CC BY
133
УДК 622.684: 622.01.03
М.А.СЕМЕНОВ, О.М.БОЛЬШУНОВА,
Ю.А.ГАВРИЛОВ
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ЗАГРУЗКИ КАРЬЕРНЫХ
АВТОСАМОСВАЛОВ
Представлен анализ контроля загрузки карьерных автосамосвалов с использованием паспортов загрузки. Рассмотрены достоинства и недостатки автоматического контроля загрузки посредством встроенных бортовых систем.
The analysis of the control of loading open-pit autodumpers with use of passports of loading is submitted. Merits and demerits of the automatic control of loading by means of the built - in onboard systems are considered.
Ведущее место в горно-добывающей промышленности России занимает открытый способ разработки, на долю которого приходится около 40 % извлекаемого угля, 80 % железной руды, 75 % руд цветных металлов и химического сырья и практически весь объем строительных горных пород. Для транспортирования добытых материалов широкомасштабное применение получил большегрузный автотранспорт ПО «БелАЗ» и зарубежных фирм Caterpillar, Komatsu и др. благодаря своей мобильности, маневренности и приспособленности к изменяющимся условиям горных работ. Вместе с тем, с увеличением глубины карьеров и разрезов растут эксплутационные расходы на транспортирование, снижение которых является потенциальным резервом повышения эффективности работы карьерного автотранспорта и горного предприятия в целом.
Одним из факторов повышения эффективности работы карьерных автосамосвалов является наиболее полное использование их грузоподъемности или повышение коэффициента использования грузоподъемности, определяемого выражением
Kq = М-
£
q.n
(1)
где q,}« - фактическая масса груза за i-й рейс, т; n - количество выполненных рейсов; qа -номинальная (паспортная) грузоподъемность автосамосвала.
Расчет усредненных величин Kq осуществлен для большегрузных автосамосвалов ПО «БелАЗ» и моделей HD-1200 компании Komatsu (Япония) и Cat-785 компании Caterpillar (США), эксплуатируемых на крупных карьерах страны (табл.1). При расчете использованы данные горных предприятий [1, 3].
Таблица 1
Усредненные данные по коэффициенту Kq для автосамосвалов большой грузоподъемности
Предприятие Тип автосамосвала qa, т Kq
ОАО «Карельский окатыш» БелАЗ-75121 120 0,825
Рудник «Центральный», БелАЗ-7509 75 0,9
ОАО «Апатит» БелАЗ-75191 110 0,82
HD-1200 120 0,76
Карьер «Удачный», БелАЗ-75191 110 0,83
АК «Алмазы России - Саха» HD-1200 120 0,92
Cat-785 150 0,89
Томусинская автобаза БелАЗ-7509 75 0,91
концерна БелАЗ-75191 110 0,85
«Кузбассразрезуголь» БелАЗ-75211 180 0,89
Разрез «Нерюнгринский» БелАЗ-75191 110 0,84
БелАЗ-75211 180 0,81
HD-1200 120 0,85
По данным табл.1 можно судить о том, что автосамосвалы часто не догружаются. Величина недогруза по разным типам машин составляет от 8 до 20 % и более. Опыт показывает, что в 65-70 % транспортных циклов автосамосвалы работают с недогрузом. Это означает, что для выполнения установленных заданий требуются дополнительные груженые рейсы, увеличивается пробег с грузом и холостой, растет расход топлива и горючесмазочных материалов. Простые расчеты показывают, что увеличение коэффициента Кч, например, автосамосвала БелАЗ-75191, хотя бы на 1 % приводит к уменьшению расхода топлива им за рабочую смену на 0,3-0,6 %.
Наряду с недогрузом в 15-20 % транспортных циклов присутствует перегруз, достигающий 20 % и более от паспортной грузоподъемности машин. Чаще всего перегрузы наблюдаются на железорудных карьерах, а также на карьерах по добыче руд цветных металлов, где плотность горной массы велика и составляет 3,3-4,3 т/м3.
Перегрузы приводят к поломкам как механических узлов, так и электрических агрегатов. Особенно отрицательно перегрузы влияют на ходимость шин, стоимость которых составляет примерно 20 % от стоимости всего автосамосвала [4].
Согласно представленным данным загрузку карьерных автосамосвалов необходимо контролировать, добиваясь наиболее полного использования грузоподъемности в каждом транспортном цикле. При этом должны быть исключены перегрузы, превышающие на 5-8 % паспортную грузоподъемность [3].
Существующий контроль загрузки, распространенный примерно на 95 % горных предприятий с открытым способом добычи, предусматривает соблюдение машинистом экскаватора паспорта загрузки автосамосвалов. Паспорт загрузки - это документ, утвержденный для каждого типа транспортного средства, находящийся у машиниста экскаватора и регламентирующий порядок размещения груза в кузове, равномерность его распределения по платформе, необходимые параметры «шапки» загрузки [7].
132 -
Опыт эксплуатации большегрузного карьерного автотранспорта показывает, что этот метод контроля загрузки малоэффективен. Он груб в оценке степени заполнения кузова горной массой и не способен нормализовать загрузку автосамосвалов в пределах, близких к их паспортной грузоподъемности. Это подтверждают данные по загрузке автосамосвалов, представленные выше, так как они получены при использовании паспортов загрузки.
Наиболее эффективен автоматический контроль загрузки с помощью встроенных бортовых систем. Такие системы широко распространены за рубежом и начинают применяться в России.
Впервые встроенные бортовые системы для самосвалов БелАЗ были разработаны в Санкт-Петербургском горном институте [6].
Бортовая система по установившимся значениям давления газа в цилиндрах подвески осуществляет взвешивание груза в кузове автосамосвала в соответствии с выражением
М = ¿[К,(р + р2) + К2(Р3 + р4)]-Мт, (2)
где Я - площадь штока цилиндра подвески, см2; К1 - коэффициент, учитывающий наклон передних цилиндров к оси передних колес большегрузного автосамосвала; К2 -коэффициент, учитывающий влияние реактивных рычагов задней подвески; Мт - масса порожней подрессоренной части автосамосвала, т; р1, р2, р3, р4 - давление газа в цилиндрах подвески автосамосвала, Па.
Взвешивание груза в соответствии с выражением (2) выполняется с погрешностью, достигающей ±8 %. Высокая погрешность объясняется наличием значительных сил сухого трения в цилиндрах подвески. При 80 %-ной загрузке кузова на блоке фонарей включается желтый свет, при 90 %-ной - красный и при 100 % - зеленый. Фонари оповещают машиниста экскаватора о степени загрузки кузова.
Контрольные испытания трех комплектов бортовых систем проводились на руднике «Центральный» ОАО «Апатит» на автосамосвалах БелАЗ-75191. Обобщенные данные, полученные на основе информации из
0135-3500. Записки Горного института. Т. 157
Таблица 2
Данные испытаний бортовых систем на руднике «Центральный» ОАО «Апатит»
Гаражный номер автосамосвала Количество выполненных рейсов Минимальная масса рейса m Максимальная масса рейса m Среднее значние Kq Отклонение от паспортной грузоподъемности, %
51 586 98,5 123,6 0,944 5,6
57 768 96,9 126,5 0,964 3,6
75 618 97,6 118,4 0,935 6,5
бортовых журналов испытаний, представлены в табл.2.
Даже при низкой точности взвешивания бортовые системы обеспечили нормализацию загрузки автосамосвалов в пределах ±13 % относительно паспортной грузоподъемности. При контроле по паспорту загрузки зона «недогруз - перегруз» значительно шире и составляет ±25 % и более. Кроме того, бортовые системы повысили средний коэффициент использования грузоподъемности автосамосвалов на 12,8 % в сравнении с усредненной величиной приведенной в табл.1.
Необходимо также отметить, что бортовые системы допустили перегруз автосамосвалов выше разрешенного правилами технической эксплуатации. Это можно объяснить только низкой точностью взвешивания.
Начиная с 2000 г., бортовые системы разрабатываются ПО «БелАЗ» и компанией «Вист Групп» (Москва). В основу этих систем положен бортовой контроллер, обеспечивающий сбор и обработку большого количества показателей работы автосамосвала. Однако контроль загрузки выполняется так же, как описано выше, и точность его осталась прежней, равной ±8 % [5].
Чтобы улучшить качество контроля загрузки бортовыми системами, необходимо повысить точность взвешивания как мини-
мум до 2,5-3 %. При этом полностью будут исключены случаи перегрузов автосамосвалов, а по этому показателю отечественная бортовая система превзойдет лучшие аналогичные системы фирм Komatsu и Caterpillar, точность взвешивания у которых составляет ±5 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гардзиш В.А. Автоматизированный контроль загрузки и учет работы карьерных автосамосвалов / В.А.Гардзиш, М.А.Семенов, Л.И.Балагуров и др. // Горный журнал. 1990. № 7.
2. Дьяков В.А. Транспортные машины и комплексы открытых разработок. М.: Недра, 1986.
3. Кулешов А.А. Карьерный автотранспорт на современном этапе развития / А.А.Кулешов, Ю.А.Пилю-тов; КАЦМ. Красноярск, 1994.
4. КулешовА.А. Эффективность и перспективы применения бортовых систем контроля загрузки и учета работы карьерных автосамосвалов / А.А.Кулешов, М.А.Семенов // Горные машины и электромеханика. 2000. № 3.
6. Семенов М.А. Современные бортовые системы для нормализации загрузки и учета выполненной работы большегрузных карьерных автосамосвалов // Записки СПГГИ, Т.142(1). СПб, 1995.
5. Руденко В.А. Опыт применения бортовых контроллеров на карьерных самосвалах «БелАЗ» / В.А.Руденко, А.Ф.Клебанов // Горная промышленность. 2002. № 6.
7. Файнвлит М.А. Обоснование паспорта загрузки автосамосвалов HD-1200 и Cat-785 на Удачнинском ГОКе / М.А.Файнвлит, Д.Х.Ильвульдин // Горный журнал. 2000. № 7.
