["itemContainer",{"xmlns:xsi":"http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance","xsi:schemaLocation":"http://omeka.org/schemas/omeka-xml/v5 http://omeka.org/schemas/omeka-xml/v5/omeka-xml-5-0.xsd","uri":"http://romeka.rgf.rs/items/browse?tags=%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8+%D0%B1%D0%B0%D0%B3%D0%B5%D1%80&output=omeka-json","accessDate":"2020-09-23T04:41:54+02:00"},["miscellaneousContainer",["pagination",["pageNumber","1"],["perPage","500"],["totalResults","2"]]],["item",{"itemId":"766","public":"1","featured":"0"},["fileContainer",["file",{"fileId":"935"},["src","http://romeka.rgf.rs/files/original/Doktorske_disertacije/DD_Petrovic_Branko/DD_Petrovic_Branko.2.pdf"],["authentication","f1d2eb52877d4e7a0dc09b3186cb0972"],["elementSetContainer",["elementSet",{"elementSetId":"5"},["name","PDF Text"],["description"],["elementContainer",["element",{"elementId":"133"},["name","Text"],["description"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"17046"},["text","UNIVERZITET U BEOGRADU RUDARSKO - GEOLOŠKI FAKULTET\r\nBranko M. Petrović\r\nOPTIMIZACIJA DUŽINE STRELE ROTORNIH BAGERA U FUNKCIJI STABILNOSTI KOSINA I EFEKTIVNOSTI RADA NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA SRBIJE\r\ndoktorska disertacija\r\nBeograd, 2016.\r\nMentor:\r\ndr Vladimir Čebašek, docent, Mehanika stena,\r\nUniverzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet\r\nČlanovi komisije:\r\ndr Vladimir Čebašek, docent, Mehanika stena,\r\nUniverzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet\r\ndr Nebojša Gojković, redovni profesor, Mehanika stena,\r\nUniverzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet\r\ndr Predrag Jovančić, vanredni profesor, Mehanizacija u rudarstvu i energetici, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet\r\ndr Tomislov Šubaranović, docent,\r\nPovršinska eksploatacija ležišta mineralnih sirovina,\r\nUniverzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet\r\ndr Radoje Pantović, redovni profesor, Rudarstvo i geologija,\r\nUniverzitet u Beogradu, Tehnički fakultet u Boru\r\nDatum odbrane:\r\nOPTIMIZACIJA DUŽINE STRELE ROTORNIH BAGERA U FUNKCIJI STABILNOSTI KOSINA I EFEKTIVNOSTI RADA NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA SRBIJE\r\nRezime\r\nRotorni bageri su mašine koje se u današnje vreme najviše primenjuju u procesu masovne eksploatacije uglja zahvaljujući, pre svega, nizu tehničko- eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera. Raznovrsni rudarsko-tehnički zahtevi otkopavanja doprineli su razvoju nekoliko tipova ovih mašina, tako da svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke u odnosu na drugi tip.\r\nPredmet istraživanja u disertaciji odnosi se na izbor optimalne konstrukcije strele bagera i njene usaglašenosti sa uslovima radne sredine koji će vladati na površinskim kopovima lignita Srbije, imajući u vidu složene uslove eksploatacije (velika dubina sinklinalnog zaleganja uglja, neophodnost selektivnog rada, prisutnost nepovoljnih materijala sa stanovišta stabilnosti kosina i dr.).\r\nPolazeći od činjenice da još uvek ne postoji opšte prihvaćena metodologija određivanja optimalne dužine strele rotornog bagera, kao i njenog uticaja na konstrukciju bagera, u disertaciji je definisana celokupna metodologija istraživanja navedenog problema uz analizu i sistematizovanje dosadašnjih saznanja i rezultata istraživanja u ovoj oblasti.\r\nPri izradi doktorske disertacije korišćene su metode modeliranja strele bagera, modeliranja radne sredine i modeliranja rada mehanizacije uz primenu realnih podataka sa površinskih kopova R.B. KOLUBARA i terenskih merenja dinamičkog ponašanja bagera u radu.\r\nImplementacija ovako koncipirane metodologije optimizacije dužine strele rotornih bagera u funkciji stabilnosti kosina, pri otkopavanju lignita Srbije, omogućila bi znatno pouzdanija rešenja, kako same konstrukcije bagera tako i geometrije kopa, tj. njegovih zahtevanih visina i uglova nagiba, uz bolje ekonomske i ekološke učinke.\r\nKljučne reči: površinski kop, parametri bloka, kapacitet, rotorni bager, strela bagera, geomehanika, stabilnost kosina, ekonomija,\r\nNaučna oblast: Rudarsko inženjerstvo\r\nUža naučna oblast: Mehanika stena\r\nUDK:\t621.879:624.131.537(043.3)\r\n624.04:621.879.44(043.3)\r\n1. UVOD\r\nRotorni bager predstavlja samohodnu mašinu kontinuiranog dejstva, namenjenu za otkopavanje jalovine i korisne mineralne sirovine na površinskim kopovima. Danas je, svakako, jedna od najrasprostranjenijih mašina na površinskim kopovima lignita za otkopavanje mekih i srednje tvrdih stenskih materijala. Tokom višedecenijskog razvoja ovih mašina razvijene su konstrukcije koje mogu na zadovoljavajući način da odgovore veoma raznovrsnim rudarsko-tehničkim zahtevima otkopavanja. Ove konstrukcije bagera obezbeđuju visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u radu, zahvaljujući, pre svega, nizu tehničko-eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera. Prednosti rotornih bagera se ogledaju kroz visoku sigurnost u radu, relativno malu ugradnju metala 0.2-1.1 t.h/m3, malu specifičnu potrošnju energije 0.15-0.5 kWh/m3 i visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa 0.8-0.9). Prema DIN standardu svi rotoni bageri dele se na takozvane kompaktne bagere klase A, koji se odlikuju kratkom strelom i konstrukcijom strele od punih zidova, klase B sa rešetkastom strelom i kapacitetom do 6.000 m3/h i klase C sa rešetkastom strelom kapacitetom preko 6.000 m3/h i pretovarnim mostom. Svaki od ovih tipova bagera ima svoje prednosti i nedostatke koji se ogledaju u mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže, nabavnoj ceni i dr. U prethodnom periodu prilikom izbora rotornih bagera nije primenjivana uporedna sveobuhvatna tehno- ekonomska analiza pogodnosti tipa bagera i dužine strele za konkretne uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, pre svega sa aspekta usaglašenosti dužine strele i mogućnosti ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba kosina koji obezbeđuju uslove stabilnosti kosina i bezbednog rada na površinskom kopu.\r\n1.1. Predmet istraživanja\r\nPredmet ovog istraživanja je sveohuhvatna analiza i naučno zasnovana metodologija koja će omogućiti da se izabere optimalna konstrukcija strele rotornog bagera za uslove radne sredine koji će u narednom periodu vladati na našim površinskim kopovima lignita (P.K. RADLJEVO, P.K. POLJE E, P.K. POLJE F, P.K. DRMNO i dr.) imajući, pre svega, u vidu složene uslove eksploatacije kao što su velika dubina sinklinalnog zaleganja, neophodnost selektivnog rada, nepovoljni materijali sa aspekta stabilnosti kosina i dr.\r\nIzbor rotornog bagera i naročito ostvarivanje njegovog projektovanog kapaciteta u realnim uslovima na jednom površinskom kopu u najvećoj meri zavisi od usaglašenosti geometrijskih parametara strele i radnog organa sa uslovima radne sredine. Naime, izbor dužine strele je u direktnoj zavisnosti od mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže i ostvarivanja optimalnih kapaciteta. Rotorni točak (rotor) i strela rotornog točka (strela bagera) predstavljaju dva najvitalnija dela rotornog bagera. Ovi delovi bitno utiču na konstrukciju celog bagera, određuju tehnološke parametre odreska, reza i bloka, njegov proizvodni potencijal i dr.). Povećanjem dužine strele rotornog točka ostvaruju se povoljniji uslovi za otkopavanje kao i parametri bloka. Veoma je važno odrediti optimalnu dužinu strele budući da svako povećanje dužine strele rotornog točka ima za posledicu povećanje mase celog bagera i to linerano, dok se ne zahteva promena prečnika obrtno-oslonog kruga i donje gradnje, nakon čega je povećanje mase daleko veće.\r\nPrevelika dužina strele u odnosu na konkretne uslove radne sredine (broj, moćnost i položaj proslojaka) dovodi do osetnog povećanja mase bagera, a samim tim i njegove nabavne cene. Obrtnuto, poddimenzionisana dužina strele ima za posledicu osetan pad vremenskog i kapacitetnog iskorišćenja bagera, odnosno smanjenje koeficijenta efikasnosti rada bagera u bloku i nemogućnost ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba bočnih kosina i dr., a pri tome, uslovi rada su manje bezbedni.\r\n1.2. Cilj istraživanja\r\nIz navedenog se vidi da je osnovni cilj istraživanja da se analizom teoretskih i eksperimentalnih istraživanja rada rotornih bagera izvrši optimizacija dužine strele rotornog bagera za uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, a u funkciji veće stabilnosti otkopnih etaža.\r\nPrimenjenom metodologijom obuhvaćeni su iskustveni podaci i dosadašnja istraživanja, savremeni postupci i metode istraživanja u ovoj oblasti. Razvojem algoritma samog toka istraživanja, uz primenu računara, omogućiće se stvaranje preduslova za izbor optimalne dužine strele rotornog bagera i njegove konstrukcije.\r\nDobijeni rezultati obezbediće bolju efektivnost rada rotornih bagera u sklopu kontinualnih sistema i postizanje pozitivnih ekonomskih efekata što će doprineti pravilnom izboru bagera pri otvaranju novih površinskih kopova.\r\n1.3. Osnovne hipoteze\r\nPolazeći od tih činjenica, a posebno uzimajući u obzir da još uvek ne postoji opšte prihvaćena metodologija određivanja optimalne dužine strele rotornog bagera u uslovima radne sredine lignitskih basena Srbije, kao i njihovog uticaja na konstrukciju bagera, u doktorskoj disertaciji definisana je celokupna metodologija istraživanja navedenog problema uz analizu i sistematizovanje dosadašnjih saznanja i rezultata istraživanja u ovoj oblasti .\r\nNa površinskim kopovima izvršena su ispitivanja prvenstveno uticaja dužine strele na ostvarivanje tehnoloških parametara, odnosno mogućnost napredovanja u okviru podetaže, ostvarivanje širine bloka, ostvarivanje uglova nagiba bočnih kosina i proračun kapaciteta za konkretne uslove.\r\nDobijeni rezultati omogućiće pravilan izbor strele rotornog bagera što će uticati na veću sigurnost rada, bolju efektivnost rada rotornih bagera i BTO sistema (bager-traka-odlagač) kada se selektivno otkopavaju jalovina i ugalj, bolju stabilnost radnih i završih kosina, postizanje pozitivnih ekonomskih efekata i doprineti pravilnom izboru bagera pri otvaranju novih površinskih kopova.\r\nPrilikom izrade ove disertacije korišćeni su savremeni programski paketi za modeliranje strele primenom metode konačnih elementama, za modeliranje i proračun rada bagera u selektivnom radu, programski paketi za modeliranje i proračun stabilnosti kosina, kao i programski paketi za ekonomsku analizu.\r\n1.4. Metodologija istraživanja\r\nIstraživanja u okviru doktorske disertacije su realizovana na teorijskom i eksperimantalnom nivou. Na taj način, potpuno je sagledan, otvoren i determinisan problem, sagledana su moguća rešenja i odabrana optimalna, a pri tome je i izvršena praktična provera dobijenih rezultata.\r\nPri izradi doktorske disertacije korišćene su metode modeliranja rada mehanizacije, kao i metode konačnih elemenata za modeliranje radnog organa rotornog bagera (rotora) i modeliranje radne sredine u cilju određivanja dinamičkog ponašanja i tehničko-tehnoloških mogućnosti rotornih bagera, u cilju pravilnog izbora konstrukcije bagera.\r\nProvera definisane metodologije istraživanja je obavljena sa realnim podacima sa površinskih kopova R.B. KOLUBARA i terenskim merenjima dinamičkog ponašanja rotornog bagera u cilju izbora optimalnih parametara rada bagera tako da dobijeni razultati mogu biti korišćeni za izbor optimalne dužine strele rotornih bagera prilikom izbora i kupovine mehanizacije za potrebe novih rudnika lignita Srbije.\r\nMetodologija istraživanja je prikazana na Slici 1.1. i sastoji se iz tri faze: faze sistemske analize, faze modeliranja i faze optimizacije. Istraživanjem je obuhvaćeno:\r\n• Analiza celokupne problematike, posebno pristup uticajnim faktorima, stabilnosti kosina, dijagnostici ponašanja i proučavanju postojeće literature ;\r\nIzrada modela strele rotornog bagera metodom konačnih elemenata ; Proračun sopstvene frekfence i dinamičkog ponašanja radnog organa;\r\nIzrada simulacionog modela rada rotornog bagera i proračun parametra bloka i podetaže za različite tipove rotornih bagera i dužine strela ;\r\nIzrada modela radne sredine za proračun njene stabilnosti ; Terenska merenja dinamičkog ponašanja strele i potvrda modela ; Obrada i ekonomska analiza dobijenih rezultata ; Diskusija i zaključak.\r\nSlika 1.1. Metodologija istraživanja\r\n1.5. Naučni doprinos disertacije\r\nTema doktorske disertacije obuhvata istraživanje veoma aktuelne i značajne problematike iz oblasti površinske eksploatacije i izbora opreme za rad u složenim uslovima radne sredine (velika raslojenost uglja, složeni uslovi zaleganja i dr.). Posebna pažnja biće posvećena detaljnom izučavanju i analizi uticaja dužine strele na obezeđenje stabilnih kosina (izrada blagih kosina pri projektovanim visinama kopanja), kao i uticaj na efektivnost procesa rada bagera i ukupnu ekonomiku eksploatacije.\r\nNa osnovu postavljenih ciljeva i zadataka, disertacija treba da pruži naučni doprinos kroz:\r\n• detaljno izučavanje i analizu uticaja fizičko-mehaničkih svojstava radne sredine na stabilnosti kosina, odnosno na efektivnost procesa rada rotornog bagera ;\r\n• definisanje metodologije za izradu simulacionog modela stabilnosti kosina i rada rotornog bagera ;\r\n• definisanje metodologije za izradu modela radnog elementa rotornog bagera (strele bagera) metodom konačnih elemenata i terenskih merenja koja će verifikovati model rada bagera i dinamičko ponašanje pri otkopavanju u složenim uslovima radne sredine ;\r\n• izbor optimalne dužine strele rotornih bagera za uslove radne sredine površinskih kopova lignita u Srbiji.\r\nSa realizacijom ovako postavljenih istraživanja stvoriće se uslovi za definisanje metodologije za optimalan izbor dužine strele uz smanjenje troškova eksploatacije.\r\n1.6. Primenljivost rezultata istraživanja\r\nMetodologija optimizacije dužine strele rotornih bagera u funkciji stabilnosti kosina i efektivnosti rada na površinskim kopovima lignita Srbije je veoma aktuelna jer do sada prilikom izbora rotornih bagera nije vršena naučna i tehno-ekonomska analiza pogodnosti tipa bagera i optimalne dužine strele za konkretne uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, pre svega sa aspekta usaglašenosti dužine strele i mogućnosti ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba kosina u cilju ostvarivanja stabilnosti kosina i bezbednog rada na površinskom kopu. Predložena metodologija će stvoriti preduslove da za složene uslove radne sredine koji se očekuju u narednom periodu (P.K. POLJE E, P.K. RADLJEVO i dr.) izvrši izbor, kako optimalnog tipa bagera, tako i optimalne dužine strele. Ovakvim pristupom će se se omogućiti bezbedniji rad sa jedne strane, a sa druge strane postići će se maksimalni ekonomski efekti rada rotornih bagera.\r\nKako se za nove površinske kopove očekuje nabavka novih rotornih bagera, metodologija i integralni tehno-ekonomski model biće prihvatljivi već u fazi izrade tehno-ekonomske dokumentacije za otvaranje kopova i nabavku nove opreme.\r\n1.7. Struktura disertacije sa kratkim pregledom poglavlja\r\nPostavljeni ciljevi i metodologija istraživanja odredili su osnovni sadržaj disertacije koji je struktuiran u dvanaest poglavlja.\r\nU prvom poglavlju dat je prikaz postavke i opis problema, ciljevi, osnovne hipoteze, primenjena metodologija i primenljivost istraživanja, kao i kratak prikaz sadržaja rada.\r\nU drugom poglavlju dat je kratak pregled istraživanja i iskustava u predmetnoj oblasti, kako u zemlji, tako i u inostranstvu.\r\nU trećem poglavlju date se teoretske osnove rada rotornih bagera, počev od konstruktivnih karakteristika, preko tehnologije rada i kapaciteta.\r\nČetvrtim poglavljem opisano je modeliranje radne sredine na površinskim kopovima lignita, uz navođenje metoda i programskih paketa koji se tom prilikom koriste da bi se što realnije definisao prostor budućih površinskih kopova. U ovom poglavlju istaknut je značaj procesa modeliranja u svim periodima površinske eksploatacije.\r\nU petom poglavlju dat je prikaz teoretskih osnova proračuna stabilnosti kosina (uticajni faktori, karkter uticaja kada se koji faktor uzima u obzir, sadržaj i obim potrebnih laboratorijskih ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava materijala i metode proračuna). Prikazan je proračun faktora stabilnosti parcijalnih kosina za različite visine i nagibe etaža za uslove radne sredine R.B. KOLUBARA.\r\nU šestom poglavlju analizirano je dinamičko ponašanje i naponsko stanje strele bagera u funkciji promene dužine strele. Određene su promene sopstvenih frekfencija, mase strele i napona u funkciji dužine strele. Modeliranje je izvršeno metodom konačnih elemenata.\r\nU sedmom poglavlju prikazana su terenska ispitivanja dinamike rada rotornog bagera u konkretnim uslovima radne sredine R.B. KOLUBARA, čime je potvrđena verodostojnost modela.\r\nU osmom poglavlju izvršena je analiza tehnoloških mogućnosti za različite tipove rotornih bagera. Pre svega, razmatran je uticaj dužine strele bagera na ugao nagiba bočne kosine, širinu bloka, dužinu otkopavanja bloka u jednom tehnološkom ciklusu, kao i na sigurnosno rastojanje koje se može ostvariti između bagera i etaže. Posebno je razmatran uticaj dužine strele na kapacitet rotornog bagera, odnosno na efikasnost rada u okviru bloka kao i uticaj na stabilnost kosina i bezbedan rad bagera.\r\nU devetom poglavlju izvršena je ekonomska analiza u funkciji promene dužine strele rotornog bagera. Uzeta su u obzir neophodna investiciona ulaganja koja su neophodna zbog promene dužine strele, kao i ekonomski efekti koji se dobijaju sa povećanjem dužine strele.\r\nU desetom poglavlju data su zaključna razmatranja vezana za istraživanje uticaja promene dužine strele rotornih bagera.\r\nU jedanaestom poglavlju dat je pregled korišćene literature.\r\n2. PREGLED DOSADAŠNJIH ISTRAŽIVANJA I ISKUSTAVA U OVOJ OBLASTI\r\nStrela bagera čini najopterećeniji i najbitniji deo konstrukcije bagera, učestvujući sa svega 6 do 13 % u masi celog bagera. Njena dužina se bira u zavisnosti od tehnoloških zahteva otkopavanja ležišta, a mora biti usklađena i sa konstruktivnim mogućnostima bagera. Na osnovu zahteva tehnologije otkopavanja koja je usaglašena sa fizičko-mehaničkim svojstvima ležišta, stvaraju se uslovi za izbor optimalnih parametara bagera, a samim tim i za određivanje potrebne dužine strele.\r\nSlika 2.1. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na težinu bagera (G) različitih kapaciteta\r\nRuski stručnjak H.r. Dom6pobckhh je u svojoj monografiji MHOrOKOBiuOBbiE 3KCKABATOPBI [12] naznačio faktore od kojih zavisi dužina strele bagera. Konstruktivna šema bagera (prečnik rotora, visina zgloba oslonca strele, poprečni presek strele, gabariti gusenica itd.), zadata tehnologija i rudarsko-geološki uslovi rada (karakteristike i sastav materijala u kojima radi bager, visina i dubina kopanja, nagibi čeonih i bočnih kosina itd.) su najznačjniji od njih. Promena težine bagera u zavisnosti od dužine strele i prečnika rotora na primeru bagera kapaciteta Q=5000 (m3/h), prikazana je na Slikama 2.1. i 2.2.\r\nSlika 2.2. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) i prečnika rotora (Dp) na težinu bagera (G) kapaciteta Q=5000 (m3/h)\r\nPolazeći od osnovnih podataka, isti autor je dao izraz za proračun minimalne dužine strele :\r\ngde su :\r\nLs - dužina strele bagera (m) ;\r\nHk - maksimalna visina kopanja (m) ;\r\nhz - visina zgloba oslonca strele (m) ;\r\nYmax - granični uglovi nagiba transportera na streli bagera (o).\r\nTakođe, za određivanje dužine strele bagera (Ls) može se koristiti približna zavisnost od prečnika rotora (Drt) :\r\nAutor Thomas Meyer (ThyssenKrupp) u svom radu Otkopavanje i transport uglja na površinskim kopovima uglja sa posebnim osvrtom na selektivno otkopavanje [33], kao i Nenad Veljković (ThyssenKrupp) u svom radu Razvoj kontinualnih rudarskih mašina u rudnicima lignita EPS-a i njihova primena u pogledu selektivnog otkopavanja [66], dali su analizu rada nekih tipova rotornih bagera na kopovima Elektroprivrede Srbije, sa posebnim osvrtom na tip bagera, dužinu strele i njihov selektivni rad. Na osnovu analize urađene uz pomoć programskog paketa CATSIM, identifikovani su oni parametri koji utiču na efikasnost rada rotornog bagera u procesu selektivnog otkopavanja. Ulazni podaci su: visina i širina bloka, uglovi nagiba kosina, teoretski kapacitet, prečnik radnog točka, položaj zgloba strele bagera, dohvat rotora, dimenzije trake, brzina kretanja, brzina okretanja strele bagera i brzina njenog podizanja. Kao rezultat se dobijaju: pojedinačno radno vreme, ukupno radno vreme za jedan blok, efektivni kapacitet i efikasnost bagera. Tom prilikom je zaključeno da u zavisnosti od dužine strele bagera, rotorni bageri otkopavaju blokove određene visine, širine i dužine, tj. sa povećanjem dužine strele bagera povećava se i dužina bloka (Slika 2.3.). Takođe, sa povećanjem zapremine bloka povećava se i efikasnost bagera.\r\nSlika 2.3. - Uticajni faktori na efikasnost rada bagera\r\nŠirina bloka je određena uglom okretanja strele bagera, kao i njenom dužinom (Slika 2.4.). Analiza rada navedenih bagera rađena je za različite visine bloka i to između 8 i 22 m. Kao referentni bager uzet je bager SchRs- 630x25/6 (TIP B). Za selektivno otkopavanje urađene su varijacije ukupne visine kopanja i proizvoljno izabrane visine podetaža. Došlo se do zaključka da ne postoji velika razlika u efikasnosti između bagera tipa (A) i (B), dok je kod bagera tipa (C) uočena kao nedostatak relativno kratka dužina strele bagera (Slika 2.5.).\r\nSlika 2.4. - Određivanje širine bloka\r\nSlika 2.5. - Uporedna analiza efikasnosti rada rotornih bagera tipa (A), (B) i (C)\r\nKao konačni zaključak navedene su prednosti koje duža strela bagera ima u odnosu na kraću, i to:\r\n• duža strela bagera je pogodnija za selektivno otkopavanje u gornjim podetažama;\r\n• duža strela bagera ima manji nagib trake na streli bagera pri radu u gornjim podetažama;\r\n• pri radu sa dužom strelom bagera, smanjuje se interval pomeranja transportera;\r\n• duža strela bagera omogućuje veće dubine kopanja;\r\n• duža strela bagera omogućuje veću dužinu i efikasnost bloka, pa samim tim i veći kapacitet;\r\n• sa dužom strelom bagera moguće je otkopavati etaže koje zahtevaju manje uglove nagiba što je posebno značajno pri radu u materijalu sa slabijim fizičko-mehaničkim svojstvima.\r\nStudija pod naslovom Istraživanje i utvrđivanje tehnološko-tehničkih osnova za projektovanje rotornih bagera za otkopavanje otkrivke i uglja na površinskim otkopima SR Srbije [52], koja je urađena od strane Stručnog tima na Katedri za mehanizaciju rudnika Rudarsko-geološkog fakulteta u Beogradu (1988. godina), imala je za cilj da na osnovu tadašnje Strategije dugoročnog razvoja energetike SR Srbije, utvrđenih rezervi uglja , rudarsko-geoloških uslova u kojima će raditi bageri, stečenih iskustava u dotadašnjoj eksploataciji i nabavci bagera, sagleda mogućnost za izbor, projektovanje i proizvodnju domaćih bagera za otkopavanje uglja i otkrivke na površinskim otkopima u SR Srbiji. Tom prilikom su obrađena dotadašnja iskustva i problematika u nabavci rotornih bagera za površinske kopove SR Srbije. Prikazani su razni tipovi bagera iz mnogih zemalja proizvođača te vrste mehanizacije (DR Nemačka, SSSR, ČSSR, SAD, SR Nemačka), date su njihove konstruktivne karakteristike kao i tehnološke šeme rada na otkrivci, uglju i odlaganju. Takođe su obrađena i poglavlja vezana za razvoj proizvodnje uglja iz površinske eksploatacije, postojeće stanje i dinamiku razvoja površinskih otkopa lignita, geološku građu, inženjersko-geološke i hidrogeološke uslove ležišta, fizičko-mehanička svojstva radne sredine sa definisanjem građe ugljenog sloja, otpore rezanja, geomehaničke uslove stabilnosti kosina i nosivosti tla, instalisane kapacitete, dinamiku proizvodnje uglja i otkrivke, prikaz i analizu uzajamnih zavisnosti geometrijskih i kinematskih parametara bagera i parametara radne sredine, procenu budućih potreba za rotornim bagerima kao i ekonomska razmatranja. Zaključeno je da je za osvajanje proizvodnje rotornih bagera, koji će biti prilagođeni radnoj sredini površinskih kopova Srbije, neophodno angažovanje velikog broja stručnjaka rudarske, mašinske, elektro, građevinske i geološke struke sa prvenstvenim ciljem da se odrede parametri mehanizacije saglasni radnoj sredini u kojoj će oni raditi, urade projekti, organizuje probni rad bagera kao i njihovo uhodavanje. Pri tome, vrlo bitan je i organizacioni faktor kome treba posvetiti izuzetnu pažnju.\r\nU svom magistarskom radu Istraživanje uzajamnog uticaja konstrukcije točka i strele rotornog bagera i njihove pouzdanosti [44], autor D. Polovina je analizom i obradom podataka za veći broj rotornih bagera pokazao značaj i ulogu njihove strele i rotora, tj. njihov uticaj na rad i pouzdanost rotornog bagera. Tom prilikom je naveo i materijale koji se primenjuju za izradu i montažu čelične konstrukcije strele, kao i antikorozionu zaštitu koja se primenjuje za njeno održavanje. Posebno poglavlje posvetio je dužini strele bagera, kao i njenom opterećenju gde je zaključeno da neadekvatno odabrana dužina strele ima za direktnu posledicu preveliku masu bagera ili nedovoljnu visinu otkopavanja.\r\nAutor S. Kovačević je u svom radu Tehničko-tehnološki zahtevi za konstruisanje rotornog bagera pogodnog za površinske kopove lignita u Srbiji [23], dao prikaz zahteva za konstruisanje rotornog bagera za rad na površinskim kopovima lignita Srbije, koji su proistekli iz sagledavanja fizičko- mehaničkih svojstava materijala u kojima će raditi bager, tehničkih parametara bloka i kapaciteta, kao i pretpostavki nekih od bitnih karakteristika tog bagera koji ispunjava napred navedene uslove. Imajući u vidu fizičko-mehaničke karakteristike materijala u kojima će raditi bager, kao i uslove koje treba da ispuni, pretpostavljeni su neki od tehničko-tehnoloških karakteristika koje bi taj bager trebalo da ima:\r\n• teoretski kapacitet između Qt = 3500-4200 rm3/h;\r\n• visina kopanja oko 20 m, sa mogućnošću rada ispod nivelete stajanja do 5m\r\n• specifični pritisak na tlo a p= 10 N/cm2;\r\n• prečnik radnog točka Drt = 12.2 VQ;\r\n• broj istresanja vedrice u min. 44-48;\r\n• brzina rezanja 2,4-2,8 m/s;\r\n• pri konstruisanju bagera težiti da odnos teoretskog kapaciteta (Qt) i ukupne težine bagera (G) bude:\r\nAutori Pavlović V., Ignjatović D., Stepanović S. i Petrović B. su u svom radu Metodologija izbora rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja [38], dali prikaz metodologije izbora rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja na površinskom kopu kolubarskog basena uglja P.K. RADLJEVO. Analizirani su različiti tipovi rotornih bagera (kompaktni i standardni), uz proračun tehnoloških parametara i kapaciteta, kao i utvrđivanje efikasnosti rada, procena troškova nabavke i operativnih troškova. Ulazne podatke za analize prdstavljaju: parametri radne sredine sa najznačajnijim strukturnim karakteristikama, kao što su: debljina i nagib proslojaka u uglju i kvalitet uglja. Fizičko-mehanička svojstva radne sredine utiču na dimenzionisanje otkopavanja sa parametrima bloka i izbor rotornog bagera preko moguće debljine reza i nivoa selekcije, kao i uslova vezanih za stabilnost kosina i nosivost podloge. Za svaki deo okonturenog prostora etaže vrši se interpolacija i interpretacija karakteristika radne sredine i kapaciteta bagera u selektivnom radu za različite vrednosti otpora kopanja uglja i jalovine. Za upoređenje karakteristika standardnih i kompaktnih rotornih bagera posmatrani su sledeći tehničko-tehnološki i ekonomski parametari:\r\n• tehnološke mogućnosti i konstruktivne karakteristike rotornih bagera;\r\n• investicioni troškovi;\r\n• eksploatacioni troškovi i\r\n• troškovi održavanja.\r\nTom prilikom je konstatovano da kompaktni bageri imaju manji koeficijent vremenskog iskorišćenja rada u bloku (odnos proizvodnog i neproizvodnog vremena rada) koji iznosi 0.55 do 0.65, u odnosu na standardne rotorne bagere kod kojih je taj koeficijent od 0.75 do 0.85. Razlozi su brojni i raznovrsni a prevashodno se mogu izdvojiti nedostaci koji se ogledaju u činjenicama da manja dužina strele bagera povlači za sobom manju širinu, manju visinu i manji korak napredovanja bagera u bloku, da nije moguć nesmetani pristup dozera u cilju planiranja trase za nastup bagera, da se formiraju veći uglovi nagiba čeonih i bočnih etažnih kosina i dr. Preliminarna analiza investicionih troškova pokazala je da su kompaktni bageri nešto jeftiniji u nabavci ali da su troškovi održavanja nešto veći kao i da je nešto kraći njihov eksploatacioni vek. Prosečni eksploatacioni troškovi prema sprovedenoj analizi su kod kompaktnih bagera veći za oko 20%. Sprovedena tehno-ekonomska analiza je pokazala da je za uslove radne sredine površinskog kopa RADLJEVO, sa aspekta tehnologije rada i kapacitativnog iskorišćenja, optimalna primena rotornih bagera klase (B). U prilog tome idu i iskustva stečena na površinskim kopovima Tamnave.\r\nIlić Lj. je u svom radu Uticaj geomehaničkih karakteristika na izbor bagera [20], prikazao rezultate višegodišnjeg istraživanja vezanih za uticaj geomehaničkih karakteristika radne sredine na izbor mehanizacije kao i dimenzionisanje geometrije etaža površinskog kopa. U konkretnom slučaju, geomehanika se u rudarstvu razvila u dva pravca i to: oblast definisanja geometrije površinskog kopa i druga oblast, izbor rudarske opreme u zavisnosti od geoloških karakteristika ležišta. Prilikom izbora rudarske opreme za površinski kop sa određenim kapacitetom, veoma je značajno da izabrani bager pored potrebnih tehničko-tehnoloških parametara (kapacitet, visina i širina bloka, nagib etaža) zadovolji i sposobnost kopanja materijala u kome će raditi, što se prvenstveno odnosi na tačan proračun njegove rezne sile. Dosadašnja iskustva pokazuju da se ponekad za definisanje karakteristika rotornog bagera razmatrao samo njegov kapacitet koga on treba da ostvari, a da se zbog zanemarivanja ostalih kriterijuma često dolazilo u nepriliku kao što je slučaj na površinskom kopu SUVODOL, kada je izabran rotorni bager SchRs- 2000, koji nije mogao u potpunosti da iskoristi svoju visinu kopanja zbog problema sa otporima pri kopanju materijala. Zato je neohodno da se nakon definisanja visine i nagiba etaže, tačno odrede i ostale osobine materijala koji se otkopava, a to su tvrdoća, abrazivnost, lepljivost, komadnost, otpori kopanja, tj. rezna sila za čije se određivanje mogu upotrebiti i neke od korelacionih metoda.\r\nAutori Cvetković M., Popović R. i Majstorović J. su u svom radu Geomehanička istraživanja u fazi eksploatacije i njihov značaj [9], dali prikaz neophodnosti geomehaničkih istraživanja u fazi rudarske eksploatacije na površinskim kopovima. Kao pozitivan primer istraživanja u procesu eksploatacije, prikazali su dva slučaja, i to: prvi slučaj se odnosi na P.K. TAMNAVA ZAPAD - RB KOLUBARA, a drugi na površinski kop boksita ZAGRAD - Nikšić. Materijal koji se otkopava, bilo da je reč o mekom tlu ili pak steni, pod dejstvom spoljnih sila se deformiše a toj deformaciji suprotstavljaju se sile unutrašnje veze. Kada spoljne sile porastu do određene veličine i kada prekorače vrednost otpora unutrašnjih sila, tada dolazi do razaranja unutrašnje veze, a time i do rušenja tla. Na ovoj jednostavnoj i osnovnoj pretpostavci zasnivaju se svi inženjerski proračuni, pa time i proračuni stabilnosti radnih etaža i završne geometrije konstrukcije površinskog kopa. Sva istraživanja rudnog ležišta počevši od geoloških preko hidrogeoloških pa do geomehaničkih, koja se obavljaju za potrebe projektovanja rudaraske eksploatacije, bez obzira na obim i vrstu istražnih radova, imaju u većoj ili manjoj meri samo prognozni karakter. Otvaranjem i razvojem eksploatacije površinskog kopa, istraživanja se moraju usmeriti prevashodno na detaljno inženjersko-geološko kartiranje kako bi se uočili i najtanji litološki članovi ili pukotine, koje se bušenjem nisu mogle identifikovati. Tako je na površinskom kopu TAMNAVA ZAPAD - RB KOLUBARA, rudarska operativa uočila jedan proslojak ugljevite gline u alevritima koji nije bio identifikovan u fazi geoloških istraživanja bušenjem. Na osnovu toga, predloženo je da se tehnologija otkopavanja otkrivke prilagodi tako da suma smičućih sila bude manja od sile otpora najslabijeg litološkog člana (upravo kod proslojka ugljevite gline), uključujući i deformacije izazvane sniženjem nivoa podzemnih voda. Otvaranje i razrada površinskog kopa ZAGRAD - Nikšić izvršeni su po projektu koji je koristio geomehaničke parametre morenskog materijala dobijene u fazi geoloških istraživanja bušenjem. Na osnovu „in-situ\" definisanih vrednosti parametara čvrstoće na smicanje, došlo se do saznanja da se mogu povećati uglovi nagiba radnih etaža i završne kosine što se direktno odražava na smanjenje troškova nepotrebnog skidanja i transporta jalovinskih naslaga.\r\nU svom radu, Značaj analize stabilnosti kosina za proces eksploatacije uglja u RB KOLUBARA [42], autori Petrović B., Radisavljević Z. i Milošević D. su na nekoliko primera vezanih za R.B. KOLUBARA pokazali značaj analize stabilnosti kosina površinskog kopa i njen uticaj na dalji tok proizvodnje. Osnovni cilj kod projektovanja kosina površinskog kopa je postići maksimalan nagib za zadatu maksimalnu visinu kosine pri minimalnom faktoru sigurnosti i optimalnim uslovima stabilnosti. Pravilno definisanje geometrije kosine, kako parcijalne tako i generalne, čini nešto neizostavno već u fazi projektovanja, a tokom eksploatacije nešto obavezno. Zadnjih petnaestak godina na kopovima R.B. KOLUBARA desio se izvestan broj havarija koje su posledica upravo nepoštovanja osnovnih načela projektovanja i razvoja rudarskih radova na njima. Neopravdana improvizacija, bez relevantnih analiza i proračuna, za posledicu je imala havariju unutrašnjeg odlagališta POLJE B (pokrenuto oko 80.000.000 m3 odložene mase). U zoni severne kosine površinskog kopa POLJE D, 2011. godine je usled klizanja gornjih delova etaže (gline), došlo do oštećenja rotornog bagera (pogonska oznaka G-3), pri čemu je bager bio van upotrebe oko godinu dana (Slika 2.6.).\r\nSlika 2.6. Oštećeni bager (G-3) usled zarušavanja etaže na severnoj kosini kopa Polje D\r\nNaknadnom analizom stabilnosti pomenute kosine utvrđena je vrednost faktora sigurnosti Fs=0.83, pri koeficijentu pornog pritiska ru=0, odnosno Fs=0.62 pri ru=0.2. Slično se desilo i sredinom 2013. godine u zoni sela Junkovac, kada su usled velikog ruča pokrenute odložene mase (oko 20.000.000 m^) ugrozile nekoliko domaćinstava pomenutog sela. I ovde je bilo reči o nepoštovanju struke i rada bez prethodnih i tokom proizvodnje urađenih analiza stabilnosti kosina kopa.\r\nAutori Čebašek V. i Gojković N. su u svom radu Analiza stabilnosti kosina metodom konačnih elemenata [11], prikazali mogućnost primene konačnih elemenata za određivanje faktora sigurnosti (Fs) pri analizi stabilnosti kosina površinskog kopa. Dobijene rezultate su uporedili sa rezultatima drugih metoda koje su u upotrebi za rešavanje ove problematike. Zaključeno je da u slučaju kada je kosina izgrađena od poluvezanih i nevezanih materijala, tada je praktičnija primena metoda granične ravnoteže. Međutim, u slučaju kada kosina ima složenu građu, tako da se pored poluvezanih i nevezanih nalaze i čvrsti stenski materijali, onda je primena metode konačnih elemenata opravdana (Slika 2.7.), bolje reći i poželjna.\r\nSlika 2.7. - Model kosina sa mrežom konačnih elemenata\r\nTehno-ekonomska analiza optimalnog izbora opreme površinskog kopa uglja [68], je rad autora Vučetić A.,Vučetić S. i Pešić M. u kome je prikazan izbor optimalnog rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja sa aspekta mikroekonomije. Pri nabavci rotornog bagera za selektivno otkopavanje uglja na površinskom kopu dilema pred kojom se menadžment može naći je opravdanost izvršenog ulaganja, odnosno da li izabrati rotorni bager koji je jeftiniji ali nešto slabijih perfomansi ili skuplji ali sa boljim radnim karakteristikama. Kako bi menadžment doneo ispravnu odluku potrebno je da definiše metodologiju za optimalni izbor rotornog bagera, koja mora da bude objektivna i proveriva a rezultat koji opredeljuje izbor mora biti jasan i nedvosmislen. Kao mera za izbor uglavnom se uzima prosečni trošak proizvodnje jedne tone uglja koju otkopa bager. Kroz simulaciju rada dva izabrana rotorna bagera u periodu od 20 godina, uzeti su u obzir visina investicionih ulaganja, koja prethodi stavljanju bagera u funkciju, kao i operativni troškovi njihovog angažovanja u posmatranom periodu. Došlo se do zaključka da je i pored većeg početnog investicionog ulaganja bolje izabrati takav bager nego bager sa manjim investicionim ulaganjem, a većim prosečnim troškovima proizvodnje.\r\nT.S. Golosinski i R.K. Singhal su u svom radu Productivity from bucket wheel excavators [16], razmatrali produktivnost rotornih bagera, naglasivši da ona zavisi od nekoliko faktora i to: broja, veličine i oblika vedrica, prečnika rotora, njegove brzine okretanja u minuti, dužine strele bagera, njene brzine zaokretanja i podizanja, visine etaže, uglova nagiba etaža, pouzdanosti bagera, efikasnosti njegovog održavanja, pouzdanosti ostalih komponenti rudarskog sistema, organizacije posla, efikasnosti planiranja i upravljanja procesom itd. Istakli su da se proračun kapaciteta bloka (Qb), koji se koristi za kratkoročno planiranje, može izraziti na sledeći način:\r\ngde su :\r\nQt - teoretski kapacitet (rm3/h), td - neto vreme kopanja bloka (h), tm - vreme manevrisanja tokom kopanja bloka (h), fs - faktor bubrenja iskopanog materijala.\r\nProduktivnost bloka (Qb) ne odražava svu složenost procesa otkopavanja materijala rotornim bagerom, pa se za to i ne može koristiti za dugoročno planiranje rada rudnika već samo za kratkoročno. Dodatni gubitak produktivnosti se dešava na krajevima bloka i pri otkopavanju bloka u teškim vremenskim uslovima. Kako se ugao zaokretanja strele bagera povećava, tako se i produkrivnost bagera smanjuje. Na (Slici 2.8.), prikazan je pad produktivnosti u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera. Produktivnost se može održavati za uglove zaokretanja do 60o, mada većina rezova zahteva veće uglove što i rezultira padom produktivnosti.\r\nSlika 2.8. - Pad produktivnosti bagera u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera\r\nTačna procena vremena rada bagera zahteva poznavanje njegovih perfomansi, prateće opreme, precizne geološke karakteristike ležišta i organizaciju rada. Preporučljivo je da procenu godišnjeg kapaciteta bagera treba pratiti u odnosu na sličnu opremu pri sličnim uslovima otkopavanja.\r\nGrupa autora A. Brkić, T. Manevski, D. Ignjatović, P. Jovančić i V. Spasojević-Brkić, je u svom radu Diagnostics of bucket wheel excavator discharge boom dynamic perfomance and its reconstruction [8], istražila uzroke loših dinamičkih perfomansi rotornog bagera C-700 S koji radi na površinskom kopu u R.B. KOLUBARA. Statički i dinamički proračuni su napravljeni primenom metode konačnih elemenata (MKE), a potvrđeni su eksperimentalnom metodom - analizom vibracija. Primena ove metodologije znatno doprinosi poboljšanju perfomansi cele konstrukcije bagera, što pokazuju i rezultati merenja (maksimalne deformacije su smanjene sa 104 mm na 51.5 mm), dok su sva ubrzanja strukture svedena u granice dozvoljenog (do 2m/s2).\r\nBošnjak S. , Zarić N. , Oguamanam D. su u svom radu On the dynamic modelling of bucket wheel excavators [5], razmatrali dinamičko ponašanje bagera izazvano otporom kopanja, koje zavisi od relativno velikog broja faktora koji se mogu svrstati u dve grupe. Prvu grupu čine dinamičke karakteristike noseće konstrukcije i mehanizma, a drugu, karakteristike tla. Analiza dinamičkog ponašanja je zahtevala rešavanje dva problema :\r\n• problem dinamičkog modelovanja cele mašine ;\r\n• problem modelovanja spoljašnjeg opterećenja izazvanog otporom tla pri kopanju.\r\nTokom procesa kopanja, osnovni elementi konstrukcije gornje gradnje rotornih bagera (stub, konzola protivteg, strela bagera, odložna strela) izloženi su opterećenjima koja izazivaju podužne, savojne i uvojne oscilacije. Podužne oscilacije rešetkastih struktura mogu da se razmatraju nezavisno od savojnih i uvojnih oscilacija, zbog relativno velike krutosti strukture u pomenutom pravcu. Dakle, pri modeliranju strukture rotornih bagera odgovarajućim izborom referentnih tačaka (čvorova) razmatrane konstrukcije i njihovih stepena slobode, trebalo je obuhvatiti savojne i uvojne oscilacije podstruktura. Na osnovu analize opterećenja i komparativne analize rezultata proračuna naponsko- deformacionog stanja originalne strukture obrtne platforme (Slika 2.9.), i nekoliko varijanti njenog kontrukcionog poboljšanja, razvijeno je:\r\n• konstrukciono rešenje strukture obrtne platforme koja zadovoljava kriterijume čvstoće i elastične stabilnosti, kao i zahtev da se rekonstrukcija izvede bez demontaže nadgradnje ;\r\n• tehnologija zamene i sanacije teško oštećnih delova strukture obrtne platforme.\r\nSlika 2.9. - 3D model strukture obrtne platforme\r\nRekonstrukcijom strukture obrtne platforme ojačavanjem donje ploče i zatvaranjem postojećeg tehnološkog otvora, ostvareni su sledeći efekti:\r\n• eliminisan je koncentrator napona u zoni pojave prslina i pukotina ;\r\n• znatno blaža promena polja deformacije strukture i\r\n• znatno niži (za 1,73 puta) nivo naponskog stanja u kritičnim zonama.\r\nU svom radu Slope stability evaluations by limit equilibrium and finite element methods applied to a railway in the moroccan rif [3], autori K. Baba, L. Bahi, L. Ouadif, A. Akhssas su predstavili analizu stabilnosti kosine uz železničku prugu između Gangier-grada i Gangier-luke (Maroko), i to na dva načina, pomoću metode granične ravnoteže (konvencijalna metoda) i metodom konačnih elemenata (FEM). Proračuni su rađeni za dva stanja i to za suvo i zasićeno, uz primenu tri softvera: PLAXIS, GEOSLOPE i TALREN (prva dva programa za konvencijalnu metodu, a zadnji za metodu konačnih elemenata), pri Mohr-Coulomb-ovom kriterijumu loma. Faktori sigurnosti (Fs) su prikazani u (Tabeli 2.1.).\r\nTabela 2.1. - Faktori sigurnosti\r\nMože se zaključiti da su vrednosti dobijenih faktora sigurnosti (Fs) približne, pogotovo za Morgenstern-Price-ovu, Bishop-ovu metodu i (FEM). Takođe su zaključili da se primenom konačnih elemenata mogu odrediti pomeranja, predvideti mehanizam loma i korišćenjem rezultata proračuna bolje aproksimirati realno stanje terena.\r\nAutor Jakub Gottvald je u svom radu Analysis of vibrations of bucket wheel ekcavator SchRs - 1320 during mining process [17], prezentovao rezultate merenja vibracija na bageru SchRs - 1320 tokom otkopavanja na površinskom kopu TUŠIMICE. Vibracije su merene na 28 mesta gornje čelične konstrukcije pri čemu su izmereni signali povezani sa operativnim podacima centralnog kompjutera. Za izračunavanje frekvencijskih opsega mogu se koristiti razne vrste transformacija. Najpoznatije su Fourier Transform (FT) i njegove modifikacije Fast Fourier Ttansform (FFT), koje su naročito pogodne za analize stacionarnih signala. Rezultati merenja pokazuju da su vibracije počele odmah nakon pokretanja rotora i da su se amplitude povećale nakon početka kopanja materijala (vrhovi amplituda 0.52 Hz, 1.38 Hz, 1.70 Hz i 2.0 Hz, a nakon uključenja pumpe reduktora rotora 2.26 Hz).\r\nSlika 2.10. - Izmereni signali u vremenskom period br. 2\r\nSlika 2.11. - Merenja akcelerometra A_063 z, vremenski period br. 2\r\nSlika 2.12. - Merenja akcelerometra A_17 y, vremenski period br. 2\r\nKao zaključak je izneto da su merenja urađena na celoj visini etaže čija visina (He=20.5 m) približno odgovara visini tačke vešanja strele bagera, što podrazumeva da je strela bagera bila u horizontalnom položaju. Rezultati merenja frekvencija za krajnje položaje strele se razlikuju za 0.035 Hz. Poređenjem prirodnih frekvencija tokom kopanja sa prirodnim frekvencijama koje su eksperimentalno merene, ustanovilo se da sile kopanja smanjuju vrednostost ovih prvih.\r\n3. TEORETSKE OSNOVE RADA ROTORNIH BAGERA\r\nRotorni bageri (Slika 3.1.) su samohodne mašine kontinualnog dejstva koje se koriste na površinskim kopovima za otkopavanje mekih i srednje tvrdih materijala. Otkopavanje materijala vrši se vedricama koje su ravnomerno raspoređene i pričvršćene na obodu rotora. Obrtanjem rotora u vertikalnoj ravni i nosača rotora zajedno sa platformom u horizontalnoj ravni, vedrice se pune i nailaskom u zonu istovarnog sektora prazne, pri čemu se materijal predaje prijemnom transporteru sa trakom na streli bagera i dalje redom, zavisno od broja transportera na bageru, poslednjem istovarnom transporteru [21, 24, 25, 28, 37, 40, 51].\r\nSlika 3.1. — 1. Strela bagera, 2. Uže za pomeranje kolica, 3. Vitlo za strelu bagera, 4. Pogon dizanja strele bagera, 5. Radni točak, 6. Pogon radnog točka, 7. Kabina rukovaoca, 8. Noseća konstrukcija kabine rukovaoca, 9. Pogon dizanja kabine rukovaoca, 10. Stub, 11. Zatege, 12. Strela protivtega, 13. Protivteg, 14.Elektro - kabina, 15. Kran, 16. Pretovarni uređaj, 17. Kabina rukovaoca pretovarnog uređaja, 18. Pogon za dizanja pretovarnog uređaja, 19. Istovarni levak, 20. Gusenice 21. Donji stroj sa kuglibanom 22. Obrtna platforma gornjeg stroja (sa pogonom za kružno kretanje), 23. Prijemni transporter-traka 1, 24. Transporter-traka 2, 25. Ttransporter-traka 3, 26. Transporter za prikupljanje materijala - prljava traka.\r\nTokom višedecenijskog razvoja ovih mašina stvorene su konstrukcije koje mogu na zadovoljavajući način da odgovore veoma raznovrsnim rudarsko- tehničkim zahtevima otkopavanja. Ove konstrukcije bagera obezbeđuju visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u radu, zahvaljujući pre svega nizu tehničko- eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera (visoka sigurnost u radu, relativno mala ugradnja metala 0,2-1,1 t.h/m3, mala specifična potrošnja energije 0,15-0,5 KWh/m^ i visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa 0,8-0,9).\r\nTokom istorije, ideja za kopanje tla točkom rodila se tek krajem XIX veka na osnovu obrtnog točka sa vedricama za dizanje vode za potrebe navodnjavanja koje je bilo poznato još u starom veku. Švander (Francuska) je 1913. godine patentirao radni točak sa kašikama koji iskopani materijal za vreme okretanja istovara direktno na transporter. Nemačka firma Humbolt je na osnovu toga 1916. godine konstruisala prvi rotorni bager na šinama koji je 1917. godine počeo sa radom na površinskom kopu BERGWITZ. Masovniji početak primene ovih bagera na površinskim kopovima počinje imeđu 1935. i 1936. godine, uključivanjem fabrike LMG u proizvodnju rotornih bagera, kao i bržim razvojem prizvodnje lignita u Nemačkoj. U SSSR-U rotorni bageri su počeli da se primenjuju od 1934. godine dok je industrijska proizvodnja ovih mašina počela 1947. godine u 3yeBCKOMjmTeiiHOMexaHmecKOM 3aBOffy (3JIM3). Razvoj rotornih bagera u SAD je zapažen 1943. godine kada je prvi rotorni bager za direktno pebacivanje jalovine počeo sa radom na površinskom kopu SIVA.\r\nPočev od 1955. godine počinje sve masovnija proizvodnja rotornih bagera i za dubinski i za visinski rad, dok od 1960. godine raste proizvodnja rotornih bagera sa povećanom reznom silom i većim kapacitetima (1987. Krupp je Hambahu isporučio bager teoretskog kapaciteta Qteor = 19200 m^/h).\r\nSlika 3.2. - Poređenje veličina rotornih bagera u vremenskom intervalu od 50 godina\r\n3.1. Klasifikacija rotornih bagera\r\nKlasifikacija rotornih bagera može se uraditi po raznim obeležjima, ali se danas najčešće koristi klasifikacija prema konstrukciji, na rotorne bagere tipa A, B i C (Slika 3.3. i Tabela 3.1.).\r\nSlika 3.3. - Različiti tipovi rotornih bagera\r\nTabela 3.1. - Uporedni parametri različitih tipova rotornih bagera\r\nKompaktni (hidraulični) rotorni bageri - tip A (Slika 3.4.), su sa relativno kratkom strelom u odnosu na prečnik rotora, imaju veliki kapacitet u odnosu na masu i dimenzije bagera i relativno nisko težište. Nedostaci se ogledaju u relativno manjem random veku konstrukcije a u tehnološkom smislu imaju niži koeficijent bagerovanja (tipični primeri ove klase bagera su C-700, SRs-400, SchRs-800).\r\nSlika 3.4. - Rotorni bager tip A\r\nBageri sa \"C\" ramom - tip B (Slika 3.5.), imaju povezanu gornju gradnju, centralni stub i nosač balasta u obliku slova \"C\". Povoljan im je koeficijent bagerovanja, tehnološki veoma dobri uz relativno visoko težište (tipični primeri ove klase bagera su SRs-1200, SchRs-630, SRs-2000, SRs-1300).\r\nSlika 3.5. - Rotorni bager tip B\r\nVeliki bageri - tip C (Slika 3.6.), imaju karakteristične noseće stubove koturača sa užadima sa spuštenim nosačem balasta koji se praktično veže za gornju obrtnu platformu. Ova vrsta bagera ima relativno nisko težište, ali i složen transportni put otkopnog materijala (tipični primer ove klase bagera je SRs-6300, SchRs-1760, SchRs-2300).\r\nSlika 3.6. - Rotorni bager tip C\r\nZahtev za povećanjem proizvodnje na površinskim kopovima doprineo je da proizvođači rudarskih mašina povećaju jedinični kapacitet i visinu kopanja mašina, smanje radnu masu, prilagode rudarske mašine rudarsko-geološkim, hidrogeološkim i klimatskim uslovima, povećaju pouzdanost, poboljšaju komfor Ijudstva koje opslužuje mašinu itd. Veličina, oblik i konstrukcija rotornog bagera zavise posebno od zahtevanog kapaciteta, načina utovara materijala i specifičnih uslova rada na površinskom kopu. Na oblik i konstrukciju bitno utiče dozvoljeni nagib kosina, čvrstoća materijala koji se otkopava i dozvoljeni specifični pritisak na tlo.\r\n3.2. Kostruktivni delovi rotornog bagera\r\nRotorni bager ima osnovne i pomoćne uređaje (Slika 3.7.). U osnovne uređaje spadaju: uređaj za kopanje, sistem za unutrašnji transport materijala na bageru, transportni uređaj, pogonski uređaj, uređaj za upravljanje, noseća konstrukcija. Pomoćne uređaje čine: uređaji za podmazivanje, uređaji za zagrevanje, rasvetu, uređaji za potrebe tehničkog održavanja i remonta itd. [25, 37, 54, 55, 56, 57, 58, 59].\r\nSlika 3.7. - Glavne komponente rotornog bagera: 1. gusenični transportni mehanizam, 2. donja gradnja, 3. oslono-obrtni deo, 4. gornja gradnja sa protivtegom, 5. strela bagera, 6. radni točak, 7. pogonski sistem za dizanje i spuštanje strele radnog točka, 8. istovarna strela\r\nRadni organ rotornog bagera čine:\r\n• strela bagera (radnog točka) i\r\n• rotor (radni točak) sa elementima i pogonom (telo radnog točka, vedrice, skliznice, pogonski motor, reduktor, spojnica).\r\nStrela bagera (Slika 3.8.) pripada glavnoj nosećoj čeličnoj konstrukciji bagera i ona je najodgovorniji i najopterećeniji deo konstrukcije bagera. Rad bagera se sastoji od glavnih kretanja (obrtanje radnog točka i kružno kretanje gornje gradnje) i pomoćnih kretanja (kretanje u pravcu nastupa i promena visinskog položaja radnog točka u vertikalnoj ravni).\r\nStrela kao najopterećeniji deo konstrukcije bagera učestvuje svega sa 6 do 13% od mase celog bagera. Smanjenje naprezanja povećanjem poprečnih preseka delova konstrukcije dovodi do znatnog povećanja mase celog bagera. U opštem slučaju, procentualno učešće masa pojedinih delova u odnosu na ukupnu masu bagera približno iznosi:\r\n• radni točak sa strelom\t12%\r\n• protivteg\t18%\r\n• odložna strela\t4,5%\r\n• konstrukcija centralnih stubova\t9-10%\r\n• obrtna platforma sa ležajem\t17-18%\r\n• donja gradnja sa transportom\t40%\r\nNoseća konstrukcija strele treba da prenese sve sile (koje se javljaju u radu, transportu i mirovanju) na centralnu konstrukciju bagera. Oblik noseće konstrukcije proizilazi iz pravca delovanja opterećenja, zahtevanih tehnoloških parametara bagera, pozicioniranja pomoćnih konstrukcija, ugradnje instalacija, položaja radnog točka, presipnih mesta, transportera i zahteva održavanja. Primenjuju se dva osnovna tipa konstrukcije i to:\r\n• konstrukcija strele punih zidova\r\n• konstrukcija strele u obliku rešetke.\r\n1. desni noseći zid\r\n2. levi noseći zid\r\n3. donja poprečna veza\r\n4. gornja poprečna veza\r\n5. poprečna pregrada iza radnog točka\r\n6. fiksni ležaj vratila radnog točka\r\n7. slobodni ležaj vratila radnog točka\r\n8. konstrukcija za uležištenje pogonskih motora radnog točka\r\nSlika 3.8. - Čelična konstrukcija nosača radnog točka (strela bagera)\r\nDužina strele se bira u zavisnosti od tehnoloških zahvata otkopavanja ležišta a mora biti usklađena i sa konstruktivnim mogućnostima mašine. Fizičko-mehaničke osobine materijala koji se otkopava, uz geološke karakteristike ležišta, određuju optimalan tip bagera za to ležište, odnosno njegove tehničke karakteristike. Na osnovu zahteva tehnologije otkopavanja koja je usaglašena sa geomehaničkim svojstvima ležišta, stvaraju se uslovi za izbor optimalnih parametara bagera, a samim tim i za određivanje potrebne dužine strele, naravno i uz optimizaciju ekonomskih pokazatelja.\r\nDužina strele (Ls) je u određenoj srazmeri sa sledećim parametrima:\r\n• prečnikom radnog točka ;\r\n• dispozicijom uređaja i agregata ugrađenih na streli ;\r\n• visinom tačke vešanja strele od planuma ;\r\n• poprečnim presekom strele ;\r\n• gabaritima hodnog uređaja.\r\nNa osnovu statističke obrade više modela kompaktnih bagera (Krupp, O&K, Demag, Takraf) dobijeni su sledeći odnosi prečnika radnog točka i dužine strele (Tabela 3.2.):\r\nTabela 3.2. - Odnos dužine strele (Ls) i prečnika radnog točka (Drt) za kompaktne bagere\r\nKod klasičnih bagera (Krupp, O&K i Takraf) odnos dužine strele i prečnika radnog točka je drugačiji (Tabela 3.3.).\r\nTabela 3.3. - Odnos dužine strele (Ls) i prečnika radnog točka (Dt) za klasične bagere za klasične bagere\r\nNa osnovu uporednog pregleda može se zaključiti da se odnosi dužine strele i prečnika rotornog točka kreću u jednom širokom dijapazonu :\r\nStrele na bagerima koji otkopavaju materijale male čvrstoće i zapreminske težine su manjeg poprečnog preseka, odnosno imaju veću vitkost (deponijski rotorni bageri koji otkopavaju-utovaraju već rastresiti material za deponiju) od bagera predviđenih za čvrste materijale.\r\nUticaj dužine strele na masu bagera je očigledan i ukazuje na neopravdanost većih dužina od 70 m za bagere većeg kapaciteta. Određivanje optimalne dužine strele je veoma bitno radi usklađivanja sa uslovima radne sredine i konstruktivnim karakteristikama bagera. Neadekvatno odabrana dužina strele ima za direktnu posledicu preveliku masu bagera ili nedovoljnu visinu otkopavanja.\r\nRadni točak (rotor) predstavlja najkarakterističniji konstruktivni deo bagera (po njemu je i dobio ime), pri čemu su njegovi osnovni parametri: prečnik, broj vedrica, zapremina i oblik vedrica i geometrija reznih elemenata.\r\nPrečnik rotora (Drt) se kreće u opsegu od 4.2 m do 21.6 m, a sve u zavisnosti od veličine bagera i njegove namene. U zavisnosti od težine bagera, prečnik rotora u proseku se kreće:\r\ngde je:\r\nGb - težina bagera (Gb=Mb* g); Mb - masa bagera ; g - ubrzanje zemljine teže.\r\nU zavisnosti od teoretskog kapaciteta (Qteo) prečnik rotora se može izračunati iz izraza:\r\nPojedini autori , međutim kao polaznu osnovu uzimaju tehnički kapacitet bagera:\r\ngde je:\r\nQt - tehnički kapacitet bagera ; q- zapremina vedrice (m3) ; nc- broj istresanja u minutu (min ) ; kr - koeficijent rastresitosti materijala.\r\nOdgovarajućom smenom, dobija se zavisnost prečnika rotornog bagera od kapaciteta kao:\r\ngde je:\r\nZ- broj vedrica ;\r\nq - zapremina vedrice (m^) ;\r\nVp-brzina rezanja (m/s) ;\r\nQt - tehnički kapacitet bagera (m3/h) ;\r\nkr - koeficijent rastresitosti materijala.\r\nČesto se koriste i formule: mada se moraju obazrivo prihvatiti i smatrati da dobijene vrednosti imaju orijentacioni karakter.\r\nKlasifikacija rotora po određenim karakteristikama data je u (Tabeli 3.4.\r\nTabela 3.4. - Klasifikacija rotora po određenim karakteristikama\r\nTransporter na streli bagera ima ulogu da otkopani materijal iz presipa u rotoru transportuje do presipa u obrtnoj osi bagera. Kapacitet transportera zavisi u osnovi od širine trake, njene brzine i ugla nagiba bočnih valjaka a treba ga uskladiti sa teoretskim kapacitetom rotora. Prilikom dubinskog rada, nagib transportera na streli ne sme biti veći od 18°. U slučaju većeg ugla transport materijala se obavlja pokrivanjem materijala sa specijalnom trakom.\r\nMehanizam za kružno kretanje ima zadatak da dovede radni točak u željeni položaj, da obavlja kružno kretanje u toku rada i da celu gornju gradnju u stanju zastoja drži u određenom položaju. Sastoji se od zupčastog venca i pogona za kružno kretanje sa malim zupčanikom.\r\nMehanizam za kretanje služi za premeštanje mašine za vreme radnog procesa i pri transportovanju, pri čemu omogućuje da se težina bagera i druga spoljna opterećenja prenesu na tlo. Pri tome treba ostvariti ravnomeran raspored sila koje se prenose na sve elemente nosećeg mehanizma za kretanje i obezbediti što manji specifični pritisak na podlogu. Ravnomerno opterećenje nosećih delova zahteva primenu statički određene noseće konstrukcije, što se postiže pomoću oslanjanja cele konstrukcije na tri tačke. Malo specifično opterećenje podloge zahteva veliku noseću površinu mehanizma za kretanje, a ona se postiže povećanjem površine i broja gusenica (kod modernih bagera specifično opterećenje podloge se kreće od 10 do 16 N/cm2).\r\n3.3 Tehnologija rada rotornog bagera\r\nRotorni bageri mogu raditi u frontu, boku (poluboku) i bloku (Slika 3.9.). Rad u frontu se retko koristi i to pre svega kod šinskih bagera i za selektivno otkopavanje [37, 39, 40, 41, 45].\r\nSlika 3.9. - Šeme rada rotornih bagera u bloku (a) i boku (b)\r\nOtkopavanje materijala se vrši sa dvostranim (blok) ili jednostranim (bok) obrtanjem strele bagera u odnosu na osu kretanja pri cikličnom pomeranju bagera ili bez obrtanja, kod stalnog kretanja pri radu u frontu.\r\nSavremeni rotorni bageri konstruisani su prvenstveno za rad u bloku. Kinematika radnog procesa bagera u bloku bazira se na sledećim osnovnim pokretima:\r\n• rotacionom radnom pokretu rotora ;\r\n• obrtnom bočnom pomeranju strele bagera koje se postiže okretanjem gornjeg stroja oko vertikalne ose bagera ;\r\n• vertikalnim ili horizantalnim prilaženjem rotora masivu (vertikalni ili horizontalni rez).\r\nRadni parametri rotornog bagera su:\r\n• visina kopanja (Hk) - visina merena od nivoa stajanja bagera do 0,75 od prečnika radnog točka (Drt), kada je strela bagera maksimalno podignuta ;\r\n• radijus kopanja (Rk) - predstavlja projekciju rastojanja od ose bagera do vrha noževa vedrice u gornjem položaju rotora i iznosi :\r\n• dužina strele bagera (Ls) - rastojanje od osovine rotora do osovine obrtanja na konstrukciji bagera ;\r\n• prečnik rotora (Drt) ;\r\n• horizontalno rastojanje od osovine vešanja strele bagera do vertikalne ose bagera (x) ;\r\n• radijus istresanja (Ri) ;\r\n• maksimalna (Himax) i minimalna (Himin) visina istresanja.\r\nOsnovna tehnološka šema rada rotornih bagera je visinski rad u bloku koji ima svoju visinu, širinu i dubinu (Slika 3.10.).\r\nSlika 3.10. - Visinski rad rotornog bagera u bloku\r\nVisinski rad rotornog bagera u bloku sastoji se u otkopavanju celokupne visine bloka u nekoliko rezova (Slika 3.11.). Visine rezova po pravilu treba da iznose:\r\nSlika 3.11. - Šema za određivanje visine rezova\r\nBroj rezova po visini bloka (ceo broj), može se dobiti iz uslova:\r\ngde su :\r\nH - visina bloka (m) ; Drt - prečnik rotora (m).\r\nVisine pojedinačnih rezova su\r\ngornji rez:\r\nostali rezovi :\r\ndonji rez:\r\nVisina otkopnog bloka može, a ne mora da odgovara maksimalnoj otkopnoj visini bagera. U pogonskim uslovima se najčešće teži da se visina bloka izjednači sa maksimalnom otkopnom visinom bagera, jer se na taj način povećava opšta koncentracija radova na otkopu tj. smanjuje se broj etaža i zahvata veći obim masa za jedan korak pomeranja etažnih transportera. Takva nastojanja, međutim, nije uvek moguće realizovati u radnim uslovima, jer je visina bloka često limitirana geomehaničkim uslovima stabilnosti etažnih kosina. Smanjenjem visine bloka u odnosu na maksimalno moguću visinu, postiže se sledeće:\r\n• povećava se dužina otkopavanja bloka za jedan ciklus napredovanja bagera što doprinosi da se sa istim vremenskim gubicima na neizbežnim pomoćnim operacijama (vreme promene podetaže i vreme promene bloka) otkopa veći obim masa za jedan ciklus napredovanja bagera, tj. da se ostvari bolje kapacitetno iskorišćenje bagera ;\r\n• smanjuje se ugao okretanja nosača radnog točka koji izlazi van opsega ugla automatske regulacije brzine kružnog kretanja, pa se ostvaruje bolje punjenje vedrica na radnom točku tj. bolje kapacitetno iskorišćenje bagera.\r\nMeđutim, smanjenjem visine bloka smanjuje se koncentracija rada u okviru jedne etaže i šire u okviru celog otkopa (neopravdan je veći broj etaža i transportnih horizonata na otkopu) i povećava se vreme zastoja zbog češćeg pomeranja etažnih transportera, pa se izbor optimalne visine bloka mora posmatrati, ne samo sa tehničkog (bolje kapacitetno iskorišćenje bagera) već sa tehnoekonomskog aspekta. Povećanje koncentracije rada, odnosno visine otkopnog bloka na račun rada bagera po visinskim i dubinskim rampama najčešće nema efekta, budući da rad bagera po rampama povlači za sobom mnogo manevarskih pokreta i praznih hodova bagera što se direktno odražava na gubitke u kapacitetnom i vremenskom iskorišćenju bagera.\r\nFormiranje bočne kosine etaže rotornim bagerom se vrši tako što se sukcesivno smanjuje unutrašnji ugao okretanja strele bagera pri otkopavanju nižih rezova (Slika 3.12.).\r\nSlika 3.12. - Šematski prikaz bočne kosine\r\nUgao nagiba bočne kosine (P b) zavisi od radijusa kopanja gornjeg reza (Rkg), graničnog ugla okretanja strele bagera pri otkopavanju donjeg reza (9 udgr) i visine bloka (H).\r\nUgao okretanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju donjeg reza mora biti veći ili jednak uglu slobodnog rezanja:\r\n^ - ugao slobodnog rezanja (u granicama 35°do 65°).\r\nUgao nagiba bočne kosine može se odrediti iz relacije\r\ngde je:\r\nhrg - visina otkopavanja merena od nivoa stajanja bagera do centra ose rotora pri otkopavanju gornjeg reza (m); r - poluprečnik rotora (m);\r\nlg - horizontalno rastojanje između ose bagera i ose rotora pri otkopavanju prvog reza (m);\r\nld - horizontalno rastojanje između ose bagera i donje ivice bočne kosine (m);\r\ngde je:\r\nRg - radijus kopanja gornjeg reza (m);\r\nRd - radijus kopanja donjeg reza (m);\r\n- ugao obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju gornjeg reza (o);\r\n- ugao obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju donjeg reza (o);\r\nRadijus otkopavanja gornjeg reza (Rg), meren od ose rotora do vertikalne ose obrtanja, definisan je izrazom:\r\na radijus kopanja donjeg reza (Rd), meren od ose rotora do vertikalne ose obrtanja bagera, definisan je izrazom:\r\ngde je:\r\nLs - dužina strele bagera (m);\r\nag, ad - uglovi nagiba strele bagera pri otkopavanju gornjeg, odnosno, donjeg reza (o);\r\ne - horizontalno rastojanje između zglobnog oslonca strele bagera na platformi i vertikalne ose obrtanja bagera (m);\r\nPri formiranju čeone kosine, rotor bagera je postavljen upravno na etažnu kosinu pa luk koji u rezu formira rotor predstavlja deo kruga (Slika 3.13.). Ugao nagiba čeone kosine može se kretati u granicama:\r\nSlika 3.13. - Šema za određivanje graničnog ugla nagiba čeone kosine\r\nGranični ugao nagiba čeone kosine zavisi od visine otkopavanja i konstruktivnih karakteristika bagera :\r\ngde je:\r\nF - dužina gusenica merena od vertikalne ose okretanja bagera do njene prednje ivice (m);\r\nf - minimalno odstojanje krajnje prednje ivice gusenica do donje ivice etažne kosine (m);\r\nVeličina (f) obuhvata vrednost (f) koja proizilazi iz polukružnog oblika donje ivice čeone kosine i vrednosti (f) kao graničnog sigurnosnog rastojanja gusenica od donje ivice kosine (Slika 3.14.):\r\ngde je:\r\nE - odstojanje od krajnje bočne ivice gusenice do podužne ose bagera (m); f- sigurnosno odstojanje gusenica od donje ivice etažne kosine obzirom na mogućnost pojave odrona iz kosina, obično 1.5 - 2 m.\r\nGranični ugao nagiba čeone kosine ima smisla samo kao završni ugao kosine na kraju etaže. Prema tome, za određene dužine otkopavanja bloka moguće je bagerom izvesti i određene minimalne uglove nagiba čeonih kosina prema obrascu:\r\ngde je:\r\nZ - dužina (dubina) otkopavanja bloka (m).\r\nSlika 3.14. - Šema za određivanje minimalnog odstojanja gusenica od donje ivice bloka\r\nŠirina bloka je u funkciji radijusa kopanja gornjeg i donjeg reza, visine bloka, ugla nagiba bočne kosine i uglova obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju gornjeg reza i ugla obrtanja prema otkopanom prostoru pri otkopavanju donjeg reza. Parametri koji ograničavaju širinu bloka su:\r\n• Udaljenost gornje ivice bočne kosine prema masivu od podužne ose bagera, širina dela bloka prema masivu po gornjem rezu (fig);\r\n• Udaljenost donje ivice bočne kosine prema otkopanom prostoru od podužne ose bagera, širina dela bloka prema otkopanom prostoru po donjem rezu (fi d).\r\nMaksimalna vrednost gornje širine dela bloka prema masivu se postiže kod punog okretanja strele bagera prema bočnoj kosini pri otkopavanju prvog reza za ugao ygu = 90o. Veličina Bg je tada jednaka radijusu kopanja gornjeg reza. Veličina Bd zavisi od ugla okretanja strele bagera ka bočnoj kosini prema otkopanom prostoru pri otkopavanja donjeg reza (yds). Širina bloka (Slika 3.15.) iznosi:\r\nŠirina gornjeg dela reza prema masivu je:\r\nZa ugao ygu = 90°, Bgu = Rg, širina gornjeg dela reza prema masivu je:\r\nObzirom da je širina donjeg dela reza prema otkopanom prostoru:\r\nsledi da je ukupna širina bloka:\r\nSlika 3.15. - Šema za određivanje širine bloka\r\nMaksimalna širina bloka koja se može ostvariti otkopavanjem rotornim bagerom pri određenom uglu okretanja strele bagera prema otkopanom prostoru, pri otkopavanju donjeg reza, smanjuje se sa porastom visine bloka i smanjenjem ugla nagiba bočne kosine. Gornja vrednost ovog ugla je ograničena na 50° (najčešće se usvaja 30°) jer pri prekoračenju ove vredosti nastaje potiskivanje materijala u stranu iz oblasti postojećeg \"klina\" što osetno smanjuje punjenje vedrica i povećava obim radova pomoćne mehanizacije.\r\nUticaj širine bloka na kapacitet bagera se manifestuje preko promene debljine reza usled povećanja ugla zaokretanja nosača radnog točka prema bočnoj kosini, kada je punjenje vedrica radnog točka slabije. Usvajanje manje širine bloka od maksimalno moguće, s obzirom na geometrijske parametre bagera, ima za posledicu smanjenje vremenskog iskorišćenja bagera zbog češćeg pomeranja etažnih trakastih transportera, a pri određenoj dužini etaže evidentno je smanjenje i vremenskog i kapacitetnog iskorišćenja bagera zbog češćeg uklapanja istog za otkopavanje novog bloka. Smanjenje širine bloka radi povećanja ukupne otkopne širine, tj. otkopavanje bloka iz dva prolaza bagera za jedan položaj etažnog transportera (otkopavanje dva bloka umesto jednog) utiče na smanjenje kapacitetnog iskorišćenja bagera jer je odnos vremena pomoćnih operacija i vremena čistog kopanja (glodanja) u ovom slučaju nepovoljniji. Pri ovakvom radu evidentno je smanjenje vremenskog iskorišćenja (manevrisanje bagerom radi uklapanja za otkopavanje novog bloka) mada je nekad ovakav rad opravdan zbog ređeg pomeranja etažnih transportera što naročito može biti značajno u zimskom i kišnom periodu. Na našim površinskim kopovima lignita, zbog geomehaničkih uslova stabilnosti, od interesa je da ugao nagiba bočne kosine bude što manji, kako bi se izbeglo obrušavanje bočne kosine sa svim negativnim posledicama koje takvo obrušavanje materijala iz kosine može izazvati. U cilju dobijanja što blažeg ugla nagiba bočne kosine neophodno je prvu podetažu otkopavati sa uglom zaokretanja prema unutrašnjoj kosini ygu = 90o. Budući da kod rotornog bagera ugao zaokretanja sa regulisanom brzinom ne prelazi yr = 60 -H 70o, to su evidentni gubici u kapacitetu bagera na ugaonim delovima podetaža ygu - yr tj. na delovima podetaža gde bager radi sa konstantnom brzinom kružnog kretanja nosača radnog točka.\r\nProcentualni gubitak kapaciteta u funkciji ugla regulisane brzine i maksimalnog ugla zaokretanja nosača radnog točka je definisan izrazom: za (pr\r\nOdređeno smanjenje gubitaka u kapacitetu, i kod ugla zaokretanja nosača radnog točka (pu = 90° , može se ostvariti na taj način što se ne izvodi pun zaokret nosača radnog točka za svaki rez, već za svaki treći ili četvrti, čime se stvara uslov da se povećaju debljine odrezaka izvan opsega ugla automatske regulacije gde širine odrezaka ostaju konstantne.\r\nDužina otkopavanja bloka predstavlja zbir debljina pojedinačnih rezova po dubini bloka čime se formira pojas, koji se otkopava u jednom nastupanju bagera po njegovoj osi kretanja. Dužina pojasa, odnosno, nastupanja po dubini bloka posle koje se bager vraća nazad za prelazak u sledeći niži pojas, zavisi od visine bloka, ugla nagiba čeone kosine i gabarita strele bagera i guseničnog mehanizma za kretanje.\r\nZa stvarnu maksimalnu dužinu otkopavanja bloka po pojasevima, usvaja se manja vrednost koja se dobija po osnovu dva ograničenja :\r\ngde je:\r\nZ^ - dužina otkopavanja bloka ograničena prilaskom bagera donjoj ivici čeone kosine (m);\r\nZ2 - dužina otkopavanja bloka ograničena dodirom konstrukcije strele bagera i gornje ivice nižeg reza (m).\r\nSlika 3.16. - Šema za određvanje dužine bloka iz uslova prilaska bagera donjoj ivici kosine bloka\r\nDužina otkopavanja bloka koja proizilazi iz ograničenja prilaska bagera donjoj ivici čeone kosine može se odrediti po šemi prikazanoj na (Slici 3.16.) i iznosi:\r\nDužina otkopavanja bloka koja proizilazi iz ograničenja dodira konstrukcije strele bagera i gornje ivice drugog reza može se odrediti po šemi prikazanoj na (Slici 3.17.) i iznosi:\r\ngde je:\r\nd - odstojanje krajnje donje ivice strele bagera od njene ose (m); t - granična udaljenost prilaska konstukcije strele bagera gornjoj ivici drugog reza (m);\r\nhv - visina gornjeg reza (m);\r\naq - vertikalni ugao nagiba strele bagera pri otkopavanju donjeg reza (°).\r\nSlika 3.17. - Šema za određivanje dužine bloka iz uslova dodira konstrukcije\r\nVeći uglovi nagiba čeone i bočne kosine utiču na povećanje kapaciteta bagera. Za veći ugao nagiba čeone kosine, a za određenu visinu bloka, moguće je ostvariti veću dužinu otkopavanja bloka za jedan ciklus napredovanja bagera, a s tim u vezi i bolje kapacitetno iskorišćenje. Za veći ugao nagiba bočne kosine, a za određenu širinu bloka, moguće je smanjiti uglove zaokretanja nosača radnog točka bagera koji izlaze van opsega ugla automatske regulacije.\r\nSmanjenjem uglova zaokretanja (obično u I-oj i Il-oj podetaži) ostvaruje se bolje punjenje vedrica materijalom, a time i bolje kapacitetno iskorišćenje bagera.\r\nTehnološki parametri odreska (Slika 3.18.) su:\r\nh - visina odreska koja odgovara visini reza (m);\r\nSo - debljina odreska koja je u funkciji ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera () i ugla rezanja (p) (m);\r\nb - širina odreska koja je u funkciji brzine okretanja strele bagera, Vv, odnosno, ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera ().\r\nSlika 3.18. - Tehnološki parametri odreska\r\nDebljina odreska (So) koja je jednaka debljini reza, se ostvaruje pomeranjem bagera na početku ulaska u novi rez, odnosno, kada je strela rotora u krajnjim položajima prema masivu i otkopanom prostoru, kada se ujedno i menja smer okretanja. Debljina odreska se menja u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera levo i desno od podužne ose bagera po zavisnosti: i u zavisnosti od ugla okretanja vedrice oko horizontalne ose rotora po zavisnosti:\r\nU opštem slučaju se debljina odrezaka, u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera i položaja vedrice u okviru ugla rezanja, može odrediti shodno zavisnosti:\r\ngde je:\r\nS(pp - tekuća vrednost debljine odreska u funkciji od ugla okretanja strele bagera (0 i ugla rezanja (p);\r\nS0 - debljina odreska merena na visini poluprečnika rotora (p = 90°) i za položaj strele bagera u pravcu podužne ose bagera (p = 0°), kada je S0 = Smax.\r\nKonstruktivno ograničenje maksimalne debljine odreska je bočna dužina vedrice, odnosno, Smax < Lbv. Širina odreska (b) se menja u zavisnosti od brzine okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera i broja pražnjenja vedrica u minuti. Pri konstantnoj brzini okretanja strele bagera, širine odrezaka u okviru reza su jednake i iznose:\r\nPri promenjljivoj brzini okretanja strele bagera promenjljive su i širine odrezaka:\r\npri čemu je:\r\ngde je:\r\nVb - konstantna brzina okretanja strele bagera (m/min);\r\nVb0 - osnovna linearna brzina pomeranja strele bagera merena u pravcu podužne ose bagera, odnosno, za cp = 0° (m/min);\r\nVbq) - promenjljiva brzina okretanja strele bagera (m/min);\r\nn - broj pražnjenja vedrica (min ).\r\n3.4. Kapacitet rotornih bagera\r\nKapacitet kontinualnih sistema sa rotornim bagerima najviše zavisi od prvog i osnovnog elementa sistema - rotornog bagera [25, 27, 28, 35, 36, 37, 38, 44, 45, 51, 64, 65]. Kapacitet rotornog bagera predstavlja efekat rada izražen u (m3) ili (t) otkopane mase u jedinici vremena i izražava se kao: teoretski kapacitet, tehnički kapacitet, eksploatacioni kapacitet i efektivni kapacitet.\r\nTeoretski kapacitet (Qt) dobija se na osnovu konstruktivnih i kinematičkih karakteristika bagera.\r\nTehnički kapacitet, (Qth ) pored konstruktivnih karakteristika bagera, obuhvata i faktore uticaja radne sredine (otpor kopanju, raspucalost, plastičnost, lepljivost, parametre za stabilnost kosina) i tehnologije rada bagera u bloku, odnosno, učešće čistog vremena otkopavanja u ukupnom proizvodnom vremenu za otkopavanje bloka.\r\nEksploatacioni kapacitet (Qe ) u suštini predstavlja tehnički kapacitet korigovan učešćem zastoja, koji se javljaju u toku planiranog radnog vremena i ukupnog vremena rada. Izražava se za određeni vremenski period eksploatacije. Pored planiranih zastoja sistema i zastoja zbog manevarskih i pomoćnih operacija kod proračuna eksploatacionog kapaciteta uključeni su i neplanirani zastoji.\r\nEfektivni kapacitet (Qef) dobija se na kraju kalendarskog perioda po tačnom utvrđivanju efektivnog radnog vremena i ukupno izmerenih otkopanih količina otkrivke ili uglja.\r\nPrema tome, kapacitet rotornog bagera zavisi od sledećih grupa uticajnih faktora :\r\n• Konstruktivni i kinematički parametri kopanja i transporta, prečnik rotora i dužina strele, zapremina, broj i konstrukcija kašika, brzina rotacije, okretanje, spuštanje i podizanje radnog organa, vreme reverzije okretanja strele, tip i brzina mehanizma za transport bagera, dinamičke karakteristike, čvrstoća, dugovečnost i sigurnost osnovnih delova ;\r\n• Fizičko-mehaničke osobine stenskog materijala, u prvom redu njegov specifični otpor kopanju, lomljivost, raspucalost u masivu, plastičnost, lepljivost, vlažnost i dr. ;\r\n• Stepen podudarnosti tehnoloških elemenata otkopa (širine bloka, visine i ugla kosine etaže) sa parametrima bagera ;\r\n• Sistem eksploatacije i organizacija rada na površinskom kopu (elementi sistema eksploatacije, broj i vreme radnih smena u toku godine, sistem eksploatacije, dužina fronta, vrsta i organizacija transporta i dr.).\r\nIzmeđu nabrojanih uticajnih faktora, samo su konstruktivni i kinematički faktori za određeni model bagera konstantni. Ostali uticajni faktori su promenljivi i zavise od uslova eksploatacije.\r\nTeoretski kapacitet (Qt) rotornog bagera računa se kao proizvod računske zapremine jedne kašike (q) i broja istresanja na minut (n) :\r\nQt — 60 q n (rm3/h)\t(3.41)\r\nPošto se kašike pune rastresenim materijalom, to se i teoretski kapacitet prikazuje u (m3/h) rastresenog stenskog materijala. Teoretski kapacitet pokazuje konstruktivne i energetske mogućnosti rotornog bagera i ograničen je zapreminom kašika na rotoru, snagom pogona ili propusnom moći transportera. Teoretski kapacitet rotornog bagera može se računati i preko zapremina rezova po formuli:\r\nQt = 60 svh (rm3/h)\t(3.42)\r\ngde je:\r\ns - debljina reza (m);\r\nv - brzina okretanja strele (nosača rotora) (m/min); h - visina sloja (m).\r\nTehnički kapacitet (Qth ) rotornog bagera je njegov maksimalno mogući kapacitet u određenom otkopu i steni. U tehničkom kapacitetu su uključena svojstva stene i organizacija procesa bagerovanja otkopa, a računa se po formuli:\r\nQth = Qt kp fr (čm3/h)\r\ngde je:\r\nkp - koeficijent punjenja kašika; kr - koeficijent rastresitosti stene; k0 - koeficijent otkopa (produktivnosti).\r\nKoeficijent otkopa (k0) ili koeficijent produktivnosti uzima u obzir uticaj svih manevarskih operacija u bagerovanju bloka: približavanje bagera otkopu (kod bagera sa izvlačenjem katarke - izvlačenje), spuštanje rotora i odmicanje bagera, prelaz na obradu sledećeg bloka (u sledeći ciklus bagerovanja), tj. približavanje bagera otkopu i podizanje rotora. Pored toga, ovim koeficijentom se uzimaju u obzir i gubici kapaciteta od ubrzanja i usporenja okretanja strele u početku i na kraju rezova, reverziranja, gubici usled srpastog oblika rezova, van oblasti regulacije i gubici zbog smanjenja visine krajnjih rezova prema otkopanom prostoru.\r\nManevarski pokreti rotornog bagera koji znatno utiču na kapacitet bagera zavise od geometrije radilišta i konstruktivnih parametara bagera. Manevarski pokreti mogu biti u vertikalnim ravnima (obuhvataju dizanje i spuštanje rotora, produžavanje strele bagera i kretanje bagera) i bočni (obuhvataju neproduktivne pokrete strele oko vertikalne ose bagera uglavnom zbog promene reza koji se otkopava i otkopavanja rezova prema otkopanom prostoru).\r\nDokazano je da osnovni uticaj na kapacitet imaju manevarski pokreti u vertikalnim ravnima. Uticaj bočnih manevarskih pokreta je zanemarljiv, posebno ako je vešt rukovaoc bagera. Veća dubina napredovanja čela, porast širine bloka, i povećanje ugla nagiba čeone kosine smanjuju manevarske pokrete za vreme rada i povećavaju kapacitet bagera.\r\nPovećanje visine etaže dovodi do porasta manevarskih pokreta i pada kapaciteta bagera. Najmanje manevara vrši se kod etaže koja se sastoji iz jednog reza, ali su sa aspekta tehnologije rada povoljnije visoke etaže.\r\nUticaj dužine etaže na kapacitet bagera izražava se preko koeficijenta gubitaka u kapacitetu (Kg) zbog usecanja bagera u novi blok, pošto je kapacitet bagera pri usecanju u novi blok osetno manji nego pri radu u regularnom bloku. Prema tome, broj usecanja u blok je u direktnoj zavisnosti od dužine etaže.\r\nKoeficijent gubitaka u kapacitetu zbog usecanja u novi blok se može definisati izrazom:\r\ngde je:\r\nL - dužina etaže (m);\r\nlu - dužina zone u kojoj se vrši usecanje u novi blok (m); % - koeficijent korekcije kapaciteta bagera « 0,6).\r\nEksploatacioni kapacitet (Qe) rotornog bagera, pored nabrojanih faktora koji utiču na tehnički kapacitet, odražava još i uticaj organizacije rada bagera, transporta i održavanja u određenom vremenskom periodu, a računa se po formuli:\r\ngde je:\r\nT - posmatrano vreme (h);\r\nkv - koeficijent iskorišćenja vremena, računa se po formuli :\r\ngde je:\r\ntpz- vreme planiranih zastoja (neradno vreme, mesečni planski preventivni pregledi i opravke, godišnji, srednji i veliki remonti, rekonstrukcije); tnz - vreme neplaniranih zastoja.\r\nKorišćenjem statističkih podataka i moderne računarske tehnike, eksploatacioni kapacitet (Qe) rotornog bagera u bilo kom razmatranom kalendarskom vremenskom periodu (smena, nedelja, mesec ili godina), računa se iz izraza:\r\ngde je :\r\nTk - razmatrani kalendarski vremenski period (smena, nedelja, mesec, godina);\r\nKt - koeficijent tehnološkog iskorišćenja vremena rada bagera dat formulom:\r\ngde je:\r\ntv - ukupno vreme rada bagera ;\r\ntp - ukupno vreme pomoćnih tehnoloških operacija koje obuhvata manevrisanje\r\nu bočnoj i vertikalnim ravnima, pomeranje transportera, obilaženje transportera na kraju fronta, itd.;\r\nKth - koeficijent tehničkog iskorišćenja vremena u razmatranom periodu kalendarskog vremena (Tk) :\r\ngde je:\r\nT0 - vreme tehničkog opsluživanja bagera; Tr - vreme remonta bagera;\r\nK0 - koeficijent organizacionog iskorišćenja vremena:\r\ngde je :\r\nt0 - ukupno vreme zastoja iz organizacionih razloga.\r\n4. MODELIRANJE RADNE SREDINE NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA\r\nPojam modela i modeliranja zasniva se na postojanju sličnosti između dva sistema i to realnog i apstraktnog sistema. Realni, stvarni procesi sadrže veliki broj promenljivih veličina koje treba obuhvatiti da bi se potuno i korektno opisao sistem. Radi upoznavanja i razumevanja procesa, delova i sistema koji se proučavaju u celini, a naročito radi predviđanja ponašanja sistema, potrebno je da se izvrše određeni eksperimenti i istraživanja. Direktna istraživanja na sistemima koji mogu biti poslovni, ekonomski, organizacioni, proizvodni, tehnički i dr., po pravilu su vrlo skupa, obimna ili nemoguća ako su sistemi u fazi projektovanja. Tada se za ispitivani sistem traži zamena sličnim sistemom - modelom [4, 6]. Osnovna osobina modela i istovremeno potreba za modeliranjem proizilazi iz činjenice da se na taj način omogućava eksperimentisanje i analiza koja na realnim sistemima nije moguća. Samim tim, direktno se koristi kod odlučivanja u slučaju predviđanja posledica ili nastalih stanja donetih odluka, bez intervencije na realnoj pojavi. Vrlo važna osobina je to da se rezultati dobijeni modelom mogu proveravati i analizirati jednostavno bez rizika i velikih troškova u relativno kratkom vremenskom periodu obrade.\r\nEksperimentalno ispitivanje radne sredine ili njenih modela je jedna dopunska mogućnost da se dođe do pouzdanih podataka o stanju napona, deformacija ili pomeranja, kao podataka koji su neophodni za analizu radne sredine. U okviru eksperimentalnih metoda razvijaju se razni postupci koji koriste podatke i saznanja iz fizike (posebno optike i elektronike), matematike, mehanike krutog i deformabilnog tela, reologije, hemije, geologije, mehanike tla, automatike i digitalne tehnike. Dobijeni podaci veoma su bitni za ocenu nosivosti i stabilnosti radne sredine, posebno u odnosu na dejstvo lokalnih koncentracija napona, stvaranja plastičnih područja, mehanizam loma, kao i na uticaj promene mehaničkih karakteristika materijala zavisno od vremena i temperaturnih promena.\r\nPri tome, opterećenje može da bude mehaničko, termičko, hemijsko i dr., može da bude statičko ili dinamičko (periodično, harmonijsko, udarno, impulsno ili stohastički promenljivo kao kod zemljotresa ili kod turbulentnih uticaja vetra ili vode). Ovim ispitivanjima analiziraju se problemi vezani za razna stanja u odnosu na prirodu sredine koja se ispituje: izotropna ili anizotropna, homogena ili nehomogena, kontinualna ili diskontinualna, u oblasti elastičnih, plastičnih ili visokoelastičnih deformacija. Ponekad se kao dopunski problem javlja problem prenošenja rezultata dobijenih modelskim ispitivanjem na originalnu radnu sredinu, služeći se pri tome teorijom modelske sličnosti. Veoma je važno poznavanje reoloških i mehaničkih karakteristika modelskih materijala pri čemu svako modelsko ispitivanje mora biti praćeno i baždarenjem (kalibracijom tog modelskog materijala).\r\nU površinskoj eksploataciji uglja, modeliranje radne sredine podrazumeva detaljnu analizu realnog prostora površinskih kopova na nivou baza podataka etažnih ravni koje se formiranju interpolacijom i interpretacijom rezultata izvornih geoloških istražnih radova i svih ostalih rezultata ispitivanja. To su strukturne karakteristike, inženjersko-geološke karakteristike,fizičko- mehaničke karakteristike, karakteristike kvaliteta, hemijska, tehnička, mineraloško-petrografska ispitivanja, kao i sva ostala ispitivanja koja su potrebna da se u potunosti defineše realni prostor površinskih kopova. Za modeliranje radne sredine koriste se metode interpolacije i optimizacije vertikalne podele ležišta na etaže [10, 27, 35, 43] .\r\nDruga faza modeliranja sistema površinske eksploatacije predstavlja modeliranje tehnologije rada opreme na površinskim kopovima, pošto je tehnologija otkopavanja najvažniji deo sistema površinske eksploatacije. Modeliranje se vrši na osnovu detaljne dekompozicije tehnoloških procesa otkopavanja na sve radne i manevarske operacije prema kinematsko- konstruktivnim karakteristikama i tehnološkim parametrima rada. U ovoj fazi modela obuhvaćena je i realna vremenska slika stanja i ponašanja proizvodnih sistema na površinskim kopovima. Primenjene su metode simulacionog modeliranja, statistička analiza i metoda Monte Karlo.\r\nTreća faza modeliranja sistema površinske eksploatacije predstavlja integraciju prethodne dve faze modela. Realno okontureni prostor površinakih kopova interpretira se kao baza podataka koja sadrži sve bitne parametre radne sredine od kojih zavisi definisanje tehnoloških parametara eksploatacije. Simulacionom tehnikom vrši se izbor tehnoloških parametara rada opreme koji daju potreban kapacitet proizvodnje i istovremeno se preuzimaju podaci o kvalitetu otkopane sirovine. Stabilnost proizvodnje ispituje se na bazi raspona pojavljivanja kapaciteta i kvaliteta otkopane sirovine u realnom prostoru površinskog kopa u odnosu na graničnu vrednost. U zavisnosti od karakteristika ležišta defineše se kontura površinskog kopa prema prirodnim, tehničko- tehnološkim i ekonomskim kriterijumima i ona predstavlja ograničeni realni prostor određen za eksploataciju.\r\n4.1. Geotehnički model\r\nGeotehničkim model predstavlja osnovu za projektovanje nagiba kosina i sastoji se od četiri sastavna modela:\r\n- geološkog modela,\r\n- struktumog modela,\r\n- modela stenskog masiva (svojstva stenskog materijala),\r\n- hidrogeološkog modela.\r\nPrikazani modeli takođe se primenjuju i za druge aspekte projektovanja rudarske eksploatacija, na primer za određivanje rudnih rezervi i projektovanje rudarskih radova. Međutim, pojedina svojstva svakog od navedenih modela su od ključnog značaja za proces projektovanja nagiba kosina.\r\nGeotehnički model je moguće primeniti i za druge važne potrebe, kao što je analiza primarnog (\"in-situ\") naponskog stanja i njegove promene, naročito kod projektovanja veoma visokim kosina, u slučejevima kada su u okolini prisutne podzemne prostorije, kao i za analizu uticaja seizmičnosti.\r\nSlika 4.1. - Geotehnički model\r\nGeološki model\r\nGeološki model predstavlja 3D prikaz geološke građe terena u zoni gde će biti formirane kosine površinskog kopa. Kategorije zastupljenih materijala u modelu ne zavise samo od litološkog sastava nego i od vrste i stepena alteracije koji mogu značajno da utiču na svojstva materijala, kako pozitivno tako i negativno. U pojedinim ležištima, posebno kod onih koja se nalaze u tropskim predelima, veliki uticaj pri projektovanju nagiba kosina može da ima i geomorfologija.\r\nDetaljno izučavanje regionalnih geoloških karakteristika terena i samog procesa mineralizacije je od posebne važnost za formiranj ovog modela. Prilikom projektovanja kosina moraju se sprovesti detaljna i sveobuhvatna geološka istraživanja kako samog ležišta, tako i okolnog stenskog masiva uključujući i jalovinu, pri čemu je potrebno posebnu pažnju posvetiti istraživanjima inženjerskih karakteristika terena.\r\nPovećanjem visine kosina površinskog kopa, posebnu pažnju je potrebno obratiti na uticaj izmenjenog naponskog stanja, naročito na koncentraciju napona u nožici kosine. Geološkim modelom je neophodno obuhvatiti procenu naponskog stanja.\r\nStrukturni model\r\nStrukturni model, koji je potreban za projektovanje kosina, obično se razvija na dva nivoa:\r\n- glavne strukture (nabori, rasedi u zoni sistema radnih kosina i samog\r\npovršinskog kopa);\r\n- strukturne pukotine (pukotine, rasedi u zoni etaža).\r\nPrethodna podela je izvršena, prvenstveno, na osnovu prostorne zastupljenosti navedenih strukturnih svojstava i očekivanog uticaja na konstruktivne elemente kosina površinskih kopova. Glavni rasedi su obično postojani, kako po pravcu pružanja, tako i po padu, mada mogu imati i veći zev. Shodno prethodnom, može se očekivati da će imati uticaja prilikom projektovanja sistema radnih kosina ili završnih kosina površinskog kopa. S druge strane, strukturne pukotine obično imaju ograničen postojanost i manji zev, pa samim tim se u razmatranje uzimaju prilikom projektovanja etaža i, eventualno, sistema radnih kosina.\r\nModel stenskog masiva\r\nSvojstva stenskog materijala, u kome se kosine formiraju, određuju njihovu geometriju i samim tim način na koji će biti izvršeno njihovo projektovanje. U vezanim stenskim materijalima, strukturna svojstva, najčešće, predstavljaju ograničavajući faktor, čak i kod relativno visokih kosina. U poluvezanim i nevezanim stenskim materijalima, kao i kod kosina sa velikom visinom, čvrstoća stenskog masiva predstavlja osnovni ograničavajući faktor. Prilikom utvrđivanja svojstava stenskog materijala, moraju se u obzir uzeti moguće promene karakteristika sa vremenom (reološka svojstva). Ovo je od posebnog značaja u slučajevima gde su u stenskom masivu zastupljeni glinoviti materijali skloni bubrenju ili škriljci ispunjeni glinom, kod kojih može doći do redukovanja čvrstoće i drugih svojstava nakon njihovog otvaranja. Prilikom utvrđivanja svojstava stenskog materijala, projektant kosina može da pruži važne podatke koji su bitni za druge rudarske aktivnosti, na primer, za projektovanje bušačko-minerskih radova. Ovu činjenicu ne treba prevideti prilikom izrade programa za ispitivanje stenskog materijala.\r\nPovratna analiza uzroka pojave nestabilnosti, pa čak i stabilnih kosina, može imati velikog značaja prilikom određivanja svojstava stenskog materijala. Podaci prikupljeni detaljnim praćenjem promena stanja pojedinih delova kosina i u početnom periodu kod formiranih završnih kosina, mogu obezbediti podatke o svojstvima celokupnog stenskog masiva koje se obično ne mogu utvrditi pomoću laboratorijskih ispitvanjima na malim uzorcima, a koja se izvode za potrebe izrade Studije izvodljivosti i ranijim fazama projektovanja.\r\nHidrogeološki model\r\nHidrogeološke karakteristike terena, određene pomoću analize pritisaka podzemnih voda i karakteristika kretanja površinskih voda, mogu imati značajan negativan uticaj na stabilnost kosina, pa ih je neophodno detaljno izučiti. Ova svojstva su obično jedini elementi koji se, prilikom projektovanja kosina, mogu lako menjati primenom odgovarajućih mera za odvodnjavanje, naročito na nivo sistema radnih kosina ili većih sistema kosina. Međutim, odvodnjavanje i primena mera za smanjivanje pritisaka podzemnih voda zahtevaju potpunu posvećenost da bi se efikasno primenile na površinskom kopu, a obično zahtevaju značajno vreme za njihovo projektovanje i implementaciju. Identifikacija i definisanje hidrogeološkog režima u ranim fazama projektovanja su stoga od ključnog značaja.\r\nU fazi izrade računarskog modela ležišta, mogu se primeniti pet tipova modela. Ovi modeli uglavnom koriste iste ulazne podatke ali imaju razičite izlazne forme. Koriste se:\r\n• Triangulacijski model - sačinjava niz trouglova formiranih na bazi referentnih tačaka (bušotina). Triangulacijom se predstavljaju površine terena, krovine ili padine sloja, rudnog tela, površinskog kopa i sl. (Slika 4.2.).\r\nSlika 4.2. - Triangulacijski model ležišta\r\n• Mrežni - digitalni model_- predstavlja grupa linija ili stringova kojima se uglavnom ograničavaju površine, slično kao kod triangulacije. Može se izvoditi kao površinski ili prostorni model , pri čemu elementi mreže mogu biti pravougaonik (kvadrat) ili neki drugi prikaz (Slika 4.3).\r\nSlika 4.3. - Prikaz mrežnog modela ležišta\r\n• Konturni model - posebno pogodan za prikazivanje planova koji se rade u dve dimenzije kao i za mrežni model kvaliteta izlaza koji zavisi od gustine same mreže (Slike 4.4.).\r\nSlika 4.4. - Konturni model\r\n• Žičani model - defineše prostorni oblik objekta koji se modelira. Njime se predstavljaju rudna tela, rasedi, prostorije u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom i td. (Slika 4.5).\r\nSlika 4.5. - Žičani model\r\n• Blok model - defineše se model ležišta ili površinskog kopa sa 3D podelom na blokove i podblokove. Predstavlja se metodom interpolacije, statističkim ili geostatističkim metodama, krigovanjem i metodom\r\nnajbližih susednih tačaka. Ima najširu primenu u modeliranju ležišta i površinskih kopova (Slika 4.6.) [27].\r\nSlika 4.6. - Blok model\r\nBaza podataka predstavlja osnovu modeliranja sistema površinske eksploatacije za upravljanje proizvodnjom i obuhvata tri osnovne grupe podataka i to:\r\n• podatke o izvornim geološkim istražnim radovima;\r\n• podatke o vremenskom karakteristikama ponašanja proizvodnog sistema (vremenski periodi i zastoji proizvodnog sistema) u realnom vremenu eksploatacije i\r\n• podatke o konstruktivnim, kinematskim i tehnološkim karakteristikama opreme za eksploataciju.\r\nPodaci o izvornim geološkim istražnim radovima su dobijeni u fazi istraživanja ležišta i laboratorijskim ispitivanjima. Prema koncepciji modela grupišu se kao: strukturne karakteristike, fizičko-mehaničke karakteristike i karakteristike kvaliteta. Ovi podaci su vezani za lokaciju istražnog rada (istražne bušotine) i na taj način tačno je preciziran njihov prostorni položaj. U sledećem koraku ove podatke treba interpretirati na okonturenom prostoru površinskog kopa, tako da u celini bude pokriven svim potrebnim podacima. To se radi tako što se prvo izvrši vertikalna podela na etaže, a zatim se svaka etaža deli na određeni broj miniblokova. Podela etaže na miniblokove (u horizontalnoj projekciji) znači diskretizaciju prostora etaže na skup tačaka za koje se vrši interpolacija izvornih geoloških podataka. U prvom slučaju pre interpolacije, nosilac niza informacija je bušotina ili neki drugi istražni rad, dok je u drugom slučaju posle interpolacije,dalji nosilac niza informacija težište minibloka. Izbor odgovarajuće metode za interpolaciju u ravni, vrši se prema kriterijumu najmanjeg odstupanja interpolovanih vrednosti u odnosu na realne vrednosti.\r\nForma i dimenzije mreže za interpolaciju i veličina miniblokova definišu se na osnovu više kriterijuma. Po pravilu visina miniblokova usaglašena je sa visinom etaže. Kod definisanja širine i dužine miniblokova postoji više uslova i to:\r\n• ugao nagiba završne kosine etaže;\r\n• dimenzije eksploatacionog bloka bagera;\r\n• saglasnost površine miniblokova sa površinom poligona etaže i\r\n• intezitet promena i veličina raspona pojavljivanja strukturnih karakteristika, fizičko-mehaničkih karakteristika i karakteristika kvaliteta.\r\nDrugi deo baze sadrži podatke o vremenskom ponašanju proizvodnog sistema. To su periodi rada i zastoja sistema sa dužinom intervala i frekvencijom pojavljivanja. Predstavljanje podataka je kompleksno, u realnom prostoru (sa kordinatama x, y i z) i u realnom vremenu koje određuje aktuelnost prostornog položaja prema dinamici razvoja radova na površinskom kopu. Realni prostor i realno vreme su dva nivoa pripreme podataka koji se integrišu u zajedničku bazu podataka tako da potpuno definišu stanje radne sredine.\r\nTreća grupa podataka predstavlja konstruktivne kinematske i tehnološke karakteristike opreme koja se koristi za eksploataciju i ima stalni karakter [5].\r\nInformacione tehnologije (IT) su veoma zastupljene u rudarstvu pri obradi i upravljanju podacima, korišćenjem programskih paketa za 3D projektovanje, modeliranje i integraciju prostornih baza podataka sa primenom dobijenih rezultata. Suština njihove primene ogleda se u povezivanju funkcija planiranja, projektovanja, nadzora, analize, odlučivanja i povratnog upravljačkog delovanja, kroz povećanje proizvodnje, produktivnosti, pouzdanosti, sigurnosti rada i operativnosti. Savremeni računarski programi kao osnovu za razvoj aplikacija koriste različite metode, od kojih su najčešće primenjene Lerchsa-Grossmanova metoda (LG), Floating Cone Method - metod \"plutajuće kupe\" i dinamičko programiranje.\r\nU oblasti rudarstva danas se koriste brojni računarski programi koji su prilagođeni specifičnostima koje karakterišu rudarsku delatnost. Neki od njih su:\r\n❖ Surpac (definisanje kvantiteta i kvaliteta ležišta, geostatistike, modeliranje, planiranje eksploatacije mineralnih sirovina, kontrola proizvodnje, automatizacija određenih procesa eksploatacije) ;\r\n❖ Gems (istraživanje, modeliranje, projektovanje rudarskih radova, praćenje proizvodnje) ;\r\n❖ Minex (za slojevita ležišta (ugalj), upravljanje geološkim podacima i modelom, planiranje eksploatacije, definisanje najisplativijih delova ležišta, proračun rezervi, praćenje produktivnosti u proizvodnji, za rekultivaciju i saniranje kopa) ;\r\n❖ Whittle (ekonomska optimizacija ležišta) ;\r\n❖ Rock Ware (izrada kontura, mreža i karata određenih površina) ;\r\n❖ LogPlot (izrada i prikaz geotehničkih, geofizičkih, rudarskih i ostalih podataka) ;\r\n❖ Vulcan (analiza geološke građe ležišta, izrada blok modela, proračun rezervi, projektovanje plana i praćenje eksploatacije, upravljanje tim procesima) ;\r\n❖ MineSuite (upravljanje i praćenje rudarskih procesa) ;\r\n❖ Datamine (upravljanje geološkim podacima i rezervama mineralnih sirovina, razvoj plana eksploatacije, projektovanje i upravljanje rudarskim radovima, praćenje proizvodnje) ;\r\n❖ Micromine (statistički proračuni, klasifikacija, kategorizacija i proračun rezervi, optimizacija kosina etaža, upravljanje i praćenje napredovanja rudarskih mašina).\r\n4.2. Model površinskog kopa RADLJEVO\r\nZa izradu digitalnog modela površinskog kopa RADLJEVO, kao osnovne informacije korišćeni su podaci o istražnim bušotinama (ukupno 505 istražne bušotine). Ovi podaci su iskombinovani sa rezultatima uzorkovanja uglja (i analiza) i uključeni su u geološku bazu podataka modela za P.K. RADLJEVO. Uz pomoć baze podataka, izrađeno je 46 profila koji su služili kao osnova za povezivanje pojedinačnih slojeva, a napravljen je i digitalni model terena (DTM)- Digital Terrain Model koji predstavlja triangulaciju svih dostupnih podataka koji se tiču podine i krovine svakog sloja [65].\r\nBlok model, korišćen za dalji rad, pokrio je celu razmatranu površinu i imao je dužinu od 8.440 m (sever-jug), širinu 8.975 m (istok-zapad) i visinu od 160 m (Slika 4.7.). Pošto se blok sastoji od brojnih modela pojedinačnih blokova, svakom od njih se mora odrediti veličina i pravac, tako da su za blok model Polja RADLJEVO određene sledeće veličine blokova:\r\nX=30m; Y=30m; Z=2m (osnovni blok) X=15m; Y=15m; Z=1m (pod-blok)\r\nSlika 4.7. - Dimenzije blok modela (osnovni blokovi i pod-blokovi)\r\nOsnovne karakteristike litoloških članova na istražnom području su: različito horizontalno rasprostranjeni, promenljive debljine i česte pojave proslojaka. Izražena litološka slojevitost u vertikalnom profilu i nejednako horizontalno prostiranje litoloških članova, imaju za posledicu izraženo horizontalno i vertikalno, odnosno prostorno strujanje podzemnih voda, koje je posebno izraženo u zonama kontakta peskova i šljunkova, odnosno gornjeg ugljenog sloja sa peskovima međuslojne izdani. Ovih nekoliko pomenutih činjenica je uticalo na strategijsku odluku pri izboru osnovnih karakteristika modela, da se pristupi izradi višeslojevitog modela, sa mogućnošću automatske promene hidrodinamičkog stanja strujnog polja, zavisno od uslova strujanja podzemnih voda [65]. Hidrodinamički model površinskog kopa RADLJEVO je koncipiran i izražen kao višeslojeviti model sa ukupno osam slojeva, posmatrano u vertikalnom profilu i to počev od površine terena.\r\nU Tabeli 4.1. dati su korespodentni slojevi modela i terena.\r\nTabela 4.1. - Korespodentni slojevi modela i terena\r\nNa Slici 4.8. prikazani su šematizovani litološki profili, pri čemu se težilo da se što više postigne vernost modela u odnosu na prirodu.\r\nSlika 4.8. - Šematizovani litološki profili u pravcu zapad-istok i sever-jug\r\nLegenda: 1. Glinoviti i alevritični sedimenti; 2. Peskovi i šljunkovi povlatne izdani; 3. Ugljena serija; 4. Peskovi međuslojne izdani; 5. Peskovi podinske izdani; 6.Glinoviti sedimenti\r\nFizičko-mehanička svojstva zastupljenih geoloških slojeva prikazani su u Tabeli 4.2.\r\nTabela 4.2. - Fizičko-mehanička svojstva geoloških slojeva\r\nNakon izvršene vertikalne podele na etaže i proračuna stabilnosti pojedinačnih kosina i celokupnog sistema kosina, a na osnovu fizičko- mehaničkih svojstava litoloških članova, formiran je model kosina radnih etaža (Slika 4.9.).\r\nSlika 4.9. - Model kosina radnih etaža\r\nU modelu su integrisani i sledeći parametri uglja:\r\n• donja toplotna vrednost (KJ/kg);\r\n• sadržaj vlage (%);\r\n• sadržaj pepela (%);\r\n• sadržaj sumpora (%);\r\n• pitanje isparljivosti (%).\r\nPutem Inverzne metode procene razdaljine, ovi su atributi kasnije proračunati za sve ostale pojedinačne blokove i predstavljaju osnov za dalja razmatranja. U Tabeli 4.3. prikazan je kvalitet uglja po slojevima.\r\nTabela 4.3. - Kvalitet uglja po slojevima\r\nKVALITET UGLJA PO SLOJEVIMA\r\nNa sledećim slikama, uz pomoć softverskog paketa za projektovanje SURPAC, prikazani su geološki uslovi ležišta RADLJEVO.\r\nSlika 4.10. - Pregledna karta P.K. RADLJEVO sa lokacijom i profilima\r\nSlika 4.11. - Istočno-zapadni profil E1 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.12. - Istočno- zapadni profil E2 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.13. - Istočno-zapadni profil E3 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.14. - Severno-južni profil N1 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.15. - Severno-južni profil N2 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.16. - Severno-južni profil N3 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije\r\nSlika 4.17. - Principijalan projektovani kop RADLJEVO sa prikazanim sistemom kosina i ugljem\r\nSlika 4.18. - Severno-južni profil N koji prikazuje kombinaciju projektovanog kopa i rasprostiranje sloja\r\nSlika 4.19. - Severno-južni profil M koji prikazuje kombinaciju projektovanog kopa i rasprostiranje sloja\r\n5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINA\r\nAnaliza stabilnost kosina površinskog kopa spada među važnije inženjerske proračune koji služe kao osnova projektovanju površinskog kopa. Geometrija kosine određena je geomehaničkim karakteristikama materijala u kosini, strukturno-geološkim karakteristikama ležišta u području završne kosine i rudarsko-tehnološkim uslovima. Tehnologija otkopavanja ne utiče na određivanje stabilnosti završne kosine, a geometrija kosine isključivo zavisi od parametara čvrstoće materijala u završnoj kosini.\r\nOsnovni cilj kod završnih kosina površinskog kopa je postići maksimalni nagib za zadatu konačnu maksimalnu visinu kosine pri minimalnom faktoru sigurnosti i optimalnim uslovima stabilnosti.\r\nUticajni faktori na stabilnost kosina dati su u Tabeli 5.1. U analizama stabilnosti kosina osnovni parametri koji kao svojstva materijala ulaze u proračun su: kohezija (C), ugao unutrašnjeg trenja (9) i zapreminska masa (y). Određivanje ovih parametara izvodi se metodom direktnog smicanja uzoraka ili metodom triaksijalne kompresije [7, 13, 14, 15, 29, 30, 34, 46, 49, 53].\r\nJednačina linije graničnog stanja za slučaj linearnog odnosa normalnog i smičućeg napona ima oblik:\r\nT = C + on tg 1000 N/cm u uslovima radne sredine.\r\nI sloj sa otporima kopanja > 1000 N/cm u uslovima radne sredine se u hemijskom pogledu razlikuje od ostala dva sloja sa otporima pri rezanju > 1000 N/cm u uslovima radne sredine, jer se pored laporovitih krečnjaka javlja i vitrokristaloklastičan tuf kod koga je procenat SiO2 do 56,42%.\r\nLaboratorijskim ispitivanjima dobijeni su sledeći fizičko-mehanički parametri tufa:\r\n- prirodna vlažnost odmah po otvaranju uzorka ra = 17,50 - 30,27 (%),\r\n- brzina longitudinalnih talasa Vp = 2145 - 2733 (m/s),\r\n- otpor pri rezanju odmah po otvaranju uzorka KL = 784,60 - 1209,23 (N/cm),\r\n- otpor pri rezanju KL = 830 - 1384,61 (N/cm) u opsegu vlaga 6,45 - 14,28 (%).\r\nU ovom sloju se pored vitrokristaloklastičnog tufa javljaju i laporoviti krečnjaci sa vrlo visokim procentom CaCO3 > 85 % i sledećim dobijenim vrednostima fizičko- mehaničkih parametara:\r\n- prirodna vlažnost odmah po otvaranju uzorka ra = 3,81 - 7,85 (%),\r\n- brzina longitudinalnih talasa Vp = 2400 - 3511 (m/s),\r\n- otpor pri rezanju odmah po otvaranju uzorka KL = 806,00 - 1230,77 (N/cm),\r\n- otpor pri rezanju KL = 953,84 - 1200,00 (N/cm) za vlagu 2,01 - 6,45 (%).\r\nII i III sloj sa otporima pri rezanju > 1000 N/cm u uslovima radne sredine su po\r\nsvom hemijskom sastavu i fizičko-mehaničkim svojstvima jako slični i u litološkom pogledu predstavljaju laporovite mikritske i intramikritske krečnjake sa visokim procentom karbonatne komponente. Slojevi su stratigrafski razdvojeni sredinom I.\r\nLaboratorijskim ispitivanjima dobijeni su sledeći fizičko-mehanički parametri:\r\n- prirodna vlažnost odmah po otvaranju uzorka ra = 3,52 -12,65 (%),\r\n- brzina longitudinalnih talasa Vp = 2000 - 3591 (m/s),\r\n- otpor pri rezanju odmah po otvaranju uzorka KL = 806,00 - 1200,00 (N/cm),\r\n- otpor pri rezanju KL = 815,38 - 1384,60 (N/cm) u opsegu vlaga 1,30 - 5,23.\r\nAnalizirajući sve dobijene rezultate kompleksnih istraživanja (geofizičkih, geomehaničkih, istražnog bušenja, hemijskih i petroloških ispitivanja) načinjen je inženjersko-geološki model terena (Slika 2.4.) po zastupljenim kategorijama stenske mase, gde su izdvojene dve sredine čija su svojstva data pojedinačno:\r\n- Sredina I (Kategorija stene K i K2) koja ne predstavlja problem pri okopavanju otkrivke glavnog ugljenog sloja;\r\n- Sredina II (Kategorija stene K3 i K4) predstavlja problem za rad kontinualne opreme koji se ispoljava u padu kapaciteta i smanjenju pouzdanosti rada sistema. U litološkom pogledu stenske mase Sredine II odgovaraju vitrokristaloklastičnom tufu i laporovitim krečnjacima sa procentom CaC03 > 85 %.\r\nSlika 2.4. Inženjersko-geološki model terenapo parametru otpora pri rezanju sredine N\r\nDruga faza u istraživanju otkopavanja otkrivke sa povećanom čvrstoćom na Površinskom kopu Gračanica u Gacku, je bio da se sagledaju svi aspekti mogućnosti primene rotornih bagera u konkretnim uslovima radne sredine.\r\nPri tome je Man Takraf [42] vršio ispitivanja specifičnog otpora rezanja otkrivke na Površinskom kopu Gračanica u Gacku u cilju procene mogućnosti otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom i davanja preporuke za nabavku novog rotornog bagera sa povećenom reznom silom. Za te potrebe su izvršena dva testa i to sondiranje udarom i test klinom na osnovu čega je kompanija Man Takraf predložila isporuku rotornog bagera SRs 500 sa snagom pogona rotora od 700 kW, ali nije došlo do nabavke ovog rotornog bagera zbog nedostatka finansijskih sredstava.\r\nZato se pristupilo istraživanju mogućnosti povećanja rezne sile, odnosno kapaciteta postojećeg rotornog bagera ER-1250 16/1,5. Ova istraživanja su vršena u dva dela.\r\nPrvi deo je obuhvatio istraživanja optimizacije procesa otkopavanja u laboratoriji Technische Universitat Bergakademie iz Frajberga [18]. Istraživanja su vodili Prof. Drebenstedt C., Vorona M., Gassner W., a obuhvatila su: ispitivanje radne sredine (fizičko-mehaničke karakteristike, mineralni sastav i abrazivnost), rezne sile (ispitivanje uticaja konstruktivnih parametara na reznu silu) i vrste reza kao osnovnog tehnološkog parametra za optimizaciju procesa otkopavanja.\r\nZa potrebe ovih istraživanja izvršeno je reprezentativno uzorkovanje stenskog materijala na površinskom kopu, a iz neporemećenog uzorka izdvojena su jezgra uzoraka za dalja ispitivanja i to u pravcu i normalno na pravac slojevitosti (Slika 2.5.).\r\nSlika 2.5. Uzorci za ispitivanje izdvojeni iz neporemećenog uzorka upravno (vertikalni) i u pravcu slojevitosti (paralelni)\r\nNa uzorcima su ispitivane fizičko-mehničke karakteristike radne sredine, hemijski sastav, rezna sila, kao i optimizacija snage pogona rotora i optimizacija vrste reza.\r\nIspitivanja radne sredine su obuhvatila ispitivanje fizičko-mehaničkih karakteristika (Tabela 2.4.), mineralnog sastava (Tabela 2.5.) i abrazivnosti (Tabela 2.6.).\r\nTabela 2.4. Fizičko-mehaničke karakteristike ispitivanih uzoraka\r\nRezultati eksperimenta su pokazali razliku u zavisnosti od pravca opterećenja. Prosečna čvrstoća na pritisak je bila za 2 MPa (20%) manja kod uzorka B (horizontalno jezgro), nego kod uzorka A (vertikalno jezgro), a za razliku od pritisne čvrstoće, zatezna čvrstoća je veća za 0,4 MPa (30%). To pokazuje da je lomljivost (čvrstoća na pritisak/zatezna čvrstoća) uzorka A znatno veća (62%), nego uzorka B.\r\nDinamički modul elastičnosti kod uzorka A je veći za 4 MPa, nego kod uzorka B.\r\nRezultati ispitivanja mineralnog sastava ukazuju (kao i u prethodnim istraživanjima u Gatačkom ugljenom basenu) na visok sadržaj kalcijum karbonata (CaCO3) - između 88% i 93%, dok je istovremeno sadržaj silicijum dioksida nizak i iznosi samo 2% do 6%. Prisustvo ovog minerala je i glavni uzročnik habanju alata za rezanje.\r\nTabela 2.5. Mineralni sastav ispitivanih uzoraka\r\nRezultati ispitivanja mineralnog sastava su pokazali da testirana otkrivka nije abrazivna. Ipak je izvršen eksperiment i upoređivanje uzorka sa drugim materijalima, kako bi se proverio i procenio nivo abrazije, a rezultati su dati u Tabeli 2.6.\r\nTabela 2.6. Abrazivnost ispitivanih uzoraka\r\nEksperiment se sastoji od rezanja u uzorku, alatom od mekog materijala (poput aluminijuma) pod uglom od 45°. Dubina reza je 20 mm, razmak između rezova 40 mm, a brzina rezanja 1 m/s. Rezultati ispitivanja dati na Slici 2.6., potvrđuju ocenu o abrazivnim svojstvima otkrivke, odnosno mali uticaj na habanje alata za rezanje.\r\nSlika 2.6. Habanje alata (zuba) u zavisnosti od debljine reza i vrste stenskog materijala\r\nIspitivanje rezne sile je vršeno na specijalizovanoj aparaturi HXS 1000-50 (Slika 2.7.), koja omogućava izvođenje eksperimenata sa različitim alatima za rezanje i podešavanjima ugla rezanja. Aparatura je opremljena kamerom koja se koristi za snimanje procesa rezanja i uređajem za lasersko skeniranje. Kamera ima mogućnost zapisa od 120.000 frejmova u sekundi, a uređaj za skeniranje omogućuje merenje rastojanja između lasera i površine uzorka sa preciznošću od < 70 |im. Analiza rezultata merenja rezne sile i izrada modela površine testiranog uzorka (Slika 2.8.) je vršena na računaru DEWE 5000, opremljenim specijalnim programskim paketom (Slika 2.9.).\r\nU eksperimentu su korišćeni originalni alat za rezanje (zub rotornog bagera ER-1250 16/1,5 (Slika. 2.10.a) i specijalno napravljeni alati MT-10 i MT-60 (Slika 2.10. b, c).\r\nSlika 2.7. Aparatura HXS1000-50 za merenje rezne sile\r\nSlika 2.8. Izgled površine i modelpovršine testiranog uzorka\r\nSlika 2.9. Računar DEWE 5000 sa prikazom merenja i video zapisom\r\nSlika 2.10. Alati za rezanje korišćeni za ispitivanje rezne sile\r\nIspitivanje rezne sile i specifičnog utroška energije je vršeno u zavisnosti od brzine rezanja (Slika 2.11.), ugla rezanja (Slika 2.12.) i debljine reza (Slika 2.13.).\r\nUticaj brzine rezanja\r\nSlika 2.11. Uticaj brzine rezanja na: a) reznu silu i b) specifičnu potrošnju energije\r\nRezultati merenja ukazuju da sa porastom brzine rezanja dolazi do blagog porasta rezne sile, ali i specifične potrošnje energije.\r\nUticaj ugla rezanja\r\nSlika 2.12. Uticaj ugla rezanja na: a) reznu silu i b) specifičnu potrošnju energije\r\nSa prethodnih dijagrama se uočava da rezna sila ima minimalnu vrednost za uglove rezanja od 30 do 50°, a specifična potrošnja energije ima svoj minimum za ugao od 38°.\r\nUticaj debljine reza\r\nSlika 2.13. Uticaj debljine reza na: a) reznu silu i b) specifičnu potrošnju energije\r\nUticaj dubine reza na reznu silu i specifičnu potrošnju energije je ispitivan na alatu MT-60 i sa dijagrama se može zaključiti da sa povećanjem debljine reza dolazi do linearnog povećanja rezne sile, dok specifična potrošnja energije ne opada proporcionalno sa povećanjem debljine reza. U ovom eksperimentu utvrđen je i odnos razmaka između zuba u zavisnosti od dubine rezanja (Slika 2.14.).\r\nSlika 2.14. Uticaj debljine reza na odnos između razmaka zuba i dubine reza\r\nU Tabelama 2.7. do 2.9. su date izmerene i proračunate vrednosti rezne sile i specifične potrošnje energije za sve tri vrste zuba koji su korišćeni u eksperimentu u zavisnosti od debljine reza i ugla rezanja.\r\nTabela 2.7. Vrednost rezne sile i specifične potrošnje energije za uzorak MT-10\r\nTabela 2.8. Vrednost rezne sile i specifične potrošnje energije za uzorak MT-60\r\nNa osnovu ovih rezultata moguće je predviđanje procesa rezanja za različite debljine reza i ugla rezanja od 30 do 50°. Vrednost rezne sile (y) u zavisnosti od debljine reza (x) može se računati po formuli: y = 6,45+0,10-x, a specifična potrošnja energije y = 9,90-x\" ' . Predviđanje uticaja debljine reza na reznu silu i specifičnu potrošnju energije je dato na Slikama 2.15. i 2.16.\r\nSlika 2.15. Uticaj debljine reza na vrednost rezne sile\r\nSlika 2.16. Uticaj debljine reza na specifičnu potrošnju energije\r\nIspitivanje zuba\r\nIspitivanje zuba, odnosno kinematike procesa kopanja, je vršeno sa aspekta izbora optimalnog oblika i vrste zuba, ugla rezanja i međusobnih rastojanja na vedricama rotora, sa ciljem postizanja što dužeg radnog veka i njihove dalje modernizacije.\r\nZa kinematsku analizu su korišćene određene tehničke karakteristike rotornog bagera ER-1250 16/1,5 (Tabela 2.10.) i konstruktivne šeme rotora i strele rotora. Koordinate tačaka zuba za analizu su određene pomoću modela rotora (Slika 2.17.), a šema za kinematski proračun je data na Slici 2.18.\r\nTabela 2.10. Tehničke karakteristike rotornog bagera korišćene za proračun\r\nSlika 2.17. Model rotora i koordinate tačaka zuba\r\nSlika 2.18. Sema za kinamtski proračun: a) prikaz preseka rotora; b) prikaz odozgo;\r\nc) proces kopanja\r\nKinematska analiza je vršena analitičkom metodom, pri čemu se kretanje zuba razmatra u 2 koordinatna sistema: XYZ - vezano za rotor i X'Y'Z' - vezano za osnovu bagera. Proračun je rađen za proces kopanja u horizontalnoj ravni sa okretanjem rotora u levu i desnu stranu sa spuštanjem strele rotora. Ugao 91 se menja od 45° do 225° sa povećanjem od 15°, dok ugao 93 iznosi 20°.\r\nU zavisnosti od strane u koju se rotor okreće, zavisi i koji su zubi u kontaktu sa stenskim materijalom. Na primer, pri okretanju u levu stranu, u kontaktu su zubi 4, 5 i 6, pa zazor projekcije ugla na X'Y'Z' ravan ima negativne vrednosti. To povlači prisustvo trenja između bočne ivice zuba i radne površine, što dovodi do povećanja potrebne snage za proces otkopavanja i izaziva brzo habanje zuba. Na Slici 2.19. su crvenom bojom označene ivice zuba koje imaju kontakt sa stenskim materijalom. Sadašnji pravougaoni oblik zuba uzrokuje trenje bočne ivice, a samim tim i habanje, pod bilo kojim uslovima kopanja, što ukazuje na potrebu promene oblika zuba, čime bi se smanjila potrebna specifična sila razaranja stene i produžio vek trajanja zuba.\r\nSl. 2.19. Vedrice rotora sa zubima: a) Pokretni vektor zuba; b) Površina trenja zuba\r\nNa osnovu rezultata izvršenih eksperimenata izvedeni su određeni zaključci za vrednost optimalnog ugla rezanja, odnos razmaka između zuba i dubine reza, oblik zuba i vrstu zuba.\r\nOptimalni ugao rezanja iznosi približno 40°, a njemu odgovara ugao zazora od 20°, na osnovu čega se izvodi zaključak da je neophodno podešavanje ugla rezanja. Na taj način se može smanjiti specifični utrošak energije i do 10 %. Osim toga, habanje zuba će biti značajno manje (10-30%) kod preporučenog ugla rezanja.\r\nNeravnomerno habanje zuba raspoređenih na vedricama, kao i brazde u stenskom materijalu (Slika 2.3.) jasno ukazuju da je odnos razmaka između zuba (Slika 2.20.) i dubine reza neodgovarajući i da ga je neohodno izmeniti u cilju optimizacije procesa. Primećeno je da zubi 2, 3 i 4 ne učestvuju ravnomerno u otkopavanju, odnosno ne ostvaruju istu debljinu reza, usled čega se i pojavljuju brazde u stenskom materijalu. Takođe zubi različitih vedrica ostavljaju tragove rezanja na istom mestu, što zahteva dodatnu snagu. Promenom debljine reza, kao i brzine okretanja rotora, postižu se različiti efekti - u jednom slučaju dolazi do ravnomernijeg rada, ali i do pada kapaciteta, a u drugom slučaju je to obrnuto. Iz svega toga se izvodi zaključak da je neophodno smanjiti razmak između zuba 2, 3, 4 i 5 pogotovu i zbog toga što se debljina reza u procesu kopanja smanjuje od maksimuma do 0.\r\nSlika 2.20. Raspored zuba na vedricama\r\nOblik zuba je je veoma bitan kod optimizacije kopanja, jer su rezultati ispitivanja jasno pokazali da zona trenja između bočnih ivica zuba i radne sredine nastaje pri preopterećenom radu rotora. To dovodi do značajnog povećanja otpora kopanju i većem habanju zuba. Ovo trenje je teško izbeći podešavanjem uglova kod originalnih zuba koji su pravougaonog oblika, pa su predložena dva oblika zuba trapezoidnog oblika sa izmenama oblika u planu (TP) i boku (TC) (Slika 2.21.).\r\nSlika 2.21. Predloženi oblikzuba trapezoidnog oblika: a) uplanu; b) u boku Optimizacija snage pogona rotora\r\nUtvrđivanje optimalne snage pogona rotora je veoma značajno sa aspekta povećanja rezne sile, odnosno kapaciteta rotornog bagera.\r\nKod otkopavanja stenskog materijala rotornim bagerom ER-1250 16/1,5 kontakt sa radnom sredinom ima 6 aktivnih vedrica (Slika 2.22.).\r\nSlika 2.22. Prikaz aktivnih vedrica uprocesu kopanja: a) fotografija u radnoj sredini;\r\nb) model\r\nSnaga rezanja (PG) i ukupna sila rezanja (FG) se računaju nezavisno od vedrice i oblika zuba. Snaga otkopavanja je:\r\n(2.2)\r\ngde je: PM - ukupna snaga motora (kW),\r\nPH - snaga za dizanje materijala od mesta otkopavanja do mesta istresanja (kW), PR - snaga utrošena da se prevaziđe trenje alata u radnoj sredini (kW), QP - kapacitet bagera (m /s), p - gustina iskopanog materijala u (t/ m ), g - gravitacija (m/s ), Dw - prečnik rotora (m).\r\nProračunom se dobija da je snaga rezanja približno 294 kW.\r\nUkupna sila rezanja se definiše po obrascu: FG = PG/VC, (kN), (2.3)\r\ngde je: VC brzina rezanja (m/s).\r\nProračunom se dobija da sila rezanja na rotoru iznosi 109 kN.\r\nIzvršeni eksperimenti rezanja omogućavaju procenu sile rezanja za aktivne alate rezanja. U zavisnosti od položaja vedrice razlikuje se i dubina rezanja, a sila rezanja se može odrediti po formuli y = 6,45+0,10x . Rezultati su prikazani u Tabeli 2.11.\r\nPrethodna formula je validna samo za rad u punom bloku, pa izračunate vrednosti sile rezanja za vedrice označene kao A-3, B-3, C-3 i D-3 moraju biti smanjene do određene vrednosti, koja nije manja od 50% iz razloga što minimalna sila rezanja na rotoru mora biti približno 103,8 kN.\r\nTabela 2.11. Sila rezanja za aktivne zube\r\nIz dobijenih rezultata je zaključeno da su mogućnosti rada rotornog bagera ER-1250 16/1,5 sa postojećim pogonom rotora skoro maksimalne, što znači da je za povećanje kapaciteta bagera neophodno instalisati pogon rotora veće snage, a njegovo dimenzionisanje zahteva dodatna istraživanja.\r\nIspitivanje tehnoloških parametara (vrste reza)\r\nŠto se tiče vrste reza kao tehnološkog parametra, od koga u procesu otkopavanja stenske mase najviše zavisi kapacitet rotornog bagera, ukazano je na neophodnost daljih istraživanja koja bi opredelila optimalnu vrstu reza rotornog bagera u konkretnim uslovima radne sredine.\r\nDrugi deo u istraživanju mogućnosti otkopavanja otkrivke sa povećanim otporom kopanju rotornim bagerom je podrazumevao povećanje specifične sile kopanja i optimizaciju parametara reza u postupku revitalizacije rotornog bagera ER-1250 16/1,5 [26]. Osnovni razlozi za revitalizaciju su bili loše pogonsko stanje rotornog bagera prouzrokovano dugogodišnjim radom u radnoj sredini sa povećanim otporom kopanju i nedovoljna specifična sila kopanja, koja proizilazi iz male snage pogona rotora (315 kW).\r\nCilj revitalizacije je bio da se poveća pogonska spremnost rotornog bagera i da se analizom rezultata teoretskih i eksperimentalnih istraživanja izvrši optimizacija snage pogona rotora i parametara reza rotornog bagera u funkciji smanjenja otpora kopanju, minimizacije potrošnje energije i povoljnog dinamičkog ponašanja konstrukcije bagera. To je ujedno i jedan od zadataka ove disertacije i rezultati tih istraživanja su detaljno analizirani u u poglavljima od 4. do 10.\r\n3. TEORETSKE OSNOVE RADA ROTORNOG BAGERA 3.1. Opšte o rotornim bagerima\r\nRotorni bager predstavlja samohodnu mašinu kontinualnog dejstva, namenjenu za otkopavanje jalovine i korisne mineralne sirovine na površinskim kopovima (Slika 3.1.). Osnovni delovi rotornog bagera su: uređaj za kopanje (rotor), sistem za unutrašnji transport, mehanizam za kretanje i noseća konstrukcija [4], [38], [39], [40] [41], [47], [49], [52], [59].\r\nSlika 3.1. Rotorni bager ER-1250 16/1,5\r\nOtkopavanje materijala vrši se vedricama koje su ravnomerno raspoređene i pričvršćene na obodu rotora. Istovremeno sa obrtanjem rotora u vertikalnoj ravni i okretanjem strele rotora zajedno sa platformom u horizontalnoj ravni, svaka vedrica otkopava iz masiva odrezak koji je određen oblikom i geometrijskim parametrima.\r\nObrtanjem rotora i nailaskom punih vedrica u zonu istovarnog sektora, materijal se prazni iz vedrica, predaje prijemnom transporteru sa trakom na streli rotora i dalje redom, zavisno od broja transportera na bageru, poslednjem istovarnom transporteru. Kod rotornih bagera se istovremeno sa otkopavanjem vrši transport i utovar otkopanog materijala u transportna sredstva, a ređe se vrši i direktno prebacivanje materijala u otkopani prostor površinskog kopa ili skladištenje na deponiji.\r\nRotorni bager je danas, svakako, najrasprostranjenija mašina na površinskim kopovima lignita za otkopavanje mekih i srednje tvrdih materijala. Tokom višedecenijskog razvoja ovih mašina stvorene su konstrukcije koje mogu na zadovoljavajući način da odgovore veoma raznovrsnim rudarsko-tehničkim zahtevima otkopavanja. Ove konstrukcije bagera obezbeđuju visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u radu, zahvaljujući, pre svega, nizu tehničko-eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera (visoka sigurnost u radu, relativno mala ugradnja metala 0,20-1,10 t/m /h, mala specifična potrošnja energije 0,15-0,50 kWh/m i visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa 0,8-0,9).\r\nIako je korišćenje obrtnog točka sa vedricama za dizanje vode za potrebe navodnjavanja bilo poznato još u starom veku, ideja za kopanje tla točkom rodila se tek krajem prošlog veka, posle primene parne mašine na bagerima kašikarima. Posle niza raznih patenata, krajem prošlog veka u SAD i početkom ovog veka u Evropi, tek 1913. godine Švander u Francuskoj patentirao radni točak sa vedricama (rotor), koji iskopani materijal u procesu obrtanja predaje direktno transporteru sa trakom na streli rotora. Vlasnik patenta, nemačka firma Humbolt, je 1916. godine konstruisala prvi rotorni bager na šinama, koji je naredne godine počeo sa radom na površinskom kopu Bergwitz. Masovniji početak primene ovih bagera na površinskim kopovima počinje između 1935. i 1936. godine, uključivanjem fabrike LMG u proizvodnju rotornih bagera, kao i bržim razvojem proizvodnje lignita u Nemačkoj.\r\nOblast primene rotornih bagera se neprestano širila, kako u pogledu čvrstoće materijala koji se njima može direktno otkopavati, tako i u pogledu prilagođavanja bagera najraznovrsnijim rudarsko-geološkim i drugim uslovima na površinskim kopovima. Već 1933. godine je izgrađen bager sa kapacitetom od 760 m /h, visinom kopanja od 13 m, snagom motora rotora od 74 kW, ukupnom instalisanom snagom od 300 kW i čija masa je iznosila 352 tone. Prvi put je primenjen trogusenični mehanizam za kretanje 1934. godine, a devetogusenični mehanizam 1937. godine. Do 1938. godine izgrađeno je preko 50 rotornih bagera, a pedeset godina kasnije preko 800 komada. Proizvodnja rotornih bagera u SAD počinje 1943. godine.\r\nDo 1951. godine proizvodili su se rotorni bageri sa rotorom ćelijskog tipa. Tada je prvi put primenjen polućelijski tip, što im je znatno povećalo kapacitet. Od 1955. godine počinje sve masovnija proizvodnja rotornih bagera i za dubinski i za visinski rad. Kasnije su proizvedeni i prvi bageri sa promenljivom dužinom strele. Od 1960. godine proizvode se rotorni bageri sa povećanom reznom silom i većim kapacitetima.\r\nPočev od 1955. godine izrađuju se rotorni bageri za dubinski i visinski rad, što je omogućilo njihovu primenu na eksploataciji ležišta sa vrlo složenim uslovima zaleganja slojeva korisne mineralne sirovine i povećalo stepen koncentracije proizvodnje unutar jednog površinskog kopa smanjenjem broja transportnih horizonata. Međutim, dubina kopanja ispod nivoa stajanja je ograničena maksimalnim usponom transportera na streli bagera (oko 18°), odnosno, visinom zglobne veze strele na platformi bagera iznad planuma. Dubinski rad, bez okretanja vedrica, je tehnološki komplikovan zbog nemogućnosti otkopavanja materijala u suprotnom smeru, čime se ostvaruje neprekidan rad pri kretanju unazad. Zbog toga, rotorni bager mora da otkopava jedan dubinski blok, čija dužina zavisi od dužine strele rotora, krećući se napred, posle čega se u praznom hodu vraća unazad za dvostruku dužinu bloka, pa se ciklus naizmenično ponavlja. Za regularni kontinualni dubinski rad neophodno je okrenuti vedrice za 180°, što je naravno, uslovljeno posebnom konstrukcijom rotora.\r\nDo 1960. godine rotorni bageri bili su predviđeni isključivo za otkopavanje materijala do srednje čvrstoće, ali izgradnjom rotornih bagera sa povećanim specifičnim silama kopanja stvorili su se uslovi za otkopavanje polučvrstih i čvrstih jalovinskih materijala i uglja.\r\nPojava rotornih bagera sa produžnim strelama rotora bila je svojevremeno propraćena veoma bučnom reklamom i optimističkim prognozama. Na prvi pogled primamljive tehnološke mogućnosti ovih bagera obećavale su u eksploataciji osetno veće vremensko i kapacitetno iskorišćenje u odnosu na rotorne bagere sa nepromenljivim dužinama strela rotora. Međutim, zbog evidentnih nedostataka (znatno složenija konstrukcija transportera sa trakom na bagerima, opasne vibracije cele konstrukcije, naročito kod otkopavanja raznorodnih materijala, osetno povećanje mase bagera za oko 10 do 17%, itd.), rotorni bageri sa produžnim strelama nisu našli širu primenu na površinskim kopovima.\r\nSve češća primena na eksploataciji nagnutih slojeva zahtevala je od mašinogradnje izgradnju takvih rotornih bagera koji se mogu uspešnije prilagoditi ležišnim prilikama, odnosno, povećanim nagibima etažnih ravni. Taj zahtev je doveo do izgradnje bagera sa uređajem za automatsko horizontiranje gornjeg okretnog dela bagera. Ovde se, međutim, ne može zanemariti činjenica, da ugradnjom ovog uređaja čitava konstrukcija bagera postaje složenija, a što je još nepovoljnije, masa bagera se povećava za 8 do 10%.\r\nKod rotornih bagera je najrasprostranjeniji gusenični mehanizam za kretanje, pri čemu se broj gusenica kreće od 2 do 16 zavisno od mase bagera, nosivosti tla, potrebne učestanosti transporta, rada u krivinama, itd. Gusenični uređaj za transport obezbeđuje zadovoljavajuće manevarske sposobnosti bagera, ne zahteva strogo planiranje trase, savlađuje relativno velike uspone, itd. Međutim, ovaj uređaj za transport ima i svojih nedostataka od kojih treba izdvojiti sledeće: velika masa uređaja, složenost konstrukcije, veliki gubici energije na transportu, intenzivno habanje elemenata uređaja za transport bagera, a samim tim i kratak vek trajanja, razbijanje tla ispod gusenica pri većem broju prolaza bagera istom trasom, itd.\r\nU cilju eliminisanja pomenutih nedostataka guseničnog uređaja za transport, konstruisani su i drugi transportni uređaji: koračajući, šinsko-gusenični i koračajuće- šinski uređaj za transport. Do danas, međutim, ovi uređaji na rotornim bagerima nisu našli širu primenu.\r\nEkspanzija kontinalnog rada osnovne mehanizacije na površinskim kopovima iziskivala je sve produktivnije rotorne bagere, pa se može slobodno reći da je vremenom rotorni bager postao sigurno najsavršenija i najrasprostranjenija mašina kontinualnog dejstva u rudarstvu.\r\nDijapazon primene rotornih bagera, u pogledu čvrstoće materijala koje može direktno otkopavati i u pogledu prilagođavanja bagera najraznovrsnijim rudarsko- tehničkim, hidrogeološkim i klimatskim uslovima, je veoma širok.\r\nRotorni bageri se mogu klasifikovati po raznim obeležjima, a obzirom da je razvoj ovih bagera bio veoma buran, u stručnoj literaturi postoji čitav niz klasifikacija, koje su u primeni. Prema nemačkoj klasifikaciji rotorni bageri se prema osnovnim konstruktivnim karakteristikama dele u klase A, B i C (Tabela 3.1. i Slika 3.2.).\r\nTabela 3.1. Uporedni parametri različitih tipova rotornih bagera balasta u obliku slova C. Povoljan im je koeficijent bagerovanja, tehnološki su vrlo prihvatljivi, ali uz relativno visoko težište. Projektovani su sa i bez pretovarnog uređaja. Najveći broj bagera na našim površinskim kopovima, koji pripadaju ovoj klasi su: SRs 1200, SchRs 630, SRs 2000, SRs 1300 i ER-1250 16/1,5;\r\n• C - Veliki bageri imaju karakteristične noseće stubove koturača sa užadima sa spuštenim nosačem balasta koji se praktično veže za gornju obrtnu platformu. Ova vrsta bagera ima relativno nisko težište, ali i složen transportni put otkopanog materijala. Rotorni bager SchRs 1760, koji radi na površinskom kopu Polje D, ima niz karakteristika bagera klase C.\r\nRastuća koncentracija proizvodnje na površinskim kopovima zahtevala je od proizvođača rudarskih mašina povećanje jediničnih kapaciteta i visina kopanja mašina, smanjenje radnih masa, bolje prilagođavanje rudarsko-geološkim, hidrogeološkim i klimatskim uslovima, povećanje pouzdanosti, poboljšanje komfora ljudstva koje opslužuje mašinu, pri istovremenom smanjenju vremena opsluživanja i dr.\r\nIntenzivan razvoj tipova i modela rotornih bagera pripada periodu šezdesetih i sedamdesetih godina. U navedenom periodu isporučen je veliki broj bagera sa jasnim tendencijama ka optimizaciji osnovnih tehničkih karakteristika (kapacitet, visina kopanja, raspon bagera, površinski pritisak na tlo, povećanje rezne sile). Najveći rotorni bager proizveden je 1987. godine, kada je Krupp isporučio površinskom kopu Hambah, bager teoretskog kapaciteta 19200 m /h.\r\nVeličina, oblik i konstrukcija rotornog bagera zavise posebno od zahtevanog kapaciteta, načina utovara materijala i specifičnih uslova rada na površinskom kopu. Na oblik i konstrukciju bitno utiče dozvoljeni nagib kosina, zatim čvrstoća materijala koji se otkopava i dozvoljeni specifični pritisak na tlo. Oblik i konstrukcija moraju biti prilagođeni uslovima dobrog i lakog održavanja. Konstrukcija rotornog bagera je predstavljena na Slici 3.3.\r\nSlika 3.3. Konstrukcija rotornog bagera (1. Rotor sa vedricama, koji se nalazi na streli rotora zajedno sa pogonom; 2. Strela rotora (katarka), koja se svojim krajem oslanja na okretnu platformu (gornju gradnju); 3. Istovarna strela ili istovarni most; 4. Konzola protivtega i protivteg za uravnoteženje konstrukcije rotornog bagera u odnosu na okretnu platformu i transportni mehanizam; 5. Nadgradnja rotornog bagera, koja služi kao oslonac za vešanje strele rotora, konzole protivtega, istovarne strele; 6. Okretna platforma, na kojoj se nalazi oprema rotornog bagera (uređaji, postrojenja, instalacije); 7. Oslono-okretni mehanizam sa okretnom platformom; 8. Donje postolje (donja gradnja); 9. Mehanizam za kretanje.)\r\n3.2. Otkopavanje materijala rotornim bagerima - tehnologija rada\r\nU vertikalnoj podeli površinskog kopa element koji odgovara visini kopanja bagera je etaža. Kada se radna ravan bagera poklapa sa transportnom ravni, onda je visina etaže ista kao i visina bloka. Kada bager radi na raznim radnim ravnima tovareći iskopani materijal na jedan transportni horizont, koristi se pojam podetaže. Ovde je etaža suma pojedinih otkopanih podetaža kod utovara na jedan transportni horizont [38], [39], [40] [41], [47], [49], [52].\r\nKod visinskog i dubinskog rada bagera sa jednog radnog horizonta, celu etažu treba posmatrati kao sumu posebnih elemenata, zbog tehnoloških razlika koje se javljaju pri visinskom i dubinskom radu.\r\nPri visinskom radu otkopavani masiv lociran je izvan ose rotora ili ispred rotora, i iznad radnog planuma bagera. Posle otkopavanja masiva za iznos napredovanja čela (bloka) za jedan ciklus, bager se primiče ka čelu. Kod regularnog dubinskog kopanja napredovanje rotornog bagera vrši se unazad, jer bager praktično otkopava radni planum. Otkopana čeona kosina locirana je između ose rotora i donjeg stroja bagera, a ispod radnog planuma. Pokret radnih kašika ima karakter kopanja ispod sebe.\r\nRotorni bageri mogu raditi u frontu, bloku i boku (poluboku). Rad u frontu se retko koristi i to pre svega kod šinskih bagera i za selektivno otkopavanje. Otkopavanje se vrši sa dvostranim (blok) ili jednostranim (bok) obrtanjem nosača rotora u odnosu na osu kretanja pri cikličnom pomeranju bagera ili bez obrtanja kod stalnog kretanja bagera pri radu u frontu.\r\nSavremeni rotorni bageri konstruisani su prvenstveno za rad u bloku. To rezultira iz sledećih osobina bagera:\r\n- Rotornog sistema za kopanje, koji ne omogućava kopanje masiva na celoj visini etaže sa jednim prolazom bagera duž radnog fronta;\r\n- Guseničnog mehanizma za kretanje koji ima velike otpore pri kretanju;\r\n- Mehanizma za obrtanje gornjeg stroja koji je prilagođen za bočno pomeranje sistema za kopanje.\r\nKinematika radnog procesa bagera u bloku bazira se na sledećim osnovnim pokretima:\r\n- Rotacionom radnom pokretu rotora;\r\n- Obrtnom bočnom pomeranju strele rotora koje se postiže okretanjem gornjeg stroja oko vertikalne ose bagera;\r\n- Vertikalnim ili horizontalnim prilaženjem rotora masivu (vertikalni ili horizontalni rez).\r\nRadni i tehnički parametri rotornih bagera su visina kopanja (Hk), maksimalni radijus kopanja (Rk), radijus kopanja na nivou stajanja (R^), dužina strele rotora (L), radijus istresanja (Ri), maksimalna (Himax) i minimalna (Himin) visina istresanja i prečnik rotora (D) (Slika 3.4.). Visine podetaža rotornih bagera ispod i iznad nivoa stajanja bagera određuju se na osnovu konstruktivnih mogućnosti i ograničene su dozvoljenim uglom nagiba nosača rotora, od 27° pri visinskom i 18° pri dubinskom radu.\r\nSlika 3.4. Osnovni radni parametri rotornog bagera\r\nU raznim fazama radnog procesa rotornog bagera otkopava se: odrezak (element masiva otkopan sa jednom vedricom rotora), rez (deo masiva koji se sastoji od niza odrezaka otkopanih jednim pomeranjem strele rotora u stranu iz jednog položaja rotornog bagera) i pojas (deo masiva koji se otkopava nizom rezova dobijenih uzastopnim prilaženjem rotornog bagera masivu po celoj dubini bloka).\r\nOblik i vrste reza\r\nOtkopavanje stenskog materijala se vrši vedricom na rotoru u vremenu kretanja vedrice po luku koji je određen radijusom kopanja i uglom okretanja bagera. Kao rezultat kružne putanje rezanja, dobija se rez u obliku srpa, a deo reza koji se zahvata jednom vedricom je odrezak.\r\nRez je definisan debljinom, odnosno položajem krajnje tačke zuba vedrice u dva uzastopna položaja prilaženja bagera masivu, zatim visinom i uglom okretanja bagera u horizontalnoj projekciji.\r\nOtkopavanje se vrši sa dve tipske vrste reza i to: vertikalnim (Slike 3.5.a, b i 3.6.a) i horizontalnim rezovima (Slike 3.5.c i 3.6.b).\r\nOsnova za podelu na otkopavanje vertikalnim i horizontalnim rezovima je pravac prilaženja masivu\r\nRazlikuje se pravac prilaženja masivu rotora i pravac radnog pokreta vedrice u momentu kontakta sa materijalom, tako da u slučaju slaganja ta dva pravca nastupa vertikalni rez (odrezak), dok kada su ova dva pravca međusobno upravni, nastupa horizontalni rez ili odrezak.\r\nKod horizontalnog reza, takođe, ugao koji zaklapaju pravac prilaženja rotora masivu i pravac radnog pokreta vedrice u momentu kontakta sa materijalom treba da bude v = 90° To je teško ostvariti ali je moguće ako se pravac pomeranja rotora seče sa pravcem radnog pokreta vedrice u momentu kontakta sa materijalom, baš u tački koja predstavlja momenat kontakta sa materijalom, jer u tom trenutku njihove tangente u datoj tački međusobno zauzimaju normalni položaj.\r\nOvo pitanje je istaknuto pre svega zbog definicije vertikalnog reza u uslovima selektivnog otkopavanja slojeva manje debljine od poluprečnika rotora. U takvim uslovima visina reza, definisana je debljinom proslojaka i direktno utiče na korak pomeranja bagera. Smanjenjem visine reza moguće je povećati i njegovu debljinu i na taj način nadoknaditi deo gubitaka kapaciteta.\r\nSlika 3.5. Vrste reza rotornog bagera\r\nSlika 3.6. Vertikalni (a) i horizontalni rez (b)\r\nMeđutim, sa povećanjem koraka pomeranja bagera povećava se i ugao koji zaklapa pravac radnog pokreta vedrice u kontaktu sa materijalom sa pravcem kretanja rotora (v).\r\nOsim toga, sva ostala obeležja vertikalnog reza prema navedenoj definiciji ostaju ista, a pošto i ovaj uslov kao što se vidi iz prethodnog razmatranja nikad nije ispunjen, definicija za vertikalni i horizontalni rez se može potpunije formulisati pored pravca prilaženja rotora masivu uključenjem i debljine odreska.\r\nPrema tome, kod vertikalnog reza pravac prilaženja rotora masivu je paralelan sa donjom ivicom pojasa koji se otkopava, a trenutna debljina odreska raste sa povećanjem ugla okretanja rotora od momenta ulaska vedrice u masiv do maksimalne vrednosti u trenutku izlaska vedrice iz masiva (na h = R), dok je kod horizontalnog reza pravac prilaženja rotora masivu pod uglom u odnosu na donju ivicu pojasa koji se otkopava, a trenutna debljina odreska se smanjuje sa povećanjem ugla okretanja rotora do minimalne vrednosti u trenutku izlaska vedrice iz masiva. Trenutna debljina odreska je u funkciji ugla okretanja rotora i koraka pomeranja bagera.\r\nU slučaju kada je visina pojasa manja ili jednaka visini zuba vedrice h < b, otkopava se horizontalnim rezom i to je jedini mogući način otkopavanja proslojaka ove debljine. Ako se prihvati definicija za horizontalni i vertikalni rez u ovom slučaju se može razdvojiti samo usecanje u ovakav rez.\r\nPostizanje kompletne debljine ili širine ovog reza može se ostvariti prilazom rotora bagera kao za vertikalni rez pri čemu se potpuna debljina reza postiže sa više manjih vertikalnih odrezaka ili prilazom rotora kao za horizontalni rez pri čemu se do kompletne visine dolazi otkopavanjem više manjih horizontalnih odrezaka.\r\nOsnovna obeležja vertikalnog reza su: mogućnost postizanje veće visine kopanja, povoljniji uslovi za automatsku regulaciju procesa otkopavanja, minimalni dinamički udari na rotor, manji otpor materijala na kopanje, manja potrošnja energije za dizanje materijala do visine istresanja materijala iz vedrice, odsustvo grebena u planumu. Nedostaci su maksimalni broj pomeranja u toku jednog tehnološkog ciklusa, veći specifični pritisak pri radu u odnosu na horizontalne rezove, nepovoljniji odnos čistog kopanja prema pomoćnim operacijama u toku jednog tehnološkog ciklusa.\r\nKod horizontalnog reza smanjen je broj pomoćnih operacija i specifični pritisak, veća je potrošnja energije za dizanje materijala do visine istresanja iz vedrice, teža je realizacija automatskog upravljanja, povećani su gubici, odnosno razblaženje na kontaktu sa drugim materijalima i veći je obim pomoćnih radova na planumu kretanja bagera.\r\nDa bi se primenili horizontalni rezovi i ostvarila ista visina etaže, neophodno je prvi pojas otkopati vertikalnim rezovima, jer to horizontalnim rezovima praktično nije moguće zbog ograničenog gornjeg položaja rotora.\r\nTakođe i najniži pojas treba otkopati vertikalnim rezovima radi uklanjanja grebena koji ostaju na niveleti kretanja bagera čime se eliminišu pomoćni radovi planiranja etažne ravni.\r\nOstatak po visini etaže otkopava se u tom slučaju horizontalnim rezovima i to je praktično najprihvatljivija varijanta primene horizontalnih rezova, dakle u kombinaciji sa vertikalnim rezovima (Slika 3.5.d, e).\r\nPosledica primene samo horizontalnih rezova je manja visina etaže i veći obim pomoćnih radova na planiranju što zahteva angažovanje dodatne opreme za pomoćne radove.\r\nPrimena kombinovanog otkopavanja horizontalnim i vertikalnim rezovima sa sobom nosi negativnosti i jednog i drugog načina. To su teška i komplikovana regulacija automatskog upravljanja i veći ugao nagiba čeone kosine da bi se pojas otkopao horizontalnim rezovima bez pomeranja bagera unazad za svaki rez.\r\nPošto je granični ugao nagiba čeone kosine definisan iz uslova stabilnosti kosine za određenu visinu etaže, koji se verifikuje u toku rada, primena horizontalnih rezova predstavlja ograničavajući faktor, ako je manja vrednost.\r\nHorizontalni rezovi se mogu primeniti i u tom slučaju ali su prisutni nedostaci koji se odražavaju kroz promenu pojasa posle malog broja rezova i povećan broj rezova smanjene zapremine, što povećava utrošak vremena za istu zapreminu materijala, odnosno za otkopavanje pojasa.\r\nPored manje visine etaže, dužina bloka je u intervalu Lfr = (0,5 - 0,7)D, što znači da se povećava odnos pomoćnih operacija u odnosu na zapreminu bloka.\r\nNa izbor rezova kod tehnologije rada rotornog bagera najveći uticaj ima debljina sloja koji se otkopava, nagib radne kosine i otpor kopanju.\r\nKopanje vertikalnim odrescima vrši se na taj način da se osovina rotora pomera u horizontalnoj ravni iz tačke O^ u tačku 02 (Slika 3.7.) za debljinu reza cmax. Okretanjem rotora u vertikalnoj i strele rotora u horizontalnoj ravni (za uglove i ) vrši se otkopavanje u rezu visine h.\r\nNejednake dužine rezova otežavaju automatizaciju i programiranje, zbog čega se širina bloka smanjuje za 20 do 25%.\r\nSIika 3.7. Parametri vertikalnog odreska i reza rotornog bagera: a) vertikalni presek odreska: b) prostorni izgled i dimenzije reza rotornog bagera\r\nSl. 3.8. Bagerski blok u planu sa maksimalnim iskorišćenjem radnih dimenzija bagera\r\nŠema kopanja rotornim bagerom je sa konstantnim radijusima kopanja Rki i Rk2 , a debljina (c) i širina (b) odreska su promenljive po celoj širini bloka. Maksimalna debljina odreska (cmax) i minimalna širina (bmiu) su u pravcu kretanja bagera (po osovini bloka).\r\nZa svaki naredni rez bager se pomera za debljinu odreska cmax iz tačke O^ u tačku O2. Na taj način se kod kopanja višerednim vertikalnim odrescima dobijaju srpoliki rezovi, odnosno nizovi odrezaka u planu (Slika 3.8.) jednake dužine.\r\nPovećanjem brzine okretanja strele rotora u planu, smanjenje debljine svakog odreska se nadoknađuje povećanjem njegove širine, čime se približno održava konstantan poprečni presek svakog odreska (F = bc = const), pa time i potpuno punjenje vedrica.\r\nU kopanju učestvuju dva zuba svake vedrice: prednji i jedan od bočnih, zavisno od smera okretanja strele rotora.\r\nBrzina okretanja strele rotora reguliše se do ugla fi = 60° (Slika 3.9.), a zatim ostaje konstantna [cos 60° = 0,5, pa je vk(60) = 2vk(0)]. Ako je ugao okretanja veći od 60°, dolazi do smanjenja punjenja vedrica (jer je širina odreska b = 2 bmin, u daljem okretanju konstantna, a debljina odreska c se i dalje smanjuje) zbog nemogućnosti daljeg povećanja brzine okretanja strele rotora. To povlači i smanjenje kapaciteta bagera.\r\nSlika 3.9. Promene brzine okretanja strele rotora u bloku (a) i slaganje brzine okretanja strele i rotora (b)\r\nBrzine okretanja strele rotora (vk) i rotora (vr) daju rezultantnu brzinu kopanja (v), koja sa brzinom okretanja rotora zatvara tzv. kinematički ugao nagiba trajektorije rezanja (y) (Slika 3.9. b). Ugao nagiba bočnih stranica vedrica (Slika 3.10.) uvek je nešto veći od ovog ugla ), da bi se izbeglo njihovo vučenje i trenje po bočnoj površini rezanja, čime se sprečava povećanje otpora kopanju max « 10 — 12°).\r\nParametri rotora računaju se po formulama: - broj obrtaja rotora:\r\n- obodna brzina rotora:\r\n- lučni razmak između vedrica (ugao između vedrica u radijanima):\r\n- broj vedrica u kontaktu sa otkopom:\r\nSlika 3.10. Parametri odreska Parametri jednog odreska (Slika 3.10.) se računaju po sledećim formulama:\r\nf = h/r - odnos visine odreska i poluprečnika rotora, a = cmax/b - odnos debljine i širine odreska, - ugao odreska u radijanima,\r\nF - površina poprečnog preseka odreska na visini h = r (m ), Vk - brzina okretanja katarke (m/min).\r\nOsim prethodnih faktora i povećanje koeficijenta rastresitosti izaziva smanjenje debljine i širine odreska, kao i brzine okretanja strele rotora (za istu visinu reza - odreska); sa smanjenjem visine odreska, srazmerno se povećavaju debljina i širina odreska, kao i brzina okretanja strele rotora. Samo se tako održava kapacitet bagera, inače bi došlo do njegovog smanjenja zbog smanjenog punjenja vedrica.\r\nDebljina odreska cmax progresivno raste sa opadanjem visine odreska (h). Međutim, debljina odreska je ograničena širinom bočne stranice vedrice (cmax < hE) posle čega dolazi do smanjenja kapaciteta ako se i dalje nastavlja smanjivanje visine reza (odreska). To znači da je visina reza (odreska), kod koje je cmax = hE, donja limitirajuća visina ispod koje se ne ide u normalnim okolnostima. Sa porastom koeficijenta rastresitosti smanjuje se i donja limitirajuća visina reza (odreska).\r\nKopanje horizontalnim odrescima vrši se na taj način što se osovina rotora pomeri u vertikalnoj ravni iz tačke u Oi u O2 (Slika 3.11.) za debljinu odreska cmax. Za razliku od vertikalnih odrezaka, ovde je debljina odreska najveća (cmax) na početku kopanja (na ulazu vedrice u odrezak), a najmanja (c = 0) na kraju (na izlazu vedrice iz odreska).\r\nSlika 3.11. Parametri horizontalnog odreska rotornog bagera: a) vertikalni presek odreska; b) prostorni izgled i dimenzije reza\r\nKod kopanja horizontalnim odrescima nema podele etaže na rezove, odnosno pojaseve, jer se cela etaža kopa horizontalnim rezovima. Izgled rezova (reda odrezaka) u planu je isti kao i kod vertikalnih odrezaka (Slika 3.8.). Medutim, velika je razlika u broju i dužini pomeranja bagera (Slika 3.12.), što najbolje ilustruje razliku u vremenu utrošenom na pomoćne operacije.\r\nSl. 3.12. Broj i dužine pomeranja bagera kod kopanja vertikalnim višerednim (a) i kombinovanim (b) odrescima\r\nZapremina horizontalnog srpolikog reza (niza odrezaka) kopanog rotornim bagerom (Slika 3.11.b i 3.13.) sa visinom (hr) i širinom bloka (B) računa se po formuli:\r\nDebljina odreska (reza) c se sa okretanjem bagera desno ili levo od ose kretanja smanjuje, da bi se za ugao okretanja fiu(g) = 90° dobila debljina c = 0. Između debljine odreska (reza) c i visine hr postoji sledeći odnos (Slika 3.13.):\r\ngdje je: r - poluprečnik rotora po zubima vedrica (m), rt - poluprečnik rotora bez vedrica (m).\r\nZa zavisnost u prethodnoj formuli postoji uslov da je hr < r > hE (hE - širina bočne stranice zuba kao i kod vertikalnog reza), što znači da je i debljina odreska ograničena (cmax < hE), kao i kod kopanja vertikalnim odrescima.\r\nSlika 3.13. Dimenzije rotora i horizontalnog odreska Širina bloka je zbir unutrašnje (Bu) i spoljašnje (Bv ) širine (Slika 3.14.):\r\nSada proizilazi da je zapremina horizontalnog srpolikog reza:\r\nSlika 3.14. Sema za proračun zapremine reza u bloku\r\nKapacitet bagera u horizontalnom rezu (redu odrezaka):\r\ngde je: to - vreme okretanja bagera u rezu (pojasu), min:\r\ngde je: lo - dužina luka okretanja u bloku (m), (Slika 3.14.), Rk - dužina strele rotora (m), vk - brzina okretanja strele rotora (m/min). Sada je kapacitet bagera u horizontalnom rezu: ili u obliku:\r\nPoprečnipresek odreska zavisi od trenutne debljine i širine odreska (Slike 3.10. i 3.15.), računate po uglu rotacije rotora:\r\nTrenutna debljina vertikalnog odreska (Slika 3.15.a) računa se po formuli:\r\nTrenutna debljina horizontalnog odreska (Slika 3.15.b) računa se po formuli:\r\nSlika 3.15. Promene poprečnog preseka vertikalnog (a) i horizontalnog odreska rotornog bagera (b) Stvarne dimenzije odreska se razlikuju od teoretskih zbog vibracija rotora.\r\nTrenutna širina odreska je takođe zavisno promenjiva od ugla okretanja rotora i maksimalne širine na izlazu iz vertikalnog, odnosno na ulazu u horizontalni odrezak po formuli:\r\nVisina reza (odreska) zavisi i od poluprečnika rotora i punog ugla kopanja yu:\r\nSada se formula za proračun trenutnog poprečnog preseka odreska može napisati u obliku:\r\nTrenutni maksimalni poprečni presek vertikalnog odreska je kod p = n/2, odnosno na visini h = r.\r\nUgao maksimalnog poprečnog preseka horizontalnog odreska je promenljiv i zavisi od odnosa Rk/r. Normalnim se smatra da je maksimalni poprečni presek horizontalnog odreska kod 9 = 0°.\r\nPromene dimenzija odreska c, b i Fu funkciji ugla predstavljene su na Slici 3.16.\r\nSlika 3.16. Promene debljine, širine i poprečnogpreseka odreska: a) vertikalni odrezak;\r\nb) horizontalni odrezak\r\nU svakom trenutku u kopanju učestvuje nekoliko vedrica sa različitim poprečnim presecima odrezaka, jer prva vedrica izlazi iz odreska, druga je negde na sredini odreska, treća ulazi u odrezak, itd. Broj vedrica, koje su u jednom trenutku u kontaktu sa stenom (u odresku), zavisi od ukupnog broja vedrica na rotoru, prečnika rotora i visine sloja (reza) kopanja. Ukupni trenutni poprečni presek svih odrezaka F^9, je zbir trenutnih pojedinačnih poprečnih preseka i predstavlja isprekidanu periodičnu funkciju ugla 9 (Slika 3.17.).\r\nTačka prekida nastaje u momentu ulaska i izlaska vedrice iz odreska (stene). Skokovita promena funkcije nastaje za vertikalni odrezak u momentu izlaska, a za horizontalni u momentu ulaska u odrezak (stenu).\r\nSrednji poprečni presek jednog odreska je:\r\nSrednja ukupna površina poprečnog preseka odrezaka za jedan okretaj rotora iznosi:\r\nSlika 3.17. Funkcija promena ukupnog trenutnogpoprečnogpreseka svih odrezaka: a) vertikalni odrezak; b) horizontalni odrezak Uvrštavajući prethodno izvedenu zavisnost za Fsr, dobijamo:\r\ngde je: kw - koeficijent uticaja promene ugla na širinu odreska,\r\nAko se izvrši zamena: — kw = ke, dobija se izraz:\r\ngde je: ke - koeficijent srednje ukupne površine poprečnog preseka odrezaka u funkciji maksimalne površine jednog odreska.\r\nAktivna dužina rezanja vedricama je potrebna zbog proračuna potrebne sile i snage kopanja, baš kao i trenutni poprečni preseci odrezaka.\r\nIvice sečiva vedrice rotornog bagera (Slika 3.18.) su u obliku luka, u kojem se izdvaja pravolinijski deo dna vedrice (li), prelazni (krivi) deo bočnih ivica sa radijusima krivine rv(l2) i pravi deo bočnih ivica pod uglom pv(fiv > u odnosu na normalu (l3).\r\nSlika 3.18. Oblik ivice sečiva vedrice rotornog bagera Dimenzije na Slici 3.18. su:\r\n11 - pravolinijski deo dna vedrice odgovara trenutnoj širini reza;\r\n12 - krivi deo bočne stranice vedrice uslovljen oblikom sečiva vedrice;\r\n13 - pravi deo bočne stranice vedrice, pod uglom nagiba (fiv) većim od ugla trajektorije kopanja (^).\r\nIz toga proizilazi:\r\nPrimer promena ovih funkcija prikazan je na Slici 3.19.\r\nSlika 3.19. Promena aktivnih dužina sečiva vedrice za vertikalni (a) i horizontalni (b) odrezak\r\nUkupna aktivna dužina rezanja u datom trenutku (L9) predstavlja zbir funkcija (l9) koje su periodične funkcije rotacije rotora; zavisi od promena funkcija (lv), ugla rezanja (pu) i ugla razmeštaja vedrica po obodu rotora (v). Primer ovih promena prikazan je na Slici 3.20.\r\nSlika 3.20. Srednja i trenutna aktivna dužina rezanja u funkciji ugla za vertikalni (a) i horizontalni (b) odrezak\r\nIsprekidanost funkcija nastaje u tačkama M i N, koje predstavljaju momenat ulaska i izlaska vedrice iz stenskog materijala.\r\nSrednja aktivna dužina rezanja jedne vedrice u okviru ugla 9u iznosi:\r\nSrednja ukupna dužina rezanja za jedan okretaj rotora iznosi:\r\nMetode određivanja aktivne dužine rezanja vedrica mogu biti:\r\n- metoda pravougaonog oblika odreska, koja ne uzima u obzir uticaje zakrivljenosti ivica sečiva vedrica,\r\n- analitičko-grafička metoda i\r\n- pojednostavlj ena metoda funkcij e izgleda vedrice.\r\nMetoda pravougaonogpoprečnog preseka odreska može se primenjivati samo kod vedrica sa malim zakrivljenjima sečiva, a počiva na pretpostavci o upravnosti dna i bočnih stranica vedrice, tj.:\r\nDeo h odgovara trenutnoj debljini odreska promenljivoj u zavisnosti od ugla 9:\r\nDeo l2 odgovara širini odreska i usvojen je kao konstantan, tj. nezavisan od ugla 9:\r\nSrednja ukupna dužina rezanja:\r\nAnalitičko-grafička metoda pociva na izvesnim pojednostavljenjima, prikazanim na Slici 3.21., i to:\r\nlč - ceoni aktivni deo rezne ivice vedrice;\r\nlb - bocni aktivni deo rezne ivice vedrice;\r\nl - ukupna aktivna dužina rezanja vedricom;\r\nrv, Pv - kao i kod Slike 3.18.;\r\nx - trenutna debljina odreska;\r\ny - trenutna širina odreska.\r\nSlika 3.21. Oznake delova rezne ivice vedrice rotornog bagera\r\nAktivna dužina rezanja vedricom je zbir ceone i bocne dužine. Čeoni deo vedrice (lč) je paralelan osi rotora.\r\nTrenutna aktivna dužina čeone sekuće ivice vedrice je:\r\nSrednja aktivna dužina čeone sekuće ivice jedne vedrice za ugao rotacije rotora (9u) je:\r\nSrednja ukupna aktivna dužina čeonih sekućih ivica je:\r\nPosle transformacija i sređivanja dobijamo:\r\nAko se označi sa:\r\nonda se dobija:\r\nSrednja ukupna aktivna dužina čeonih sekućih ivica je proporcionalna maksimalnoj širini odreska. Koeficijent proporcionalnosti (kč) je funkcija visine kopanja i odnosa radijusa rotora sa radijusom kopanja. Na (kč) najviše utiče ugao kopanja (9u), tj. visina reza (odreska).\r\nUticaj promene radijusa kopanja u granicama, ustanovljenim za dati tip bagera, bio bi neznatan. To znači da je proračun koeficijenta (kč) moguć primenom konstantnog radijusa kopanja, što odgovara srednjoj vrednosti za dati tip bagera.\r\nBočna rezna ivica vedrice pravi luk radijusa rv i pravolinijski deo koji od vertikale odstupa za ugao fiv.\r\nTrenutna aktivna dužina bočne ivice je:\r\nTako određena funkcija za oblast ^ < pk rešava se tabelarno metodom Simpsona u oblasti 0 < ^ < 40° i metodom trapeza za ugao ^ > 40°. Zato se veličina lb(V) može predstaviti kao funkciju jedne promenljive:\r\ngde je: Xk = rv(1 - sinpv) (3.70)\r\nPojednostavljena metoda funkcije izgleda odreska vedricom se često primenjuje u praksi. Krivolinijski oblik funkcije trenutne dužine bočne ivice vedrice zamenjen je pravolinijskim. Primena ove metode je ograničena za proračun približnih vrednosti. Širina odreska postaje konstantna. Za usvojeno pojednostavljenje oblika reza, srednja ukupna dužina rezne ivice vedrice iznosi:\r\nili u obliku:\r\nOblast primene ove metode ograničena je debljinom odreska i visinom kopanja (reza) kroz zavisnosti:\r\nZavisnost srednje ukupne aktivne dužine rezne ivice vedrica od tehničkog kapaciteta može se odrediti usvajanjem definicije oblika odreska i visine kopanja (reza). Usvojimo uobičajeni oblik odreska definisan odnosom debljine i širine cmax/b = 1,5 i visine kopanja (reza) h = 0,5D, tj. = n/2.\r\nPovršina odreska je funkcija tehničkog kapaciteta:\r\nodakle je:\r\nUvrštavanjem ovako izračunate širine b i cmax (u zavisnosti od Qth) dobija se da je srednja ukupna dužina rezne ivice vedrice:\r\n3.3. Otpor materijala na kopanje\r\nOtkopavanje stenskog materijala rotornim bagerom se vrši vedricama koje su ravnomerno raspoređene i pričvršćene na rotoru. Otkopavanje se vrši istovremenim okretanjem rotora u vertikalnoj ravni i strele rotora sa platformom u horizontalnoj ravni. (Slika 3.22.). Obrtanjem rotora i nailaskom punih vedrica u zonu istovara, materijal se iz vedrica prazni na sistem unutrašnjeg transporta pomoću istovarnog levka ili dozera sa sopstvenim pogonom.\r\nSlika 3.22. Rotor sa strelom rotora\r\nSuštinska razlika između otkopavanja materijala i čistog kopanja ogleda se u tome što se kod rotornih bagera pored razaranja masiva vrši zahvatanje i podizanje materijala do visine njegovog pražnjenja u predelu istovarnog sektora rotora.\r\nRezni deo radnih elemenata mašina za kopanje u podužnom preseku ima oblik klina. Na samom početku procesa rezanja dolazi do sabijanja materijala ispred reznog elementa. Kada dođe do uravnoteženja sile pritiska prednje ivice reznog elementa sa maksimalnim otporom materijala na smicanje u ravni klizanja nastupa smicanje ili otkidanje većih ili manjih komada materijala i počinje proces ponovnog sabijanja [2], [3], [4], [15], [16], [17] [18], [19], [20], [21], [22], [27], [28], [29], [31], [35], [53] [54], [58], [62], [64], [70], [71] .\r\nRastresiti materijal bez kohezije ne pruža bitan otpor reznim elementima za dobijanje i materijal preko njih klizi u vedricu bagera (Slika 3.23.). Plastični materijal, koji ima malu koheziju, pruža mali otpor i u vidu neprekidne struške klizi u vedricu. Suvi vezani materijal sa većom kohezijom pri procesu dobijanja lomi se u komade i pruža veći otpor kopanju. Cvrste stene (velika kohezija i čvrstoća na pritisak) zahtevaju znatne sile kopanja, jer se moraju u komadima lomiti iz masiva.\r\nSila smicanja neprekidno osciluje oko neke srednje vrednosti, pri čemu laka tla daju takozvanu kvazistatičku promenu, a teška tla daju izrazito dinamičku promenu sile rezanja.\r\nSpektralne gustine glavnih i sekundarnih frekvenci odlamanja materijala iz masiva date su od trenutka odlamanja celog zahvaćenog bloka. Glavni i sekundarni lom označava da se između većih blokova javljaju manji, jer to nije klasično sečenje, već odlamanje deo po deo. Pored frekfence lomljenja postoji sopstvena frekfenca bagera. Mora se voditi računa da sopstvene oscilacije bagera ne budu u blizinu frekfenci lomljenja materijala, jer može doći do rezonance sa neželjenim posledicama.\r\nSlika 3.23. Oblici kidanja (loma) i kretanje rezne sile za različite materijale Ukupni otpor materijala na kopanje\r\nKonstrukcija bagera mora da savlada ukupan otpor materijala koji se kopa. Danas je kod svih proizvođača rotornih bagera opšte prihvaćen princip da se, kod dimezionisanja snage pogona rotora i kružnog kretanja gornje gradnje, ukupni otpor materijala na kopanje razlaže na tri komponente (Slika 3.24.): tangentnu (Pt), bočnu (Pb) i normalnu (Pn).\r\nSlika 3.24. Sile koje deluju na vedricupri otkopavanju materijala (P - rezultanta sile kopanja, Pt - tangentna sila kopanja, Pb - bočna sila kopanja, Pn - normalna sila kopanja)\r\nTangentna komponenta - Pt deluje u ravni radnog elementa, ima smer suprotan njegovom obrtanju i pravac tangente na trajektoriju rezanja, a savlađuje se snagom motora za pogon radnog elementa.\r\nBočna komponenta - Pb deluje u ravni kružnog kretanja radnog elementa, ima smer suprotan okretanju strele radnog elementa i pravac tangente na trajektoriju okretanja, a savlađuje se snagom pogona za kružno kretanje gornje gradnje bagera.\r\nNormalna komponenta - Pn deluje u ravni radnog elementa u okviru ugla kopanja, ima pravac normale na trajektoriju obrtanja radnog elementa, a savlađuje se snagom pogona za transport bagera (pri radu bagera sa vertikalnim rezovima ) ili težinom strele radnog točka kod rotornog bagera (pri radu bagera sa horizontalnim rezovima).\r\nObodna sila na rotoru savlađuje sledeće otpore:\r\n- Prez - otpor na rezanje (odvaljivanje) materijala iz masiva, uključujući otpor trenja reznih elemenata u čelu radnog bloka;\r\n- Ppod - otpor na podizanje materijala u vedricama do visine pražnjenja istih u okviru istovarnog sektora;\r\n- Ppunj - otpor na punjenje vedrica materijalom;\r\n- Ptr - otpor trenja između materijala u vedrici i kružne skliznice rotora u procesu podizanja materijala do visine pražnjenja vedrica;\r\n- Pkin - otpor na saopštenje kinetičke energije materijalu u vedrici odnosno ubrzanje materijala do brzine vedrice.\r\nU procesu rada rotornog bagera, a zbog uticaja brojnih i raznovrsnih činilaca, vrednosti pojedinačnih otpora podložne su stalnim promenama. Tako na primer:\r\n- Otpor na rezanje materijala u direktnoj je zavisnosti od fizičko-mehaničkih karakteristika materijala koje se pak sa svoje strane mogu menjati kako po dužini tako i po visini otkopnog bloka (što je materijal tvrđi to je ovaj otpor veći i obrnuto);\r\n- Otpor na podizanje materijala do visine pražnjenja vedrica direktno je zavisan od nasipne mase materijala koji se otkopava: veći je za materijale većih nasipnih masa, manji je pri radu bagera vertikalnim rezovima, a raste sa porastom visine pojaseva i konstruktivne visine istovarnog sektora;\r\n- Otpor na punjenje vedrica materijalom direktno zavisi od režima rada i vrste materijala koji se otkopava;\r\n- Otpor trenja direktno zavisi od vrednosti koeficijenta punjenja vedrica materijalom, kao i od konstrukcije same vedrice;\r\n- Otpor inercije zavisi od dimenzija rotora i njegove brzine obrtanja, itd.\r\nShodno napred izloženom, obodna sila na rotoru se može definisati izrazom: Vrednost komponenta Ppunj, Ptr, Pkin su male u odnosu na Prez i približno iznose:\r\npri čemu veća vrednost odgovara mekšim materijalima.\r\nPri obradi rezultata istraživanja, specifični otpor materijala na kopanje (KL ili KF) određuje se na taj način što se od obodne sile na rotoru oduzme samo sila koja je potrebna za dizanje materijala do visine pražnjenja vedrica i delenjem razlike sa površinom poprečnih preseka odrezaka ili dužinom reznih ivica svih vedrica koje su istovremeno u kontaktu sa materijalom. Shodno ovome, specifični otpor materijala na kopanje obuhvata ne samo utrošak energije na odvajanje materijala iz masiva (rezanje) već i na savlađivanje otpora na punjenje vedrica materijalom otpora trenja između materijala u vedrici i kružne skliznice i otpora na ubrzavanje materijala do brzine obrtanja rotora. Prema tome izraz za obodnu silu može se pisati u obliku:\r\npri čemu je:\r\ngde je: Pk - sila kopanja.\r\nOvakav način određivanja obodne sile na rotoru (Pt=Pk+Ppod) koriste danas svi veliki proizvođači rotornih bagera u svetu kao što su: Rusija, Nemačka, Ceška republika, itd.\r\nSila kopanja za bagere se određuje po obrascu: odnosno, njena srednja vrednost iznosi:\r\ngde je: Kf- specifični otpor materijala na kopanje (N/cm ),\r\nF - zbir površina poprečnih preseka odrezaka svih vedrica koje se istovremeno\r\nnalaze u procesu rezanja (m ), K - specifični otpor materijala na kopanje (N/cm),\r\nLi - zbirna dužina reznih elemenata koje su istovremeno u procesu rezanja (cm), Fsr - srednja (po luku kopanja u ravni rotora) vrednost površine\r\npoprečnog preseka odreska (cm2), Lsr - srednja (po luku kopanja) vrednost dužine reznog elementa vedrice koja\r\nje u kontaktu sa materijalom (cm), m - broj vedrica koje se istovremeno nalaze u procesu rezanja tj. u kontaktu sa materijalom.\r\nSila potrebna za podizanje materijala do visine pražnjenja vedrica se može definisati izrazom:\r\nOdnosno, snaga potrebna za podizanje materijala je:\r\ngde je:Qt - teoretski kapacitet bagera (rm /h),\r\nY - nasipna masa materijala (t/m ), g - ubrzanje zemljine teže (m/s ),\r\nV - obodna brzina rotora (m/s),\r\nhd - visina dizanja materijala u vedricama do mesta pražnjenja istih (m). Budući da je snaga motora na rotoru definisana izrazom:\r\npotrebna snaga motora za kopanje iznosi:\r\ngde je: Nm - snaga motora za pogon rotora (kW),\r\nNk - snaga potrebna za kopanje materijala (kW),\r\nNpod - snaga za podizanje materijala do visine pražnjenja vedrica (kW),\r\nn - koeficij ent korisnog dejstva pogona rotora.\r\nSpecificni otpor materijala na kopanje\r\nUkupan otpor na kopanje nije prikladna veličina za definisanje suštine samog procesa kopanja rotornim bagerima, zato što se istovremeno u kontaktu sa materijalom nalazi različit broj vedrica. Shodno tome, svrsishodnije je da se ukupan otpor na kopanje svede na neku uporednu vrednost, odnosno da se izrazi u specifičnom obliku (Slika 3.25.).\r\nDanas su u upotrebi uglavnom dva načina za izražavanje specifičnog otpora na kopanje:\r\n- odnos sile kopanja i zbirne površine poprečnih preseka odrezaka svih vedrica koje se istovremeno nalaze u kontaktu sa materijalom - kF (N/cm );\r\n- odnos sile kopanja i zbirne dužine reznih elemenata svih vedrica koje su istovremeno u kontaktu sa materijalom, tj. u procesu rezanja - kL (N/cm).\r\nOba pokazatelja specifičnog otpora na kopanje su dovoljno pouzdani za praktičnu primenu. U Nemačkoj i Ceškoj Republici veću primenu je dobio pokazatelj kL. Ovo se može objasniti činjenicom što su prvi rotorni bageri koristili za otkopavanje mekih materijala, bagerske vedrice su bile bez zuba, pa je specifični otpor na kopanje malo zavisio od površine poprečnog preseka odreska. Međutim, sve šira primena rotornih bagera na otkopavanju čvrstih materijala i uglja, a s tim u vezi i ugradnja vedrica sa zubima, čini da je kF reprezentativni pokazatelj specifičnog otpora materijala na kopanje tj. da znatno bolje odražava samu fizičku suštinu procesa kopanja. Upravo zbog toga u Rusiji je isključivo u upotrebi pokazatelj kF.\r\nSlika 3.25. Sematski prikaz određivanja specifičnog otpora na kopanje: a) u odnosu na površinu poprečnih preseka odrezaka b) u odnosu na dužinu rezne ivice u kontaktu sa materijalom\r\nZbog određenih anomalija kao što je, na primer, da porastom površine poprečnog preseka odreska pokazatelj kL raste, a pokazatelj kF opada, u primeni je i treći pokazatelj kFL, a koji predstavlja:\r\n- odnos tangentne komponente sile kopanja i kvadratnog korena iz proizvoda zbirne površine poprečnih preseka odrezaka i zbirne dužine reznih ivica koje su u kontaktu sa materijalom kFL (N/cm).\r\nSpecificni otpor materijala na kopanje po površini poprecnog preseka odreska\r\nSpecifični otpor materijala na kopanje po površini poprečnog preseka odreska kF definisan je odnosom sile kopanja i srednje zbirne površine poprečnih preseka odrezaka svih vedrica koje se istovremeno nalaze u kontaktu sa materijalom, odnosno u procesu rezanja.\r\nDakle, ovaj pokazatelj je definisan izrazom:\r\nKako je obodna sila na rotoru definisana izrazom:\r\ni da se sila kopanja može odrediti po obrascu:\r\npri čemu je snaga potrebna za kopanje:\r\nSledi da se specifični otpor materijala na kopanje dobije na taj način što se od obodne sile oduzme sila potrebna za podizanje materijala u vedricama do visine pražnjenja i razlika podeli sa zbirnom površinom poprečnih preseka svih odrezaka koji se istovremeno isecaju iz materijala.\r\nSpecificni otpor materijala na kopanje po dužini reznih ivica vedrica\r\nSpecifični otpor materijala na kopanje po dužini reznih ivica kL predstavlja odnos sile kopanja i srednje zbirne dužine reznih ivica svih vedrica koje se istovremeno nalaze u kontaktu sa materijalom. Prema tome ovaj pokazatelj definisan je izrazom:\r\nI kod pokazatelja kL tangentna komponenta otpora na kopanje određuje se na način koji je objašnjen. Dužina reznih ivica svih vedrica koje se istovremeno nalaze u kontaktu sa materijalom određuje se na način koji sledi u daljem tekstu.\r\n3.4. Kapacitet rotornog bagera\r\nKapacitet kontinualnih sistema sa rotornim bagerima najviše zavisi od prvog i osnovnog elementa sistema - rotornog bagera. Kapacitet rotornog bagera predstavlja efekat rada izražen u m (ili t), otkopane mase u jedinici vremena i izražava se kao: teoretski kapacitet, tehnički kapacitet, eksploatacioni kapacitet i efektivni kapacitet [36], [38], [39], [40], [48], [52].\r\nTeoretski kapacitet dobija se na osnovu konstruktivnih i kinematskih karakteristika bagera.\r\nTehnički kapacitet, pored konstruktivnih karakteristika bagera, obuhvata faktore uticaja radne sredine (otpor kopanju, raspucalost, plastičnost, lepljivost, parametre za stabilnost kosina) i tehnologije rada bagera u bloku, odnosno, učešće čistog vremena otkopavanja u ukupnom proizvodnom vremenu za otkopavanje bloka.\r\nEksploatacioni kapacitet u suštini predstavlja tehnički kapacitet korigovan učešćem zastoja, koji se javljaju u toku planiranog radnog vremena i ukupnog vremena rada. Izražava se za određeni vremenski period eksploatacije. Pored planiranih zastoja sistema i zastoja zbog manevarskih i pomoćnih operacija kod proračuna eksploatacionog kapaciteta uključeni su i neplanirani zastoji.\r\nEfektivni kapacitet dobija se na kraju kalendarskog perioda po tačnom utvrđivanju efektivnog radnog vremena i ukupno izmerenih otkopanih količina otkrivke ili uglja.\r\nPrema tome, kapacitet rotornog bagera zavisi od sledećih grupa uticajnih faktora:\r\n- Konstruktivni i kinematski parametri kopanja i transporta, prečnik rotora i dužina strele, zapremina, broj i konstrukcija vedrica, brzine rotacije, okretanja, spuštanja i podizanja radnog organa, vreme reverzije okretanja strele, tip i brzina mehanizma za transport bagera, dinamičke karakteristike, čvrstoća, dugovečnost i sigurnost osnovnih delova;\r\n- Fizičko-mehaničke osobine stenskog materijala, u prvom redu njegov specifični otpor kopanju, lomljivost, raspucalost u masivu, plastičnost, lepljivost, vlažnost i dr.;\r\n- Stepen podudarnosti tehnoloških elemenata otkopa (širine bloka, visine i ugla kosine etaže) sa parametrima bagera;\r\n- Sistem eksploatacije i organizacija rada na površinskom kopu (elementi sistema eksploatacije, broj i vreme radnih smena u toku godine, sistem eksploatacije, dužina fronta, vrsta i organizacija transporta i dr.).\r\nIzmeđu nabrojanih uticajnih faktora, samo su konstruktivni i kinematski faktori za određeni model bagera konstantni. Ostali uticajni faktori su promenljivi i zavise od uslova eksploatacije.\r\nTeoretski kapacitet rotornog bagera računa se kao proizvod računske zapremine jedne vedrice (E) i broja istresanja na minut (n):\r\nPošto se vedrice pune rastresenim materijalom, to se i teoretski kapacitet prikazuje u m /h rastresenog stenskog materijala. Teoretski kapacitet pokazuje konstruktivne i energetske mogućnosti rotornog bagera i ograničen je zapreminom vedrica na rotoru, snagom pogona ili propusnom moći transportera. Teoretski kapacitet rotornog bagera može se računati i preko zapremina rezova po formuli:\r\ngde je: c - debljina reza (m),\r\nv - brzina okretanja strele rotora (m/min), h - visina reza (m).\r\nTehnički kapacitet rotornog bagera je njegov maksimalno mogući kapacitet u određenom otkopu i steni. U tehničkom kapacitetu su uključena svojstva stene i organizacija procesa otkopavanja otkopa, a računa se po formuli:\r\ngde je: kp - koeficijent punjenja vedrica, kr - koeficijent rastresitosti stene, ko - koeficijent otkopa (produktivnosti).\r\nKoeficijent otkopa ili koeficijent produktivnosti uzima u obzir uticaj svih manevarskih operacija u otkopavanju bloka: približavanje bagera otkopu, spuštanje rotora i odmicanje bagera, prelaz na obradu sledećeg bloka (u sledeći ciklus otkopavanja), tj. približavanje bagera bloku i podizanje rotora. Pored toga, ovim koeficijentom se uzimaju u obzir i gubici kapaciteta od ubrzanja i usporenja okretanja strele u početku i na kraju rezova reverziranja, gubici usled srpastog oblika rezova, van oblasti regulacije i gubici zbog smanjenja visine krajnjih rezova prema otkopanom prostoru.\r\nManevarski pokreti rotornog bagera koji znatno utiču na kapacitet bagera zavise od geometrije radilišta i konstruktivnih parametara bagera. Manevarski pokreti mogu biti u vertikalnim ravnima i obuhvataju dizanje i spuštanje rotora, produžavanje strele rotora i kretanje bagera i bočni koji obuhvataju neproduktivne pokrete strele oko vertikalne ose bagera uglavnom zbog promene reza koji se otkopava i otkopavanja\r\nDokazano je da osnovni uticaj na kapacitet imaju manevarski pokreti u vertikalnim ravnima. Uticaj bočnih manevarskih pokreta je zanemarljiv, posebno ako je vešt rukovaoc bagera. Veća dubina napredovanja čela, porast širine bloka, i povećanje ugla nagiba čeone kosine smanjuju manevarske pokrete za vreme rada i povećavaju kapacitet bagera.\r\nPovećanje visine etaže dovodi do porasta manevarskih pokreta i pada kapaciteta bagera. Najmanje manevara vrši se kod etaže koja se sastoji iz jednog pojasa, ali su sa aspekta tehnologije rada povoljnije visoke etaže.\r\nTehnički kapacitet se može izraziti i kao odnos zapremine bloka i proizvodnog radnog vremena za otkopavanje bloka:\r\ngde je: V - zapremina bloka,\r\nTb - vreme otkopavanje bloka. Zapremina bloka se izražava kao proizvod širine visine i dužine bloka:\r\nOsnovna proizvodna operacija rada rotornog bagera je otkopavanje ili rezanje i izvodi se na geometrijskom i tehnološkom delu bloka koji se zove rez, kružnim kretanjem strele sa rotorom na širini bloka. Zapremina reza iznosi:\r\ngde je: B - širina bloka, h - visina reza, c - debljina reza.\r\nGeometrijski elementi za proračun zapremine su prikazani na Slici 3.26.\r\nSlika 3.26. Geometrijski elementi za proračun zapremine reza\r\nOznake na slici predstavljaju:\r\nB - Širina bloka,\r\nBs - Spoljašnja širina bloka,\r\nBu - Unutrašnja širina bloka,\r\nH - Visina pojasa (reza),\r\nc - Debljina reza,\r\nP^ - Ugao okretanja na stranu ka masivu,\r\np2 - Ugao okretanja na stranu ka otkopanom prostoru. Širina bloka (B) sastoji se od delova bloka, u odnosu na osu kretanja bagera:\r\n- prema masivu: Bu = Rk sinP 1 i\r\n- prema otkopanom prostoru: Bs = Rk sinP^, pa je:\r\nVreme otkopavanja bloka (Tb) se može izraziti na sledeći način:\r\n>de su:N - broj pojaseva na visini bloka, N = H/(0,5 ^ 0,7)D,\r\nn - broj rezova na dužini bloka, n = Lb/d,\r\ni - broj pojasa,\r\nj - broj reza,\r\ntr - vreme otkopavanja reza,\r\ntpr - vreme promene reza,\r\ntp - vreme promene pojasa,\r\ntb - vreme promene bloka.\r\nEksploatacioni kapacitet rotornog bagera, pored nabrojanih faktora koji utiču na tehnički kapacitet, odražava još i uticaj organizacije rada bagera, transporta i održavanja u određenom vremenskom periodu, a računa se po formuli:\r\ngde je: T - posmatrano vreme (h),\r\nKv - koeficijent iskorišćenja vremena, računa se po formuli:\r\nKv = (T-tpZ-tnz)/T, (3.101)\r\ntpz - vreme planiranih zastoja (neradno vreme, mesečni planski preventivni\r\npregledi i opravke, godišnji, srednji i veliki remonti, rekonstrukcije), tnz - vreme neplaniranih zastoja. Korišćenjem statističkih podataka i moderne računarske tehnike, eksploatacioni kapacitet (Qes) rotornog bagera u bilo kom razmatranom kalendarskom periodu vremena (smena, nedelja, mesec ili godina) (Tk) računa se iz izraza:\r\ngde je: Kt - koeficijent tehnološkog iskorišćenja vremena rada bagera dat formulom: tv - ukupno vreme rada bagera,\r\ntp - ukupno vreme pomoćnih tehnoloških operacija koje obuhvata manevrisanje u bočnoj i vertikalnim ravnima, pomeranje transportera, obilaženje transportera na kraju fronta, itd., Kth- koeficijent tehničkog iskorišćenja vremena u razmatranom periodu\r\nkalendarskog vremena To - vreme tehničkog opsluživanja bagera, Tr - vreme remonta bagera,\r\nKo - koeficij ent organizacionog iskorišćenja vremena: to - ukupno vreme zastoja iz organizacionih razloga. Savesnim prikupljanjem podataka o navedenim vremenima i njihovom obradom dobijaju se objektivne vrednosti ostvarenih kapaciteta, a mogu se relativno precizno predvideti pokazatelji pouzdanosti bagera i njegov kapacitet.\r\n4. MODELIRANJE PROCESA OTKOPAVANJA I PRORACUN ELEMENATA REZA I ODRESKA\r\nU Centru za površinsku eksploataciju iz Beograda, formiran je Simulacioni model rada rotornog bagera koji omogućava analizu većeg broj ulaznih parametara u relativno kratkom vremenskom intervalu [38], [39], [40], [57].\r\nKod formiranja modela simulacije rada rotornog bagera korišćeni su podaci iz modela radne sredine (poglavlje 2.2. - Dosadašnja iskustva istraživanja predmetne problematike u konkretnim uslovima radne sredine na primeru Površinskog kopa Gacko). Primenjena je digitalna simulacija i to diskretno-vremenski sistem simulacije. Ovakav simulacioni pristup najviše odgovara pošto se određene interakcije delova sistema dešavaju u diskretnim vremenskim intervalima.\r\nSam razvoj modela ili sistema simulacije izvršen je analitičkom pripremom na osnovu kompletne dekompozicije procesa rada bagera u vremenu pogonske spremnosti.\r\nPošto određivanje tehnoloških parametara rada rotornog bagera i proračun kapaciteta u suštini predstavljaju kompleks usklađenja tehničko-tehnoloških karakteristika bagera sa parametrima radne sredine, model simulacije rada rotornog bagera pruža mogućnost za analizu većeg broja mogućih kombinacija uz uključivanje niza parametara koji svojom interakcijom imaju znatan uticaj na krajnje rezultate.\r\nZbog toga simulacija predstavlja analizu stvarnog stanja i otvara mogućnost za veliki broj eksperimenata na modelu u cilju dobijanja informacija o ponašanju sistema u različitim tehnološkim uslovima.\r\nPotrebno je naglasiti da proces simulacije sam po sebi apriori ne daje optimalno rešenje primene rotornog bagera, ali uz pomoć metode iteracije, na osnovu više uzastopnih prolaza uz modifikaciju ulaznih parametara može se dovesti do optimalnog rešenja. Konkretno to se odnosi i na promenu tehnoloških parametara (broj pojaseva, debljina reza, brzina okretanja strele rotora, širina bloka, itd.), u okviru ograničenja na bazi fizičko-mehaničkih karakteristika do postizanja maksimalnog kapaciteta sistema u odnosu na sve prethodno dobijene rezultate analize.\r\nRadi se zapravo o variranju parametara ili grupa parametara u procesu simulacije sa nastojanjem da se odrede one veličine koje daju maksimalne krajnje rezultate. Prema tome, model simulacije po svojoj prirodi simulira uticaj radne sredine preko promena tehnoloških parametara i njihovo uzajamno dejstvo.\r\nOsnovni elementi za model simulacije rada rotornog bagera su rotorni bager sa kinematsko konstruktivnim karakteristikama i determinisana radna sredina sa fizičko- mehaničkim karakteristikama.\r\nKinematsko-konstruktivne karakteristike bagera koje su neophodne u proceduri analize su:\r\n- Visina kopanja Hk;\r\n- Dužina strele rotora Lk;\r\n- Visina rotora do reduktora hr;\r\n- Prečnik rotora D;\r\n- Zapremina vedrice V;\r\n- Broj istresanja n^;\r\n- Visina bočne ivice zuba vedrice cB;\r\n- Osnovne brzine horizontalnog kretanja strele sa rotorom v^-v^;\r\n- Maksimalna brzina horizontalnog kretanja strele sa rotorom vk max;\r\n- Brzina vertikalnog kretanja strele sa rotorom vk;\r\n- Brzina kretanja bagera Vk;\r\n- Debljina strele rotora od ose do donje ivice hk;\r\n- Visina vešanja strele sa rotorom u vertikalnoj osi bagera Ho;\r\n- Horizontalno rastojanje vešanja strele od ose bagera X;\r\n- Dužina uređaja za kretanje od ose bagera prema čeonoj kosini F;\r\n- Uglovi slobodnog rezanja as1- as2;\r\n- Parametri za proveru snage motora.\r\nPolazna pretpostavka je da se reznom silom bagera mogu savladati otpori kopanju materijala koji se javlja na okonturenom prostoru površinskog kopa, podešavanjem geometrijskih parametara reza.\r\nU modelu simulacije rada rotornog bagera tehnološki proces na otkopavanju sastoji se od osnovnih i pomoćnih operacija tako da se kao tehnološki zaokružena celina za proračun tehničkog kapaciteta izdvaja blok, gde je zaokružen ciklus svih radnih i pomoćnih operacija bagera.\r\nOsnovna operacija je rezanje materijala, odnosno otkopavanje, dok su pomoćne operacije manevarski pokreti bagera u pripremi za otkopavanje, tako da je ukupno vreme rada bagera pored vremena za otkopavanje opterećeno i vremenom za pomoćne operacije.\r\nModelirane pomoćne operacije obuhvataju:\r\n- Pomeranje bagera za sledeći rez;\r\n- Manevar bagera za sledeći niži pojas;\r\n- Manevar bagera za sledeći blok.\r\nObuhvatanjem svih vremena u kojima se odvijaju radne i pomoćne operacije na otkopavanju bloka dolazi se do ukupnog vremena za otkopavanje bloka prema formuli (3.97).\r\nAko se posmatra dominirajuća šema rada rotornog bagera u bloku, kontinualnost dejstva pri otkopavanju je uslovna. Bager periodično ponavlja određene operacije i manevre. Proces kopanja počinje od gornjeg pojasa koji se po dužini bloka zahvata sa više rezova dok se ne postigne maksimalna dužina bloka. Bageri ne mogu da održe stalnu debljinu reza pa se punjenje vedrica obezbeđuje povećanjem širine odreska koja počinje odmah po izlasku strele rotora iz ose kretanja bagera. Ovaj manevar je automatski regulisan obično do otklona od 60o, a zatim ostaje sa konstantnom brzinom do kraja okretanja.\r\nSledi manevar spuštanja rotora za visinu pojasa na sledeći niži pojas, pa se cela operacija ponavlja sekvencijalno do potpunog otkopavanja bloka na svim pojasevima, odnosno po visini etaže. Tada počinje ponavljanje celog ciklusa. Ovo pokazuje da je proces otkopavanja u bloku cikličan proces. Prisutan je sve vreme kontinuitet pogona sistema, ali nije kontinuitet toka materijala.\r\nU ciklusu otkopavanja postoje operacije koje su determinisane veličine i operacije sa vremenima koja su slučajne veličine.\r\nDeterminisane veličine su vreme otkopavanja reza (tr) i broj pojaseva (N).\r\nSlučajne veličine su broj rezova na dužini bloka, vreme promene reza, vreme promene pojasa i vreme promene bloka.\r\nVremena svih manevarskih i pomoćnih operacija su slučajne veličine.\r\nNajkraće vreme ovih operacija se može definisati na osnovu kinematskih karakteristika bagera: brzine kretanja bagera, brzine horizontalnog i vertikalnog kretanja strele rotora. Takođe, na osnovu konstruktivnih karakteristika može se definisati maksimalna debljina reza, sa kojom se otkopava najmanji broj rezova na dužini bloka.\r\nOdavde proizilaze ograničenja na osnovu kinematsko-konstruktivnih karakteristika prema kojima se dobijaju minimalne vrednosti za vremena pomoćnih operacija u idealnim uslovima rada.\r\nU realnim uslovima rada rotornog bagera snimanjem pomoćnih operacija, broja i debljine rezova, mogu se utvrditi ograničenja pojavljivanja maksimalnih vrednosti slučajnih veličina tako da se definiše interval pojavljivanja ispitivanih vrednosti i to:\r\n- d (dmax-dminX\r\n- n (Lb /dmax-Lb /dmin),\r\n- \"tpr (tpr min-tpr maxX\r\n- ^p (tp min-tp maxX\r\n- \"tb (tb min-tb max^\r\nStatističkom analizom dobija se raspodela pojavljivanja navedenih vrednosti na konstatovanim intervalima između minimalnih kinematsko-konstruktivnih i maksimalnih, praktično utvrđenih vrednosti tako da je moguće preuzeti realno stanje sistema za model simulacije kao empirijske raspodele. Pomoću generatora slučajnih brojeva sa empirijskih raspodela izraženih preko kumulante, dobijaju se potrebne vrednosti za sve navedene slučajne veličine u toku simulacije. Procedura utvrđivanja tehnoloških parametara rada bagera sprovodi se za sve definisane karakteristične slučajeve za radnu sredinu.\r\nFormiranje baze pravila tehnoloških parametara rada bagera na osnovu karakterističnih slučajeva ima i alternativnu mogućnost. Posle interpolacije kao što je navedeno, nosioci informacija o radnoj sredini su miniblokovi sa nizovima podataka o strukturnim i fizičko-mehaničkim karakteristikama. Za svaki od miniblokova moguće je, primenom modela simulacije, izvršiti ispitivanje mogućih tehnoloških parametara rada rotornog bagera i usvojiti za bazu pravila one kojima se postiže najveći kapacitet proizvodnje. Posle toga i tehnološki parametri rada bagera povezani su sa težištima miniblokova i identifikuju se na celoj površini minibloka prilikom nailaska bagera.\r\nOva procedura je potpuno logična i jasna i predstavlja osnovnu ideju za kompleksnu analizu rada bagera u realnom prostoru i vremenu i sagledavanje dinamičkog karaktera proizvodnje. Međutim u kontekstu analize rada rotornog bagera, primenom modela simulacije pojedinačno po miniblokovima, postavlja se pitanje racionalnosti obrade, prvo zbog velikog broja miniblokova i drugo zbog potrebe da se izvrši analiza više mogućih kombinacija tehnoloških parametara pojedinačno po svakom bloku.\r\nZbog toga su za ispitivanje tehnoloških parametara rada bagera izdvojeni karakteristični slučajevi koji predstavljaju radnu sredinu realnog prostora površinskog kopa. Kod većeg raspona oscilacija strukturnih i fizičko-mehaničkih karakteristika, broj karakterističnih slučajeva je veći. Obrnuto, kod manjeg raspona u kome se javljaju vrednosti debljine i vertikalnog položaja proslojaka i fizičko-mehaničkih karakteristika, izdvaja se i manji broj karakterističnih slučajeva koji se detaljno analiziraju. Broj karakterističnih slučajeva zavisi od veličine intervala podele raspona pojavljivanja parametara radne sredine i istovremeno od veličine ovog intervala zavisi i stepen poklapanja karakterističnih slučajeva sa konkretnim uslovima radne sredine u minibloku. Kada se u konkretnim uslovima pojavi razlika između usvojenih i realnih vrednosti, onda se karakterističan slučaj radne sredine sa usvojenim tehnološkim parametrima, svodi na konkretne uslove radne sredine. Pošto izdvojeni karakterističan slučaj tada predstavlja osnovu od koje se polazi, prvo se koriguju (ili usklađuju) visine pojaseva, pa zatim debljine rezova u skladu sa prisutnim otporom kopanja. Razlike debljina pojaseva koje nastaju su veoma male, tako da praktično nemaju uticaja na definisani nagib kosine etaže i po pravilu on ostaje isti.\r\nPrimena karakterističnih slučajeva ne odstupa od osnovne ideje, ali celu analizu svodi na racionalniju dužinu obrade. Pojedinačna analiza tehnoloških parametara rada bagera za svaki miniblok ili preciznije, za svaki blok rotornog bagera, predstavlja stalnu alternativnu mogućnost kod prediktnog modeliranja. Direktno se može primeniti i za automatizovano formiranje i dopunjavanje baze pravila kod direktnog upravljanja proizvodnjom rotornog bagera istim ovim modelom, koji tada dobija normativni karakter.\r\nProračun kapaciteta rotornog bagera u modelu simulacije je izvršen prema metodologiji koja je prikazana u sledećem tekstu.\r\ngde je: E - zapremina vedrice (m ),\r\nn - broj istresanja vedrica rotora u minuti (min-1), hi - visina pojasa (m), c - debljina odreska (m),\r\nvbmax - maksimalna brzina okretanja strele rotora (m/min).\r\nOsnovna brzina okretanja strele rotora:\r\nSrednje brzina okretanja strele rotora:\r\ngde je: fti - ugao okretanja strele rotora prema unutrašnjoj bočnoj kosini (°), f$2 - ugao okretanja strele rotora spoljašnjoj bočnoj kosini (°), ^ri - ugao regulacije u pojasu (°),\r\nSrednje vreme okretanja strele rotora:\r\ngde je: L - dužina strele rotora (m),\r\ne - horizontalno rastojanje tačke vešanja strele rotora od vertikalne ose okretanja\r\nbagera (m), r - poluprečnik rotora (m).\r\nVreme promene reza u bloku:\r\ngde j e: cmax - maksimalna debljina reza (m),\r\nvt - brzina transporta bagera (m/min). Broj rezova u pojasu se određuje shodno zavisnosti:\r\ngde je Lbmin dužina otkopavanja bloka za jedan tehnološki ciklus, koja se dobija na osnovu ograničenja dok strela ne udari u drugi donji pojas i iznosi:\r\nVreme promene pojasa:\r\ngde je: Lb - dužina otkopavanja bloka za jedan tehnološki ciklus (m). Vreme promene bloka definisano je izrazom:\r\nVreme otkopavanja bloka: Zapremina bloka:\r\nTehnički kapacitet rotornog bagera, za definisane tehnološke parametre, iznosi:\r\ngde je: ko - korekcioni koeficijent koji uzima u obzir uslove otkopavanja materijala, a iznosi 0,97.\r\nProsečni tehnički kapacitet - Qthpr manji je od tehničkog kapaciteta dobijenog na bazi tehnološke šeme otkopavanja bloka zbog čisto tehnološke nemogućnosti da se\r\nneprekidno radi u regularnom bloku tj. zbog gubitka u kapacitetu kod usecanja bagera na kraju etaže u novi blok. Shodno tome prosečni tehnički kapacitet bagera iznosi:\r\ngde je: kg - koeficijent gubitka u kapacitetu zbog usecanja bagera u novi blok sveden na kapacitet bagera u regularnom bloku:\r\nLe - dužina etaže (m),\r\nl - dužina zone u kojoj se vrši usecanje u novi blok (m), kkl - korekcioni koeficijent tehničkog kapaciteta bagera.\r\n4.1. Rezultati proracuna kapaciteta rotornog bagera ER-1250 16/1,5\r\nNa osnovu prikazanog modela formiran je softver za proračun kapaciteta rotornog bagera, koji se generalno sastoji od tri dela - forme i to:\r\n1. Forma za unos tehničkih parametara rotornog bagera (Slika 4.1.);\r\n2. Forma za unos tehnoloških parametara rada rotornog bagera (Slika 4.2.);\r\n3. Forma sa izlaznim podacima (Slika 4.3.)\r\nSlika 4.1. Forma za unos tehničkih parametara rotornog bagera\r\nSlika 4.2. Forma za unos tehnoloških parametara rotornog bagera\r\nSlika 4.3. Forma sa izlaznim podacima\r\nProračun primenom modela je izvršen za rad za 9 karakterističnih slučajeva za maksimalne radne parametre rotornog bagera, pri radu sa horizontalnim i vertikalnim rezovima za sledeće uslove:\r\n- Visina etaže: H = 15 m;\r\n- Vertikalna podela na pojaseve pri kombinovanom radu sa vertikalnim i horizontalnim rezovima koja se primenjuje na Površinskom kopu Gacko:\r\n1. pojas: 3,25 m - vertikalni rezovi,\r\n2. pojas: 9 m - horizontalni rezovi,\r\n3. pojas: 2,75 m - vertikalni rezovi;\r\n- Vertikalna podela na pojaseve pri radu sa vertikalnim rezovima:\r\n1., 2., 3. i 4. pojas: 3,25 m - vertikalni rezovi, 5. pojas: 2 m - vertikalni rezovi;\r\n- Dubina bloka: 3,25 m;\r\n- Obodna brzina horizontalnog kretanja rotora: 12, 18 i 24 m/min;\r\n- Debljina reza: 0,10, 0,15 i 0,20 m.\r\nRezultati proračuna dati su u Tabelama 4.1. - 4.18.\r\nPregledni i uporedni rezultati proračuna prikazani su u Tabelama 4.19. - 4.21. i na Slikama 4.4. - 4.6.\r\nTabela 4.19. Rezultati proračunatih vrednosti pri radu sa horizontalnim rezovima \r\nTabela 4.20. Rezultati proračunatih vrednosti pri radu sa vertiklnim rezovima \r\nTabela 4.21. Uporedni rezultati proračunatih vrednosti\r\nSlika 4.4. Kapacitet rotornog bagera u bloku pri radu sa kombinovanim(horizontalnim i vertikalnim) i vertikalnim rezovima\r\nSlika 4.5. Uporedni dijagram potrebne snage za dizanje materijala pri radu sa horizontalnim i vertikalnim rezovima\r\nSlika 4.6. Uporedni dijagram raspoložive sile kopanja pri radu sa horizontalnim i vertikalnim rezovima\r\nIz prikazanih rezultata simulacije rada i formula za proračun kapaciteta (poglavlje 3. - Teoretske osnove rada rotornog bagera), dobijaju se kapaciteti rada rotornog bagera u horizontalnom i vertikalnom rezu u automatskom režimu rada bagera (i bez pomoćnih operacija), odnosno u uslovima rada bagera kakvi su planirani za eksperimentalna merenja:\r\n5. MODELIRANJE STRUKTURE RADNOG ORGANA I STATIČKI I DINAMIČKI PRORAČUN\r\nUticaj različitih vrsta reza (horizontalni/vertikalni), kao i različitih parametara odreska kod otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom na dinamičko ponašanje bagera kao i na naponsko stanje celokupne konstrukcije bagera, ispitan je numeričkim putem, primenom metode konačnih elemenata na primeru rotornog bagera ER-1250 16/1,5 [11], [14], [25], [26], [32], [37], [50], [54],\r\n5.1. Metoda konacnih elemenata, osnovne postavke\r\nNezaobilazan korak u ispitivanju konstrukcija predstavlja numerička analiza, odnosno metoda konačnih elemenata, Model, kojim se idealizuje kontinualna (neprekidna) struktura, podelom (diskretizacijom) na male elemente pravilnog geometrijskog oblika koji se nazivaju konačni elementi, opisuje ponašanje dela strukture preko zajedničke tačke susednih elemenata (čvorna tačka), sa osobinom da je pomeranje svih susednih elemenata u njoj isto,\r\nModeliranje predstavlja kompleksan proces preslikavanja fizičkog modela u računarski, primenom idealizacije. Fizički model, sa svojom geometrijom i graničnim uslovima (oslonci i opterećenja), pretpostavljena vrsta i raspored pomeranja, deformacije i napona po modelu, čine polaznu osnovu procesa modeliranja. Modeliranje se ostvaruje kroz izbor tipa, broja, veličine konačnih elemenata za diskretizaciju, stepene slobode čvorova i granične uslove, kao i uvođenje idealaizacija i uprošćenja.\r\nRazlikuju se statički i dinamički proračuni nosećih struktura.\r\nModeliranje je izvršeno konačnim elementima grede i ploče.\r\n5.1.1. Konačni element grede - ukupno naprezanje, matrica krutosti, opterećenja i masa\r\nKonačni element grede definisan je lokalnim koordinatnim sistemom (xyz), geometrijskim karakteristikama poprečnog preseka za glavne ose (Ax, Ay, Az, Ix, Iy i Iz), dužinom (L) i materijalom (E i v (G)). Podužna osa x definisana je sa početkom u prvoj i smerom ka drugoj tački, dok se poprečne glavne ose y i z zbog moguće proizvoljne rotacije oko x ose definišu dopunskim uglom ili tačkom. Naprezanje i krutost grede se sastoji iz sledećih potpuno nezavisnih naprezanja:\r\n- podužno (aksijalno) naprezanje štapa,\r\n- uvijanje (torzija) štapa,\r\n- savij anje grede u x-y ravni i\r\n- savij anje grede u y-z ravni.\r\nPodužno naprezanje i uvijanje zahtevaju po jedan stepen slobode (x translacija i rotacija), dok oba savijanja zahtevaju po dva stepena slobode (translacija y/z i rotacija z/y) krajnjih čvorova elementa. Tako se dobija svih šest stepena slobode čvorne tačke, odnosno 12 stepeni slobode elementa koji ima dve čvorne tačke. Tačke unutar elementa imaju samo pomeranja, a nemaju rotacije. Oznake i pozitivni smerovi veličina grede prikazane su na Slici 5.1.\r\nSlika 5.1. Oznake i pozitivni smerovi veličina grede Matrica krutosti elementa grede u prostoru reda 12*12 glasi:\r\nClanovi i podmatrice krutosti sa stepenima slobode glase:\r\nOpterećenje elementa grede glasi:\r\nMatrica masa bez momenata inercije nosivosti glasi:\r\nPošto je matrica krutosti grede u prostoru reda 12*12 onda i matrica transformacije veličina iz lokalnog u globalni sistem mora biti istog reda (12*12). Ona ima kvazidijagonalni oblik sa identičnim podmatricama reda 3*3 za potrebe obe čvorne tačke i tri stepena slobode translacije i rotacije odvojeno. Lokalni sistem grede je već definisan. Podužna osa grede je ujedno i lokalna x osa sa početkom u prvoj čvornoj tački i smerom ka drugoj tački. Problem transformacije predstavlja činjenica da se glavne poprečne ose (y i z) lociraju rotacijom oko lokalne x ose u zavisnosti od vrste poprečnog preseka. Ukupna matrica transformacije glasi:\r\nClanovi podmatrice transformacije predstavljaju kosinuse pravaca lokalnih x, y i z osa u odnosu na globalne ose. Transformacija se dobija iz dva koraka (Slika 5.2.). Prvo se postavljaju lokalne poprečne ose y i ztako da z osa bude paralelna sa globalnom XZ ravni. Ukoliko se glavne ose preseka ne poklapaju sa ovako definisanim lokalnim osama imamo drugi korak koji predstavlja rotaciju osa y i zu lokalne y i z ose za ugao\r\na. Ugao rotacije se može definisati direktno zadavanjem ugla ili da se on preračuna na osnovu definisanja dopunske tačke koja se obično locira u lokalnu xy ravan i da pri tome ne leži na lokalnoj x osi.\r\nSlika 5.2. Matrica transformacije\r\nTransformacija glasi:\r\nMatrica krutosti i vektor opterećenja konačnog elementa grede u globalnom koordinatnom sistemu glase:\r\n5.1.2. Konačni elementploče\r\nVrste naprezanja elementa ploče (Slika 5.3.) su:\r\n- naprezanje u ravni ploče - membransko naprezanje i\r\n- naprezanje upravno na ravan ploče - savijanje ploče.\r\nNaprezanje u ravni ploče ima dva stepena slobode translacije i dve sile u ravni i tri komponente deformacije i napona, Savijanje ploče ima stepen slobode translacije i sile u pravcu normale ploče i dva stepena slobode rotacije i momenta savijanja oko osa koje leže u ravni ploče i tri komponente deformacije i napona, U linearnoj teoriji tanke ploče, naprezanje u ravni ploče nije u sprezi sa naprezanjem upravno na ravan ploče. Ako se ploča koristi za analizu trodimenzionalnih struktura onda će zbog transformacije lokalnih veličina u globalnu doći do povezivanja (sabiranja) obe vrste naprezanja ploče,\r\nTrougaoni membranski element prikazan je na Slici, 5,4, u svom lokalnom koordinatnom sistemu i stepenima slobode,\r\nSlika 5.4. Trougaoni membranski element\r\nStepeni slobode pomeranja tačke unutar elementa su pretpostavljene linearnom funkcijom (polinomom) koordinata tačke:\r\nVektori deformacije, napona, pomeranja i sila i koordinate tačke unutar elementa i matrice diferencijalnih operatora, veza i elastičnosti materijala ovog problema glase:\r\nPošto su članovi matrice [B] konstantni sledi da su i komponente deformacije u elementu konstantne. Zbog toga se ovaj trougaoni element naziva trougao sa konstantnim deformacijama (CST-ConstantStrain Triangle).\r\nMatrica krutosti trougla konstantne debljine t glasi:\r\nRed matrice krutosti je: [6*3]*[3*3]*[3*6]=[6*6]. Matrica krutosti svakog, pa i ovog elementa, se može dekomponovati na blokove po broju čvornih tačaka. Red svakog bloka, koji je kvadratni, iznosi broj stepeni slobode čvora i u ovom slučaju iznosi [2*2]. Dekomponovana matrica krutosti glasi:\r\nDobijanje svakog bloka dekomponovane matrice krutosti je omogućeno na osnovu pravila matričnog računa u vidu:\r\nVektor koncentrisanih masa elementa glasi:\r\n{m}e = ^ {1 1 1 1 1 1}T gde je m = pAt - masa elementa.\r\nPodela ploče preko odnosa kraće strane i debljine glasi:\r\na) b/t < 5(8) - veoma debela ploča,\r\nb) b/t = 5(8)^8(10) - debela ploča,\r\nc) b/t = 8(10)^100 - tanka ploča i\r\nd) b/t > 100 - veoma tanka ploča (ljuska).\r\nPretpostavke klasične teorije tanke ploče i ljuske su:\r\n- deformacije su male,\r\n- srednja ravan ploče ostaje nedeformisana u ravni i\r\n- deformacije poprečnog smicanja su nula.\r\nDruga pretpostavka razdvaja membransko naprezanje ploče od naprezanja upravno na ravan ploče. Treća pretpostavka ne važi kod debelih ploča, odnosno mora se uzeti u obzir rad poprečnih sila po debljini ploče.\r\nNaponi indukovani u elementu ploče opterećene savijanjem (poprečna sila i momenti savijanja) su prikazani na Slici 5.5. kao i sile i momenti u diferencijalno malom elementu.\r\nSlika 5.5. Naponi i sile i momenti u savijenoj ploči Priraštaji sila i momenata glase:\r\nSile i momenti u preseku definisani preko napona po jedinici dužine preseka su:\r\nNa osnovu pretpostavki teorije tanke ploče imamo deformacije Sz=0, Yxz=0 i Yyz=0 i pomeranja w=w(x,y), u=-z-0y=-z- Dw/Dx i v=-z-0X =-z-5w/5y. Nepoznate deformacije glase:\r\nPrethodne jednačine zavise isključivo od poprečnog pomeranja w koje je u funkciji koordinata tačke x i y. Potrebno je definisati relacije momenti-pomeranja. Za ovo je potrebno znati da je tanka ploča u ravnom stanju napona kod koga je poprečni napon az zanemarljiv u odnosu na ax i oy. Relacija napon-deformacija za ravno stanje napona glasi:\r\nZamenom jednačina deformacije u relacije napon-deformacija i tih relacija u jednačine momenta u preseku dobija se:\r\nKrutost ploče na savijanje je analogna krutosti grede na savijanje (EI), odnosno ako je v=0 dobija se i za D sledeće:\r\nSada se mogu izračunati i poprečne sile u preseku kao:\r\nVeliki broj konačnih elemenata savijanja ploče je razvijen i prikazan u literaturi. Osnovni problem predstavlja usvajanje interpolacionog modela pomeranja w(x,y), jer on najviše utiče na tačnost rada. Nema univerzalnog modela interpolacije koji pokriva širok spektar primene, već je za svaku grupu problema potrebno iznaći najpovoljniji model.\r\nNajprostiji elementi su trougao i četvorougao.\r\nPonovo treba napomenuti da prikazana teorija važi samo za tanku ploču i ljusku. Ako je ploča debela, potrebno je uzeti u obzir uticaj smičućih poprečnih sila na deformaciju klizanja.\r\nTrougaoni element se vrlo često koristi kod problema savijanja ploča. Kao najjednostavniji element je trougao sa 9 stepeni slobode, po tri u svakoj tački (poprečno pomeranje i rotacije oko osa koje leže u ravni ploče - w,0x i 0y) (Slika 5.6.).\r\nSlika 5.6. Stepeni slobode trougaone ploče pri savijanju\r\nSledeći standardnu proceduru očito je da se polje pomeranja može aproksimirati sa 9 međusobno nezavisnih funkcija, odnosno polinom interpolacije trećeg reda sa 9 članova, U daljem tekstu koristi se nekomformni element T-9\r\nRotacije tačke glase: 9x=dw/dy i 9y=-dw/dx (znak minus zato što ova rotacija proizvodi negativno pomeranje), Pomeranje tačke unutar elementa može se napisati u sledećem obliku:\r\nMatricu diferencijalnih operatora možemo izvesti na osnovu definisanog vektora deformacije i pomeranja tačke:\r\nVrednosti stepena slobode (pomeranja) tačaka trougla sa svojim koordinatama u lokalnom sistemu glase:\r\nMatrica izvoda putem proizvoda sledećih matrica je:\r\nSada matrice veza glase:\r\nNa kraju matrica krutosti elementa u lokalu glasi:\r\nPošto matrica veza [N] ne zavisi od podintegralnih veličina (zavisi samo od koordinata tačaka) daje se rešavanje samo integrala po površini i debljini elementa:\r\nRešavanjem pojedinih površinskih integrala dobija se površina elementa i njegove statičke i aksijalne inercione momentne površine. Vrednosti ovih integrala u usvojenom lokalnom koordinatnom sistemu glase:\r\nDalji postupak dobijanja matrice krutosti nije prikazan. Ona je reda 9*9 odnosno sa podmatricama reda 3*3 (tačke).\r\nVektor opterećenja elementa glasi:\r\nU linearnoj oblasti sa malim deformacijama membransko i savojno naprezanje su razdvojeni. Cvorna tačka pri membranskom naprezanju ima dva stepena slobode translacije u ravni ploče (u,v), dok pri savojnom naprezanju ima jednu translaciju poprečno na ploču (w) i dve rotacije oko osa koje su u ravni ploče (0x i 0y). Šesti stepen slobode (rotacija oko ose upravne na ploču (0z) ne postoji za ovaj element. Cvor ovog elementa ima pet stepeni slobode u lokalnom sistemu.\r\nPošto se sve veličine konačnog elementa transformišu iz lokalnog u globalni sistem, lokalni stepeni slobode čvora se pri tome premeštaju po globalnim zavisno od\r\npoložaja elementa u prostoru. Takođe, pri tome se u jednom čvoru susreću i sabiraju oba naprezanja. Na Slici 5.7. prikazan je element.\r\nSlika 5.7. Element naprezanja Jednačine ravnoteže za oba naprezanja posebno glase:\r\nJednačina ravnoteže za element sa oba naprezanja glasi:\r\nMatrica krutosti, vektor opterećenja i pomeranja u globalnom sistemu glase: [k]e =[T]T [k]e [T] , a =[T]T {s}e , {F}e =[T]T {F}e ,\r\ngde su l, m i n kosinusi pravaca x, y i z ose. Matrica transformacije mora biti kvadratna reda (broj tačaka elementa * broj globalnih stepeni slobode čvorne tačke). Matrice [0] dopunjavaju matricu transformacije.\r\n5.2. Proracun nosećih struktura\r\nOsnovna statička jednačina u matričnom obliku i globalnom koordinatnom sistemu glasi:\r\nm \r\ngde je : |K] = £ krs - globalna matrica krutosti,\r\ne=1 Je\r\n{8} = |{51}T{s2}T...{ss}T...{5n}T| - globalni vektor pomeranja,\r\n{F} = {{^{f^}T...{Fs}T...{Fn}T} - globalni vektor opterećenja, {8s},{Fs} - globalni vektor pomeranja i opterećenja čvora s, krs = [T]T[krs ]JT] - matrica krutosti KE-a u globalnom sistemu, [T] - matrica transformacija lokalnog u globalni sistem,\r\n[krs] = (|[B] [D][B]dV)e - matrica krutosti KE-a lok.sistemu,\r\n[D] - matrica elastičnosti materijala - problema, [B]=[L] [N] - matrica veza deformacije i pomeranja, [ L] - matrica diferencijalnih operatora problema, [ N] - funkcije oblika konačnog elementa,\r\n{ct} = [D]({e}g - {e0} ) = [D]([B]{8^ - {s0}e) - vektor napona konačnog elementa,\r\n{s}e = [B]{8^ - vektor deformacije konačnog elementa,\r\n{s0} - inicijalna deformacija elementa (npr. temperatura),\r\n{8}e - vektor pomeranja konačnog elementa,\r\nčvor r,s = 1, 2, 3,..., n, n - ukupan broj čvornih tačaka modela, element e = 1, 2, 3,..., m, m - ukupan broj konačnih elemenata, e - konačni element.\r\nGlobalni vektor pomeranja čvorne tačke s se sastoji iz najviše tri translacije i tri rotacije (zavisi od vrste problema) koje ujedno predstavljaju stepene slobode kretanja tačke:\r\nGlobalni vektor opterećenja čvorne tačke s (koncentrisano opterećenje) se sastoji najviše iz tri sile i tri momenta. Globalno koncentrisano opterećenje čvora se može generisati od spoljašnjeg globalnog koncentrisanog opterećenja čvora (c) i lokalnog opterećenja elementa (temperatura - t, površinsko - A i zapreminsko - V opterećenje) transformisanog u globalno koncentrisano opterećenje kao:\r\nGlobalne veličine se dobijaju tako što se one lociraju i dodaju na globalni sistem jednačina ravnoteže, odnosno stepene slobode. Ako veličina nije definisana direktno u globalnom sistemu onda se ona transformiše iz lokalnog u globalni sistem. Na ovaj način se uslovno raznorodne veličine sabiraju, odnosno veličina se formira za globalni sistem.\r\nMetode za rešavanje statičke matrične jednačine ravnoteže podeljene su u dve grupe i to: direktne i iterativne. U direktne spadaju metode Gauss-ove eliminacije i dekompozicije Choleski, dok u iterativne metode, koje se manje primenjuju spadaju Gauss-Seidel-ova metoda i gradijentna metoda.\r\nU dinamičkom proračunu sve veličine su još u funkciji vremena. Pošto je statički proračun specijalni slučaj dinamičkog (vreme t = 0) globalna matrica krutosti ostaje ista, odnosno formira se na isti način. Na konačni element pri dinamičkoj analizi pored statičkih deluju još i dinamičke sile (inercijalne i prigušujuće sile).\r\nPomeranje i brzina bilo koje tačke elementa sada glasi:\r\nNe izvodeći detaljno definišu se sledeće veličine :\r\n[M] = ž mrs +[M]c - globalna matrica masa, [M]C - matrica spoljašnjih (dodatnih) koncentrisanih masa, mrs ] = (j[Nr ]T p[ Ns ]dV)e - matrica masa konačnog elementa,\r\np - gustina, odnosno masa jedinice zapremine konačnog elementa,\r\n[B] = z[brs]e = Z(J[Nr] p[Ns]dV)e - globalno prigušenje,\r\np - koeficijent proporcionalnosti,\r\n{s(t)}, {š (t)}, {8(t)} - globalni vektor ubrzanja, brzine i pomeranja u funkciji vremena,\r\n{F(t)} = {F(t)}c + {F(t)}e - prinudni globalni vektor sila,\r\n{F(t)}c - prinudni globalni vektor koncentrisanog opterećenja,\r\n{F(t)}e - prinudni globalni vektor opterećenja konačnih elemenata.\r\nDinamička jednačina kretanja strukture može biti izvedena primenom Lagrange- ove jednačine ili Hamilton-ovog principa. Lagrange-ova dinamička jednačina glasi:\r\nDiferenciranjem izvedenih veličina dobija se osnovna dinamička jednačina prinudnih prigušenih oscilacija u matričnom obliku i globalnom sistemu:\r\nMatrica masa konačnog elementa i celog modela može biti definisana kao puna matrica sa inercionalnim članovima i kao dijagonalna sa koncentrisanim masama. Metoda koncentrisanih masa se više koristi (iako je netačnija) zbog mnogo lakšeg rešavanja dinamičke matrice. Po ovoj metodi se u svaki čvor konačnog elementa ravnomerno koncentriše masa elementa(me) podeljena sa brojem čvorova (n) elementa, odnosno:\r\nDinamički model noseće strukture se svodi na konačan broj stepeni slobode. Slobodne neprigušene oscilacije u matričnom obliku glase:\r\nOva jednačina pomnožena sa leve strane sa inverznom matricom masa može se napisati u direktnom ili inverznom obliku:\r\nMatrica [H] = [M]-1[K] se naziva dinamička matrica sistema. Pretpostavljanjem rešenja vektora pomeranja u harmoničnom obliku {8(t)} = {80}elfflt dinamička jednačina postaje (-o2[I] + [H]){80} = {0}, Determinanta ove jednačine mora biti jednaka nuli, Ona daje sopstvene vrednosti {q0} = dijag{o2^22 --2r --0n} na osnovu kojih se\r\nodređuje ^{H-}ns - {^}7] - matrica sopstvenih vektora za n sopstvenih\r\nvrednosti sa ns stepeni slobode, Soptstvene vrednosti dinamičke matrice sistema pred- stavljaju sopstvene frekvence sistema (modela), Određivanje slobodnih frekvenci svih stepena slobode sistema nema tehničkog smisla (bitne su uglavnom prvih deset) i zahteva ogromno vreme rada kompjutera, Kompjuterski programi imaju mogućnost određivanja malog broja sopstvenih frekvenci, Na osnovu sopstvenih frekvenci sledi određivanje glavnih oblika oscilovanja koji treba da budu opisani glavnim normalnim q (normirane po masama) koordinatama,\r\nMetode za rešavanje dinamičke jednačine podeljene su na transformacione (Jacobi) i iterativne (Power metoda, iteracija polinomima, iteracija podprostora - Rayleigh-Ritz, metoda traženja determinante).\r\nGlavni oblici oscilovanja imaju oblike deformacija modela pod zamišljenim opterećenjem. Najlošije ponašanje konstrukcije se iskazuje prvim oblikom oscilovanja pa redom dalje. Konstrukcija ima dobro dinamičko ponašanje ukoliko je prva frekvenca velika i ukoliko je razmak između frekvenci veliki, To je moguće ostvariti ukoliko je konstrukcija izvedena sa maksimalnom krutošću i minimalnom masom. Sopstvena frekvenca je proporcionalna Vk/m ,\r\n5.3. Analiza razvijenih programa\r\nProgrami koji primenjuju metodu konačnih elemenata prema nameni se mogu podeliti na programe opšte i specifične namene. Dalja podela se odnosi na vrstu analize i problema koju program rešava. Osnovni nedostaci analiziranih programa su ograničavajući faktori primene.\r\nAnalizu razvijenih programa možemo podeliti u dva pravca. Prvi pravac predstavlja analiza izvornih programa prisutnim u knjigama, dok drugi analizu instalisanih programa. Lista nekih instalisanih programa glasi: ADINA, ANSYS, ASKA, BERSAFE, DYNAL, IMAGES, MARC, MSC pal-cal, NASTRAN, NISEE, NONSAP, SAP IV-V-80-81 -86-90, STRESS, STRUDL, SUPERSAP i dr.\r\nRazvijeni programi proračuna omogućavaju statički, dinamički i termički proračun linijskih, površinskih i zapreminskih problema. Komuniciranje između programa je omogućeno preko skupova podataka (datoteka). Svi skupovi podataka (datoteke) se nakon rada programa brišu osim ulaznih i izlaznih.\r\n5.4. Model radnog organa rotornog bagera ER-1250 16/1,5 metodom konacnih elemenata\r\nStrela rotornog bagera ER-1250 16/1,5 (Slika 3.22.) je cevaste konstrukcije ukupne dužine 18,5 metara.\r\nModel strele uređen je metodom konačnih elemenata [11], [25], [26], [37]. Ukupno je definisano 5.245 čvornih tačaka, 703 linijska konačna elementa i 5.161 površinski konačni element. Model strele prikazan je na Slici 5.8.\r\nSlika 5.8. Model strele rotora\r\nRotor bagera ER-1250 16/1,5 prečnika je 6,5 metara i na njemu je postavljeno 9 vedrica i 9 predrezača. Rotor je bezćelijskog tipa sa paocima (Slika 3.4).\r\nModel rotora urađen je metodom konačnih elemenata. Ukupno je definisano 6.736 čvornih tačaka, 93 linijska konačna elemenat i 5.058 površinskih konačnih elementa. Model rotora je prikazan na Slici 5.9.\r\nSlika 5.9. Model rotora\r\n5.5. Staticki i dinamicki proracun radnog organa rotornog bagera ER-1250 16/1,5 metodom konačnih elemenata\r\nNa Slikama 5.10. - 5.13. prikazan je model proračuna i rezultati proračuna strele rotora metodom konačnih elemenata. Proračun je izveden za dva slučaja opterećenja:\r\n- pri punom iskorišćenju snage elektromotora (najnepovoljniji slučaj) odnosno pri isključenju sigurnosne spojnice i dodato težinsko vertikalno opterećenje (materijal u traci i sekundarne težine) i\r\n- statički proračun od inercijalnog opterećenja (1g) mase rotora i pogonske grupe.\r\nSlika 5.10. Računski modeli strele rotora\r\na) Prvi slučaj opterećenja - maksimalna deformacija iznosi 5,5 mm\r\nb) Drugi slučaj opterećenja - maksimalna deformacija iznosi 10,8 mm Slika 5.11. Deformacija strele rotora\r\na) Prvi slučaj opterećenja - puno iskorišćenje snage i dodato težinsko vertikalno;\r\nb) Drugi slučaj opterećenja - inercijalno opterećenje (1g) od mase rotora i pogonske grupe\r\nSlika 5.12. Ekvivalentni naponi (MPa)\r\nAnaliza ponašanja strele rotora za prvi slučaj opterećenja (maksimalno opterećenje u radu) pokazuje da je povoljno.\r\nAnaliza ponašanja strele rotora za drugi slučaj opterećenja (inercijalno u iznosu od 1g), takođe, pokazuje da je povoljno.\r\nSledi dinamički proračun sopstvenih frekvenci i vibracija strele rotora.\r\na) Prvi sopstveni oblik oscilovanja - fo1 = 4,7 Hz (282 o/min)\r\na) Drugi sopstveni oblik oscilovanja - fo2 = 5 Hz (300 o/min)\r\nb) Treći sopstveni oblik oscilovanja - fo3 = 6,6Hz (396 o/min)\r\nc) Četvrti sopstveni oblik oscilovanja - fo4 = 7,9 Hz (474 o/min)\r\nd) Peti sopstveni oblik oscilovanja - fo5 = 11 Hz (660 o/min)\r\ne) Sesti sopstveni oblik oscilovanja - fo6 = 17 Hz (1020 o/min)\r\nf) Sedmi sopstveni oblik oscilovanja - fo7 = 22 Hz (1320 o/min) Slika 5.13. Prvih sedam sopstvenih oblika oscilovanja strele rotora\r\nNa Slikama 5.14. - 5.19. prikazan je model proračuna i rezultati proračuna rotora metodom konačnih elemenata. Proračun je izveden za dva slučaja opterećenja (položaj vedrice i predrezača u odnosu na paoke) pri punom iskorišćenju snage elektromotora (najnepovoljniji slučaj) odnosno pri isključenju sigurnosne spojnice.\r\nSlika 5.14. Računski model rotora za prvi slučaj opterećenja\r\nSlika 5.15. Deformacija rotora za prvi slučaj opterećenja Maksimalna deformacija za prvi slučaj opterećenja iznosi 82 mm.\r\nSlika 5.16. Ekvivalentni naponi rotora za prvi slučaj opterećenja (MPa)\r\nAnaliza za prvi slučaj opterećenja pokazuje da je ponašenje rotora povoljno, budući da su maksimalni naponi i deformacije pri maksimalnom opterećenju znatno ispod dozvoljenih granica, odnosno maksimalni napon je oko 180 MPa.\r\nSlika 5.17. Računski model rotora za drugi slučaj opterećenja\r\nSlika 5.18. Deformacija rotora za drugi slučaj opterećenja Maksimalna deformacija za drugi slučaj opterećenja je 94 mm.\r\nSlika 5.19. Ekvivalentni naponi rotora za drugi slučaj opterećenja (MPa)\r\nAnaliza za drugi slučaj opterećenja pokazuje da je ponašanje rotora povoljno, budući da su maksimalni naponi i deformacije pri maksimalnom opterećenju znatno ispod dozvoljenih granica, odnosno maksimalni napon je oko 183 MPa.\r\nAnalizom rezultata statičkog i dinamičkog proračuna radnog organa (strela i rotor) može se konstatovati da radni organ ima ponašanje koje je tehnički prihvatljivo.\r\n6. METODOLOGIJA OPTIMIZACIJE PARAMETARA REZA ROTORNIH BAGERA\r\nOptimizacijom parametara reza rotornih bagera vrši se izbor najbolje varijante iz mogućih ili povoljnih varijanti u kontekstu usvojenih kriterijuma. Takva najbolja varijanta se naziva optimalno rešenje optimizacionog zadatka i predstavlja kompromis između želja (kriterijuma) i mogućnosti (ograničenja) i najčešće predstavlja najbolje rešenje određenog matematički definisanog problema [1], [45], [46], [51].\r\n6.1. Definisanje zadatka optimizacije\r\nZadatak optimizacije je da se izvrši izbor parametara reza pri otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom u funkciji efektivnosti i efikasnosti rada rotornih bagera. Obzirom da se otkopavanje materijala vrši sa dve tipske vrste reza (vertikalni i horizontalni), optimizacija podrazumeva izbor, pre svega vrste reza, a potom i parametara izabrane vrste reza u funkciji povećanja ukupne efektivnosti i efikasnosti rada bagera pri otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom.\r\n6.2. Izbor metodologije optimizacije parametara reza rotornih bagera\r\nIz zadatka optimizacije parametara reza očigledno je da se optimalno rešenje problema mora tražiti između više alternativa sa suprostavljenim ili delimično suprostavljenim kriterijumima koji imaju veći broj različitih atributa i neuporedive jedinice mere, itd. U ovakvim slučajevima optimizaciono rešenje se traži izborom najbolje alternative iz skupa datih, odnosno definisanih alternativa metodama višekriterijumske optimizacije. Kod metoda višekriterijumske optimizacije, suštinski drugačijih u odnosu na metode kojima se rešavaju problemi jednokriterijumske optimizacije, svi faktori koji utiču na odluku, odnosno svi ishodi koje bi imalo eventualno rešenje, posmatraju se kao kriterijumi čije vrednosti treba da budu optimalne. Dakle, treba naći rešenje koje je najbolje po svim razmatranim kriterijumima istovremeno uz uvažavanje činjenice da su oni međusobno, delimično ili potpuno konfliktni i po svojoj prirodi veoma raznorodni. Za nalaženje optimalnog rešenja ovakvih problema razvijen je veliki broj metoda i tehnika višekriterijumske analize (odlučivanja, optimizacije) i svima je zajedničko:\r\n- Prisustvo više kriterijuma (funkcija cilja, funkcija kriterijuma) za odlučivanje;\r\n- Neuporedivost j edinica mere kriterijuma;\r\n- Izbor rešenja.\r\nZa optimizaciju parametara reza rotornih bagera korišćena je višekriterijumska metoda sa višeatributivnom ocenom, odnosno bodovanje referentnih indikatora.\r\nMetod višekriterijumskog odlučivanja je posebno efektivan u sledećim situacijama:\r\n- Kada se donosi odluka o izboru između dva ili više mogućih, alternativnih rešenja;\r\n- Kada se odluka odnosno izbor mora sprovesti na osnovu celovite analize problema, uzimajući u obzir dva ili više kriterijuma;\r\n- Kada se želi ravnoteža očiglednih suprotnosti između ekonomskih i drugih interesa radi zadovoljenja dugoročnih ciljeva;\r\n- Kada se teži najboljem kompromisnom rešenju.\r\nRešavanje modela višekriterijumskog odlučivanja najčešće se sprovodi kroz sledeće četiri faze:\r\n- Identifikacija problema;\r\n- Definisanje problema;\r\n- Analiza mogućih alternativa ostvarenja cilja i definisanje rezultata;\r\n- Izbor optimalne alternative rešenja problema.\r\nIdentifikacija problema odnosi se na prikupljanje i klasifikaciju podataka, zatim obradu podataka i na kraju interpretaciju prikupljenih i obrađenih podataka koji će pomoći pravilnoj identifikaciji problema. Prvi korak u fazi identifikacije je selekcija podataka i informacija koje donosilac odluke nalazi iz različitih izvora. Glavni cilj selekcije je izdvajanje podataka i informacija koje su bitnije od ostalih za dati problem. Suština ove faze je prikupiti i obraditi podatke tako da se omogući formiranje modela odlučivanja.\r\nDruga faza, definisanje problema, je svakako najvažnija faza procesa odlučivanja, jer od toga kako će se definisati problem zavisi i mogućnost njegovog rešavanja. Definisanje problema je izuzetno kompleksna aktivnost i kao takva može se raščlaniti na sledeće skupove aktivnosti:\r\n- Identifikacija komponenti problema - proces uočavanja pojedinačnih komponenti problema, analiza njihovog sadržaja i analiza njihovih veza;\r\n- Analiza povezanosti problema sa drugim problemima;\r\n- Definisanje ciljeva koje treba ostvariti rešavanjem problema - ključni korak druge faze, ali i celine procesa odlučivanja, jer se isti donosilac odluke, u neizmenjenim uslovima, može različito ponašati u zavisnosti od postavljenog cilja;\r\n- Definisanje mogućih načina ostvarenja postavljenih ciljeva - korak u kom je potrebno identifikovati moguće alternative ostvarenja cilja.\r\nU trećoj fazi procesa odlučivanja vrši se analiza mogućih alternativa ostvarenja cilja, odnosno merenje efekata koji se mogu ostvariti ukoliko se te alternative realizuju. Procenat preciznosti definisanja i merenja efekata alternativa zavisi od stanja neizvesnosti u kojem se donosilac odluke nalazi. U ovoj fazi je potrebno svaku alternativu pojedinačno analizirati, odnosno izračunati rezultate u slučaju realizacije date alternative. Problem je potrebno posmatrati i šire, sa stanovišta uslova i ograničenja pod kojima se rezultati mogu postići. Stoga, u analizu treba uključiti i moguća stanja prirode koja određuju ograničenja, koja moraju da zadovolje dobijeni rezultati. Stanja prirode definišu se kao slučajni događaji, na koje donosilac odluke ne može da utiče. Ako se stanja prirode obeleže sa Sj, tada za posmatranu alternativu Ai donosilac odluke mora definisati rezultate koje treba postići posmatrano u odnosu na svako od mogućih stanja Sj koja je identifikovao. Stanja prirode mogu biti različita, tehnička, ekonomska i tako dalje, a sve u zavisnosti od problema koji se rešava. Rezultat treće faze je skup stanja prirode S = Sj i skup efekata E. Ukoliko ima m alternativa i n mogućih stanja prirode, onda skup efekata E je matrica sa m n elemenata.\r\n(6.1)\r\ngde je: eij - efekti alternative u zavisnosti od nastupanja mogućih stanja Sj.\r\nU zavisnosti od stepena neizvesnosti u kom se nalazi donosilac odluke, efekti alternativa eij mogu biti precizno definisani ili procenjeni.\r\nPoslednja faza procesa odlučivanja podrazumeva izbor najbolje alternative rešenja problema odlučivanja. Izbor je jednostavan kada neka alternativa dominira nad drugima. To će biti ona alternativa čiji su efekti bolji u odnosu na efekte drugih alternativa. Međutim, takve situacije su retke i obično je neophodno dobijeni skup efekata vrednovati prema određenim kriterijumima. Kriterijum izbora optimalne alternative definiše donosilac odluke u skladu sa njegovim subjektivnim stavom. Kod modela višekriterijumskog odlučivanja uvek postoji dva ili više kriterijuma za izbor alternative.\r\nU literaturi se mogu naći dva osnovna pristupa višestrukom odlučivanju - višeciljno odlučivanje i višekriterijumsko odlučivanje. Kod višeciljnog odlučivanja potrebno je selektovati jednu alternativu koja će maksimizirati vrednost funkcije cilja, dok se kod višekriterijumskog odlučivanja bira jedna alternativa uzimajući u obzir više kriterijuma.\r\nSve metode višekriterijumskog odlučivanja karakterišu sledeći zajednički elementi:\r\n- Alternative - predstavljaju različite izbore akcija koje su na raspolaganju donosiocu odluke. Skup alternativa je ograničen skup, u opsegu od nekoliko do nekoliko stotina;\r\n- Višestruki atributi - Atributi se drugačije nazivaju ciljevi ili kriterijumi odlučivanja. Atributi predstavljaju različite dimenzije sa kojih se posmatraju alternative. Kriterijumi mogu imati i svoje podkriterijume, koji se dalje mogu granati na nove kriterijume. Najčešće, metode višekriterijumskog odlučivanja pretpostavljaju samo jedan nivo kriterijuma, odnosno odsustvo hijerarhije, mada postoje i metode koje podrazumevaju hijerarhijsku strukturu kriterijuma (AHP metoda);\r\n- Konfliktni kriterijumi - pošto su kriterijumi različite dimenzije istih alternativa, čest je slučaj da su oni u međusobnom konfliktu;\r\n- Neuporedive jedinice - različiti kriterijumi imaju različite jedinice mere, pa su međusobno neuporedivi. Koristeći metode višekriterijumskog odlučivanja, problem neuporedivih jedinica može biti rešen;\r\n- Težine odluka - većina metoda višekriterijumskog odlučivanja zahteva da se kriterijumima dodele težine, prema njihovoj važnosti;\r\n- Matrica odlučivanja - Problem višekriterijumskog odlučivanja najčešće se prikazuje u matričnom obliku, definisanjem matrice odlučivanja, kao u Tabeli 6.1. Redovi tabele sadrže detaljan opis ishoda alternativa Ai, po svim relevantnim karakteristikama Cj.\r\nTabela 6.1. Matrica odlučivanja\r\nElement matrice aij predstavlja osobine alternative Ai (i = 1, 2,..., m) kada je ona ocenjena prema kriterijumu odlučivanja Cj (j = 1, 2,..., n). U procesu odlučivanja donosilac odluke određuje težine relativnih osobina kriterijuma odlučivanja wj (j = 1, 2,..., n).\r\nMatematički osnov algoritma metoda višekriterijumske analize može se opisati kao izbor jedne iz konačnog niza m alternativa Ai (i = 1, 2,..., m) na osnovu n kriterijuma Xj (j = 1, 2,..., n). Svaka od alternativa predstavlja vektor Ai = (x^, xi2,..., xij,..., xin), gde je xij vrednost j-tog atributa za i-tu alternativu. Da bi se model višekriterijumskog odlučivanja matematički formulisao, neophodne su informacije o svim alternativnim realizacijama procesa za koji se odluka donosi, kao i o ciljevima koje donosilac odluke želi da ostvari. Takođe, potrebno je utvrditi na koji način svaka od alternativa doprinosi ostvarenju postavljenog cilja. U zavisnosti od donosioca odluke, rešenje modela ne mora biti jedinstveno.\r\n7. TERENSKA ISPITIVANJA RADA ROTORNOG BAGERA ER-1250 16/1,5\r\nTerenska ispitivanja vrste i parametara reza izvršena su na rotornom bageru ER-1250 16/1,5 koji radi Površinskom kopu Gacko (Slika 7.1.). Ispitivanja su izvršena u veoma čvrstom materijalu sa otporom na kopanje od preko 1000 N/cm.\r\nSlika 7.1. Rad rotornog bagera ER-1250 16/1,5 u bloku\r\nIstraživanje se sastojalo u određivanju kapaciteta i merenju angažovane struje za pogon rotora, preko koje je izračunavana angažovana snaga za kopanje, specifični otpor materijala na kopanje i specifična potrošnja energije.\r\nTehnološki, u toku rada, ispitivanja kapaciteta su izvršena u zavisnosti od debljine reza (10, 15, 20 i 25 cm) i brzine okretanja strele rotora (12, 18 i 24 m/min).\r\nOtkopavanje za iste parametre reza vršeno je prvo horizontalnim, a zatim i vertikalnim rezom, u bloku širine 25 m i visine 3,25 m.\r\nIstovremeno sa merenjem angažovane struje, vršeno je i merenje dinamičkog ponašanja bagera, merenjem ubrzanja na karakterističnim tačkama (momentna poluga reduktora), kao i merenje napona. Merenje ubrzanja vršeno je senzorom trokomponentnog ubrzanja VIBRO, Mikroelektronika Beograd - Analog device USA.\r\nPri radu sa horizontalnim rezovima maksimalna debljina odreska bila je 20 cm, jer je nakon ove vrednosti dolazilo do preopterećenja pogona rotora i kružnog kretanja. Sa vertikalnim rezovima otkopavanje je vršeno i sa 25 cm. Rezultati merenja su prikazani u Tabelama 7.1. - 7.3.\r\nTabela 7.1. Rezultati merenja angažovane struje za pogon rotora i otpora na\r\n8. ANALIZA PONASANJA ROTORNOG BAGERA ER-1250 16/1,5 PRI OTKOPAVANJU MATERIJALA SA POVEĆANOM ČVRSTOĆOM\r\nAnaliza ponašanja rotornog bagera ER-1250 16/1,5 pri radu u tvrdim materijalima izvršena je odvojeno za rad sa horizontalnim i vertikalnim rezovima pri radu sa parametrima odreska koji su bili istovetni za obe vrste reza. Merenja su izvršena za različite parametre reza i odreska (debljina i širina) i to: za debljinu reza 0,10, 0,15 i 0,20 m, širine odrezka 16, 24 i 30 cm, odnosno za brzinu okretanja strele rotora od 12, 18 i 24 m/min.\r\nTokom istraživanja vršena su merenja angažovane struje za pogon rotora. Istovremeno merena je dinamika rada rotornog bagera merenjem ubrzanja na momentnoj poluzi reduktora rotora. Kontrolno je vršeno i merenje napona na konstrukciji strele rotora.\r\nIzvršena je analiza sledećih parametara za različite vrste rezova i parametre odreska, i to:\r\n- analiza angažovane struje za pogon rotora (snage koja proizilazi iz angažovane struje),\r\n- analiza specifične potrošnje energije za različite vrste rezova i različite odnose debljine i širine odrezaka,\r\n- analiza specifične sile kopanja i otpora materijala na kopanje i\r\n- analiza dinamičkog ponašanja bagera pri radu sa različitim vrstama rezova.\r\nAngažovana struja za pogon rotora\r\nSprovedena istraživanja pokazuju sledeće rezultate:\r\n- Angažovana struja, pa samim tim i snaga pri otkopavanju materijala horizontalnim rezovima je veća u proseku za oko 50% u odnosu na dobijene vrednosti pri merenju sa vertikalnim rezovima. Prosečna vrednost angažovane struje (srednja maksimalna vrednost) pri radu sa horizontalnim rezovima bila je 710 A, dok je pri radu sa vertikalnim rezovima ova vrednost bila 475 A;\r\n- Sa horizontalnim rezovima pri debljini odreska od 20 cm i brzini okretanja strele rotora od 24 m/min dobijene su maksimalne vrednosti snage pri čemu su pogoni rotora i kružnog kretanja bili pred preopterećenjem;\r\n- Sa vertikalnim rezovima bilo je moguće otkopavanje i sa debljinom reza od 0,25 m. Razlog ovome je što rotorni bager pri radu sa vertikalnim rezovima raspolaže većom reznom silom, a samim tim i mogućnošću da za isti otpor materijala kopanju može ostvariti veći kapacitet.\r\nSlika 8.1. Angažovana struja za pogon rotora za različite tipove rezova i parametre odreska\r\nOdnos debljine i širine odreska i potrošnja energije\r\nPotrošnja energije je izračunata u funkciji angažovane snage i ostvarenog kapaciteta. Specifična potrošnja energije pri radu sa vertikalnim rezovima je u proseku manja (Slika 8.2.).\r\nSlika 8.2. Specifična potrošnja energije za različite tipove rezova i parametre odreska\r\nMerenja angažovane struje (snage) pokazala su da je za iste uslove rada (parametri odreska - odnos debljine i širine odreska) specifična potrošnja energije kod primene horizontalnog reza veća za oko 50% u odnosu na vertikalni rez.\r\nNa Slikama 8.3. - 8.8., prikazana je promena specifične potrošnje energije za različite debljine i širine odrezaka, odnosno debljine 10 cm, 15 cm i 20 cm i širine odrezaka - 16 cm, 24 cm i 30 cm.\r\nSlika 8.3. Specifična potrošnja energije za debljinu reza 10 cm i širine odrezaka 16 cm (1), 24 cm (2) i 30 cm (3)\r\nSlika 8.4. Specifična potrošnja energije za debljinu reza 15 cm i širine odrezaka 16 cm (1), 24 cm (2) i 30 cm (3)\r\nSlika 8.5. Specifičnapotrošnja energije za debljinu reza 20 cm i širine odrezaka 16 cm (1), 24 cm (2) i 30 cm (3)\r\nSlika 8.6. Specifična potrošnja energije za širinu odreska 16 cm i debljinu reza 10 cm (1), 15 cm (2) i 20 cm (3)\r\nSlika 8.7. Specifičnapotrošnja energije za širinu odreska 24 cm i debljinu reza 10 cm (1), 15 cm (2) i 20 cm (3)\r\nSlika 8.8. Specifična potrošnja energije za širinu odreska 30 cm i debljinu reza 10 cm (1), 15 cm (2) i 20 cm (3)\r\nGeneralno sa povećanjem debljine i širine odreska i njihovim odnosom se smanjuje specifična potrošnja energije, s tim da je kod primene vertikalnog reza ona manja.\r\nOdnos raspoložive sile kopanja i izmerenih otpora na kopanje\r\nRaspoloživa sila kopanja se menja u funkciji parametara odreska i snage potrebne za kopanje i podizanje materijala do visine pražnjenja. Na Slici 8.9. prikazan je izmereni otpor materijala na kopanje pri otkopavanju horizontalnim i vertikalnim rezom.\r\nSlika 8.9. Uporedni prikaz izmerenih otpora na kopanje pri otkopavanju horizontalnim i\r\nvertikalnim rezom\r\nNa Slikama 8.10. i 8.11. prikazan je odnos raspoložive sile kopanja i izmerenog otpora na kopanje za vertikalni i horizontalni rez. Sa Slike 8.10. se može videti da su kod horizontalnog reza, sa brzinom kružnog kretanja od 24 m/min i debljinom reza od 20 cm, otpori veći od raspoložive sile kopanja, što je rezultiralo preoterećenjima motora za pogon rotora i kružnog kretanja.\r\nSlika 8.10. Odnos raspoložive sile kopanja i izmerenih otpora na kopanje kod otkopavanja sa horizontalnim rezom\r\nSlika 8.11. Odnos raspoložive sile kopanja i izmerenih otpora na kopanje kod otkopavanja sa vertikalnim rezom\r\nMerenja su pokazala da je veći otpor na kopanje kod primene horizontalnih rezova. Prosečne dobijene vrednosti kod rada sa horizontalnim rezovima (720 N/cm) su veće za oko 50% u poređenju sa prosečnim vrednostima dobijenim pri radu sa vertikalnim rezovima(480 N/cm).\r\nDinamičko ponašanje bagera\r\nAnaliza dinamičkog ponašanja bagera pokazala je da je za iste uslove rada (kapacitete i parametre odreska) dinamičko ponašanje kod primene vertikalnog reza daleko povoljnije. Tokom merenja registrovana su veća ubrzanja kod horizontalnog reza i to u svim pravcima kako u vremenskom tako i frekventnom domenu.\r\nZajedničko za obe vrste reza je da su vrednosti ubrzanja izuzetno visoke što ukazuje na nepovoljan dinamički rad bagera. Vrednosti ubrzanja kreću se i do 10 m/s što se može smatrati ekstremno visokim vrednostima ubrzanja, što za posledicu ima velika oštećenja čelične konstrukcije bagera. Registrovane sopstvene frekvence pri merenju saglasne su vrednostima sopstvenih frekvenci dobijenih metodom konačnih elemenata u proračunu. Najizraženija sopstvena frekvenca je 5,1 Hz. Na Slici 8.12. prikazana su karakteristična ubrzanja u frekventnom domenu.\r\nSlika 8.12. Karakteristična ubrzanja u frekventnom domenu i ubrzanja na 5,1 Hz\r\nProsečne srednje vrednosti ubrzanja pri radu sa horizontalnim i vertikalnim rezovima u vremenskom i frekventnom domenu prikazane su u Tabeli 8.1., a izmerene srednje vrednosti na Slikama 8.13. i 8.14.\r\nTabela 8.1. Prosečne srednje vrednosti ubrzanja u radu sa horizontalnim i vertikalnim rezovima\r\nNa Slici 8.13. su dati uporedni dijagrami srednjih vrednosti ubrzanja u vremenskom i frekventnom domenu, i to odvojeno za horizontalni (a) i vertikalni rez (b).\r\nSlika 8.13. Uporedni prikaz ubrzanja u vremenskom domenu za horizontalni rez (a) i vertikalni rez (b)\r\nSlika 8.14. Uporedni prikaz ubrzanja u frekventnom domenu za horizontalni rez (a) i vertikalni rez (b)\r\nKod pojedinih merenja sa vertikalnim rezom pojavljuju se veća ubrzanja samo u bočnom pravcu. Razlog ovome su verovatno samo loše projektovani rezni elementi koji materijal otkopavaju bočnom stranom zuba (Slika 8.15.).\r\nSlika 8.15. Prikaz loše geometrije zuba na bageru ER-1250 16/1,5\r\nRezultati svih merenja su pokazali da otkopavanje materijala sa vertikalnim rezovima ima prednosti u odnosu otkopavanje sa horizontalnim rezovima.\r\n9. OPTIMIZACIJA PARAMETARA REZA ROTORNOG BAGERA ER-1250 16/1,5\r\nAnaliza ponašanja rotornog bagera ER-1250 16/1,5 pri radu u tvrdim materijalima izvršena je odvojeno za rad sa horizontalnim i vertikalnim rezovima pri radu sa parametrima odreska koji su bili istovetni za obe vrste reza. Merenja su izvršena za različite parametre odrezka i to za debljinu reza 0,10, 0,15 i 0,20 m i za brzinu okretanja strele rotora od 12, 18 i 24 m/min.. Rezultati merenja prikazani su u Tabeli 9.1., a sama analiza je detaljno prikazana u poglavlju 8.\r\nTabela 9.1. Rezultati merenja pri radu rotornog bagera ER-1250 16/1,5 u tvrdim materijalima \r\nObzirom da se otkopavanje materijala vrši sa dve tipske vrste reza (vertikalni i horizontalni), optimizacija podrazumeva izbor, pre svega vrste reza, a potom i parametara izabrane vrste reza u funkciji povećanja ukupne efektivnosti i efikasnosti rada bagera pri otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom. Izmerene vrednosti kapaciteta bagera, kao veoma važnog kriterijuma za izbor optimalnog rešenja, su u saglasnosti sa rezultatima dobijenih simulacijom rada rotornog bagera (poglavlje 4).\r\nIz pomenute analize u poglavlju 8, nedvosmisleno je da su svi mereni parametri vertikalnog reza značajno veće efektivnosti i efikasnosti u odnosu na parametre horizontalnog reza, pre svega, kada se ima u vidu potrošnja električne energije (Tabela 9.1.). Kada je reč o izboru vrste reza, optimum rešenja je vertikalni rez.\r\nSledeći zadatak optimizacije parametara reza je izbor optimuma rešenja za parametre vertikalnog reza pri čemu su analizirane sledeće varijante:\r\n- Varijanta 2 (V2): debljina reza 0,10 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 18 m/min;\r\n- Varijanta 3 (V3): debljina reza 0,10 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 24 m/min;\r\n- Varijanta 4 (V4): debljina reza 0,15 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 12 m/min;\r\n- Varijanta 5 (V5): debljina reza 0,15 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 18 m/min;\r\n- Varijanta 6 (V6): debljina reza 0,15 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 24 m/min;\r\n- Varijanta 7 (V7): debljina reza 0,20 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 12 m/min;\r\n- Varijanta 8 (V8): debljina reza 0,20 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 18 m/min;\r\n- Varijanta 9 (V9): debljina reza 0,20 m i brzina okretanja strele rotora Vb = 24 m/min.\r\nZa sve varijante definisana je lista kriterijuma:\r\n- Angažovana električna energija za pogon rotora;\r\n- Specifična potrošnja energije;\r\n- Otpor materijala na kopanje;\r\n- Dinamičko ponašanje bagera;\r\n- Tehnički kapacitet bagera.\r\nZa određivanje težine (značaja) kriterijuma definisana je sledeća petostepena skala: Važnost Težina (wi)\r\nVeoma važan 5\r\nDonekle važan 4\r\nSrednje važan 3\r\nDonekle nevažan 2\r\nVeoma nevažan 1\r\nZnačaj pojedinih kriterijuma prikazan je u Tabeli 9.2.\r\nSvaka alternativa odluke se procenjuje sa aspekta zadovoljenja svakog kriterijuma. Za izbor moguće varijante odabrani su sledeći nivoi satisfakcije:\r\nMere za donošenje alternativnih odluka se dobijaju tako što se za svakom paru varijante i kriterijuma dodeljuje mera za satisfakciju, odnosno mera za odlučivanje. Pošto postoji četiri kriterijuma i devet alternativa za odlučivanje (5 9 = 45), dobija se 45 mera za alternativne odluke koje su date u Tabeli 9.3.\r\nVrednosti svake alternative dobijaju se tako što se težina dodeljena kriterijumu pomnoži sa merom alternativne odluke. Dobijene vrednosti za svaku alternativnu odluku prikazane su u Tabeli 9.4. Zbir ocena (Ukupna ocena), za svaku varijantu predstavlja ukupnu vrednost alternative na bazi koje se bira optimum rešenja (najveća ukupna ocena) i donosi odluka.\r\nabela 9.4. Vrednosti alternativa za odlučivanje\r\nPrema utvrđenoj metodologiji izvršeno je rangiranje varijanti parametara vertikalnog reza pri radu rotornog bagera ER-1250 16/1,5 u tvrdim materijalima, Tabela 9.5. Kako se iz tabele vidi, optimalno rešenje dobijeno višekriterijumskom optimizacijom je Varijanta 9, odnosno maksimalna efektivnost i efikasnost pri radu analiziranog rotornog bagera postiže se pri radu sa vertikalnim rezom debljine 0,20 m i brzinom okretanja strele rotora od 24 m/min.\r\nTabela 9.5. Rangiranje varijanti parametara vertikalnog reza\r\n10. ZAKLJUČNA RAZMATRANJA\r\nRotorni bager je najrasprostranjenija mašina na površinskim kopovima velikih kapaciteta i namenjen je za otkopavanje mekih i srednje tvrdih materijala. Problem se javlja kod otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom, odnosno povećanim otporom na kopanje, što dovodi do drastičnog smanjenja kapaciteta rotornog bagera, veće potrošnje električne energije, habanja zuba, pucanja vedrica i nepovoljnog dinamičkog ponašanja konstrukcije bagera koje može da prouzrokuje brojna oštećenja u prvom redu na rotoru i streli rotora, a zatim i na celoj konstrukciji bagera. Kada se desi ovakav slučaj, što je primer na površinskim kopovima u Gacku i Beočinu, onda preostaju samo dve mogućnosti. Prva je prodaja rotornog bagera kao polovne opreme i izbor neke druge tehnologije otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom, a druga je da se pristupi određenim istraživanjima u cilju poboljšanja performansi rotornog bagera.\r\nSva istraživanja rada rotornog bagera uvek idu u pravcu poboljšanja performansi bagera, sa ciljem povećanja njegove produktivnosti, produženju radnog veka i smanjenja troškova održavanja i eksploatacije. Dosadašnja istraživanja su pokazala da se izvesna poboljšanja u radu rotornog bagera na otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom mogu postići optimizacijom određenih konstruktivnih i tehnoloških parametara, čiji je osnovni cilj praktično povećanje raspoložive rezne sile uz što veću zaštitu bagera od nepovoljnih dinamičkih udara tokom rada.\r\nKonstruktivni parametri čijom optimizacijom se može postići povećanje rezne sile bagera su: snaga pogona rotora, oblik vedrica, oblik, dimenzije i raspored zuba bagera i ugao rezanja.\r\nTehnološki parametri čijom se optimizacijom može uticati na povećanje rezne sile kod otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom, a samim tim i na povećanje produktivnosti bagera, produženju radnog veka i smanjenja troškova održavanja i eksploatacije, su vrsta i parametri reza.\r\nObzirom da još uvek ne postoji opšte prihvaćena metodologija određivanja uticaja vrste i parametara reza rotornog bagera u funkciji otpora na kopanje, kao i njihovom uticaju na konstrukciju bagera, u ovoj doktorskoj disertaciji je definisana metodologija istraživanja navedenog problema, koja se može koristiti pri izboru i optimalnom korišćenju rotornih bagera na površinskim kopovima u uslovima radne sredine sa povećanim otporom kopanju.\r\nIstraživanja su realizovana na teorijskom i eksperimentalnom nivou sa ciljem da se izvrši optimizacija parametara reza i odreska rotornog bagera u funkciji otpora na kopanje, potrošnje energije i dinamičkog ponašanja bagera pri otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom.\r\nNa teorijskom nivou su obuhvaćeni iskustveni podaci i dosadašnja istraživanja, pri čemu su korišćeni modeli simulacije, koji su zasnovani na usklađivanju kinematsko- konstruktivnih karakteristika rotornog bagera sa karakteristikama radne sredine i koji omogućavaju analizu ponašanja bagera korišćenjem većeg broja ulaznih parametara u kratkom periodu obrade.\r\nTerenska ispitivanja izvršena su na rotornom bageru ER-1250 16/1,5, koji radi na Površinskom kopu Gacko u veoma čvrstom materijalu sa otporom na kopanje od preko 1000 N/cm. Površinski kop Gacko je izabran kao karakterističan primer, ne samo po tome što se u otkrivci uglja pojavljuju veoma čvrsti materijali, nego i po tehnologiji otkopavanja. Naime, rotorni bageri od početka primene u Gatačkom ugljenom basenu rade na otkopavanju otkrivke kombinovanim rezovima, pri čemu je samo u prvom, gornjem pojasu otkopavanje vršeno vertikalnim rezovima, a ostali pojasevi su otkopavani horizontalnim rezovima (Slika 2.2.). Rezultat toga su upravo bili mala rezna sila, veće habanje i utrošak zuba, često pucanje vedrica, pucanje rotora i strele rotora i slično. Ovi problemi su se direktno odražavali na mali kapacitet rotornog bagera, nisku pouzdanost i velike troškove održavanja.\r\nTerenska istraživanja su se sastojala u merenju angažovane struje za pogon rotora, preko koje je su izračunati: specifična potrošnja energije, angažovana snaga za kopanje, specifični otpor materijala na kopanje, rezna sila i kapacitet bagera. Takođe je vršeno merenje ubrzanja i napona na karakterističnim tačkama (poluge reduktora) u svrhu praćenja dinamičkog ponašanja bagera u uslovima otkopavanja materijala sa povećanom čvrstoćom.\r\nSva merenja su vršena ponaosob za horizontalni i vertikalni rez debljine 10, 15, 20 i 25 cm i brzine okretanja strele rotora od 12, 18 i 24 m/min (širine reza 16, 24 i 30 cm).\r\n- Raspoloživa rezna sila za savladavanje otpora na kopanje je znatno veća kod vertikalnog, nego kod horizontalnog reza;\r\n- Angažovana struja (i snaga) pri radu sa horizontalnim rezovima je znatno veća u odnosu na vertikalne rezove;\r\n- Kapacitet rotornog bagera prilikom korišćenja vertikalnih rezova je veći, jer se sa vertikalnim rezovima mogao otkopavati materijal i sa debljinom odreska 25 cm, dok je za horizontalne rezove limit bio 20 cm (pri brzini okretanja strele rotora od 24 m/min), pri čemu je dolazilo do preopterećenja motora za pogon rotora i kružnog kretanja;\r\n- Specifična potrošnja energije pri radu sa vertikalnim rezom je znatno manja, nego kod horizontalnog reza;\r\n- Raspoloživa snaga za rezanje pri radu sa vertikalnim rezom je veća nego kod horizontalnog reza zbog manjeg utroška snage za dizanje materijala;\r\n- Dinamičko ponašanje konstrukcij e je znatno nepovoljnij e kod horizontalnog, nego kod vertikalnog reza, što nepovoljno utiče na strukturu bagera;\r\n- Pobuda izazvana horizontalnim rezom je izraženija i nepovoljnija od pobude izazvane vertikalnim rezom;\r\n- Optimalni parametri vertikalnog reza za otkopavanje materijala sa povećanim otporom na kopanje u uslovima Površinskog kopa Gacko su: debljina reza 0,20 m i brzina okretanja strele rotora 24 m/min.\r\nIz svega napred navedenog nedvosmisleno se može zaključiti da rad rotornim bagerom sa vertikalnim rezovima ima višestruke prednosti u odnosu na rad sa horizontalnim rezovima i predstavlja optimalno rešenje za otkopavanje materijala sa povećanom čvrstoćom i kao takav se može i treba primeniti na Površinskom kopu Gacko.\r\nSamim tim je dokazano da se metodološki postupak korišćen u ovoj disertaciji, može primeniti za definisanje optimalne vrste i parametara reza rotornog bagera i na drugim površinskim kopovima, gde postoji problem otkopavanja materijala sa povećanom cvrstoćom.\r\n11. PRAVCI DALJEG ISTRAZIVANJA\r\nU toku istraživanja vezanih za optimizaciju parametara reza rotornog bagera pri otkopavanju materijala sa povećanom čvrstoćom, koja su bila predmet ove disertacije, uočen je niz problema čije bi rešavanje vodilo u pravcu poboljšanja performansi bagera sa krajnjim ciljem daljeg povećanja produktivnosti, produženju radnog veka bagera i smanjenju troškova održavanja i eksploatacije.\r\nProblematika vezana za uočene probleme konstruktivne prirode, u prvom redu nedostatke reznih elemenata, nije bila predmet ove disertacije, ali se ukazala potreba da se problemi prepoznaju i otvore na način koji treba da bude preporuka i polazna osnova za dalja istraživanja poboljšanja performansi rotornog bagera ER-1250 16/1,5.\r\nGlavni problem koji se pojavio u toku istraživanja za potrebe ove disertacije se ogleda u tome da se kod pojedinih merenja opisanih u poglavljima 7 i 8, pojavljuju veća ubrzanja u bočnom pravcu kretanja strele rotora. Uočeno je da rezni elementi (zubi), materijal otkopavaju bočnom stranom, što dovodi do prekomernog habanja zuba (Slika 8.15.) i pucanja vedrica. Zbog toga se nameće zaključak, da su rezni elementi na rotoru loše projektovani, što ukazuje na potrebu kompleksnih istraživanja:\r\n- optimalnog oblika i geometrije zuba,\r\n- optimalnog ugla rezanja,\r\n- optimalnog rasporeda i broja zuba na vedricama i\r\n- optimalnog rasporeda, oblika i geometrije vedrica.\r\nPrilikom predloženih istraživanja bilo bi poželjno da se definiše adekvatan metodološki postupak optimizacije navedenih parametara zuba i vedrica na rotoru, koji bi se mogao koristiti i za različite tipove rotornih bagera i otkopavanje materijala sa povećanom čvrstoćom u drugim uslovima radne sredine.\r\nSlika 3.2. Tipovi rotornih bagera\r\nNavedena podela nije čvrsto definisana i postoje određena preklapanja između navedenih tipova. Potrebno je naglasiti osnovne karakteristike pojedinih tipova:\r\n• A - Kompaktni (hidraulični) rotorni bageri su sa relativno kratkom strelom u odnosu na prečnik rotora, imaju veliki kapacitet u odnosu na masu i dimenzije bagera i relativno nisko težište. Nedostaci se ogledaju u relativno manjem radnom veku konstrukcije, a u tehnološkom smislu imaju niži koeficijent bagerovanja. Tipični primeri kompaktnih rotornih bagera na našim površinskim kopovima su C 700S, SRs 400, SchRs 800. Na površinskom kopu Visonta u Mađarskoj radi najveći kompaktni rotorni bager firme SANDVIK, Tip PE 100, Model 1300/1,5*20 teoretskog kapaciteta 6700 rm3/h;\r\n• B - Bageri sa C ramom imaju povezanu gornju gradnju, centralni stub i nosač\r\n"]]]]]]]]],["collection",{"collectionId":"13"},["elementSetContainer",["elementSet",{"elementSetId":"1"},["name","Dublin Core"],["description","The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/."],["elementContainer",["element",{"elementId":"50"},["name","Title"],["description","A name given to the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"13"},["text","Докторске дисертације"]]]],["element",{"elementId":"93"},["name","Alternative Title"],["description","An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific."],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"1496"},["text","Doktorske disertacije"]]]]]]]],["elementSetContainer",["elementSet",{"elementSetId":"1"},["name","Dublin Core"],["description","The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/."],["elementContainer",["element",{"elementId":"131"},["name","Provenance"],["description","A statement of any changes in ownership and custody of the resource since its creation that are significant for its authenticity, integrity, and interpretation. The statement may include a description of any changes successive custodians made to the resource."],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15531"},["text","Докторати"]]]],["element",{"elementId":"129"},["name","Mediator"],["description","An entity that mediates access to the resource and for whom the resource is intended or useful. In an educational context, a mediator might be a parent, teacher, teaching assistant, or care-giver."],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15532"},["text","Томашевић Александра"]]]],["element",{"elementId":"50"},["name","Title"],["description","A name given to the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15533"},["text","Оптимизација параметара реза роторног багера при откопавању материјала са повећаном чврстоћом"]],["elementText",{"elementTextId":"15534"},["text","Optimization of Bucket Wheel Excavator Cutting Parameters at mining Of Materials with Increased Strength"]]]],["element",{"elementId":"93"},["name","Alternative Title"],["description","An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific."],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15535"},["text","DD_Boskovic Sasa"]]]],["element",{"elementId":"49"},["name","Subject"],["description","The topic of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15536"},["text","роторни багер"]],["elementText",{"elementTextId":"15537"},["text","параметри реза"]],["elementText",{"elementTextId":"15538"},["text","отпор на копање"]],["elementText",{"elementTextId":"15539"},["text","динамика багера"]],["elementText",{"elementTextId":"15540"},["text","капацитет"]],["elementText",{"elementTextId":"15541"},["text","оптимизација"]],["elementText",{"elementTextId":"15542"},["text","специфична потрошња енергије"]],["elementText",{"elementTextId":"15543"},["text","bucket wheel excavator"]],["elementText",{"elementTextId":"15544"},["text","cutting parameters"]],["elementText",{"elementTextId":"15545"},["text","resistance to digging"]],["elementText",{"elementTextId":"15546"},["text","excavator dynamics"]],["elementText",{"elementTextId":"15547"},["text","capacity"]],["elementText",{"elementTextId":"15548"},["text","optimization"]],["elementText",{"elementTextId":"15549"},["text","specific energy consumption"]]]],["element",{"elementId":"39"},["name","Creator"],["description","An entity primarily responsible for making the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15552"},["text","Бошковић Саша"]]]],["element",{"elementId":"45"},["name","Publisher"],["description","An entity responsible for making the resource available"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15553"},["text","Универзитет у Београду - Рударско-геолошки факултет"]]]],["element",{"elementId":"40"},["name","Date"],["description","A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15554"},["text","2016"]]]],["element",{"elementId":"37"},["name","Contributor"],["description","An entity responsible for making contributions to the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15555"},["text","Игњатовић Драган"]],["elementText",{"elementTextId":"15556"},["text","Чебашек Владимир"]],["elementText",{"elementTextId":"15557"},["text","Манески Ташко"]]]],["element",{"elementId":"47"},["name","Rights"],["description","Information about rights held in and over the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15558"},["text","Ауторство-Некомерцијално-Делити под истим условима 3.0 Србија (CC BY-NC-ND 3.0)"]]]],["element",{"elementId":"42"},["name","Format"],["description","The file format, physical medium, or dimensions of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15559"},["text","pdf"]]]],["element",{"elementId":"44"},["name","Language"],["description","A language of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15560"},["text","српски"]]]],["element",{"elementId":"51"},["name","Type"],["description","The nature or genre of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15561"},["text","text"]]]],["element",{"elementId":"43"},["name","Identifier"],["description","An unambiguous reference to the resource within a given context"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"15562"},["text","AT-42833-0199"]]]],["element",{"elementId":"41"},["name","Description"],["description","An account of the resource"],["elementTextContainer",["elementText",{"elementTextId":"16005"},["text","Откопавање материјала роторним багером је веома сложен физичко-механички процес. Показатељи ефективности тог процеса зависе од великог броја разноврсних чинилаца од којих се посебно могу истаћи: физичко-механичке карактеристике материјала који се откопава, режим рада багера и избор технолошких параметара блока, одреска и реза, геометрије ведрица и зуба итд. Посебан проблем се јавља код откопавања материјала повећане чврстоће, што је чест случај на нашим површинским коповима. Димензионисање специфичне силе копања багера према мањим масама изузетно чврстог материјала је нерационално и решење треба тражити или у откопавању ових маса другом опремом или оптимизацији рада роторног багера тј. избору оптималне врсте реза и параметара одреска у циљу смањења отпора на копање, смањења потрошње енергије и смањење динамичких утицаја на конструкцију роторног багера.\r\nДосадашњим истраживањима ове проблематике, установљено је да се извесна побољшања у раду роторног багера на откопавању материјала са повећаном чврстоћом могу постићи оптимизацијом одреĊених конструктивних и технолошких параметара, чији је основни циљ практично повећање расположиве резне силе багера и максимално искоришћење расположивих могућности багера уз максималну заштиту багера од неповољних динамичких удара током рада.\r\nВрста и параметри реза су основни технолошки параметри чијом се оптимизацијом може утицати на: смањење отпора копању у материјалима са повећаном чврстоћом, повећање капацитета роторног багера, минимизацију потрошње енергије и повољније динамичко понашање конструкције багера. То је уједно и предмет истраживања ове дисертације, а основни циљ је да се кроз спроведена истраживања дефинише методологија која ће се користити при избору и оптималном коришћењу роторних багера на површинским коповима у условима радне средине са повећаним отпором копању.\r\nИстраживања у оквиру докторске дисертације су реализована на теоријском и експерименталном нивоу. На тај начин је сагледан, отворен и детерминисан проблем, сагледана могућа и одабрана оптимална решења и извршена практична провера добијених резултата у конкретним условима радне средине.\r\nТеренска испитивања, анализа добијених резултата и оптимизација параметара реза при откопавању материјала са повећаном чврстоћом на површинском копу Гацко показала су да се најбољи ефекти рада роторног багера постижу са вертикалним резом дебљине 0,20 м, ширине 0,30 м, односно са брзином обртања стреле ротора од 24 м/мин. Доказано је да је неопходно променити постојећу технологију откопавања роторним багером, али и даљим комплексним истраживањима поставити методологију оптимизације конструкције резних елемената ротора."]],["elementText",{"elementTextId":"16006"},["text","Mining of material by a bucket wheel excavator is a very complex physical physical-mechanical process. Indicators of the effectiveness of this process depends on a number of various factors, of which in particular may be emphasized: physical-mechanical characteristics of the material to be mined, mode of excavator operation and selection of block technological parameters, slice and cut, and the geometry of the buckets and teeth, etc. A particular problem occurs in the excavation of materials with increased strength, which is often the case in our opencast mines. Sizing of excavator specific digging forces towards smaller masses of extremely hard material is irrational and a solution should be sought either in the excavation of these masses by other equipment or by optimization of bucket wheel excavator operation i.e. in the selection of the optimal type of cut and parameters of slices in order to reduce resistance to digging, reducing energy consumption and reducing the dynamic effects on the structure of the bucket wheel excavator.\r\nCurrent research of this issue, it was found that certain improvements in the operation of the bucket wheel excavator on the mining of materials with increased strength can be achieved by optimizing of some structural and technological parameters, whose main goal is virtually increasing the available cutting forces of the excavator and maximum utilization of the available options with maximum protection of the excavator from the adverse impact of dynamic impacts during operation.\r\nType and parameters of cut are the basic technological parameters that contribute to optimizing may affect: reduction of mining resistance in materials with the increasing strength, increasing the capacity of the bucket wheel excavator, minimizing energy consumption and more favorable dynamic behavior of excavator structure. It is also the subject of this thesis, and the primary goal through conducted researches is to define methodology to be used during selection and the optimal use of bucket wheel excavators in opencast mines in the working environment with the increased resistance to mining. Researches within this thesis were implemented at the theoretical and experimental levels. In this way was perceived an open and determined problem, was reviewed possible, selected optimal solutions, and carried out in practice checkups of results obtained in the concrete conditions of the working environment.\r\nField tests, analysis of the obtained results and optimization of cutting parameters during the mining of materials with increased strength in the opencast mine Gacko has shown that the best effects of excavator operation are achieved with vertical cut and thickness of 0.20 m, width 0.30 m, i.e. with the slewing speed of bucket wheel boom of 24 m/min. It has been demonstrated that it is necessary to change the existing mining technology by the bucket wheel excavator, but also with further complex research to set up a methodology of optimizing the structure of the bucket wheel cutting elements."]]]]]]],["tagContainer",["tag",{"tagId":"510"},["name","bucket wheel excavator"]],["tag",{"tagId":"514"},["name","capacity"]],["tag",{"tagId":"511"},["name","cutting parameters"]],["tag",{"tagId":"513"},["name","excavator dynamics"]],["tag",{"tagId":"289"},["name","optimization"]],["tag",{"tagId":"512"},["name","resistance to digging"]],["tag",{"tagId":"515"},["name","specific energy consumption"]],["tag",{"tagId":"507"},["name","динамика багера"]],["tag",{"tagId":"508"},["name","капацитет"]],["tag",{"tagId":"283"},["name","оптимизација"]],["tag",{"tagId":"506"},["name","отпор на копање"]],["tag",{"tagId":"505"},["name","параметри реза"]],["tag",{"tagId":"504"},["name","роторни багер"]],["tag",{"tagId":"509"},["name","специфична потрошња енергије"]]]]]