Mini-disk keskili bomlu kazı makinelerinin stabilite analizi

Günümüzde her yıl madencilik ve inşaat amaçlı yüzlerce kilometre galeri ve tünel açılmaktadır. Şehirleşmenin de artmasıyla altyapıya yönelik tünellere olan talep artmıştır. Bu tüneller hızlı ve güvenli şekilde açılmalıdır. Madencilikte ise çevre kısıtlamaları ve madencilik alanlarının kentsel bölgelerin içine girmesiyle yeraltı üretimine eğilim artmıştır. Yeraltı üretim faaliyetlerinin ekonomik ve hızlı olabilmesi için hazırlık işlerinin mümkün olduğunca kısa sürede tamamlanması gerekmektedir. Bu yüzden mekanize kazı yöntemleri daha fazla seçilir hale gelmiştir. Mekanize kazı araçlarından biri olan bomlu kazı makinaları, ilk yatırım maliyetlerinin düşük olması, mobilizasyon kolaylığı ve kullanım esnekliklerinden dolayı sıkça tercih edilen mekanize kazı makinalarından biridir. Ancak bu makinalar sert ve aşındırıcı kayaçlarda keskilerin hızlı aşınması ve makinaya etkiyen kuvvetlerin büyüklüğü nedeniyle kullanılamamaktadır. Bomlu kazı makinalarının sert ve aşındırıcı kayaçlarda kesebilmesi için güçleri arttırılmakta ancak bu durum makinanın boyutlarını ve ağırlığını arttırmasından dolayı mobilizasyon ve kullanım esneklikleri gibi özelliklerini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu sebeble bomlu kazı makinalarının sert ve aşındırıcı kayaçlarda kesme verimliliklerini arttırmak üzere çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalar kesici kafalarda su jeti yerleştirilmesi, PDC gibi malzemelerin keskilerde kullanılması ve yeni keski tiplerinin bomlu kazı makinalarının kesici kafalarında kullanılması olarak özetlenebilir. Piyasada kullanılan bomlu kazı makinalarında genellikle kalem uçlu keskiler veya kama uçlu keskiler kullanılmaktadır. Disk keskilere çok büyük kuvvetler etki ettiği için bu tip keskiler bomlu kazı makinalarında kullanılamamaktadır. Bu nedenle bomlu kazı makinalarında mini-disk keskilerin kullanım olanakları araştırılmıştır. Ancak makinanın yapısında veya kesici kafasında yapılan değişiklikler, makinaya etki eden kuvvetleri değiştirmekte dolayısıyla makinanın stabilitesine etkisi de söz konusu olmaktadır. Stabilite etkisi ise makinanın kazı verimine ve çalışma güvenliğine etki eden önemli bir faktör olması nedeniyle tasarlanan kesici kafaların ve makinaların stabilite analizlerinin iyi yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada, yukarıda belirtilen husus doğrultusunda, sert ve aşındırıcı kayaç yapısında çalışması için tasarlanan mini-disk keskili kesici kafaların stabilite analizlerinin yapılması amaçlanmıştır. Çalışmada öncelikle, mekanize kazı sistemleri tanıtılmış, sınıflandırılmış ve bu sistemlerde kullanılan makinalar açıklanmıştır. Mekanize kazı sistemlerinde kullanılan bomlu kazı makinalarının genel özellikleri, yapısı ve tiplerinden bahsedilmiştir. Özellikle bu makinalarda kullanılan keski tipleri açıklanmış bu keski tiplerine bağlı kesme teorileri verilmiştir. Makinanın kinematik ve dinamik özelliklerine de yer verilerek makinaya etki eden kuvvetler irdelenmiştir. Bomlu kazı makinalarının kesici kafa tipine göre sınıflandırılması yapılmıştır. Buna ek olarak bomlu kazı makinalarının seçimine etki eden kriterler de incelenerek burada bu seçim kriterlerinden biri olan stabilite faktörü açıklanmıştır. Bomlu kazı makinalarında uygulanan son gelişmeler ayrı bir başlık altında belirtilmiştir. Ardından bomlu kazı makinaları için stabilite analizi yöntemi anlatılmış. Stabilite analizleri, ilk önce kesici kafaların konumlandırılmasına göre kesici kafanın dönme ekseni bom eksenine paralel (BEP) ve kesici kafanın ekseni bom eksenine dik (BED) olmak üzere iki sınıfa ayrılmış ardından bu makinların kesme modlarına göre 4 ayrı stabilite analiz yöntemi belirtilmiştir. Sonra da bu analiz yöntemleri C++ bilgisayar programlama dilinde, bütün kazı arınını ya da arındaki belli bir noktadaki stabilite değerini verebilen program kullanılarak uygulanmıştır.. Sonrasında mini-disk keski teknolojisinin uygulandığı Colorado School of Mines Earth Mechanics Institute (EMI) ve Voest Alpine tarafından tasarlanan kesici kafaların kaynaşmış tüfitteki kesme testleri anlatılmıştır. Stabilite analiz program kullanılarak, tasarlanan ve üretilen üç adet mini-disk keskili kesici kafanın ve AM 105 BED tipi bomlu kazı makinasında pratikte kullanılan kalem uçlu kesici kafanın stabilite analizi yapılmıştır. Elde edilen analizler ışığında kesme konumuna ve kesici kafa tipine göre tasarlanan kesici kafalar birbirleriyle kıyaslanmış ve tasarlanan kesici kafaların stabilite açısından sorunlu olduğu bölgeler belirtilmiştir. Çalışma sonucunda kesici kafaların sadece kesme testleri ile verimliliğinin ölçülemeyeceği, makina verimliliğinin iyi bir şekilde tespiti için makinanın boyut parametreleri dikkate alınarak stabilite analizinin de yapılması gerektiği ortaya konulmuştur.