CC BY
24
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020;(3-1):557-567 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.621 DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-557-567
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ И ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
Б. Пурэвтогтох1, Б. Бямбадагва2, Б. Энхчулуун3
1 Монгольский государственный университет науки и технологии, 2 Институт горного дела при Монгольском государственном университете науки и технологии, 3 Центральный Южный Университет, Китай
Аннотация: Интенсивное развитие открытого способа разработки полезных ископаемых, как правило, сопровождается увеличением глубины карьеров, усложнением других горнотехнических условий, при которых роль карьерного автотранспорта значительно возрастает. В связи с этим исследование и обоснование рациональных параметров эксплуатации технологического автотранспорта весьма актуально и имеет важное практическое значение. Разработаны новые методы определения расхода топлива на основе установленных в результате исследования закономерностей зависимости от горно-технических условий и физической нагрузки автосамосвала на данном участке автодорог. Ключевые слова: карьер, автосамосвал, дорожное условие, сопротивления движению, норма, расход топлива.
Для цитирования: Пурэвтогтох Б., Бямбадагва Б., Энхчулуун Б. Дифференциально-аналитический и графоаналитический методы определения расхода топлива карьерных автосамосвалов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3-1. — С. 557-567. Б01: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-557-567.
the determination of the fuel consumption of mining dump trucks
B. Purewtogtoh1, B. Byambadagwa2, B. Enchuluun3
1 Mongolian state University of science and technology, Mongolia, 2 fining Institute at Mongolian state University of science and technology, Mongolia, 3 Central South University, China
Abstract: The intensive development of an open-pit mining method is usually accompanied by an increase in the depth of quarries and the complexity of other mining conditions, in which the role of quarry vehicles increases significantly. In this regard, the study and justification of rational parameters of operation of technological vehicles is very relevant and has important practical significance. New methods for determining fuel consumption have been developed based on the regularities established as a result of the study of the dependence on mining and technical conditions and physical load of the dump truck on this section of roads. Key words: quarry, dump truck, road condition, traffic resistance, norm, fuel consumption.
© E. Пурэвтогтох1 E. EflM6aflarBa, E. Энхцу.пуун. 2020.
For citation: Purewtogtoh B., Byambadagwa B., Enchuluun B. The determination of the fuel consumption of mining dump trucks. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(3-1):557-567. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-31-0-557-567.
Введение
Система карьерного автотранспорта — это одна из наиболее сложных и динамичных технических систем горного производства, от надежного функционирования которой зависит не только работа самого горного предприятия, но и смежных производств — обогатительных фабрик, перегрузочных пунктов и др. [1, 2].
Для повышения эффективности карьерного автотранспорта и полной реализации его потенциальных возможностей требуется постоянно совершенствовать эксплуатацию карьерных автосамосвалов.
Эксплуатационные качества карьерного автосамосвала в значительной степени определяются основным параметром — скоростью движения при транспортировании горной массы. Скорость движения автосамосвала зависит от удельной мощности двигателя, типа трансмиссии и совокупности условий работы автомобиля, определяющихся силой сцепления и удельным сопротивлением движению. Поскольку удельное сопротивление стохастически изменяется в динамике движения автосамосвала по реальной трассе, то расчетным путем можно получить лишь усредненное его значение [3, 4].
Основная часть
Реальная мощность карьерных автосамосвалов расходуется на преодоление сопротивления качению, обеспечение необходимой для транспортирования силы тяги, преодоление сопротивления воздушной среды, сил инерции, подъема автодороги и на компенсацию потерь, возникающих в подвеске при колебании кузова [5, 6].
В результате производственного эксперимента и численного моделирования определены фактические величины и характер изменения сопротивления движению большегрузных автосамосвалов при работе в различных горнотехнических и дорожных условиях. Расширенная (выделено цветном) [1] полученными данными таблица позволяет рекомендовать для использования в тяговых расчетах карьерного автомобильного транспорта приведенные в ней значения удельного сопротивления, выраженные либо в единицах Н/ кН, либо в процентах %.
При всех неоспоримых достоинствах автомобильного карьерного транспорта сфера его эффективного применения сдерживается в определенной мере возрастающими объемами расхода дизельного топлива и шин, надежностью средств технологического автотранспорта [7].
Структура себетоймости 1 т км перевозок горной массы показана на рис. 1.
Самая большая доля затрат приходится на нормируемые материалы — 41,8 % и зап.части — 16 %.
Структура затрат на нормируемые материалы показана на рис. 2.
Из затрат нормируемых материалов самую большую долью занимают затраты на дизельное топливо и автошины, соответственно 63,4 и 25,6 % и в сумме — 89 %.
Возрастающий объем расхода дизельного топлива играет с течением времени большую роль в связи с ростом мировых цен на топлива. Дальнейшее развитие разработки месторождения и рост глубины открытых работ потребует еще более значительных топливно-энергетических затрат [8].
Таблица 1
Коэффициент сцепления и удельное сопротивление качению автодорог Coefficient of adhesion and specific rolling resistance of roads
Вид дороги Коэффициент сцепления у**, Н/кН Удельное сопротивление качению, Н/кН
Тип дорожного покрытия сухой мокрый грязный (хорошо -G, Качество дорог и содержания
среднее —M) Н/кН, %% %
Главные, Бетонное 700/0,7 600/0,6 300/0,3 G 15 1,5
выездные и асфальтобетонное 550/0,55 250/0,25 M 20 2
Гравийное 700/0,7 550/0,55 400/0,4 G 20 2
и щебеночное, 500/0,5 — M 25 2,5
обработанное
вяжущими
Гравийное 750/0,75 500/0,5 350/0,35 G 30 3
и щебеночное 450/0,45 M 40 4
укатанное
Грунтовое 650/0,65 450/0,45 — G 40 4
укатанное 400/0,4 M 60 6
Забойные На скальных 600/0,6 500/0,5 — G 40 4
породах 400/0,4 M 60 6
На рыхлых 550/0,55 450/0,45 — G 60 6
породах M 80 8
Заезд На скальных 600/0,6 500/0,5 — G 60 6
на отвал породах 400/0,4 M 80 8
На рыхлых 5500,55 450/0,45 — G 100 10
породах 350/0,35 M 120 12
Отвальные На скальных 450/0,45 300/0,3 — G 100 10
породах M 140 14
На рыхлых 400/0,4 200/0,2 — G 120 12
породах M 160 16
Песочное, гравийное неука- 500/0,5 400/0,4 — — 80 8
танное
Плохая грунтовая дорога 400/0,4 300/0,3 200/0,2 — 200 — 20 —
250 25
Примечание^ ~| — определено и дополнено автором; * — в порожняковом направлении юх = 1.25- юа; ** — дорога со снегом у = 200 — 300 Н/кН.
Расход дизельного топлива определяется многими факторами и колеблется в широких пределах. Значительная дисперсия расхода дизельного топлива обяс-няется зависимостью их от многочисленных причин, вызываемых как самими автосамосвалами, так и другими усло-
виями, в которых производится их эксплуатация. Можно выделить пять основных групп факторов, определяющих топливную экономичность карьерных автосамосвалов: конструктивные, горнотехнические, технологические, эксплуатационные и климатические [9, 12].
Риc. 1. Структура себестоимости 1 т км перевозок горной массы Fig. 1. Cost Structure of 1 t km of rock mass transportation
Puc. 2. Структура затрат на нормируемые материалы Fig. 2. The cost structure for regulated materials
Основной задачей исследователей и эксплуатационников является установление зависимостей расхода топлива от перечисленных выше факторов с целью разработки высоконадежных дифферецированных норм расхода топлива автосамосвалами различных моделей.
С целью установления зависимости расхода топлива от дорожных условий и загрузки автосамосвала нами проведены производственные эксперименты в условиях разрезов Шарын гол, Бага-нуур, Шивээ-Овоо, карьеров Айраг и Эрдэнэт.
В результате экспериментально-аналитических исследований нами разработаны новые методы: диффен-циально-аналитический для определения расхода топлива автосамосвалов
в карьерных условиях, графоаналитический — для определения одновременно расхода топлива и скорости движения конктретного автосамосвала по отдельным участкам трассы карьерной автодороги.
Расход топлива автосамосвалами пропорционален выполненной им работе при транспортировании груза. В результате анализа режима движения и требуемых фактических мощностей определяемых силами сопротивления движению на данном участке автодорог усовершенствована трехступенчатая (низкий, средний и высокий) система [10] определения норм расхода топлива в единицу времени автосамосвалов фирм Катерпиллар и Коматцу. Вместо трехступенчатой разработана 9 шкальная система определения диф-
фенцированных норм расхода топлива в единицу времени, которая уменьшает шаг интервала в одной шкале (низкий — L1, L2, L3, средний — M1, M2, M3, высокий — H1, H2, H3), тем самым позволяет более объективно и без сущетвенных ощибок определять расход топлива в данный момент транспортного процесса открытых горных разработок. (табл. 2).
Разработаны новые методы определения расхода топлива на основе установленных в результате исследования закономерностей зависимости от горно-технических условий и физической нагрузки автосамосвала на данном участке автодорог:
• диффенциально-аналитический метод, основанный на усовершенствованной методике определения силы сопротивления движению автосамосвалов и системе удельного расхода топлива на единицу рабочего времени.
• графоаналитический метод, одновременно определяющий расход топлива и скорость движения автосамосвалов по участкам трассы. С этой целью разработана номограмма зависимости силы сопротивления, скорости и расхода топлива (R-S-F) для конкретного автосамосвала [1].
В результате эксприментально-ана-литических исследований разработана основа диффенциально-аналитической методики — система определения расхода топлива автосамосвалами с учетом диффенцированной его нормы в единицу времени в зависимости
Таблица 2
Часовой расход топлива автосамосвала CAT-785C 1450 HP4 Hourly fuel consumption of CAT-785C 1450 HP4 dump truck
от нагрузки и дорожно-транспортных условий эксплуатации. (табл. 3).
На основании анализа методики определения коэффициентов сцепления и сопротивления качению, тягово-дина-мической характеристики автосамосвала, нормированного расхода топлива, а также фактической мощности определенной с использованием силы сопротивления и тяги, разработан новый метод построения номограммы определения расхода топлива для конкретного автосамосвала [1, 11].
Основанием для использования графоаналитического метода расчета расхода топлива служит общая сила сопротивления движению или его составная — суммарное удельное сопротивление качению и уклона [1].
Она также является основанием для расчета скорости автосамосвала по участкам трассы. На основании обобщения этих данных, построена номограмма (сопротивление —
скорость — топливо) для расчета скорости и расхода топлива на определенном участке маршрута с учетом сил сопротивлений. (рис. 4) [1].
Расход топлива карьерного автосамосвала за один рейс определяется:
Тр = 60Ж '^, ^^
где Gj — удельный расход топлива на ^м участке трассы, определяемый дифференциально-аналитическим или графоаналитическим методом, л/час; tj — время движиния автосамосвала
Разделение фирмы Низкий (Low) л/ц Средний (Medium) л/с Высоки (High) л/с
53,7-80,59 80,6-107,49 107,5-134,4
Расширенное разделение в зависимости от потребляемой мощности. L1 — 53,7—62,65 M1 — 80,6—89,54 H1 — 107,5 — 116,42
L2 — 62,66—71,61 M2 — 89,55 — 98,49 H2 - 116,43 — 125,38
L3 — 71,62 — 80,59 M3 — 98,5 — 107,49 H3 — 125,39 — 134,4
Таблица 3
Шкала расхода топлива карьерных автосамосвалов The scale of the fuel consumption of mining dump trucks
Условия эксплуатаций Величина и предел уклона автодорог на данном участке, %о
Низкий (L) средний (М) высокий (Н)
L1 L2 L3 М1 М2 мз Н1 Н2 нз
Технологические простои (погрузка, разгрузка, маневр, ожидание) 0 — — — — — — — —
Главные, выездные Бетонное и асфальтобетонное с грузом — 0—10 11—25 26— 30 31 — 40 41 — 60 61 — 80 81 — 100 101 — 120
порожний 0 1—45 46— 55 56— 75 76— 95 96— 145 146— 175 >175 —
Гравийное и щебеночное, обработанное вяжущими с грузом — 0—15 16— 20 21 — 25 26— 35 36— 55 56— 75 76— 95 96— 115
порожний 0 0—30 31 — 50 51 — 70 71 — 90 91 — 140 141 — 170 >170 —
Гравийное и щебеночное укатанное с грузом — — 0 1—10 11—20 21 — 40 41— 60 61 — 80 81 — 110
порожний — 0—10 11—30 31 — 50 51 — 85 86— 140 141 — 150 >150 —
Забойные На скальных породах с грузом — — — 0 1—20 21 — 40 41 — 60 61 — 80
порожний — 0—5 6—25 26— 45 46— 95 96— 125 >125 —
На рыхлых породах с грузом — — — 0 1—20 21— 40 41 — 60
порожний — 0 1—20 21 — 70 71 — 100 >100 —
Условия эксплуатаций Величина и предел уклона автодорог на данном участке, %о
Низкий (1.) средний (М) высокий (Н)
И 12 13 М1 М2 мз Н1 Н2 НЗ
Заезд на отвал На скальных породах с грузом — — — 0 1—20 21 — 40 41 — 60
порожний — 0 1—20 21 — 70 71 — 100 >100 —
На рыхлых породах с грузом — — — 0 1—20 21 — 40
порожний — 0 1—45 46— 80 81 — 100 >100
Отвальные На скальных породах с грузом — — — — 0^0
порожний — 0 1—25 >25 —
На рыхлых породах с грузом — — — 0—20
порожний — 0 1—25 >25
На спуск Разность коэффициента основного сопротивления и уклона, (сОу-|) с грузом 0 1—25 26— 40 41 — 55 56— 65 66— 80 >80 — —
порожний <25 26— 55 56— 80 81 — 100 101 — 130 131 — 160 >160
(Л
о* из
Рис. 4. Номограмма (R-S-F) для определения расхода топлива автосамосвала CAT-785
по j-му участку трассы, которое отражает сопротивление движению, фактическую скорость, реальную мощность и протяженность участка, мин.
Такой подход позволяет учесть реальные дорожные условия, нагрузочные и скоростные режимы движения, определить основные составляющие расхода топлива в процессе выполнения транспортной работы.
Вывод
Разработанные в результате вычислительного эксперимента новые дифференциально-аналитический и графоаналитический методы для определения
удельного расхода топлива в единицу рабочего времени (л/ч) обеспечивают высокую точность нормирования расхода дизельного топлива практически в любых диапазонах изменения горнотехнических и дорожно-транспортных условий эксплуатации. При этом используются следующие горно-технические и технологические показатели: удельные сопротивления движению; параметры автодорог, скорость и время движения по каждым участкам трассы; продолжительность технологических простоев; дифференцированная норма расхода топлива конкретного автосамосвала.
Fig. 4. Nomogram (RSF) for determining the fuel consumption of a CAT-785 dump truck
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пурэвтогтох Б. Ил уурхайн автотээвэр. — УБ.: ШУТИС-ийн хэвлэлийн газар. 2018. — 440с.
2. Яковлев В.Л. О роли и месте автомобильного транспорта в развитии открытых горных работ // Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте. Материалы международного научно-технического семинара: ИГД УрО РАН. — Екатеренбург., 2003. — С. 8 — 16.
3. Тарасов П.И., Горшков Э.В., Глебов А.В. Нормирование расхода дизельного топлива карьерным автотранспортом в новых экономических условиях //Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте. Материалы международного научно-технического семинара: ИГД УрО РАН. — Екатеренбург., 2003. — С. 227—231.
4. Дэвид Монрой. Проектирование системы автосамосвал-дорога // Горный журнал. — 1994. — №4. — C. 20—22.
5. Райан К. Определение оптимального срока службы карьерных самосвалов. // Мировая горная промышленность: М., НПК "Горное дело" 2013. — С. 350—355
6. Пурэвтогтох Б., Орхонтуул Б., Уртнасан Н. Уурхайн автосамосвалын шата-хуун зарцуулалтыг тодорхойлох аргуудын харьцуулалт // ШУТИС-ийн УУИС-ийн Уул уурхайн технологи, эдийн засаг, экологи, геодези, газрын харицаа, ЭШ-ний хурлын эмхэтгэл. - УБ., 2010. - С. 16-25.
7. Клейтерп П. Расчет удельных затрат на экскавацию экскаваторно-автомобиль-ных комплексов // Мировая горная промышленность: М., НПК "Горное дело" 2013. — С. 344—349.
8. Хохряков В.С. К проблеме оптимизации энергозатрат горного производства // Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте. Материалы международного научно-технического семинара: ИГД УрО РАН. — Екатеренбург., 2003. — С. 16—20.
9. Зырянов И.В., Золотухин Г.К. Энергонагруженность транспортного процесса как критерий межремонтного периода базовых узлов карьерных автосамосвалов // Материалы XII международной научно-практической конференции: ИГД УрО РАН. — Екатеренбург., 2013. — С. 40—45.
10. Caterpillar Performance Handbook. Edition 2017.
11. Purevtogtokh B., Orkhontuul B., Sugarragchaa D. "Determining the dump truch reliable operation of ore open pit" // The 8th international Forum on Strategic Technology 2013 PROCEEDINGS volume l: IFOST 210 — UB., 2013. — С. 581 — 584
12. Цэдэндорж С. Ил уурхай дахь туслах процессууд. — УБ.: ШУТИС-ийн хэвлэ-лийн газар. 2013. — 116 с.
REFERENCES
1. PYrevtogtoh B. Il uurhajn avtoteever. UB.: SHUTIS-ijn hevlelijn gazar. 2018. 440 p.
2. Yakovlev V.L. O roli i meste avtomobil'nogo transporta v razvitii otkrytyh gornyh rabot [On the role and place of road transport in the development of open-pit mining]. Energosberezhenie na kar'ernom avtomobil'nom transporte. Materialy mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara: IGD UrO RAN. Ekaterenburg., 2003. pp. 8 — 16. [In Russ]
3. Tarasov P.I., Gorshkov E.V., Glebov A.V. Normirovanie raskhoda dizel'nogo topliva kar'ernym avtotransportom v novyh ekonomicheskih usloviyah [Rationing of diesel fuel consumption by quarry vehicles in new economic conditions]. Energosberezhenie na kar'ernom avtomobil'nom transporte. Materialy mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara: IGD UrO RAN. Ekaterenburg, 2003. pp. 227 — 231. [In Russ]
4. Devid Monroj. Design of the dump truck-road system. Gornyj zhurnal. 1994. no 4. pp. 20—22. [In Russ]
5. Rajan K. Opredelenie optimal'nogo sroka sluzhby kar'ernyh samosvalov. Mirovaya gornaya promyshlennost' [Determining the optimal service life of quarry dump trucks. World mining industry]. Moscow, NPK «Gornoe delo». 2013. pp. 350 — 355 [In Russ]
6. PYrevtogtoh B., Orhontuul B., Urtnasan N. Uurhajn avtosamosvalyn shatahuun zarcuulaltyg todorhojloh arguudyn har'cuulalt. SHUTIS-ijn UUIS-ijn Uul uurhajn tekhnologi, edijn zasag, ekologi, geodezi, gazryn haricaa, ESH-nij hurlyn emhetgel. UB., 2010. pp. 16—25.
7. Klejterp P. Raschet udel'nyh zatrat na ekskavaciyu ekskavatorno-avtomobil'nyh kompleksov. Mirovaya gornaya promyshlennost' [Calculation of unit costs for excavating excavator-automobile complexes // World mining industry]. Moscow: NPK «Gornoe delo». 2013. pp. 344—349. [In Russ]
8. Hohryakov V.S. K probleme optimizacii energozatrat gornogo proizvodstva. Energosberezhenie na kar'ernom avtomobil'nom transporte [On the problem of optimizing energy consumption of mining production]. Materialy mezhdunarodnogo nauchno-tekhnicheskogo seminara: IGD UrO RAN. Ekaterenburg., 2003. pp. 16—20. [In Russ]
9. Zyryanov I.V., ZoLotuhin G.K. Energonagruzhennost' transportnogo processa kak kriterij mezhremontnogo perioda bazovyh uzlov kar'ernyh avtosamosvalov [Energy Load of the transport process as a criterion for the inter-repair period of the basic nodes of quarry dump trucks]. MateriaLy XII mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: IGD UrO RAN. Ekaterenburg., 2013. pp. 40-45. [In Russ]
10. Caterpillar Performance Handbook. Edition 2017.
11. Purevtogtokh B., OrkhontuuL B., Sugarragchaa D. «Determining the dump truch reliable operation of ore open pit». The 8th international Forum on Strategic Technology 2013 PROCEEDINGS volume L: IFOST 210 UB., 2013. pp. 581-584.
12. Cedendorzh S. IL uurhaj dah' tusLah processuud. UB.: SHUTIS-ijn hevLeLijn gazar. 2013. 116 р.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Пурэвтогтох Б.1 — докт. техн. наук, профессор, советник, е-maiL: MimongoLia@gmaiL. com,
Бямбадагва Б.2 — магистр, аспирант, Энхчулуун Б.3 — докторант,
1 Монгольский государственный университет науки и технологии,
2 Институт горного дела при Монгольском государственном университете науки и технологии,
3 Центральный Южный Университет, Китай.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Purewtogtoh B.1, Dr. Sci. (Eng.), Professor, adviser, Byambadagwa B.2, Master's degree, post-graduate student, Enchuluun B.3, doctoraL candidate,
1 MongoLian state University of science and technoLogy, MongoLia,
2 Mining Institute at MongoLian state University of science and technoLogy, MongoLia,
3 CentraL South University, Changsha city, Hunan province, China.
Получена редакцией 21.11.2019; получена после рецензии 16.03.2020; принята к печати 20.03.2020. Received by the editors 21.11.2019; received after the review 16.03.2020; accepted for printing 20.03.2020.
