Proces ładowania należy do procesów najbardziej pracochłonnych, dlatego mechanizacja tego procesu jest potrzebna. Specyficzne warunki ładowania urobku przy eksploatacji odkrywkowej, a przede wszystkim duża różnorodność kopalin użytecznych, systemów eksploatacyjnych, warunków zalegania złoża i duża różnorodność wielkości kawałków ładowanego urobku, bardzo utrudnia mechanizację procesu ładowania. Ze względu na tę specyfikę prac, trwają nieustanne poszukiwania racjonalniejszych, bardziej wydajniejszych i ekonomicznych rozwiązań maszyn ładujących.
Ładowanie urobku (sypkich,kawałkowych-rozluzowanych) oddzielonego od calizny, składa się z trzech czynności:
1)
Zaczerpywania urobku na element ładujący,
2)
Podnoszenie urobku na wysokość środka transportowego,
3)
Wysypywanie zaczerpniętego i podniesionego urobku na będący do dyspozycji środek transportowy.
Ładowanie mechaniczne – wszystkie czynności składowe ładowania są wykonywane wyłącznie tylko mechanicznie za pomocą maszyn noszących nazwę ładowarek.
PODAWARKI
Zadaniem podawarek mających zastosowanie szczególnie na składowiskach urobku oraz w kopalniach odkrywkowych, jest podniesienie urobku na określoną wysokość i wyładowanie go do dowolnych środków transportowych.
Konstrukcyjnie podawarki, budowane przeważnie jako taśmowe, są krótkimi przenośnikami ustawionymi pochyło, z tym że mogą być wykonywane o ramie prostej lub wygiętej. Ramy są wykonywane zwykle ze stalowych rurek. Na ramie umieszcza się wsporniki z krążnikami do prowadzenia taśmy, dwa bębny: napędowy i zwrotny, silnik napędowy i urządzenie do naprężania taśmy.
Wydajność podawarki taśmowej
Gdzie:
S – przekrój pryzmy urobku usypanego na taśmie w m2 zależny od przekroju taśmy B i układu taśmy na krążnikach oraz kąta fi, zsypu naturalnego transportowanego urobku,
γ - masa transportowanego urobku t/m3
v – prędkość taśmy w m/s
k – współczynnik uwzględniajacy wpływ nachylenia taśmy
KOPARKI ŁYŻKOWE JAKO ŁADOWARKI
Koparki jednonaczyniowe łyżkowe niezależnie od pracy przy urabianiu skał miękkich, sypkich i kruchych, bardzo często mają zastosowanie do ładowania w przodkach skały wcześniej urobionej. Cykliczny charakter pracy koparek łyżkowych nie zapewnia w pełni wymogów ładowania, gdyż podwozie gąsienicowe koparek nie nadaje się do szybkiego przemieszczania maszyny w obrębie przodku. Dlatego do współpracy z koparkami jako ładowarkami stosuje się elastyczny transport samochodowy, który pozwala na rytmiczny odbiór urobku.
Koparki łyżkowe mogą pracować jako ładowarki podczas prac przeładunkowych w poziomach roboczych i na składowiskach .
ŁADOWARKI ŁYŻKOWE
Głównymi zespołami ładowarek łyżkowych są: podwozie – służące do przemieszczania maszyny na podłożu oraz zespół ładujący (łyżka z wysięgnikami), którym zostaje urobek zaczerpnięty i przeładowywany do innych środków transportowych. Różnią się one między sobą cechami konstrukcyjnymi, sposobem wyładowania urobku (ruchem łyżki) i rodzajem podwozia (najczęściej oponowe lub gąsienicowe). Obecnie zdecydowana większość ładowarek łyżkowych produkowana jest na podwoziach oponowych (ogumionych). Są to prawie wyłącznie ładowarki z napędem roboczym hydraulicznym, najczęściej z rozładunkiem przednim.
Samojezdne ładowarki łyżkowe należą do maszyn ciągnikowych do robót ziemnych, które charakteryzuje siła uciągu, tzw. siła na haku, uzyskiwana przez sprzężenie maszyny z podłożem. Innymi słowy proces urabiania i napełniania łyżki jest efektywny tylko przy udziale uciągu (ruchu) podwozia. Ładowarki łyżkowe należą do maszyn o cyklicznym procesie urabiania i ograniczonym zasięgu transportu, których zadaniem jest urabianie lub czerpanie materiałów łatwo urabialnych (sypkich, miękkich, kruchych) i podawanie ich na inne bliskie miejsca do wyładowania na urządzenia stałe lub transportowe (np. maszyny przeróbcze, przenośniki taśmowe, samochody odstawcze itp.), bądź też na składowiska. Samojezdne ładowarki łyżkowe na podwoziach oponowych charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi pojemnościami łyżek, bo już od 0,5 m3 do ponad 30 m3, i stosunkowo dużymi prędkościami
jazdy: od 30 do 50 km/h (na podwoziach gąsienicowych do 8 km/h), dlatego też stosowane są w kopalniach odkrywkowych do najrozmaitszych prac i w różnych miejscach.
Niezależnie od przeznaczenia i konstrukcji wszystkie ładowarki jednołyżkowe składają się z dwóch podstawowych zespołów: zespołu jezdnego i ładującego (łyżka z wysięgnikiem).
Jedną z cech różniącą ładowarki jednonaczyniowe (łyżkowe) od koparek jednonaczyniowych łyżkowych jest to, że ładowarki pracują wyłącznie ponad poziomem, na którym się poruszają
i mogą urabiać ściany o wysokości od 5,0 do 10,0 m z praktycznie minimalnymi możliwościami schodzenia w dół poniżej poziomu, na którym funkcjonują. W światowym górnictwie odkrywkowym kopalin pospolitych urabianych ze złóż suchych wyraźnie zarysowują się tendencje zastępowania koparek łyżkowych ładowarkami łyżkowymi. Firmy oferują coraz więcej typów ładowarek i ich modyfikacji, przystosowanych parametrami technicznymi do trudnych i czasami bardzo uciążliwych warunków pracy.
Zastosowanie ładowarek łyżkowych do mechanizacji procesów wydobywczych kopalin pospolitych jest w wielu przypadkach bardzo efektywne ze względu na dużą mobilność i możliwość wykonywania prac, które w przypadku użycia koparki łyżkowej wymagają stosowania maszyn pomocniczych (do wykonywania i utrzymywania dróg, oczyszczania złoża, równania terenu itp.). Niezależnie od rodzaju wykonywanej pracy i swojej mobilności, mogą współpracować one z każdym innym środkiem transportu.
Do podstawowych zalet hydraulicznych ładowarek jednołóżkowych należą:
• duże możliwości manewrowe,
• znaczna prędkość jazdy (po drogach utwardzonych – 30-50
km/godz., a po drogach terenowych – od 5-20 km/godz.),
• duże wydajności (spore pojemności stosowanych łyżek),
• korzystne wskaźniki materiałochłonności i energochłonności,
• niższa cena w porównaniu do koparek jednonaczyniowych
łyżkowych.
Wadami ładowarek jednołyżkowych są:
• małe siły kopania,
• duży czas cyklu roboczego,
• stosunkowo mniejsze zasięgi urabiania i wyładunku w porównaniu
do koparek łyżkowych,
• trudności z poruszaniem się po śliskim i grząskim terenie,
• większe zagrożenia przy wyładunku na samochody (możliwość
uszkodzenia ze względu na konieczność bliskiego
podjazdu samochodu).
Wymienione wyżej eksploatacyjne zalety ładowarek łyżkowych oraz szeroki zakres ich produkcji (ładowność łyżek do 35 m3, moce napędów od 50 do 1000 kW) spowodowały, że ładowarki jednołyżkowe uznane zostały jako niezbędne wyposażenie technologiczne w kopalniach odkrywkowych. W praktyce do urabiania kopalin pospolitych stosuje się ładowarki o pojemności łyżek od 4 do 8 m3, przy mocach silników od 130 do 514 kW, wydajnościach od 300 do 800 m3/h, a nawet większych.
Wydajność teoretyczna ładowarek łyżkowych wynika z
założeń konstrukcyjnych, w tym prędkości ruchów roboczych,
a określa się ją jako stosunek objętości nominalnej łyżki do
czasu trwania cyklu:
[ m3/h ],
gdzie :
V – objętość znamionowa (z nadsypem) łyżki, m3,
Tc – teoretyczny czas trwania cyklu pracy, s.
Całkowity czas cyklu pracy ładowarki jest sumą czasów
składowych, a mianowicie:
Tc = t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6 + t7 + t8 + t9,
gdzie : t1 – czas napełniania łyżki,
t2 – czas podnoszenia łyżki do pozycji transportowej wraz z
czasem wycofywania maszyny,
t3 – czas podjazdu ładowarki do środka transportowego,
t4 – czas podnoszenia i dostawienia łyżki do wyładunku urobku,
t5 – czas opróżniania łyżki,
t6 – czas opuszczania łyżki w położenie transportowe i wycofanie
maszyny,
t7 – czas jazdy powrotnej,
t8 – czas opuszczania i dostawiania łyżki do jej napełniania,
t9 – sumaryczny czas potrzebny na przełączanie dźwigni przy
poszczególnych ruchach, uzależniony od rozwiązania konstrukcyjnego
i wprawy obsługującego.
Czasy t1, t2, t4, t5, t6, t8 zależą przede wszystkim od konstrukcyjnych cech ładowarki, tj. od średnich prędkości liniowych i kątowych oraz drogi i kątów wychylenia członów maszyny w poszczególnych ruchach. Występują one w każdym cyklu roboczym i są wartościami niemal stałymi, a ich suma razem z czasem t9 jest minimalnym czasem cyklu roboczego ładowarki. Czasy t3 oraz t7 zależą natomiast od długości drogi jazdy, która jest wartością zmienną, oraz od prędkości jazdy.
W eksploatacji podstawową porównawczą wielkością produkcyjną jest wydajność techniczna, która określa maksymalną zdolność produkcyjną ładowarki w danych rzeczywistych warunkach pracy. Zależy ona między innymi od rodzaju zaczerpywanego ośrodka, rodzaju i stanu podłoża, umiejętności operatora – zatem uwzględnia rzeczywisty średni czas cyklu i oblicza się ją z zależności:
, m3 / s,
gdzie : Kn – współczynnik napełnienia łyżki zależny od rodzaju
materiału i jego granulacji, Kn = (0,7-1,3),
Ks – współczynnik spulchnienia,
Trz – rzeczywisty średni czas cyklu pracy, s.
W praktyce, przy prowadzeniu eksploatacji, zachodzi konieczność określania wydajności efektywnej Qe, a więc z uwzględnieniem pracy zmianowej, warunków i organizacji pracy, podstawiania środków transportowych, zamierzonych i niezamierzonych przerw i postojów w pracy, konserwacji itp., co można wyrazić jako:
gdzie Kw oznacza współczynnik wykorzystania czasu pracy ładowarki w danych warunkach
organizacyjnych.
Podobnie określa się wydajność eksploatacyjną (ruchową) Qr uzyskiwaną w ciągu roku eksploatacji maszyny, która z kolei uwzględnia czasy zmiany miejsca pracy ładowarki, czasy napraw głównych, średnich itp., co można zapisać jako:
gdzie Ke oznacza współczynnik strat czasu pracy.
Inne rodzaje ładowarek
Wkopalniach odkrywkowych eksploatujących żwiry i kruszywo dla drogownictwa, spotyka się na składowiskach lekkie ładowarki do ładowania przesortowanych minerałów.
W kopalniach eksploatujących żwiry, popularne są ładowarki ślimakowe, które za pomocą organu roboczego składającego się z dwóch przenośników ślimakowych zaczerpują urobek ze składowiska i podają go na odchylny przenośnik taśmowy, którym urobek zostaje skierowany na środki transportowe. Wydajność takiej ładowarki wynosi 8-40 m3/h. Szerokość taśmy przenośnika załadowczego 500mm, a długość wysięgnika 8m. Ogólna moc zainstalowanych silników wynosi 8,5kW.
Na składowiskach kruszywa pracują również ładowarki tarczowe (frezowo-tarczowe). Elementem nagarniającym urobek jest jedna lub dwie tarcze faliste, a elementem podnoszącym i wysypującym urobek do środków transportowych jedna podawarka zgrzebłowa lub dwie podawarki taśmowe.
W czasie ładowania ładowarka podjeżdża do pryzmy wgłębiając się głowicą ładującą w urobek. Tarcza falista obracając się rozluźnia i zagarnia urobek, a obracający się z większą prędkością ekscentrycznie umieszczony zbieżny bęben przyspieszający, kieruje i przekazuje zagarnięty urobek na podawarkę taśmową. Ładowarki tarczowe budowane są na podwoziach z kołami ogumionymi lub na gąsienicach. Zaletami ładowarek tarczowych są: prosta budowa i duża wydajność łądowania (nie spotykana dotychczas przy małych maszynach) wynosząca średnio 120t/h i więcej. Ładowarki te nadają się do różnego rodzaju rozdrobnionego urobku i są mało czułe na zawodnienie przodka. Mogą pracować przy nachyleniu spągu od -10 do +10 stopnia. Dużą zaletą kwalifikującą te maszyny nawet do najbardziej odległych zakładów jest to, że napęd elektryczny ładowarki można zamienić na napęd sprężonym powietrzem.
