Совершенствование типоразмерного ряда и конструкций карьерных автосамосвалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.271:629.114.4.011.5 А.А. Кулешов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА И КОНСТРУКЦИЙ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ

Семинар № 16

Гипоразмерный ряд карьерных самосвалов БелАЗ по грузоподъемности построен на основе рационального числа Ю0 со знаменателем прогрессии Ь = 1,5.

Если следовать строго этому правилу, то типоразмерный ряд самосвалов БелАЗ должен иметь вид:

Грузоподъемность самосвалов, т.

30 45 68 102 151 227 342

Фактический базовый типоразмерный ряд самосвалов БелАЗ выглядит следующим образом:

30 45 55 80 120

130-136 160 170-180 200-220 320

Как видим, значение знаменателя прогрессии не везде совпадает с базовым и составляет соответственно для каждой последующей модели:

Ь = 1,5 1,22 1,46 1,5

1,08-1,13 1,23 1,13 1,23 1,45

Среднее значение знаменателя прогрессии по всем десяти моделям самосвалов БелАЗ равно, таким образом, Ь=1,31. То есть, реальный типоразмерный ряд оказался более насыщенным, чем расчетный. Это можно объяснить двумя причинами:

1) первоначальный типоразмерный ряд, разработанный БелАЗом еще в 70-х годах прошлого века, был слишком дискретным, в нем образовались «ниши», которые необходимо было заполнить моделями, наиболее соответствующими многообразным горнотехническим условиям;

2) появление на рынке стран СНГ продукции зарубежных фирм, представленной самосвалами грузоподъемностью 90, 120, 136 и 154 т, потребовало разработки соответствующих моделей самосвалов в ПО «БелАЗ» для того, чтобы в условиях жесткой конкуренции с иностранными фирмами в наибольшей мере

удовлетворить требования потребителей - горнодобывающих предприятий.

В приведенном выше типоразмерном ряду отсутствуют опытные модели с шарнирно-сочлененной рамой грузоподъемностью 36 и 280 т.

Таким образом, после освоения серийного выпуска всех моделей самосвалов их типоразмерный ряд будет достаточно насыщенным и практически полностью удовлетворит потребности горнодобывающих предприятий. Единственное, что, по нашему мнению, необходимо сделать ПО «БелАЗ» в ближайшие годы - это разработать и освоить серийный выпуск карьерного самосвала грузоподъемностью 90 т, ибо зарубежные фирмы усиленно продвигают такие самосвалы на наш рынок. Типоразмерные ряды самосвалов этих фирм содержат по 78 классов машин по грузоподъемности.

Естественно, любой типоразмерный ряд машин - не догма, он должен развиваться и совершенствоваться за счет освоения выпуска модификаций базовых моделей. ПО «БелАЗ» проводит в этом плане интенсивную целенаправленную работу.

В настоящее время в горнодобывающей промышленности России и других стран СНГ работает более трех тысяч самосвалов грузоподъемностью более 70 т. Ключевую роль в обеспечении высоких темпов развития открытых горных работ при добыче полезных ископаемых сыграл и продолжает удерживать позиции единственный производитель большегрузных самосвалов на территории бывшего СССР - ПО «БелАЗ», производя 29 их модификаций.

Все карьерные автомобили-самосвалы имеют две принципиально различные компоновочные схемы: 1 - так называемая «классическая» схема, когда все узлы и системы самосвала монтируются на жесткой раме и 2 - схема с шарнирно-сочлененной

245

Рис. 1. Компоновочные схемы и габаритные размеры современных карьерных автосамосвалов грузоподъемностью соответственно 120, 130 и 220 т

Серия 7514

БелАЗ 75303 БелАЗ 75304 БелАЗ 75306 БелАЗ 75302

рамой. Свыше 70 % всех карьерных самосвалов в мире выполнено по первой схеме (колесная формула 4x2). По второй схеме выпускаются самосвалы либо сравнительно небольшой грузоподъемности (до 40-50 т), либо очень большой - до 300-400 т, хотя жесткой связи

между компоновочной схемой и грузоподъемностью не существует. Можно говорить лишь о наличии тенденции. Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой большой грузоподъемности имеют колесную формулу 4x4. Это так называемые полноприводные машины. Однако

они могут выполняться и с колесной формулой 4x2, 6x2 или 6x4. Известны самосвалы очень большой грузоподъемности (318 т), выполненные по схеме 6x4. Такие самосвалы были выпущены только в виде двух опытных образцов в виде двух опытных образцов в 70-х годах прошлого века компанией «Дженерал-моторс» (США) и проходили опытную эксплуатацию на одном из железорудных карьеров в Калифорнии. Такие машины маломаневренны, имеют большой радиус поворота (22 м) и поэтому не нашли широкого применения.Достоинством классической компоновочной схемы 4x2 является простота конструкции, надежность, малый радиус поворота (8-10 м). Недостатки - неравномерное распределение весовой нагрузки по осям - в пропорции 1:2, т.е. на переднюю ось приходится 1/3 всей нагрузки, а на заднюю -2/3. И хотя такое распределение нагрузки компенсируется в большой степени двойной ошиновкой задних колес, неравномерного износа шин передних и задних колес избежать не удается. Все выпускаемые ПО «БелАЗ» карьерные самосвалы, за исключением одной модели (см. ниже), имеют компоновочную схему 4x2. Для улучшения маневренности самосвалов они выпускаются с короткой базой с передним расположением кабины (рис. 1).

Достоинством шарнирно-сочлененной схемы является обеспечение ею более высокой маневренности автотранспорных средств по сравнению с классической схемой (радиус поворота должен быть уменьшен до 6-7 м) и более равномерного распределения весовой нагрузки на передние и задние шины.

Недостаток - большая конструктивная сложность и, вследствие этого, большие затраты на обслуживание. Опыт эксплуатации таких самосвалов во многих странах мира показывает, что они незаменимы при перевозке насыпных грузов в условиях бездорожья. Эти машины находят широкое применение при строительстве карьеров, дорог, гидротехнических сооружений, при добыче строительных материалов.

Компоновочные схемы современных карьерных самосвалов БелАЗ и ведущих зарубежных фирм практически одинаковы, и если различаются, то только дизайном внешнего вида -оперения, кабины и пр. Каких-либо радикальных изменений в компоновочных схемах карьерных самосвалов в ближайшей перспективе не просматривается. Усилия производителей этих машин будут направлены главным образом на «вылизывание» внешнего вида - улучшение

аэродинамики, кабины, более рационального расположения силовой установки и других узлов самосвала. Компоновочное решение кабины, например, должно обеспечивать максимальную обзорность с наименьшими «мертвыми зонами» видимости; надежную защиту кабины и элементов сиденья от повреждений при загрузке машины; удобство входа и выхода водителя; возможность установки зеркал, обеспечивающих обзор бортов автомобиля. Панель приборов в кабине должна иметь цифровую индикацию параметров при движении автомобиля вместо стрелочной.

Как известно, «БелАЗ» в последние несколько лет модернизировал практически все выпускаемые классы автосамосвалов. В 1999 г. изготовлена партия автосамосвалов грузоподъемностью 30 и 42 т с двигателями фирм Deutz и Daimler-Benz, обеспечивающими большую эксплуатационную надежность машины. Созданы новые модификации 80-тонного самосвала БелАЗ-75491 и БелАЗ-75492 -единственной в мире модели с полностью независимой подвеской всех колес. Применение более совершенных дизельных двигателей фирмы Cummins и 6 ДМ-21 AM с мокрым картером позволило использовать рулевое управление с неразрезной трапецией, применять раздельные топливный и масляный баки с более надежным креплением и устранением концентраторов напряжения на раме.

Основную часть программы выпуска 120тонных автосамосвалов в 2000 г. составляли БелАЗ-7512А, -7514, -75145 с новой электромеханической трансмиссией на основе тяговых генераторов переменного тока ГС-525 и фирмы КАТО. Данные модификации хорошо зарекомендовали себя на Айхальском, Михайловском ГОКах и других карьерах, показав надежную и высокопроизводительную работу при очень хорошей топливной экономичности.

Кроме модернизации серийно выпускаемой техники, «БелАЗом» осуществлен выпуск и успешно испытан ряд автосамосвалов нового поколения. В их числе БелАЗ-7555В грузоподъемностью 55 тс двигателем КТТА-19С мощностью 515 кВт, БелАЗ-75131 грузоподъемностью 130 тс двигателем КТА-50С мощностью 1176 кВт и с электротрансмиссией переменно-постоянного тока. Автосамосвал особо большой грузоподъемности нового поколения, 200-тонный БелАЗ-75303, успешно испытан на ОАО «Разрез Кедровский» в Кузбассе. В его конструкции применена силовая установка на основе дизельного двигателя 12ДМ-

БелАЗ 75131 с элек-тро-двигателем ЭК-420А

Масс* смосмла, кг х 1000

9 I» 1И И» 240 Ж )М Мб

м

71

1 и

Бе- 3 5#

лАЗ-

75303

Бе-

лАЗ- ^ 31

75304

24

1*

С

0

... *ММ1 ГСМНМ «и оме 25?

|

;

\ I

\ ;

\ г*

V

-"Т

;

5 !

£ •±) 12% *

1« | Е

*% К

1

I

« I »

15 <40 «

Спорость движения км/ч Рис. 2. Тяговые и тормозные характеристики автосамосвалов БелАЗ

21АМ мощностью 1765 кВт и тягового генератора ГС-523 мощностью 1400 кВт со встроенной обмоткой возбуждения. Все выпускаемые ныне автосамосвалы БелАЗ имеют улучшенные тяговые и тормозные характеристики (рис. 2).

В настоящее время ПО «БелАЗ» работает над совершенствованием конструкций и созданием новых модификаций карьерных автосамосвалов особо большой грузоподъемности 200-220 т. Главное направление этих работ -использование дизельных двигателей различных фирм. Модель БелАЗ-75304 оснащается двигателем 8ЧН 26/26 мощностью 1838 кВт Коломенского завода, БелАЗ-75306 - двигателем QSK-60 мощностью 2500 л.с. фирмы СитштБ. Предусматривается комплектация

БелАЗ-75306 шинами радиальной конструкции 40.00К57.

Устойчивая тенденция нарастания глубины карьеров при соответствующем увеличении расстояния транспортирования предопределила стратегическое направление в развитии карьерного автотранспорта - переход на увеличение производства автосамосвалов особо большой грузоподъемности.

Учитывая эту тенденцию, «БелАЗом» разработан и испытывается 280-тонный автосамосвал БелАЗ-75501 со 165-литровым низкоскоростным локомотивным дизелем мощностью 2317 кВт. Особенностью БелАЗ-75501 является колесная формула 4x4 и шарнирно-

сочлененная рама.

В настоящее время «БелАЗ»ом начаты работы по созданию карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией переменно-переменного тока на шинах 55/80 К63, БелАЗ-7570 грузоподъемностью 420-450 т с колесной формулой 4x4 и двумя дизель-генераторными установками мощностью по 1985 кВт каждая и автосамосвала с колесной формулой 4x2, с дизель-генератором мощностью 2941 кВт, грузоподъемностью 280-320 т.

Кроме того, в соответствии с запросами промышленного строительства и предприятий промышленности строительных материалов, разрабатывающих полезные ископаемые карьерами малой и средней производительности, на заводе с 2002 г. организуется промышленный выпуск шарнирно-сочлененных автосамосвалов БелАЗ-7528 грузоподъемностью 36 т.

По заказу потребителей автосамосвалы БелАЗ грузоподъемностью 30, 42 и 45 т могут быть укомплектованы централизованной системой смазки и кондиционером; самосвалы грузоподъемностью 55 т, кроме того,

взвешивающим устройством, а 80, 120,

130 - тонные - дополнительно и системой автоматического пожаротушения. Автосамосвалы грузоподъемностью 180 т и выше могут быть укомплектованы еще и деталями усиления кузова. Самосвалы грузоподъемностью от 30 до 75-80 т, как правило, оснащаются гидромеханической трансмиссией. Исключение составляют автосамосвалы фирмы Caterpillar, имеющие вплоть до грузоподъемности 300 т полностью гидромеханическую трансмиссию. Анализ показывает, что основной тенденцией развития средств карьерного автотранспорта следует считать динамичный темп нарастания их грузоподъемности, сдерживаемый только мощностью двигателя и несущей способностью применяемых шин.

Одной из задач машиностроителей на ближайшее время является модернизация некоторых моделей самосвалов, приспособленных к надежной и безопасной работе при движении с грузом вниз под уклон на относительно большие расстояния - 7-10 км. Такие карьеры сейчас проектируются, в частности, для ОАО «Апатит».

— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------

Кулешов Алексей Алексеевич — профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский горный институт -ТУ.

------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГАЛИМУЛЛИН Миниварис Лутфуллинович Разработка технических средств повышения работоспособности скважинных плунжерных насосов 05.02.13 к.т.н.

© Г.Д. Трифонов, П.Г. Панчеха, 2004

УДК 622.67