
automatycznie hamulcem 5 umocowanym na wejściowym wale reduktora. Wał mechanizmu
naporu otrzymuje ruch obrotowy od silnika prądu stałego ustawionego  w siodle wysięgnika,
przez  dwie  zębate  przekładnie  3.  Z  wału  mechanizmu  naporu  poprzez  koło  zębate  2  ruch
obrotowy przekazywany jest na zębatkę ramienia łyŜki 1.
System sterowania koparki jest elektropneumatyczny.

Systemy sterowania koparkami

Sterowaniem nazywamy wszystkie czynności związane z włączaniem, wyłączaniem

i kierowaniem pracą mechanizmów. Ma ono zatem dominujący wpływ na wydajną
i prawidłową pracę maszyny. DuŜa liczba czynności, które muszą być wykonane, oraz wielka
liczba mechanizmów i urządzeń, które trzeba uruchamiać w czasie pracy koparki, stawiają
wysokie wymagania urządzeniom sterowniczym i kierowcy koparki. Mechanizmami koparek
steruje się za pomocą odpowiednich dźwigni i pedałów umieszczonych w kabinie kierowcy.

Sterowanie

pneumatyczne.

Obecnie

coraz

większe

zastosowanie

znajdują

pneumatyczne systemy sterowania. Zaletami sterowania pneumatycznego są:
1)

płynność włączania urządzeń wykonawczych (organów),

mała czułość na nieduŜe wypływy powietrza,

mniejsze zanieczyszczenie koparki w przypadku ucieczek powietrza,

moŜliwość wykorzystania spręŜonego powietrza do pneumatycznych urządzeń, a takŜe
do osuszania i oczyszczania części konstrukcyjnych urządzeń i maszyn.
Do wad pneumatycznych systemów sterowania naleŜą: duŜa złoŜoność stosowanego

oprzyrządowania

(spręŜarki,

zbiorniki

wyrównawcze,

urządzenia

oczyszczające),

niewystarczająca pewność pracy przy niskich temperaturach otoczenia, zamarzanie
kondensatu (skroplin) w przewodach powietrznych, większe wymiary i cięŜar cylindrów
(siłowników) w porównaniu z małym ciśnieniem powietrza.

Pneumatyczne systemy mogą być wykonane ze sterowaniem rozrządu suwakowego-ręcznym
lub elektromagnetycznym.

Sterowanie hydrauliczne. Głównymi zaletami hydraulicznych systemów sterowania są:

moŜliwość przenoszenia duŜych mocy przy stosunkowo małej masie i wymiarach
urządzenia,

równomierna i spokojna praca organów roboczych,

moŜliwość otrzymania bardzo duŜych sił na organach roboczych,

łatwa i szybka zmiana kierunku ruchu dzięki małym bezwładnościom,

proste i pewne zabezpieczenie zabezpieczenie maszyny i jej podzespołów przed
przeciąŜeniem,

moŜliwość łatwej kontroli obciąŜenia maszyny przez pomiar ciśnienia cieczy roboczej,

moŜliwość małej bezstopniowej regulacji prędkości ruchu obrotowego i prostoliniowego.
Do wad hydraulicznych systemów naleŜą: twardość działania, powodująca powstawanie

przeciąŜeń dynamicznych w mechanizmach, moŜliwość wycieków płynu z rurociągu przez
powstające nieszczelności, konieczność stosowania specjalnych płynów przy pracy w niskich
temperaturach.

Sterowanie elektromagnetyczne. Elektromagnetyczne sterowanie hamulcami koparek

stosuje  się  rzadko.  Sporadycznie  stosowane  jest  do  wyłączania  hamulców  mechanizmu
naporu.  Wadą  sterowania  elektromagnetycznego  jest  jego  niedostateczna  pewność
eksploatacyjna  spowodowana  tym,  Ŝe  elektromagnesy  (jak  i  inne  mechanizmy  koparki)
pracują  w  warunkach  duŜego  zapylenia  i  otrzymują  duŜą  liczbę  włączeń  w  jednostce  czasu
(do  200  na  godzinę).  Z  tego  powodu  zwykle  w  koparkach  stosuje  się  taśmowe  hamulce

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z krótkoskokowym elektromagnesem. Zaciskanie hamulca zachodzi pod działaniem spręŜyny,
a luzowanie – pod działaniem elektromagnesu.

Sterowanie próŜniowe. PróŜniowe oraz kombinowane próŜniowo–dźwigniowe systemy

sterowania  stosuje  się  w  niektórych  zagranicznych  koparkach.  Podstawowymi  agregatami
takich systemów są próŜniowe pompy, stwarzające podciśnienie w roboczych cylindrach. Siły
działające  na  tłoki  określone  są  róŜnicą  ciśnienia  atmosferycznego  i  podciśnienia
w cylindrach.  Łatwo  jest  zauwaŜyć,  Ŝe  ta  róŜnica  nie  moŜe  być  większa  od  0,1MPa
(praktycznie  równa  się  ona  0,04–0,06  MPa).  Z  tego  powodu  Ŝądane  siły  na  roboczych
dźwigniach mechanizmów otrzymuje się kosztem powiększenia średnicy cylindrów (tłoków).
Cylindry mają duŜe wymiary i są cięŜkie. Obecnie systemy próŜniowe nie są stosowane.

Obsługiwanie koparki

Pracę koparkami mogą wykonywać jedynie osoby posiadające uprawnienia do obsługi

koparek  eksploatacyjnych.  Przy  pracy  koparkami  jednoczerpakowymi  (łyŜkowymi)  naleŜy
zwracać  uwagę,  aby  bez  zezwolenia  operatora  nikt  nie  zbliŜał  się  do  maszyny  będącej
w ruchu.  W  ciągu  trwania  zmiany,  w  przypadku  krótkich  przerw  w  pracy,  gdy  operator
zmuszony  jest  opuścić  maszynę,  powinien  pozostawić  ją  pod  nadzorem  pomocnika.  NaleŜy
wyłączyć wszystkie napędy, a łyŜkę połoŜyć na spągu lub oprzeć o urobek.

Nie wolno równieŜ przebywać osobom postronnym w czasie urabiania w pobliŜu górnej

krawędzi urabiania przodku. Maszynista powinien zwracać uwagę na wszystko, co by mogło
być źródłem poŜaru (np. stan izolacji, grzanie się transformatora itp.). Zapasowe zbiorniki
z paliwem i olejami powinny być rozmieszczone w pewnej odległości od maszyny
oraz szczelnie zamknięte Po zmianie, po opuszczeniu maszyny naleŜy ją przekazać następcy
lub zamknąć i zabezpieczyć przed uruchomieniem przez osoby postronne.

Przy pracy koparką z napędem elektrycznym przewód oponowy, doprowadzający

energię,  układa  się  na  odpowiednich  podporach.  Maszynista  powinien  sprawdzić,  czy
wszystkie  silniki  są  uziemione  zgodnie  z  odpowiednimi  prze  pisami.  Szczotki  w  silnikach
powinny  być  odpowiedniej  długości  i  dobrze  przylegać  do  wirników.  W  przypadku
nagrzewania  się  silników  elektrycznych  przepalania  się  izolacji  czy  silnego  iskrzenia  naleŜy
natychmiast  przerwa  pracę  i  wezwać  elektryka.  Włączanie  prądu  w  maszynie
oraz przenoszenie  kabla  doprowadzającego  prąd  naleŜy  wykonywać  tylko  w  rękawicach
i butach ochronnych.

W czasie pracy koparki nie wolno smarować ani naprawiać Ŝadnych ruchomych części.

Kontrola mechanizmów koparki moŜe odbywać się tylko po jej zatrzymaniu i za wiedzą
maszynisty. W tym czasie łyŜka koparki musi leŜeć na spągu lub na urobku. ŁyŜkę moŜna
czyścić tylko pod nadzorem maszynisty koparki.

Szczególnie niebezpieczne są prace na wysięgniku, przy smarowaniu górnych krąŜników

i zębatek wału naporowego. Maszyna musi być wtedy wyłączona (na wysięgniku powinny
być przyspawane odpowiednie stopnie, ułatwiające poruszanie się po nim).

W czasie pracy maszyna powinna być ustawiona w ten sposób, aby z kabiny zapewniona

była  dobra  widoczność  środków  transportu  i  wysypu  urobku;  maszynista  powinien
obserwować  ścianę,  pod  którą  pracuje,  i  w  przypadku  wystąpienia  osuwów  czy  staczania
większych  brył  odjechać  koparką  na  bezpieczną  odległość.  Nie  powinno  się  pracować  pod
ścianą z nawisami, które stanowią zagroŜenie dla obsługi i maszyny. Na czas strzelania naleŜy
odjechać  koparką  z  przodku  i  obrócić  się  wysięgnikiem  do  wyrobiska.  W  nocy  przodek
powinien  być  odpowiednio  oświetlony.  RównieŜ  wewnątrz  kabiny  koparki  powinny  być
lampy elektryczne do oświetlenia poszczególnych mechanizmów i samego wnętrza. Ładując
urobek  na  środki  transportowe,  powinno  się  opuszczać  łyŜkę  moŜliwie  najniŜej,  gdyŜ
spadające  bryły  szybko  niszczą  środki  transportowe,  naleŜy  teŜ  zwracać  uwagę  na
równomierne sypanie urobku (na środek pojazdu),aby nie doprowadzić do przeciąŜenia części

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

skrzyni i wywrócenia pojazdu. Przy załadunkach do wagonu kolejki wysypywanie z łyŜki jest
dozwolone na sygnał obsługi transportu. Po załadowaniu maszynista koparki daje sygnał
przesunięcia pociągu.

Wszystkie liny koparki powinny być kontrolowane i w przypadku wystąpienia pęknięć

poszczególnych zwojów liny całą linę naleŜy wymienić.

Przy ładowaniu urobku zabrania się przebywania ludziom w zasięgu działania łyŜki, gdyŜ

w takim przypadku występuje nie tylko zagroŜenie ze strony pracującej maszyny, ale takŜe
moŜliwość raŜenia bryłami skalnymi, które ładuje koparka. Po wysypaniu urobku naleŜy
uwaŜać, aby nie zaczepić klapą łyŜki o środki transportowe.

Pojemność środków transportowych powinna być dostosowana do pojemności łyŜki;

stosunek ten ogólnie określa się jako (4 do 10) do jedności, środki transportowe, obsługujące
ładowarki,  powinny  być  ustawiane  zawsze  po  stronie  stanowiska  maszynisty,  aby  zapewnić
mu  dobrą  obserwację  miejsca  załadunku,  a  takŜe,  aby  kąt  obrotu  nadwozia  był  jak
najmniejszy.  WiąŜe  się  z  tym  równieŜ  warunek  zabezpieczenia  maszynisty  przed  obsuwami
ściany.

Bezpośrednio z bezpieczeństwem pracy związane jest takŜe prawidłowe posługiwanie się

maszyną. Chodzi o to, aby nigdy nie włączać mechanizmu jazdy przy czerpaku wypełnionym
urobkiem, a przy napełnianiu łyŜki nie włączać mechanizmów jazdy i obrotów.

W czasie przejazdu wysięgnik powinien znajdować się w połoŜeniu zgodnym

z kierunkiem jazdy, a łyŜkę naleŜy opuścić do wysokości 1 m nad terenem. Po zakończeniu
pracy naleŜy odjechać na bezpieczną odległość od ściany, łyŜkę opuścić na ziemię, podwozie
zablokować, zatrzymać silniki i zamknąć kabinę.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie czynniki wpływają na dobór technologii urabiania skał?

Jakie są najczęściej spotykane technologie urabiania skał?

Jakie maszyny słuŜą do urabiania urobku na lądzie?

Jaki jest cykl pracy koparki?

Jakie rodzaje napędów są stosowane w koparkach do urobku kopalin?

Jaka jest konstrukcja podwozia koparki?

Jakie są systemy sterowania napędów koparki do urobku kopalin?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Korzystając z materiału nauczania wypisz w tabeli:

wspólne cechy i nazwy zespołów składowych maszyn do urabiania kopalin na lądzie
i spod wody,

róŜnice konstrukcyjne w nazwie i budowie maszyn do urabiania kopalin na lądzie i spod
wody.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wspólne cechy i nazwy zespołów składowych maszyn do urabiania kopalin

na lądzie

spod wody

Cechy róŜniące maszyny do urabiania kopalin

na lądzie

spod wody

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat maszyn do urabiania kopalin
na lądzie i spod wody,

określić wspólne cechy maszyn,

rozpoznać zespoły maszyn,

określić róŜnice konstrukcyjne budowie maszyn do urobku,

wypełnić tabele do ćwiczeń,

dokonać prezentacji opracowania.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Wypisz w tabeli wady i zalety systemów sterowań koparkami. WskaŜ najlepszy system

sterowania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nazwa systemu sterowania

Zalety

Wady

Sterowanie pneumatyczne

Sterowanie hydrauliczne

Sterowanie
elektromagnetyczne

Sterowanie próŜniowe

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat sterowania,

określić wady i zalety systemów sterowań

wypełnić tabele do ćwiczeń,

dokonać prezentacji opracowania.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

przybory do pisania,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić technologie urabiania skał?

wskazać róŜnice w pracy koparki z osprzętem nadsiębiernym
i podsiębiernym?

podać zastosowanie koparki ładowarki i zgarniarki linowej?

scharakteryzować koparki jednonaczyniowe?

opisać schemat kinematyczny koparki?

scharakteryzować sterowania koparek?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.

Urządzenia do rozbijania brył ponadwymiarowych

4.2.1. Materiał nauczania

Wprowadzenie

W odkrywkowych kopalniach kopalin skalnych, szczególnie tych prowadzących roboty

strzałowe,  występują  duŜe  bryły  kamienne,  które  naleŜy  rozbić,  gdyŜ  nie  mieszczą  się
w łyŜkach  koparek  lub  ładowarek.  RównieŜ  kruszarki,  z  powodu  ograniczonych  wymiarów
paszczy nie przyjmą zbyt duŜej bryły do rozkruszenia.

Wymagania stawiane urządzeniom do kruszenia brył

Do podstawowych czynników określających wymagania stawiane urządzeniu do kruszenia

brył w odkrywkach, zalicza się ilość brył jaką trzeba skruszyć na dobę, oraz miejsce i sposób
ich zalegania. Z warunków istniejących w kamieniołomach, w kopalniach węgla brunatnego,
jak równieŜ z analizy istniejących metod kruszenia brył wynika, Ŝe odpowiednie dla
kamieniołomów, jak i dla kopalni odkrywkowych urządzenia do kruszenia brył powinny
charakteryzować następujące czynniki:

−

krótki czas potrzebny na kruszenie brył,

−

mała liczba operacji potrzebnych do skruszenia bryły,

−

mały rozrzut odłamków,

−

duŜa powierzchnia przełomu, czyli, mała ilość kawałków po rozbiciu,

−

bezpieczna praca w pobliŜu innych urządzeń, przede wszystkim koparek,

−

ruchliwość (zwrotność i szybkość),

−

moŜliwość obsługiwania duŜego obszaru z jednego miejsca postoju.

Metody kruszenia brył ponadwymiarowych

Nadwymiarowe

bryły

skalne

rozbija

się

robotami

strzałowymi

(strzelanie

rozszczepkowe) lub mechanicznie. Podejmowano równieŜ próby zastosowania innych
sposobów kruszenia brył. NaleŜałoby tu wymienić metody termiczne (palnikami termicznymi
i plazmowymi, udarem cieplnym), elektrotermiczne, elektrohydrauliczne, laserowe.

Jednak w krajowych zakładach górniczych najczęściej stosuje się mechaniczne rozbijanie

brył:

−

statyczne (rozłupiarką)

−

udarowe (młotami hydraulicznymi, kafarami, kulą).
Kruszenie rozłupiarką. Rozłupiarka działa cicho, bezpiecznie, jest łatwa w obsłudze.

Wydajność wynosi w zaleŜności od wielkości urządzenia od 140 do 160 ton na zmianę.
Ponadto istnieje moŜliwość stosowania rozłupiarki do dowolnych skał zwięzłych.

Obecnie coraz szerzej do rozszczepiania brył według określonych płaszczyzn, bądź teŜ

do dzielenia nieregularnych bloków skalnych, mają zastosowanie rozłupiarki hydrauliczne.

Z punktu widzenia wytrzymałości materiałów, warunkiem efektu rozszczepiania jest

wywołanie  w  skale  napręŜenia  przekraczającego  doraźną  wytrzymałość  na  rozrywanie.
Dlatego  wielkość  powierzchni  podziału  jest  czynnikiem,  do  którego  naleŜy  dobrać  warunki
rozszczepiania,  a  mianowicie:  wielkość  i  charakter  siły  rozpierającej,  liczbę,  wymiar
i rozmieszczenie  otworów  w  taki  sposób,  aby  uzyskać  równą,  w  przewidywanym  kierunku
płaszczyznę  podziału.  Zasadniczą  trudność  konstrukcyjną  stanowi  konieczność  uzyskania
odpowiednio  duŜej  siły,  niezbędnej  do  pokonania  oporu  skały,  przy  zapewnieniu  moŜliwie
małych  wymiarów  otworów  kierunkowych.  Im  mniejsza  jest  objętość  skały,  którą  naleŜy
urobić  i  usunąć  z  przyszłej  płaszczyzny  podziału,  tym  mniejsza  jest  pracochłonność  i  koszt
prac przygotowawczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rozwiązania konstrukcyjne dotyczyły głównie urządzeń o napędzie hydraulicznym, które

w prosty sposób umoŜliwiają uzyskanie stosunkowo duŜych sił. Skonstruowano dwa rodzaje
rozłupiarek hydraulicznych:

−

wielotłoczkowych  (system  Roc–Jak)  wykorzystujących  energię  układu  hydraulicznego
w sposób  bezpośredni,  składających  się  z  cylindra  roboczego  1  i  wchodzących  do
wspólnej  komory  ciśnieniowej  tłoczków  2.  Dla  zabezpieczenia  tłoczków  przed
bezpośrednim  zetknięciem  się  ze  ścianką  otworu  kierunkowego,  stosuje  się  wkładkę
wyrównawczą  3,  wsuwaną  do  otworu  kierunkowego  wraz  z  cylindrem  1.  Ciśnienie
w układzie hydraulicznym, wywołane jest przez ręczną pompę 4, jest przenoszone przez
elastyczny przewód ciśnieniowy 5 do wnętrza cylindra. Schemat rozłupiarki przedstawia
rysunek 6,

−

jednotłokowych  (system  Darda),  w  których  siła  układu  hydraulicznego  jest
zwielokrotniona  przez  zastosowanie  klina  rozpierającego.  Rozłupiarka  tego  systemu
składa  się  z  agregatu  napędowego  1,  połączonego  z  nim  przewodami  5  cylindra
roboczego  7,  w  którym  porusza  się  tłok  8  połączony  przegubowo  wraz  z  klinem  9.
Źródłem napędu jest urządzenie umieszczone na dwukołowym podwoziu, składające się
z  silnika  napędowego  2  (elektrycznego,  spalinowego  lub  pneumatycznego)  oraz
napędzonej  przez  ten  silnik  pompy  wysokociśnieniowej  3  (wielotłoczkowej  pompy
promieniowej). Pompa ta przez rozdzielacz 4, z zaworem przelewowym, i elastyczny wąŜ
ciśnieniowy  5  tłoczy  olej  do  zaworu  sterującego  6  umieszczonego  w  górnej  części
cylindra  roboczego  7.  W  przypadku  jednoczesnego  zasilania  większej  liczby  cylindrów
z jednego  urządzenia,  rozdzielacz  zaopatrzony  jest  w  odpowiednią  liczbę  wylotów,  do
których  podłącza  się  węŜe  kolejnych  cylindrów.  W  połoŜeniu  (jak  na  rysunku  8)  olej
przez  zawór  sterujący  6  podawany  jest  do  wnętrza  cylindra  7  –  nad  tłok  8  połączony
przegubowo z klinem 9. Pod wpływem ciśnienia oleju tłok z klinem przesuwają się w dół
rozpierając  promieniowo  okładki  10,  które  naciskają  bezpośrednio  na  ścianki  otworu
kierunkowego. Okładki te na ogół są profilowane w taki sposób, aby rozpieranie otworu
i rozszczepianie  bryły  rozpoczynało  się  w  górnej  jego  części.  Po  wykonaniu  pracy,  olej
kierowany jest przez zmianę połoŜenia zaworu sterującego do dolnej części cylindra pod
tłok,  co  powoduje  przemieszczenie  tłoka  8  do  góry  i  wycofanie  klina  9.  Schemat
rozłupiarki przedstawia rysunek 10.

Rys. 10. Schemat hydraulicznej rozłupiarki systemu Rock–Jak [2, s. 97]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 11. Schemat hydraulicznej rozłupiarki systemu „Darda” [2, s. 99]

Sposób wykorzystania obu rozłupiarek jest jednakowy: w wyznaczonej płaszczyźnie

przyszłego  podziału  bryły,  wiercone  są  wiertarkami  otwory  kierunkowe;  w  otwory  te
wsuwane  są  walcowe  końcówki  robocze,  które  rozpierane  promieniowo  z  określoną  siłą
i w określonym  kierunku  powodują  rozszczepienie  bryły.  Zasada  tego  systemu  zbliŜona  jest
do  stosowanego  jeszcze  obecnie  ręcznego  dzielenia  lub  odspajania  bloków  za  pomocą
wbijanych ręcznie klinów. Jednak dzięki osiąganiu przez rozłupiarki hydrauliczne duŜych sił,
moŜliwe stało się zmniejszenie liczby otworów, a tym samym zmniejszenie liczby czynności
pomocniczych.

Kafary

W górnictwie odkrywkowym do mechanicznego rozbijania brył skalnych zastosowano,

w początkach  lat  dwudziestych,  kafary.  Są  to  maszyny  na  podwoziu  szynowym,  bądź  teŜ
gąsienicowym. Najczęściej jest to koparka o specjalnym wysięgniku z krąŜkiem linowym na
głowicy  (rys.  12).  Przez  krąŜek  jest  przerzucona  lina,  na  końcu  której  zawieszony  jest
odpowiedniego kształtu bijak. Przez swobodne, okresowe opuszczanie bijaka na bryłę skalną
rozbija  się  ją  na  Ŝądaną  wielkość.  Bijaki  stosowane  do  urządzeń  kafarowych  mają  kształty
kuli, cylindra, prostopadłościanu i waŜą l–3 tony. Jak wykazały doświadczenia bijak o masie
1,6  tony  rozbija  bryły  o  objętości  5–6  m

, bijak o cięŜarze 3 tony – bryły do 10 m

. Praca

kafaru zastępuje pracę od 8 do 10 wiertaczy i strzałowych zatrudnionych przy strzelaniu
rozszczepkowym.

Podczas rozbijania wielkich brył skalnych kafarami, następuje rozrzut odłamków, które

mogą być przyczyną zranienia operatora.  Z tego  względu długość wysięgnika musi wynosić
12–15  m,  a  kabinę  naleŜy  osłonić  blachą  stalową.  Praktyczna  wysokość  spadania  cięŜaru
przyjmuje  się  5–6  m.  Stosowanie  kafarów  jest  celowe  tylko  przy  duŜej  ilości  brył
nadwymiarowych,  gdyŜ  wprowadzenie  dodatkowej  maszyny  nieprzydatnej  do  innych  celów
dla  małych  ilości  brył  jest  nieracjonalne.  Dlatego  bardzo  często  przystosowuje  się  do
rozbijania  brył  koparkę  nadsiębierną,  którą  uŜywa  się  do  urabiania  i  ładowania.  MoŜna
dokonać  tego  następująco.  Do  górnego  końca  wysięgnika  koparki  (rys.  12)  mocuje  się
dowolnym  sposobem  dodatkową  kratownicę  1,  o  długości  1,5–3,0  m.  W  kratownicy  na
łoŜyskach osadza się krąŜek linowy 2 o średnicy 600–800 mm. W nadwoziu koparki ustawia
się  dodatkową  wciągarkę  4  na  specjalnych  wspornikach  lub  dodatkowych  belkach

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

wspornikowych 3 przyspawanych do głównych belek podpory wysięgnika. Lina o średnicy
18 mm od bębna przechodzi na krąŜek kierujący 5, a stąd przez krąŜek 2 do bijaka,
zawieszonego na niej na haku.

Rys. 12. Schemat koparki jednonaczyniowej przystosowanej do rozbijania brył [1, s. 112]

Na rys. 13 przedstawiono urządzenie kafarowe zabudowane na wysięgniku koparki

jednonaczyniowej lub na dźwigu.

Rys. 13. Urządzenie kafarowe zabudowane ma wysięgniku koparki jednonaczyniowej [1, s. 101]

Głównymi elementami tego urządzenia są: prowadnica rurowa 1, z umieszczanym

wewnątrz bijakiem 2 o kształcie cylindrycznym, oraz amortyzator 3 osłaniający bryłę wokół
miejsca  udaru  i  eliminujący  rozrzut  odłamków  podczas  udaru.  Rura  1  umocowana  jest  od
dołu  liną  4  z ramą  nadwozia  koparki.  Ruch  bijaka  i  sterowanie  prowadnicy  odbywa  się  za
pośrednictwem  lin.  Opadanie  bijaka  (ruch  roboczy)  następuje  po  zwolnieniu  hamulca
wciągarki bębnowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bijakiem o masie 3500 kg bryły o objętości: 2,5–4 m

rozbijane są 1 lub 2 udarami,

6–10 m

rozbijane są 3 lub 4 udarami, 16–25 m

rozbijane są 8–10 udarami.

Młoty pneumatyczne i hydrauliczne

Młoty pneumatyczne przystosowane są do współpracy z wysięgników koparek w miejsce

łyŜki (rys. 14), bądź teŜ mocuje się je na wysięgnikach ciągników.

Narzędziami rozbijającymi skałę są groty o odpowiednich kształtach ostrza i chwytach

grota,  które  są  znormalizowane  dla  poszczególnych  modeli  młotów.  Na  rys.6a  pokazano
cięŜki  młot  pneumatyczny.  Uruchamianie  i  zatrzymywanie  pracy  bijaków  odbywa  się
automatycznie,  co  ułatwia  pracę,  zwiększa  trwałość  młota  i  zmniejsza  zuŜycie  spręŜonego
powietrza.  Docisk  narzędzi  młota  do  urabianej  skały  powoduje,  dzięki  kanałom  4,
uruchomienie  młota,  natomiast  zmniejszenie  docisku  powoduje  zatrzymanie  pracy  młota.
W miejscach  pracy  chwytu  grota,  a  więc  w  miejscu  największego  zuŜycia  elementów  5,
zastosowano  łatwo  wymienialne  tuleje  brązowe.  Sam  grot  6  bardzo  szybko  moŜna  wyjąć,
wysuwając zewnętrzny pierścień i wypychając kołek, a grot nie mając kołnierza, sam wysuwa
się  z  tulei.  Młot  ma  bardzo  prostą  konstrukcję,  co  czyni  z  niego  maszynę  niezawodną
w działaniu.

Rys. 14. Stacjonarne urządzenie do rozbijania brył URB, produkcji polskiej [26]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przegląd stosowanych maszyn

Rys. 15.

Samojezdny wóz do kruszenia skał SWKS–5 produkcji polskiej [16]

Samojezdny wóz (rys. 15) SWKS–5 przeznaczony jest do: kruszenia brył skalnych,

oczyszczania  stropów,  rozbijania  nadgabarytów  w  kopalniach,  drąŜenia  tuneli,  prac  przy
budowie dróg i budownictwie ogólnym (rozbijanie betonu i asfaltu, prace w terenie, budowa
rowów  i fundamentowanie),  prac  przy  wyburzaniu  (prace  budowlane,  beton  niezbrojony
i lekko  zbrojony),  prac  w  podwyŜszonych  temperaturach  (rozbijanie  narostów,  czyszczenie
kadzi).  Maszyna  składa  się  z  dwóch  zasadniczych  członów,  roboczego  i  napędowego,
połączonych ze sobą przegubem o pionowej osi obrotu. Między członami wbudowane są dwa
siłowniki hydrauliczne, które przy pomocy wbudowanego w układ kierowniczy rozdzielacza
hydraulicznego, umoŜliwiają skręt maszyny o kąt 42°.

Na przednim członie roboczym, wyposaŜonym w most napędowy, zamocowany jest

układ  roboczy,  składający  się  z  podstawy  z  obrotową  ramą  umoŜliwiającą  skręt
dwuramiennego  wysięgnika  45°  w  prawo  i  w  lewo.  Do  wysięgnika  zamocowany  jest  przez
łącznik młot hydrauliczny udarowy. Wóz moŜe być dodatkowo wyposaŜony w lemiesz, który
umoŜliwia  podpieranie  maszyny  oraz  zgarnianie  urobku  i  oczyszczanie  pola  pracy.  Kabina
(kapsuła),  umieszczona  w  ciągniku,  spełnia  wymagania  norm  górniczych  odnośnie
zabezpieczenia operatora.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co charakteryzuje maszyny i urządzenia do kruszenia skał?

Jakie są metody kruszenia brył ponadwymiarowych?

Jak moŜna podzielić mechaniczne metody rozbijania brył?

Jakie maszyny stosuje się do kruszenia skał?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj próbę kruszenia skały (cegła, pustak):

−

metodą mechaniczną stosując młot ręczny z napędem elektrycznym lub hydraulicznym,

−

metodą termiczną cięcia palnikiem gazowym,

−

metodą kruszenia udarowego młotem ręcznym.

Rodzaj próby kruszenia

NatęŜenie
hałasu (dB)

Promień
rozrzutu

ZagroŜenia bhp

Młot ręczny

Termiczne

cięcie

palnikiem

Kruszenie

udarowe

młotem ręcznym

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przygotować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp,

przeprowadzić próbę kruszenia róŜnymi metodami,

zmierzyć natęŜenie hałasu w czasie kruszenia,

zaobserwować promień rozrzutu odłamków,

określić rodzaje zagroŜeń bhp,

zapisać wyniki w tabeli i dokonać ich analizy,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

młot ręczny hydrauliczny,

−

palnik gazowy,

−

młot ręczny udarowy,

−

materiały do ćwiczeń,

−

instrukcje obsługi młotów i palnika gazowego,

−

przyrząd do pomiaru natęŜenia hałasu,

−

taśma miernicza,

−

środki ochrony indywidualnej.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować maszyny i urządzenia do kruszenia skał?

podzielić metody kruszenia skał?

opisać zasadę działania rozłupiarki?

wymienić rodzaje narzędzi rozbijających stosowanych w młotach?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.

Maszyny do prac ziemnych

4.3.1. Materiał nauczania

Podział maszyn do robót ziemnych

Roboty ziemne, ze względu na zakres, specyfikę i róŜnorodność, ulegają ciągle

postępującej mechanizacji. W związku z tym stosowanie do tego rodzaju robót maszyn
o odpowiedniej mocy i wyposaŜonych w odpowiednio dostosowany osprzęt roboczy ma
głębokie uzasadnienie zarówno z technicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia.

Maszyny do robót budowlanych ziemnych dzieli się na:

−

maszyny podstawowe,

−

maszyny pomocnicze

−

osprzęty do robót ziemnych, montowane na nadwoziach i podwoziach maszyn
budowlanych, samochodach lub ciągnikach.
Do maszyn podstawowych zalicza się przede wszystkim koparki budowlane

jednonaczyniowe, stosowane głównie do odspajania gruntu, wydobycia go i przemieszczania
na  odkład  lub  na  środki  transportowe  za  pomocą  jednego  naczynia  roboczego,  w  jednym
cyklu  roboczym,  bez  przemieszczania  podwozia  maszyny.  Wymienny  osprzęt  chwytakowy,
dźwigowy lub zrywakowy znacznie rozszerza zakres stosowania tego rodzaju maszyn.

Drugą grupę tworzą ładowarki jednonaczyniowe, stosowane głównie do nabierania

materiału  usypanego  na  placu  składowym  lub  na  hałdzie  i  przenoszenia  go  na  środki
transportowe lub na inne usypisko. Zasadnicza róŜnica w sposobie pracy ładowarki i koparki
polega  na  tym,  Ŝe  w  celu  napełnienia  łyŜki  koparki  wykonuje  się  ruchy  łukowe  wysięgnika
lub samej łyŜki – bez zmiany połoŜenia podwozia maszyny, w ładowarce natomiast głównym
ruchem przy napełnianiu jest ruch poziomy, a obrót łyŜki jest ruchem dodatkowym. Dlatego
teŜ ładowarki uŜywane są coraz częściej do poziomego lub pochyłego skrawania gruntu.
Spycharki,  zgarniarki,  równiarki  (i  częściowo  ładowarki)  tworzą  grupę  podstawowych
maszyn  do  płaskiego  odspajania  gruntu.  Maszyny  te  bowiem  odspajają  grunt  płaskimi
warstwami  podczas  jazdy  i  następnie  przemieszczają  urobek.  Cykl  ich  pracy  przebiega
podobnie  i  polega  na  odspajaniu  gruntu  za  pomocą  odpowiedniego  narzędzia  skrawającego,
zgarnianiu  i  przemieszczeniu  lub  przepychaniu  odspojonego  urobku  w  odpowiednio
ukształtowanym  zespole  narzędzi  roboczych  oraz  w  rozścielaniu  lub  umieszczeniu  urobku
w określonym miejscu, czasem z jego dodatkowym zagęszczeniem. Po tym następuje powrót
do pozycji wyjściowej w celu rozpoczęcia kolejnego cyklu pracy.

Grupę maszyn pomocniczych tworzą:

−

ciągniki  budowlane,  wyposaŜone  w  urządzenia  do  zawieszania  i  napędzania  osprzętów
roboczych  oraz  do  holowania  i  napędu  maszyn  do  robót  ziemnych  i  transportu
technologicznego,  wywrotki  terenowe  o  samowyładowczej  skrzyni  ładunkowej,
przeznaczone  do  współpracy  z  maszynami  do  robót  ziemnych  w  trudnych  warunkach
terenowych – jako środki transportu technologicznego,

−

nośniki osprzętu budowlanego, czyli samojezdne podwozia kołowe lub gąsienicowe,
wyposaŜone w co najmniej dwa osprzęty, przeznaczone głównie do wykonywania
pomocniczych budowlanych robót ziemnych.

Podział uzupełniają osprzęty montowane na podwoziach samojezdnych (maszyn

budowlanych, ciągników lub samochodów cięŜarowych, słuŜące do wykonywania robót
ziemnych i pomocniczych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ciągniki budowlane

Ciągniki budowlane (rys. 16) są jednymi z najszerzej stosowanych maszyn, uŜywanych

do  terenowych  robót  ziemnych.  Stosowane  są  jako  nośniki  osprzętów,  czyli  podwozia
samojezdne,  na  których  montuje  się  odpowiednie  osprzęty  robocze  (koparkowy,
ładowarkowy  lub  spycharkowy)  oraz  jako  pojazdy,  do  których  przyczepia  się  lub  naczepia
maszyny  ziemne  (np.  zgarniarki  lub  równiarki)  i  przyczepy  albo  naczepy  samowyładowcze
do  przewozu  urobku,  pojazdy  niskopodwoziowe  do  przewozu  maszyn  itp.  Pod  względem
rodzaju podwozia rozróŜnia się ciągniki gąsienicowe i kołowe.

Rys. 16. Ciągnik gąsienicowy TUR–100: 1 – podwozie, 2 – zespół napędowy, 3 – kabina [9, s. 81]

Spycharki budowlane

Spycharki budowlane (rys. 17) uŜywane są do wykonywania robót ziemnych takich, jak

skrawanie  i  przesuwanie  zwałów  gruntu,  zasypywanie  rowów,  dołów  i  wykopów,
wyrównywanie  terenu  pod  budowę,  zgarnianie  w  pryzmy  piasku,  Ŝwiru,  tłucznia  itp.  Praca
spycharki  polega  na  odspajaniu  gruntu  i  przemieszczaniu  go  po  terenie.  Dzięki  prostej
konstrukcji  i  obsłudze,  moŜna  w  wielu  przypadkach  uniknąć  uŜywania  innych  środków
transportu  do  odwoŜenia  odspojonego  urobku,  oczywiście  przy  niewielkich  odległościach
przemieszczania.

Spycharki cechuje duŜa wydajność i niskie koszty eksploatacji. Istotną wadą,

ograniczającą zakres ich stosowania, stanowi nieprzydatność do urabiania gruntów skalistych
i zamarzniętych, bez uprzedniego ich rozluźnienia, oraz trudności przy wykorzystaniu do
robót na gruncie podmokłym.

W zaleŜności od rodzaju ciągnika, na jakim zamontowany jest osprzęt roboczy, spycharki

dzieli się na kołowe i gąsienicowe, a ze względu na moŜliwość ustawienia lemiesza rozróŜnia
się cztery odmiany spycharek:

−

czołowe – płaszczyzna pionowa przechodząca przez krawędź tnącą lemiesza jest
prostopadła do wzdłuŜnej pionowej płaszczyzny symetrii podwozia ciągnika; moŜliwość
regulacji kąta skrawania,

−

czołowo–skośne – krawędź tnąca lemiesza moŜe być ustawiana pod określonym kątem
skosu; moŜliwość regulacji kąta skrawania,

−

czołowo–przechylne – krawędź tnąca lemiesza moŜe być przechylana w stosunku do
płaszczyzny podłoŜa bez zmiany kąta skosu lemiesza; moŜliwość regulacji kąta
skrawania,

−

uniwersalne – krawędź tnąca lemiesza moŜe być ustawiona w pozycji czołowej, skośnej
lub przechylnej; zawsze istnieje moŜliwość regulacji kąta skrawania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 17. a) Spycharka Cat D7H, [15] b) spycharka Dz–42 na ciągniku DT–75 [20]

Zgarniarki

Zgarniarki są szeroko stosowane przy wykonywaniu robót ziemnych w budownictwie

lądowym i wodnym, drogowym, miejskim, przemysłowym, przy regulacji rzek, budowie
lotnisk i obiektów sportowych itp.

Maszyny te przeznaczone są do odspajania gruntu, załadunku, przewoŜenia (nawet

do kilku  kilometrów)  i  wyładowania  urobku  w  określonym  miejscu.  Zgarniarki  mogą
wykonywać pracę kilku maszyn specjalistycznych, np. uŜyte do wyrównywania wysypanego
ze  skrzyni  ładunkowej  gruntu  i  zagęszczania  nawiezionej  ziemi,  wykonują  pracę  środków
transportowych,  równiarek  i  walców.  Ze  względu  na  budowę  układu  jezdnego  zgarniarki
dzieli się na:

−

samojezdne kołowe lub gąsienicowe z własnym napędem, złoŜone z ciągnika kołowego
lub gąsienicowego i części roboczej (w postaci naczepy zgarniakowej), połączonych
przegubowo oraz

−

przyczepne bez własnego napędu, holowane za ciągnikiem.

Zgarniarki samojezdne kołowe (rys. 18) mogą być wyposaŜone w napęd tylko na koła

ciągnika lub w dodatkowy napęd na oś naczepy zgarniakowej od członu ciągnikowego bądź
od własnego zespołu napędowego.

W zaleŜności od sposobu załadunku urobku zgarniarki mogą być:

−

najazdowe, odspajające noŜem skrawającym grunt i przenoszące go do wnętrza skrzyni

−

z dodatkowym urządzeniem ładującym, do przemieszczania odspojonego gruntu.
Pod względem sposobu wyładunku urobku rozróŜnia się zgarniarki:

−

najazdowe, odspajające noŜem skrawającym grunt i przenoszące go do wnętrza ze
skrzynią ładunkową przechylną – wyładunek odbywa się grawitacyjnie przez jej
przechylenie lub wywrócenie,

−

ze skrzynią ładunkową wyposaŜoną w ruchomą ścianę przednią lub tylną – wyładunek
jest wymuszany przez przemieszczanie urobku tą ścianą,

−

ze skrzynią ładunkową wyposaŜoną w ruchomą podłogę – wyładunek następuje
grawitacyjnie po jej odsunięciu oraz

−

ze skrzynią ładunkową wyposaŜoną w ruchomą ścianę i podłogę – wyładunek następuje
przez przemieszczanie urobku ruchomą ścianą po odsunięciu ruchomej podłogi skrzyni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 18. Samojezdna zgarniarka kołowa D–357M, ze skrzynią ładunkową z uchylną zasłoną przednią

i przesuwną ścianą tylną: 1 – ciągnik jednoosiowy, 2 – jednoosiowa skrzynia załadowcza, 3 – kabina
maszynisty, 4 – mechanizm skrętu zgarniarki, 5 – mechanizm podnoszenia skrzyni, 6 – ruchoma
przednia ściana, 7 – mechanizm podnoszenia i opuszczania przedniej ściany, 8 – tylna ściana
przesuwna, 9 – mechanizmu przesuwu tylnej ściany, 10 – nóŜ skrawający [9, s. 88]

Rys. 19. Zgarniarka przyczepna ZPL–61: 1 – dwuosiowe podwozie, 2 – skrzynia załadowcza, 3 – mechaniczny

układ linowy sterowania skrzynią, 4 – złącze holownicze [9, s. 89]

Rys. 20 a) Zgarniarka przyczepna kołowa, b) zgarniarka ciągniona REYNOLDS 20E [20]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Równiarki

Równiarki są uŜywane do wyrównywania nawierzchni ziemnych, profilowania skarp

i rowów, a zwłaszcza do konserwacji i oczyszczania dróg dojazdowych i komunikacyjnych
w kopalniach odkrywkowych i na placach budów (rys. 21, 22, 23), usuwania rozmokłych
lub nierównych

warstw

nawierzchni

gruntowych

oraz

robót

porządkowych

i wykończeniowych przy pracach ziemnych. Maszyny te mogą być wyposaŜone w osprzęt
specjalny, jak zrywaki, lemiesze spycharkowe lub pługi odśnieŜne, dzięki czemu zwiększa się
zakres ich stosowania. W Polsce są jednak mało rozpowszechnione.

Rys. 21. Równiarka samobieŜna 1 – dwuosiowe podwozie, 2 – lemiesz, 3 – hydrauliczny układ sterowania

lemieszem, 4 – zrywak, 5 – zespół napędowy, 6 – stanowisko maszynisty [9, s. 91]

Rys. 22.

Równiarka przyczepna: 1 – dwuosiowa rama, 2 – lemiesz, 3 – hydrauliczny układ sterowania
lemieszem, 4 – zrywak, 5 – kabina maszynisty, 6 – złącze holownicze [9, s. 94]

Rys. 23. Równiarka Volvo model G 930 [25]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Nośniki osprzętu budowlanego

W przypadkach, gdy eksploatacja cięŜkiego sprzętu specjalistycznego jest utrudniona

lub nieuzasadniona ekonomicznie, stosuje się maszyny, wyposaŜone w osprzęt przystosowany
do róŜnego rodzaju robót ziemnych, przeładunkowych, porządkowych itp. (rys. 24, 25). Są to
zazwyczaj ciągniki albo specjalne podwozia kołowe lub gąsienicowe, z zamontowanym na
stałe lub wymiennym osprzętem, najczęściej koparkowym, spycharkowym i ładowarkowym,
rzadziej zaś chwytakowym, dźwigowym itp.

Rys. 24. Koparko – ładowarka, kołowy nośnik osprzętu KNO–301: 1 – przegubowe podwozie, 2 – osprzęt

koparkowy, 3 – siłowniki hydrauliczne, sterujące osprzętem koparkowym, 4 – osprzęt ładowarkowy,
5 – siłownik hydrauliczny sterujący osprzętem ładowarkowym, 6 – kabina maszynisty, 7 – podpory
wysuwne [9, s. 97]

Rys. 25. Koparko–ładowarka 9.50 (HSW) [21]

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

W jaki sposób dzieli się stosowane w kopalniach maszyny budowlane do robót
ziemnych?

Jakie maszyny stosowane w kopalniach tworzą grupę maszyn budowlanych
podstawowych?

Jakie maszyny stosowane w kopalniach tworzą grupę maszyn budowlanych
pomocniczych?

W jaki sposób moŜna rozszerzyć zakres zastosowania koparek?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny uniwersalne do robót ziemnych oraz ich zastosowanie.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny uniwersalne,

określić zastosowanie maszyn,

zapisać wyniki w tabeli,

porównać maszyny uniwersalne do robót ziemnych,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Posługując się schematami opisz maszyny do robót ziemnych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat maszyn do robót ziemnych,

zidentyfikować maszyny do robót ziemnych,

określić elementy budowy maszyn,

objaśnić zasadę działania maszyn róŜnych typów,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

schematy maszyn do robót ziemnych,

−

modele maszyn do robót ziemnych,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

dokonać podziału maszyn do robót ziemnych?

zakwalifikować stosowane w kopalniach maszyny budowlane do
odpowiednich grup?

rozróŜnić sposób pracy ładowarki i koparki?

rozpoznać stosowany w kopalniach ciągnik budowlany?

określić narzędzie pracy koparki łyŜkowej jednonaczyniowej?

dokonać podziału koparek w zaleŜności od rodzaju podwozia?

wymienić osprzęt roboczy koparki łyŜkowej?

wskazać na schemacie ładowarki zespoły sterowania, napędu i układu
jezdnego?

podzielić stosowane w kopalniach ciągniki budowlane?

10)

scharakteryzować spycharki?

11)

rozróŜnić zgarniarkę i równiarkę?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.

Eksploatacja koparek wielonaczyniowych

4.4.1. Materiał nauczania

Wielonaczyniowe koparki łańcuchowe, stosowane są w górnictwie odkrywkowym,

w szczególności w zakładach górniczych o duŜej zdolności produkcyjnej. SłuŜą do urabiania
kopaliny  i  ładowania  urobku  na  środki  transportu.  Budowane  są  na  podwoziach  szynowych,
gąsienicowych  lub  kroczących.  Pracują  nad–  i  podpoziomowo,  urabiają  skałę  naczyniami
przytwierdzonymi  do  obiegającego  wysięgnik  łańcucha,  przemieszczając  się  wzdłuŜ  frontu
roboczego.  Głębokość  urabiania  tymi  koparkami  wynosi  40  m  przy  kącie  nachylenia  skarpy
40°.  Obrotowe  koparki  łańcuchowe  na  podwoziach  gąsienicowych  mają  wydajność  dobową
do ok. 50 000 m

calizny i całkowitą wysokość urabiania pod– i nadpoziomową 58 m.

Ogólna budowa koparek łańcuchowych na podwoziu szynowym (rys. 26)

Brama 1 (portal) koparki, na której w sposób obrotowy umieszczone jest nadwozie,

obejmuje  z  reguły  dwa  normalne  tory  kolejowe  i  podstawione  na  nie  pociągi  lub  teŜ  ciągi
przenośników  taśmowych.  Przy  prostopadłym  połoŜeniu  wysięgnika  w  stosunku  do  torów
koparka  przesuwa  się  z  prędkością  4–8  m/min  i  urabia  czerpakami  caliznę  podając  ją
następnie na środki transportu. W górnej części nadwozia umocowana jest rynna naczyniowa
2  nachylona  pod  kątem  45°  i  podwieszona  na  linach  zbiegających  z  wysięgnicy  3.  Rynna
prowadzi przesuwający się w niej łańcuch 4 z rozmieszczonymi co 4–5–6 podziałek łańcucha
naczyniami (czerpakami) o określonej pojemności.

Rys. 26. Koparka łańcuchowa na podwoziu szynowym [1, s. 137]

Urobek podnoszony jest w czerpakach rynną do góry i wysypywany w punkcie

A (gwiazdy wieloboku napędowego) do leja wsypowego 5, umieszczonego w nadwoziu
i następnie za pomocą róŜnego rodzaju transportu jest podawany do wagonów lub na
przenośnik. Ruch załadowania jest ciągły.

Najczęściej koparki te pracują podpoziomowo (rys. 27 a), jednak mogą urabiać poniŜej

i powyŜej poziomu torów jezdnych koparki (rys. 27 b).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 27. Pozycje pracy koparki [1, s. 139]

W nadwoziu umieszczona jest osprzęt elektryczny oraz mechanizmy: obrotu, urabiania,

manewrowania wysięgnikiem, a takŜe spręŜarki dla sprzęgła pneumatycznego. W przedniej
części nadwozia są zabudowane dwie kabiny sterownicze 7, umieszczone symetrycznie po
obu stronach wysięgnika naczyniowego.

Nadwozie koparki opiera się na górnej bieŜni łoŜyska tocznego mechanizmu obrotu

(obrotnicy) za pośrednictwem sztywnej konstrukcji blachownicowej w kształcie rury o duŜej
średnicy lub na wieńcu szynowym za pomocą zestawów kołowych. Wewnątrz tej konstrukcji
umieszczone są leje zsypowe oraz pierścienie ślizgowe doprowadzające prąd do części
obrotowej nadwozia koparki.

Wielokołowy układ mechanizmu jazdy podzielony jest na zestawy kołowe po cztery na

kaŜdy z torów jezdnych. KaŜdy zestaw ma cztery wózki dwukołowe, po dwa na kaŜdą z szyn
jezdnych, w tym dwa wózki napędzane. Układ wózków jest najczęściej symetryczny dla obu
torów jezdnych. Dwukołowe wózki są osadzone w sposób wahliwy na osiach wyposaŜonych
w czopy kuliste, które spoczywają w czaszach dźwigarów podpór bramy.

Wysięgnik łańcuchowy ma konstrukcję stalową, której odcinki są ze sobą łączone

śrubami.  Wysięgnik  podzielony  jest  na  kilka  członów  połączonych  ze  sobą  przegubowo.
Człon  plantujący  8  plantownikiem  dolnym.  Dzięki  konstrukcji  wysięgnika  koparka  podczas
pracy  moŜe  wyrównywać  (plantować)  poziom  u  podnóŜa  skarpy,  co  umoŜliwia  następnie
przesunięcie  toru  przy  pracy  nadsiębiernej,  a  przy  pracy  podsiębiernej  moŜe  przygotować
poziom pośredni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Łańcuch naczyniowy 4 składa się z ogniw o odpowiedniej podziałce dobranej do

pojemności naczynia. Do co czwartego lub co szóstego ogniwa przykręcone jest naczynie 9,
wykonane z blachy i zaopatrzone w wymienne ostrze skrawające. Część urabiająca łańcucha
prowadzona  jest  w  dolnej  części  wysięgnika  po  ślizgach,  nieobciąŜona  zaś  górna  część
łańcucha  –  po  krąŜkach  10,  przymocowanych  do  górnych  pasów  wysięgnika.  Na  końcu
wysięgnika  zamocowane  jest  przesuwnie  koło  oprowadzające  11,  którym  moŜna  regulować
napięcie łańcucha naczyniowego.

Urobek wysypuje się z naczyń przy przejściu łańcucha przez wielobok napędowy (punkt

A) i dostaje się przez lej wsypowy w części obrotowej 12 do członu rozrządczego leja
zsypowego w bramie. Klapa kierująca kieruje strumień urobku do jednego z dwóch członów
leja manewrowego, umieszczonych nad torami załadowczymi.

Ogólna budowa koparek łańcuchowych na podwoziu gąsienicowym i kroczącym

Koparki łańcuchowe na podwoziu gąsienicowym (rys. 28) są przystosowane do pracy

systemem  zabierkowym.  Koparki  te  wyposaŜone  są  w  wysięgniki  ładujące  podwieszone  za
pomocą  obrotowej  wysięgnicy.  W  tej  konstrukcji  koparek  urobek  z  wieloboku  napędowego
zsypuje  się  na  talerz  obrotowy,  który  obracając  się  wokół  słupa  przenosi  urobek  na
przenośnik ładujący . Ruch obrotowy wysięgnika ładującego oraz wysięgnicy są niezaleŜne.

Rys. 28. Koparka łańcuchowa na podwoziu gąsienicowym [1, s. 140]

Koparki kołowe

Podział koparek według niektórych parametrów eksploatacyjnych.

W zaleŜności od wykonywanych funkcji w ogólnym cyklu technologicznym prac
odkrywkowych koparki kołowe dzielimy na:

odkrywkowe jako jednostki samodzielne,

kompleksy transportowo–zwałujące z koparkami kołowymi (rys. 29):

−

ze wspólnym obrotem obu wysięgników (urabiającego i zwałującego)

−

z niezaleŜnym obrotem obu wysięgników,

−

z przesuniętą osią obrotu wysięgnika zwałującego,

−

z przesuniętą osią wysięgnika urabiającego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 29. Urabiająco – zwałująca koparka kołowa [1, s. 141]

Pod względem osiąganej maksymalnej teoretycznej wydajności wyróŜnia się koparki:

o bardzo małej wydajności – poniŜej 500 m

/h,

o małej wydajności – 500–1500 m

/h,

o średniej wydajności – 1500–5000 m

/h,

o duŜej wydajności – 5000–10000 m

/h,

o bardzo duŜej wydajności – powyŜej 10 000 m

/h.

Koparki kołowe mogą być budowane do pracy nad– i podpoziomowej z wysuwanym

wysięgnikiem urabiającym lub bezwysuwowe (wysuw organu roboczego następuje w wyniku
przemieszczania  całej  maszyny).  Koparki  kołowe  budowane  są  obecnie  na  podwoziu
gąsienicowym.  Ze  względu  na  połoŜenie  głównych  zespołów  względem  spągu  buduje  się
koparki  przyjmujące  połoŜenie  równoległe  do  spągu  bez  mechanizmów  stabilizacji  lub
z urządzeniem poziomującym ramę nadwozia.

W zaleŜności od połoŜenia osi obrotu urządzenia załadowczego koparki kołowe dzielimy na:

1) koparki z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu pokrywa się z osią obrotu

nadwozia (rys. 30) w rozwiązaniu:

−

z niezrównowaŜonym wysięgnikiem załadowczym (rys. 30a),

−

ze zrównowaŜonym wysięgnikiem załadowczym (rys. 30b),

−

ze zrównowaŜonym wysięgnikiem załadowczym za pomocą dolnego przeciwcięŜaru
(rys. 30c),

−

ze zrównowaŜonym wysięgnikiem załadowczym zamocowanym w dolnej ramie,

−

bez wysięgnika załadowczego, z przekazywaniem urobku do urządzenia
zasypowego,

Rys. 30. Koparki kołowe z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu pokrywa się z osią obrotu

nadwozia koparki [2, s. 67]

2) koparki kołowe z wysięgnikiem załadowczym, którego oś obrotu jest przesunięta

w stosunku do osi obrotu nadwozia (rys. 31):

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 31. Koparki kołowe [2, s. 69]

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie podwozia i niewysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 a),

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie podwozia i wysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 b),

−

z zamocowaniem wysięgnika załadowczego w ramie nadwozi i niewysuwnym
wysięgnikiem urabiającym (rys. 31 c);

Rys. 32. Koparki kołowe z urządzeniem przeładunkowym w postaci niezaleŜnego mostu [2, s. 70]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

koparki z niezaleŜnym mostem przeładunkowym, którego oś obrotu w koparce pokrywa
się z osią obrotu nadwozia oraz z mostem przeładunkowym, którego oś obrotu na
koparce nie pokrywa się z osią obrotu nadwozia (rys. 32).

koparki z wysięgnikiem urabiającym o stałej długości, wysuwnym lub niewysuwnym
albo teleskopowym.
Dla warunków zwiększonego wydobycia maszyny podstawowe podzielono na:

−

koparki nadkładowe kołowe o moŜliwie duŜym potencjale roboczym i pionowym zasięgu
pracy,

−

koparki węglowe kołowe o średniej wielkości umoŜliwiające selektywne wybieranie
rozwarstwionych partii złoŜa – rys 33,

−

koparki uzupełniające (łańcuchowe podpoziomowe dostosowane do pracy na
nieregulowanym spągu wyrobiska) – na podwoziu gąsienicowym lub kroczącym
z przegubowym wysięgnikiem łańcuchowym. Koparki te dostosowane są do współpracy
z załadowarkami.

Rys.11 Koparki nadkładowe

Rys. 33. Koparka do pracy w węglu [1, s. 103]

Koparki wieloczerpakowe

Koparki wieloczerpakowe słuŜą do urabiania i ładowania skał słabych, nie

wymagających  uprzedniego  zruszania  za  pomocą  MW.  Maszyny  te  nie  są  odporne  na
przeciąŜenia, w związku z czym przed przystąpieniem do pracy  naleŜy przodek przeglądnąć
i sprawdzić,  czy  nie  występują  w  nim  zwięźlejsze  przewarstwienia  lub  duŜe  bloki  skalne.
JeŜeli  występują  skały  o  wyŜszej  zwięzłości,  niŜ  dopuszczają  to  parametry  techniczne
maszyny,  naleŜy  je  przed  urabianiem  odpowiednio  rozluźnić,  a  występujące  bryły  skalne
usunąć.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Poziom, po którym poruszają się maszyny, powinien być dokładnie wyrównany,

odpowiednio odwodniony, a w razie potrzeby utwardzony. NaleŜy teŜ pamiętać o tym, Ŝe
kaŜda maszyna ma określony dopuszczalny poprzeczny i podłuŜny kąt nachylenia poziomu,
którego nie wolno przekraczać.

Przed przystąpieniem do pracy usuwa się ze stropu urabianej warstwy przedmioty

mogące spowodować uszkodzenie maszyny. Do obowiązków kierownika ruchu zakładu
naleŜy określenie dla kaŜdej koparki wielkości minimalnych:

−−−−

szerokości poziomu roboczego,

−−−−

odległości od krawędzi skarp,

−−−−

odległości od urządzeń i dróg transportowych, oraz wielkości maksymalnych:

−−−−

wysokości urabiania,

−−−−

kąta nachylenia skarpy roboczej,

−−−−

i szerokości zabioru.
W czasie urabiania prowadzi się ciągłą obserwację prawidłowości pracy maszyny,

stateczności skarpy, stanu poziomu roboczego, rowów i urządzeń odwadniających, a takŜe
ewentualnych wypływów ze skarp i spągu. W razie stwierdzenia występowania
nieprawidłowości trzeba usunąć ich przyczynę i określić bezpieczne warunki pracy.

Zabrania się podchodzenia do załadowanych wagonów, przebywania pod przesypami

taśmociągów, w pobliŜu gąsienic, a takŜe zbliŜania się do wysięgnika z czerpakami. Wszelkie
przejazdy mogą odbywać się po odpowiednio przygotowanej trasie i tylko w obecności
dozoru ruchu.

Naprawy i czyszczenie czerpaków, a takŜe inne prace, wykonywane przy częściach

urabiających maszyny, mogą się odbywać jedynie po wyłączeniu i zabezpieczeniu stanu
wyłączenia napędu oraz przy odpowiednio zabezpieczonym wysięgniku.

Przy prędkości wiatru przekraczającej 15 m/s zachowuje się specjalną ostroŜność

w czasie  pracy,  po  przekroczeniu  prędkości  20  m/s  naleŜy  wstrzymać  ruch  maszyny
i odpowiednio  ją  zabezpieczyć  (chyba  Ŝe  instrukcja  podaje  inne  zalecenia).  W  zasadzie
maszyny  wieloczerpakowe  łańcuchowe  i  kołowe  są  urządzeniami  stosunkowo  bezpiecznymi
i liczba  wypadków  wynikających  z  samej  technologii  pracy  jest  znikoma  w  porównaniu  na
przykład  z koparkami  łyŜkowymi.  Zdarzają  wprawdzie  wypadki  poraŜenia  prądem
elektrycznym  albo  spowodowane  mechanizmami  w  ruchu,  jednak  w  przeliczeniu  na
wydobycie wskaźniki częstości wypadków są minimalne.

Koparki wieloczerpakowe naleŜą do duŜych maszyn, w których praca jest w pełni

zmechanizowana. WyposaŜone są w kabiny odpowiednio oświetlone i przewietrzane,
a w zimie ogrzewane, co wpływa na znaczny komfort pracy, Ponadto wysoki stopień
bezpieczeństwa

pracy

zapewnia

konstrukcja

maszyny,

gwarantująca

stateczność

i bezawaryjność.

Inne maszyny

Konstrukcyjnie do koparek wielonaczyniowych zbliŜone są zwałowarki, dlatego dotyczą

ich podobne przepisy bezpieczeństwa pracy. Z charakteru pracy zwałowarek wynikają jednak
pewne  róŜnice,  dotyczące  generalnego  kąta  nachylenia  zwałów  i  kątów  poszczególnych
skarp,  które  są  zaleŜne  od  rodzaju  stosowanych  zwałowarek.  Przy  pracach  w  nadkładzie  są
czasem  stosowane  koparki  zgarniakowe,  pracujące  z  przerzutem  skały  na  zwałowiska.
Do nich  odnosi  się  większość  zaleceń,  podanych  dla  koparek  łyŜkowych.  Natomiast  do
załadunku  urobku  środki  transportowe  mogą  być  uŜywane  tylko  w  wyjątkowych
przypadkach, określonych przez kierownika ruchu zakładu.

Przy uŜywaniu maszyn takich, jak spycharki czy zgarniarki, oprócz zachowania ogólnych

przepisów bezpieczeństwa pracy, związanych z ich obsługą, naleŜy zwrócić uwagę na
utrzymanie bezpiecznego nachylenia dróg, po których się poruszają, oraz na odległości
dojazdu do górnych krawędzi pięter, w szczególności dotyczy spycharek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co to jest koparka wielonaczyniowa?

Czym charakteryzują się koparki wielonaczyniowe?

W jakim górnictwie stosuje się wielonaczyniowe koparki łańcuchowe?

Jakie rodzaje podwozi stosuje się w budowie koparek łańcuchowych?

Jak przebiega proces roboczy urabiająco – zwałującej koparki kołowej?

Jakie

układy

podwozi

mechanizmów

jazdy

stosuje

się

koparkach

wielonaczyniowych?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Określ warunki pracy koparek wielonaczyniowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać

materiałach

dydaktycznych

informacje

temat

koparek

wielonaczyniowych,

określić warunki pracy koparek wielonaczyniowych,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

dokumentacja technologiczno-ruchowa koparek wielonaczyniowych,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematami opisz budowę i zasadę działania urabiająco – zwałującej

koparki kołowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat urabiająco – zwałującej
koparki kołowej,

zidentyfikować urabiająco – zwałującą koparkę kołową,

opisać budowę i zasadę działania urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

schematy urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

–

modele urabiająco – zwałującej koparki kołowej,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.

Maszyny i urządzenia do urabiania skał na bloki

4.5.1. Materiał nauczania

Celem eksploatacji złóŜ skalnych na bloki jest zyskanie moŜliwie foremnych brył

skalnych o określonych wymiarach

które poddane obróbce w zakładach przeróbczych

wykorzystywane są jako elementy konstrukcyjne lub wykładzinowe. Podstawowymi
operacjami roboczymi będą:

odspajanie bloków od calizny,

dzielenie bloków i nadawanie im wymaganego kształtu i wymiarów.
Operacje te były początkowo wykonywane ręcznie przy zastosowaniu prostych

narzędzi,

głównie klinów oraz przez wiercenie otworów strzałowych i odpalanie ładunków materiałów
wybuchowych, głównie prochów (o prędkości spalania < 1000 m/s), a następnie były
stopniowo mechanizowane przez wprowadzanie maszyn i urządzeń do urabiania
mechanicznego i niemechanicznego.

Ze względu na duŜy zakres zmian własności fizykomechanicznych skał urabianych na

bloki, oraz ich budowy geologicznej, stosowane są róŜne metody urabiania mechanicznego
i fizykalnego, a mianowicie:

−

urabianie materiałami wybuchowymi,

−

urabianie wrębiarkami,

−

urabianie piłami linowymi,

−

urabianie urządzeniami termicznymi.
W polskim górnictwie odkrywkowym do uzyskiwania ze złoŜa bloków skalnych stosuje

się wszystkie wymienione wyŜej metody.

Wiertarki udarowe

W skałach w których naturalna podzielność jest znikoma, urabianie ich na bloki dokonuje

się przy uŜyciu MW (materiału wybuchowego). W bloku skalnym przewidywanym do
oddzielenia od calizny wykazuje się wcinki lub wdzierki za pomocą kruszących MW.

Jeśli w złoŜu nie występują Ŝyły pokładowe ani pionowe szczeliny naturalne, wówczas

dokonuje się osłabienia płaszczyzn przez tworzenie szczeliny sztucznej za pomocą tzw. piły
wiertniczej (rys. 34). Metoda ta polega na odwiercaniu szeregu otworów w skale, w odstępie
co 50 mm, za pomocą wiertnic lub wiertarek.

Rys. 34. Wykonywanie wrębów metodą otworów wiertniczych: a – z jedną szczeliną sztuczną, b – z dwoma

szczelinami sztucznymi, c – rozmieszczenie otworów strzałowych [2, s. 146]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Długość wierconych otworów powinna ściśle odpowiadać grubości warstwy (ławy

skalnej)  lub  kilku  warstw.  DąŜyć  naleŜy  do  tego,  aby  długość  otworów  nie  przekraczała
1500 mm,  o ile  pojedyncze  warstwy  nie  są  grubsze.  Do  otworów  o  długości  1500  mm
wprowadza  się  ładunki  wybuchowe  kruszące  w  ilości  500  –  600  g,  przy  czym  ostatni  nabój
jest  udarowy.  Wolną  część  otworu  wypełnia  przybitka.  Otwory  odpala  się  kolejno,
naprzemianlegle  za  pomocą  zapalników  elektrycznych  ze  zwłoką.  Przy  wykonywaniu
szczelin  piłą  wiertniczą  wybuchy  ładunku  MW  są  w  duŜej  mierze  powodem  naruszenia  na
pewnym obszarze naturalnej budowy strukturalnej skały.

Do wiercenia otworów obok siebie w jednej linii, czyli do wykonywania tzw. piły

wiertniczej stosuje się zespoły wiertnicze wyposaŜone w urządzenia wspornikowe,
umoŜliwiające wykonywanie otworów pionowych w dół, poziomych i skośnych w skałach
bardzo twardych do głębokości 6 m.

Na rysunku 35 pokazano dwuwspornikowy zespół wiertniczy, w którego skład wchodzą:

podstawa  wykonana  z  szyn,  oraz  wózek  z  głowicą  obrotową,  do  której  przymocowane  są
jeden  lub  dwa  wsporniki  wraz  z  wiertarkami  udarowymi.  Podstawa  ma  dwie  równoległe
szyny wykonane z kształtowników połączonych rozporkami. Na końcach oraz w środku szyn
zamontowane są śruby regulujące podparcie szyn. Na główkach szyn znajdują się otwory do
mechanizmu zapadkowego wózka, które słuŜą jednocześnie do przesuwania wózka na równe
(podziałowe)  odległości  w  celu  wykonania  kolejnych  otworów.  Na  torze  szyn  umieszczony
jest wózek z głowicą obrotową.

Rys. 35. Dwuwspornikowy zespół wiertniczy [19]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W czasie pracy urządzenia operator moŜe stać z boku i obserwować prędkość wiercenia.

Po zagłębieniu się Ŝerdzi na całą długość, naleŜy przerwać wiercenie przez wyłączenie
wiertarki i podniesienie jej w górne połoŜenie na kolumnie.

Podczas wymiany Ŝerdzi na dłuŜszą o jeden stopień naleŜy przestrzegać, aby koronka

w Ŝerdzi następnej była mniejsza od poprzedniej o 2 mm. Średnice wierconych otworów
wynoszą zwykle 36 mm, mogą być stosowane takŜe większe, 41 mm.

Wrębiarki i piły łańcuchowe

Wrębiarki łańcuchowe są sporadycznie stosowane do urabiania na bloki skał o małej

zwięzłości, np. wapień muszlowy, bardzo słabe piaskowce. Przykładowa wrębiarka
łańcuchowa (rys. 36) składa się z wrębnika 1, po którym prowadzony jest łańcuch 2,
zaopatrzony w odpowiednie noŜe wrębowe.

Rys. 36. Wrębiarka łańcuchowa, a) typ KBC–3, b) – prace wrębiarki dwuwrębnikowej [2, 77]

Silnik elektryczny 3 ma zabudowaną gwiazdę napędową 4 łańcucha wrębowego, jest

zamocowany  przesuwnie  na  kolumnie  5  i  moŜe  być  opuszczany  lub  podnoszony  wraz
z układem  wrębiącym  za  pomocą  linki  6  nawiniętej  jednym  końcem  na  bęben  kołowrotu
7, a drugim do uchwytu  obejmy 8. W czasie pracy  wrębiarka jest podparta na dwóch kołach
9 i ostrodze  10.  Dla  zmniejszenia  ilości  pyłu  wytwarzanego  w  czasie  wykonywania  cięcia,
wrębiarka  zaopatrzona  jest  w  zbiorniczek  11,  z  którego  woda  przewodem  12  dochodzi  do
czoła  wrębnika.  Łańcuch  tnący  uzbrojony  jest  w  noŜe  o  takim  rozstawie,  aby  szczelina
wrębowa wynosiła od 15 i 35 mm.

Rys. 37. Wrębiarka firmy Korfmann typu ST – 280 [2, s. 79]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Do urabiania bloków w skałach zwięzłych o wytrzymałości na ściskanie do 200 MPa

firma Korfmann produkuje wrębiarki typu ST–280 (rys. 37) oraz typu STVH–20. Wrębiarka
wyposaŜona  jest  w  specjalny  wrębnik  wraz  ze  specjalną  konstrukcją  łańcucha  wrębiącego,
który  moŜe  być  ustawiony  do  wycinania  wrębów  w  płaszczyźnie  pionowej  lub  poziomej  do
głębokości  2  m.  Przez  zastosowanie  hydraulicznego  układu  napędowego,  moŜna  regulować
w sposób bezstopniowy od wartości zerowej do maksymalnej prędkość łańcucha wrębowego,
prędkość posuwu wrębiarki oraz obrót wrębnika. Podczas pracy wrębiarki szczególną uwagę
naleŜy zwracać na stan techniczny wrębnika i łańcucha, które ulegają najszybszemu zuŜyciu
ze względu na specyficzne warunki pracy tarcia.

Wrębiarki i kombajny tarczowe

Maszyny do przecinania skał piłami tarczowymi znalazły zastosowanie w kopalniach

odkrywkowych  miękkich  skał  (tuf,  wapień  muszlowy)  do  wyrobu  bloków  ściennych
i licówkowych.  Najbardziej  uniwersalną  maszyną  jest  kombajn  Zilberglita  (rys.  38),
składający  się  z dwóch  wózków:  dolnego,  który  słuŜy  do  przesuwania  kombajnu  wzdłuŜ
przodka  oraz  górnego,  na  którym  zamontowane  są  tarcze  tnące.  Dolny  wózek  ma  ramę
umieszczoną na czterech kołach jezdnych 4, przemieszczających się po szynach 3.

Rys. 38. Schemat kombajnu Zilgberglita: 1 – szyny górne, 2 – skrzynia biegów, 3 – szyny dolne, 4 – koła

jezdne wózka dolnego, 5 – wózek górny, 6 – tarcze tnące pionowe, 7 – tarcza tnąca pionowa [2, s. 80]

Rama górnego wózka 5, moŜe się przemieszczać po szynach 1, leŜących na dolnej ramie.

Na  górnej  ramie  znajduje  się  tarcza  obrotowa  z  mechanizmami  do  napędu  tarcz  tnących.
Tarczę  obrotową  moŜna  obracać  o  dowolny  kąt  i  ustalać  w  kaŜdym  połoŜeniu  poziomym.
Mechanizm  nadający  ruch  obrotowy  tarczy  tnącej  poziomej  7,  napędzany  jest  silnikiem
elektrycznym.  Tarcza  moŜe  być  podnoszona  i  opuszczana  415  mm.  Tarcze  tnące  pionowe  6
mogą  być  obracane  za  pomocą  poziomej  tarczy  obrotowej  o  360°  w  płaszczyźnie  poziomej.
Na  ramie  górnego  wózka  znajduje  się  skrzynka  biegów  dla  ruchu  tego  wózka  za
pośrednictwem silnika elektrycznego o mocy 2,8 kW.

Podczas pracy z górnego wózka, dolny musi być zahamowany. Do spodu dolnej ramy

przytwierdzone  są  cztery  podnośniki  śrubowe  typu  samochodowego.  SłuŜą  one
do podnoszenia  kombajnu  na  wysokość  zapewniającą  moŜność  podłoŜenia  pod  kombajnem
szyn.  Na  dolnej  ramie  zmontowane  jest  równieŜ  urządzenie  umoŜliwiające  nastawienie
maszyny do wycinania bloków o Ŝądanych wymiarach. Górną ramę moŜna sztywno połączyć
z dolnym wózkiem. Potrzebne jest to podczas cięcia podłuŜnego pionowego i poziomego.

Kombajnem tym moŜna wycinać bloki o wymiarach, np. 38x38x21,5 cm, 51x38x18 cm,

79,5x12x39  cm.  W  czasie  jednego  ustawienia  toru  szynowego  kombajnem  moŜna  wyciąć
warstwę  o  szerokości  2850  mm,  wysokości  395  mm  i  długości  równej  długości  frontu
roboczego.  Obydwa  wózki  się  sprzęga,  a  uruchomione  tarcze  odcinają  ostatecznie  bloki

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w czasie jazdy kombajnu wzdłuŜ przodku. Po kaŜdym przejeździe górny wózek przesuwa się
ku  przodowi  o  odcinek  równy  długości  odciętych  bloków,  po  czym  ponawia  się  jazdę
kombajnu,  aŜ  do  wykorzystania  długości  cięcia  poprzecznego.  Kombajn  połączony  jest
z dodatkową ramą stalową poruszającą się na tym samym torze. Na ramie tej zmontowane są
dwa  przenośniki  taśmowe  do  samoczynnego  załadowania  wyciętych  bloków  do  naczyń
transportowych.  Elementami  tnącymi  skałę  przy  urabianiu  bloków  są  piły  tarczowe  i  frezy
tarczowe.  Piły  tarczowe  składają  się  z  płaskiej  metalowej  tarczy  obracającej  się  na  wale
napędowym,  na  obwodzie,  której  w  specjalnych  gniazdach  zamocowane  są  noŜe  zbrojone
płytkami z węglików spiekanych.

Piły linowe
Przecinanie skały w caliźnie odbywa się w ten sposób, Ŝe lina bez końca (splot trzech

drutów)  poruszana  przez  dowolny  układ  napadowy  wcina  się  w  skałę  przy  równoczesnym
dodawaniu do szczeliny piasku z wodą (30% piasku, 70% wody). Tak więc lina spełnia rolę
taśmy  piły,  a piasek  jej  zębów.  Piasek  z  wodą  dostaje  się  pod  linę  biegnącą  w  szczelinie
wrębowej  (piłowej)  i  wykrusza  (urabia)  cząstki  skały.  Lina  kierowana  jest  od  urządzenia
napędowego  do  miejsca  pracy  przez  krąŜki  podpierające  i  kierunkowe,  umieszczone  na
odpowiednich stojakach i zostaje wprowadzona do szczeliny wrębowej przez krąŜki robocze.
Piły linowe nadają się do urabiania wapieni, marmurów, tufów i łupków. Do zalet tej metody
naleŜą:

−−−−

moŜliwość cięcia kaŜdego rodzaju marmuru zarówno na miejscu wydobycia jak
i w składzie marmuru,

−−−−

płaszczyzna przecinania moŜe znajdować się w kaŜdym połoŜeniu,

−−−−

długość przecięcia (wciosu) sięgać moŜe do 30–35 m, a głębokość do 10–15 metrów, przy
minimalnych stratach (szerokość przecięcia szczeliny – wrębu nie przekracza 8 i 10 mm).
Pozwalają one na cięcie złoŜa przy wykorzystaniu wszystkich naturalnych uszkodzeń

skały nie wytwarzając innych, a uzyskując w ten sposób mniejszy procent odpadów, niŜ przy
stosowaniu innych mechanicznych metod (rys. 39).

Metoda posiada teŜ i wady:

−

mała wydajność przeciętej powierzchni na godzinę,

−

duŜy obszar zajmowany przez stanowiska potrzebne do ustawienia układu liny o długości
co najmniej 700–800 m.

Rys. 39. Sposoby cięcia piłą linową [2, s. 91]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urządzenia do prac pomocniczych w obrębie wyrobiska

Do przecinania większych objętościowo bloków skalnych stosuje się urządzenia linowe

zabudowywane bezpośrednio w wyrobisku.. Belgijska firma produkuje piły linowe z ostrzami
diamentowymi, w pełni zautomatyzowane. Urządzenie składa się z urządzenia napędowego
zabudowanego na specjalnej ramie mocowanej do podłoŜa.

Piła linowa z ostrzami diamentowymi napędzana jest kołem o średnicy 1200 mm.

Napięcia  liny  dokonuje  się  cylindrem  hydraulicznym  przesuwającym  napęd.  Przy  obrotach
koła  napędowego  od  0  do  700  obr/min,  uzyskuje  się  prędkość  przesuwu  liny  od  0–43  m/s.
Urządzenia mogą być napędzane silnikami elektrycznymi o mocy 29 kW, 37 kW,, lub 44 kW.
Ogólna masa urządzenia 1500 kg, a ogólne wymiary długość: 3000 mm, szerokość: 1550 mm,
a wysokość: 1800 mm. Silnik elektryczny napędza pompę hydrauliczną, pompującą olej pod
wysokim  ciśnieniem  do  silnika  hydraulicznego,  napędzającego  głównie  koło  przez  które
przebiega lina robocza. Całość jest sterowana z osobnego przewoźnego stanowiska.

Piłą linowo–diamentową moŜna przeprowadzać cięcia w płaszczyźnie pionowej,

poziomej, pochylonej, takŜe w płaszczyźnie poziomej przy samym podłoŜu. Piła linowa
DIAFIL moŜe współpracować równieŜ z wrębiarką łańcuchową. Oryginalnym elementem do
przecinania bloków jest lina o średnicy 5 – 6 mm, której druty wykonane są ze stali odpornej
na korozję, na której zamocowane są segmenty diamentowe o średnicy 10 mm i długości
6 mm. Odstęp między segmentami wynosi od 20 – 40 mm w zaleŜności od warunków pracy.

Do rozsuwania bloków od calizny skalnej stosuje się urządzenia jednorazowego uŜycia,

jakimi  są  poduszki  wodne,  Są  to  odpowiednio  zgrzewane  blachy  o  grubości  0,3  mm
i o wymiarach  800  x  800  mm,  które  wprowadza  się  do  szczeliny  między  calizną  a  blokami
skały.  Wprowadzając  do  poduszki  wodę  pod  ciśnieniem  powoduje  się  przesunięcie  bloku.
Poduszka  po  rozerwaniu  się  nie  nadaje  się  do  ponownego  zastosowania.  Stosowane  są
równieŜ  gumowe  poduszki  powietrzne  wielokrotnego  uŜycia.  Poduszki  nadmuchiwane  są
spręŜonym powietrzem o ciśnieniu do 0,5 MPa. Produkowane są teŜ hydrauliczne rozsuwniki,
które wkładane do szczeliny rozsuwają bloki. Maksymalny skok rozsuwnika wynosi 150 mm,
a  siła  rozsuwu  dla  dwóch  cylindrów  wynosi  2560  kN.  Ciśnienie  zasilania  wynosi  60  MPa,
rozsuwania bloków moŜna dokonywać przy pomocy jednego lub kilku rozsuwników.
Palniki termiczne

W wielu krajach na świecie, a w szczególności w USA, Rosji, Szwecji, Norwegii

i Wielkiej Brytanii stosuje się obecnie na skalę przemysłową termiczne urabianie palnikami
wrębowymi surowców skalnych, zawierających minimum 20% wolnej krzemionki.

Stosowane obecnie palniki zasilane są spręŜonym powietrzem i olejem napędowym.

Metoda urabiania palnikami wrębowymi jest stosowana nie tylko do cięcia, ale i do obróbki
skał. Dzięki znacznej obniŜce kosztów osiągniętej przez zastosowanie spręŜonego powietrza
i taniego oleju napędowego, palnik ten skutecznie konkuruje tradycyjnymi metodami
wrębiania mechanicznego. Jest on urządzeniem znajdującym zastosowanie głównie przy
udostępnianiu złóŜ granitu urabianego na bloki.

W kamieniołomach granitu przeprowadzono próby urabiania skał palnikiem firmy Atlas

Copco produkowanym na licencji firmy Browning (rys. 40). Spalanie mieszanki odbywało się
wewnątrz  palnika,  a  temperatura  gazu  wydobywającego  się  z  duŜą  prędkością  z  dyszy  tego
palnika  dochodziła  do  2700°C.  Zasada  działania  palnika  jest  podobna  do  zasady  działania
silnika  odrzutowego.  Urządzenie  składa  się  z  trzech  części:  palnika,  rękojeści  i  głowicy
redukcyjnej.  Do  rękojeści  w  kształcie  długiej  rury,  z  jednego  końca  dokręcony  jest  palnik,
z drugiego  głowica  redukcyjna.  ZaleŜnie  od  potrzeb  moŜna  stosować  rękojeść  o  długości
3–8 m (rys. 40a).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 40. Praca palnikiem: a – sposób posługiwania się palnikiem wrębowym FA–300A, b – schemat układu

zasilającego palnik, c – szczelina wrębowa; 1 – dysza, 2 – palnik, 3 – komora spalania, 4 – wtryskiwacz
oleju, 5 – Ŝerdź (rękojeść), 6 – głowica regulacyjna, 7 – przewody gumowe, 8 – pompa olejowa, 9 –
odwadniacz, 10 – spręŜarka, 11 – zbiornik oleju napędowego, 12 – butla z tlenem [2, s. 133]

Spowodowana tą metodą zmiana sposobu wykonywania robót przygotowawczych

przyniosła szereg korzyści w procesie urabiania i organizacji robót, a mianowicie:

−

zmniejszyła ilość robót wiertniczych oraz robót strzałowych,

−

zmniejszyła zatrudnienie przy robotach wiertniczych, strzałowych i wcinkowych,

−

zwiększyła bezpieczeństwo (strefa rozrzutu kamienia obejmuje kilkaset metrów),

−

zmniejszyła ilość uŜywanych materiałów wybuchowych przy kaŜdorazowym strzelaniu,
co wpłynęło na zmniejszenie strefy drgań sejsmicznych,

−

ułatwiła kontrolę jakości wykonywanych robót przygotowawczych przed strzelaniem,

−

stosowana metoda naleŜy do ekonomicznych – zwrot nakładów poniesionych w związku
z wprowadzeniem do eksploatacji palników wynosi średnio 4 miesiące.
DuŜy problem przy termicznym sposobie urabiania skał stanowi zagadnienie hałasu.

Wysoka  energia  wyjściowa  strumienia  gazów  wywołuje  silny  hałas  dochodzący  bardzo
często  do  120  dB(A),  (dopuszczalny  poziom  dźwięku  hałasu  wynosi  85  dB(A)).
Przy wierceniu  otworów  palnikami  FA–300A  największy  hałas  powstaje  w  momencie
załoŜenia otworu wiertniczego, następnie po wpuszczeniu palnika w otwór wiertniczy, hałas
zostaje stłumiony. Natomiast przez cały czas wykonywania wrębów płomień nie znajduje się
w ukryciu  i  hałas  rozchodzi  się  we  wszystkich  kierunkach.  Jego  nasilenie  zaleŜy  od  takich
czynników jak: konstrukcja palnika, geometria promienia itp.

W ostatnich latach moŜna zauwaŜyć szczególnie intensywny rozwój konstrukcji

i szerokie  wprowadzanie  urządzeń  do  mechanicznego  i  termicznego  urabiania  złóŜ  na  bloki.
Do  urabiania  skał  miękkich  i  średniotwardych  wprowadza  się  nowe  ulepszone  konstrukcje
wrębiarek  i  narzędzi  urabiających  (między  innymi  wielkośrednicowe  diamentowe  tarcze
tnące). Do urabiania bloków ze skał twardych i średniotwardych wprowadzane są urządzenia
rozszczepiające  i  termiczne  –  te  ostatnie  zwłaszcza  do  grubo–  i  średnioziarnistych  granitów
o większej zawartości kwarcu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zasady bezpiecznej pracy przy urabianiu ręcznym

Urabianie ręczne znajduje obecnie zastosowanie przede wszystkim przy wydobywaniu

bloków  skalnych  dla  potrzeb  budownictwa.  Bloki  takie  ulegają  dalszemu  procesowi
obróbczemu, w wyniku którego otrzymuje się elementy budowlane w postaci róŜnego rodzaju
płyt,  na  przykład  elewacyjne,  posadzkowe,  parapety,  stopnie  schodowe,  krawęŜniki  i  inne.
Nie mogą więc mieć one nawet najdrobniejszych pęknięć, poniewaŜ w dalszej obróbce łatwo
by się rozpadły, na bloki budowlane urabia się wapienie (marmury), piaskowce i granity, przy
czym dąŜy się do mechanizacji czynności wydobywczych, ograniczając roboty strzelnicze do
przypadków  niezbędnych.  Przyczynia  się  to  do  większego  wykorzystania  bloczności  złoŜa.
W wapieniach  i  piaskowcach  wprowadza  się  częściową  mechanizację  urabiania  przez
zastosowanie róŜnego rodzaju maszyn i urządzeń do wycinania bloków ze złoŜa. W granitach
bloki  uzyskuje  się  metodą  klinowania.  Aby  moŜna  było  w  ten  sposób  uzyskać  blok,  calizna
musi  mieć  trzy  lub  cztery  powierzchnie  odsłonięcia.  W  tym  celu  wykonuje  się  tak  zwane
wcinki i wdzierki lub wypala się wąskie szczeliny w ławach skalnych specjalnymi palnikami
(gwarowo  zwanymi  lancami  termicznymi).  Typową  kopalnią  granitu  jest  Strzegom
z przodkami  w  postaci  charakterystycznych  stopni.  Dzielenie  odspojonej  ławy  skalnej  na
monolity  oraz  duŜych  brył  na  mniejsze  odbywa  się  przez  klinowanie.  Gniazda  na  kliny
wykuwa się za pomocą, lekkich młotków pneumatycznych.

Wyłamywania i klinowania bloków skalnych naleŜy dokonywać w takiej pozycji, aby

oddzielona  część  bloku  nie  mogła  stworzyć  zagroŜenia  dla  wykonującego  roboty  i  innych
górników,  zatrudnionych  w  sąsiedztwie.  Przy  odciąganiu  bloków  od  ściany  naleŜy  zwracać
uwagę  na  prawidłowe  opasanie  bloku  łańcuchem  lub  linami,  a  w  promieniu  zasięgu  liny
ciągnącej nie mogę znajdować się ludzie.

Jednoczesna praca na dwóch stopniach, znajdujących się jeden nad drugim, jest tylko

wtedy dopuszczalna, gdy szerokość górnego stopnia jest większa od 6 m.

Bezpieczne wykonywanie pracy wymaga stosowania odpowiednich narzędzi, dlatego

zabrania  się  uŜywania  ich,  gdy  są  stępione  i  uszkodzone  oraz  niezgodne  z  obowiązującymi
normami.  Narzędzia  powinny  być  zaopatrzone  w  trzonki  ze  spręŜystego  drewna  (jesion,
grab),  dobrze  osadzone  i  zaklinowane  przed  wypadnięciem,  a  rękojeści  wygładzone.
Do przechowywania narzędzi powinny być dostarczone pracownikom odpowiednie skrzynki,
zamykane i łatwe do przenoszenia.

Osobny problem z punktu widzenia bezpieczeństwa pracy stwarzają coraz powszechniej

stosowane palniki termiczne. Nadają się one do urabiania skał o znacznej zawartości kwarcu,
a więc do pracy w granicie. W urządzeniu takim olej napędowy, zmieszany ze spręŜonym
powietrzem, wyrzucany jest przez odpowiednią dyszę i spalany, tworząc strumień gazowy
o temperaturze w granicach od 1900 do 3000°C.

Prędkość wypływu waha się w granicach od 1200 do 1500 m/s. Przykładowo,

w stosowanych palnikach FA–300 A (Atlas Copco) ciśnienie oleju jest rzędu 500 do 600,
a spręŜonego powietrza około 700 kN/m

. Gazy wylatujące z dyszy nagrzewają caliznę

i wydmuchują  urobione  cząstki  skalne,  przy  czym  urządzenie  wytwarza  bardzo  duŜy  hałas
o natęŜeniu  około  120  dB.  Urabianie  takimi  palnikami  stwarza  szereg  zagroŜeń  dla  obsługi
i innych  ludzi,  zatrudnionych  w  pobliŜu.  Przede  wszystkim  z  uwagi  na  hałas  obsługa  musi
pracować  w  specjalnych  ochraniaczach  na  uszy  (np.  urządzenie  typ  Z  –101).  Skalnicy
pracujący bez ochron nie powinni przebywać bliŜej niŜ 90 do 100 m. Z tego względu często
urabia się palnikami na drugiej zmianie, wydzielonej specjalnie do tego celu. Obsługę palnika
stanowi zwykle 2 operatorów, pracujących przemiennie po 30 do 40 minut.

Zachodzi teŜ moŜliwość poparzenia ludzi bezpośrednio płomieniem z dyszy lub odbitym

od skały, a takŜe gorącymi odpryskami skalnymi. Dlatego osobom postronnym nie wolno
przebywać w odległości mniejszej niŜ 20 m od miejsca pracy palnika, a obsługę wyposaŜa się
oprócz ubrania roboczego w rękawice oraz okulary lub przyłbicę ochronną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Palniki termiczne mogą być obsługiwane tylko przez specjalnie wyszkolonych górników.

Umiejętność obsługi palnika obejmuje takie czynności, jak jego zapalanie, gaszenie oraz
bezpieczne uŜywanie. W czasie pracy naleŜy zwrócić uwagę, aby nie skierować go
w kierunku innego pracownika czy zbiornika paliwa lub butli z tlenem.

Przy urabianiu powstaje znaczne zapylenie pyłem wydostającym się ze szczeliny

wrębowej, dlatego gdy w przodku jest niedostateczne naturalne odpylanie, obsługa powinna
pracować w półmaskach.

Bezpieczne posługiwanie się palnikiem wymaga wygaszania go, co pewien czas

(co 1 godzinę) celem ochłodzenia strumienia spręŜonego powietrza oraz wymaga zachowania
bezpiecznych odległości (około 10 m) między palnikiem, butlą z tlenem i zbiornikiem paliwa.
W  pobliŜu  miejsca  pracy  powinien  znajdować  się  sprzęt  przeciwpoŜarowy  (gaśnica,  koce
azbestowe). Niedopuszczalne jest uŜywanie nieszczelnych przewodów do paliw i spręŜonego
powietrza,  uŜywanie  butli  tlenowej,  przeterminowanej  lub  bez  znaku  kontroli  dozoru
technicznego,  oraz  palenie  ognia  w  odległości  bliŜszej  niŜ  10  m  od  zbiornika  i  butli.
Szczegółowe warunki stosowania palników ustalają instrukcje techniczo–ruchowe.

JeŜeli chodzi o pracę kamieniarzy zatrudnionych przy ręcznej obróbce bloków skalnych,

wydobytych z wyrobiska, to naleŜy zadbać o zaopatrzenie ich w dostateczną ilość podkładek
drewnianych (krótkie belki z drewna okrągłego lub kantowego), a takŜe tak zwanych
koziołków zwykłych lub obrotowych, umoŜliwiających w przypadku mniejszych elementów
pracę w pozycji stojącej.

Dla ochrony przed wpływami atmosferycznymi naleŜy stanowiska pracy kamieniarzy

umieszczać  w  odpowiednich  halach  kamieniarskich.  W  halach  otwartych  stanowiska
te powinny  być  tak  usytuowane,  aby  wiatr  zwiewał  z  nich  pył  kamienny.  Najlepiej
umiejscawiać  je  tak,  aby  kamieniarz  stał  twarzą  do  wiatru.  PoŜądane  są  przegrody  między
poszczególnymi  stanowiskami  pracy  jako  ochrona  przed  odpryskami.  W  zimie
pomieszczenia,  w  których  pracują  kamieniarze,  powinny  być  ogrzane.  Dla  ochrony  przed
odpryskami  i  przypadkowymi  uderzeniami  kamieniarze  muszą  być  zaopatrzeni  w  okulary
i rękawice ochronne.

W halach obróbczych powinny być zainstalowane urządzenia odpylające. Skutecznym

środkiem walki z zapyleniem stanowiska pracy jest zraszanie wodą powierzchni obrabianych
kamieni, a takŜe podłogi warsztatu. Powierzchnia stanowiska kamieniarskiego zaleŜy od
rozmiarów obrabianych elementów, ale nie powinna być mniejsza od 12 m

, a odstęp między

pracującymi musi wynosić co najmniej 5 m.

Przy obróbce mechanicznej, maszyny i urządzenia powinny być obsługiwane zgodnie

z instrukcją, dotyczącą danego stanowiska pracy, przy czym ogólnie zabronione jest:

uruchamianie urządzenia bez osłon części ruchomych,

uzupełnianie oleju, naprawianie czy smarowanie podczas pracy urządzenia,

dotykanie mokrymi rękami urządzeń i wyłączników elektrycznych,

noszenie luźnych ubrań przez obsługę.
Odległości między urządzeniami obróbczymi czy trakami powinny wynosić co najmniej

1,6 m, a szerokość przejść, liczona od stałych elementów maszyny, nie mniej niŜ 0,75 m.

Mechaniczne przecinanie płyt kamiennych musi odbywać się przy dostatecznym

dopływie wody chłodzącej, a kierunek cięcia tarczy zgadzać się musi z posuwem przecinanej
płyty. Do cięcia mogą być uŜywane wyłącznie tarcze bez uszkodzeń, dokładnie wywaŜone,
ustawione prostopadle do osi wirowania i odpowiednio zamocowane. Na końcu zasięgu stołu,
do którego przymocowuje się płytę na sztywno, musi być ustawiony ekran ochronny,
zabezpieczający przed rozrzutem odłamków skalnych.

Na placach, w szopach i halach obróbczych stosuje się jeszcze często ręczny transport

płyt i elementów kamiennych za pomocą rolek. W takim przypadku naleŜy uŜywać rolek
o jednakowej długości i grubości, przy czym transportowany element musi być zawsze

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

podparty co najmniej trzema rolkami, rozmieszczonymi równomiernie na całej jego długości.
Nachylenie dróg transportowych nie moŜe przekraczać 4°, a cała operacja musi odbywać się
pod nadzorem osoby dozoru ruchu. JeŜeli jest to moŜliwe, płyty powinny być transportowane
w pozycji pionowej, gdyŜ w przeciwnym przypadku łatwo dochodzi do ich pękania.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jaki jest cel eksploatacji złóŜ skalnych na bloki?

Jakie są podstawowe operacje robocze pozyskiwania bloków skalnych?

Jakie są sposoby urabiania mechanicznego i fizykalnego bloków skalnych?

Jakimi narzędziami wykonujemy sztucznie szczeliny w skałach?

Jakie materiały moŜemy urabiać na bloki za pomocą wrębiarek i pił łańcuchowych?

Jaką metodą przecina się marmurowe bloki skalne?

Jakie rodzaje mediów stosuje się do zasilania palników termicznych stosowanych
do obróbki i urabiania skał?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny i narzędzia do eksploatacji złóŜ skalnych na bloki. Określ ich

wady i zalety.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Wady

Zalety

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny i urządzenia do eksploatacji złóŜ skalnych na bloki

określić wady i zalety róŜnych typów maszyn

wypełnić tabelę,

zaprezentować efekty swojej pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem opisz budowę i zasadę działania wrębiarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat wrębiarki,

opisać budowę i zasadę działania wrębiarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

schemat wrębiarki,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

podać cel eksploatacji złóŜ skalnych?

wymienić podstawowe operacje robocze podczas eksploatacji skał?

scharakteryzować mechaniczne metody urabiania skał?

określić charakter pracy i zastosowanie wrębiarki i piły łańcuchowej?

podać wymiary bloków jakie moŜna wycinać stosując kombajn
tarczowy ustawiony na szynach?

określić gatunki skał do cięcia piłami linowymi?

wymienić urządzenia do prac pomocniczych w obrębie wyrobiska
skalnego?

opisać wady i zalety termicznego cięcia skał?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.

Maszyny i urządzenia do urabiania kruszyw naturalnych
spod wody

4.6.1. Materiał nauczania

Wiele czynników ma wpływ na dobór maszyn i urządzeń do urabiania kruszyw

naturalnych  spod  wody.  Bez  wątpienia  najwaŜniejszym  będzie  rodzaj  akwenu  (wody
śródlądowe,  morza  i  oceany),  sposób  udostępnienia  złoŜa  (z  lądu,  z  wody),  głębokość
zalegania pod lustrem wody (koparki pływające ssące mogą wydobywać urobek z głębokości
7–60m,  duŜe  koparki  wielonaczyniowe  z  głębokości  do  14m,  zaś  głębokoczerpalne  nawet
z głębokości 40m i więcej).

Do urabiania spod wody słuŜyć mogą:

−

koparki  jednonaczyniowe  podsiębierne,  chwytakowe,  zgarniakowe)  –  do  urabiania
kopaliny  z  ograniczonej  głębokości,  wydobywania  urobku  i  jego  odłoŜenia  na  suchej
części  wyrobiska,  celem  odsączenia  za  wody  albo  do  robót  udostępniających  przed
zwodowaniem koparki pływającej,

−

koparki jednonaczyniowe pływające – do urabiania kopaliny, wydobywania i ładowania
na pływające przenośniki taśmowe,

−

koparki wielonaczyniowe pływające – do urabiania kopaliny, wydobywania i ładowania
na pływające przenośniki taśmowe, barki,

−

koparki pływające ssące i ssąco – frezujące – do urabiania oraz transportowania kopaliny
rurociągiem tłocznym do urządzeń odwadniających na lądzie,

−

zgarniarki linowe z naczyniem roboczym (osprzętem zgarniakowym) ciągnionym liną –
do urabiania kopaliny i przekazywania jej na ląd do urządzenia załadowczego na
samochody lub przenośnik taśmowy.

Technologie eksploatacji surowców podmorskich

Jak wiadomo, dna mórz i oceanów to prawdziwy skarbiec surowców mineralnych.

W wielu  jednak  przypadkach  najwaŜniejszym  problemem  eksploatacji  jest  nieopłacalność
wydobycia  –  metody  wydobycia  są  mało  wydajne  lub  zbyt  kosztowne.  Rozwój  w  tej
dziedzinie  podąŜa  więc  w  kierunku  ciągłości  produkcji  (co  oznacza  większą  opłacalność
wydobycia  złóŜ),  lepszego  ich  wykorzystania  (wydobycie  jak  największej  ilości  złoŜa),
mniejszego  nakładu  pracy  (wprowadzenie  automatycznych  metod  wydobycia)  oraz
większego bezpieczeństwa. W obliczu Konwencji Prawa Morza ONZ, która zaleca zbadanie
wpływu metod eksploatacji na środowisko przyrodnicze, rosnące znaczenie ma takŜe uŜycie
metod wydobycia mniej szkodliwych dla środowiska. Pomimo zwiększającego się znaczenia
wydobycia podmorskiego (spowodowanego powolnym wyczerpywaniem się niektórych złóŜ
surowców  mineralnych  na  lądzie)  w  dziedzinie  metod  eksploatacji  podwodnych  złóŜ  jest
jeszcze wiele do zrobienia.

Dzisiejsze technologie eksploatacji wyróŜniają trzy rodzaje złóŜ: luźno rozłoŜone na dnie

lub bezpośrednio pod nim, złoŜa węglowodorów (ropa naftowa i gaz ziemny) oraz zwięzłe
(stałe), leŜące pod powierzchnią dna.

Technologie eksploatacji złóŜ okruchowych z dna i spod niego

Do złóŜ okruchowych naleŜą złoŜa okruchowe metali, surowców budowlanych (Ŝwir,

piasek), iłów (duŜa zawartość metali), diamentów (w płd. – zach. Afryce) oraz bardzo
cennych i „obiecujących” konkrecji polimetalicznych.
ZłoŜa te eksploatowane są w zaleŜności od rodzaju osadów, ale zwykle metodami morskiego
górnictwa odkrywkowego. Jest to grupa metod polegających na wydobywaniu surowców

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

z dna  lub  spod  jego  powierzchni  za  pomocą  róŜnych  urządzeń  podłączonych  do  jednostek
znajdujących  się  na  powierzchni  wody  (statków),  które  są  tymczasowym  magazynem
wydobytych  surowców  i  centrum  sterowania,  a  takŜe  środkiem  transportu  i  źródłem  energii
potrzebnej  do  pracy  podwodnych  urządzeń.  To,  jakich  urządzeń  uŜywa  się  do  wydobycia
złoŜa, zaleŜy od jego parametrów.

Pogłębiarki jednonaczyniowe

Wśród pogłębiarek jednonaczyniowych najbardziej rozpowszechnione są obecnie

pogłębiarki  chwytakowe  (rys.  41),  które  mają  zastosowanie  do  eksploatacji  złóŜ  trudno–
urabialnych.  Pogłębiarki  te  funkcjonują  na  identycznych  zasadach  jak  lądowe  koparki
uniwersalne  z osprzętem  chwytakowym,  z  tym  tylko,  Ŝe  zainstalowane  są  na  pontonach
umoŜliwiających przemieszczanie ich na poziomie wody. Podstawę pogłębiarki stanowi kilka
pontonów konstrukcji spawanej, łączonych ze sobą za pomocą złączy śrubowych. Głównym
urządzeniem  pogłębiarki  jest  wciągarka,  powodująca  zaczerpywanie  urobku  i  roboczy  ruch
chwytaka.  Usytuowanie  wciągarki  głównej  słuŜy  za  kryterium  podziału  tych  pogłębiarek  na
dwie grupy:

−

wysięgnikowe,

−

suwnicowe (portalowe).
We wszystkich rodzajach pogłębiarek wysięgnikowych wciągarka główna 1 chwytaka

2 znajduje  się  bezpośrednio  na  pontonie  nośnym  3  lub  w  maszynowni  na  fundamencie
pokładowym. Urobek podnoszony jest Ŝ wody do góry przez prostokątny otwór 4 w pontonie.
Z kolei pod wiszący chwytak, na określonej, stałej dla pogłębiarki wysokości, podsuwa się za
pomocą  napędu  hydraulicznego  nachylony  podajnik  5,  po  którym  zsuwa  się  urobek
z opróŜnianego  chwytaka  do  zasobnika  6.  Z  zasobnika  przemieszcza  się  urobek  przez
stacjonarny przenośnik 7 na przenośnik odprowadzający 8.
Liny,  do  których  przytwierdzony  jest  chwytak  przechodzą  na  krąŜniki  9,  zamocowane  na
nieobrotowej  konstrukcji  wysięgnika  10  i  dalej  do  wciągarki  głównej  1.  Konstrukcja
wysięgnika  wykonana  jest  najczęściej  z  blachownicy  dwuteowej  jako  konstrukcja  spawana.
Zamocowanie  jej  do  pokładu  jest  przegubowe  na  sworzniach  11,  co  zezwala  na  połoŜenie
wysięgnika na pokładzie przy demontaŜu.

Rys. 41. Pogłębiarka jednonaczyniowa [2, s. 167]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W suwnicowych pogłębiarkach chwytakowych (rys. 42) wciągarka główna

zlokalizowana  jest  na  profilowanym  dźwigarze  2,  przymocowanym  do  kratownicowej
konstrukcji  spawanej  3.  W  podstawie  wciągarki  znajduje  się  mechanizm  jazdy
4, umoŜliwiający  jej  przemieszczanie.  Urabianie  moŜe  być  realizowane  w  ramach  obrysu
otworu w pontonie (połoŜenie  I) do maksymalnego pionowego zasięgu pracy pogłębiarki H,
lub poza gabarytem części pływającej (połoŜenie II). Napełniony chwytak podciągany jest do
stałej  wysokości  „a”  nad  poziom  wody  i  przemieszczany  następnie  za  pomocą  mechanizmu
jazdy w połoŜenie III, gdzie następuje przekazanie urobku do zasobnika 5. Zaletą pogłębiarek
suwnicowych  jest  moŜliwość  urabiania  partii  nadkładu  lub  kopaliny  ponad  poziomem  wody
za  obrysem  pokładu.  W  celu  technologicznego  przemieszczania  pogłębiarki  po  poziomie
wody na ich pokładzie zabudowane są wciągarki manewrowe, tzw. windy kotwiczne.

Rys. 42. Ogólna budowa suwnicowej (portalowej) pogłębiarki chwytakowej [2, s. 168]

PoniŜej (rys. 40) przedstawiono aktualnie produkowane pogłębiarki chwytakowe firmy

Pro Sand Engineering, umoŜliwiające wydobycie piasku z głębokości, na których nie moŜna
juŜ uŜyć innych urządzeń (pogłębiarki czerpakowe itp.). DuŜa pojemność chwytaka zapewnia
wysoką  wydajność  równieŜ  przy  wydobyciu  z  duŜych  głębokości.  Pogłębiarka  chwytakowa
jest  przeznaczona  do  wydobycia  ziemi,  zwłaszcza  piasków  Ŝwirowych  z  wody,  przede
wszystkim  z  duŜych  głębokości.  Kadłub  pontonowy  pogłębiarki  (rys.  44)  tworzą  dwa
równoległe  pontony  (typ  katamaranu),  połączone  poprzeczną  konstrukcją  mostową.  Na  tej
konstrukcji umieszczone jest na szynach właściwe urządzenie wydobywcze, które składa się
z chwytaka, nawijaka linowego do podnoszenia i opuszczania chwytaka oraz jego zamykania
i  otwierania.  Urządzenie  jezdne  umoŜliwia  przemieszczanie  zespołu  chwytaka  nad  miejsce
wydobycia  a pełnego  chwytaka  na  odchylany  ruszt  nad  lejem  zsypowym,  gdzie  separuje  się
duŜe bryły.  Z leja zsypowego materiał jest wywoŜony do przesiewacza  odwadniającego i na
taśmociąg  lub  do  barki.  Na  konstrukcji  mostowej  jest  teŜ  umieszczona  kabina  sterownicza
pogłębiarki.  WyposaŜenie  dodatkowe  pogłębiarki  tworzą  kabina  i  stacja  transformatorowa,
kabina warsztatu itp.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 43. Pogłębiarka chwytakowa [23]

Rys. 44. Pogłębiarka chwytakowa [23]

Na szczególną uwagę wśród pogłębiarek jednonaczyniowych zasługują pogłębiarki

łyŜkowe, stosowane do urabiania spod wody skał średniej zwięzłości (rys. 45). Budowane są
one  w wersji  nadsiębiernej  i  podsiębiernej.  Nadsiębierna  pogłębiarka  łyŜkowa  składa  się
z wysięgnika 1 przymocowanego przegubowo do konstrukcji obudowy obrotnicy 2, ramienia
łyŜki  3,  wraz  z  przymocowaną  do  niego  łyŜką  4.  Na  głowicy  wysięgnika  1,  znajdują  się
krąŜki 5, dla liny podnoszącej łyŜkę i dla liny podtrzymującej wysięgnik. Liny podtrzymujące
wysięgnik  6,  biegną  od  głowicy  poprzez  krąŜki  7,  na  podporze  kratownicowej  8,  do  bębna
linowego  9,  w  kabinie  maszynowej.  W  kabinie  tej  znajdują  się  mechanizmy  podnoszenia
łyŜki,  które  za  pomocą  liny  10  unoszą  lub  opuszczają  łyŜkę,  mechanizm  przesuwu  ramienia
łyŜkowego  liną  11,  oraz  mechanizm  obrotnicy.  Do  otwierania  łyŜki  słuŜy  lina  12.
Wymienione  mechanizmy  umiejscowione  są  na  spawanej  konstrukcji  pontonu  13,  na  której
znajdują  się  dwubębnowe  wciągarki  14  wraz  z  linami  15  zasadniczych  (głównych)  słupów
kotwiących  „gwarowo  –  szczudeł”  16,  na  których  pogłębiarka  zostaje  zakotwiczona  do  dna
akwenu.  W  tylnej  części  pogłębiarki  zlokalizowany  jest  słup  uchylny  17,  wraz
z mechanizmem wciągarki jednobębnowej, w skład którego wchodzą: sprzęgło, hamulec oraz
zespół  pochylenia  słupa  w  płaszczyźnie  pionowej  18,  oraz  lina  do  unoszenia  i  swobodnego
opuszczania 19.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pokład przedstawia w planie prostokąt z wycięciem na prowadzenie łańcucha

czerpakowego. Na pokładzie wyróŜnić moŜna dwie zasadnicze części: wieŜę główną
4 i wieŜę przednią z kabina operatora 8. W kadłubie znajdują się równieŜ między innymi
pomieszczenia warsztatowe 6 i maszynownia.

W wieŜy głównej 1 są umieszczone:

−

koło napędowe wraz z napędem i mechanizmem napinania łańcucha czerpakowego,

−

kosz zasypowy,

−

konstrukcja zawieszenia bocznych rynien załadowczych lub przenośnika taśmowego 5,
odbierających urobek z opróŜnianych czerpaków na pobocznicy koła napędowego.
Kabina operatora zawiera urządzenia sterowania łańcuchem czerpakowym, tj. wciągarką

zmiany kąta nachylenia wysięgnika i górne zblocze linowe jego podwieszenia.

PoniŜej przedstawiono aktualnie produkowane pogłębiarki czerpakowe firmy Pro Sand

Engineering  (rys.  47)  do  wydobywania  naturalnych  piasków  Ŝwirowych  z  wody.  Wydobyty
materiał po wysypaniu z czerpaków przez zsypy, jest transportowany krótkim przenośnikiem
taśmowym na barkę lub  na taśmociąg ułoŜony na pływakowej trasie do transportu na brzeg.
Właściwą  pogłębiarkę  tworzy  para  pływaków  połączonych  poprzecznie  przednią  wieŜą
i tylnym  stojanem.  Między  pływakami  umieszczony  jest  wysięgnik  z  łańcuchem
czerpakowym. Jeden koniec wysięgnika jest ułoŜony obrotowo, drugi koniec podwieszony na
linie  wieŜy  przedniej  jest  opuszczany  pod  powierzchnię  wody.  Na  tylnym  stajanie  został
umieszczony  agregat  napędowy.  Kabina  operatora  umieszczona  jest  w  zaleŜności  od
wielkości  pogłębiarki  w  przedniej  lub  tylnej  części.  Napęd  koparki  i  sterowanie  obsługują
silniki elektryczne. Doprowadzenie energii kablem elektrycznym.

Rys. 47. Pogłębiarka czerpakowa [23]

Pogłębiarki ssące

Zasada pracy pogłębiarek tego rodzaju oparta jest na rozmywającym działaniu strumienia

wody  (rys.  48).  Pogłębiarki  te  wykorzystuje  się  do  eksploatacji  słabospoistych  złóŜ
piaskowo–Ŝwirowych  oraz  do  ich  następnego  transportu  w  zawodnionym  stanie  do  barek
samowyładowczych  lub  za  pomocą  pływającego  rurociągu  na  brzeg.  Zasada  pracy
pogłębiarek  tego  rodzaju  oparta  jest  na  rozmywającym  działaniu  strumienia  wody.  Dzięki
działaniu pompy gruntowej, podstawowego elementu pogłębiarki, woda zastaje zassana przez
smok,  zaopatrzony  na  końcu  w  głowicę  ssącą.  Gdy  głowica  wraz  ze  smokiem  zostanie
opuszczona  na  strop  urabianej  warstwy,  to  zasysana  pompą  woda  porywa  oderwane  jej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ruchem cząstki. Powstająca przy tym mieszanina wody z urobkiem jest zassana przez pompę
gruntową i wtłoczona do tłocznej części rurociągu. Smok jest połączony z nieruchomą częścią
rurociągu  ssawnego,  za  pośrednictwem  złącza  przegubowego,  które  umoŜliwia  zmianę
pochylenia  smoka  w  granicach  od  0  do  50°.  Podnoszenie  lub  opuszczanie  smoka  na
wymaganą  głębokość  urabiania  realizowane  jest  za  pomocą  lin,  nawijanych  na  bęben
wciągarki.  Pompa  gruntowa  napędzana  jest  zazwyczaj  silnikiem  elektrycznym,  napięcie
z sieci elektroenergetycznej lub z własnego agregatu prądotwórczego, którego wał sprzęŜony
jest  z wirnikiem  pompy  za  pośrednictwem  sprzęgła  ciernego.  Rurociąg  tłoczny  jest
doprowadzany  do  rufy  pogłębiarki,  gdzie  przechodzi  w  rurociąg  pływający  lub  poprzez
urządzenie zwane odwadniaczem urobek podawany jest na inny środek transportu.

Kadłub pogłębiarki tworzą pływaki pogłębiarki i pływaki wzdłuŜ rury ssącej. Urządzenie

wydobywcze  składa  się  z  rury  ssącej,  pompy  wydobywczej,  napędzanej  silnikiem
elektrycznym  za  pomocą  pasów  klinowych,  rury  tłocznej  z  ujściem  do  przystawionej  barki
samowyładowczej  lub  nawiązującego  rurociągu  prowadzącego  na  brzeg.  Do  podnoszenia
i opuszczania  rury  ssącej  słuŜy  nawijak  strzały  umieszczony  w  osi  wzdłuŜnej  jednostki
pływającej i przednia  wieŜa portalowa z wielokrąŜkiem linowym, która jest umieszczona na
przedniej  części  pływaków  wzdłuŜ  rury  ssącej.  Urządzenia  dodatkowe  pogłębiarki  tworzą
wiertła  pozycyjne  do  kotwiczenia,  wiertła  do  manipulacji  z  przystawionymi  barkami
samowyładowczymi,  pompa  nawadniająca  itp.  Załoga  pogłębiarki  obsługuje  wydobycie
z pulpitu sterowniczego umieszczonego w kabinie.

Rys. 48. Pogłębiarka ssąca [23]

Pogłębiarka z kubłem wleczonym

Pogłębiarki z kubłem wleczonym są uŜywane do zbierania luźnych złóŜ z dna,

np. konkrecji polimetalicznych albo iłów. Mają one postać kubła ciągniętego po dnie przez
statek znajdujący się na powierzchni. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 49).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 49. Budowa pogłębiarki z kubłem wleczonym [23]

Pogłębiarki czerpakowe

Pogłębiarki czerpakowe mają postać czerpaka (podobnego do czerpaków koparek),

umocowanego  do  jednostki  pływającej.  Tego  typu  pogłębiarki  są  uŜywane  do  eksploatacji
osadów z dna, np. Ŝwiru lub piasku. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 50a).
Innym  rodzajem  pogłębiarek  czerpakowych  są  pogłębiarki  mające  postać  taśmociągu
z czerpakami,  przyczepionego  do  statku  na  powierzchni.  Metoda  ta  pozwala  na  eksploatację
twardych skał z dna bez przerywania wydobycia. Polega ona na tym, Ŝe czerpaki rozdrabniają
podłoŜe  i  jednocześnie  przenoszą  rozdrobnione  skały  na  pokład  statku,  a  następnie  puste
wracają na dno po kolejną porcję. Jest to proces ciągły, tzn. moŜe trwać  bez przerwy, aŜ do
wyczerpania złoŜa, powierzchni magazynowej na statku lub energii potrzebnej do wydobycia.
Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia (rys. 50b).

Rys. 50. a) budowa pogłębiarki czerpakowej, b) budowa pogłębiarki czerpakowej z taśmociągiem [23]

Pogłębiarka ssąca (w tym z głowicą spulchniającą)

Kolejną metodą wydobycia złóŜ rozmieszczonych w twardym podłoŜu jest uŜycie

pogłębiarki ssącej z głowicą spulchniającą. Jak w przypadku poprzednich metod, urządzenie
wydobywcze  połączone  jest  ze  statkiem  pływającym  po  powierzchni.  Pod  wodą  natomiast
znajduje  się  rura  transportująca  surowce  mineralne  na  pokład,  zakończona  głowicą  kruszącą
podłoŜe i wsysającą (dzięki podciśnieniu w rurze, wytwarzanemu za pomocą pomp na statku
i wzdłuŜ rury)  rozkruszony materiał skalny do  rury, a potem na pokład statku.  Zasadę pracy
takiej pogłębiarki przedstawia rys. 51a)

Pogłębiarka ssąca uŜywana jest do eksploatacji złóŜ, mających postać miękkich osadów.

Urządzenie wydobywcze stanowi rura, w której panuje podciśnienie, zwisająca ze statku,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zakończona głowicą przylegającą do dna. Ten typ pogłębiarki ma działanie podobne do
odkurzacza – „wsysa” osady na pokład statku. Zasadę pracy takiej pogłębiarki przedstawia
rys. 51b).

Rys. 51. Budowa pogłębiarki ssącej z głowicą spulchniającą [23]

Ejektor powietrzny

Kolejnym sposobem eksploatacji miękkich osadów jest uŜycie ejektora powietrznego

(rys. 52). Ma on budowę podobną do pogłębiarki ssącej, z tym tylko wyjątkiem,
Ŝe dodatkowo ma jedną rurę doprowadzającą powietrze do głowicy, w wyniku czego tworzy
się prąd powietrzny. Pociąga on za sobą drobinki osadów, co zmniejsza ilość pomp
koniecznych do rozmieszczenia wzdłuŜ rury w celu transportu osadów na statek.

Rys. 52. Budowa i zasada działania ejektora powietrznego [23]

Technologie eksploatacji złóŜ konkrecji polimetalicznych

Konkrecja to agregat mineralny powstały wskutek stopniowego narastania minerałów

wokół jakiegoś obiektu w skale. Obiektem tym moŜe być otoczak jakiejś skały, skamieniałość
lub nawet ziarenko piasku. Są to krzemienie, fosforyty, konkrecje polimetaliczne – tworzą je
naprzemianległe  warstewki  tlenku  manganu  i  wodorotlenku  Ŝelaza  z  dodatkiem  innych
metali: niklu, kobaltu i miedzi, cynku, ołowiu,  wanadu. Konkrecje polimetaliczne doczekały
się  dwóch  metod  wydobycia.  Stało  się  tak  dlatego,  Ŝe  w  przyszłości  (po  wyczerpaniu  złóŜ
lądowych) mogą stać się one głównym źródłem zaopatrzenia przemysłu w większość metali.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 53. Budowa dragi ssącej [23]

Pierwsza metoda (rys. 53) polega na uŜyciu dragi ssącej z unoszeniem powietrznym,

zakończonej głowicą. Rozdrobniony materiał dostarczany jest do rury za pomocą prądu
powietrza, wytwarzanego tak samo, jak w przypadku ejektora powietrznego.

Druga metoda (rys. 54) przypomina częściowo metody wydobycia za pomocą kubła

wleczonego lub pogłębiarki czerpakowej. W tym jednak wypadku czerpaki zamontowane są
na linie, tworzącej zamkniętą pętlę i powoli się przesuwającej. W wyniku tego czerpaki
podczas przesuwania po dnie zbierają konkrecje. Przy tej metodzie kierunek ruchu statku po
powierzchni wody powinien być prostopadły do jego burty

Rys. 54. Zasada działania czerpakowej metody wydobycia konkrecji [23]

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Co wpływa na dobór maszyn do urobku?

Z jakich głębokości najczęściej wydobywa się kruszywa spod wody?

Jakie maszyny słuŜą do urabiania kruszywa?

Jakie są główne urządzenia pogłębiarki?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jakie są metody wydobywania surowców z dna morza?

Co to jest konkrecja polimetaliczna?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wpisz w tabeli maszyny i narzędzia do urabiania kruszywa spod wody. Określ ich wady

i zalety.

Nazwa maszyny

Zastosowanie

Wady

Zalety

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przeanalizować treść zadania,

zapoznać się z materiałem nauczania,

dobrać maszyny i urządzenia do urabiania kruszywa spod wody,

określić wady i zalety róŜnych typów maszyn,

wypełnić tabelę,

zaprezentować efekty swojej pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem, opisz budowę i zasadę działania pogłębiarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat pogłębiarek,

opisać budowę i zasadę działania pogłębiarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

schemat pogłębiarki,

–

Poradnik dla ucznia,

–

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

wymienić czynniki wpływające na dobór maszyn do urobku?

scharakteryzować parametry pracy maszyn do urobku?

wymienić maszyny słuŜą do urabiania kruszywa?

scharakteryzować główne urządzenia pogłębiarki?

określić metody wydobywania surowców z dna morza?

określić konkrecję polimetaliczną?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.

SpręŜarki i wentylatory

4.7.1. Materiał nauczania

W odróŜnieniu od cieczy, które są nieściśliwe i wzrost ich ciśnienia moŜe być uzyskany

za pomocą pomp, gazy są podatne na spręŜanie. Maszynami, których głównym zadaniem jest
podwyŜszenie  ciśnienia  gazu  nazywamy  spręŜarkami,  a  wymuszające  jego  przepływ  –
wentylatorami.  Gazy  o  podwyŜszonym  ciśnieniu  mają  istotne  znaczenie  we  współczesnej
technice.  Niemal  w  kaŜdym  zakładzie  przemysłowym  uŜywa  się  spręŜonego  powietrza  do
celów  technologicznych  i  do  napędu  maszyn  (szlifierek,  wiertarek,  polerek)  i narzędzi,
np. młotów  pneumatycznych,  narzędzi  ręcznych  oraz  innych  urządzeń  mechanizujących
i automatyzujących pracę. SpręŜone gazy – poza powietrzem – są stosowane w spawalnictwie
(tlen), a takŜe szeroko w przemyśle chemicznym.

Klasyfikacja spręŜarek

SpręŜarka jest to maszyna robocza do spręŜania i przetłaczania czynników gazowych

(najczęściej powietrza). Jako maszyna robocza spręŜarka nie wytwarza energii, lecz ją pobiera
od silnika, w który musi być wyposaŜona.

SpręŜarki mogą pracować jako samodzielne jednostki lub mogą wchodzić w skład

bardziej złoŜonych urządzeń, takich jak chłodziarki, silniki cieplne, kotły parowe, itp.

Wielkości charakteryzujące spręŜarkę to: wytwarzane ciśnienie, wydajność (tj. strumień

objętości lub masy), sprawność, natęŜenie hałasu oraz cechy konstrukcyjne i eksploatacyjne.

Rys. 55. Klasyfikacja spręŜarek wg zasady działania

Ze względu na wartość wytwarzanego przyrostu ciśnienia gazu maszyny spręŜające

moŜna podzielić na:

−−−−

spręŜarki – przyrost ciśnienia 0,2 ÷ 200 MPa

−−−−

dmuchawy – przyrost ciśnienia 15 ÷ 200 kPa

−−−−

wentylatory – przyrost ciśnienia od 15 kPa

−−−−

pompy próŜniowe, wytwarzające podciśnienie.
W zaleŜności od zasady działania rozróŜnia się spręŜarki objętościowe (wyporowe)

i przepływowe (wirowe).

W spręŜarkach objętościowych proces spręŜania odbywa się w sposób pulsacyjny,

a ciśnienie wzrasta na skutek zmniejszenia objętości czynnika roboczego.

SpręŜarki

Objętościowe (wyporowe)

Przepływowe (wirowe)

Rotacyjne

Tłokowe

Membranowe

Bezkorbowe

silnikospręŜarki

Osiowe

Diagonalne

Promieniowe

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SpręŜarki przepływowe spręŜają czynnik roboczy w sposób ciągły, pod wpływem ruchu

obrotowego wirnika z odpowiednio ukształtowanymi łopatkami.

W przypadku spręŜania do wysokiego ciśnienia duŜych ilości gazu stosuje się szeregowe

układy spręŜarkowe, np. ze wstępnym spręŜaniem w spręŜarkach przepływowych
i ostatecznym – w spręŜarkach objętościowych.

SpręŜarki wyporowe

Zasada działania spręŜarek wyporowych polega na zassaniu gazu wskutek powiększenia

objętości komory roboczej, a następnie na spręŜeniu go w wyniku zmniejszenia się objętości
komory, i dalej – wyparciu do urządzeń odbiorczych. SpręŜenie gazu jest wywołane za
pomocą elementu roboczego, którym moŜe być tłok lub wirnik z łopatkami. W związku z tym
rozróŜniamy spręŜarki tłokowe wyporowe i rotacyjne.

SpręŜarki tłokowe

W spręŜarce tłokowej spręŜanie czynnika roboczego następuje na skutek postępowo-

-zwrotnego ruchu tłoka w cylindrze. Tłok jest napędzany silnikiem za pośrednictwem
mechanizmu korbowego (rys. 56). W głowicy cylindra znajdują się dwa zawory, otwierające
się samoczynnie pod wpływem róŜnicy ciśnienia, a zamykające się pod działaniem spręŜyn.

Rys. 56. Schemat spręŜarki tłokowej (1 – cylinder, 2 – tłok, 3 – zawór ssawny, 4 – zwór tłoczny) [10, s. 1234]

W czasie jednego cyklu pracy spręŜarki tłok wykonuje dwa suwy: suw ssania i suw

spręŜania.  W  czasie  suwu  ssania  tłok  przemieszcza  się  w  kierunku  dolnego  martwego
połoŜenia  (DMP).  W  tym  czasie  otwarty  jest  zawór  ssawny.  W  czasie  suwu  spręŜania  tłok
przemieszcza  się  w  kierunku  górnego  martwego  połoŜenia  (GMP),  oba  zawory  są  wówczas
zamknięte.  Po  spręŜeniu  czynnika  otwiera  się  zawór  tłoczny  i  czynnik  roboczy  jest
wytłaczany z cylindra.

Proces roboczy rzeczywistej spręŜarki tłokowej jest bardzo skomplikowany, dlatego na

początku  omówiony  zostanie  cykl  pracy  spręŜarki  teoretycznej  (rys.  57),  w  której  tłok
przemieszcza  się  niezmiernie  wolno,  bez  tarcia,  w  GMP  dochodzi  aŜ  do  dna  głowicy,
całkowicie  (bez  reszty)  wytłaczając  gaz  z  cylindra.  Ponadto  przyjmuje  się,  Ŝe  w  spręŜarce
teoretycznej  zawory  otwierają  się  i  zamykają  bez  opóźnienia,  nie  powodując  strat  ciśnienia
w czasie wymiany czynnika w cylindrze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 57. Przebieg spręŜania w teoretycznej spręŜarce tłokowej [3, s. 78]

Gdyby w teoretycznej spręŜarce tłokowej tłok poruszał się bardzo szybko, a cylinder nie

był  chłodzony,  wówczas  spręŜanie  przebiegałoby  nie  izotermicznie  (T  =  const),  lecz
adiabatycznie  (∆Q  =  0).  SpręŜaniu  w  spręŜarkach  rzeczywistych  odpowiada  przemiana
pośrednia  między  adiabatą  (∆Q  =  0)  i  izotermą  (T  =  const).  Traktuje  się  ją  jako  przemianę
politropową  o  wykładniku  politropy  m  (przemiana  m  =  const  na  rys.  57).  W  przypadkach
skrajnych moŜe to być przemiana izotermiczna lub adiabatyczna.

Praca spręŜania czynnika jest równa pracy technicznej przemiany 1–2 (pole

zakreskowane na rys. 54). Jej wartość ulega zmianie w zaleŜności od przebiegu krzywej 1–2.

Wykres indykatorowy spręŜarki

Wykres indykatorowy spręŜarki rzeczywistej (rys. 58) róŜni się znacznie od wykresu

pracy  spręŜarki  teoretycznej.  Przyczyną  tego  są  straty  energetyczne  spowodowane  tzw.
przestrzenią  szkodliwą,  cieplnym  oddziaływaniem  ścianek  cylindra,  oporami  przepływu
czynnika roboczego przez kanały tłoczny i ssawny oraz nieszczelnością.

Rys. 58. Wykres indykatorowy jednostopniowej spręŜarki rzeczywistej [3, s. 47]

Przestrzenią szkodliwą V

nazywamy przestrzeń zawartą w cylindrze między wewnętrzną

powierzchnią  głowicy  a  denkiem  tłoka  w  GMP.  Jej  istnienie  sprawia,  Ŝe  po  zakończeniu
wytłaczania  spręŜanego  czynnika  pewna  jego  ilość  pozostaje  w  cylindrze.  W  początkowej
fazie  ruchu  tłoka  w  kierunku  DMP  pozostałość  gazu  rozpręŜa  się  zgodnie  z  przemianą
3–4. Dopiero po osiągnięciu ciśnienia p

otwiera się zawór ssawny i rozpoczyna się zasysanie

nowej porcji czynnika roboczego. Przestrzeń szkodliwa zmniejsza zatem objętość zasysanego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gazu, a więc i wydajność spręŜarki. Krzywa 3–4 ilustruje przemianę politropową powrotnego
rozpręŜania gazu zawartego w przestrzeni szkodliwej.

Opory przepływu czynnika przez kanały oraz zawory ssawne i tłoczne takŜe zmieniają

charakter  procesów  zachodzących  w  cylindrze  spręŜarki.  PoniewaŜ  zawory  otwierają  się
dopiero  po  zaistnieniu  róŜnicy  ciśnień  po  obu  ich  stronach,  więc  w  spręŜarce  rzeczywistej
występuje  pewne  przesunięcie  w  fazie  otwarcie  zaworów  ssawnego  o  tłocznego.  Wskutek
tego zarówno punkt 2 (otwarcie zaworu tłocznego), jak i punkt 4 (otwarcie zaworu ssawnego)
na  wykresie  teoretycznym  nie  pokrywają  się  z  punktami  2′  i  4′  na  wykresie  indykatorowym
spręŜarki rzeczywistej (linia ciągła).

Praca, moc i stopień spręŜania

Praca potrzebna do izotermicznego spręŜania czynnika w teoretycznej spręŜarce tłokowej

jest  równa  pracy  przemiany  1–2.  Porównując  przebiegi  spręŜania  w  spręŜarce  teoretycznej
moŜna  zaobserwować,  Ŝe  najmniejszego  wkładu  pracy  wymaga  spręŜanie  izotermiczne
(T = const),  największego  zaś  adiabatyczne  (∆Q  =  0).  Są  to  dwa  przypadki  skrajne.
W rzeczywistości w spręŜarkach zawsze zachodzi przemiana pośrednia zbliŜona do politropy
o średnim wykładniku m (1 < m < k).

Znając rzeczywistą właściwa pracę spręŜania oraz strumień masy (wydajność), moc

potrzebną do spręŜenia moŜna obliczyć wg wzoru:

P = l · Q

[kW]

w którym:
l – rzeczywista właściwa praca spręŜania w kJ/kg
Q

– strumień masy (wydajność) w kg/s

Stopień spręŜania (spręŜ) v jest to stosunek końcowego ciśnienia tłoczenia p

początkowego ciśnienia ssania p

SpręŜarki tłokowe wielostopniowe

Między poszczególnymi stopniami spręŜarki wielostopniowej stosuje się chłodnice,

w których czynnik jest chłodzony do temperatury początkowej i dopiero wtedy kierowany do
kolejnego cylindra. Zmniejsza to pracę oraz ogranicza temperaturę końcową spręŜanego
czynnika.

Przebieg spręŜania dwustopniowego z zastosowaniem międzystopniowego chłodzenia

czynnika przedstawia rys. 59 i = 60. Gaz o ciśnieniu p

i temperaturze T

zostaje spręŜony

politropowo w cylindrze I stopnia do ciśnienia p

(przemiana politropowa 1–2 na rys. 60).

Jednocześnie jego temperatura wzrasta od T

do T

. Gaz ten ulega następnie ochłodzeniu

w chłodnicy międzystopniowej od temperatury T

do temperatury początkowej T

(przemiana

izobaryczna 2–3 na rys. 60). Gaz o parametrach p

i T

zostaje ponownie spręŜony

w cylindrze II stopnia (wysokopręŜnym) do ciśnienia końcowego p

. Jego temperatura

wzrośnie jednocześnie od T

do T

(przemiana politropowa 3–4 na rys. 60).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Gdy spręŜanie czynnika od ciśnienia p

do p

odbywało się w jednym cylindrze, stan

końcowy  czynnika  byłby  określony  punktem  5,  a  praca  spręŜania  byłaby  równowaŜna  polu
wykresu  A–1–5–C–A.  W  przypadku  spręŜania  dwustopniowego  całkowita  praca  spręŜania
odpowiada mniejszemu polu A–1–2–3–4–C–A. Zaoszczędzonej w ten sposób pracy spręŜania
odpowiada  więc  pole  3–2–5–4  (zakreskowane  na  rys.  60).  SpręŜarki  wielostopniowe  są
jednak bardziej złoŜone i droŜsze niŜ spręŜarki jednostopniowe.

Im większa jest liczba stopni spręŜania z chłodzeniem gazu między poszczególnymi

stopniami, tym proces spręŜania w spręŜarce wielostopniowej jest bliŜszy przemianie
izotermicznej. Spotyka się spręŜarki tłokowe nawet siedmiostopniowe, umoŜliwiające
uzyskanie spręŜonego gazu o ciśnieniu nawet do 200 MPa.

Podstawowe parametry techniczne spręŜarek tłokowych:

Wydajność. Rzeczywistą wydajność Q

spręŜarki tłokowej jednostronnego działania tzn.

objętość gazu spręŜonego i wytłoczonego z cylindra w jednostce czasu, zredukowaną do
ciśnienia i temperatury ssania, oblicza się wg wzoru:

⋅

/s]

w którym:
Q

– wydajność teoretyczna w [m

/s]

⋅

– pole poprzecznego przekroju cylindra w [m

]

S – skok tłoka w [m]
n – prędkość obrotowa wału korbowego spręŜarki w [obr/min]
λ – współczynnik wydajności
i – liczba cylindrów

Współczynnik wydajności λ jest to stosunek rzeczywistej wydajności spręŜarki Q

do wydajności teoretycznej Q

(na ogół λ = 0,65 ÷ 0,9).

Moc. Moc jednego cylindra P

spręŜarki przy jednostronnym zasysaniu gazu moŜna

obliczyć, znając średnie ciśnienie indykowane p

oraz wydajność jednego cylindra Q

⋅

[kW]

We wzorze tym:

⋅

/s]

Rys. 59. Schemat spręŜarki tłokowej o dwóch

stopniach spręŜania [10, s. 51]

Rys. 60. Przebieg spręŜania w teoretycznej

spręŜarce tłokowej o dwóch stopniach
spręŜania [3, s. 68]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Średnie ciśnienie indykowane p

wyznacza się z zakresu indykatorowego, podobnie jak

w przypadku tłokowego silnika spalinowego.

Moc indykowana całkowita P

spręŜarki jest równa sumie mocy indykowanej wszystkich

cylindrów. NaleŜy przy tym uwzględnić fakt, czy spręŜarka działa jednostronnie, czy
dwustronnie.

Moc potrzebną do napędu spręŜarki (moc na wale spręŜarki) oblicza się wg wzoru:

[kW]

w którym:
η

– sprawność mechaniczna (η

= 0,9 ÷ 0,96 – dla duŜych i średnich spręŜarek

wolnobieŜnych, η

= 0,8÷ 0,9 – dla małych spręŜarek szybkobieŜnych).

Gdy spręŜarka jest napędzana za pośrednictwem przekładni, moc P

na wale silnika

określa wzór:

⋅

[kW]

w którym: η

– sprawność przekładni (0,94 ÷ 0,98).

Sprawność. Straty energetyczne i objętościowe zachodzące w spręŜarkach tłokowych

sprawiają, Ŝe praca potrzebna do spręŜania określonej ilości gazu musi być większa od pracy
teoretycznej. Straty cieplne określa sprawność indykowana η

, natomiast miarą strat

mechanicznych jest sprawność mechaniczna określona wzorem:

w którym:
P

– moc indykowana odpowiadająca pracy indykowanej

– moc napędowa, odpowiadająca pracy napędowej wykonywanej na wale napędowym

spręŜarki.

Sprawność mechaniczna spręŜarek tłokowych zawiera się w granicach 0,85÷0,98.

Mniejsze wartości dotyczą małych spręŜarek, najwyŜsze zaś wartości – spręŜarek
bezkorbowych.

Sprawność ogólna (efektywna) η

spręŜarki jest to stosunek mocy teoretycznej (spręŜania

izotermicznego) do mocy rzeczywiście pobranej z silnika

Sprawność ogólną moŜna teŜ obliczyć, znając sprawności indukowaną i mechaniczną

⋅

Rozwiązania konstrukcyjne spręŜarek tłokowych

W zaleŜności od liczby stopni spręŜania spręŜarki tłokowe moŜna podzielić na

jednostopniowe i wielostopniowe. SpręŜanie (dowolnego stopnia) moŜe odbywać się
w jednym lub kilku cylindrach.

RozróŜnia się spręŜarki tłokowe jednostronnego lub dwustronnego działania oraz

róŜnicowe. W spręŜarkach jednostronnego działania tłok spręŜa gaz tylko po jednej stronie,
w spręŜarkach zaś dwustronnego działania – po obu swoich stronach. W spręŜarce róŜnicowej
tłok ma kilka róŜnych średnic.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podobnie jak silniki spalinowe, spręŜarki mogą być chłodzone powietrzem lub wodą.

W przypadku spręŜarki chłodzonej powietrzem przepływ powietrza chłodzącego,
omywającego uŜebrowany cylinder, wymusza wentylator umieszczony na wale spręŜarki.

Zaletą spręŜarek chłodzonych powietrzem jest moŜliwość pracy w temperaturze

otoczenia niŜszej niŜ 0°C, natomiast chłodzenie wodą zapewnia lepszą wymianę ciepła.

W spręŜarkach chłodzonych wodą korpusy cylindrów i głowice mają odpowiednie

kanały, którymi przepływa chłodząca je woda. W spręŜarkach wielostopniowych instaluje się
ponadto chłodnice międzystopniowe.

SpręŜarki tłokowe mogą być smarowane olejem, lecz są teŜ spręŜarki bezsmarowe,

w których gładź cylindrowa nie musi być smarowana.

Rozwiązanie konstrukcyjne spręŜarki tłokowej w duŜej mierze zaleŜy od liczby

cylindrów  i  ich  układu.  W  małych  i  duŜych  spręŜarkach  szybkobieŜnych  stosowane  są
cylindry  stojące  albo  układy  widlaste  W  (rzadziej  V)  o  promieniowym  ustawieniu  osi
cylindrów. W spręŜarkach średnich i duŜych wolnobieŜnych stosuje się układ L lub cylindry
leŜące.  Przykłady  układów  cylindrów  dwustopniowych  spręŜarek  tłokowych  pokazano  na
rys. 61.  Na  rysunku  tym  przedstawiono  teŜ  przykłady  układów  korbowych  wodzikowych
i bezwodnikowych. Te ostatnie są podobne do układów korbowych stosowanych w silnikach
spalinowych.

Rys. 61. Układy cylindrów dwustopniowych spręŜarek tłokowych (I i II – pierwszy i drugi stopień spręŜania)

[10, s. 79]

Główne zespoły spręŜarki tłokowej to: kadłub (nazywany skrzynią korbową), głowica,

układ korbowy i układ zaworowy. Konstrukcja większości elementów spręŜarek – cylindrów,
wałów korbowych, korbowodów, łoŜysk, a w pewnej mierze teŜ tłoków i głowic – jest
podobna do konstrukcji analogicznych elementów silników spalinowych. Odmienną budowę
mają przede wszystkim zawory.

W spręŜarkach prawie wyłącznie stosuje się zawory samoczynne. Zamykają się one

i otwierają na skutek róŜnicy ciśnienia po obu stronach zaworu. Najczęściej spotyka się
zawory grzybkowe, pierścieniowo–płytkowe oraz listwowe. Zawory grzybkowe (rys. 62a) ze
względu na duŜą masę są stosowane jedynie w nielicznych wolnobieŜnych spręŜarkach
o układzie poziomym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Najczęściej są stosowane zawory pierścieniowo–płytkowe (z 1, 2 lub 3 pierścieniami).

W zaworze dwupierścieniowym ssawnym (rys. 62b) płytki zamykające 6 i 7 są dociskane
do gniazda spręŜynami walcowymi 8 i 9, umieszczonymi między gniazdem a zderzakiem.

Rys. 62. Zawory spręŜarek: a) grzybkowy, b) pierścieniowo–płytkowy, c) listwowy (1 – grzybek, 2 – spręŜyna

odciąŜająca, 3 – korpus, 4 – gniazdo, 5 – zderzak, 6 i 7 – płytki zamykające (zwieradła), 8 i 9 – spręŜyny
walcowe, 10 – listwy) [6, s. 74]

Gniazdo 4 bezspręŜynowego zaworu listwowego (rys. 62c) ma kilka podłuŜnych

szczelin, przez które przepływa gaz. Szczeliny te przykrywają zwieradła w postaci cienkich
spręŜystych listew 10, wyginających się pod ciśnieniem gazu.

W zaleŜności od przeznaczenia spręŜarki mogą być stacjonarne – ustawiane na

fundamencie – lub przewoźne (zamontowane na wózku przewoźnym).

SpręŜarki rotacyjne

W spręŜarkach rotacyjnych element roboczy wykonuje ruch obrotowy. Elementem tym

moŜe być wirnik wyposaŜony w łopatki, ale mogą to być teŜ wirujące tłoki lub śruby.
Obracając się, elementy te tworzą wraz z obudową szereg komór o zmieniającej się cyklicznie
objętości. Po stronie ssawnej objętość tych komór się zwiększa, a po stronie tłocznej –
zmniejsza, co powoduje zasysane, spręŜanie i wytłaczanie czynnika gazowego. Podobnie jak
w spręŜarkach tłokowych, procesy te nie zachodzą w sposób ciągły, lecz dawkami.

Brak duŜych mas wykonujących ruch postępowo–zwrotny sprawia, iŜ spręŜarki rotacyjne

mogą  być  napędzane  bezpośrednio  przez  szybkobieŜny  silnik  elektryczny  lub  spalinowy.
SpręŜarki takie mają prosta budowę (brak zaworów ssawnych i tłocznych), są lekkie, a więc
nie wymagają duŜych cięŜkich fundamentów, nie są drogie, a ponadto niskie są teŜ koszty ich
eksploatacji.  Wady  spręŜarek  rotacyjnych  to  przede  wszystkim  niskie  ciśnienie  tłoczenia
(w spręŜarkach  dwustopniowych  do  1  MPa)  oraz  większe  straty  mechaniczne  niŜ
w spręŜarkach tłokowych.

Spośród wielu odmian spręŜarek rotacyjnych najbardziej znane są spręŜarki: łopatkowe,

z wirującym pierścieniem wodnym, z wirującymi tłokami (krzywkowe) oraz śrubowe.
Najszersze zastosowanie znalazły spręŜarki łopatkowe.

SpręŜarka łopatkowa

Wirnik 2 takiej spręŜarki (rys. 63) obraca się mimośrodowo w cylindrze 1. Płaskie łopatki

3 mogą się przesuwać w rowkach wirnika. UŜebrowany cylinder jest chłodzony powietrzem
za pomocą wentylatora osadzonego na przedniej końcówce wału wirnika. Łopatki wirnika
dzielą przestrzeń gazową na komory, w których odbywa się spręŜanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 63. Przekrój poprzeczny spręŜarki łopatkowej KR–2, produkcji krajowej (1 – cylinder, 2 – mimośrodowy

wirnik, 3 – ruchome łopatki, 4 – osłona) [6, s. 82]

W czasie pracy ruchome łopatki są dociskane do gładzi cylindra siła dośrodkową.

Stalowe łopatki wymagają smarowania, by zmniejszyć ich tarcie o gładź cylindra. W małych
spręŜarkach łopatki są wykonane z grafitu z domieszką ołowiu lub ze stopu łoŜyskowego.
Wydajność spręŜarek łopatkowych Q = 0,008 ÷ 1,5 [m

/s].

Wydajność rzeczywista (strumień objętości) Q

spręŜarki łopatkowej oblicza się z zaleŜności

(

)

⋅

−

⋅

/s]

w której:

−−−−

e – mimośrodowość w [m]

−−−−

l – długość cylindra w [m]

−−−−

n – prędkość obrotowa wirnika w [obr/min]

−−−−

D – średnica cylindra w [m]

−−−−

g – grubość łopatki w [m]

−−−−

z – liczba łopatek

−−−−

λ – współczynnik wydajności (λ = 0,7÷0,97)
Stosunek największej objętości pojedynczej komory do jej objętości w połoŜeniu,

w którym spręŜanie jest zakończone i rozpoczyna się wtłaczanie gazu, nazywa się stopniem
spręŜania albo spręŜem.

W przypadku jednostopniowych spręŜarek łopatkowych spręŜ

≤

, a dwustopniowych

≤

. SpręŜanie dwustopniowe wymaga chłodzenia międzystopniowego. Wykresem

spręŜania w spręŜarkach łopatkowych jest najczęściej politropa o wykładniku m>k
(dla m = 1,5÷1,6).

Znając wydajność rzeczywistą spręŜarki Q

, jej sprawność mechaniczną η

oraz średnie

ciśnienie indykowane p

(wyznaczone z wykresu pracy spręŜarki) moŜna obliczyć moc

potrzebną do spręŜania czynnika roboczego i moc potrzebną do napędu spręŜarki (wzory te
same co przy spręŜarce tłokowej). W obliczeniach dla spręŜarek łopatkowych przyjmuje się
η

= 0,85÷0,82 zaleŜnie od wielkości spręŜarki. Moc silnika napędowego spręŜarki przyjmuje

się o 15% większą od obliczonej (P

= 1,15 P

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SpręŜarka z pierścieniem wodnym

SpręŜarka z pierścieniem wodnym jest podobna do spręŜarki łopatkowej z tą róŜnicą, Ŝe

jej kadłub jest częściowo wypełniony wodą. Ruch obrotowy wirnika powoduje odrzucenie
wody na ścianki kadłuba i wytworzenie uszczelniającego pierścienia wodnego. Powierzchnia
wewnętrzna tego pierścienia odgrywa rolę cylindra.

JeŜeli wirnik z zamocowanymi na jego obwodzie łopatkami (rys. 64) umieści się

mimośrodowo  w  okrągłym  kadłubie,  to  między  pierścieniem  wodnym  a  piastą  wirnika
powstaną  komory  o  sierpowych  przekrojach  poprzecznych.  Do  komór  doprowadza  się  gaz
pod  niskim  ciśnieniem,  a  odprowadza  się  z  nich  gaz  spręŜony.  Omówiony  schemat  ilustruje
budowę spręŜarki pojedynczego działania (jednokomorowej).

Rys. 64. Schemat spręŜarki z pierścieniem wodnym pojedynczego działania [6, s. 84]

W przypadku spręŜarki podwójnego działania (dwukomorowej) okrągły wirnik

umieszczony jest w eliptycznym kadłubie. Wirnik taki dzieli przestrzeń cylindra na dwie
komory pracujące równolegle.

SpręŜarki z pierścieniem wodnym mają wydajność:

≤

/s],

a ich spręŜ

≤

SpręŜarki z pierścieniem wodnym mają ograniczone zastosowanie z powodu duŜej

wilgotności spręŜonego przez nie gazu.

SpręŜarki z wirującymi tłokami (krzywkowe)

Organem czynnym takiej spręŜarki jest wirnik (lub dwa wirniki) roboczy wyposaŜony

w tłoki  o  kształtach  krzywek.  Wirniki  –  roboczy  i  pomocniczy  (bierny)  –  obracające  się
w przeciwnych  kierunkach,  są  napędzane  za  pośrednictwem  tej  samej  przekładni  zębatej
umieszczonej  na  zewnątrz  kadłuba  spręŜarki.  Kształty  tłoków  i  cylindra  są  tak  dobrane,  Ŝe
podczas obrotu tłoki pozostają w stałym styku z gładzią cylindra.

Spośród wielu odmian spręŜarek z wirującymi tłokami najbardziej rozpowszechniły się

spręŜarki  typu  Roots  (rys.  65).  W  obudowie  1  takiej  spręŜarki  są  umieszczone  dwa
przeciwbieŜne obracające się wirniki 2. KaŜdy wirnik moŜe mieć dwa lub trzy tłoki. Między
tłokami  a  obudową  tworzą  się  komory,  których  objętość  zwiększa  się  po  stronie  ssania,
a zmniejsza po stronie tłoczenia. Pulsujące działanie spręŜarki powoduje dość przykry hałas,
co  stanowi  powaŜna  jej  wadę.  Dawniej  były  one  często  stosowane  jako  dmuchawy
w hutnictwie  oraz  do  przepłukiwania  i  doładowywania  silników  spalinowych.  Obecnie
w silnikach spalinowych nie są juŜ stosowane ze względu na hałaśliwą pracę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 65. Schemat spręŜarki krzywkowej typu Roots (1 – kadłub, 2 – wirnik) [6, s. 87]

Główne zalety spręŜarek z wirującymi tłokami to duŜa trwałość, zwarta konstrukcja

i dostarczanie niezaolejonego gazu. SpręŜarki takie osiągają wydajność nawet do
6000 [m3/h]. Najczęściej są stosowane jako spręŜarki o niskim spręŜu (v = 1,2÷14). Prędkość
obrotowa tłoków zawiera się w granicach 300÷9500 [obr/min].

SpręŜarki śrubowe

SpręŜarki śrubowe (rys. 66) są to spręŜarki wyporowe, których dwa wirniki w kształcie

śrub obracają się w odpowiednio ukształtowanym kadłubie. Wirniki wzajemnie się zazębiają,
obracając się w przeciwnych kierunkach. Wirnik napędzający moŜe mieć dwa lub cztery
zwoje śrubowe.

Rys. 66. Schemat spręŜarki śrubowej (1 – kadłub, 2 wirnik napędzający, 3 – wirnik napędzany, 4 – przekładnia

zębata sprzęgająca wrzeciona) [6, s. 91]

SpręŜarki śrubowe mają bardzo zróŜnicowaną wydajność objętościową (Q

= 250÷18000

[m3/h]) i duŜą rozpiętość spręŜu (v = 2,5÷4,0). Mogą teŜ pracować jako ssawy i wytwarzać
próŜnię do 80%. Współczynnik wydajności λ = 0,7 ÷ 0,9.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 67. SpręŜarka promieniowa jednostopniowa (1 – króciec wlotowy, 2 – wirnik, 3 – dyfuzor, 4 – króciec

tłoczny) [6, s. 90]

SpręŜarki wirowe (przepływowe)

SpręŜarki wirowe dzieli się na osiowe, promieniowe

(rys. 67) i osiowo–promieniowe. Są one budowane jako
jedno– i wielostopniowe. Liczbę stopni spręŜarki określa
liczba wirujących wieńców łopatkowych.

W zaleŜności od prędkości gazu rozróŜnia się spręŜarki

wirowe naddźwiękowe i poddźwiękowe. Te pierwsze są
stosowane w lotnictwie, pozostałe, tj. poddźwiękowe, mają
bardzo szerokie zastosowanie.

Przyjmuje się, Ŝe w teoretycznej spręŜarce wirnikowej,

podobnie jak w spręŜarkach tłokowych, krzywa spręŜania
jest adiabatą. PoniewaŜ w przypadku spręŜarki teoretycznej
nie uwzględnia się strat, więc zachodząca w niej przemiana
adiabatyczna jest przemianą odwracalną, tzn. izentropową.

SpręŜarki wirowe dostarczają duŜych ilości spręŜonego

gazu, lecz uzyskiwany w nich przyrost ciśnienia jest
stosunkowo niewielki. Dlatego moŜna przyjąć, Ŝe proces
spręŜania

rzeczywistej

spręŜarce

odbywa

się

adiabatycznie. Jednak ze względu na występujące straty
(ciepło tarcia wydzielające się w spręŜarce) przemiana ta nie
jest odwracalna i moŜe być traktowana jako przemiana
politropowa.

Typowe rozwiązania konstrukcyjne

SpręŜarka osiowa (rys. 68) składa się z następujących podstawowych elementów

przepływowych:  króćca  wlotowego  1,  kompletu  stopni,  w  skład  którego  wchodzą  wirujące
wieńce  łopatkowe  5  (zamocowane  na  wirniku)  i  nieruchome  wieńce  łopatkowe  2  (osadzone
w kadłubie), dyfuzora 3 oraz króćca wylotowego 4.

Rys. 68. Schemat spręŜarki osiowej (1 – króciec wlotowy, 2 – nieruchome wieńce łopatkowe (kierownicze),

3 – dyfuzor, 4 – króciec wylotowy, 5 – wirujące wieńce łopatkowe) [6, s. 94]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wirnik spręŜarki osiowej moŜe mieć konstrukcję bębnową lub moŜe się składać

z oddzielnych tarcz zamocowanych na jednym wale.

W zaleŜności od zastosowania spręŜarki osiowe są budowane o bardzo zróŜnicowanej

wydajności objętościowej (Q

= 10÷200 [m3/s]) i róŜnym spręŜu (v = 1,13÷12,0). Ich

prędkość obrotowa jest bardzo duŜa i dochodzi do 30000 [obr/min].

W spręŜarkach osiowych na ogół nie stosuje się chłodzenia gazu w czasie spręŜania. Są

one stosowane głównie w lotniczych silnikach turbospalinowych, w przemysłowych
i energetycznych turbinach gazowych oraz w hutnictwie.

Zalety spręŜarek osiowych to duŜa sprawność w znamionowych warunkach pracy oraz

duŜa wydajność przy stosunkowo małych wymiarach. Główną ich wadę stanowi mniejszy
spręŜ uzyskiwany w jednym stopniu, w porównaniu ze spręŜem jednego stopnia spręŜarki
promieniowej. Stąd konieczność budowania spręŜarek o duŜej liczbie stopni.

SpręŜarka promieniowa

SpręŜarkę promieniową jednostopniową przedstawia (rys. 69). W jej skład wchodzą

następujące  elementy  przepływowe:  króciec  wlotowy  1,  koło  wirnikowe  2  z  łopatkami,
dyfuzor  bezłopatkowy  3,  kolektor  zbiorczy  4  i  króciec  wylotowy  5.  SpręŜarka  ta  jest
napędzana za pośrednictwem przekładni przyspieszającej 6 i jest wyposaŜona w pompę oleju
7.  Dla  uzyskania  większego  stopnia  spręŜania  są  budowane  spręŜarki  wielostopniowe
(do 12 stopni),  z  wirnikami  połączonymi  szeregowo.  SpręŜarka  wielostopniowa  jest
wyposaŜona w chłodnice międzystopniowe.

Wielostopniowe

spręŜarki

promieniowe

są

budowane

jako

jednowałowe

lub wielowałowe.  W  spręŜarkach  jednowałowych  wszystkie  koła  wirnikowe  pracują
z jednakową  prędkością,  w  spręŜarkach  wielowatowych  zaś  prędkości  obrotowe  kół
wirnikowych mogą być róŜne.

Rys. 69. Jednostopniowa spręŜarka promieniowa (1 – króciec wlotowy, 2 – koła wirnikowe, 3 – dyfuzor

bezłopatkowy, 4 – kolektor zbiorczy, 5 – króciec wylotowy, 6 – przekładnia przyspieszająca, 7 –
pompa oleju) [6, s. 95]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SpręŜarki promieniowe są budowane o wydajności Q

= 1,2 ÷ 30 [m

/s] oraz spręŜu

v = 1,13÷12,0. SpręŜarki promieniowe pracują w duŜym zakresie prędkości obrotowej
(n = 3000÷30000 [obr/min]).

Największą zaletą spręŜarek wirowych promieniowych jest duŜy spręŜ uzyskiwany

w jednym stopniu. Poza tym spręŜarki te cechuje wysoka sprawność w znamionowych
warunkach pracy.

Charakterystyki spręŜarek wirowych

Charakterystyką spręŜarki jest wykres zaleŜności ciśnienia tłoczenia p

, mocy P

i sprawności η

od wydajności Q

. Charakterystykę przedstawioną na wykresie (rys. 70)

sporządzono przy załoŜeniu stałej prędkości obrotowej, stałego ciśnienia p

i stałej

temperatury T

czynnika na wlocie do spręŜarki. Na wykresie zaznaczono punkt

A, odpowiadający największemu ciśnieniu tłoczenia p

. Nazwano go punktem krytycznym.

Odcinkowi charakterystyki leŜącemu na lewo od punktu A odpowiada niedostateczna praca
spręŜarki.

W przypadku zbyt małej wydajności, określonej punktem krytycznym, praca spręŜarki

staję  się  niespokojna,  następują  przerywy  w  tłoczeniu  gazu,  jego  chwilowy  przepływ  przez
spręŜarkę  w  odwrotnym  kierunku  i  drgania  spręŜarki.  Towarzyszą  temu  cykliczne  odgłosy
podobne  do  charakterystycznych  dla  pompy  tłokowej.  Stąd  zjawisko  to  nazwano
pompowaniem  spręŜarki.  DłuŜsza  praca  spręŜarki  w  warunkach  pompowania  jest
niedopuszczalna. Zjawisko pompowania stanowi powaŜna wadę spręŜarek wirowych.

Statecznej pracy spręŜarki wirowej odpowiada odcinek charakterystyki połoŜony na

prawo od punktu A. Najbardziej ekonomiczna jest praca spręŜarki przy wydajności
odpowiadającej największej sprawności η

max

. Parametry spręŜarki odpowiadające jej

największej sprawności nazwano parametrami optymalnymi. Sprawności η

max

odpowiadają

więc ciśnienie p

opt

i moc P

opt

Rys. 70. Charakterystyka spręŜarki wirowej [6, s. 95]

Wentylatory

Wentylatory to maszyny przepływowe do transportowania powietrza lub innych gazów.

Przepływ  odbywa  się  z  pomieszczeń  do  otoczenia  lub  odwrotnie,  oraz  przez  urządzenia
technologiczne,  za  pośrednictwem  przewodów  wentylacyjnych.  Przekazywanie  energii  do
pokonania  oporów  przepływu  odbywa  się  w  wirniku,  podstawowej  części  składowej
wentylatora.  Źródłem  napędu  wentylatora  jest  silnik  elektryczny.  Napęd  moŜe  być
realizowany  jako  bezpośredni,  pasowy  lub  sprzęgłowy.  Wirnik  wentylatora  musi  pracować

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

w obudowie  spiralnej  lub  rurowej,  zakończonej  króćcami  na  ssaniu  i  tłoczeniu.  Energia
mechaniczna  doprowadzona  do  wentylatora  zamieniona  zostaje  na  przyrost  ciśnienia
statycznego  i  dynamicznego,  potrzebny  do  pokonania  przepływowych  strat  ciśnienia  gazu
w urządzeniach i przewodach.

Wentylatory odśrodkowe

Wentylatory te (rys. 71) działają wskutek obracania się wirnika 1. Znajdujące się

w wirniku  łopatki  dzięki  sile  odśrodkowej  wyrzucają  powietrze  znajdujące  się  między  nimi
na zewnątrz, a na jego miejsce wpływa nowe przez otwór ssawny 2, znajdujący się w środku.
Powietrze  wyrzucone  na  zewnątrz  koła  kieruje  płaszcz  3  przez  rozszerzony  wylot  4,  zwany
dyfuzorem,  do  atmosfery.  Działanie  odśrodkowe  wirnika  1  powoduje  w  części  ssącej
2 obniŜenie  ciśnienia,  na  zewnątrz  zaś  koła  podwyŜszenie  ciśnienia.  Kierunek  ruchu
powietrza  w  wentylatorach  odśrodkowych  jest  więc  niezaleŜny  od  kierunku  obrotu  koła
roboczego.

Łopatki mogą być zakrzywione w przód, promieniowe lub zakrzywione w tył. Łopatki

zakrzywione w przód dają wysoką depresję przy mniejszej ilości zassanego powietrza, nadają
się  więc  do  kopalń  o  małym  wydobyciu,  lecz  o  wysokich  oporach  (małym  otworze
równoznacznym).  Łopatki  zakrzywione  w  tył  dają  mniejszą  depresję  przy  większej  ilości
zassanego  powietrza.  W  związku  z  tym,  przy  tej  samej  wydajności  wentylatora  w  m

/min,

liczba  obrotów  wentylatora  odśrodkowego  z  łopatkami  wygiętymi  w  przód  jest  15  do  25%
mniejsza  od  obrotów  wentylatora  z  łopatkami  promieniowymi,  z  łopatkami  zaś  wygiętymi
w tył  jest  o  30  do  40%  większa.  Dopływ  powietrza  do  wentylatora  moŜe  być  z  jednej
lub z obu  stron.  ZaleŜnie  od  tego  wentylatory  odśrodkowe  dzielą  się  na  jednostronne
i dwustronne.  W  wentylatorach  jednostronnych  wywoływany  nacisk  powoduje  dąŜność
przesuwania  się  koła  roboczego  po  osi  wentylatora.  Ta  szkodliwa  dąŜność  jest  usunięta
w wentylatorach  dwustronnych,  natomiast  budowa  wentylatora  dwustronnego  jest  bardziej
skomplikowana.  Wentylatory  odśrodkowe  są  napędzane  silnikami  elektrycznymi.  Zmianę
ilości  przepływającego  powietrza,  czyli  wydajności  wentylatora  uzyskuje  się  przez  zmianę
liczby obrotów silnika lub przez zmianę oporów kopalni bądź wyrobiska.

Wentylatory osiowe

Wentylatory osiowe mają osadzoną na podłuŜnej osi nasadę, do której są przymocowane

promienisto  łopatki  ustawione  pod  pewnym  kątem  do  płaszczyzny  obrotu.  Koło  robocze
tworzy więc jak gdyby wieloskrzydłowe śmigło. Ruch powietrza w wentylatorze odbywa się
więc  równolegle  do  osi  koła  roboczego.  Na  osi  moŜe  być  osadzone  jedno  lub  dwa  koła.
Prędkości  obrotowe  i  obwodowe  wentylatorów  osiowych  są  znacznie  wyŜsze  niŜ
w wentylatorach odśrodkowych.

W wentylatorach osiowych prędkość obwodowa koła roboczego moŜe dochodzić do

około 120 m/s. Dzięki temu wentylatory osiowe mogą być napędzane silnikami
elektrycznymi bezpośrednio i osiągać przez to wyŜszy współczynnik sprawności, dochodzący
w praktyce do 0,65.

Zmianę kierunku ruchu powietrza w kanale wentylacyjnym wentylatora osiowego moŜna

uzyskać przez:

−

zmianę kierunku obrotu koła roboczego,

−

obrócenie łopatek wokół ich osi podłuŜnych o 180°,

−

zastosowanie obu tych sposobów.
Zmianę wydajności wentylatora osiowego uzyskuje się przez zmianę:

−

prędkości obrotowej,

−

kąta nachylenia łopatek,

−

liczby łopatek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Oprócz łatwej zmiany kierunku wentylacji i wydajności, wentylatory osiowe mają wiele

innych zalet, jak mniejsze wymiary, mniejszy cięŜar, łatwiejszy montaŜ. Wadą wentylatorów
osiowych  jest  wytwarzanie  bardzo  silnego  szumu  przy  nieprawidłowym  obiegu  powietrza
w wentylatorze.  Zalety  wentylatorów  osiowych  powodują  coraz  powszechniejsze  ich
stosowanie.  Wentylatory  osiowe  jednostopniowe  wytwarzają  depresję  do  200  mm  słupa
wody, dwustopniowe odpowiednio więcej.

Rys. 71. Rodzaje wentylatorów a – odśrodkowy, b – osiowy [7, s. 67]

Rys. 72. Rodzaje łopatek wentylatora odśrodkowego [7, s. 68]

Wentylatory lutniowe

Wentylatory lutniowe są to wentylatory osiowe, przeznaczone do dodatkowego

przewietrzania  za  pomocą  lutni.  Są  one  napędzane  silnikiem  elektrycznym  lub
pneumatycznym.  Wentylator  lutniowy  elektryczny  (rys.  73)  składa  się  z  czterech
zasadniczych  części:  kadłuba  1  ze  skrzynką  zaciskową  2  dla  doprowadzenia  energii
elektrycznej, wirnika 3, członu kierowniczego 6, silnika elektrycznego 4. Kadłub jest to krótki
odcinek  lutni  słuŜący  do  połączenia  wentylatora  z  ciągiem  lutni,  wewnątrz  którego
przymocowany  jest  silnik  i  człon  kierowniczy.  Silniki  elektryczne  do  wentylatorów
lutniowych  mają  specjalną  konstrukcję  o  ograniczonej  zewnętrznej  średnicy,  umoŜliwiającej
zabudowanie  silnika  wewnątrz  wentylatora.  W  kadłubie  jest  zamocowana  równieŜ  rura  5,
doprowadzająca przewód do silnika. Wirnik ma osiem łopatek osadzonych pod kątem do osi
wentylatora; powinien on obracać się zgodnie z kierunkiem wskazanym strzałką umieszczoną
na  wentylatorze.  Człon  kierowniczy  6,  umieszczony  od  strony  wlotu  powietrza,  słuŜy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

do nadania wpływającemu powietrzu właściwego kierunku napływu na wirnik. Maska 7
osłania silnik i chroni

przed powstawaniem w tej części szkodliwych wirów powietrza.

Kadłub silnika zakończony jest maską 8 o kształcie opływowym dla zmniejszenia oporów
i usunięcia wirów powietrza.

Rys. 73. Wentylator lutniowy z napędem elektrycznym [7, s. 73]

Polskie fabryki maszyn górniczych budują elektryczne wentylatory lutniowe w pięciu

wielkościach  dla  lutni  400,  500,  600,  800  i  1000  mm.  Z  tych  pierwsze  cztery  są  dla  kopalń
niegazowych.  Wentylatory  te  noszą  oznaczenia  A.  Trzy  wielkości  wentylatorów  lutniowych
dla lutni o średnicy 600, 800 i 1000 mm mają silniki elektryczne specjalnej konstrukcji.

Wentylatory diagonalne

Wentylatory te wypełniają lukę pomiędzy osiowymi i promieniowymi. W wentylatorach

tego typu strumień z wirnika płynie na łopatki kierownicy, zachowując kierunek osiowy
lub wprowadzony jest do obudowy spiralnej wypływając króćcem tłocznym.

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie rodzaje spręŜarek moŜemy zaliczyć do objętościowych?

Jakie są podstawowe parametry spręŜarek?

Co to jest wydajność spręŜarki?

W jakich jednostkach podajemy wydajność spręŜarki?

Jakie są rodzaje wentylatorów?

Jakie są podstawowe parametry wentylatorów?

Jak działa wentylator osiowy?

Jak działa wentylator promieniowy?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zainstaluj agregat spręŜarkowy ze spręŜarką tłokową do instalacji spręŜonego powietrza.

Króciec instalacji zakończony jest zaworem odcinającym i nagwintowaną końcówką ½ cala.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi instalacji agregatu spręŜarkowego,

zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi instalacji agregatu (z Dokumentacji
technicznej). Zanotować te dane,

opracować szkic instalacji podłączeniowej,

opracować plan działania. Po przedstawieniu nauczycielowi schematu podłączenia
i planu działania wykonać instalację agregatu,

zaprezentować swoją pracę,

uruchomić agregat po uzyskaniu pozwolenia,

ocenić działanie spręŜarki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

poradnik ucznia,

−−−−

dokumentacja techniczna wybranego agregatu,

−−−−

agregat spręŜarkowy, odcinki rur, złączki rurowe, uszczelnienia dla połączeń rurowych
gwintowych,

−−−−

narzędzia do montaŜu (klucze do rur).

Ćwiczenie 2

Dobierz wentylator śmigłowy ścienny do instalacji wentylacyjnej hali produkcyjnej

o objętości 500m

, tak oby zapewnić 2-krotną wymianę powietrza w ciągu godziny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

obliczyć zapotrzebowanie powietrza w [m

/s],

obliczyć wydajność wentylatora,

dobrać z katalogu (lub skorzystać z Internetu) odpowiedni wentylator,

zanotować typ, parametry i podstawowe wymiary wentylatora.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−−−−

katalogi wentylatorów,

−−−−

literatura zgodnie z punktem 6 Poradnika.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

sklasyfikować spręŜarki?

wyjaśnić przeznaczenie spręŜarek?

zainstalować spręŜarkę?

zastosować

wymagania

dotyczące

bezpiecznej

eksploatacji

spręŜarek?

sklasyfikować wentylatory

wyjaśnić przeznaczenie wentylatorów

dobrać

wentylator

załoŜonych

wymagań

systemu

wentylacyjnego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.

Urządzenia do urabiania skał średniozwięzłych

4.8.1. Materiał nauczania

RóŜnorodność warunków eksploatacji górniczej narzuca konieczność stosowania

rozmaitych  sposobów  i  rodzajów  urabiania.  Mechaniczne  urabianie  skał  umoŜliwia
mechanizację i duŜą koncentrację podstawowych procesów eksploatacji odkrywkowej, dzięki
czemu  osiąga  się  duŜe  wydajności  maszyn  i  układów  technologicznych  wydobycia.  W  celu
maszynowego urabiania skały oddziałuje się na odsłonięte powierzchnię calizny narzędziami,
przekazując  przez  nią  energię  niszczącą  spójność  skały  i  powodującą  oderwanie  cząstek  od
calizny.  Narzędzie  moŜe  oddziaływać  na  skałę  w  róŜny  sposób.  RozróŜnia  się  trzy
podstawowe sposoby mechanicznego urabiania, które z kolei mogą być realizowane róŜnymi
narzędziami, o róŜnej kinematyce ruchów, co jest podstawą podziału bardziej szczegółowego
maszyn i narzędzi urabiających. Podstawowe sposoby urabiania (rys. 74), to:

urabianie udarowe,

urabianie naciskiem statycznym,

urabianie skrawaniem.
Wynikiem działania narzędzia na skałę jest w róŜnym zakresie miaŜdŜenie skały,

rozkruszanie pewnych objętości, odłupywanie elementów róŜnej wielkości oraz odłamywanie
występów skalnych.

Najbardziej rozpowszechnionym sposobem urabiania skał, ze względu na ilość

urabianych mas jest urabianie mechaniczne skrawaniem (rys. 74c). Urabianie skrawaniem
polega na prawie równoległym oddziaływaniu na powierzchnię skały narzędziem o kształcie
klina. Narzędzie to charakteryzują kąty:

– kąt przyłoŜenia,

– kąt ostrza,

– kąt natarcia.

Rys. 74. Zasady urabiania mechanicznego: a – udarowe, b – naciskiem statycznym, c – skrawaniem [2, s. 57]

W wyniku skrawania powstaje bruzda o głębokości g.

Warunkiem skrawania, a nie miaŜdŜenia, jest, aby kąt przyłoŜenia

był większy od zera.

> 0

Narzędzie urabiające skałę natrafia na jej opór i ulega stępieniu utrudniającemu

urabianie. Zarówno przebieg urabiania jak i stępienie narzędzia zaleŜę od wielu czynników,
którymi są:

wytrzymałość skały na ściskanie R oraz jej zwięzłość,

kruchość lub własności plastyczne,

cechy spójności i niejednorodności, tj. łupliwość, uławicenie, szczelinowatość itp.,

własności ścierne skały w stosunku do narzędzia,

stan skały w pokładzie, wilgotność.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jak wykazuje praktyka górnicza jednym z podstawowych czynników osłaniających,

a często w znaczący sposób zmniejszających wytrzymałość skał zwięzłych i bardzo zwięzłych
jest  ich  szczelinowatość,  będąca  bądź  to  skutkiem  wietrzenia  przypowierzchniowej  strefy
masywu  skalnego,  bądź  teŜ  prowadzonymi  robotami  górniczymi,  a  ściślej,  stosowaną
technologią  eksploatacji  złoŜa.  Jedną  z  metod  pozwalającą  ocenić  stopień  szczelinowatości
złoŜa,  a  tym  samym  umoŜliwiającą  oszacowanie  stopnia  jego  urabialności  jest  metoda
akustyczna wykorzystująca pomiar prędkości spręŜystych fal podłuŜnych w złoŜu.

Zrywarki

Zrywarkami (rys. 75) nazywa się maszyny składające się z ciągnika, spycharki

lub ładowarki, wyposaŜone w urządzenie zrywające (rys. 76). Maszyny te stosuje się głównie
wtedy,  gdy  urabianie  koparkami  lub  innymi  typowymi  maszynami  do  robót  ziemnych  nie
moŜe  się  odbywać  ze  względu  na  duŜe  opory  urabiania,  bądź  wtedy,  gdy  skał  nie  moŜna
urabiać materiałami wybuchowymi (zbyt blisko osiedli, obiektów przemysłowych itp.).

Rys. 75. Zrywarka D10N firmy Caterpillar [15]

Zrywarki znajdują więc bezpośrednie zastosowanie zarówno do prac podstawowych

(urabianie),  jak  i  pomocniczych  (rozluzowywanie,  karczowanie,  usuwanie  humusu).
Urabianie  zrywarkami  polega  na  odspojeniu  skały  od  calizny  urządzeniem  zrywającym,  zaś
rozluzowywanie  na  rozdzieleniu  calizny  na  bryły  takich  rozmiarów,  aby  były  dogodne
do dalszej eksploatacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 76. Schematy zrywarek: a) urządzenie zrywające zabudowane na ciągniku spycharki, b) urządzenie

zrywające zabudowane na ciągniku ładowarki [9, s. 123]

Urabianie zrywarkami

Zastosowanie zrywarek na skalę przemysłową datuje się od 1930 roku. Wprowadzenie

zrywarek  było  wynikiem  postępu  technicznego  oraz  aspektów  dotyczących  wyeliminowania
materiałów  wybuchowych.  Koszt  zrywania  z  reguły  jest  mniejszy  od  połowy  całkowitych
nakładów  potrzebnych  do  urabiania  metodą  strzelniczą.  Ta  najbardziej  atrakcyjna  strona
zrywania  nie  moŜe  przesłonić  innych  zalet  tej  metody,  mianowicie  podniesienia
bezpieczeństwa  pracy,  zapewnienia  ciągłości  robót  oraz  eliminacji  skutków  działania  fali
sejsmicznej  na  maszyny,  urządzenia  kopalni  i  okolicę.  Przy  zastosowaniu  zrywania  istnieje
moŜliwość  eliminacji  urządzeń  pomocniczych  (np.  kruszarni  –  przy  zrywaniu  skał  płonych
lokowanych  na  zwałach)  i  uzyskania  elastyczności  produkcji,  łatwości  transportu  urobku,
eksploatacji na jednym poziomie oraz urabiania selektywnego. Nie wszystkie jednak rodzaje
skał  moŜna  eksploatować  za  pomocą  zrywarek  w  sposób  ekonomiczny.  Skały  magmowe
wykazują  duŜą  wytrzymałość  na  zrywanie,  natomiast  skały  mniej  zwięzłe  i  materiały
luźniejsze o mniejszej prędkości sejsmicznej, np. skały osadowe są w większości przypadków
łatwe  do  zrywania.  Skały  metamorficzne  powstałe  na  skutek  działania  wysokiego  ciśnienia
i temperatury  charakteryzują  się  rozdrobnieniem oraz  wtórną  krystalizacją  składników,  a  ich
odporność  na  zrywanie  jest  bardzo  zróŜnicowana  i  zaleŜy  przede  wszystkim  od  stopnia  ich
uwarstwienia.

Do czynników ułatwiających zrywanie naleŜy zaliczyć:

szczeliny, uskoki i róŜnego rodzaju płaszczyzny uwarstwienia,

łamliwość i zawartość składników krystalicznych,

małą wytrzymałość na ściskanie,

proces niszczenia skał pod wpływem działania atmosfery (zwietrzenia na skutek erozji).
Do czynników utrudniających zrywanie zalicza się:

zwięzłość skał,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

brak struktur krystalicznych,

drobnoziarnistość i silne scementowanie składników,

–

wilgotność i plastyczność (brak przełomu) skał gliniasto–ilastych.
Urabialność skał w złoŜach płytkich i odsłoniętych moŜna oceniać na podstawie znanych

charakterystyk poszczególnych surowców skalnych oraz na podstawie widocznej
warstwowości, uskoków tektonicznych, szczelinowatości itp.

Zakres stosowania zrywania w poszczególnych skałach jest róŜny dla poszczególnych

maszyn i zaleŜy od ich charakterystyk technicznych, a przede wszystkim od mocy ciągników
oraz konstrukcji rwących.
Technika zrywania skał

W skałach mało zwięzłych, spękanych, do osiągnięcia niezbędnego stopnia rozluzowania

umoŜliwiającego właściwą pracę innych urządzeń wystarczające są tylko wzdłuŜne
lub poprzeczne do ruchu tych urządzeń, przejścia zrywarki przy odległości poszczególnych
bruzd wynoszącej a = 2g, gdzie g oznacza głębokość zrywania (bruzdy) – (rysunek 77).

g = h – b

gdzie: g – głębokość zrywania,

h – odległość od końca zęba do miejsca jego zamocowania w ramie,
b – odległość od warstwy zewnętrznej do miejsca zamocowania w ramie.

Przy urabianiu skał średniozwięzłych i zwięzłych stosuje się tak zwane zrywanie

krzyŜowe: wzdłuŜne i poprzeczne. Schematy zrywania przedstawiono na rysunku 76.

Rys. 77. Określenie głębokości zrywania [2, s. 78]

W skałach trudno zrywalnych stosuje się cięcia skośne do kierunku przejścia maszyn

zbierających urobek. Stosuje się równieŜ kilkakrotne przejazdy tą samą bruzdą. Zrywanie
odbywa się pasmami o szerokości od 0,6 do1,5 m i głębokości 0,3 do1,8 m w zaleŜności od
cech zrywanych skał oraz parametrów konstrukcyjnych zrywarek.

Cykl pracy zrywarki składa się ze zrywania, powrotu (przejazdu jałowego), zanurzenia

zębów, zaś przy stosowaniu zrywarek jako maszyn podstawowych w procesie wybierania
rozróŜnia się następujące główne elementy pracy :

−

zrywanie,

−

załadunek,

−

transport,

−

zwałowanie (w przypadku urabiania nadkładu).
WaŜnym czynnikiem wpływającym na wydajność zrywania jest usytuowanie poziomu

roboczego w kierunku pracy, tak aby zrywanie odbywało się po spadku.

Konstrukcja i budowa zrywarek

Typowa zrywarka składa się z trzech zasadniczych zespołów:

−

ciągnika gąsienicowego lub kołowego,

−

urządzenia zrywającego,

−

urządzenia spychającego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zrywarki ogólnego przeznaczenia wyposaŜone są w jeden, trzy, pięć, rzadko siedem

zębów.  Zrywarki  doczepne  z  urządzaniem  zrywającym  zbudowanym  na  specjalnych
przyczepach  ciągnione  są  ciągnikiem  gąsienicowym  o  mocy  80  do  100  kW.  Na  charakter
pracy  zrywarki  mają  wpływ  własności  i  stan  zrywanych  skał.  a  więc  ich  wytrzymałość,
stopień  spękania,  wilgotność,  liczba  duŜych  i  bardzo  twardych  wtrąceń  (bryły,  głazy)
oraz takie  parametry  jak:  grubość  zębów,  kształt  i  rozmiary  końcówek,  kąt  zrywania,  zasięg
i wysokość zamocowania zębów (liczona od końcówek zęba), liczba i wielkość rozstawienia
(podziałka) zębów zrywających oraz siła zagłębiania i podnoszenia urządzenia zrywającego.
Podwieszane  urządzenia  zrywające  są  zabudowywane  na  ciągnikach  gąsienicowych
lub kołowych  o  mocy  do  600  kW  mają  one  w  porównaniu  ze  zrywarkami  przyczepnymi
szereg  zalet,  z  których  najwaŜniejsza  to  duŜa  zdolność  manewrowania  oraz  mniejsze
gabaryty. Ze względu na sposób i miejsce zamocowania urządzenia zrywającego na ciągniku
rozróŜnia  się:  trójpunktowe  podwieszenie  do  korpusu  tylnego  mostu  lub  ramy  ciągnika
i trójpunktowe  podwieszenie  do  ramy  wózków  gąsienicowych  i  korpusu  tylnego  mostu
lub ramy  ciągnika  oraz  czteropunktowe  podwieszenie  do  korpusu  tylnego  mostu  lub  ramy
ciągnika.  Ten  sposób  podwieszenia,  tzw.  równoległy  pozwala  na  zachowanie  stałego  kąta
nachylenia  zęba  niezaleŜnie  od  głębokości  zrywania.  Niekiedy  urządzenia  zrywające,
podwieszone  czteropunktowo  są  wyposaŜone  w  dodatkowe  siłowniki  hydrauliczne,
pozwalające  na  zmianę  kąta  nachylenia  zęba.  Zęby  zrywarki  mogą  być  mocowane
do urządzenia  zrywającego  w sposób  sztywny  (śrubami  lub  sworzniami  rozpręŜnymi)
lub odchylnie  na  sworzniach.  Drugi  sposób  stosuje  się  wówczas,  gdy  zęby  mocowane  są  na
lemieszu  skrawającym  spycharki  lekkiej,  a  urządzenie  zrywające  słuŜy  jako  dodatkowe
wyposaŜenie do pracy w cięŜszych warunkach. Zęby mogą być osadzone w ramie urządzenia
zrywającego  sztywno  lub  w  sposób  przegubowy  umoŜliwiający  obrót  zęba  0±5°
w płaszczyźnie poziomej. Osadzenie przegubowe zapewnia samoczynne nastawianie się zęba
wzdłuŜ  kierunku  o  większej  łupliwości  skały  i  tym  samym  obniŜa  opory  ruchu.
Ma to szczególne  znaczenie  przy  zrywaniu  skał  o  strukturze  grubokrystalicznej  i  skał
osadowych  o  jednolitej  strukturze.  Zęby  zrywarki  mogą  być  proste  (rys.  78a),  wygięte
(rys. 78b) lub półwygięte – o prostym trzonie i wygiętym końcu (rys. 78c). Dla przedłuŜenia
Ŝywotności  kosztownych  urządzeń  rwących  stosuje  się  wymienne  nakładki  ochraniające  na
haki  rwące  Wymienne  ochraniacze  haków  do  szybkiego  zrywania  przedłuŜają  okres
eksploatacji i słuŜą do mocowania końcówek samoostrzących. Ogólną zasadą jest stosowanie
moŜliwie  najdłuŜszych  końcówek  jakie  w  danych  warunkach  mogą  pracować  bez
nadmiernego łamania. Kąt zrywania końcówki przy urabianiu skał zwięzłych wynosi 35° do
45°.  Przy  eksploatacji  glin  morenowych  z  wtrąceniem  głazów,  kąt  zrywania  zwiększa  się.
Nakładka ochronna posiada wzdłuŜne skosy od 30 °do 45°.

W większości zrywarek z podwieszonym urządzeniem zrywającym i zmiennym kątem

zrywania, na początku zagłębiania zębów kąt zrywania wynosi od 50° do 80°, co zabezpiecza
nakładki i zęby przed niszczącym działaniem znacznych sił i zmniejsza nacisk wymagany dla
wejścia zębów w skałę na określoną głębokość. W miarę zagłębiania się zębów, wielkość kąta
zrywania zmniejsza się. Przy równoległobocznym podwieszeniu ramy urządzenia
zrywającego, kąt zrywania pozostaje stały, niezaleŜnie od głębokości zrywania. Kąt ostrza
końcówek zębów zrywających zawiera się w granicach β = 20° do 30°.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 78. Typy zębów w zrywarkach: a – prosty, b – wygięty, c – półwygięty, d – z podpórką, e – z nakładką

ochronną w kształcie koronki, f – z nakładką i wymienną końcówką [2, s. 79]

Rys. 79. Kąt zrywania δ [2, s. 80]

We wszystkich przypadkach kąt ostrza końcówek powinien być taki, aby przy dowolnym

zagłębieniu  zębów  kąt  przyłoŜenia  był  nie  mniejszy  niŜ  α  ≥  6°  do  7.  Głębokość  zrywania
w znacznym  stopniu  zaleŜy  od  rodzaju  zrywanych  skał.  Obecne  urządzenia  zrywające,
zabudowane  na  lekkich  i  średnich  ciągnikach  zapewniają  zrywanie  skał  na  głębokość
do 500 mm.  Dla  wszystkich  typów  zrywarek,  najmniejsza  głębokość  zrywania  wynosi
200 do 250  mm.  Zrywarki  ogólnego  przeznaczenia  z  podwieszonym  urządzeniem
zrywającym zapewniają zrywanie skał na głębokość 700–1000 mm, a specjalne do 2000 mm.

Odkrywkowe kombajny frezujące

PoniŜej przedstawiono kilka rozwiązań konstrukcyjnych odkrywkowych kombajnów

frezujących. Pomysł urabiania złoŜa frezowaniem powstał w Polsce w chwili, gdy wystąpiły
trudności w urabianiu rudy siarki w okręgu Tarnobrzeskim. Wyniki badań nad własnościami
fizykomechanicznymi rudy siarki oraz badań laboratoryjnych i półprzemysłowych nad
moŜliwością mechanicznego urabiania tego złoŜa wybieranego robotami odkrywkowymi
wykazały, iŜ jest moŜliwe jego mechaniczne urabianie przez frezowanie.

Kombajny firmy Wirtgen

Na rysunkach 80 przedstawiono ogólny widok, a na rysunku 81 schemat budowy

kombajnu  odkrywkowego  2500  SM  firmy  Wirtgen  (Niemcy).  Na  ramie  nadwozia
zainstalowany  jest  silnik  napędowy  1  napędzający  pompy  hydrauliczne.  Na  ramie
umieszczone  są  równieŜ  chłodnice  3,  zbiorniki  paliwa  4,  oleju  5  i  wody  6.  Bęben  frezujący
7 zbrojony  noŜami  promieniowymi  lub  stycznymi  napędzany  jest  silnikami  hydraulicznymi.
Grubość  skrawania  moŜna  regulować  siłownikiem  8.  W  celu  zapewnienia  urabiania
selektywnego  zainstalowano  czujnik  9  reagujący  na  zmianę  urabianej  kopaliny.  Urobek
transportowany  jest  przenośnikiem  odstawczym  10  i  poprzez  przenośnik  załadowczy  11  na
miejsce  odstawy.  Przenośnik  ten  moŜna  pochylać  pod  odpowiednim  kątem  w  pionie  dzięki
siłownikowi  12  i  w  poziomie  dzięki  stołowi  obrotowemu  13.  Poprzez  zastosowanie  układu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Urabianie odbywa się równoległymi pasmami o dowolnej długości wymagany jest płaski

teren (max. pochylenie boczne 7°–8°, utrata stateczności – ok. 15° w pionie ok. 30°). Odstawa
urobku o ziarnistości mniejszej od 300 mm (przeciętnie 40–80 mm w zaleŜności od rodzaju
urabianej skały) odbywa się przenośnikiem odstawczym bezpośrednio na zwałowisko lub na
oponowe środki transportu bądź poprzez podawarkę na przenośnik zbiorczy.

Kombajn firmy Rahco

Kombajn frezujący CME–12 firmy Rahco (USA) przedstawiono na rysunku 82. Kombajn

róŜni się od kombajnów Wirtgen prostszą budową podwozia oraz większą manewrowością
umieszczonego z przodu maszyny organu urabiającego, co daje moŜliwość urabiania
w pionie.

Rys. 82. Kombajn CME 12, [2, s. 138]

Kombajny firmy Paurat

Firma Paurat (Niemcy) produkuje typoszereg składający się z trzech maszyn frezujących.

Budowa  wszystkich  maszyn  jest  analogiczna,  róŜnią  się  one  jedynie  parametrami
konstrukcyjno–eksploatacyjnymi.  Kombajny  te  posiadają  mocowany  na  stałe  z  przodu
maszyny  organ  urabiający  (rys.  83)  składający  się  z  trzech  elementów  ślimakowych
zbrojonych noŜami stycznymi. Urobek odstawiany jest za pomocą przenośnika znajdującego
się w tylnej części kombajnu. Dopuszczalne pochylenie maszyny podczas skrawania wynosi
1 : 20.

Rys. 83. Organ urabiający [22]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kombajny firmy Dosco

Firma Dosco (Wielka Brytania) produkuje kombajny (rys. 84), które mimo konstrukcji

organu  urabiającego  typowej  dla  kombajnów  podziemnych  znajdują  zastosowanie
w górnictwie  odkrywkowym.  Kombajn  wyposaŜony  jest  w  dwa  stoŜkowe  organy  urabiające
zbrojone  noŜami  stycznymi.  Organy  urabiające  zamocowane  na  wysięgnikach  mają
moŜliwość  przemieszczania  się  za  pomocą  siłowników  hydraulicznych  w  płaszczyźnie
pionowej  i  poziomej  dzięki  czemu  moŜliwe  jest  urabianie  większej  powierzchni  przodka
z jednego  miejsca  postoju  maszyny.  Urobek  jest  nagarniany  za  pomocą  łap  podawarki  na
przenośnik zgrzebłowy.

Odkrywkowe kombajny frezujące coraz częściej są uŜywane w eksploatacji

słabozwięzłych i średniozwięzłych kopalin i surowców skalnych. Na szersze ich zastosowanie
wpłynęło kilka czynników:

jednoczesne urabianie z odstawą urobku, co eliminuje konieczność stosowania
dodatkowych maszyn ładujących,

małe ziarno urobku, co eliminuje wstępne kruszenie,

moŜliwość urabiania selektywnego,

wyeliminowanie lub ograniczenie robót strzałowych, a więc podniesienie bezpieczeństwa
prac,

duŜa zwrotność i mobilność maszyn,

pozostawienie płaskiego wyrobiska, korzystnego dla oponowych środków transportu,

wyŜsza wydajność lub niŜsze koszty w porównaniu do konwencjonalnej metody
urabiania „strzelanie – transport – kruszenie” poprzez wyeliminowanie tych czynności
i niezbędnych do ich wykonywania maszyn i urządzeń.

Rys. 84. Kombajn firmy Dosco [17]

Czynnikiem ograniczającym zastosowanie do urabiania kombajnów frezujących, oprócz

ich wysokiej oceny, jest to, Ŝe, ze względu na ich stateczność istnieje konieczność urabiania
w poziomie lub przy nachyleniu do 5°– 7°. Nie jest to przeszkodą, gdyŜ w większości złóŜ,
w których moŜna stosować frezowanie istnieje moŜliwość takiego urabiania. Rekompensuje
to w znacznej mierze odstawa urobku z kombajnów bezpośrednio na środki transportu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

Jakie są podstawowe sposoby urabiania skał średniozwięzłych?

Czym charakteryzuje się urabianie mechaniczne skrawaniem?

Jakie czynniki wpływają na przebieg urabiania mechanicznego?

Jakie jest zastosowanie zrywarek?

Jakie czynniki ułatwiają a jakie utrudniają zrywanie?

Kiedy stosuje się zrywanie krzyŜowe?

Jak przebiega cykl pracy zrywarki?

Z jakich zespołów składa się zrywarka?

Jakie jest zastosowanie odkrywkowych kombajnów frezujących?

10.

Z jakich zespołów składa się kombajnów frezujących?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Posługując się schematem, opisz sposób działanie zrywarki i zrywoładowarki.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat zrywarki i zrywoładowarki,

dokonać analizy schematu,

rozpoznać elementy zrywarki i zrywoładowarki,

scharakteryzować zespoły zrywarki,

scharakteryzować zespoły zrywoładowarki,

opisać działanie zrywarki i zrywoładowarki,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

schematy maszyn i urządzeń oraz ich podzespołów,

−

modele maszyn i urządzeń,

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Rozpoznaj metody urabiania mechanicznego przedstawione na rysunkach

Metody urabiania mechanicznego

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat zasad urabiania,

dokonać analizy rysunków,

rozpoznać metody urabiania mechanicznego,

zapisać metody w wyznaczonych miejscach,

zaprezentować wyniki ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

Poradnik dla ucznia,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

scharakteryzować

podstawowe

sposoby

urabiania

skał

średniozwięzłych?

opisać czynniki wpływają na przebieg urabiania mechanicznego?

scharakteryzować zastosowanie zrywarek?

opisać czynniki ułatwiają zrywanie?

opisać czynniki utrudniają zrywanie?

scharakteryzować cykl pracy zrywarki?

rozpoznać zespoły zrywarki?

opisać zastosowanie odkrywkowych kombajnów frezujących?

rozpoznać zespoły kombajnów frezujących?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

100

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

Test zawiera 20 zadań o róŜnym stopniu trudności. Wszystkie zadania są zadaniami
wielokrotnego wyboru i tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa.

Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi – zaznacz prawidłową
odpowiedź znakiem X (w przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć
kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową).

Test składa się z dwóch części o róŜnym stopniu trudności: I część – poziom
podstawowy, II część – poziom ponadpodstawowy

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

Kiedy  udzielenie  odpowiedzi  będzie  Ci  sprawiało  trudność,  wtedy  odłóŜ  jego
rozwiązanie  na  później  i  wróć  do  niego,  gdy  zostanie  Ci  czas  wolny.  Trudności  mogą
przysporzyć  Ci  zadania:  16  –  20,  gdyŜ  są  one  na  poziomie  trudniejszym  niŜ  pozostałe.
Przeznacz na ich rozwiązanie więcej czasu.

Czas trwania testu – 45 minut.

10.

Maksymalna liczba punktów, jaką moŜna osiągnąć za poprawne rozwiązanie testu
wynosi 20.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

101

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. W złoŜu występującym na lądzie stosowane są

a)  koparki wielonaczyniowe pływające.
b)  koparki pływające ssące.
c)  zgarniarki linowe lub samojezdne.
d)  koparki ssąco - frezujące.

2. W złoŜu występującym pod woda stosowane są

a)  koparki jednonaczyniowe z osprzętem nadsiębiernym i podsiębiernym.
b)  koparki wielonaczyniowe pływające.
c)  koparki wielonaczyniowe kołowe i łańcuchowe.
d)  ładowarki.

3. W skład organu urabiającego koparek nadsiębiernych jednonaczyniowych wchodzą

a)  chwytaki.
b)  kosze zgarniakowe.
c)  łopaty ładujące.
d)  łyŜka urabiająca.

4. Rozdrabnianie brył sposobem mechanicznym, stosowane się najczęściej w krajowych

zakładach górniczych to rozdrabnianie
a)  laserowe.
b)  magnetyczne.
c)  statyczne (rozłupiarka).
d)  elektryczne.

5. Kafary w górnictwie odkrywkowym słuŜą do operacji

a)  zdejmowania nadkładu.
b)  kopania rowów odwadniających.
c)  układania torów kolejowych.
d)  rozdrabniania i kruszenia wielkich brył skalnych.

6. Koparki wielonaczyniowe łańcuchowe umieszczone są na

a)  podwoziu kołowym.
b)  podwoziu przenośniku taśmowym.
c)  płozach saniowych.
d)  podwoziu gąsienicowym.

7. Główne zadania zwałowarek uŜywanych w eksploatacji złóŜ odkrywkowych to

a)  eksploatacja i przesiewanie.
b)  wykonywanie procesów przeróbki kopaliny.
c)  zdejmowanie mas skalnych i ich transport.
d)  rozbijanie brył skalnych.

8. Eksploatować na bloki o duŜych gabarytach naleŜy

a)  granit.
b)  węgiel brunatny.
c)  sole kamienne.
d)  zlepieńce.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

102

9. Zadaniem poduszek wodnych przy urabianiu skał jest

a)  transport bloków skalnych.
b)  odsuwanie bloków od calizny skalnej.
c)  zsuwanie bloków po zboczu.
d)  zabezpieczenie bloków w czasie transportu.

10. Palniki termiczne słuŜące do urabiania surowców skalnych zasilane są (wskaŜ

a)  energią elektryczną.
b)  energią wodną.
c)  spręŜonym powietrzem.
d)  gazem ziemnym.

11. Pogłębiarki czerpakowe słuŜą do

a)  eksploatacji złoŜa zalegającego na lądzie.
b)  kopania rowów odwadniających o głębokości do 1 m.
c)  kopania rowów odwadniających opaskowych o głębokości 2 m.
d)  pogłębiania dna rzek.

12. Eksploatacja złóŜ z dna zbiorników wodnych za pomocą ejektora powietrznego polega na

a)  rozdrabnianiu skał na dnie zbiornika.
b)  urabianiu skał twardych na dnie zbiornika.
c)  usuwaniu miękkich osadów rzecznych z dna koryta.
d)  przesuwaniu skał na dnie osadników wodnych.

13. W spręŜarkach wykorzystywane są właściwości

a)  oleju napędowego.
b)  spręŜonego powietrza.
c)  oleju rzepakowego.
d)  cieczy.

14. Prawo do obsługi koparki jednonaczyniowej posiada

a)  kierownik zmiany.
b)  sztygar oddziałowy.
c)  kierowca posiadający uprawnienia do kierowania samochodem cięŜarowym.
d)  osoba posiadająca uprawnienia do obsługi koparek eksploatacyjnych.

15. Zrywarek uŜywa się do eksploatacji

a)  skał twardych.
b)  złóŜ znajdujących się pod wodą.
c)  skał średniozwięzłych.
d)  skał magmowych.

16. Do spręŜarek przepływowych naleŜą spręŜarki

a)  tłokowe.
b)  osiowe.
c)  rotacyjne.
d)  bezkorbowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

104

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko …………………………………………………………………….

UŜytkowanie maszyn i urządzeń do urabiania kopalin

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

105

6. LITERATURA

Bęben A.: Maszyny i urządzenia do eksploatacji odkrywkowej. WSiP, W–wa 1977

Bęben P, Bogusz J, Glapa W, Marianowski J: Maszyny i urządzenia do odkrywkowego
urabiania surowców skalnych wybranymi technologiami , Wydawnictwo AGH Kraków
1988

BoŜenko L.: Maszynoznawstwo. Warszawa: WSiP 1988

Glapa W, Korzeniowski J, Mały leksykon górnictwa odkrywkowego, Wydawnictwa
i Szkolenia Górnicze, Burnat & Korzeniowski

Kanczewski P., Kowalczyk M. : Zwałowarka ZGOT–15400.120 – pierwszy polski 200–
tysięcznik – Materiały konferencyjne – SITG – KWB Bełchatów SA – luty 2002 r.

Kijewski J., A. Miller, K. Pawlicki, T. Szolc: Maszynoznawstwo. Warszawa: WSiP 1993

Kubiczek T., Maszyny i urządzenia mechaniczne w górnictwie, Wydawnictwo Śląsk
1970

Onderka Z, Bugesz J, Kwiecień Z: Bezpieczeństwo pracy w górnictwie odkrywkowym,
Wydawnictwo AGH Kraków 1988

Pastuszko M, Ptasiński J : Eksploatacja kopalin , WSiP, W–wa 1978

10.

Poradnik Mechanika tom I i II WNT 1984

11.

Rączkowski B., BHP w praktyce ODiDK Sp. z o.o. Gdańsk 2004

12.

Sell L.: Maszynoznawstwo ogólne i części maszyn w pytaniach i odpowiedziach.
Warszawa: WNT 1980

13.

Świątkiewicz H. Maszyny Budowlane IWZZ Warszawa 1986

14.

Kwartalny Biuletyn informacyjny „Węgiel Brunatny” nr 50

Materiały informacyjne oraz zasoby internetowe firm
15.

www.cat.com

16.

www.legmet.com.pl

17.

www.dosco.co.uk/

18.

www.fadroma.pl

19.

www.granmar.pl

20.

www.hkl.pl

21.

ww.hsw.pl

22.

www.machinerytrader.com

23.

www.prosand.cz

24.

www.rahco.com

25.

www.volvocars.com/

26.

www.warynski – trade.com.pl

27.