Безопасность технологических процессов при производстве кровельных рулонных материалов

     Для разработки грунтов и легких скальных пород используют рабочие органы в виде:

1)зуба для рыхления и измельчения разрабатываемой среды до требуемых для дальнейшей разработки размеров;

2)прямого или дискового ножа, отделяющего разрабатываемую среду от массива и подающего ее в ковш, на отвальную поверхность и т. д. (грейдер-элеваторы, скреперы и др.);

3)прямого или косо установленного отвала, производящего отделение грунта от массива, формирование и резание стружки, накопление и перемещение разрабатываемой среды перед рабочим органом или отодвигание ее в сторону от направления движения (бульдозеры, автогрейдеры и др.);

4)ковша, осуществляющего отделение среды от массива, формирование стружки и ее проталкивание внутрь, накопление и транспортировку и т. п. (ковш экскаватора, погрузчика, траншеекопателя и др.). 
 
 
 

     В общем случае процесс взаимодействия рабочего органа с разрабатываемой  средой включает внедрение, резание  и копание (бульдозеры, автогрейдеры, скреперы и другие, землеройные и  землеройно-транспортные машины) или деформирование определенной части среды в массиве.

     При внедрении предусматривается создание путем давления и перемещения  рабочего органа такого предельного  состояния разрабатываемой среды, которое обеспечивает ее разрушение и проникновение в нее рабочего органа на необходимую глубину для последующей разработки.

     

     Резание представляет собой процесс отделения  разрабатываемой среды от массива  с последующим ее перемещением по клиновидному рабочему органу и формированием  стружки или призмы волочения в зависимости от физико-механических качеств среды и параметров рабочего инструмента.

     Копание подразумевает совокупность процессов, включающую резание, формирование стружки  и ее перемещение в набранной  призме волочения или объеме разрабатываемой  среды, ранее набранном в рабочий орган (например, ковш), перемещение набранного объема разрабатываемой среды и т. д.

     Грунты  состоят из твердых минеральных  частиц, воды и газообразной среды. При отрицательных температурах в состав грунта входит лед. Физические и механические свойства грунтов зависят от гранулометрического состава (процентного соотношения частиц различного размера), влажности и плотности. Сопротивление грунтов разработке зависит от прочностных показателей и от вида рабочего органа машины.

     Полезные ископаемые, используемые в качестве сырья для производства строительных материалов, добывают открытым способом в карьерах. К основным элементам карьера относят траншеи, уступы, отвалы.

    Экономическую целесообразность применения разработки горных пород открытым способом определяют по коэффициенту вскрыши (м³/м³):

=

    где — количество вскрышных пород, разрабатываемых для обеспечения добычи полезного ископаемого, м³; — количество полезного ископаемого, которое можно получить при удалении м³ пустой породы, м³.

    Сопротивление внутреннему сдвигу горных пород и насыпных материалов (в Н):

    где — начальное сцепление (сопротивление сдвигу, определяемое опытным путем по специальной методике, Н/м²; для сыпучих материалов принимают = 0; F — площадь сдвига, м²; Р — сила нормального давления на плоскость сдвига, Н; - коэффициент внутреннего трения покоя материала.

    Сопротивление горных пород и насыпных материалов сдвигу по опорной поверхности, выполненной  из сплошного твердого материала, T₁ = P , а для сдвига по наклонной опорной поверхности:

    где Р — сила прижатия материала к опорной поверхности (Р= ), H; G — сила тяжести материала и вертикальные составляющие внешних сил, действующих на материал, Н; — коэффициент трения скольжения для данного материала и опорной поверхности; — угол наклона опорной поверхности, град.

    Бульдозеры. Применяют для послойного резания грунта, перемещения его на небольшое расстояние и укладки с разравниванием или штабелированием.

    Производительность  неповоротных бульдозеров (в м³/ч):

где — объем грунта в разрыхленном состоянии, находящийся перед отвалом в конце транспортирования (объем призмы волочения), м³;

-—продолжительность цикла, с; — коэффициент уклона;

— коэффициент использования  бульдозера во времени (0,8-0,9);

 — коэффициент разрыхления  грунта, т. е. отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта такой же массы в естественноплотном состоянии.

      Объем призмы волочения можно определить из предположения, что разрыхленный материал перед отвалом размещается  под углом естественного откоса в виде горизонтально расположенной  призмы (рис. 1) и при перемещении отвала частично теряется, округляя призму у оснований. В этом случае объем призмы волочения (в м³):

,

где В и Н — ширина и высота отвала, м; k_n — коэффициент потери материала, зависящий от дальности транспортирования L_T, выраженной в м (к_п=0—1,005 L_T); — угол естественного откоса разрыхленного грунта, град.

     Объем призмы волочения зависит от отношения  высоты отвала к его ширине и от физических свойств грунта. С учетом этих факторов объем призмы волочения (в м³):

где В и Н — ширина и высота отвала, м; k_пp — коэффициент призмы, установленный экспериментально и зависящий от свойств грунта и соотношения размеров отвала.

      Определим ширину площадок уступов карьера песчаноглинистых и глинистых пород для меньших предельных значений высоты уступа и угла устойчивого откоса рабочего и нерабочего уступов, если угол откоса рабочего борта карьера = 20°.

       Построим схему.  Из схемы (рис.2) видно, что если высота уступа В (в м), угол откоса рабочего борта карьера — , предельный угол устойчивого откоса нерабочего уступа — и предельный угол устойчивого откоса рабочего уступа — , а заложение соответствующих откосов — b, b₁ и b₂ ,то ширина площадки нерабочего уступа (в м)

,

а рабочего уступа:  

принимая  по таблице 1 предельные значения высоты уступа Н=26,5 м, , , находим В₁ и В₂:       

 

Ширина  площадок песчаных и глинистых уступов  карьера равны 18,403м  и 36,98м. 
 
 

2.2 Расчёт  основных размеров и параметров  работы экскаваторов

     Одноковшовые  экскаваторы используют для выполнения наиболее тяжелых и трудоемких работ, связанных с копанием грунта, т. е. с отрывом части его от целого массива, с перемещением порции грунта в ковше на небольшое расстояние путем поворота платформы и с погрузкой его в транспортные средства.

     Одноковшовые экскаваторы имеют различное рабочее оборудование. Наиболее широко применяют оборудование прямой механической лопатой, которая характеризуется жесткой связью ковша и стрелы и значительным опрокидывающим моментом, возникающим при копании, что существенно ограничивает длину стрелы экскаватора.

     Длину стрелы (в м) одноковшового экскаватора, оборудованного прямой механической лопатой, рассчитывают по эмпирической формуле:

где G — масса экскаватора, т; k — коэффициент, равный 1,9-4-2,1 для универсальных и 1,85 для карьерных экскаваторов, Работают одноковшовые экскаваторы циклично.

     Теоретическая производительность одноковшового экскаватора является условной и равна объему грунта, который экскаватор смог бы добыть за 1 ч непрерывной работы при расчетной продолжительности цикла и соответствии объема каждой порции грунта, добытой за один цикл, геометрической емкости ковша. Теоретическая производительность (в м³/ч):  

где q — геометрическая емкость ковша, м³; п₀ — теоретическое число циклов в минуту при углах поворота платформы на разгрузку и в забой, равных 90°, высоте забоя, равной высоте расположения напорного вала экскаватора и при расчетных скоростях и усилиях:

— теоретическая продолжительность цикла, с.

     Техническая производительность учитывает реальные условия работы, т. е. свойства разрабатываемого грунта, его разрыхляемость, степень  заполнения ковша, особенности забоя, но не учитывает простой экскаватора. Следовательно, это наибольшая производительность, возможная в данных условиях при непрерывной работе.

     

     Эксплуатационная  производительность учитывает особенности работы за какой-либо период в конкретных условиях, в том числе и допустимые по проекту работ простои. Эксплуатационная или фактическая производительность (в м³/ч) одноковшовых экскаваторов:

где q — геометрическая емкость ковша, м³; п — фактическое количество циклов в 1 мин (для строительных и карьерных экскаваторов n=2-4); k_н — коэффициент наполнения ковша (k_н=0,55-1,5); k_и — коэффициент использования экскаватора во времени, равный отношению числа часов чистой работы экскаватора к продолжительности рабочих смен отчетного периода (к_и=0,70,8); k_p — коэффициент разрыхления грунта (см. табл. 4).

     Коэффициенты  наполнения ковша и разрыхления  грунта зависят в основном от свойств  грунта, а потому их отношение объединяют одним понятием — коэффициентом  экскавации грунта (k_э=k_н / k_p), изменяющимся от 0,6 для скальных пород до 0,87 для сыпучих пород (песок, суглинок, торф). Производительность (в м³/ч):              

Геометрическая  емкость ковша (в м³):         

где с  — коэффициент, учитывающий форму  днища и закругления стенок ковша (с = 0,9 — для ковша с зубьями, с=0,75 — для ковша с полукруглой режущей кромкой); В, Н, L — соответственно ширина, высота и длина ковша, измеренные по расстояниям между внутренними поверхностями соответствующих стенок ковша, а также днищем и верхней кромкой стенки ковша, м.

     Для прямой и обратной лопаты высоту ковша Н измеряют от стенки с зубьями на середине ее длины до стенки, к которой крепится рукоять. При более точном определении объема ковша Н и L рассчитывают как средние значения предельных величин, ввиду того, что, например, ковш прямой лопаты для удобства разгрузки расширяется книзу. Продолжительность цикла (в с):

t_к — продолжительность копания, с; t_n — полное время поворота на выгрузку, с; t_в — продолжительность выгрузки ковша, с; t_n' — полное время поворота для возвращения ковша в забой.

Емкость и основные размеры  ковшей одноковшовых экскаваторов

наименование  ковшей	емкость ковша с учетом коэффициента закруглений	Внутренние размеры ковша, м
		ширина, В	высота, Н	длина, L
Прямая  лопата с зубьями	q=0,9BHL	B=1.2	H=	L=0.92
Прямая лопата с полукруглой режущей кромкой	q=0,75BHL	B=1.2	H=	L=1.1
Обратная лопата с зубьями	q=0,69BHL	B=1.2	H=0.9	L=1.35
Обратная лопата с полукруглой режущей кромкой	q=0,81BHL	B=1.1	H=0.885	L=1.27
Драглайн с зубьями	q=0,86BHL	B=1.2	H=0.75	L=1.3
Драглайн с  полукруглой режущей кромкой	q=0,76BHL	B=1.1	H=0.8	L=1.5