□ Авторы статьи:
Фурман Андрей Сергеевич
- старший преподаватель кафедры эксплуатации автомобилей
Ашихмин. Виталий Е.вгеньевич
- ассистент кафедры эксплуатации автомобилей
УДК 622.23.055.52
Ю.Е. Воронов, С.В. Басманов
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
В настоящее время для оценки и сравнения горных машин различного назначения широкое применение получила методика безэкспертной оценки качества [1]. Основываясь на фундаментальных принципах квалиметрии, она 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 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 породоразрушающих и выемочных машин, экскаваторов, буровых
станков), выполняя лишь функцию перемещения груза, но взаимодействуют 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 необходим функцио-
нальный критерий взаимодействия элементов системы «автосамосвал - горная масса - дорога».
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:
2 = Ш П, (1)
где П - производительность автосамосвала; Ш - 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 все автосамосвалы в один ряд.
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 состояния 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, определя-
130
Ю.Е. Воронов, С.В. Басманов
ется характеристиками его двигателя и трансмиссии и не зависит от наличия в кузове груза. Сила сопротивления движению автосамосвала прямо зависит от его загрузки. Поэтому имеем:
А = (F!v - FD L, (2)
где А - работа транспортирования горной массы, МДж; Fcrp, Fcnop - сила общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала соответственно, кН; L -расстояние перевозки, км.
Силы общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала:
Fcrp = Угр g(ma + тгр); (3)
Fcnop = Упор g ma, (4)
где угр, упор - коэффициенты общего дорожного сопротивления движению автосамосвала с грузом и без груза соответственно; та - собственная масса автосамосвала, т; тр - масса горной массы в кузове, т.
Масса 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 совершенства автосамосвала, а не качества его эксплуатации, в расчетах в качестве тгр следует принимать номинальную грузоподъемность автосамосвала,
записанную в его технической характеристике.
Коэффициент общего дорожного сопротивления в общем случае может быть определен по формуле:
у= fc Cos a±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:
У= fc ± i (6) л/Г+Т2'
В выражениях (5) и (6) знак «+» свидетельствует о движении на подъем, знак «-» - на спуск. Для большинства карье-
ров движение на подъем характерно для груженого автосамосвала, под уклон - для порожнего.
Подставляя выражение (6) в зависимость (2) с учетом (3) и (4), после преобразований получим:
А = -Г= [/о + 1(2кт +1)], (7)
VI +72
где кт = та / тгр - коэффициент тары автосамосвала, характеризующий соотношение собственного массы автосамосвала и его грузоподъемности.
Для того чтобы определить удельную энергию перемещения груза, полученное выражение необходимо отнести к величине тгрЬ, характеризующей фактически транспортную работу автосамосвала без учета влияния на него окружающей среды (дорожных условий, профиля трассы) (МДж / т ' км).
Е/о + 1(2кт + 1)]
W = ■
(8)
л/7+7
Из (8) видно, что удельная энергия транспортирования зависит только от вида, профиля и состояния дороги (/0, 7) и соотношения собственной массы автосамосвала та и его грузоподъемности тгр, характери-
зующих реакцию дороги на воздействие автосамосвала.
При отсутствии уклона
трассы (7 = 0) (8) примет вид:
Ш = Е /о. (9)
В зависимости от того, какую производительность использовать в (1), полученный критерий можно использовать для оценки технического уровня автосамосвалов или уровня качества их эксплуатации.
Для сравнения существующих автосамосвалов между собой и при проектировании новой техники при расчете (1) следует брать формулу для определения расчетно-теоретической производительности.
Производительность автосамосвала можно определить по формуле (т . км / ч):
Пт
тгр ■ V,
гр у ср.т5
(10)
свала 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 7;
- 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 7 на глубину Н.
Естественно, скорости движения на всех участках маршрута различны. Поскольку нас интересуют максимально возможные скорости движения автосамосвала на каждом из участков маршрута, то их мы и будем определять, имея в виду, что рассчитанные скорости не могут быть выше максимальной скорости автосамосвала, заложенной при его проектировании и записанной в его технической характеристике, то есть
Уг < Утах- (11)
Тогда среднетехническая скорость автосамосвала [2]
Уср.т = 2(Ьг + Н7 +7 )х
гт /Угр.г + Упор.г , х [1г(^------—) +
(12)
Vгp.г 'Vпор.г
Ял/ 1 + i-2(
где vc^m - среднетехническая скорость движения автосамо-
Vгp.н ' Vnop.н
)],
где Vгp.н , Угр.г - максимальные скорости движения груженого
автосамосвала на наклонном и горизонтальном участках маршрута соответственно, км/ч; Упор.н ,Упор.г - то же, для порожнего автосамосвала, км / ч.
Скорости движения будем определять из уравнения тягового баланса:
Рт >^с, (13)
где Рт - тяговое усилие, реализуемое в месте контакта ведущих колес с дорогой, кН; Рс
- сила сопротивления движению, кН.
При этом считаем, что сила сцепления колес с дорогой достаточна для реализации данного тягового усилия.
Тяговое усилие Рт при
полном использовании мощности двигателя автомобиля [3]:
Fm - 0,28
N
дв
(14)
где Ыда - 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:
н g(fc + i)
(ma + тгр), (15) а порожнего (вниз по уклону) -
Fпор.н = g(fc - О
F Г
та. (16)
л/Т+7
Соответственно, силы сопротивления движению на горизонтальном участке:
- для груженого автосамосвала:
= ё /е(ша + тгр); (17)
- для порожнего автосамосвала:
= ё /с та. (18)
Подставляя (15-18) и (14) в (13) и решая их относительно скоростей, получим следующие
зависимости.
Для движения груженого автосамосвала:
- на горизонтальном участке:
0,28N
угр.г -
дв
g • fc (та + тгр)
,(19)
на наклонном участке:
v , 028Nдв^ .(20)
гр'Н gfc + i)(ma + тгр )
Для порожнего автомобиля: на горизонтальном участке:
0,28Na ^ дв .
поРг g • fc • та
на наклонном участке:
0,28 • Nдв V1 + i2
; (21)
vn°p.H
.(22)
ё(/с - 7)та Если ограничения (11) отсутствуют, то подстановка (1922) в (12) даст выражение для среднетехнической скорости автосамосвала на маршруте: vср.т =
0,56Ыдв(1Ьг + Нл11 +12)
8[1с(2кт + 1)(Н + Иг ) + 7Н]та ’
(23)
и для производительности автосамосвала:
0,56М дв(^г + НV1 +12)
Пт = ё[Н + /с(2кт + 1)(иг + Н)].
(24)
Так как сравнение технического уровня автосамосвалов должно осуществляться при одинаковых условиях (Ьг, Н, ¡, /) [1], то, принимая для простоты Ьг = 0, получим:
0,56Ыд^ 1 +12
Пт -'
.(25)
g[i + М2кт +1)] Подставив (25) и (8) в (1), получим:
Л = 0,56Мд /с +[(2кт +1 .(26)
дв 7 + /с(2кт +1)
Как видно из (26), значение функционального критерия для карьерных автосамосвалов при прочих равных условиях /с , 7) полностью определяется мощностью первичного двигателя автосамосвала Ыдв и отношением собственной массы и грузоподъемности автомобиля.
Обозначив в (26) соотношение /с / 7 как коэффициент весомости элементов дорожного сопротивления кс , получим:
Л = 0,56Мд кс + (2кт +1 , (27)
дв 1 + кс(2кт +1)
которое свидетельствует о том, что функциональный критерий Л зависит не от коэффициентов сопротивления качению автосамосвала /с и уклона 7 в отдельности, а от их соотношения
/с / 7 (7 //с).
Из выражения (26) следует также, что при нулевом уклоне (7 = 0) функциональный критерий становится равным
0,56 ■ N.
Л =---------дв, (28)
2кт +1
т.е. зависит только от Nв 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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Солод Г.И.. О квалиметрии. - М.: МГИ, 1991. - 94 с.
2. Казарез А.Н., Кулешов А.А. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. - М.: Недра, 1988. - 264 с.
3. Литвинов А.С., Фаробин Н.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.
□ Авторы статьи:
Воронов Басманов
Юрий Евгеньевич Сергей Владимирович
- докт. техн. наук, проф., зав. каф. - ведущий инженер Управления технологиче-
«Автомобильные перевозки» ского транспорта ОАО УК
«Южный Кузбасс», г. Междуреченск.
v