اکسکاواتور بیل چرخشی یا ریکلایمر – Bucket Wheel Excavator

یکی از بزرگ‌ترین ماشین‌های حفاری و استخراج در جهان هستند. این ماشین یکی از ماشین‌های استخراج پیوسته معادن است. از این ماشین برای بارگیری و حمل در فاصله‌ی محدود استفاده می‌شود و برای بارگیری موادمعدنی سست و نرم استفاده می‌شود. در بعضی از کتاب‌ها یا مقالات شاید به اسم ﺍﮐﺴﮑﺎﻭﺍﺗﻮﺭ ﺟﺎﻡ ﭼﺮﺧﺸﯽ ﯾﺎ ﺭﯾﮑﻼﯾﻤﺮ هم خوانده باشید.

این ماشین‌های غول پیکر، با کمک بیل‌های (جام‌ها) خود قادرند به طور پیوسته در زمین‌های نرم و نیمه سخت به کندن زمین و استخراج کانسارها بپردازند. بیل‌های این ماشین به دور یک چرخ بزرگ نصب شده‌اند و با چرخش پیوسته‌ی چرخ، ماشین توانایی کندن زمین را دارد و خاک و سنگ استخراج شده به روی نوارنقاله‌ی دستگاه ریخته شده و به پشت سر دستگاه و محل بارگیری انتقال پیدا می‌کند.

 

اجزای ماشین

اکسکاواتورهای چرخشی معمولا از موتور دیزل استفاده می‌کنند و بر روی چرخ زنجیر حرکت می‌کنند. این ماشین علاوه بر قسمت‌های عمومی مانند شاسی و اطاقک اپراتور دارای دو بازو یکی در جلو و دیگری در پشت است که در انتهای بازوی جلویی یک چرخ قرار دارد و بر روی آن تعدادی جام نصب شده است. بر روی هر یک از بازوهای ماشین نوارنقاله‌ای نصب شده است که مواد استخراج شده توسط جام‌ها بر روی این نوارها حمل می‌شود.

شکل بالا دو نوع جام این ماشین و سیستم تخلیه در آنها را نشان می‌دهد. بسته به سایز و کاربرد این ماشین حجم هر یک از جام‌های نصب شده بر روی چرخ ممکن است بین 0.4 تا 4 متر مکعب حجم داشته باشد. همچنین سایر مشخصات ماشین ممکن است به این شرح باشد: تعداد جام بین 6 الی 22، سرعت دوران چرخ تا 4 دور در دقیقه، قطر چرخ تا 25 متر، طول بازوی جلو تا 70 متر و طول بازوی پشت تا 105 متر.

 

شرایط استفاده

از این ماشین برای بارگیری مواد سست و نرم که ممکن است باطله و یا موادمعدنی باشند استفاده می‌شود. ولی مواد استخراجی نباید دارای قطعات بزرگ باشند و معمولا از این ماشین در مناطقی استفاده می‌شود که مواد ذاتًا سست باشند (مانند باطله‌های سطحی). اکسکاواتور چرخشی هم برای استخراج از بالای سطح و هم برای استخراج از زیر سطح زمین استفاده می‌شود. ﺍﯾ‌ﻦ ﻭﺳﯿﻠﻪ ﺩﺭ ﻣﻌﺎﺩﻥ ﻟﯿﮕﻨﯿﺖ، ﺑﻨﺘﻮﻧﯿﺖ، ﺧﺎﮎ ﺭﺱ، شن و ماسه، زغال سنگ و (ﮐﻠﯿﻪ ﻣﻮﺍﺩﯼ ﮐﻪ ﺩﺍﺭﺍﯼ ﻣﺸﺨﺼﺎﺕ ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﻣﺸﺎﺑﻪ ﺍﺳﺖ) ﻭ ﻣﻌﺎﺩﻧﯽ ﮐﻪ ﺑﺼﻮﺭﺕ ﻧﻮﺍﺭﯼ ﻫﺴﺘﻨﺪ، ﺑه ﺨﻮﺑﯽ قابلیت استفاده دارد.

شیوه کار اکسکاواتور چرخشی به این صورت است که در وضعیتی که چرخ در حال چرخش است با حرکت بازوی جلو، چرخ به دیواره نزدیک شده و جام‌ها با دیواره برخورد می‌کنند و با چرخش بازو به چپ یا راست از یک پله استخراج انجام می‌شود. در مورد این ماشین توصیه می‌شود تا ارتفاع برش (ارتفاع منطقه‌ای از دیواره که با جام‌ها درگیر است) بین 0.5 تا 0.7 قطر چرخ باشد.

ﺩﺭ ﺑﻌﻀﯽ ﻣﻌﺎﺩﻥ ﺑﺰﺭﮒ ﻣﺜﻞ ﻣﻌﺎﺩﻥ ﺳﻨﮓ ﺁﻫﻦ ﮔﻞ ﮔﻬﺮ، ﭼﻐﺎﺭﺕ ﻭ ﭼﺎﺩﺭﻣﻠﻮ از نمونه بسیار کوچک‌تر این وسیله ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮﺭ ﻫﻤﮕﻦ‌ﺳﺎﺯﯼ ﺑﺎﺭ ﻭﺭﻭﺩﯼ ﺑﻪ ﮐﺎﺭﺧﺎﻧﻪ ﻓﺮﺁﻭﺭﯼ ﻭ ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﺳﻨﮓ ﺁﻫﻦ ﻣﻮﺭﺩ ﻧﯿﺎﺯ ﮐﺎﺭﺧﺎﻧﻪ ﻓﺮﺁﻭﺭﯼ ﺩﺭ ﺯﻣﺎﻥ‌ﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﻣﻌﺪﻥ ﻗﺎﺩﺭ ﺑﻪ ﺗﺎﻣﯿﻦ ﺳﻨﮓ ﺁﻫﻦ ﻧﻤﯽ‌ﺑﺎﺷﺪ، ﺍﺑﺘﺪﺍ ﺳﻨﮓ ﺁﻫﻦ ﺧﺮﺩ ﺷﺪﻩ ﺗﻮﺳﻂ ﺳﻨﮓ‌ﺷﮑﻦ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺩﭘﻮﻫﺎﯼ ﺑﺰﺭﮔﯽ ﮐﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﺩﺳﺘﮕﺎﻩ ﺍﺳﺘﺎﮐﺮ ﺍﯾﺠﺎﺩ ﻣﯽ‌ﺷﻮﺩ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﻣﯽ‌ﮐﻨﻨﺪ ﺳﭙﺲ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺭﯾﮑﻼﯾﻤﺮ ﺍﺯ ﺍﯾﻦ ﺩﭘﻮﻫﺎ ﺑﺮﺍﯼ ﺗﺎﻣﯿﻦ ﺧﻮﺭﺍﮎ ﻭﺭﻭﺩﯼ ﺑﻪ ﮐﺎﺭﺧﺎﻧﻪ ﺑﺎﺭﮔﯿﺮﯼ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﯽ‌ﺷﻮﺩ.

از آنجا که در این ماشین جابجایی مواد با نوار نقاله انجام می‌شود، لذا اگر لازم باشد تا مواد معدنی به فاصله دوری منتقل شود معمولا از نوارنقاله استفاده می‌شود و به ندرت در این شرایط از کامیون و ریل استفاده می‌شود.

شرایط مناسب برای استفاده از این ماشین بسیار مشابه دراگلاین است و در برخی پروژه‌ها مانند پروژه‌هایی که ماده‌معدنی با روش معدنکاری روبرداری استخراج می‌شود ممکن است لازم باشد تا بین این دو ماشین مقایسه‌ای انجام شود.

 

 

مقایسه عملکرد اکسکاواتور بیل چرخشی

در این اکسکاواتورها تعداد 6 تا 18 صندوقه روی محیط یک چرخ نصب شده‌اند. با گردش چرخ مواد به وسیله صندوقه‌هایی که روی آن نصب شده حفر شده و وارد چرخ می‌شوند و از آنجا به نوارنقاله واسطه و سپس به نوار نقاله اصلی برای انتقال به نقطه تخلیه فرستاده می‌شوند. ماشین بیل چرخشی در قیاس با شاول و دراگ لاین از ساختار کاملاً متفاوتی برخوردار است.

غیر از تفاوت در ساختار از نظر عملکرد مانند نفوذ در سینه کار، پر کردن جام، چرخش و دمپ نیز با شاول و دراگ لاین تفاوت دارد. در ماشین بیل چرخشی به دلیل اتلاف وقت بسیار کمی که بین بارگیری، حمل و دمپ وجود دارد جزو ماشین‌های پیوسته معدنی محسوب می‌گردد. در شکل زیر قسمت‌های مختلف اکسکاواتورهای جام چرخشی را نشان می‌دهد. قسمت‌های عمده این ماشین شامل صندوقه، چرخ، وسیله حرکتی، نقاله‌های واسطه و تجهیزات کمکی است. ظرفیت جام هر چرخ در هر ماشین متفاوت و بین 0.5 تا 4.6 متر مکعب متغیر است.

در حفر مواد ساینده باید صندوقه‌ها مجهز به دندانه‌های مناسب باشند (کار بید تنگستن) در کار با مواد یخ زده در هوای سرد زمستان صندوقه‌ها به مشعل یا گرم کننده برقی مجهز هستند. هنگامی که ماشین چرخ جام‌دار خود را به داخل سینه کار فرد می‌برد با چرخش چرخ خود در داخل مواد جام خود را پر می‌کند. چرخ ضمن چرخیدن به سمت راست و چپ نیز چرخش می‌کند و با این حرکت موجب می‌شود. یک سینه کار قوسی به وجود می‌آید. به محض تمام شدن باطله‌های یک قوس چرخ جام دار پایین آورده می‌شود و در یک افق جدید شروع به باطله برداری و ایجاد قوس جدید می‌کند و این روند تا عمقی از سینه کار که ماشین باید دسترسی حاصل کند ادامه پیدا می‌کند.

پس از این مرحله چرخ جام‌دار به بالای سینه کار یا باطله‌ها حرکت داده می‌شود و عملیات را در قسمت بعدی شروع و به مانند سیکل قبلی تکرار می‌کند. وسیله حرکتی اکسکاواتورهای بیل چرخشی، چرخ زنجیری است و به گونه‌ای طراحی می شود که بتواند حرکت ماشین را بر روی زمین با حداقل فشار وارده تأمین کند. فشار وارده به زمین توسط دراگ لاین و شاول‌ها حدود 30 psi است به همین جهت حرکت آنها در زمین‌های سست دچار اشکال می‌شود. در حالی که این فشار در اکسکاواتورهای بیل چرخشی تا 11 psi کاهش یافته و از امتیازات این ماشین محسوب می‌شود.

جام‌های چرخ پس از پر شدن در هر چرخش و بالا آمدن مواد خود را به داخل تسمه‌نقاله ریخته و این نقاله باطله‌ها را به منظور تخلیه و دمپ کردن در محل از پیش تعیین شده به داخل تسمه‌نقاله تخلیه کننده منتقل می‌کند. طول تسمه نقاله تخلیه کننده به حدی است که از شعاع تخلیه بزرگترین شاول و دراگ لاین زیادتر است. یکی از تجهیزات کمکی اکسکاواتورهای بیل چرخشی، پل متحرک باربری است، که برای انتقال مواد از جبهه کار به نقاط مورد نظر که از محل کار ماشین دور است، استفاده می‌شود. چنان‌چه از کامیون برای انتقال مواد استخراجی استفاده شود نیازی به این وسیله نیست ولی چنان چه از نوارنقاله یا ریل برای انتقال مواد استفاده شود می‌توان از آن استفاده نمود.

با استفاده از این وسیله باربری می‌توان در آن واحد از بیش از دو پله با یک دستگاه آکسکاواتور بیل چرخشی بهره‌برداری کرد و از ایجاد هر گونه وقفه جلوگیری کرد. کاربرد اکسکاواتور بیل چرخشی به دلیل نداشتن ساختمان مستحکم و نیروی کندن زیاد استفاده‌اش محدود به برداشتن باطله‌های نرم که شامل خاک‌های روی باطله، رس، ماسه و شیل نرم و همچنین مواد معدنی مانند فسفات، بوکسیت، زغال سنگ و لیگنیت می‌شود. سنگ‌های سخت‌تر سخت‌تر از مواد یاد شده می‌تواند به ناخن‌های جام و خود جام آسیب برساند. به همین دلیل از ماشین بیل چرخشی برای انتقال همه باطله‌های روی زغال به کار برده نمی‌شود.

در معادنی که از ماشین‌ بیل چرخشی استفاده می‌کنند غالباً از آن برای برداشتن خاک‌های روی باطله و باطله و باطله‌های نرم بالایی استفاده می‌کنند غالباً از آن برای برداشتن خاک‌های روی باطله و باطله‌های نرم بالایی استفاده می‌شود و برای برداشتن باطله‌های تحتانی و سخت‌تر از شاول‌های لایه بردار و یا دراگ لاین استفاده می‌شود. مواد باطله روی موادمعدنی که دارای پوشش‌های گیاهی و جنگلی هستند و موادی که هنگام حفر به صورت قطعات بزرگ جدا می‌شوند برای کار با این ماشین‌ها مناسب نیستند، به طور کلی موادی که برای جابجایی آنها عملیات آتشباری ضروری است برای کار با این اکسکاواتورها مناسب نیستند.

این اکسکاواتورها قادرند تا ده‌ها متر بالاتر یا پایین‌تر از سطح ایستاد خود را استخراج کرده و انتقال دهند. در تهیه طرح عملیاتی این ماشین‌ها باید توجه شود که ماشین حداقل مانور در حرکت را انجام دهد. در شرایط فعلی کارآیی ماشین‌های بیل چرخشی افزایش یافته به نحوی که ماشین بیل چرخشی قادر است مواد نرم را از دیواره یک سمت معدن با ظرفیت 1147 تا 1529 متر مکعب در ساعت را تا فاصله 130 متری در سمت دیگر دمپ کند. در آلمان که بزرگترین ماشین بیل چرخشی جهان را مورد استفاده قرار می‌دهد. (مبدا 1992) ظرفیت تولید این ماشین تا 9175 متر مکعب در ساعت می‌رسد، این ماشین در یکی از معادن زغال سنگ قهوه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

انواع اکسکاواتور چرخشی

اکسکاواتور چرخشی از جمله ماشین‌های چند صندوقه (Multi-bucket machine class) است. از هر یک از ماشین‌های چند صندوقه برای کاربرد خاص خود استفاده می‌شود ولی از دید کاربرد در معادن سطحی می‌توان دو نوع از این ماشین را نام برد:

1. اکسکاواتور چرخشی مجهز به چرخ (Bucket Wheel Excavators)
2. اکسکاواتور چرخشی مجهز به زنجیر (Bucket Chain Excavators)

نوع اول همان نوع معمول است که در بالا معرفی شد و معمولا برای استخراج از بالاتر از سطح استقرار ماشین استفاده می‌شود. ولی نوع دوم معمولا در شرایطی استفاده می‌شود که استخراج از زیر سطح استقرار ماشین انجام می‌شود. شکل زیر این دو ماشین را نشان می‌دهد.

در انواع اکسکاواتورهای مجهز به زنجیر امکانات خاصی به منظور استخراج از عمق‌های متغیر فراهم آمده است.

 

ماشین‌های همراه

یکی از ماشین‌هایی که معمولا با اکسکاواتور چرخشی همراه است پل حمل‌کننده متحرک (Mobile Belt Carrier (Mobile Bridge conveyer)) است. این ماشین زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که لازم باشد تا مواد استخراج شده توسط اکسکاواتور به فاصله‌ای که چند متری (و یا چند ده متری) بیش از حداکثر فاصله ممکن توسط آن ماشین است حمل شوند. در این شرایط پل حمل‌کننده متحرک بین اکسکاواتور و محل تخلیه قرار می‌گیرد و مواد را تا مسافتی بیشتری حمل می‌کند. شکل زیر یک نوع از این ماشین را نشان می‌دهد.

 

روش‌های استخراج اکسکاواتور جام چرخشی

به طور کلی دو روش استخراج وجود دارد:

روش برش یکسره یا سرتاسری [Dropping]:

در مواردی که جبهه کار را سنگ‌های نسبتاً سخت تشکیل می‌دهد و انتقال مواد به وسیله نوار نقاله صورت می‌گیرد انتخاب این روش مناسب است با این روش می‌توان اندازه کلوخه‌ها را کنترل و به علاوه ماشین حداقل حرکت را خواهند داشت. ضمناً کمترل عمق برش ماشین آسان‌تر است.

روش استخراج پله‌ای:

از این روش برای استخراج مواد هموژن، با مقاومت یکنواخت که در هنگام حفر قطعات بزرگ ایجاد نمی‌کنند، استفاده از این روش در پله‌های بالایی هنگام استخراج مواد به هم فشرده یا یخ زده ایجاد قطعات بزرگی می‌کند که انتقال آنها ایجاد اشکال کرده و موجب افزایش زمان کار می‌شود. در چنین مواردی برش سرتاسری مناسب‌تر است.

 

محاسبه توان عملیاتی

این ماشین دارای سیکل کار نیست و تولید آن پیوسته است. برای محاسبه توان عملیاتی این ماشین بر حسب تن در ساعت از رابطه زیر استفاده می‌شود:

P = He× n ×ω × Bc × BF × D_B

که که در آن پارامترهای جدید عبارتند از:

n: تعداد جام‌های روی چرخ و

ω: سرعت دوران چرخ بر حسب دور در دقیقه.

محاسبه Q از رابطه حذف شود تا D_B البته در مورد این ماشین معمولا توان عملیاتی حجمی محاسبه و بیان می‌شود (که باید فاکتور شود) توان عملیاتی حجمی اکسکاواتور چرخشی بسته به سایز ماشین، شرایط بارگیری و شرایط محیطی ممکن است بین ٣٠٠٠ تا ٢٠٠٠٠ متر مکعب در ساعت متغیر باشد. عمر اکسکاواتور چرخشی در کتاب هارتمن (Hartman 1992) برابر ٣٠٠٠٠ ساعت بیان شده است.

 

عوامل موثر در طراحی اکسکاواتور جام چرخشی

 ساختمان بیل چرخشی از مجموعه بسیار پیچیده‌ای تشکیل شده‌است که هر یک از این مجموعه‌ها در هر لحظه از عملکرد خاصی برخوردار است. به دلیل فراوانی این مجموعه امکان ارائه رابطه یا فرمول خاصی که بیان‌گر عملکرد این مجموعه‌ها باشد دشوار می‌باشد و به همین دلیل در طراحی ماشین به منظور استخراج ماده معدنی به دو عامل بیش از سایر عوامل دیگر توجه می‌شود. این دو عامل عبارتند از خاصیت حفر ناپذیری خاک‌ها یا مقاومت خاک‌ها در مقابل نفوذ ماشین و دیگری قدرت مورد نیاز ماشین است. ماشین بیل چرخشی ایده‌آل‌ترین ماشین برای استخراج مواد نرم است. بدین علت حفر ناپذیری خاک حساس‌ترین پارامتری است که در عملکرد ماشین تأثیر خواهد گذاشت. به طور کلی خاک‌ها را براساس آسانی برداشتشان به سه گروه زیر طبقه‌بندی می‌کنند:

• خاک‌هایی که امکان استخراجشان با بیل ماشین میسر است مثل ماسه، گراول و سیلت  
• خاک‌هایی که قبل از آن که استخراجشان میسر شود باید به کمک بیل یا جام ماشین شل شوند. مثل لایه‌های رسی
• موادی که استخراجشان به کمک انفجار امکان‌پذیر خواهد بود مثل ماسه سنگ و شیل‌های سخت.

تقسیم‌بندی مواد بر حسب موارد فوق، کلی است و برای طراحان ماشین چرخشی نمی‌تواند مفید واقع گردد به همین جهت خاک‌ها را براساس حفرپذیری تقسیم بندی کرده‌اند. متأسفانه در این روش یک تقسیم‌بندی مشترک و یکسان وجود ندارد، بعضی از روش‌ها که براساس حفر پذیری توسعه داده شده‌اند عبارتند از:

• میزان حفر پذیری خاک براساس مقدار نیروی لازم جهت نفوذ در یک واحد از طول خاک اندازه‌گیری می‌شود. بر حسب کیلوگرم نیرو بر سانتی متر خاک.
• میزان حفرپذیری خاک براساس میزان نیروی لازم جهت نفوذ در یک واحد از سطح خاک اندازه‌گیری شود. بر حسب کیلوگرم نیرو بر سانتی‌متر مربع خاک
• میزان حفرپذیری خاک براساس میزان نیروی لازم جهت نفوذ در یک واحد از حجم خاک اندازه‌گیری می‌شود برحسب کیلوگرم نیرو در سانتی‌متر مکعب خاک

در سال 1964 پروفسور N. G. Do mbrowsky در پراگ براساس نیروی حفرپذیری در واحد سطح از خاک خاک‌ها را به گروه تقسیم‌بندی کرده است:

• خاک‌های نرم و سبک که نیروی لازمه جهت حفر یا نفوذ در آنها بین 8/1 تا 5/2 کیلوگرم در سانتی‌متر مربع متغیر است.
• خاک‌های نیمه سخت که نیروی لازمه جهت حفر یا نفوذ در آنها بین 3 تا 5/6 کیلوگرم در سانتی‌متر مربع متغیر است.
• خاک‌های سخت که نیروی لازمه جهت حفر یا نفوذ در آنها بین 7 تا 18 کیلوگرم در سانتی‌متر مربع متغیر است.

از آن‌جایی که ماشین بیل چرخشی ابتدا توسط آلمانی‌ها توسعه داده شده است و در بیش از 150 معدن در این کشور از این نوع ماشین استفاده می‌شود و آن ها بررسی حفرپذیری خاک‌ها را براساس واحد نیرو در واحد طول خاک انجام داده‌اند لذا تقسیم‌ بندی آن ها متداول است. در زیر تقسیم‌ بندی پروفسور N. G. Do mbrowsky براساس قابلیت حفرپذیری بر حسب کیلوگرم در سانتی‌متر آورده شده است:

• خاک‌های نرم و سبک که نیروی حفر پذیری آنها تا 20 کیلوگرم در سانتی‌متر در تغییر است مثل ماسه و گراول
• خاک‌های نیمه سخت که نیروی حفرپذیری آنها بین 30 تا 40 کیلوگرم در سانتی‌متر در تغییر است مثل مواد کاملاً فشرده شده و رس‌های پلاستیکی.

 

ظرفیت تولید اکسکاواتور بیل چرخشی از نظر تئوریک

 میزان تولید اکسکاواتور بیل چرخشی به ظرفیت جام و تعداد تخلیه در ثانیه بستگی دارد. که در آن Qt میزان تولید بر حسب متر مکعب در ساعت، C ظرفیت اسمی صندوقه‌ها، Ns تعداد صندوقه‌هایی که در ثانیه تخلیه می‌شود. اما ظرفیت فوق فقط در صورتی استحصال می شود که ضریب پرشوندگی جام‌ها 1 باشد لذا بهتر است فرمول فوق در ضریب پرشوندگی ضرب شود تا ظرفیت واقعی تولید بدست آید.

Qt = C. Ff. Ns. 3600

 اما برای محاسبه Ns از فرمول زیر می‌توان بهره برد: که در آن V سرعت برش چرخ بر حسب متر بر ثانیه، NB تعداد صندوقه‌ها بر روی چرخ و d قطر چرخ بر حسب متر است. سرعت دوران چرخ با توجه به توانایی چرخ برای تخلیه صندوقه‌ها و غلبه بر نیروی گریز از مرکز محدود می‌شود. به طور تئوری ماکزیمم سرعت دوران باید به اندازه‌ای باشد که تخلیه صندوقه امکان‌پذیر باشد. از نظر ریاضی:که در آن M جرم مواد موجود در صندوقه R. (kg) شعاع چرخ g,(m) شتاب جاذبه است. از لذا: با توجه به شکل چرخ جام دار که ماکزیمم سرعت چرخ نمی‌تواند از 5 متر در ثانیه تجاور کند، لذا عملاً سرعت چرخ (V) بین 0.4 تا 0.6 برابر ماکزیمم سرعت چرخ می‌باشد. انتخاب سرعت دوران چرخ عمدتاً بستگی به نوع موادی دارد که باید حفر شوند.

اگرچه ممکن است برای حفر مواد سخت سرعت دوران بیشتری به کار رود ولی در این حالت ماکزیمم بازدهی بدست نخواهد آمد. در ماشینی با بازده مشخص با دو برابر کردن سرعت دوران چرخ، میزان موادی که توسط هر صندوقه حفر می‌شود نصف خواهد شد، بنابراین کارآیی حفر ماشین کاهش خواهد یافت. رابطه بین قابلیت حفر و ظرفیت اکسکاواتور در ساعت به صورت رابطه زیر بیان می‌شود. که در آنQ1 و Q2 ظرفیت اکسکاواتور در ساعت در خاک‌هایی با مقاومت حفر F1 و F2 می‌باشد. مثال:یک دستگاه اکسکاواتور بیل چرخشی دارای 10 صندوقه به ظرفیت اسمی 2.5 متر مکعب است.

چرخ دارای قطر 15 متر و سرعت برش 0.4 متر بر ثانیه است. برای حفر موادی با مقاومت حفر kg/cm 25، ظرفیت تولید ماشین m3/h 500 است، در صورتی که سرعت چرخ تغییر نکند، ضریب پرشدن صندوقه چقدر خواهد بود، در صورتی که حفر در مواردی با مقاومت حفر kg45 انجام شود؟ حل:برای حالت اول حفر در مواردی با مقاومت حفر 25 صورت می‌گیرد مقدار Ff برابر است با: که نتیجه می‌گیریم هرچه نیروی لازم برای حفر کمتر شود ضریب پرشوندگی افزایش می‌یابد و عکس آن نیز صادق است.

 

قدرت مورد نیاز اکسکاواتور بیل چرخشی

با توجه به نیروی حفر پذیری لازم قدرت مورد نیاز ماشین را می‌توان محاسبه کرد. در سال 1964، راسپر [Rasper] فرمول خاصی جهت قدرت مورد نیاز ارائه کرده است که تاکنون رایج‌ترین رابطه محسوب می‌شود. که در آن P قدرت مورد نیاز ماشین بر حسب کیلو وات، F نیروی مخصوص کندن یا حفر بر حسب نیوتن بر متر، Q میزان تولید مورد نیاز بر حسب متر مکعب در ساعت، N تعداد جام‌های تخلیه شده در ساعت، R شعاع چرخ بر حسب متر، e راندمان ماشین و C عدد ثابتی است که نسبت ارتفاع پله (h) یا ارتفاع سینه کار به قطر چرخ (d) بستگی دارد که برای نسبت عدد ثابت 171 می‌باشد.

در زیر دو مقاله بسیار عالی در مورد محاسبات مرتبط با اکسکاواتور بیل چرخشی برای دانلود قرار دادیم حتما مطالعه کنید.

دانلود مقاله شماره 1 – دانلود مقاله شماره 2

 

شرکت‌های سازنده

یکی از شرکت‌های مهم تولید کننده اکسکاواتور چرخشی شرکت TAKRAF است ولی شرکت‌هایی چون O&K نیز در تولید این ماشین فعالیت دارند.

 

مزایای اکسکاواتورهای بیل چرخشی

1. با توجه به میزان تولید در قیاس با شاول‌ و دراگ لاین از جثه کوچکتری برخوردار است.
2. ماشین به طور پیوسته کار می‌کند (تولید بالا و پیوسته)
3. قدرت لحظه ای مورد نیاز جهت بارگیری و حمل کم می‌باشد.
4. از شعاع تخلیه زیاد برخوردار است و به گونه ای طراحی شده است که از بالا و پایین افق فعال معدن می‌توان بارگیری کند.
5. می‌تواند مواد کنده شده از سینه کار را به داخل تراک، نوار نقاله یا واگن‌های قطار تخلیه کند. (فاصله دسترسی و فاصله دمپ زیاد)
6. می‌تواند به طور مؤثری از ارتفاع‌های متفاوت باطله برداری کند.
7. به دلیل ضربه‌های متوالی که به زغال وارد می‌کند می‌تواند آنها را به قطعات نسبتاً مناسب از نظر اندازه خرد کند به نحوی که برای کانه‌آرایی بیش از یک بار دیگر به کاهش اندازه نیاز نباشد.
8. فشار کمی به سطح زمین وارد می‌کند، این فشار به طور معمول بین 11 تا 20 PSI می‌باشند.
9. امکان استخراج انتخابی وجود دارد
10. ایمنی بالا

 

معایب اکسکاواتورهای بیل چرخشی

1. عدم امکان استخراج سنگ‌های سخت (و در بسیاری موارد سنگ‌های آتشباری شده).
2. ماشین بسیار پیچیده است و همین دلیل ضریب دسترسی به آن کوچک است.
3. به دلیل تحرک کم از انعطاف‌پذیری کم برخوردار است.
4. مواد با اندازه درشت را نمی‌تواند حمل کند.
5. قیمت اولیه ماشین و هزینه تعمیر با توجه به تولید زیاد اند و به تیم تعمیر کار زیاد دارد.
6. قیمت اولیه ماشین و هزینه تعمیر و قطر چرخ به گونه‌ای است که در استخراج زغال از بخش تحتانی ماشین با مشکل مواجه می‌باشد به همین دلیل توصیه آن است که ماشین بیل چرخشی برای استخراج زغال سنگ‌های ضخیم مورد استفاده قرار گیرد. ضخامت زغال سنگ حداقل باید 0.7 برابر قطر چرخ باشد.
7. در موارد زیادی ماشین‌آلات متعددی نیاز است تا ماشین بتواند زغال سنگ‌های ضخیم را استخراج کند.

 

بزرگترین اکسکاواتور بیل چرخشی جهان

Big Digger Bagger در حال حاضر بزرگترین بیل مکانیکی چرخشی حفاری در جهان می‌باشد که توانایی جابه‌جا کردن ۲۴۰۰۰۰ متر مکعب ماده در هر ۲۴ ساعت (۱۰۰۰۰متر مکعب در ساعت) را دارد. هر کدام از ۱۸ بیل آن 6.6 متر مکعب گنجایش دارند و این بیل‌ها به راحتی می‌توانند در هر روز پنج زمین فوتبال را به عمق ۵۰ فوت را حفر نمایند.

بخش شاسی اصلی ۴۶ متر پهنا دارد و بر سه ردیف از زنجیر که هر ردیف شامل ۴ زنجیر است تکیه دارد هر زنجیر 3.8 متر پهنا دارد. شعاع چرخش این ماشین ۱۰۰ متر است. این ماشین همچنین بزرگترین ماشین زنجیری در جهان است که با نیروی خودش رانده می‌شود.

یک راه رفت و برگشت مخصوص به منظور حرکت این ماشین در حومه شهر (فرانکفورت – آلمان) ایجاد شده است برای این ماشین حرکت کردن در یک خیابان حتی یک اتوبان ۱۰ بانده غیر ممکن است. برای عبور این ماشین 7.7 میلیون یورو بودجه گذاشته‌اند. بیل‌های بزرگ این ماشین بزرگترین وسیله حفاری در جهان هستند.

عمق حفر ۱۰۰ متر است وزن این خاکبردار ۱۳۵۰۰ تن است سرعت آن فقط نیم کیلومتر بر ساعت است دو موتور قوی الکتریکی قدرت ۲۲۵۰۰ اسب بخار به این وسیله می‌دهند، و به این دلیل قوی‌ترین حفار با قدرت حرکت بر روی خودش است.