Функциональный критерий оценки технического уровня карьерных автосамосвалов

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,

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 =

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

^ = Щп°р Оа,

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

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.

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-,

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.

Тогда среднетехническая скорость автосамосвала согласно [2] может быть определена как:

2

уср.т

[Ьг (Угр-г+Уп°р.г)+

Угр.гУп°р.г

н4 1 + Г-2 (^рн

п°р.н

-)],

Угр.нУп°р.н

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,

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^,

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 ),

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

- для порожнего автосамосвала:

¥сп°рг = /с Оа.

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—,

ггр.г

- на наклонном участке:

0,028 ^л/1 + Г2

Угр ——----------^---------.

грн

Для порожнего автомобиля:

- на горизонтальном участ-

ке:

Уп°р .г —

0,028 Nдв .

/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

/с(2к т +1)( Н + ГЬг ) + ГН’

и для производительности автосамосвала:

Пт =

0,056Nдв (I

ГН + /с

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 +

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.

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 +

в 1 + кс

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 ,

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