CC BY
37
УДК 622.634:656.13 А.А. Кулешов
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ КАРЬЕРНОГО АВТОТРАНСПОРТА В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Семинар № 19
Рассмотрена структура системы карьерного автотранспорта, дифференцированные критерии её качества. Дан анализ современного уровня качества каждой из подсистем. Показаны методы и средства решения задач по качественному выполнению системой своих функций. Приведена схема диспетчеризации технологического автотранспорта на базе спутниковой связи-вРБ: система глобального позиционирования наблюдаемого объекта (автосамосвала)
Структурно система карьерного автотранспорта состоит из пяти подсистем: 1 - транспортные средства, 2 - транспортные коммуникации, 3 -погрузочно-приемные пункты, 4 - ремонтная база, 5 - средства управления (диспетчеризации) системой.
Дифференцированные критерии качества функционирования всей системы можно определить, как:
• обеспечение стабильного грузопотока во времени - Qф^) = Qpи) ± ЛQ,
где Qp($ - расчетный грузопоток,
т(м3)/ч; ЛQ - абсолютное значение допустимого отклонения грузопотока от расчетного;
• обеспечение безопасности работ при эксплуатации системы -у = пнс /1000 ч работы системы; здесь пнс - число несчастных случаев;
• обеспечение минимальных затрат на транспортирование горной массы и, соответственно, получение максимальной прибыли от функционирования системы - С3-^тт.
Представляется практически невозможным оценить качество функционирования системы одним, интегральным критерием.
Указанные дифференцированные критерии качества системы формируются на базе дифференцированных критериев качества функционирования каждой подсистемы.
Анализ работы крупных карьеров, таких предприятий, как АК «Алроса». ОАО «Апатит», ОАО «Карельский окатыш», ГРК «Ковдорский ГОК» и др., показывает, что, несмотря на достигнутые позитивные результаты в эксплуатации систем карьерного автотранспорта, в изменившихся за последние примерно 10 лет горно-технических и экономических условиях эти системы далеко не исчерпали имеющиеся резервы: по-прежнему велики издержки на поддержание транспортных средств в работоспособном состоянии, энергозатраты, велики их простои по организационным причинам. Эти недостатки особенно чувствительны для горных предприятий при современных рыночных отношениях в экономике.
Задачи Методы и средства
Обеспечение стабильного грузопотока Диспетчеризация с применением системы GPS
Техническая безопасность Совершенствование тормозных системы, рациональные транспортные схемы, высокое качество дорог
Экологическая безопасность Карьерные подъемники, нейтрализаторы ОГ
Надежность Совершенствование конструкции автосамосвалов
Управляемость Совершенствование системы управления и организации транспортным процессом
Увеличение ресурса звеньев системы Конструктивные мероприятия, совершенствование системы ТО и Р
Экономичность Все вышеперечисленное
Экономические показатели: себестоимость транспортирования, удельные приведенные затраты
Рис. 1. Структурная схема задач качества системы и средств их решения
Рассмотрим способы повышения качества функционирования подсистем, формирующих общую транспортную систему.
Подсистема транспортных средств. В последнее 10-летие эта подсистема претерпела наиболее существенные изменения. Разработан и реализован новый типоразмерный ряд карьерных автосамосвалов на основе рационального числа Я5 со знаменателем прогрессии в=1,6. Этот ряд:
30 45 55(65) 80 120
130 170 200-220 360 т
Кроме того, разработаны и изготовлены опытные образцы шарнирно-сочлененного автосамосвала грузоподъемностью 36 т, предназначенного в основном для карьеров по добыче строительных материалов, а также автосамосвала грузоподъемностью 160 т с гидромеханической трансмиссией. Эти две модели значительно
«обогащают» принятый типоразмерный ряд машин, расширяют возможности выбора оптимальной модели самосвала для конкретных горнотехнических условий.
Для карьеров строительных материалов относительно небольшой производительности ПО «Могилевский автозавод» (МоАЗ) разработал и серийно выпускает автосамосвал грузоподъемностью 22-25 т. Таким образом, существующая ныне гамма моделей карьерных самосвалов по грузоподъемности вполне достаточна для удовлетворения потребностей горнодобывающей промышленности.
В то же время потенциальные возможности этого типоразмерного ряда используются далеко не полностью из-за необеспеченности каждой модели самосвала сменными грузовыми платформами. До сих пор, в отличие от зарубежных фирм, выпускающих аналогичную технику, ПО «БелАЗ» оснащает все автосамосвалы только стандартными грузовыми платформами, вместимость которых рассчитана на плотность пород в целике у =1,75 т/м3. В то же время диапазон значений плотности перевозимых горных пород находится в пределах 1,3-3,5 т/м3 в целике. Поэтому, несомненно, одной из важнейших задач автомобилестроителей является оснащение каждой модели автосамосвала 3-4-мя сменными грузовыми платформами для пород плотностью 1,3-1,5; 1,6-1,75; 2,0-2,8; 3,0-3,5 т/м3. Вопрос этот не нов и обсуждается уже более 30 лет. Отсутствие сменных грузовых платформ приводит, с одной стороны, к массовому недоиспользованию паспортной грузоподъемности автосамосвалов, и с другой -к их перегрузу и, как следствие, к поломкам и снижению ресурса опорных конструкций машин.
С переходом экономики на рыночные отношения выросли требования потребителей к качеству транспортной техники: заказчику выгоднее
иметь такой автосамосвал, который будет эффективно использован на одном и том же карьере при транспортировании пород различной плотности. При наличии сменных грузовых платформ можно повысить коэффициент использования паспортной грузоподъемности в среднем до 0,95-0,97.
Качество транспортных средств заметно улучшилось в последние 5-7 лет за счет применения на карьерных самосвалах дизельных двигателей новых моделей производства, в основном, зарубежных фирм - таких как «Сатттэ», «0е1гей-01е2е1» (США), <0еи1г> (ФРГ) и др., с улучшенными мощностными и топливными характеристиками.
Важнейшим показателем качества дизелей для карьерных самосвалов является его ресурс до капитального ремонта: ведущие зарубежные фирмы довели его до 20-30 тыс. ч. При фонде рабочего времени самосвала 5000 ч в год дизель будет работать, таким образом, без капитального ремонта 4-6 лет, т.е. на весь период эксплуатации автосамосвала потребуется лишь одна замена дизеля вместо двух-трех в настоящее время.
Качество карьерных самосвалов значительно повышено в последние годы за счет усовершенствования тягового электропривода - применения тяговых электродвигателей нового типа - вентильных и др., более совершенных систем управления характеристиками электропривода в тяговом и тормозном режимах. Большое будущее за электроприводом переменно-переменного тока, который разрабатывается в ОАО «Электроси-
ла» для карьерных самосвалов БелАЗ грузоподъемностью от 130 до 220 т.
Стратегической задачей производителей карьерных самосвалов является постоянное увеличение их ресурса, не взирая на ухудшение горно-технических условий эксплуатации.
Установленный ПО «БелАЗ» гарантийный ресурс самосвалов грузоподъемностью 120-220 т, составляет 400-500 тыс. км, после чего самосвал подлежит списанию. Однако на ряде передовых горных предприятий этот ресурс уже превышен, и ведется работа по доведению его до 1,0 млн км (АК «Алроса»).
Увеличению ресурса карьерных самосвалов способствовало широкое внедрение в ПО «БелАЗ» компьютерных технологий при проектировании узлов и базовых опорных конструкций машин с использованием программных продуктов СДББББ, I-ЭБДБ, ДЫБУБ.
Для конструктивного расчета рамы на базе геометрической создана конечно-элементная модель. В результате изменена геометрия рамы и снижен уровень напряжений в ее элементах до 200-240 МПа, что существенно повысило надежность рамы, особенно у самосвалов БелАЗ-75131 грузоподъемностью 130 т.
Подсистема транспортных коммуникаций. Качество этой подсистемы оценивается тремя составляющими:
• рациональностью транспортных схем - минимизацией тупиковых заездов, применением радиусов поворотов не менее 1,5Як (Як - конструктивный радиус поворота самосвала), уклонов не более 80 %о;
• соответствием ширины проезжей части дорог габаритам применяемых самосвалов: В > 3в, где в - ширина самосвала, м;
• качеством покрытия дорожной поверхности, определяемым при проектировании и поддерживаемым в период эксплуатации.
Следует отметить, что в последние годы произошел качественный сдвиг в лучшую сторону в оценке роли подсистемы в эффективности работы карьерного автотранспорта. Несмотря на то, что примерно 90 % карьерных дорог не имеют твердого покрытия, качество дорог с укатанным щебеночным покрытием вполне удовлетворяет требованиям, даже при осевых нагрузках, достигающих 1300 кН. На большинстве крупных карьеров имеются собственные дробильно-грохотильные узлы, изготавливающие щебень для подсыпки карьерных дорог.
Дискуссия на тему, что лучше: меньшие уклоны (50-60 %о) и большие скорости движения самосвалов или, наоборот, большие уклоны (80-100 %о) и меньшие скорости в настоящее время уже неактуальна. Практика и теоретические расчеты показывают, что рекомендуемые везде уклоны 7080 %оо являются наиболее рациональными. Исключение составляют полноприводные самосвалы (4х4), для которых уклоны можно увеличить до 120 %.
Хорошее качество дорог в карьерах способствовало увеличению пробега шин до списания до 100-110 тыс. км.
Подсистема ремонта машин. В этой подсистеме за последние 10 лет также произошли перемены, заключающиеся в следующем:
• усовершенствована организация и технология проведения ТО и Р, внедрены новые технологические карты, показатели отчетности по ТО и Р (например, АК «Алроса»);
• многие предприятия оснастили ремонтные базы новыми регулиро-
Подсистема связи и ради оцентр
Выделенная ли ния (модем)
УКВ радио кана лы
Запрос на координаты и стату с автомобиля, данные КТСМ, т екстовые сообщения
Координаты и сос тояние
Команды, текстов ые сообщения
Автомобили
Информация от автомобилей
Рабочие места пользователей (XRTL Explorer)
Сервер приложений и прикладная система
Векторная
карта
Локальная сеть предприятия
База данных си стемы
База данных пр едприятия
Геодезич. инфо рмация
Прикладная подсистема
Рис. 2. Схема диспетчеризации транспортной системы карьера
вочными стендами и диагностическим оборудованием.
Однако в целом существенных изменений в этой сфере не произошло. По-прежнему, неудовлетворительно поставлен учет и контроль отказов оборудования и восстановлений его работоспособности, отсутствует точная экономическая оценка эффективности ТО и Р по отдельным моделям самосвалов, отсутствует мониторинг технического состояния каждой транспортной единицы - все «сливается» в один общий «котел». Поэтому так затруднителен анализ принимаемых мер по повышению эффективности ТО и Р на предприятии.
И самое главное: практически нигде не внедрена адаптивная система ТО и Р, основанная на ведении постоянного мониторинга текущего технического состояния машины с при-
менением современных диагностических средств . Такая система мониторинга разработана на кафедре горных транспортных машин СПГГИ(ТУ).
Устранение этих недостатков значительно повысит качество данной подсистемы, интегральным показателем которого является коэффициент готовности самосвала, который уже сейчас в передовых предприятиях составляет для самосвалов БелАЗ новых моделей к=0,90-0,93. Однако в ближайшей перспективе его можно довести до 0,95.
Подсистема погрузочно-приемных пунктов
Качество этой подсистемы можно повысить применением оптимальных схем маневров самосвалов у экскаваторов и на отвалах, а также внедрением оптимальных паспортов загрузки самосвалов экскаватором, миними-
зирующих динамические нагрузки на опорные конструкции самосвала. Такие паспорта разработаны и реализованы на апатитовых карьерах и в АК «Алроса».
Подсистема управления транспортной системой
В этой подсистеме в последние годы произошли радикальные изменения, связанные с применением на карьерах системы GPS (системы глобального позиционирования), использующей спутниковую космическую связь (рис. 2). Эта система позволяет с большой точностью определить местоположение каждого самосвала в карьере в любой момент времени, отслеживать движение его по трассе, вести с помощью бортовых компьютеров учет и контроль выполненной самосвалом работы. Система GPS -новый шаг в развитии применяемых ранее АСУ ТП на карьерах.
Результатом комплексных работ, выполненных в последние годы производителями карьерных самосвалов и спецмалистами горнодобывающей промышленности при участии проектировщиков и работников науки по повышению качества автотранспортных систем, является увеличение производительности автосамосвалов до 30-32 тыс. т на одну списочную автотонну или, примерно, на 10-15 %.
В то же время имеются реальные предпосылки увеличить эту производительность путем постоянного улучшения качества функционирования системы по направлениям, приведенным в данной статье.
Одной из задач дальнейших исследований по данной проблеме является разработка обобщенной математической модели и ее реализация с помощью пакета компьютерных программ. гггш
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------
Кулешов А. А. - Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет).
---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТАГИЁОВА Ольга Анатольевна Повышение экологической безопасности полигонов твердых бытовых отходов на основе анализа потоков органического углерода 25.00.36 к.т.н.
