Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Sisteme de transport la mare adancime
Indrumator: Prof. dr. ing. Gheorghe Frunz Student: Constantin
Hopic An IV. EPI. Gr. 49411 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
2
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Cuprins:
1. Colivii de extractie..pag. 3 2. Cabluri de extractie ..pag. 5
2.1 Constructia cablurilor de extractie....pag. 5 2.2 Calculul
cablurilor de extractie...pag. 8 2.3 Alegerea si expoatarea
cablurilor de extractie...pag. 11 2.4 Schimbarea cablurilor de
extractie .. pag. 13 3. Molete de extractie si de deviere.. pag. 14
4. Cinematica instalatiilor de extractie cu colivii nebasculante ..
pag. 17 5. Dinamica instalatiilor de extractie ............... pag.
18 6. Mecanismul de executie a franelor ............. pag. 20 7.
Bibliografie ................................................ pag.
203 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
1.
Colivii de extractie
Coliviile de extractie pot fi nebasculante (obisnuite) si
basculante. Cele nebasculante se folosesc pentru extragerea
substantei minerale ci vagonete, pentru transportul de persoane, de
material si de utilaje. Cele basculante sunt destinate
transportului de material cu gabarite mari. Extractia cu colivii
implica incarcarea prealabila in vagonete a substantei minerale si
introducerea acestora in colivie. O colivie cu mai multe etaje se
compune din doi peteri laterali formati din longeroanele 1 si
diagonalele 2, acoperiti cu tabla perforata si rigidizati intre ei
prin platforma superioara 3 si inferioara 4, precum si cateva
platforme intermediare 5. Platformele limiteaza asa zisele etaje
ale coliviei. Se construiesc colivii de extractie cu 1 pana la 6
etaje. Pe fiecare etaj se transporta de obicei cate doua vagonete.
Cablul de extractie este fixat de colivie prin atelajul 6 si
dispozitivul de legatura 7. Pe platforma superioara este montata
balustrada de protectie 8 pentru personalul de verificare a putului
de extractie. Pe cele doua parti frontale sau laterale se gasesc
cate o pereche de paracazatoare 9, avand rolul de a impidica
caderea vasului de extractie in put, in cazul ruperii cablului de
extractie. Paracazatoarele exista numai la instalatiile monocablu
si bicablu. De partea inferioara a coliviei se leaga cablul de
echilibru (de obicei cablu plat) la instalatiile echilibrate.
Ghidarea coliviilor in timpul deplasarii in put se face prin
intermediul glisierelor 10 si a rolelor 11, ce se deplaseaza de-a
lungul unor ghidaje verticale de lemn profilat, profile laminate,
sau cabluri de otel. La coliviile cu mai multe etaje, inaltimea
etajului superior este de 1,9 m, iar inaltimea celorlalte etaje
trebuie sa fie de cel putin 1,8 m. In plan4 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.Morizontal, etajele se
dimensioneaza in functie de dimensiunile de gabarit ale vagonetelor
in asa fel incat distanta dintre vagonete si pereti sa fie de
50-70mm, iar la partea frontala de 60mm. In tabelul urmator de
prezinta caracteristicile tehnice ale coliviilor de extractie
pentru vagonete de 1 . Parametrii Nr. de vagonete Capacitatea
vagonetului[ Nr de persoane transportabile Profilul ghidajelor in
put Distanta intre ghidaje[mm] Sarcina utila transportabila[k g]
Dimensiuni de gabarit -lungimea -latimea -inaltime Masa [kg] 1/1 1
1 8 150x x120 1020 2500 2 1 16 150x x150 5000 2/1 2 1 16 2/2 4 1 32
Tip 3/1 3 1 30 180x x180 1950 4800 3/2 6 1 60 180x x180 3070 7200
4/1 4 1 64 180x x180 3640 6400 4/2 2 1 48+8 180x x150 3640 9600
180x 180x x180 x180 4800
1950 1010 2600 1400
3650 1010 2600 2200
1950 1010 4700 3000
3650 1010 4700 4200
1950 1010 6600 3300
3650 1010 6600 6200
1950 1010 8600 4200
3650 1010 8600 8000
5
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
2. Cabluri de extractie2.1 Constructia cablurilor de extractie
Cablurile de extractie sunt destinate pentru suspendarea si
transportul vaselor de extractie in puturi. Cablurile se
confectioneaza din otel de calitate cu un continut de carbon
cuprins intre 0.3 si 0.85, de siliciu pana la 0.3% si de mangan
intre 0.4 si 0.8%. Rezistenta specifica la tractiune a otelului
pentru cabluri este de 1370-2160 N/mm2. Cablurile cu rezistenta
specifica mare se utilizeaza la puturile de extractie adanci, ele
fiind mai casante decat cele cu rezistenta specifica mai mica. Din
acest motiv cele mai raspandite sunt cablurile cu rezistenta
specifica de 1370, 1570, 1760 N/mm2. Cresterea rezistenta de
coroziune a cablurilor s-ar putea realiza ori prin zincarea lor ,
ori printr-un adaos de nicheln in compozitia otelului. In primul
caz apare dezavantajul cresterii rezistentei la indoire a cabului,
iar in cel de al doilea caz sacde rezistenta la rupere si creste
costul cabului. Principalele criterii de clasificare a cablurilor
sunt dupa forma lor si dupa constructia toroanelor. Din punct de
vedere al formei sectiunii transversale, cablurile de extractie pot
fi rotunde (fig. 1.1) sau plate (fig. 1.2). Cablurile rotunde se
utilizeaza in general in calitate de cabluri de extractie
propriu-zise, pe cand cele plate in calitate de cabluri de
echilibru (exceptand unele cazuri izolate de masini de extractie cu
bobine). Cablurile rotunde pot avea constructia deschisa (fig.
1.1a) sau constructria inchisa(fig. 1.2b).
6
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Fig. 1.1 Cablurile de constructie inchisa se confectioneaza din
sarme profilate (startele 1 si 2 . fig. 1.1b) ele sunt mai scumpe
decat cele de constructie deschisa , se controleaza mai dificil si
se indoaie mai greu. Din aceste motive ele se utilizeaza la
instalatii de extractie cu precadere in calitate de cabluri de
ghidare. Cablurile deschise se asambleaza din toroanele 1 (fig.
1.1a) grupate in jurul unei inimi 2, intr-unul sau mai multe
starturi concentri ce. La randul lor, toroanele sunt construite
dintr-un manunchi de sarme infasurate in jurul unei inimi vegetale
sau metalice, formate dintr-una sau mai multe sarme. In cazul cand
toroanele au pasi de infasurare diferiti pentru fiecare start de
sarma, sarmele din stratele vecine sunt in contact numai in
punctele lor de intersectie si din acest motiv aceste toroane se
numaesc cu contact punctiform(fig. 1.1c) . In cazul cand stratele
invecinate ale toroanelor au acelasi sens si pas de inafsurare,
sarmele din doua straturi consecutive sunt in contact pe toata
lungimea lor. Aceste toroane se numesc cu contact liniar(fig.
1.1d). In cazul cand toroanele cu contact liniar au drept inima un
toron acoperit cu un strat de sarma cu contact punctiform,
constructia se numeste cu contact mixt.
7
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Fig. 1.2 Cablu plat a vedere; b si c sectiuni. Simbolizarea
tipului constructiv al acablurilor se face prin uramatoarele
prescuratri: D deschis; I inchis; SI-semiinchis; PR profilat; N
normal ; P - contact punctiform ; L - contact liniar; F tip Filler;
S tip Seale; W tip Warrington; C cablu cablat; A antigirator.
Simbolizare structurii unui cabul se face indicand natura inimii (H
vegetala; P material plastic; M metalica) si numarul de toroane
inmultit cu numarul de sarme din toron dat sub foarma de suma
neefectuata. De exemplu cablu din fig1.1, a se poate simboliza prin
H+6 (1+6+12) sau H+6 X19 . Fiind vorba despre un cablu cu
constructie normala, cu contact punctiform, simbolizarea mai
completa este D NP H 6X19.
8
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M2.2Calculul cablurilor de
extractie In timpul functionarii, cablurile de extractie sunt
supuse unor solicitari multiple: intinderi(statice si dinamice); de
incovoiere repetata pe organele de infasurare si deviere; presiuni
de contact (interne si pe organe de infasurare); torsuni, etc.
Caracterizarea matematica riguroasa a tuturor acestor solicitari
este foarte dificila din care cauza calculele se efectueaza pe baza
unor ipoteze simplificatoare(de ex. Cablul se cosidera rigid,
facand abstractie de oscilitati, etc.) In general cablurile e
calculeaza la solicitarea statica care poate fi determinata relativ
exact, iar celelalte solicitari se iau in considerare prin
folosirea ununi coeficient de siguranta la rupere ridicat.
Cablurile se aleg din STAS-uri (STAS 1353-80, STAS 1689-80, STAS
2693-72, STAS 1559-80), pe baza masei pe unitate de lungime,
determinata prin calcul, in functie de marimea solicitarilor.
Puturile verticale. Pentru puturile verticale, masa necesara pe
unitate de lungime a cablului este data de relatia:
q=
[Kg/m]
[1.1]
in care:
-este masa incarcaturii suspendate la capatul cablului, kg
-efortul specific de rupere al otelului din care se
confectioneaza cablul, N/mm29 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M-densitatea otelului
(8900-9300 kg/m3) g -acceleratia gravitationala. m/s2 c coeficient
de siguranta la rupere H0 inaltimea de suspendare a cablului,
m.
Masa incarcaturii suspendate la capatul cablului este: - Pentru
instalatii si colivii cu transport de persoane Qt = Qc+ 75np [kg]
Unde: Qc masa proprie a coliviei kg np numarul persoanelor din
coliviei Inaltimea de suspendare a cablului. H0=H+Ht [m] Unde H-
adancimea de extractie, m; Ht inaltimea turnului de extractie, m
Relatia 1.1 se aplica pentru instalatiile neechilibrate sau
echilibrate static. [1.3] [1.2]
In cazul instalatiilor echilibrate dinamic (cu cablu de
echilibru mai greu decat cel de extractie), relatia 1.1 de
corecteaza cu marimea :
= in care: q1 este masa pe unitate de lungime a cablului
echilibrat, kg/m.
[1.4]
10
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MIn consecinta pentru
instalatiile echilibrate dinamic, masa pe unitate de lungime a
cablului este data de realtia: q= Pentru instalatii de extractie cu
mai multe cabluri: q= unde nc este numarul cablurilor de extractie
(nc = 2-8) Cablul adoptat din STAS trebuie sa aiba masa pe unitate
de lungime apropiata (de preferinta egala sau superioara) cu
valoarea rezultata din calcul. O data cu adoptarea cablului din
STAS, devin cunoscute si celelalte caracteristici ale
acestuia(sarcina de rupere, diametrul cablului, diametrul sarmelor,
etc.). Adoptarea definitiva a cablului se face dupa verificarea
coeficientului de siguranta la rupere:-
[1.5]
[1.6]
pentru instalatiile monocablu [1.7]
c= - pentru instalatiile multicablu
c=[1.8]
unde: Sr este sarcina reala de rupere a cablului, conform STAS,
N.11 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MIn cazul in care STAS-ul
indica sarcina teoretica de rupere, acesta se va inmultii cu
coeficientul de scadere a rezistentei (coeficientul de cablare): =
0,85 0,86: Sr=Srt [N] Unde Srt este sarcina teoretica de rupere, N.
Conform prescriptiilor in vigoare in Romania coeficientul de
siguranta trebuie sa aiba urmatoarele valori minime la punerea in
functiune a cablurilor: - la puturile verticale sau inclinate
echipate cu masini de extractie cu tobe sau bobine: c=6 pentru
transport material; c=8 pentru transport de personal; - la
instalatiile echipate cu masini de extractie cu roata de frictiune
monocablu: c=8 pentru transport material; c=10 pentru transport de
personal; - la instalatiile de extractie multicablu: c=7 pentru
transport de material; c=8 pentru transport de personal. Cablurile
de extractie si de compensare ale puturilor in sapare trebuie sa
aiba coeficientul de siguranta c=10 la montare. [1.9]
2.3 Alegerea si exploatarea cablurilor de extractie.
La adoptarea tipului de cablu in urma dimensionarii trebuie sa
se tina seama de o serie de factori: mediul in care lucreaza
cablul(uscat, umed, coroziv, etc); destinatia cablului (extractie,
sapare, echilibrare, ghidare); adancimea de extractie; tipul si
constructia cablului, gradul de indoire si presiunea pe organul de
infasurare. La instalatiile care efectueaza si transport de
personal se recomanda utilizarea cablurilor cu o rezistenta a
sarmei de cel putin 1570N/mm2.12 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MPentru extractie se
recomanda constructiile cu structura 6 x 19 sau 6 x 37 cu
infasurare paralela Z/Z sau S/S (prezinta o buna adeziune intre
cablu si roata motoare). Pentru mediul umedi si coroziv (minele de
minereuri si sare)se recomanda cabluri din sarme zincate.
Durabilitatea cablurilor de extractie se exprima prin timpul scurs
din momentul motariipana in momentul inlocuirii. Presiunea cablului
asupra organelor de infasurare pentru instalatiile monocablu se
determina cu relatia: p= [2.0]
Pentru instalatiile multicablu p= [2.1]
in care Fmax este sarcina maxima statica, N; Fmax=g(Qt+qH0)
[2.2]
[N]
S1 si S2 tesiunile mecanice statice in cele doua ramuri ale
cablului, N; nc numarul cablurilor ; D si d diametrul organului de
infasurare si al cablului in cm. Normele tehnice prevad o durata de
functionare de 2 ani pentru cablurile de extractie si 4 ani pentru
cablurile de echilibru13 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
2.4 Schimbarea cablurilor de extractie
Schimbarea cablului de extractie in cazul instalatiilor de
extractie cu tobe se face conform figurii. Vasele de extractie V1
si V2 se aseaza pe traverse la nivelul celor doua rampe. Cablul
vechi se decupleaza de la vasul V1 si capatul lui se leaca prin
intermediul mansonului M de noul cablu aflat pe bobina B1. Se pune
in functiune cu viteza redusa toba T1 (toba T2 fiind decuplata si
blocata). Noul cablu este trecut astfel peste moleta de deviere din
turn, capatul lui ajungand pana la toba T1. Fixandu-se provizoriu
acest capat, dupa decuplarea din nanson, cablul vechi se infasoara
pe bobina B2, desfasurandu-se treptat de pe toba T1, prin
actionarea redusa a acesteia. Un capat al noului cablu se fixeaza
definitiv pe toba T1, iar celalat capat se rigidizeaza prin
intermediul dispozitivului de legare la vasul de extractie V1.
Schimbarea celeilalte ramuri a cablului se efectueaza in mod
similar.
14
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Fig. 1.3
3. Molete de extractie si de deviereMoletele montate in turn, la
instalatiile cu organul de antrenare amplasat pe sol, se numesc de
extractie. Unghiul de infasurare a cablului este cuprins intre 90
180o . Moletele de deviere se folosesc in cazul instalatiilor cu
roata motoare amplasata in turn si au rolul de a apropia ramurile
cablului, precum si de a mari unghiul de infasurare al acestuiape
organul de antrenare. Unghiul de infasurare a cablului pe molete de
deviere este cuprins intre 45 - 90o . Formele constructive ale
moletelor difera intre ele prin natura si profilul coroanei si
spitelor, tipul butucului si al lagarelor. Moletele cu coroana
turnata din fonta sau otel si cu spite rotunde au o comportare
satisfacatoare in exploatare, in schimb sunt grele, au un moment
volant mare, executia lor este complicata si au costul ridicat.
Moletele cu coroana in constructie presata din laminate de otel si
imbinate din segmente cu spite fixate prin suruburi se comporta
deasemena satisfacator in exploatare, dar imbinarile constituie
surse permanente de defectiuni, ceea ce impune o supraveghere
atenta si permanenta. Moletele cu coraoana turnata din otel sau
presata din15 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.Mlaminate si cu spitele
profilate prinse prin sudura de butuc si coroana se remarca atat
prin comportare buna in exploatare, prin simplitatea constructiei
si executiei, cat si prin masa si moment volant
reduse(fig.1.4).
Fig. 1.4 Coroana unu a moletei se toarna din doua jumatati
asamblate cu suruburi. Spitele doi ale moletei se executa de regula
din profile laminate(U, T, I corniere cu aripi egale sau inegale
cruce cu arii egale, etc.) din otel OL37. Cele mai raspandite sunt
moletele cu spite din profile U , I si tip cruce cu aripi egale.
Butucul moletei se executa in constructie turnata din doua jumatati
asamblate prin suruburi si inele de strangere. Lagarele trei ale
moletei pot fi de alunecare, inclinate in directia rezultantei
fortelor din cabluri, sau lagare de rostogolire cu rulmenti radiali
oscilanti cu butoiase pe doua randuri. Aceste lagare sunt mai
economice fiind in acelasi timp mai sigure in exploatare. Exista
tipuri de captuseli de lemn, cauciuc, piele si material plastic(Fig
1.5).
16
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
b
Fig. moleta cu captuseala dun calupuri de material plastic. a
ansamblu; b sectiune prin coroana.
1.5.
Cele din lemn si cauciuc au o durata de functionare redusa, iar
cele din piele sunt foarte scumpe. Moletele de extractie sau de
deviere pentru instalatiile de extractie muticablu se executa
deobicei in constructie sudata tip placa (fig. 1.6)
17
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
Fig.1.6. Moleta de deviere tip placa pentru instalatii
multicablu Raza de curbura a canalului coroanei moletei se
determina cu relatia: r=0.53d [mm] in care d este diametrul cabului
, mm . Diametrul moletelor de extractie si de deviere se determina
cu relatia DM80d [mm]
4. Cinematica instalatiilor de extractie cu colivii
nebasculante.
18
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MLa aceste instalatii
diagrama de variatie in timp a vitezei (tahograma) are in general
trei faze: faza de accelerare, cand vasul de extractie incarcate
porneste de la rampa inferioara din repaos si ajunge la viteza
maxima la sfarsitul acestei faze; faza de maers cu viteza constanta
(maxima) pana in apropierea rampei de la suprafata (perioada de
regim); faza de decelerare (intarziere) sau de franare, cand viteza
scade de la valoarea maxima la zero in momentul cand vasul de
extractie ajunge la nivelul rampei de descarcare la suprafata.
Valorile acceleratiei a1 si a deceleratiei a3 recomandate de
normele tehnice sunt: pentru transportul de substanta minerala si
de materiale a1 0,8 m/s2 si a3 1m/s2; pentru transportul de
personal a1=a3 0,75m/s2 In multe cazurisi la transportul de
substanta minerala se adopta a1=a3. Astfel perioada de mers in
timpul unui ciclu de extractie se poate scrie: T = t1 + t2 + t3 [s]
unde: t1 durata fazei de accelerare, s; t2 durata fazei de mers cu
viteza constanta, s; t3 durata fazei de decelerare, s. In aceste
faze ale ciclului de extractie, corespunzator duratelor t1, t2 si
t3, vasul de extractie parcurge spatiile h1, h2 si h3: H = h1 + h2
+ h3 [m] Variatia vetezei de extractie in timpul fazei de
accelerare poate fi liniara sau parabolica, in functie de natura
sistemului de actionare. Actionarea asincrona a instalatiilor de
extractie este caracterizata printr-o variatie liniara parabolica a
vitezei in aceasta perioada.
5. Dinamica instalatiilor de extractie.
19
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MVariatia paramatrilor
cinematici in rimpul unui ciclu de extractie atrage dupa sine
variatia momentului de rotatie si in consecinta si a fortelor la
periferia organului de antrenare a cablului. Conform celor
cunoscute din mecanica teoretica, momentul motor la arborele
organului de infasurare este echilibrat de momentele fortelor
statice, de frecare si a celor dinamice: M= Mst + Mfr + Md Unde: M
momentul motor; Mst momentul static; Mfr momentul fortelor de
frecare Md momentul dinamic Tinand seama de faptul ca bratul
fortelor ce actioneaza la periferia organului de infasurare este
raza R a acestuia, expresia [2.3] se poate transcrie si in functie
de forte: F= Fst + Ffr + Fd [2.4] [2.3]
unde Fst, Ffr, Fdsunt corespunzator fortelor statice, de frecare
si dinamice de la periferia organului de infasurare. Momentul
fortelor dinamice se poate exprima prin relatia: Md = Fd*R = R*a*m
in care: a acceleratia; m suma maselor in miscare, redusa la
periferia organului de infasurare. Tinand seama de faptul ca viteza
periferica este v=*R si ca acceleratia reprezinta variatia vitezei
functie de timp, se poate scrie: a= [2.6] [2.5]
20
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.Munde:
= este acceleratiaunghiulara, s-2; vrcomponenta radiala a
vitezei (variatia in timp a razei), m/s
Astfel, relatia [2.4] devine: M = *R2 *m + *vr*R*m Sau Md = *I +
an*R*m In care I = R2*m momentul de inertie a elementelor in
miscare; an = *vr - componenta normala a vtezei. Inlocuind relatia
[2.8] in expresia [2.3], se obtine ecuatia dinamica generala a unie
instaltii de extractie: M= Mst + Mfr + *I + an*R*m [2.9] [2.8]
[2.7]
Datorita faptului ca majoritatea instalatiilor moderne de
extractie au organe de infasurare cu raza constanta (tobe
cilindrice sau roti motoare mono si multicablu, la care dR= 0),
ecuatia [2.9], devine: M= Mst + Mfr + *I sau impartind cu raza de
infasurare (bratul fortei periferice): F= Fst + Ffr + a* m [3.1]
[3.0]
6. Mecanismul de executie a franelor21 Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.MMecanismul de executie a
franelor consta din saboti de franare si din transmisia cu parghii
ce leaga sabotii de dispozitivul de actionare. Mecanismul de
executie este comun ( la majoritatea cazurilor ) pentru franarea de
manevra si cea de siguranta . Sabotii de frana se confectioneaza
din lemn, ferodo, azbest grafitat sau diverse mase plastice.
Fig. 1.7 Schema de principiu a unei frane cu actionare
pneumatica
22
Suceava 2011
Universitatea Stefan cel Mare F.I.M.M.M
7. Bibliografie
1.
Magyari A. Instalatii mecanice miniere: Editura Tehnica,
Bucuresti, 1990.
23
Suceava 2011
