CC BY
115
ГОРНЫЕ МАШИНЫ И КОМПЛЕКСЫ
УДК 622.23.055.52 Ю.Е. Воронов, А.В. Буянкин ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
В настоящее время для оценки и сравнения горных машин различного назначения широкое применение получила методика безэкспертной оценки качества [1]. Методика, основываясь на фундаментальных принципах квалиметрии, позволяет количественно оценивать технический уровень и качество функционально однородных машин разных типов, типоразмеров и конструктивных исполнений на основе функционального критерия, определяющего ее основное назначение. Такие функциональные критерии уже разработаны для экскаваторов, механизированных крепей, добычных комбайнов, бурового оборудования для подземных и открытых горных работ. Для карьерных автосамосвалов таких разработок нет.
Поскольку качество автосамосвала может проявиться только в процессе выполнения им своей функции в соответствии с назначением - при транспортировании горной массы (вскрышных пород или полезного ископаемого), имеющей определенные физико-
механические свойства, - автосамосвал нельзя рассматривать в отрыве от перевозимой им горной массы. При этом необходимо учитывать и особенности автосамосвала как транспортирующей машины.
Особенностью транспортирующих машин является то, что они непосредственно не воздействуют на перевозимый груз (с точки зрения перевода его в другое состояние, что характерно, например, для породораз-
рушающих и выемочных машин
- угольных комбайнов, экскаваторов, буровых станков), выполняя только функцию перемещения груза в пространстве, но взаимодействуют дополнительно с опорной поверхностью (дорогой).
Основной целью оценки качества взаимодействия автосамосвалов с транспортируемой горной массой и дорогой, как элементов общей системы транспортирования, является
установление того, насколько эффективно каждый из них выполняет свою функцию в конкретных условиях. Для такой оценки необходимо иметь функциональный критерий взаимодействия элементов системы «автосамосвал - горная масса - дорога» с учетом ограничений, накладываемых окружающей средой.
С точки зрения взаимодействия основным назначением автосамосвала является обеспечение высокой производительности перевозок, основным свойством горной массы и дороги - способность сопротивляться перемещению автомобиля. Окружающая среда при этом ограничивает максимально эффективное использование автосамосвала. Параметром автосамосвала, в наибольшей степени определяющим эффективность транспортирования горной массы, является его производительность; в качестве главного параметра горной массы и дороги, в наибольшей степени характеризующего их способность сопротивляться транспортированию, может быть названа
удельная энергия транспортирования.
Произведение указанных главных параметров для автосамосвала, горной массы и дороги и составит функциональный критерий оценки качества карьерных автосамосвалов:
X = Ж П, (1)
где П - производительность автосамосвала; Ж - удельная энергия транспортирования горной массы.
Удельная энергия транспортирования представляет собой минимально необходимые затраты энергии на перемещение 1 т горной массы по дороге данного профиля протяженностью 1 км, должна полностью определяться физико-
механическими свойствами транспортируемой горной массы, характеристиками опорной поверхности (дороги) и ее реакцией на воздействие автосамосвала и не зависеть от его типа, модели и конструктивного исполнения. Поэтому при сравнении между собой автосамосвалов с различной областью применения (рудовозы, углевозы), удельная энергия транспортирования будет играть роль масштабного фактора, который ставит в один ряд все автосамосвалы, позволяя сравнивать их технический уровень и качество.
Удельную энергию транспортирования горной массы можно определить из следующих соображений. В общем случае работа, необходимая для перемещения горной массы определенного веса и объема по дороге данного профиля и со-
стояния на определенное расстояние, будет равна разности работ, затрачиваемых автосамосвалом на движение с грузом и на движение порожнего автомобиля. Эта работа совершается за счет силы тяги автосамосвала и направлена на преодоление сил сопротивления движению. Сила тяги, которую может реализовать автомобиль, определяется характеристиками его двигателя и трансмиссии и не зависит от наличия или отсутствия в кузове груза. Сила сопротивления движению автосамосвала прямо зависит от его загрузки. Поэтому имеем:
А = (¥сгр - ¥с°р) Ь, (2)
где А - работа транспортирования горной массы, т . км; ¥сгр, ¥сп°р - сила общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала соответственно, т; Ь - расстояние перевозки, км.
Силы общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала можно определить по формулам:
РСР = Щгр (Оа + Огр); (3)
^ = Щп°р Оа, (4)
где Щгр, Щп°р - коэффициент общего дорожного сопротивления движению автосамосвала с грузом и без груза соответственно; Оа - собственный вес
автосамосвала, т; Огр - вес горной массы в кузове, т.
Вес горной массы в кузове зависит от его вместимости, плотности горной массы, степени ее разрыхления и по величине может быть меньше, нежели номинальная грузоподъемность автосамосвала. Однако при
оценке технического уровня, характеризующего техническое совершенство автосамосвала, а не качество его эксплуатации, в расчетах в качестве Огр следует принимать номинальную грузоподъемность автосамосвала, записанную в его технической характеристике.
Коэффициент общего дорожного сопротивления в об-
щем случае может быть определен по формуле:
/ = fc Cos а ± Sin а, (5) где fc - коэффициент сопротивления качению автомобиля по дороге; а - угол подъема (спуска) трассы.
Если угол подъема (спуска) трассы выразить через уклон i, получим:
/ = fc ±i . (6) 4l + i2
В выражениях (5) и (6) знак «+» свидетельствует о движении на подъем, знак «-» - на спуск. Для большинства карьеров движение на подъем характерно для груженого автосамосвала, под уклон - для порожнего. Обратная ситуация имеет место лишь для нагорных карьеров.
Подставляя выражение (6) в зависимость (2) с учетом (3) и (4), после преобразований получим:
А = -GrpL= [fc + i(2km +1)],
Jl+i2
(7)
где km = Ga / Огр - коэффициент тары автосамосвала, характеризующий соотношение собственного веса автосамосвала и его грузоподъемности.
Для того, чтобы определить удельную энергию перемещения груза, полученное выражение необходимо отнести к величине ОгрЬ, характеризующей транспортную работу автосамосвала без учета влияния на него окружающей среды (дорожных условий, профиля трассы).
W = fc +i( 2km +1) (8) ' .
Из формулы (8) видно, что удельная энергия транспортирования зависит только от вида, профиля и состояния дороги (fc, i) и соотношения собственного веса автосамосвала Ga и его грузоподъемности Огр, характеризующих реакцию дороги на воздействие автосамосвала.
В случае, когда уклон трассы отсутствует (i = 0), удельная
энергия транспортирования становится численно равной коэффициенту сопротивления качению автосамосвала, то есть
Ж = /с. (9)
В зависимости от того, какая производительность будет использована в формуле (1), полученный функциональный критерий может быть использован для оценки технического уровня автосамосвалов или уровня качества их эксплуатации.
Для сравнения существующих автосамосвалов между собой и при проектировании новой техники при расчете функционального критерия (1) следует использовать формулу для определения расчетно-
теоретической производительности.
Производительность автосамосвала можно определить по формуле:
Пт Огр Уср.т-, (10)
где Усрт - среднетехническая скорость движения автосамосвала по маршруту, км/ч.
Скорость движения автосамосвала является основным регулируемым параметром его работы, определяющим производительность, топливную экономичность, долговечность (износ шин, узлов, агрегатов). Рациональная скорость движения - это такая скорость, при которой обеспечивается максимально возможная в данных условиях производительность. А это осуществимо лишь при наибольшей скорости автосамосвала при условии соблюдения правил безопасности [2].
Маршрут движения автосамосвала можно укрупненно разбить на четыре участка:
- движение груженого автомобиля из карьера глубиной Н вверх по уклону Г;
- движение груженого автосамосвала по горизонтальному участку (от карьера до отвала или склада) протяженностью Ьг;
- движение порожнего автосамосвала по горизонтальному участку от отвала (склада) до
карьера (расстояние Ьг);
- движение порожнего автосамосвала в карьер вниз по уклону Г на глубину Н.
Естественно, скорости движения на всех участках маршрута будут различными. Поскольку нас интересуют максимально возможные скорости движения автосамосвала на каждом из участков маршрута, то их мы и будем определять, имея в виду, что рассчитанные таким образом скорости не могут быть выше максимальной скорости автосамосвала, заложенной при его проектировании и записанной в его технической характеристике, то есть
— Утах. (11)
Тогда среднетехническая скорость автосамосвала согласно [2] может быть определена как:
2(Ьг + НлЦ+Т2)
уср.т
[Ьг (Угр-г+Уп°р.г)+
Угр.гУп°р.г
н4 1 + Г-2 (^рн
п°р.н
-)],
Угр.нУп°р.н
(12)
где Угр.н , Угр.г - максимальные скорости движения груженого автосамосвала на наклонном и горизонтальном участках маршрута соответственно, км/ч;
- то же, для по-
п°р.н >
п°р. г
рожнего автосамосвала, км/ч.
Скорости движения будем определять из уравнения тягового баланса:
¥т >¥с, (13)
где ¥т - тяговое усилие, реализуемое в месте контакта ведущих колес с дорогой, т; ¥с -сила сопротивления движению, т.
При этом считаем, что сила сцепления колес с дорогой достаточна для того, чтобы данное тяговое усилие было реализовано.
Тяговое усилие ¥т при полном использовании мощности двигателя автомобиля определится по известной формуле
[3]:
¥т = 0,028^, (14)
где Ыдв - мощность двигателя автосамосвала, кВт; V - скорость движения, км/ч.
Сила сопротивления движению груженого автосамосвала на наклонном участке (из карьера вверх по уклону) в соответствии с (3) и (6) составляет:
0,056Ыдв
Ргрм =
.н = /с +Г
л/1+Г2
(Оа + Огр ),
(15)
а порожнего (в карьер вниз по уклону) -
¥п°р н = {с -1 Оа. (16) л/1 + Г2
Соответственно, силы сопротивления движению на горизонтальном участке:
- для груженого автосамосвала:
¥сгрг = Л(Оа + Огр); (17)
- для порожнего автосамосвала:
¥сп°рг = /с Оа. (18)
Подставляя выражения (1518) и (14) в (13) и решая их относительно скоростей, получим следующие зависимости.
Для движения груженого автосамосвала:
- на горизонтальном участке:
г — 0’028Ндв—, (19)
ггр.г
- на наклонном участке:
0,028 ^л/1 + Г2 (20)
Угр ——----------^---------.(20)
грн (/с + Г)(Оа + Огр )
Для порожнего автомобиля:
- на горизонтальном участ-
ке:
Уп°р .г —
0,028 Nдв . (21)
/сОа ’
- на наклонном участке:
у — 0,02^дв^1 + г2 (22) п°рН — (/с - Г)Оа .
Если ограничения (11) отсутствуют, то подстановка (1922) в (12) даст следующее выражение для среднетехнической скорости автосамосвала на маршруте:
уср.т
О
гр
(Ьг + Н^1 + Г2 )
/с(2к т +1)( Н + ГЬг ) + ГН’
(23)
и для производительности автосамосвала:
Пт =
0,056Nдв (I
(Ьг + Нл11 + Г2 )
ГН + /с(2кт + 1)(ГЬг + Н)
(24)
Так как сравнение технического уровня автосамосвалов должно осуществляться при одинаковых условиях (Ьг, Н, Г, /с) [1], то, принимая для простоты Ьг = 0, получим:
п = 0,056Nдв^11 +(25)
т Г + /с(2кт +1).
Подставив это выражение и выражение для удельной энергии транспортирования (8) в формулу (1), получим зависимость для определения функционального критерия оценки технического уровня карьерных автосамосвалов (кВт):
х=005™дв /жМ.
(26)
Как видно из выражения (26), значение функционального критерия для карьерных автосамосвалов при прочих равных условиях (/ , Г) полностью определяется мощностью первичного двигателя автосамосвала Nдв и соотношением собственного веса автомобиля и его грузоподъемности (кт = Оа / Огр).
Обозначив в (26) соотношение /с / Г как коэффициент весомости элементов дорожного сопротивления кс , получим
выражение:
кс + (2кт + 1)
в 1 + кс(2кт + 1)
(27)
которое свидетельствует о том, что функциональный критерий X зависит не от коэффициентов сопротивления качению автосамосвала /с и уклона Г в от-
X = 0,056Nдt
х
дельности, а от их соотношения
/с / Г (Г //с).
Из выражения (26) следует также, что при нулевом уклоне (Г = 0) функциональный критерий становится равным
X = 0,0561^дв , (28)
2кт +1 и, следовательно, зависит только от мощности двигателя ав-
томобиля ^в и коэффициента тары кт и не зависит от дорожных условий /с.
Функциональный критерий в виде (26) или (27) позволяет количественно оценить выполнение автосамосвалом своей функции и может быть использован при комплексной оценке технического уровня карьерных
автосамосвалов. Функциональный критерий в виде (28), поскольку он не учитывает уклонов трассы, характерных для работы карьерного автотранспорта, может быть использован для оценки технического уровня грузового автотранспорта общего пользования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. С°л°дГ.И. О квалиметрии. - М.: МГИ, 1991. - 94 с.
2. Казарез А.Н., Кулеш°в А.А. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. - М.: Недра, 1988. - 264 с.
3. Литвин°в А.С., Фар°бин Н.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.
УДК 622.23.055.52
Ю.Е. Воронов, А.В. Буянкин ОБОСНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
В последние годы для оценки качества горных машин широкое распространение получила методика безэкспертной оценки на основе функционального критерия [1]. Эта методика использована для оценки качества экскаваторов, шахтных транспортных и выемочных машин, гидравлических крепей, бурового оборудования для подземных и открытых работ. Интерпретации методики на карьерные автосамосвалы до настоящего времени не произведено.
Одним из важнейших этапов методики является обоснование необходимой и достаточной номенклатуры показателей качества. Именно в этом вопросе наблюдается наибольший разнобой в подходах, эмпиризм, что приводит, в конечном счете, к искаженным оценкам.
Номенклатура показателей, характеризующих качество эксплуатации карьерных автосамосвалов, должна устанавливаться, прежде всего, в зависимости от выбранного критерия.
Функциональный критерий,
в соответствии с [1], характеризует эффективность выполнения автосамосвалами своих функций в конкретных условиях эксплуатации. Система техникоэксплуатационных показателей, рекомендуемая для оценки уровня использования автосамосвалов и результатов их работы, а также для целей планирования, включает количественные (интенсивного использования) и качественные (экстенсивного использования) показатели [2].
К показателям интенсивного использования, характеризующими транспортную работу по перемещению горной массы, относят следующие.
1. Инвентарное (среднесписочное) число автомобилей Асп. Среднесписочное число автомобилей составляют технически исправные автомобили, готовые к эксплуатации, автомобили, находящиеся в техническом обслуживании и ремонте, и автомобили, предназначенные к списанию.
Среднесписочное количество автомобилей в конкретном
автохозяйстве определяется за определенный период (месяц, год) с учетом поступления в течение этого периода новых автомобилей и исключения из списочного парка автомобилей по разным причинам.
2. Количество автомобиле-дней пребывания в автохозяйстве АДк за определенный период определяется среднесписочным числом автомобилей (показатель 1) и продолжительностью рассматриваемого периода.
3. Количество автомобиле-дней пребывания в работе АДэ представляяет собой количество автомобиле-дней пребывания а автохозяйстве (показатель 2) за вычетом автомобиле-дней простоя (выходные и праздничные дня, периоды бездорожья во время снежных заносов и осенне-весенней распутицы и др.).
4. Количество автомобиле-
тонно-дней пребывания в автохозяйстве АТДк зависит от
количества автомобиле-дней
пребывания в автохозяйстве (показатель 2) и средней грузоподъемности среднесписочного
