Rud Ars Kema Sine 2011 A

5/26/2018 Rud Ars Kema Sine 2011 A

1/140


2/140

SADRAJ

Predavanje broj 1

Uvodno predavanje

a) . Osnovni pojmovi, tehnologija i proizvodni procesi u rudarstvu.b) Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naina eksploatacije

c) Zahtevi koje treba da ispune maine u uslovima rada na povrinskimkopovima i rudnicima sa podzemnom eksploatacijom.d) Podela maina i ureaja i rudarstvu, istorijski razvoj maina u ureaja u

rudarstvu

Predavanje broj 2

Pogonski sistemi

a. Motori SUSb. Elektromotoric. Hidro i pneumatski motori

Predavanje broj 3

Prenosnici snage:

a) mehaniki prenos snage,b) hidrodinamiki prenos snage,c) hidrostatiki prenos snage,d) elektrini prenos snage

Predavanje broj 4Transportni ureaji na rudarskim mainama

a) Ureaji za kretanje na pneumaticima,b) Ureaji za kretanje na gusenicama,c) Ureaji za kretanje po inama,d) Koraajui ureaj za kretanje,e) Kombinovani ureaji za kretanjef) Stabilnost ureaja za kretanjeg) Proraun ureaja za kretanje

Predavanje broj 5

1. Ureaji za upravljanje

2. Koioni sistemi

3. Radni organi na rudarskim mainama


3/140

3

0. Uvodno predavanje

0.1 Osnovni pojm ovi, tehnologi ja i proizvodni proc esi u rudarstvu

Intencija svake zemlje je da do maksimalnih mogunosti razvije i proiri sirovinsku bazu

nalazi pre svega opravdanje u stalno rastuim zahtevima svih grana privrede, a naroitoteke industrije za metalima, energetskim sirovinama i drugim materijalima koji ine osnov zarad i razvoj lake industrije. Danas je nemogue zamisliti velike ininjersko-tehnike zahvatebez obezbeenja ogromnih koliina energije raznih vidova, raznih konstrukcija i vrstamaterijala koji se preteno dobijaju iz sirovina vrstih mineralnih leita. Prema taome,rudarska industrija ima veoma odgovoran zadatak obezbeenja privrede sirovinama uraznim oblicima. Meutim, tokom dugogodinje eksploatacije veliki broj leita je otkopantamo gde su vladali laki radni uslovi ili su pak otkopani delovi sa bogatijim sadrajemkorisnog minerala: Ovaj razlog, kao i permanentno poveanje fizikog obima proizvodnjesuoili su rudarsku industriju sa problemom eksploatacije takozvanih siromanih leita:Otkopavanje siromanijih leita, poveanje dubine eksploatacije i pogoranje rudarsko-tehnolokih uslova, komenzira se u savremenoj praksi proizvodnjem nove rudarskemehanizacije sa poveanim kapacitetima koja omoguava jeftiniju proizvodnju.

Razvoj procesa eksploatacije leita potpomae i stalno prati uvoenje odgovarajuemehanizacije, automatizacije i daljinskog upravljanja. Tehniki progres u povrinskoj ipodzemnoj eksploataciji utie na sve veu redukciju radne snage, tako da su danas napovrinskim kopovima i u podzemnoj eksploataciji sistemi sa minimalnim brojem radnika, kojiuglavnom rade poslove nadgledanja i odravanja.

Pri razmatranju problema eksploatacije leita treba respektovati injenicu da sa stanovitaeksploatacije postoje velike razlike izmeu leita metala, nemetala i uglja, pre svega kodprimenjenih metoda otkopavanja, primenjene mehanizacije i dr.

Pre neposrednog pristupanja eksploataciji jednog leita u irem smislu, neophodno jeizraditi odgovarajuu projektnu dokumentaciju, poev od geolokih elaborata, studijaopravdnosti eksploatacije, do glavnih projekata. U idejnim projektima i studijamaopravdanosti koje prethode konkretnim projektnim reenjima neophodno je pre svegarazjasniti nain eksploatacije jednog leita. Prema tehnolokom procesu eksploatacijerazlikuju se dva naina eksploatacije:

podzemna eksloatacije leita, i povrinska eksploatacije leita

Kod napred navedenih naina eksploatacije prisutni su svi klasini elementi i odgovarajuaorganizacija tehnolokog procesa dobijanja korisne supstance. Meutim, treba napomenuti

da postoje i drugi vidovi eksploatacije leita sa bitnim ralikama u procesu dobijanja korisnesupstance pri emu nisu zastupljene sve faze eksploatacije. U ove procese pre svega spadaproces luenjaprimenjen za primernu eksploataciju nekih leita metala (urana), ili pak kaodopnska metoda za naknadno iskorienje preostalih rezervi (leita bakra) korisnesupstance, kao i proces gasifikacije nekih leita uglja. Ovi procesi se mogu smatratiizuzetnim, ali u odreenim uslovima daju zadovoljavajue ekonomske efekte.

0.2 Uslovi primene, prednosti i nedostaci u zavisnosti od naina eksploatacije

Podzemna eksloatacije leita

Pod pozemnom eksploatacijom leita podrazumeva se dobijanje mineralnih sirovinau podzemnom radu primenom odgovarajuih metoda otkopavanja. Da bi se moglo


4/140

4

pristupiti otkopavanju leita, u prateim stenama i u samom leitu izrauju seodgovarajue jamske prostorije i objekti. Budui da se podzemna eksploatacijaobavlja ispod zemljine povrine, sa njom je povezana jamskim prostorijama (oknima,potkopima, niskopima i dr.) a samim tim namee se potreba stalnog podgraivanja,ventilacije i osvetljenja podzemnih prostorija.

Slika 1. Prikaz rudnika sa povrinskim i podzemnim objektima: 1- zgrada za izvoznu mainu; 2-izvozni toranj; 3- izvozno okno; 4- izvozite; 5, 6 i 7- hodnici; 8- ko; 9- pumpna komora; 10-pumpe;11- vodosabirnik; 12- otkopi; 13 i 14- levkovi za utovar; 15- minske buotine; 16- vagoneti; 17- slepookno; 18- elo radilita; 19- ventilaciono okno; 20- zgrada za ventilator;21- ventilacioni kanal; 22-lestvice; B1, B2i B3- leite pripremljeno za eksploataciju

Povrinskaeksloatacije leita

Povrinska eksploatacija leita se bitno razlikuje od podzemne, kako po tehnolokomprocesu otkopavanja leita, tako i po primeni odgovarajue mehanizacije. Povrinskaeksploatacija predstavlja skup svih radova sa povrine terena za otkopavanje leita korisnemineralne sirovine. Objekat koji se pri tome formira naziva se povrinski kop. U nekimspecifinim sluajevima povrinske eksploatacije proces otkopavanja leita se obalja podvodom.

Povrinska eksploatacija obuhvata dve osnovne grupe radova: radove na otkrivci (jalovini) iradove na korisnoj mineralnoj sirovini.

Slika 2 Prikaz povrinskog kopa


5/140

5

Radovi na otkrivci se sastoje u odstranjivanju (otkopavanju, transportu i odlaganju)jalovinskih masa koje pokrivaju odnosno spreavaju slobodan pristup i bezbednueksploataciju korisne sirovine.

Radovi na korisnoj sirovini se sastoje u dobijanju (otkopavanju, transportu, pretovaru iliskladitenju) korisne mineralne sirovine.

Ovde, meutim, treba istai injenicu da su u odreenim sluajevima neki od litolokihlanova otkrivke (glina, pesak, ljunak i dr.) mogu tretirati kao mineralna sirovina.

Slika 3 Povrinski kop uglja i povrinski kop bakra

Kod eksploatacije leita radovi na otkrivci i korisnoj sirovini se izvode sinhronizovano, priemu radovi na otkrici u izvesnoj meri, vremenski i prostorno, pretiu radove na korisnojsirovini (slika 4).

Slika 4. ematski prikaz povrinske eksploatacije leita: a) horizontalnih i blago nagnutih; b) kosih; c) strmih; 1

otkopani prostor; 2,3unutranja i spoljanja odlagalita; 4,5radna i zavrna kosina povrinskog kopa; 6zavrna kontura povrinskog kopa; 7 berme; I, II, III ...redosledi razvoja rudarskih radova
http://sr.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B0:Chino_copper_mine.jpg


6/140

6

Osnovna obeleja povrinskog naina eksploatacije leita mineralnih sirovina se sastoje usledeem:

eksploatacija mineralnih sirovina se moe obavljati samo posle odstranjivanja(otkopavanja, transporta i odlaganja) otkrivke, iji je obim obino 3 do 5 puta, nekadai znatno vei od obima korisne sirovine;

veliko radno prostranstvo povrinskog kopa prua mogunost primene krupnih ivisokoproduktivnih maina na otkopavanju, transportu i odlaganju jalovine, odnosnona dobijanju korisne mineralne sirovine;

otkopavanje jalovine i korisne sirovine se uglavnom vri bagerima, retkohidromehanizacijom ili otkopno-transportnim mainama (dozerima, skreperima i dr.),pri emu se bagerima mogu otkopavati pored mekih i vrstih (polustenski i stenski)materijali sa prethodnim rastresanjem postupkom miniranja, a hidromehanizacijomsamo meki i sipki materijali.

Povrinska eksploatacija, u poreenju sa podzemnom, ima niz prednosti od kojih trebaposebno istai sledee:

povoljnije uslove primene krupne i visokoproizvodne mehanizacije;

iroke mogunosti uvoenja automatizacije i distancionog upravljanja mehanizmima i

proizvodnim procesima; laku primenu savremenih metoda dijagnostikovanja i odravanja rudarske opreme; manje gubitke korisne supstance u proizvodnom procesu (3 do 10% u poreenju sa

20 do 30% i vie kod podzemne eksploatacije); povoljnije uslove selektivnog otkopavanja korisne mineralne sirovine;

krai rok izgradnje i manja hinvesticiona ulaganja (u poreenju sa podzemnimrudnikom istog kapaciteta izgradnja povrinskog kopa je vremenski 2 do 3 puta kraa,a trokovi izgradnje 1,5 do 2,5 puta nii);

bolju ekonomsku efektivnost, veu produktivnos rada, povoljnije uslove rada i veubezbednost zaposlenih.

Povrinska eksploatacija ima i svojih nedostataka od kojih treba istai: veliki uticaj klimatskih faktora (temperature, intenziteta vetra, vrste i koliine padavina,

magle i dr.) na svojstva radne sredine, dejstvujua optereenja vitalnih elemenatakonstrukcije maina, uslove eksploatacije i odravanja, a samim tim i na ukupnuefektivnost rada povrinskog kopa;

degradaciju velikih povrina, esto veoma plodne zemlje, zagaenje vazduha, reka ijezera, snienje nivoa podzemnih voda na irokom prostoru i dr.

Specijalnim merama zatite odreena tetna dejstva povrinske eksploatacije se mogueliminisati ili osetno ublaiti, mada esto uz relativno velika finansijska ulaganja.

0.3 Zahtevi k oje treba da ispune maine u uslovima rada na povrinskimkopo vima i rudnicima sa podzemnom eksploataci jom.

Zahvaljujui velikim preimustvima, povrinski nain eksploatacije belei neprekidan rast. Priovom nainu otkopavanja postie se visoka produktivnost rada, manja specifinainvesticiona ulaganja i trokovi proizvodnje, stvaraju se veoma povoljni uslovi za racionalno,tj. maksimalno, korienje rezervi korisne supstance, poboljavaju se uslovi rada zaposlenih injihova sigurnost itd.

Takve uslove i takav razvoj povrinska eksploatacija ostvaruje prvenstveno zahvaljujuirazvoju i izgradnji velikih - monih kompleksa na otkopavanju, preradi i upotrebi sirovina, koje

karakterie visoka koncentracija proizvodnje, racionalna mrea i vrste transporta, masovnaprerada i velika potronja.


7/140

7

Bitan elemenat za navedena preimustva povrinskog naina otkopavanja je visokamehanizovanost skoro svih tehnolokih procesa u tehnolokom lancu, primenaautomatizacije procesa, daljinsko upravljanje, moderno odravanje i opsluivanje maina,nauna organizacija rada i dr.

Zbog svega reenog, povrinsko otkopavanje rudne supstance zahteva:primenu visokoproduktivnih specijalizovanih maina, koje mogu da obavljaju sve

specifine radove u ovoj vrsti delatnosti;primenu univerzalnih maina samo za radove, gde su u pitanju kompleksni zahvati,

koji objedinjuju dva ili vie proizvodna procesa;primenu sredstava tzv. pomone mehanizacrje" za sve pomone radove koji se ne

mogu obavljati krupnim, tj. osnovnim, marnama, kao i za radove koji treba daomogue to produktivniji rad osnovnim mainama;

sistematsku obnovu mainskog parka i njegovu modernizaciju.

Dosadanje iskustvo je pokazalo da tempo i ekonomika radova na povrinskom otkopu, uosnovi, zavise od nivoa opte mehanizovanosti otkopa, a posebno od nivoa mehanizacijeradova na otkopavanju i transportu otkrivke. Ova vrsta radova spada u vrlo sloene i teke, a

od visine trokova za ove radove zavisi ukupna ekonomika eksploatacije, s obzirom da utrokovima za jedinicu proizvedene korisne supstance uestvuju sa daleko najveimprocentom. Radi toga, konstruisanje ili izbor odgovarajuih maina, odnosno konstrukcijetakvih maina koje u svemu zadovoljavaju uslove radne sredine, predstavlja vrlo odgovoran isloen zadatak za strunjake. Ne manji zadatak od prethodnog je i odgovorno, dobro iefikasno odravanje maina, tako da njihovo vremensko i kapacitetno korienje budemaksimalno, a pouzdanost i sigumost zavidna.

Maksimalni ekonomski efekat postie se samo ako maina zadovoljava niz uslova, od kojihsu najvaniji:

da poseduje jednostavnu prostu kinematiku emu koja obezbeuje visoki kk.d.maine;

celishodan raspored ureaja sa stanovita montae, remonta i opsluivanja;tehnologinost konstrukcije, koja se sastoji iz unificiranih delova proste izrade ijednostavne montae maine;

uravnoteenost i solidnost;vrstinu i solidnost;pouzdanost, trajnost i sigumost u radu i dugpvenost;visoku produktivnost i

udobnost opsluivanja.

Proces mehanizacije rudarskih radova se odvija po principu od prostog ka sloenom odmehanizacije pojedinanih operacija do mehanizacije ukupnog tehnolokog procesa.

Mehanizacija rudarskih radova na povrinskim kopovima u razliitim prirodnim uslovimaostvaruje se razliitim mainama i ureajima, pri emu se uvek nastoji da se pojedinaneoperacije u vremenu i prostoru poveu u jedinstvennu tehnoloku emu. Iza operacije kojase izvodi jednom mainom, sledi druga koja se u istom tempu izvodi sledeom mainom, priemu druga maina mora biti povezana sa prvom tako da se obezbedi neprekidost ukupnogprocesa. Ovako postavljena organizacija tehnolokog procesa odgovara principimakompleksne mehanizacije proizvodnih procesa.

Shodno ovome, pod kompleksnom mehanizacijom rudarskih radova se podrazumevavisoki stepen mehanizacije pri kojem je teki runi rad istisnut ne samo iz osnovnih, ve i izpomonih procesa.

Za postizanje najboljih tehno-ekonomskih pokazatelja povrinske eksploatacije, pre svegavisoke produktivnosti rada, mehanizacija mora biti kompleksna, a njena struktura tako


8/140

8

izabrana i postavljena da svi elementi (maine i ureaji) te strukture u okviru proizvodnogprocesa ispunjavaju sledee zahteve:

struktura kompleksne mehanizacije treba da obuhvata samo maine koje sukapacitetno usaglaene i prilagoene fiziko-mehanikim osobinama materijala;

struktura kompleksne mehanizacije mora da odgovara rudarsko-geolokim,hidrogeolokim i topografskim uslovima leita i da poseduje odreenu gipkosttehnolokog procesa u sluaju promene ovih uslova;

struktura komplesne mehanizacije treba da odgovara obliku, veliini i kapacitetupovrinskog kopa, roku izgradnje i veku eksploatacije, kao i kapacitetu i opremipreraivaa ili potroaa korisne sirovine;

struktura komplesne mehanizacije treba da sadri to je mogue manji brojpojedinanih maina i ureaja koji su neophodni za izvoenje odreenog obimaradova jer se na taj nain poveava njena pouzdanost, produktivnost i ekonominost;

struktura kompleksne mehanizacije treba po pravilu da obuhvata tipske i serijskemaine i ureaje kako bi njihova eventualna zamena bila laka i bra, unikatnemaine i ureaje treba koristiti samo u sluajevima kada je primena standardneopreme nemogua ili neracionalna;

koeficijenti rezerve snage i tehnikog kapaciteta pojedinanih maina u poreenju sa

prosenim pokazateljima njihovog rada, u saglasnosti sa karakterom rudarskeproizvodnje, treba da budu ne manji od 1,2 do 1,3 (pri eksploataciji mekih materijala),i ne vei od 1,5 do 1,7 (pri eksploataciji vrstih stenskih materijala);

strukturu kompleksne mehanizacije treba po mogunosti opremiti mainamakontinuiranog dejstva; nepoeljno je u jednoj strukturi imati uzajamno povezanemaine kontinuiranog i diskontinuiranog dejstva;

najbolji ekonomski efekti se postiu u uslovima punog iskorienja snage i kapacitetamaina koje ulaze u strukturu; po mogunosti treba davati prednost jednoj mainiveeg u odnosu na nekoliko maina manjeg kapaciteta, mada pri nepotpunomiskorienju krupne i visokokapacitetne maine ekonomski pokazatelji rada nekolikomaina manjih masa i kapaciteta, koje uspeno izvravaju zadati obim radova, moguda budu znatno povoljniji;

strukture kompleksne mehanizacije sa najmanjim ueem tekih i nepotpunomehanizovanih pomonih procesa i operacija su po pravilu efektivnije;

svaka struktura kompleksne mehanizacije treba u potpunosti da ispuni zahteve upogledu sigurnosti izvoenja rudarskih radova, potpunog iskorienja rezervi korisnesirovine i obezbeenja potrebnog kvaliteta.

Osnovni principi na kojima bazira struktura kmpleksne mehanizacije su: neprekidnostproizvodnje, mogunost objedinjavanja procesa, najkrae rastojanje transporta materijala inajmanji mogui obim pomonih radova.

Na izbor strukture kompleksne mehanizacije vei ili manji uticaj mogu imati:

prirodni faktori (fiziko-mehanike osobine materijala, oblik, veliina i uslovizaleganja leita, klimatski uslovi regiona, reljef povrine otkopnog polja, inenjersko-geoloki uslovi eksploatacije, vrsta i namena korisne sirovine);

tehniko-tehnoloki faktori (zadati ili mogui kapacitet kopa, komercijalno-finansijski i trini uslovi nabavke opreme, mogui izvori snabdevanja energijom,vodom i dr.);

organizacioni faktori (raspoloivost kvalifikovanom radnom snagom, reim radakopa, rok izgradnje i osvajanja projektovanog kapaciteta kopa, mogui rokoviizgradnje energo i vodo-snabdevanja, dopreme i transporta opreme i dr.);

ekonomski faktori (veliina investicionih ulaganja, trina vrednost korisne sirovine,veliina dobiti, produktivnost rada, uslovi amortizacije i dr.).

Svaki od pomenutih faktora u konkretnim uslovima moe imati odluujui ili drugostepeniznaaj. Sigurno je, meutim, da je kod leita ogranienih veliina i relativno malih rezervikorisne sirovine neracionalno teiti velikom kapacitetu kopa uz primenu krupne mehanizacije


9/140

9

i obrnuto, kod eksploatacije prostranih leita velikim kopovima nerac ionalna je primenaopreme malih kapaciteta.

Na savremenim povrinskim kopovima obino se tei primeni jednotipnih sredstavamehanizacije, to znatno uproava organizaciju rudarskih radova, eksploataciju, remont iopsluivanje opreme. Na radovima otkrivkese, po pravilu, primenjuje oprema veih radnihparametara i kapaciteta.

Strukturu kompleksne mehanizacije u optem sluaju ine niz maina ili grupa maina zaizvoenja radova na: otkopavanju i utovaru, transportu otkopanog materijala, odlaganja,pretovaru ili skladitenju i primarnoj preradi.

U zavisnosti od vrste materijala koji se otkopava i usvojene tehnologije rada, strukturakompleksne mehanizacije moe da sadri sve ili samo deo pomenutih lanova strukture.

0.4 Podela maina i ureaja i rudarstvu

Nomenklatura maina, mehanizama i ureaja koji se primenjuju na povrinskim otkopima jevelika i raznovrsna.

Masine za povrinsko otkopavanje rudne supstance se klasifikuju po nameni, principudejstva, konstrukciji radnog, pogonskog i transporrnog ureaja, po sistemu upravljanja, pokapacitetu, snazi, gabaritima itd. U udbenicima se kao osnovna osobina za klasifikacijumaina uzima tehnolosko obeleje, jer ono u osnovi odreuje kinematiku emu maine ikonstrukciju njenih delova i sklopova. Po ovakvoj klasifikaciji masine i ureaje za povrinskueksploataciju moemo podeliti na sledee klase:

maine za otkopavanje i utovar jalovine i rudne supstance;masine za odlaganje jalovine,

maine i ureaji za transport jalovine i rudne supstance;maine zadubinskobuenje;maine za pomone radove (dozeri, rijai, grejderi, dizalice i sl.);mehanizovani alati.

Maine svake klase dele se na grupe, koje obuhvataju maine za izvravanje odeenihradova. Na primer, klasa maina za otkopavanje jalovine sastoji se iz dve grupe masina:bagera i maina za hidromehaniko otkopavanje.

Svaka grupa maina deli se na podgrupe, koje se izmeu sebe razlikuju po konstrukcijiradnog organa ili ire. Tako, na primer, u grupi bagera razlikujemo bagere sajednim radnimelementom i bagere sa vie radnih elemenata.

Maine svake podgrupe delimo darje na tipove prema njhovim konstruktivnimkarakteristikama i specifinostima. Tako u podgrupi bagera sa jednim radnim elementomrazlikujemo bagere kaikare, dreglajne itd.

Maine svakog tipa delimo na modele, koji se meusobno razlikuju po tehnikimkarakteristikama (kapacitet, radne dimenzije, mase, gabariti itd.). Na primer, meu bagerimakaikarima razlikujemo bagere sa kaikom male, srednje i velike zapremine.

Znaajna je isto tako, kao iprethodno izneta, klasiftkacija masina za povrinsku eksploatacijupo reimu rada. Po ovom osnovu razlikuju se: a) maine sa periodinim (ciklinim) dejstvom,kod kojih se radne operacije izvode jedna iza druge naizmenino po odreenom redu i

ponavljaju se posle izvesnog vremena i b) maine sa neprekidnim dejstvom, kod kojih se sveoperacije izvode istovremeno.


10/140

10

Kao primer za maine grupe a) mogu da poslue bageri sa jednim radnim elementom, a zagrupu b) trani transporteri fli bageri sa vise radn ih elemenata.

Klasifikacija maina za povrinsku eksploatacrju po pokretljivosti isto je znaajna radi togato obuhvata ne samo podelu na stacionarne i pokretljive maine, ve i dalju specifinost ovepokretljivosti po ureajima za kretanje (na gusenicama, pneumaticima, na koraajuemureaju i sl.).

Rudarske maine u podzemnoj eksploataciji namenjene su za otkopavanje, utovar, transport,podgraivanje otkopanog prostora i njegovog zapunjavanja, kao i za izradu podzemnihprostorija.

Rudarske maine u podzemnoj eksploataciji obavljaju jednu ili vie rudarskih operacija, pamogu biti proste ili kombinovane.

Osnovna podela maina u podzemnoj eksploataciji vri se prema njihovoj osnovnojtehnolokoj nameni, a kako je prikazano na sledeoj slici.

Rudarske maine u podzemnoj eksploataciji

Maine za pripremu i

eksploataciju leita

Maine za utovar i

transport

Maine za podgraivanje

i zapunjavanje

Otkopni eki

Maine za buenje

Maine za

otkopavanje

Maine za izradu

prostorija

Maine za hidr.

otkopavanje

Podsekaice

Kombajni

Kompleksi za

otkopavanje

Agregati

Podsekaice

Kombajni

Maine za utovar

Maine za transport

Utovarno-

transportne maine

Maine za

podgraivanje

Maine za

zapunjavanje

Slika 5 Osnovna podela rudarskih maina u podzemnoj eksploataciji

Svaku od ovih grupa maina mogue je dalje raslaniti, u cilju dobijanja preciznije podele.Detaljnije podele rudarskih maina e se obraditi u okvirima posebnih poglavlja. Trebanapomenuti da se u praksi esto susreu "kombinovane" rudarske maine. Ove maine sukonstruisane tako da vre funkciju dve ili vie vrsta maina, odnosno, obavljaju vie od jedneradne operacije. Najee "kombinacije" su proizvodno-utovarne i utovarno-transportnemaine.

Mere zatite koje se odnose na rudarske maine predviene za rad u uslovima podzemneeksploatacije, pored osnovnih odredbi, posebno obrauju rad ovih maina:

U uslovima eksplozivne atmosfere, odnosno kada je u jamskoj atmosferi prisutanmetan ili ugljena praina, to je veoma est sluaj u rudnicima uglja sa podzemnomeksploatacijom. Rudarske maine predviene za rad u ovakvim uslovima se

projektuju i izrauju u tzv. "protiv eksplozivnoj konstrukciji", koja podrazumevaspreavanje kontakta eksplozivne atmosfere i moguih izvora energije. Ove mere se


11/140

11

pored rudarskih maina odnose i na ostalu opremu i ureaje instalirane u rudniku(npr. elektro instalacije).

sa pogonom na dizel gorivo. Ove maine se uglavnom primenjuju u rudnicima metalai nemetala sa podzemnom eksploatacijom. Mere zatite koje se odnose na rad ovihmaina propisuju dozvoljene emisije vrstih estica (ai) i tetnih materija prekoizduvnih gasova dizel motora, kao i maksimalnu temperaturu izduvnih gasova.


12/140

12

I Osnovni sistemi rudarskih maina

Svaka maina se konstruktivno sastoji iz pet osnovnih grupa elemenata:

radnog organa, tj. elemenata koji neposredno ostvaruju tehnolosku operaciju (naprimer, kaflce bagera i sl.),prenosnih mehanizama (transmisije) koji povezuju radni organ sa pogonskim

motorom (vratila, zupasti i drugi prenosi i sl.),pogonskog ureaja motora, koji se javrjaju kao izvori energije za pokretanje

elemenata maine,sistema upravljanja, kojim se obezbeuje ukljuivanje i iskljuivanje pojedinih

mehanizama maina iureaja za transport, odnosno kretanje masine (pneumatici, gusenice, koraajui

ureaj i sl.), koji je kao sastavni deo ukljuen u optu konstrukciju pokretnihmaina.

Radni organ i prenosni mehanizmi su specifini za pojedine maine ili grupu maina, a

odreuju se zavisno i od namene masine.

Na slici 1 prikazani su osnovni agregati i sistemi rudarskih maina na primeru buldozera iutovarivaa

Slika 1. Osnovni delovi rudarskh maina (primer buldozera i utovarivaa)1. pogonski agregat odnosno motor sa pomonim agregatima snage ; 2 transmisija, 3 ureajza transport sa veanjem i konicama, 4 kabina i elementi oslanjanja maine; 5 mehanizamupravljanja, 6 radni organ.


13/140

13

1. Pogonski sistemi

Pod pogonom se podrazumeva ureaj koji saoptava kretanja maini. U optemsluaju, to je sveukupnost ureaja, koji se sastoje iz energetskog izvora, prenosa

(transmisije) i ureaja upravljanja. Pri ovome, u pojam prenosa ili transmisije takoeulaze ukupni ureaji za prenos mehanike energije od motora na radni organ,ukljuujui meupogone.

Savremene rudarske maine predstavljaju obino agregate maina. Radi toga, onemogu da imaju nekoliko pogona istih ili razliitih tipova. U vezi sa ovim, razlikuju seosnovni pogon i pomoni pogon. U prvi spada obino pogon radnog ureaja,mehanizma za kretanje i okretanje (kod bagera sa jednim radnim elementom), a udruge - dopunskih oslonaca, stabilizatora kod pogona transportnog ureaja zakretanje na pneumaticima, mehanizma upravljanja, elementa transmisije i dr. Naslikama 2 i 3 prikazani su bageri sa jednim radnim elementom sa svojim osnovnim i

pomonim pogonima.

Slika 2. Bager sa normalnom visinskom kaikom


14/140

14

Slika 3 Bager draglajn

Mehanizmi i pribori upravljanja objedinjeni su u sistem upravljanja mainom.

Pogoni se razlikuju i po vrsti energije koju koriste. Pri ovome se uzima u obzir nesamo vrsta energije koja se pretvara primamim motorom, ve i one vrste, koje sekoriste u transmisiji za prenos mehanike energije, proizvedene primarnim motorom.

Po vrsti koriene energije razlikuju se sledei pogoni: toplotni, elektrini, hidraulini,pneumatski i kombinovani (elektrohidraulini i dr.).

Po broju motora, pogoni mogu biti sa jednim ili vie motora. Pri pogonu sa jednimmotorom (grupni pogon), pogon svih kretanja maine, koja su neophodna za njenradni proces, ostvaruje se pomou jednog motora(na slici 4 prikazana je kinematskaema jednog jednomotornog bagera i jednog viemotornog bagera); pri pogonu savise motora (individualnom pogonu) svako kretanje (ili njihov zbir) se ostvarujeposebnim motorom. Radi toga, kod maina sa jednomotornim pogonom svaki izvrnimehanizam poseduje samostalnu vezu sa motorom i mogunost nezavisnogprikljuenja za motor, koji se nalazi u neprekidnom radu. Kod maina saviemotornim pogonom nezavisnost radnih kretanja se postie posebnim-

individualnim pogonom (posebnim motorima) izvrnih mehanizama.


15/140

15

Slika 4. Kinematska ema jednomotornog i viemotornog bagera

Zavisno od uslova primene, odnosno namene, kod rudarskih maina se koristepreteno sledee vrste pogona: jednomotorni sa motorom sa unutranjimsagorevanjem ili elektrinim motorom i sa mehamkom transmisijom; jednomotornisa motorom sa unutrasrijim sagorevanjem i hidraulinom transmisijom; viemotornielektrini, koji se napaja elektrinom energijom iz generatora koga ponogi motor sa

unutranjim sagorevanjem; viemotomi elektrini koji se napaja elektrinomenergijom iz mree i viemotorni sa motorom sa unutranjim sagorevanjem koji jespojen sa pogonom posebnih izvrnih mehanizama hidraulinim motorima.


16/140

16

Izvor energije i ureaj za njeno pretvaranje u pogonsku energiju se naziva jo iureaj snage. Po konstrukciji i vrsti koriene ili pretvorene energije razlikuju sesledei ureaji snage, koji se primenjuju kod rudarskih maina: motori sa unutranjimsagorevanjem, elektrini motori naizmenine ili istosmerne struje, hidraulini motori ipumpe, a takoe i turbotransformatori, hidrauline spojnice, cilindri snage,pneumatski ureaji snage itd.

Svaka vrsta pogona ima svoje dobre i loe osobine, te stoga svakom od njihodgovara svoja oblast primene.

Motori sa unutranjim sagorevanjem - relativno su dosta rasprostranjeni u primenikod manjih rudarskih maina. Njihova glavna odlika je: nezavisnost od spoljnjegizvora energije, a zatim mala masa po jedinici snage (kg/kW), srazmerno visokkoeficijent korisnog dejstva (k.k.d), pouzdanost i jednostavnost u eksploataciji.Nasuprot reenom, oni su osetljivi na preoptereenja, njihova eksploatacija zavisi odtemperaturnih uslova, trajnost (vek trajanja) im je mala, ne mogu se neposrednoreversirati, zahtevaju snabdevanje gorivom. Na slici 5 prikazane su karakteristine

rudarske mine koje koriste SUS motore.

Slika 5. Primeri rudarskih maina koji koriste SUS motore

Zbir svih ovih osobina odreuje im uspenu primenu kod manjih maina i kod mainakoji neprekidno ili esto menjaju radno mesto ili se sele sa jednog na drugo gradilitei sl. Motori sa unutranjim sagorevanjem uspeno se primenjuju takoe kodkombinovanih pogona (dizel-elektrini ili dizel-hidraulini).

Elektrini pogon ne zahteva snabdevanje gorivom, doputa neposredno reversiranje,ima visoki k.k.d., pouzdan je i jednostavan u eksploa taciji, ak i pri niskim negativnimtemperaturama, dugovean je i univerzalan. Nasuprot reenom, zahteva spoljni izvorenergije, te je radi toga nepodesan za maine koje esto menjaju lokacije i kada jeradni proces maine vezan za njeno sopstveno kretanje. Radi toga, oblastpreimustvene primene ovog pogona su bageri sa jednim i vie radnih elemenata

srednjeg i velikog kapaciteta, koji se koriste, po pravilu, bez estih premetanja,zatim pogon tranih transportera itd. Na slici 6 prikazan je pogon radnog rokarotornog bagera i pogon transportera sa trakom


17/140

17

Slika 6. Primeri rudarskih maina koji koriste elektrini pogon

Hidraulini pogoni u poreenju sa drugim imaju znatno manju masu i manje gabaritnedimenzije agregata, te stoga poseduju malu inerciju; obrtna masa hidraulinih motoraobrtnog dejstva za nekoliko puta je manja od obrtne mase elektromotora iste snage.Oni omoguavaju da se ostvari bezstepenasta promena izlazne brzine, da sepretvara obrtno kretanje u translatomo i translatomo u obrtno; konstruktivnojednostavno obezbeuje zatitu hidroagregata od preoptereenja. U nedostatkespada velika cena agregata, sloenost eksploatacije, relativno mali vek trajanja.

Hidropogoni se primenjuju, po pravilu, u sprezi sa primarnim motorima saunutranjim sagorevanjem ili elektrinim motorima kod bagera sa jednim radnimelementom manje snage, bagera za kopanje kanala i kao pomoni pogoni kod skorosvih maina, a danas i kod bagera velike snage.Na lici 7 prikazan je hidropogonradnog toka rotornog bagera.

Slika 7. Primeri rudarskih maina koji koriste hidropogon

Pneumatski pogon odlikuje se postupnou pri ukljuivanju brzina i promeni snage,jednostavnocu regulisanja, pouzdanou itd. Ovi sistemi rade pod manjim pritiskomnego hidraulini, to im daje preimustvo primene u sistemima upravljanja konicamai spojnicama. Pri niskim negativnim temperaturama pouzdanost pneumatskih pogonase smanjuje.


18/140

18

1. 1 MOTORI SA UNUTRANJIM SAGOREVANJEM

Pod toplotnim motorima podrazunevamo takve maine koje transformiu tolotnuenergiju, dobijenu sagorevanjem nekog goriva delimino u mehaniku energiju. Svitoplotni motori, prema mestu gde se obavlja sagorevanje goriva delimo u dve

osnovne grupe:

motori sa unutranjim sagorevanjem (SUS motori) motori sa spoljanjim sagorevanjem (SSS motori)

Motori sa unutranjim sagorevanjem su toplotni motori u kojim ase processagorevanja goriva i pretvaranje dela toplotne energije u mehaniku energijuokretanja vratila motora odvija neposredno unutar cilindra motora.. Toplotaosloboena sagorevanjem goriva se predaje direktno radnom telu produktimasagorevanja, ime se poveava njihov energetski potencijal. Njihovim irenjemunutar cilindara

OPIS FUNKCIONISANJA I PODELA MOTORA SUS

Motori sa unutranjim sagorevanjem se, kao to je ve navedeno, iroko primenjuju umnogim oblastima ljudske aktivnosti, te je to i uslovilo razvijanje mnogobrojnih tipova

i konstrukcija. Vodei rauna da se pod pojmom motora sa unutranjimsagorevanjem podrazumevaju klipni motori SUS, razmotrie se principijelna emajednog takvog motora (sl.8).

Slika 8. ema motora sa unutranjim sagorevanjem1.Cilindarska glava, 2.Usisni ventil, 3.Izduvni ventil, 4.Klip,

5.Cilindar, 6.Klipnjaa, 7.Kolenasto vratilo, 8.Motorna kuica

Kod svih klipnih motora osnovna konstruktivna koncepcija i princip rada su u sustiniisti. Osnovni elementi motora SUS su cilindar 5, u kome se kree klip 4, vezan

posredstvom klipnjae 6 za kolenasto vratilo 7. Radni prostor formiran je od cilindra5, koji je sa jedne strane zatvoren cilindarskom glavom 1, u kojoj se nalaze usisni 2 iizduvni ventil 3, a sa druge strane samim pomerljivim klipom. Klip, klipnjaa i


19/140

19

kolenasto vratilo ine glavni motorni mehanizam iji je zadatak da pravolinijskooscilatorno kretanje klipa, nastalo kao rezultat ekspanzije produkata sagorevanja,pretvori u obrtno kretanje kolenastog vratila. Na taj nain se mehaniki rad koji motordalje predaje potroaima preko kolenastog vratila u vidu obrtnog momenta.Kolenasto vratilo je smeteno u motornoj kuici 8.

Radni ciklus se ostvaruje u cilindru motora ponavljanjem niza uzastopnih, relativnolaganih irenja odredjenih koliina radne materije izmedju krajnjih poloaja klipa. Tipoloaji, u kojima se vri promena smera njegovog kretanja, nazivaju se mrtvimtakama. Krajnji poloaj, pri kome je rastojanje od klipa do ose kolenastog vratilanajvee, naziva se spoljna mrtva taka (SMT). Pri tom poloaju klipa zapreminaizmedju klipa i cilindarske glave je minimalna i naziva se kompresiona zapremina(VC) ili prostor sagorevanja. Krajnji unutranji poloaj klipa, kada je on najblii osikolenastog vratila, naziva se unutranja mrtva taka (UMT), a odgovarajuazapremina iznad klipa je maksimalna i naziva se ukupna zapremina cilindra (Vmax).Pomeranja klipa iz jedne u drugu mrtvu taku naziva se njegovim hodom (S). Hod

klipa (S) jednak je dvostrukom polupreniku puta ose kolena kolenastog vratila. Deoradnog procesa koji se obavi za jedan hod klipa naziva se takt motora. Zapremina Vh,koju opie elo klipa pri kretanju od jedne do druge mrtve take naziva se radnazapremina cilindra. Na taj nain ukupna zapremina cilindra Vmax je jednaka sumiradne zapremine Vh i kompresione zapremine VC. Odnos ekstremnih zapremina,

definie jedan vaan parametar motora, stepen kompresije :

C

h

C

Ch

C V

V

V

VV

V

V

1max

Stepen kompresije (sabijanja) nam pokazuje u kolikom odnosu jeizvreno sabijanje svee radne materije, odnosno pri poznatoj radnoj zapreminidefinie prostor sagorevanja. Pored ve nabrojanih delova motor ima jo itav nizpomonih sistema koji omoguuju nesmetan rad motora SUS pri svim uslovimaeksploatacije.

PODELA SUS MOTORA

Postoji itav niz podela motora SUS u zavisnosti od svojstva, namene, konstrukcije ilikarakteristinih osobina, ali su dve osnovne: po nainu ostvarivanja radnog ciklusa ipo principu paljenja.

Podela po nainu ostvarivanja radnog ciklusa

Svi motori SUS po nainu ostvarivanja radnog ciklusa mogu se podeliti u dveosnovne grupe: etvorotaktne i dvotaktne.etvorotaktnim motorom se naziva motoru kome se radni ciklus ostvari u toku etiri takta, odnosno hoda klipa, emuodgovaraju dva obrta kolenastog vratila. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi

za dva hoda klipa, emu odgovara jedan obrt kolenastog vratila.


20/140

20

Podela po principu paljenja

Po principu upaljenja smee sve motore SUS delimo na oto i dizel motore. Kod otomotora paljenje se vri stranom energijom, elektrinom varnicom, koja se stvaraizmedju elektroda sveice i u potrebnom trenutku pali ve pripremljenu smeu. Koddizel motora upaljenje smee se vri na principu samoupaljenja, tj. bez stranog izvora

energije. U visoko sabijeni vazduh ubrizgava se dizel gorivo koje se samo pali.Danas postoje neke konstrukcije motora koje predstavljaju prelaz izmedju oto i dizelmotora, poludizel motori, kod kojih se sabijanje ne vri do pritiska samoupaljenja, veneto nieg te se paljenje mora da izvri stranom energijom.

Podela motora po konstruktivnim i eksploatacionim karakteristikama

U zavisnosti od konstrukcionih i eksploatacionih karakteristika postoji itav niz podelaod kojih emo navesti najvanije:

Podela prema mestu obrazovanja smee

Prema mestu obrazovanja smee imamo motore sa spoljnim obrazovanjem smee(karburatorski i gasni oto motori) i motore sa unutranjim obrazovanjem smee (d izeli poludizel motori).

Podela prema nainu punjenja

Prema nainu punjenja cilindra sveom radnom materijom, svi motori se dele namotore sa prirodnim i sa vetakim punjenjem. Kod motora sa prirodnim punjenjem,ono se ostvaruje na osnovu stvorene depresije u cilindru motora pri kretanju klipa odspoljne ka unutranjoj mrtvoj taki i tu spadaju svi neprihranjivani etvorotaktnimotori. Kod vetaki punjenih motora, radna materija se predhodno sabija, kako bi seomoguilo poveanje snage motora, i zatim alje u cilindar. Tu spadaju svi dvotaktnimotori i prehranjivani etvorotaktni motori.

Podela motora po konstrukciji

U zavisnosti od poloaja osa cilindara svi motori mogu biti vertikalni,horizontalni, V-motori, bokser motori, W-motori, zvezdasti motori itd.

u zavisnosti od broja cilindara-jednocilindrini i viecilindrini motori. u zavisnosti od konstrukcije motornog mehanizma na motore bez ukrsne glave

i motore sa ukrsnom glavom.

Motori jednostrukog i dvostrukog dejstva

Kod motora jednostrukog dejstva radni ciklus se obavlja samo sa spoljne straneklipa, dok se kod motora dvostrukog dejstva (uvek se izvode sa ukrsnom glavom) zaobavljanje radnog ciklusa koriste obe strane klipa, te se na taj nain postiu znatnovee snage.

Podela prema nameni

Svi motori po nameni se dele na stacionarne i transportne. Ukoliko su motoripostavljeni na postojanom fundamentu, nazivaju se stacionarni, a ukoliko se nalazeugradjeni u nekom pokretnom sredstvu nazivaju se transportni. Transportni motori sedalje dele na: brodske, eleznike, avionske i za motorna vozila.

Podela prema smeru okretanja kolenastog vratila

Dele se na nereversivne (jednog smera) i reversivne (koji menjaju smer okretanja)motore.


21/140

21

Podela po stepenu sabijanja

Dele se na motore niskog i visokog stepena kompresije. U motore niskog stepenakompresije spadaju oto benzinski i gasni motori, dok u motore visokog stepenakompresije spadaju dizel motori.

Podela prema vrsti korienog goriva

U zavisnosti od primenjenog goriva svi motori se dele na: motori na pogon gasnim gorivom,

motori na pogon tenim gorivom, dvogorivni motori na pogon sa gasnim ili tenim gorivom,i viegorivni motori.

Podela prema nainu hladjenja

Prema nainu hladjenja termiki optereenih povrina motora svi motori sedele na:

motore sa vodenim hladjenjem i

motore sa vazdunim hladjenjem.Pored ovih ve navedenih, u specijalnoj literaturi vezanoj za motore sa unutranjimsagorevanjem postoje jo neke podele u zavisnosti od nenavedenih konstruktivnih ilieksploatacionih osobina motora.

VRSTE GORIVA I OSNOVNE KARAKTERISTIKE TIH GORIVA ZA PRIMENU UMOTORIMA SUS

Sagorevanje goriva kod motora SUS vri u cilindru motora, pa je zbog toga potrebnoda to gorivo poseduje odredjena svojstva i da njegovi produkti sagorevanja ne sadrevrste estice. Zbog toga i pored mnogih eksperimentalnih pokuaja, nije uspeno

reena primena ugljene praine kao goriva u motorima SUS, ve se i danas koristesamo tena i gasovita goriva, ije sagorevanje protie praktino bez ostataka.Osnovni hemijski elementi tenih i gasovitih goriva su ugljenik i vodonik. Varijacijombroja i medjusobnog rasporeda atoma vodonika i ugljenika dobijaju se ugljovodonicirazliitih osobina. Pri sagorevanju dolazi do vezivanja vodonika i ugljenika sakiseonikom iz vazduha uz istovremeno oslobadjanje znatne koliine toplote.Goriva za motore SUS treba da zadovolje sledee osnovne zahteve:

Da imaju visoku toplotnu mo, kako bismo sa zadanom koliinom goriva dobilito vei efekat,

Da su lako isparljiva, kako bi se omoguilo brzo i lako meanje sa vazduhom ucilju stvaranja gorive smee,

Da ne sadre sastojke koji omoguavaju koroziju pri skladitenju, odnosno daprilikom sagorevanja ne stvaraju tetne sastojke ni vrste ostatke,

Da su postojana pri transportu i skladitenju, naroito pri niskimtemperaturama,

Da imaju veliku brzinu sagorevanja, ali bez usputnih detonatnih pojava,

Da su postojana i otporna na detonaciju (kod oto motora), odnosno sklona kasamoupaljenju (kod dizel motora), i

Da se moe vriti pogodno snabdevanje potroaa, prisvim temperaturama.

Danas se kod motora SUS najvie koriste tena goriva, jer najbolje zadovoljavaju sve

postavljene zahteve. Tena goriva sadre u 1 kg najveu koliinu hemijski vezaneenergije, lako se meaju sa vazduhom i stvaraju homogenu gorivu smeu, imajuveliku brzinu sagorevanja, ne stvaraju tetne sastojke prilikom sagorevanja, i to je


22/140

22

posebno vano lako i jednostavno se transportuju i skladite. Osim toga je i njihovatrajnost pri uskladitenju velika. U motorima SUS se danas praktino koriste samovetaka tena goriva dobijena preradom nafte u rafinerijama. U zavisnosti odeljenih koliina pojedinih frakcija, primenjuje se odredjeni postupak rafinacije nafte.U oto motorima se najvie koriste benzini, a u dizel motorima dizel goriva.

Gasovita goriva su takodje pogodna za korienje u motorima SUS, jer se lakomeaju sa vazduhom, sagorevaju praktino bez dima i adji, obezbedjuju brzo i lakostartovanje, ali su nepogodna za transport i skladitenje, pa samim tim i za sigurnosnabdevanje potroaa, te zbog toga nemaju veliku primenu. Prirodno gorivo jeprirodni (zemni) gas, koje se najveim delom sastoji od metana CH4. Bez nekeposebne pripreme se moe koristiti u motorima SUS. Od vetakih gasovitih gorivainteresantni su samo gasogeneratorski gas, svetlei gas i teni gasovi propan ibutan.

Ve je naglaeno da se u oto motorima najvie koristi benzin. Benzin predstavljanajisparljiviji destilat nafte i karakterie se postojanjem komponenata ija temperatura

kljuanja ne prelazi 200C. Donja toplotna mo benzina je oko 45000 kJ/ kg.Medjutim, na snagu motora veliki uticaj ima, ne toplotna mo benzina, ve njegovesmee sa vazduhom koja iznosi oko 3800 kJ/m3. Vana osobina benzina je njegovaisparljivost, ak i na niskim temperaturama. Ona utiena brzinu i kvalitet pripremesmee, a naroito na start motora.

Pri normalnom sagorevanju benzina u cilindru motora, brzina prostiranja plamena prisagorevanju smee iznosi od 25 do 40 m/sec. Vea brzina sagorevanja doprinosipoboljanju odvijanja radnog ciklusa, a samim tim i vrednosti njegovog stepenakorisnosti. Medjutim, pri poveanju stepena sabijanja radne smee brzina prostiranjafronta plamena moe naglo porasti, tako da dodje do pojave detonacije. Detonacija jenaglo, burno sagorevanje jednog dela smee koji se nalazi ispred fronta plamena, priemu dolazi do poveanja brzine sagorevanja ak do 2000 m/sec. Detonacija dovodido pogoranja procesa sagorevanja, izaziva udare koji mogu da dovedu i do lomapojedinih elemenata motora. Otpornost goriva, prema pojavi detonacije se definieoktanskim brojem. Za merenje otpornosti goriva prema detonaciji, odnosno zaodredjivanje vrednosti oktanskog broja koriste se danas posebni jednocilindrinimotori kod kojih je mogue u toku ispitivanja menjati stepen kompresije. Pri tome sekao etalon gorivo koristi smea izooktana C8H18, koji je veoma otporan premadetonaciji (oktanski broj 100) i normalnog heptana C7H16koji je potpuno neotporanprema detonaciji (oktanski broj 0). Pod oktanskim brojem goriva podrazumevamo

sadraj izooktana u zapreminskim procentima one smee, koja je po detonacionimsvojstvima ista, kao i ispitivano gorivo. to je vii oktanski broj, to je gorivo otpornijeprema detonaciji, te je mogu vei stepen sabijanja. Za poveanje oktanskog brojabenzinu se dodaju specijalne supstance tzv. antidetonatori (tetraetil olova, tetrametilolova itd.). Samim tim se omoguuje vei stepen sabijanja, a time i veaekonominost i snaga motora. Postoji vie metoda za odredjivanje oktanskog broja uzavisnosti od vrste i namene goriva. U naoj zemlji se koriste dve vrste benzina:premium (86-88 oktana) i super (97-99 oktana).

Pored ve navedenih, vane osobine benzina su temperatura samozapaljenja(temperatura do koje treba zagrejati gorivo u prisustvu vazduha, da bi se ono zapalilo

samo od sebe i dalje sagorevalo), granice upaljivosti (donja-granica siromatvasmee kada je toliko razredjena sa vazduhom da ne postoji mogunost njenogupaljenja i gornja-granica bogatstva smee, kada je ona toliko bogata da ne postoji


23/140

23

dovoljno kiseonika za njeno sagorevanje). Kod oto motora je takodje vanatemperatura samopaljenja, kako se u procesu sabijanja ne bi stvorila mogunostsamoupaljenja goriva smese ili pojava detonacije ispred fronta plamena. Njenavrednost iznosi oko 500C za benzin.

Postojanost benzina kod niskih temperatura je veoma velika. Tek ispod -100C

nastupa promena agregatnog stanja. Medjutim, ukoliko se voda nalazi u benzinu,nastupa smanjenje postojanosti benzina na niskim temperaturama. Pored toga vodatetno deluje korozijom na materijale od kojih je sagradjen motor i njegovi agregati.Sumpor takodje veoma tetno deluje na materijal motora, te sadraj sumpora ubenzinu ne bi smeo da predje 0,2 %.

U dizel motorima se upotrebljavaju razliita dizel goriva u zavisnosti od vrste inamene motora. Toplotna mo dizel goriva se kree od 42000 do 44000 kJ/kg.Zahtevi koji se postavljaju pred dizel goriva su dosta razliita u odnosu na benzin.Najvanije karakteristike dizel goriva su sklonost ka samoupaljenju, temperaturasamoupaljenja, viskoznost, sposobnost stvaranja koksa, temperatura stinjavanja,

sadraj sumpora i neistoa u gorivu.

Kao pokazatelj sklonosti dizel goriva ka samoupaljenju koristi se cetanski broj.Odredjuje se u specijalnirn opitnim motorima uz pomo etalon goriva. Kao etalongorivo slui meavina cetana C16H34 (cetanski broj usvojen 100), kao veoma sklonsamoupaljenju i alfa-metilnaftalina C11,H10sa vrlo malom sklonosti ka samozapaljenju(cetanski broj usvojen 0). Procenat cetana u onoj smei sa alfa-metilnaftalinom, kojapokazuje isto zakanjenje paljenja, odnosno duinu perioda pritajenog sagorevanja(vremena koje protekne od momenta kada zapone ubrizgavanje goriva do momentakada nagli porast pritiska manifestuje burnije sagorevanje) , kao i ispitivano gorivo uopitnom motoru, predstavlja cetanski broj. to je vii cetanski broj, to je lakasamopaljivost goriva, a samim tim, pri ostalim istim uslovima, mirniji je beumniji rad.U naoj zemlji standardi definiu etiri vrste dizel goriva za dizel motore:

1. Vrlo lako dizel gorivo D1, JUS B.H2.411. Za motore motornih vozila sa preko 800o/min.

2. Lako dizel gorivo D2, JUS B.H2.412. Za industrijske dizel motore i teka vozila.3. Srednje dizel gorivo D3, JUS B.H2.413. Primenjuje se za stabilne i brodske

motore.4. Lako dizel gorivo (sa malim sadrajem sumpora) D2S, JUS B.H2.416.

Temperatura samoupaljenja treba da bude to nia kako bi se obezbedilo sigurnosamoupaljenje goriva, naroito kod hladnog motora pri niskim spoljnimtemperaturama. Za dizel goriva ta temperatura se kree oko 330C. To je veomavana osobina zbog kvaliteta ubrizgavanja goriva i njegovog rasprivanja, naroito priniskim temperaturama.Kao karakteristika savrenosti sagorevanja i sklonosti dizel goriva na stvaranje dima iadji u produktima sagorevanja slui tzv. koksni broj, koji pokazuje koliinu koksa (uteinskim procentima) dobijenu pri zagrevanju goriva u specijalnim aparatima bezprisustva vazduha. Dizel goriva imaju tu vrednost od 0,1 do 0,3. Temperaturastinjavanja (data u tablici 2.1) predstavlja temperaturu kod koje dizel gorivo vie netee, ak ni u sudu pod uglom od 45 u toku jednog minuta. Visoke vrednosti te

temperature nisu povoljne, jer zgusnuta goriva veoma teko cirkuliu kroz elementenapajanja, oteano je filtriranje i moe doi ak do prestanka rada motora. Pojavasumpora u dizel gorivu, kao i prisustvo vode i mehanikih primesa moe da dovede


24/140

24

do pojave korozije, oteenja i zaepljenja elemenata za ubrizgavanje goriva, te se otome mora posebno voditi rauna.

Pored navedenih i razmatranih goriva, u motorima SUS se mogu primeniti i nekadruga goriva, ali to su ve motori specijalne namene, te se u okviru ovog kursa neerazmatrati.

OPIS RADA ETVOROTAKTNOG I DVOTAKTNOG MOTORA

Ve je naglaeno da postoje dve osnovne podele motora: podela prema nainuostvarivanja ciklusa na etvorotaktne i dvotaktne motore, i podela prema principupaljenja na oto i dizel motore. Samim tim sve motore moemo da podelimo u etiriosnovne grupe:

1. etvorotaktni oto motor,2. etvorotaktni dizel motor,3. Dvotaktni oto motor,4. Dvotaktni dizel motor.

Analiza indikatorskih dijagrama stvarnih motora, jasno pokazuje da postoje velikerazlike izmedju etvorotaktnih i dvotaktnih motora, dok su razlike izmedju oto i dizelmotora znatno manje. Najvee razlike u dijagramima oto i dizel motora postoje umaksimalnim pritiscima. Kod dizel ciklusa ti pritisci su znatno vii zbog samoupaljenjagoriva i vrh dijagrama u blizini SMT je znatno obliji, jer proces sagorevanja tee iposle SMT. Na slici 9. a) i b), dati su indikatorski dijagrami etvorotaktnog oto i dizelmotora gde se navadene razlike lako mogu pratiti. Zbog toga je i mogue analiziratietvorotaktne oto i dizel motore, kao i dvotaktne oto i dizel motore, na bazi istogdijagrama, vodei rauna o specifinostima rada oto i dizel motora


25/140

25

Slika 9. Indikatorski dijagram etvorotaktnog motoraa) oto motori b) dizel motori c) analiza rada

OPIS RADA ETVOROTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA

Kod etvorotaktnih motora ceo radni ciklus se obavi za etiri takta (hoda) klipa,odnosno dva obrta kolenastog vratila. Prouiemo na slici 3.c tok linije pritiska u tokuodvijanja radnog ciklusa:

I takt-usisavanje

Linija usisavanja zapoinje od take r, zavrne take prethodnog radnog ciklusa kojojodgovara pritisak izduvavanja. Kretanjem klipa od SMT ka UMT, u cilindru se stvarapodpritisak koji omogudava da se usisava smea goriva i vazduha (kod oto motora)ili ist vazduh (kod dizel motora). Pri tome je otvoren usisni, a zatvoren izduvni ventil,

kako se izduvni gasovi iz predhodnog ciklusa ne bi vraali u cilindar. Pritisakusisavanja je neto nii od atmosferskog, te je linija usisavanja r-a.


26/140

26

II takt-sabijanje

Sabijanje nastaje pri obratnom kretanju klipa odUMT ka SMT. U tom periodu su obaventila zatvorena, te kretanje klipa poveava pritisak gorive smee (kod oto motora),odnosno sveeg vazduha (kod dizel motora). Na dijagramu proces sabijanja jepretstavljen krivom a-c. U blizini SMT celokupna svea radna materija je sabijena uprostor sagorevanja V , te su odgovarajui pritisci i temperature veoma visoki.

Kod motora veliina pritiska na kraju procesa sabijanja zavisi u osnovi od stepenasabijanja, odnosno od vrste motora. Kod dizel motora se sabija ist vazduh, pa se unjega ubrizgava gorivo koje mora da se zapali po principu samoupaljenja. Zbog togai odgovarajui pritisci i temperature, a samim tim i stepeni sabijanja, moraju imativisoke vrednosti. Uobiajene vrednosti stepena sabijanja su od 14 do 22, pritisakaod 25 do 40 bar, a temperature od 550-650C. Te vrednosti omoguavajunesmetano samoupaljenje dizel goriva u trenutku njegovog ubrizgavanja.

Kod oto motora zbog opasnosti samopaljenja gorive smee i pojave detonacije smoogranieni sa vrednou stepena sabijanja, a samim tim i vrednostima pritisaka itemperatura na kraju procesa sabijanja. Uobiajene vrednosti stepena sabijanja kod

oto motora se kreu od 6 do 9, pritisaka od 6 do 12 bar, temperatura od 300 do400C, odnosno znatno manje nego kod dizel motora.

Neto pre SMT, u taki p, dolazi do paljenja gorive smee elektrinom varnicom (kodoto motora), odnosno do ubrizgavanja goriva u zaareni i sabijeni vazduh (kod dizelmotora). Proces sagorevanja se obavlja u neposrednoj blizni SMT, pri emu pritisaknaglo raste po liniji p-z, dostiui u taki z maksimalnu vrednost (kod oto motora od25 do 50 bar, a kod dizel motora od 50 do 90 bar). Sagorevanjem se oslobadjaznatna koliina toplote koja se predaje produktima sagorevanja tako da njihovatemperatura dostie i 2000C. Proces sagorevanja u motoru u zavisnosti od osobinagoriva i brzohodnosti motora traje od 0,01 do 0,001 sec. Zbog toga je i potrebno dase omogui to bolja priprema gorive smee, njen to homogeniji i raspraenijisastav, kako bi se omoguilo da svaki molekul goriva dobije dovoljnu koliinuvazduha, odnosno kiseonika za potpuno sagorevanje.

III takt-irenje ili ekspanzija

Ve je naglaeno da se proces sagorevanja zavrio u taki z, neto iza SMT, napoetku takta irenja. Energetski optereeni produkti sagorevanja potiskuju klipispred sebe, pri emu dolazi do irenja produkata sagorevanja, poveanja njihovezapremine i pada pritiska. Potiskivanjem klipa ostvaruje se rad koji se putemmotornog mehanizma predaje kolenastom vratilu i dalje potroaima. Ovo je jedini

radni takt koji omoguuje pokrivanje sopstvenih gubitaka motora tokom ostala tritakta i predaju mehanike energije potroaima. Proces se odvija po liniji z-b, U tokutakta ekspanzije zatvorena su oba ventila.

IV takt-izduvavanje

Neto pre dolaska klipa u UMT otvara se izduvni ventil,te dolazi do pada pritiskaprodukata sagorevanja, kako bi se oni odstranili pod to manjim pritiskom. U tokutakta izduvavanja klip se kree od UMT ka SMT potiskujui ispred sebe energetskiiskoriene produkte sagorevanja u izduvni vod, a zatim u spoljnu atmosferu. Nadijagramu proces izduvavanja je predstavljen krivom b-r, sa pritiskom koji je netovii od atmosferskog (1,05 do 1,25 bar), te je za izduvavanje gasova potrebno utroiti

izvestan rad.Pri daljem kretanju klipa zapoinje novi radni ciklus. Rad etvorotaktnog motora sesastoji u periodinom ponavljanju radnih ciklusa koji se odvijaju na opisani nain.


27/140

27

OPIS RADA DVOTAKTNOG OTO I DIZEL MOTORA

Iz analize radnog ciklusa etvorotaktnog motora vidi se, da u njemu, pored taktovasabijanja i irenja, koji su neophodni kod svakog toplotnog motora u kome seostvaruje kruni proces, postoje i taktovi usisavanja i izduvavanja, u toku kojih

toplotni motor radi pri niskim pritiscima u cilindru i igra ulogu pumpe. Na taj nainetvorotaktni motor vie od polovine vremena trajanja radnog ciklusa, tj. vie od dvatakta ili jednog obrta kolenastog vratila, koristi za izmenu radne materije.

elja da se bolje iskoristi neophodno vreme za obavljanje radnog ciklusa i da seeliminiu taktovi usisavanja i izduvavanja-pumpni taktovi, doprinela je razvojudvotaktnih motora. Kod dvotaktnih motora se radni ciklus obavi za dva takta-taktsabijanja i takt irenja, odnosno za jedan obrt kolenastog vratila. Zbog toga jepotrebno obezbediti da se izmena radne materije moe da obavi za to krae vreme,jer za nju nam stoji na raspoloenju samo oko 20 do 30% vremena trajanja radnogciklusa, odnosno zavrni deo takta irenja i poetni deo takta sabijanja. Da bi se taj

proces mogao u tako kratkom vremenu izvriti predvidja se predsab ijanje radnematerije i posebni naini ispiranja, o emu e biti detaljnije diskutovano u kasnijimpoglavljima.

Na slici 10 data je ema dvotaktnog motora sa poprenim ispiranjem i predsabijanjemumotorskoj kuici sa odgovarajuim p-v radnim dijagramom.

Slika 10. ema dvotaktnog motora sa indikatorskim dijagramom

I takt-sabijanje ili kompresija

Pri svom kretanju od UMT ka SMT, od trenutka kada su zatvoreni i izduvni i ulaznikanal (taka a, u p-v dijagramu) klip svojom eonom stranom vri sabijanje radnematerije (gorive smee kod oto motora, a istog vazduha kod dizel motora), pri emu

se u motorskoj kuici stvara potpritisak koji omoguuje otvaranje automatskog ventilai ulaz svee radne materije. Isto kao i kod etvorotaktnog motora, tako se i koddvotaktnih motora vodi rauna o maksimalnim vrednostima pritiska i temperature na


28/140

28

kraju procesa sabijanja, kako ne bi dolo do pojave detonacije (kod oto motora)odnosno kako bi se obezbedilo sigurno samoupaljenje goriva (kod dizel motora). Taktsabijanja ide po krivoj a-c. Neto pre SMT, isto kao i kod etvorotaktnih motora, utaki p dolazi do paljenja gorive smee (kod oto motora), odnosno zapoinje procesbrizganja (kod dizel motora). Proces sagorevanja ide po krivoj p-z pri emu se u takiz postie maksimalni pritisak i temperatura.

II takt-irenje ili ekspanzija

Klip se pod dejstvom energetski optereenih produkata sagorevanja kree od SMTka UMT, pri emu se dobija rad koji se putem motornog mehanizma prenosipotroaima. Ovo je radni takt dvotaktnog motora, predstavljen linijom z-b". Dok se ucilindru vri ekspanzija produkata sagorevanja, donjom stranom klipa se vrisabijanje prethodno usisane svee radne materije u motorskoj kuici. Na taj nain sevri predsabijanje svee radne materije,ime se omoguuje da se izvri brza izmenaradne materije.Izmena radne materije se, kao to je naglaeno, vri u zavrnom delu takta irenja(linija b"-b'-b) i poetnom delu takta sabijanja (linija b-a'-a), tako da isto sabijanjetraje od a do p, a isto irenje od z do b". Nailaskom klipa u poloaj b", on zapoinjegornjom svojom ivicom da otvara izduvni kanal i produkti sagorevanja poinju daizlaze iz cilindra motora. Iako je pritisak u taki b" dosta visok (3 do 5 bar), usledmalog protonog preseka i velikog priguivanja, pritisak ne pada naglo, sve dok sene povea protoni presek.U taki b' zapoinje otvaranje ulaznog kanala. Dok smo u periodu b"-b' imali periodistog isticanja, otvaranjem ulaznog kanala nastaje period ispiranja tokom koga suotvorena oba kanala (linija b'-b-a'). Ovo namee potrebu da ulazea svea radnamaterija bude tako usmerena da se onemogui njeno meanje sa produktimasagorevanja ili isticanje kroz otvoreni izlazni kanal. Zato se na elu klipa postavljadeflektor ili se ulazni otvori postavljaju sa odgovarajuim nagibom. Pri ovome jevano da se stvori takva struja svee radne materije koja bi kao neki "gasni klip"potiskivala ispred sebe produkte sagorevanja i samim tim doprinela to boljemispiranju cilindra motora, a da se pri tome izgubi to manja koliina svee radnematerije, jer od toga u prvom redu zavise snaga i ekonominost dvotaktnih motora.

Pri dolasku klipa u taku a' zatvara se ulazni kanal, ali je jo uvek otvoren izlaznikanal. Samim tim prestaje doticanje svee radne materije, ali sve do take a postojimogunost isticanja pomeanih produkata sagorevanja i svee radne materije. Tajperiod se naziva periodom naknadnog isticanja i ima veliku vanost, jer omoguava

hladjenje termiki jako optereenih povrina kod dvotaktnih motora, ali negativnoutie na ekonominost rada.

Nakon take a klip e zapoeti proces sabijanja narednog radnog ciklusa. Raddvotaktnog motora se sastoji u periodinom ponavljanju radnih ciklusa za ijeobavljanje je, kao to se vidi, potrebno samo dva takta, odnosno jedan obrtkolenastog vratila.Rad motora po dvotaktnom ciklusu dovodi do znatnog poveanja njegove snage.Uzimajui u obzir poveanje broja radnih ciklusa, mogli bi se oekivati da e sesnaga poveati za dva puta. Medjutim, zbog loije izmene radne materije i zbogkorienja jednog dela radnog takta za izmenu radne materije, litarska snaga je vea

za 50 do 60% od litarske snage etvorotaktnog motora, pri jednakim dimenzijamacilindra i jednakim brojevima obrta razmatranih motora.


29/140

29

Karakteristike rada motora

Za ocenu rada motora primenjuju se odreeni tehno-ekonomski parametri. Oniodreuju mogunosti motora u pogledu razvijanja snage, njegove efikasnosti iekonominosti pri razliitim uslovima rada.Postoje tri osnovne grupe parametara:

Indikatorski pokazatelji rada motora Efektivni pokazatelji rada motora Kompleksni pokazatelji rada motora

Indikatorski pokazatelji rada motora su: Srednji indikatorski pritisak Indikatorska snaga Indikatorski stepen korisnosti Specifina indikatorska potronja goriva

Efektivni pokazatelji rada motora su: Srednji efektivni pritisak Efektivna snaga Efektivni stepen korisnosti Specifina efektivna potronja goriva

Kompleksni pokazatelji rada motora su: Litarska snaga Klipna snaga Specifina snaga Specifina masa

Indikatorski pokazatelji rada motora

Srednj i indikatorski pri t isakje fiktivni pritisak konstante vrednosti koji bi delujui naklip u toku jednog hoda, izvrio isti rad dobijen delovanjem promenljivih pritisaka utoku odvijanja jednog ciklusaIndikatorska snaga je snaga koju motor razvija u cilindrima motora kao rezultatodvijanja radnih ciklusaSpecifina indikatorska potronja goriva predstavlja koliinu goriva u gramimautroenu po jednom indikatorskom kWh. Karakteristika je ekonominosti odvijanja

radnog procesaIndikatorski stepen iskorienja predstavlja odnos toplote ekvivalentneindikatorskoj snazi prema toploti dovedene gorivom

Kod Otto motora 0.25-0.37 Kod Diesel motora 0.38-0.50

Efektivni pokazatelji rada motora

Efekt ivna s nagaje snaga koja je raspoloiva na spojnici motoraSrednj i efekt ivni pri t isakje fiktivni pritisak konstantne vrednosti analogan srednjemindikatorskom pritisku koji bi delujui na klip u toku jednog hoda radnog ciklusa

obavio efektivni rad ciklusaSpecif ina efektivna potronja gorivapredstavlja koliinu goriva koju motor troipo jednim efektivnom kilovatasu


30/140

30

Efektivni stepen iskorienja predstavlja odnos toplote ekvivalentne efektivnojsnazi prema koliini toplote dovedene gorivom

Indikatorska snaga koja se razvija u cilindrima motora delimino se troi na raznegubitkre, pa je snaga na vratilu motora koja se predaje potroaima manja odindikatorske za vrednost tih gubitaka.

Kompleksni pokazatelji rada motora

Litarska snaga predstavlja merilo iskorienja radnog prostora motora, odnosnoodnos efektivne snage motora i ukupne zapremine motora. Pokazatelj je efektivnostimotoraKlipna snaga mo toraje odnos efektivne snage jednog cilindra i povrine klipa.Pokazatelj je forsiranosti motoraSpecifina snaga moto rapredsatvlja odnos efektivne snage i mase motora (vanaje kod avionskih motora)

Specifina masa motorapredstavlja odnos mase motora i njegove efektivne snage

Konstrukcija motora

Glavni delovi motora, svrstavaju se u grupu nepokretnih i grupu pokretnih delova.

U nepokretne delove motora spadaju: cilindarski blok, glava i karter. Cilindarskiblok treba da je pogodan za montau, da dobro odvodi toplotu, da omoguavajednostavnu regulaciju i kontrolu mehanizma koji se nalaze na motoru. Cilindarskaglava zatvara motor sa gornje strane. Njena konstrukcija zavisi od oblika komoresagorevanja, broja i rasporeda: ventila, sveica ili brizgaa i sistema hlaenja. Karterzatvara motor sa donje strane, slui kao rezevoar za ulje i titi mmotor od praine ineistoa.

Pokretni delovi motora(motorni mehanizam) sastoje se od kolenastog vratila, klipai klipnjae. Ovi delovi pretvaraju tranlatorno kretanje klipa u rotaciono krivajnogmehanizma.

Za normalan rad motora neophodni su sledei ureaji (sistemi):

Sistem za razvod radne materije koji omoguuje odstranjivanje produkatasagorevanja i punjenje sveom radnom materijom Sistem za napajanje motora koj slui za pripremu gorive smee i napajanje

oto motora, odnosno za dopremu goriva i vazhuha za cilindre dizel motora

Sistem za hlaenje koji slui za odvoenje toplote od zidova cilindra,cilindarske glave i ostalih temiki optereenih mesta motora,

Sistem za paljenje (kod oto motora) koji obezbeuje sigurno i blagovremenopaljanje smee,

Sistem za podmazivanje koji obezbeuje sigurno podmazivanje svih pokretnihdelova

Sistem startovanja motora

Pored navedenih postoje i drui sistemi (sistem za regulisanje snage i broja obrtaja,sistem za prehranjivanje motora, sistem prenosa snage i reversa itd).


31/140

31

Na slikama 11 - 14 prikazani su detalji pokretni i nepokretni delovi motora, kao imotori u celini.

1. cilindarska glava, 2.otvor za prolazrasfladnog fluida, 3. komora sagorevanja,4. goli zavrtanj, 5. cilindarski blok,6) cilindar, 7) sedite ventila, 8) otvori ubloku za prolaz rashladnog fluida,9) usisni i izduvni kanali, 10) ventilskakuica, 11) otvor za bregasto vratilo,12) cilindarska kouljica, 13) karter,14) prednji poklopac bloka, 15) donji deo

kartera, 16) zaptivka, 17) kuitezamajca, 18) zaptivka glave motora.

Slika 11. Blok, glava cilindra i karter. a), b) cilindarski blok linijskog motora, c)cilindarski blok V motora.

1. spojnica za obrtanje ventila,2. remenica ventilatora, 3. pogonskizupanik zupastog razvoda, 4.vratilo,5. aksijalni leaj, 6.posteljica poloajaklipnjae, 7.klipnjaa, 8. navrtka sarascepkom, 9. zavrtanj klipnjae,10. klizni leaj male pesnice klipnjae,11. prstenasti osigura, 12.osovinicaklipa, 13. klip, 14. mazajui klipni prsten,15. i 16. kompresioni klipni prstenovi,17. kolenasto vratilo, 18. zamajac, 19.

zupasti venac za pokretanje motora,20. posteljica oslonakog leaja, 21.polutka osnovnog leaja, 22. polutkaleaja velike pesnice.

Slika 12. Detalji mehanizma motora.


32/140

32

Slika 13 Popreni presek dizel motora

Slika 14 Popreni presek motora

Blok motora

(glava motora)

Ventilski sklop

Injektor

Cilindar

Klip

Klipnjaa

Radilica

Prednja stranamotoraprednjirazvod

Bregastovratilo sapratiocimabregova

Motornakonica

Turbokompresor

Izduvnagrana


33/140

33

Tendencije daljeg razvoja motora SUS

Savremene tendencije u razvoju dizel motora za potrebe rudarstva idu u dva pravca:izgradnja to lakih motora sa vom snagom i izgradnja motora sa poveanimstepenom zatite ivotne sredine (smanjena emisija tetnih gasova).

Lake konstrukcije motora postiu se primenom specijalnih materijala za izgradnjuelemenata motora. Takoe, konstruisani su novi oblici klipa i komore za sagorevanjeuz tenju za maksimalnim smanjenjem habajuih povrina. Posebna panjaposveuje se ubrizgavanju goriva. Pritisak ubrizgavanja kree se i do 2300 bari imese postie bolja disperzija goriva i potpunije sagorevanje, a time se i smanjuje emisijatetnih gasova. Drugi vaan faktor je regulacija koliine i temperature vazduha. Tose postie ugradnjom turbokompresora i meuhladnjaka ime se omoguavausisavanje optimalne koliine vazduha u svim reimima rada motora. Posebno mestou nadzoru i regulaciji rada motora ima elektronika. U motore se ugrauju senzori koji permanentno prate stanje rada motora (temperatura, pritisak, usis goriva i vaduha,

emisija gasova i dr) a pomou elektronike vre se korekcije parametara rada motorapri razliitim reimima rada.

Danas su najvei proizvoai motora Cummins, Caterpillar, Detroit Disel i dr.Catelpillar je razvio motore za rudarsku opremu u serijama 3000, 3100, 3200, 3300,3400 i 3500. U dozere Caterpillar ugrauje motore snage od 52 kW (70 HP) do 574kW (770 HP), a u kamione od 194 kW (260 HP) do 1534 kW (2057 HP).


34/140

34

1. 2. ELEKTROMEHANIKO PRETVARANJE ENERGIJE

OSNOVNI PRINCIPI PRETVARANJA ENERGIJE

Ureaji za elektromehaniko pretvaranje energije predstavljaju vezu izmeu jednogelektrinog i jednog mehanikog sistema. Stvaranjem sprege ta dva sistema mogueje vriti pretvaranje energije iz jednog oblika u drugi.

Elektrini motori pretvaraju elektrinu energiju, dovedenu sa nekog izvora struje, umehaniku energiju (sl.15). Kao primer pretvaranja elektrine energije u mehanikirad moe posluiti upotreba elektine maine za pogon neke maine radilice urudniku (builice, izvozne maine, bageri, pumpe i slino).

Slika 15. Proces konverzije elektrine energije u mahaniku

Elektrinim generatorom pretvara se mehanika energija u elektrinu (sl.16). Naprimer, kada vodena turbina obre elektrinu mainu, tada se mehaniki rad vodeneturbine, pomou elektrine maine, pretvara u elektrinu energiju. Grupa maina iznavedenog primera (vodena turbina - elektrini generator) naziva se hidrogenerator.Na slian nain, pomou elektrinog generatora, pretvara se mehanika energija

parne trurbine u elektrinu. Parna turbina i elektrina maina, u ovom sluaju, ineturbogenerator.

Slika 16. Proces konverzije mehanike energije u elektrinu

U veini sluajeva, u zavisnosti od naina pogona, ista maina moe da da se koristikao motor ili generator.

Sprega izmeu elektrinog i mehanikog sistema ostvaruje se pomou magnetnih ielektrinih polja. Pretvaranje energije je reverzibilan proces i pored toga to se jedandeo energije pretvara u toplotu u obliku gubitaka. Elektromehaniko pretvaranjeenergije kod maine jss zasniva se na sledeim pojavama:

1) Na provodnik, kroz koji protie elektrina struja i koji se nalazi u magnetnom polju,deluje mehanika sila. Izmeu elektrinih provodnika, kroz koje protie elektrinastruja, meusobno deluje mehanika sila. Postoji i reverzibilna pojava, odnosno, uprovodniku, koji se nalazi i kree u rezultantnom magnetnom po lju, indukuje se

elektromotorna sila (ems);2) Na feromagnetni materijal u magentnom polju deluje mehanika sila, koja tei daga dovede u pravac delovanja magentnog polja, odnosno na mesto najgueg


35/140

35

magnetnog polja. U sluaju da je magnetno polje stvoreno delovanjem namotaja krozkoji protie struja, proces je reverzibilan, odnosno kretanjem feromagnetnogmaterijala dolazi do promene fluksa kroz namotaj i u njemu se indukuje ems.

Postoji irok opseg snaga elektromotora, od dela vata, kod mikromotora uregulacionim mehanizmima, do motora snage reda 50 MW koji se upotrebljavaju zapogon pumpi i ventilatora. Za razliku od elektrinih generatora, snage vee od1000 MW, koji se mogu videti u termoelektranama i drugim velikim industrijskimpogonima, ureaji koji svoj rad zasnivaju na dielektrinom, piezoelektrinom imagnetostrikcionom efektu ogranieni su na nivo snage od nekoliko vata.

ELEKTROMOTORNA SILA I OBRTNI MOMENAT

Prema Faradejevom zakonu elektromagnetne indukcije, u elektrinom provodnikukoji se nalazi u magnetnom polju promenjivog fluksa, indukuje se elektromotorna sila(ems), iji se opti izraz moe napisati u oblicima:

vdxd

dtdx

dxd

dtde ,

gde je v - relativna brzina kretanja provodnika u magnetnom polju.

Ems u namotajima moe se indukovati kaorezultat mehanikog obrtanja namotaja umagnetnom polju, ili mehanikim obrtanjem magnetnog polja pored nepokretnihnamotaja. U oba sluaja fluks se menja periodino, pa je takva i priroda indukovaneems.

Promena fluksa u namotaju, kod obrtnih elektrinih maina, postie se relativnimkretanjem obrtnog dela maine (rotora) u odnosu na nepokretni deo (stator). Jedan

od ova dva dela proizvodi osnovno magnetno polje i naziva se induktor. Drugi deo,koji se naziva indukt, nosi provodnike u kojima se indukuje napon i nastaje struja, uznastanak magnetnog polja indukta.

Osnovni deo svakog namotaja je navojak, koji se sastoji od dva provodnika. Vei brojnavojaka ini sekciju, a vie sekcija, koje su tako povezane da se ems ili struje koje unjima postoje sabiraju, ine namotaj indukta ili induktora.

Slika 17. Navojak bakarne ice, koji se obre u magnetnom polju stalnog magneta.

Neka se jedan navojak izolovane bakarne ice obre konstantnom ugaonom brzinom, izmeu magnetnih polova N i S (sl.17). Obrtanjem navojka, njegove horizontalnestrane (ai b,na slici) seku linije magnetne indukcije i u njima se indukuje ems. Kakose poloaj navojka, pri obrtanju, naizmenino menja u odnosu na magnetne polove N


36/140

36

i S, to se i smer i veliina ove indukovane ems stalno naizmenino menja.

Ako se sa moznai maksimalna vrednost magnetnog fluksa, a sa - ugao za kojise navojak obrne u nekom vremenu t. Kako je = t, jer je poloaj navojka umagnetnom polju odreen ugaonom brzinom njegovog obrtanja, za indukovanu ems,dobija se:

cosm .

I indukovana elektromotorna sila menjae se po sinusoidalnoj zavisnosti:

tEe sinm

Krajevi navojka spajaju se sa bakarnim prstenovima, koji su vrsto naglavljeni naosovinu, ali su od nje izolovani. Pri obrtanju osovine, zajedno sa prstenovima inavojkom, prstenovi klize po dvema ugljenim etkicama, preko kojih se vezujeprijemnik i zatvara strujno kolo. U ovako dobijenom zatvorenom kolu pojavljuje senaizmenina elektrina struja, ija je vremenska zavisnost:

tIi sinm .

MAGNETNO POLJE I OBRTNI MOMENAT

Da bi se razumele osobine, koje su zajednike za sve maine za elektromehanikopretvaranje energije, najbolje je posmatrati princip nastanka obrtnog momentamaina. Pri analizi obrtnog momenta i principa delovanja magnetnog polja, nije vanona koji su nain su oni nastali, jednosmernom ili naizmeninom strujom, odnosno okojoj vrsti obrtne maine je re.

Magnetno polje najlakse je opisati na primeru dva magneta (sl.18), od kojih je jedan

nepokretan a drugi ima mogunost obrtanja. Kao rezultat meusobnog privlaenjaraznoimenih polova i odbijanja istoimenih, dolazi do stvaranja momenta, koji tei daporavna ose oba magneta.

Slika 18. Momenat u dvopolnoj obtrnoj maini.

Struje, koje postoje u namotajima maine, stvaraju magnetni fluks u vazdunomzazoru izmeu statora i rotora i kroz gvoe statora i rotora zatvara se magnetnokolo. Na ovaj nain, na statoru i na rotoru maine postoje magnetni polovi. Osemagnetnih polja su kod maina za jednosmernu struju nepokretne u prostoru, a kodmaina za naizmeninu struju obru se konstantnom brzinom.


37/140

37

Slika 19. Ose magnetnih polja statora i rotora kod dvopolne maine.

Kako bi dolo do formiranja obrtnog momenta i elektromehanikog pretvaranjaenergije, obrtne maine moraju imati jednak broj polova statora i rotora. U sluaju bilokoje kombinacije razliitog broja polova statora i rotora, rezultujuimoment mainejednak je nuli.

KONSTRUKCIJA NAMOTAJA

Kod prvih konstrukcija elektrinih maina (Gramova maina za jednosmernu struju,Teslina maina za naizmeninu struju) namotaji indukta bili su namotavani okoprstenastog jezgra indukta (sl.20.a). Danas se provodnici indukta smetaju ulebove, kao dvoslojni namotaji (sl.20.b), koji su meusobno odvojeni zubcima iparalelno postavljni prema osi obrtanja. Ove dve konstrukcije namotaja identine su upogledu indukovane ems i momenta. Osnovni razlog korienja indukta sa lebovimaje injenica da u tom sluaju mehanika sila ne deluje direktno na provodnike ve nazupce.

Slika 20. Namoti indukta: a) namotani oko prstenastog jezgra, b) u lebovima.

Samo kod nekih vrsta manjih maina, polovi induktora se izrauju kao permanentnimagneti. Kod veih maina, polovi induktora su po pravilu elektromagneti saodgovarajuim pobudnim namotajima, ime se omoguuje dobijanje jakog

magnetnog polja u zazoru. Maina moe imati proizvoljan broj pari polovap.

PREGLED ELEKTRINIH MAINA

Pobudni namotaj moe biti: sa neistaknutim polovima (rasporeen u lebove) ili saistaknutim polovima (koncentrisan i potpuno obuhvata magnetni pol).

Struja pobude, u zavisnosti od vrste obrtne meine, moe biti: jednosmerna inaizmenina (jednofazna ili viefazna).

Prema vrsti struje indukta i induktora, elektrine obrtne maine dele se na sledeinain:


38/140

38

Maine jss Sinhrone maine Asinhrone maine

Pobudnastruja

jednosmerna jednosmernanaizmenina

(jednofazna ili trofazna)

Strujaindukta

naizmenina(u induktu)

naizmenina(jednofazna ili trofazna)

naizmenina(jednofazna ili trofazna)

Kod maina jednosmerne struje magnetni fluks se proizvodi konstantnomjednosmernom strujom i one daju ili primaju struju preko kolektora (komutatora).Posebnu prednost imaju kao pogonske maine vozila, ili u sluaju kada je potrebnajednostavna regulacija broja obrtaja. esto nalaze primenu i za punjenje akumulatora.

Princip funkcionisanja maina naizmenine struje zavisi od vrste struje. Sinhronemaine rade sa konstantnim magnetnim fluksom i elektrina energija se prenosi uobliku monofazne ili trofazne struje. Monofazne maine imaju samo jedan namotaj,dok trofazne maine imaju tri razliita namotaja, po jedan za svaku fazu, koji su

smeteni na rotoru. Maine imaju klizne prstenove preko kojih se rotorskimnamotajima dovodi struja magnetizacije. Sinhrone maine nalaze primenu kaogeneratori, na primer turbogeneratori, u pumpnim stanicama ili u valjaonicama, gdeje potreban veliki obrtni momenat.

Kod asinhronih maina magnetno polje se stvara superpozicijom vie naizmeninihmagnetnih polja. Obrtno magnetno polje nastaje kao rezultat fazno pomerenihnamotaja. Namotaji su postavljeni po grupama, ije je napajanje pomereno u fazi ikoje se magnetiu jedna za drugom. Veza sa mreom napajanja ostvaruje se prekokliznih prstenova. Ovakvi asinhroni motori koriste se kao servo-motori i kada jepotrebno postii kontinualnu regulaciju broja obrtaja. Jedna vrsta ovih maina sukratkospojeni asinhroni motori.

1.2.1. MAINE JEDNOSMERNE STRUJE

Prednosti jednosmerne struje u odnosu na naizmeninu, sastoje se u tome to seona moe primeniti, osim za osvetljenje, grejanje, motorni pogon i slino, moeupotrebiti i tamo gde naizmenina struje ne moe: za punjenje akumulatora, vrenjeelektrolize i slino. Maine jednosmerne struje, ili dinamo maine, dele se na dvegrupe: generatori i motori jednosmerne struje.

Slika 21. Motor jednosmerne struje.

Prvu mainu, odnosno prvi elektrini generator u kome se indukovala naizmenina strujai usmeravala u jednosmernu, sagradio je belgijski radnik Gram 1870. godine. Pre pojave

elektrinih maina, korieni su hemijski izvori elektrine energije kao izvori jednosmernestruje. Razvoj u konstrukciji maina za jednosmernu struju, doveo je do toga da su onepostale najee reenje u elektrinim postrojenjima i pogonima.


39/140

39

Motori jednosmerne struje, vee cene, sloenijeg i skupljeg odravanja, manjepouzdanosti i kraeg veka trajanja, danas su u velikoj meri potisnuti od stranejeftinijih, jednostavnih i robustnih elektrinih motora za naizmeninu struju, kojima seupravlja mikroprocesorima i koji se napajaju energetskom elektronikom.

Generatori jednosmerne struje danas su u veini primena potisnuti poluprovodnikimispravljaima. Meutim, generator jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom,zbog svojih veoma dobrih karakteristika se esto koristi kao konica u laboratorijamaza ispitivanje elektrinih maina.

OSNOVNI DELOVI

Kao i kod ostalih obrtnih elektrinih maina, osnovni delovi maine jednosmerne strujesu: nepokretni deo (stator) i obrtni deo (rotor). Stator, koji je ovde induktor, sastavljen jeod jarma u obliku upljeg valjka od masivnog gvoa. Na unutranjoj periferiji statoraprivrena su 2p istaknuta pola (na sl.22 predstavljena je pojednostavljena slika sasamo jednim parom polova) koji su obino sloeni od limova odreene debljine. Napolovima statora smeten je koncentrisan pobudni namotaj (induktor), povezan izmeupolova na odreeni nain i izveden na dva prikljuna kraja.

Slika 22. Presek dvopolne maine jednosmerne struje.

Rotor, indukt kod maina jednosmerne struje, cilindrinog je oblika, sastavljen je odtankih feromagnetskih limova i ravnomerno je oljebljen po svom obimu. Dinamolimovi, od kojih je izraen indukt, debljine su 0.3 do 0.5 mm, izolovani su lakom,hartijom ili slojem oksida, u cilju smanjenja vrtlonih struja, koje nepotrebnozagrevaju indukt. Paket limova rotora vrsto je spojen sa osovinom maine. U cilju

hlaenja indukta, u njemu se izrauju i kanali za hlaenje, u pravcu osovine, a narotoru se esto nalazi i ventilator, koji se obre zajedno sa njim i pospeuje strujanjevazduha kroz kanale za hlaenje. Namotaj indukta ine izolovani bakarni provodnic i,koji su, kod savremenih maina jednosmerne struje, postavljeni u lebove rotora, udva sloja, paralelno osi obrtanja. Bez obzira na svoju vrstu, namotaj indukta je uvekraspodeljenog tipa i sastavljen iz veeg broja na red vezanih sekcija (navojnihdelova). Provodnici mogu biti krunog (ini) ili pravougaonog preseka (tapni).

Kako se rotor obre izmeu magnetnih polova statora, izmeu ova dva dela postojivazduni prostor debljine reda nekoliko milimetara, koji se naziva meugvoe(vazduni procep, zazor).

Komutator(kolektor) je sastavljen od bakarnih segmenata (lamela), koji su izolovanimeusobno i u odnosu na osovinu. Postavljen je sa jedne strane rotora i obre sezajedno sa njim. Na povrinu komutatora nalee izvestan broj etkica, koje su


40/140

40

mehaniki su uvrene za stator, nepomine su i spojene sa dva prikljuna kraja nastatoru. etkice su smetene na simetrali izmeu polova, u tzv. neutralnoj zoni.Segmenti komutatora su u elektrinoj vezi sa namotajem indukta, tako to je svakisegment spojen sa istim tolikim brojem taaka namotaja indukta.

PRINCIP RADA MAINE JEDNOSMERNE STRUJE

Princip rada maine jednosmerne struje mogue je objasniti na primeru generatorajednosmerne struje sa jednim parom polova. Proticanjem jednosmerne struje krozprovodnike namotaja statora, stvara se stalno magnetno polje pobude. Ova struja,zbog toga se naziva pobudnom strujom ili strujom ekscitacije. Ako se pomou nekepogonske maine rotor obre konstantnom brzinom, provodnici indukta presecajumagnetno polje statora i, kada kroz njih protie struja, ostvaruju elektrodinamikuvezu izmeu statora i rotora i time stvaraju uslove za rad maine.

Slika 23. Princip rada generatora jss.

U namotaju indukta indukuje se periodina ems i njena uestanost je srazmernabrzini obrtanja rotora. Struja koja protie kroz namotaj indukta, takoe jenaizmeninog karaktera i ona se pomou komutatora usmerava u jednosmernustruju. Usmeravanje se postie tako to se indukovana struja promenjivog smeraprekida u onim trenucima kada je jaina struje jednaka nuli, odnosno kadanaizmenina struja tei da promeni smer i, odgovarajuom promenom veze, strujase primorava da tee u istom prvobitnom smeru.

Ovo prekidanje i promena smera struje indukta moe se objasniti na primeru jednognavojka u magnetnom polju statora (sl.23), pri emu se komutator sastoji iz dva,meusobno izolovana, bakarna poluprstena, na koje su vezani krajevi navojka.Komutator je uvren za osovinu generatora i obre se kao i rotor, dok etkice, zakoje su vezani krajevi spoljnog kola, stoje mirno naleui na lamele kolektora.

Ako se strana anavojka nalazi pod severnim polom N (kao na sl.23) i obre se unaznaenom smeru, indukovana struja u njoj ima smer naznaen na slici. Ako senavojak obrne za ugao od 90 i ravan navojka postane normalna na osu magnetnihpolova N i S, struja u strani abie jednaka nuli, jer se navojak nalazi u neutralnojravni magneta. Pri daljem obrtanju navojka u istom smeru, u strani a navojkapojavie se struja suprotnog smera od prvobitnog. Poto se obrtanjem navojka, obre

i komutator, u istom smeru, za ugao obrtanja vei od 90 od poloaja na slici, lamela1 komutatora koja je bila u dodiru sa minus etkicom, doi e pod plus etkicu.Analogno vai i za stranu bnavojka.


41/140

41

Na ovaj nain, iz plus etkice e uvek izlaziti struja istog smera u spoljnje kolo, zbogega ova etkica predstavlja pozitivan pol generatora, a minus etkica - negativan polgeneratora. U spoljenjem kolu dobie se jednosmerna pulsirajua struja, iji jevremenski dijagram prikazan na sl.24.b.

Slika 24. Dobijanje pulsirajue struje u navojku indukta.

Ovako dobijena pulsirajua struja, koja potie samo od jednog navojka, nije pogodnaza upotrebu, zbog svoje nejednolikosti. Meutim, na rotoru generatora nalazi se veibroj navojaka, koji se meusobno pomereni jedni u odnosu na druge za neki maliugao i obrtanjem obrtanjem rotora u magnetnom polju statora, indukovane struje unjima imaju fazno kanjenje, srazmerno rastojanju provodnika po obimu indukta.

Slika 25. Dobijanje rezultujue usmerene struje (b)kao rezultat tri fazno pomerene struje (a).

Rezultujua jednosmerna usmerena struja, u sppljnjem delu kola, u sluaju veegbroja navojaka znatno je ravnijeg oblika (sl.25).

POBUIVANJE MAINE JEDNOSMERNE STRUJE

Prema nainu pobuivanja, odnosno spajanja namotaja induktora u odnosu nanamotaj indukta, razliku se :

nezavisna,

otona (paralelna), redna (serijska) i

sloena pobuda.


42/140

42

Kod nezavisne pobude (sl.26.a), namotaj induktora (pobude) spojen je na posebanspoljnji izvor napona (na primer na akumulatorsku bateriju) potpuno nezavisno odprilika u maini. Pobudni namotaj je dimenzionisan prema tom spoljnjem naponu.Vrednost pobudne struje moe se podeavati, nezavisno od maine, ako u strujnomkolu pobude postoji promenljivi otpornik. Ovo je danas najee reenje, ajednosmerni pobudni napon se dobija iz naizmenine trofazne mree, preko

ispravljaa.Otona, ili paralelna pobuda (sl.26.b) je ona kod koje je pobudni namotaj spojenparalelno na namotaj indukta. Pobudna struja kree se u granicama 1% strujeindukta (kod manjih maina) do 5% struje indukta (kod maina veih snaga). Poto jestruja magneenja mala, da bi se postigla dovoljna magnetopobudna sila, otoninamotaj ima veliki broj navojaka. Otpor paralelnog namota je velik.

Kod redne, ili serijske pobude (sl.26.c), pobudni namotaj je spojen na red sanamotajem indukta. Kako je struja indukta velika, broj navojaka namotaja rednepobude ne mora biti veliki da bi se postigla odgovarajua magnetopobudna sila.Otpor rednog namotaja treba da je to manji, kako bi pad napona na njemu bio to

manji.

Sloena pobuda (sl.26.d) podrazumeva postojanje jednog glavnog, nezavisnog iliparalelnog namotaja, kao i jednog pomonog, rednog pobudnog namotaja. U kojomeri maina ima karakteristike jedne ili druge pobude, zavisi od njihovog uea uukupnoj magnetopobudnoj sili. Uzavisnosti od toga da li su glavni i pomoni pobudninamotaj izvedeni tako da im se fluksevi potpomau ili suprotstavljaju, razlikuju seaditivna i diferencijalnasloena pobuda.

Slika 26. Vrste maina jednosmerne struje prema pobudi.

U upotrebi su sledee oznake za krajeve pojedinih namotaja:

NamotajStara

oznakaNova

oznaka

Indukt A, B A1, A2Nezavisna pobuda I, K F1, F2

Redno vezan pobudninamotaj

E, F D1, D2

Otono vezan pobudninamotaj

C, D E1, E2

Pomoni polovi G, H B1, B2

Kompenzacija G, H C1, C2


43/140

43

1.2.2. MOTORI JEDNOSMERNE STRUJE

REAKCIJA INDUKTA

Kod optereene maine jss kroz namotaj indukta protie struja, stvarajui izvesnomagnetno polje indukta, kojim se slabi i izvija magnetno polje induktora, koje potieod struje u pobudnom namotaju maine. Ova pojava naziva se magnetopobudna silaindukta, ili reakcija indukta.

Slika 27.Reakcija indukta: a) polje pobude, b) reakcija indukta,c) rezultujue polje.

Rezultujui msgnetni fluks, koji se dobija superpozicijom flukseva induktora i indukta(sl.27), ima poveanu raspodelu pod jednim krajem polnog nastavka i smanjenu poddrugim krajem.

Izoblienje krive polja dovodi do sledeih nepovoljnih pojava:

zbog smanjenja rezultujueg fluksa dolazi do gubitka na elektromotornoj sili

Rud Ars Kema Sine 2011 A

Documents

Transcript of Rud Ars Kema Sine 2011 A