ECHIPAMENT DE CONCASAT TIP CUPA DE EXCAVATOR

Autor: Conf. dr. ing. Dorin Eftimie

Facultatea de Inginerie Braila, Universitatea “Dunarea de Jos” Galati

Abstract: The paper presents a new type of equipment for crushing which is attached to the arm of the excavator.

Depending on the desired sort obtained by this equipment, this is a technical solution for operative solving

once crushing on building sites construction.

1. GENERALITATI

Studierea proceselor de maruntire si a utilajelor aferente este deosebit de importanta datorita

faptului ca operatia de maruntire este energointensiva si se urmareste scaderea consumului de

energie necesar reducerii dimensiunilor materiilor prime la dimensiuni necesare prelucrarii

ulterioare.

De asemenea, in cazul lucrarilor de reabilitare si demolari, se impune tot mai mult necesitatea

sfarmarii si sortarii materialelor rezultate, conform normelor de mediu.

In ultima perioada s-a observat o preocupare timida in dezvoltarea acestor echipamente de concasat

atasate bratului excavatorului.

Companii ca VTN Europa [4], Simex [3], prezinta diferite modele de cupe concasaoare atasabile

bratului de excavator (figura 1) fara a da detalii asupra solutiilor constructive ale acestor tipuri de

echipamente.

Figura 1. Cupa concasoare “VTN” Figura 2. Cupa concasoare “Simex”

2. SOLUTIE CONSTRUCTIVA DE ECHIPAMENT DE CONCASAT TIP CUPA DE

EXCAVATOR

Luand in calcul necesitatile specificate anterior, s-a proiectat un asemenea echipament care pot fi

atasat bratului excavatorului.

In figura 3 este prezentat desenul de ansamblu al unui echipament de concasat a carui capacitate de

productie aste cuprinsa intre 5-12 m3/h in functie de marimea sortului necesar.

Figura 3. Desen de ansamblu cupa concasoare:

1-cupa sudata; 2-falca mobila; 3-falca fixa; 4-blindaj falca mobila; 5-blindaj falca fixa; 6-surub; 7-saiba;

8-piulita; 9-saiba grower; 10-caseta asamblata; 11-dinti; 12-motor hidraulic; 13-roti curea;

14-curele trapezoidale; 15-traversa;16-distantiere; 17-sistem elastic; 18-bolt; 19-ungator; 20-vibrator.

In esenta, in interiorul unei cupe este asamblat un concasor cu articulatie simpla, actionat printr-o

transmisie prin curele trapezoidale (poz.14), acestea la randul lor sunt actionate cu un motor

hidraulic rotativ (poz.12). Presiunea necesara motorului hidrostatic este preluata de la instalatia

hidraulica a excavatorului.

De remarcat este sistemul de reglare a dimensiunilor de concasare (poz.15,16,17) care permit

obtinerea unor sorturi in domeniul 20-60mm. Miscarea falcii mobile este data de miscarea axului cu

excentric montat in caseta asamblata (poz10). Corpul (poz.1) acestui echipament este sub forma de

cupa in constructie sudata, avand o deschidere de umplere si o deschidere opusa de evacuare pentru

descarcarea materialului concasat. In corpul cupei este montat un mecanism de concasare format

dintr-o falca fixa (poz.3) si o falca mobila (poz.2). Atat pe falca fixa cat si pe cea mobila sunt

montate blindaje (poz.4 si 5) care sunt rigidizate cu benzi opritoare. Acestea sunt prevazute cu

canale longitudinale extinzandu-se paralel cu directia curgerii materialului pentru concasat.

3. DETERMINAREA PRINCIPALELOR ELEMENTE CONSTRUCTIVE SI

FUNCTIONALE

3.1 DETERMINAREA UNGHIULUI DE APUCARE

Unghiul format intre cele doua falci constituie unghiul de apucare sau antrenare, unghi ce variaza in

timpul functionarii (figura 4). Pentru determinarea acestui unghi se va neglija variatia din timpul

functionarii, luandu-se in considerare valoarea lui maxima ce apare in momentul apropierii maxime

a falcii mobile de cea fixa.

Pentru asigurarea prinderii unei bucati de material intre cele doua falci ale concasorului este necesar

a se respecta conditia 2 adica unghiul de apucare sa fie mai mic decat dublul unghiului de

frecare.

φ = arc tg f (1)

Majoritatea materialelor supuse concasarii au cel putin f = 0,3 de unde rezulta:

φ = arc tg 0,3 = 16̊ 40 ‘.

Deci α < 2 · 16° 40’= 33° 20’.

In practica unghiul de apucare se adopta intre valorile 15…25°

Figura 4. Schema pentru determinarea Figura 5. Schema pentru detrminarea excentricitatii

unghiului de apucare arborelui

3.2 DETERMINAREA EXCENTRICITATII ARBORELUI

Pentru realizarea cursei s1 a falcii mobile este necesara o anumita valoare a excentricitatii arborelui

care se determina cu schema din figura 5:

)],cos([cos1 '

1 plL

se (2)

unde: .

' 2

pl

r

Pentru concasorul conform solutiei prezentate, α+β’+δ=90°, β’=42...48°, δ=20....25°,

lp=(1,5....3,0)·r,

3.3. DETERMINAREA TURATIEI OPTIME

Numarul optim de rotatii ale axului concasorului se poate determina punand urmatoarele conditii:

- in timpul deplasarii falcii mobile, bucatile de material sfaramate pot trece liber prin fanta

inferioara formata intre cele doua falci;

- se presupune unghiul de apucare constant, deci falca mobila se deplaseaza paralel cu ea insasi.

Aceasta situatie este schematizata in figura 6 in care s-au notat cu:

- h - inaltimea prismei de material sfaramat;

- s1- deschiderea minima a fantei inferioare dintre falci;

- s2 - deschiderea maxima a fantei inferioare;

- s- cursa falcii mobile.

Figura 6. Schema pentru determinarea turatiei optime

Timpul de retragere al falcii mobile este:

][30

sn

t (3)

Pentru caderea libera a corpurilor, inaltimea de cadere este:

][30

22

22

mtg

s

n

ggth

(4)

Iar turatia va fi:

s

tgn

5,66 [rot/min] (5)

Unde: α – unghiul de inclinatie al falcii

S – cursa in m

3.4. DETERMINAREA PRODUCTIVITATII CONCASORULUI

Teoretic, concasorul cu falci evacueza ‚ n` prisme de material pe minut, deci pentru o ora se poate

scrie:

Qv = 60 V n, (6)

In care V este volumul prismei de material, care poate fi determinat cu relatia:

V = (1/2)[(s+s1) + s] ·h·͞B`, (7)

unde: ͞B` = 0.85 B, b fiind latimea gurii concasorului. S-a adoptat aceasta reducere cu 15% a

lungimii bucatilor de material, deoarece bucatile mai mari nu se asaza bine in gura de

alimentare.

Tinand seama ca dimensiunea maxima a bucatilor de material este dmax = D, rezulta:

(1/2)(D+ s1) = dmed, (8)

unde dmed este dimensiunea medie a bucatilor de material evacuate.

Tinand cont de relatia (7), se obtine :

V= dmed (s/tgα ) B͞͞`.

Revenind la expresia debitului, rezulta:

Qv = 51ɸ dmedn(s/tgα)·B [m3/h] (9)

unde:

S1 - deschiderea falcilor, in m

s – cursa, in m;

h – inaltimea prismei de material ce se evacueaza la o rotatie in m:

tg

sh (10)

b – latimea falcii, in m;

µ - coeficient de afanare a materialului

- greutatea volumetrica a materialului in

3m

daN;

n – turatia arborelui, rot/min.

3.5 DETERMINAREA PUTERII MOTORULUI DE ANTRENARE

Figura 7. Schema pentru determinarea puterii motorului

Se ia in considerare cea mai defavorabila situatie, cand la o cursa se zdrobesc simultan un numar de

sfere egal cu b/D sfere cu diametrul D in partea superioara a falcilor si respectiv b/d sfere cu

diametrul d in partea inferioara a falcilor (figura 7).

Conform ipotezei de volum a lui Kick la operatia de concasare se consuma numai lucrul mecanic

necesar pentru deformarea materialului pana la limita sa de elasticitate, lucrul mecanic fiind

proportional cu micsorarea de volum a materialului: 2

0

2

VL

E

[J ] (11)

unde:

0 - rezistenta la rupre prin compresiune, in N/m2;

V - variatia de volum, in m3;

E - modul de elasticitate, in N/m2.

Se determina variatia de volum V in asa fel incat sa se tina seama de influenta gradului de

sfarimare "e" asupra lucrului mecanic de concasare.

2233

666med

med

med

B

b

dDbbd

d

bD

D

bV

[cm3] (12)

unde:

b – este latimea falcii, in cm

D – diametrul initial al materialului, in cm,

dmed – diametrul mediu al particulei sfaramate

Puterea necesara va fi:

60102

nLP [kW] (13)

unde:

L – este lucrul mecanic de sfaramare, in J

n – turatia arborelui, in rot/min;

- randamentul mecanismului

Puterea motorului de antrenare:

PkP nm [kW] (14)

unde:

kn – coeficient de rezerva 1,1 – 1,15

- randamentul transmisiei prin curele 0,7 – 0,8

P – puterea efectiva

4. CONCLUZII

Cupele concasor se pot utiliza foarte bine in locuri inguste , greu accesibile datorita conceptiei si

robustetii lor constructive ;

Un avantaj major conferit de aceste cupe il reprezinta costurile reduse , deoarece materialul poate fi

maruntit fara a mai fi efectuate transporturi intermediare ;

Materialul care poate fi concast are o structura diversa ( pot fi maruntite caramizi , gresie, betoane,

sticla , beton armat, agregate naturale, tigle, dale de asfalt etc).

Acest tip de echipament astfel proiectat se poate atasa pe bratul excavatorului S1203 fabricat la

S.C. PROMEX S.A. Braila. Trebuie remarcat faptul ca S.C. PROMEX S. A. Braila, cu toate ca a

executat excavatoare in diferite tipo-dimensiuni, nu a dezvoltat asemenea tip de echipament.

Literatura de specialitate nu dezvolta metodologii de proiectare pentru aceste solutii constructive.

Bibliografie [1] Cataloage firme : VTN EUROPA, www.vtngroup.com

Simex; www.bret.com

[2] Revista Unelte si echipamente, nr. 12-13, dec.- ian. 2010.

[3] Gh. Iordache , Gh. Ene, M. Rasidescu – Utilaje pentru industria materialelor de constructii, Editura Tehnica,

Bucuresti - 1987;

[4] V. Zubac - Utilaj pentru turnatorie, Editura didactica si pedagogica, Bucuresti – 1982.