CC BY
100
УДК 622.684:629.114 Е.В. Фефелов
ЭКСПЛУА ТАЦИОННОЕ ПОКАЗА ТЕЛИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ КАРЬЕРНЫХ САМОСВАЛОВ
Проанализированы режимы работы карьерных самосвалов в зависимости от горнотехнических, конструктивных, эксплуатационных, технологических и климатических факторов.
Ключевые слова: карьерные самосвалы, автомобильный транспорт, глубина карьера,
открытая горная выработка.
E. V. Fefelov
OPERATIONAL INDICATORS OF POWER EFFICIENCY OF CAREER DUMPER TRUCKS ENGINES
Operating modes of career dumper trucks depending on mining, constructive, operational, technological and climatic factors are analyzed.
Key words: career dumper trucks, motor transport, depth of the opencast mine, open mining development.
Энергоэффективность карьерного самосвала определяется затратами на транспортирование горной массы. Как правило, основную долю в себестоимости транспортирования составляют затраты на дизельное топливо. Расход топлива зависит от уровня и состояния дизельного двигателя. Выработка моторесурса двигателя, отклонение регулировок от оптимальных, износ деталей и эксплуатационных материалов существенно ухудшают его показатели по сравнению с таковыми нового двигателя, что выражается в снижении мощности и повышении расхода топлива.
Проведенные наблюдения и исследования позволяют отметить, что режимы работы, характеризующиеся развиваемой мощностью и расходом топлива, дизельных двигателей зависят от горнотехнических, конструктивных, эксплуата-
Семинар № 8
ционных, технологических и климатических факторов [1].
Горнотехнические факторы оцениваются двумя основными параметрами: глубиной разработки и расстоянием транспортирования.
Выполненные исследования позволяют на основе детального статистического материала и его математического анализа систематизировать карьеры по условиям эксплуатации автомобильного транспорта с их разделением на типовые группы. Следует отметить, что предлагаемые типовые группы не являются стабильными, а будут подвергнуты изменениям и корректировкам вследствие развития горных работ, как в плане, так и на глубину.
В настоящее время вся совокупность возможных условий эксплуатации варьируется в значительных пределах. Учитывая, что от глубины карьеров в значительной мере зависит конструкция применяемых автосамосвалов, в первую очередь, их силовой установки, предлагается систематизировать карьеры по глубине. При этом определяющим является средневзвешенный продольный уклон автодорог. Согласно предлагаемой классификации выделены (рис. 1) [2]:
Рис. 1. Систематизация карьеров с применением мобильного транспорта на колесном и гусеничном ходу по условиям эксплуатации
- нагорные карьеры - выше уровня земной поверхности и не более 50 м глубиной;
- неглубокие карьеры - карьеры глубиной до 200 м (уклон до 4-8%);
- глубокие карьеры - карьеры глубиной до 400 м (уклон до 8-12%);
- сверхглубокие карьеры - глубиной до 600 м (уклон до 10-14%);
- суперглубокие карьеры - глубиной более 600 м (уклон до 36%).
Каждая зона эксплуатации карьерного автотранспорта характеризуется определенными условиями. С увеличением глубины рационально увеличение уклонов автодорог с целью снижения объемов вскрышных пород. Изменение горнотехнических условий (главным образом, высоты подъема горной массы) с понижением горных работ более некоторой величины вызывает возрастание расхода топлива настолько, что с точки зрения эффективности использования энергии топлива рационально применять иной тип силовой установки автотранспортных средств. Повышение топливной экономичности воз-можнр адап-
тацией параметров силовой установки к этим условиям.
Технологические факторы характеризуют дороги в плане и профиле, состояние дорожного покрытия, схемы маневров в забое, коэффициент использования грузоподъёмности.
С увеличением сложности открытой горной выработки повышается и нагрузка на агрегаты автосамосвала, в первую очередь на двигатель, что, в конечном счете, влияет на его показатели надежности и ресурс в целом. На некоторых горнодобывающих пред-приятиях, где эксплуатируются двигатели типа ДМ-21, условия эксплуатации оставляют желать лучшего. Помимо того, что условия весьма тяжелые, т.е. короткое расстояние транспортирования при большой высоте подъема горной массы, имеет место быть низкое качество обслуживания и ремонта карьерных дорог либо вообще их отсутствие, что ведет к повышению сопротивления движению дорожного полотна.
Как известно из общей теории автомобилей и двигателей, при прочих рав-
ных условиях увеличение сопротивления движению требует увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания. Тяговый расчет самосвала с двигателем типа ДМ-21 показывает, что его мощность наиболее рационально реализуется при продольном уклоне автодорог 4-7%, при этом обеспечивается заданная скорость движения груженого автосамосвала (до 12-16 км/ч). Поэтому при выборе основных параметров двигателя следует более основательно подходить к тяговому расчету, т.е. необходимо учитывать развитие горных работ на долгосрочный период.
Исследование режимов работы двигателей 8ДМ-21А, устанавливаемых на самосвалах БелАЗ-7519, показали, что диапазон нагрузки двигателя изменяется в зависимости от преодолеваемого самосвалом уклона дороги, то есть от степени использования мощности двигателя. Для самосвала БелАЗ-7519 установлено, что при движении по дороге с уклонами 4-7% двигатель работает в режиме с минимальным удельным расходом топлива (рис. 2, заштрихованная область).
При уклоне менее 4 % мощность двигателя реализуется частично (рис. 2,
Рис. 2. Внешняя скоростная характеристика двигателя 8ДМ-21А (БелАЗ-7519)
область А), а значит, технические возможности самосвала используются неэффективно. При уклонах более 7% двигатель работает на неэкономичных режимах с более высоким удельным расходом топлива (рис. 2, область С). Вместе с тем наблюдается несогласованный режим работы двигателя и электротрансмиссии, что приводит к снижению общего КПД трансмиссии [3].
Перспективными и наиболее благоприятными условиями эксплуатации современных двигателей типа ДМ-21 (8АМС-2Т) являются условия угольных месторождений, а также нагорные карьеры, где транспортирование горной массы осуществляется «сверху - вниз». Месторождения угля распростираются больше в длину, нежели в глубину, залегают обычно пластами и их отработка ведётся однобортовой системой, что позволяет размещать все транспортные коммуникации на нерабочем борту карьера, при этом благодаря особенности залегания угольных тел, не требуется ввод трассы с повышенными уклонами. Поэтому их разработка ведется, как правило, послойно и транспортирование при таком методе отработки осуществляется в основном по горизонтали вдоль залегания угольного пласта от постоянной трассы на подъём до забоя, что обеспечивает режим работы, к которому дизельный двигатель типа ДМ-21 наиболее адаптирован.
Вообще на крупных площадных карьерах, особенно уже давно эксплуатируемых, транспортирование на подъем составляет все меньшую долю по сравнению с транспортированием по горизонтали. Зачастую добычной участок находится достаточно далеко в плане от
приёмочного пункта, обогатительной фабрики, склада, пункта перегрузки. В случае нагорных карьеров, в которых основной грузопоток направлен на спуск горной массы из карьера на горизонтальную площадку у подножия горы, при этом осуществляется торможение двигателем и тормозной системой автосамосвала. В этом случае большие требования предъявляются тормозной системе автосамосвала. Оба этих режима не требуют от двигателя большой мощности, что позволяет двигателю типа ДМ-21 (8АМС-2Т) качественно превосходить зарубежные аналоги по показателям экономичности, экологичности и надежности. Это является немаловажным фактором в случае их эксплуатации в зоне ведения интенсивных горных работ и применения токсичных взрывчатых веществ, в которых многие предприятия вынуждены периодически останавливать работу для проветривания рабочей зоны.
Все вышеперечисленные условия позволяют работать двигателю в ограниченном диапазоне нагрузок - как правило, в области минимального удельного расхода топлива (рис. 2, заштрихованная область).
Конструктивные факторы характеризуют степень совершенства конструкции дизеля, топливной аппаратуры и параметров самосвала в целом. Для улучшения экономичности и экологичности дизельных двигателей решающее значение имеет совершенствование топливной аппаратуры, применение электронного регулирования подачи топлива.
Двигатели типа ДМ-21 разработаны для тех условий эксплуатации, которые сейчас заметно изменились. И в настоящее время двигатель плохо приспособлен для современных горнотехнических условий, что и ведет к увеличению отказов и повышенному износу двигателя. В таких случаях самосвал с двигателем
ДМ-21 следует переводить в более легкие условия работы (небольшая высота подъема и/или расстояние транспортирования).
Работы по усовершенствованию конструкции двигателя и его техникоэкономических показателей на Уральском заводе ведутся постоянно. Результатом последней модернизации двигателей типоразмерного ряда ДМ-21 является двигатель 8АМС-2Т с улучшенными технико-экономичес-кими показателями. Модернизированный двигатель 8АМС-2Т оснащен двумя турбокомпрессорами, механизмом газораспределения с безударным профилем кулачков распределительного вала, электронным регулятором частоты вращения с программируемыми характеристиками по частоте вращения, выходу рейки топливного насоса и давлению наддува. Внедрение в конструкцию двигателя двух турбокомпрессоров меньшего типоразмера позволило снизить массу инерционных деталей турбокомпрессора, в результате чего возросла степень форсирования, и снизился удельный расход топлива двигателя. Внедренные конструктивные мероприятия позволили добиться расхода топлива, сопоставимого с зарубежными аналогами, и в этом направлении еще остаются резервы улучшения потребительских качеств двигателя.
Эксплуатационные факторы характеризуют степень износа ДВС, исправность топливной аппаратуры, порядок заправки топливом, сдачи-приёмки смен, простой по организационным причинам, частоту перегонов.
Анализ отказов двигателя ДМ-21 показывает, что часть из них происходит вследствие несоответствия условиям эксплуатации, часть - по причине низкой культуры обслуживания эксплуатирующих лиц (водители, ремонтники), и частично - вследствие конструктивных
100 'октябрь ноябрь декабрь
■ БелАЗ-7512 (с двигателем 8ДМ-21 АМ)
♦ БелАЗ-75132 (с двигателем 8АМС-2Т)
▲ БелАЗ-75145 (с двигателем КТТА-50С)
январь февраль
март
Рис. 3. Удельный расход топлива с начала эксплуатации самосвалов
Рис. 4. Производительность самосвалов
недоработок. Так, несоблюдение руководства по эксплуатации и нарушение правил обслуживания систем самосвала повлекло за собой отказ турбокомпрессоров.
По данным эксплуатирующей организации Кузнецкого угольного бассейна построены зависимости удельного расхода топлива и грузооборота самосвалов с двигателями отечественного и иностранного производства. Видимые скач-
ки расхода топлива на рис. 3 обусловлены изменением погодных условий, а также временем простоев, которое влияет на грузооборот самосвала.
Как видно из рис. 4 на производительность самосвала оказывает влияние наработка двигателя. Чем больше наработка двигателя, тем чаще и серьезнее случаются отказы двигателя, соответственно возрастает время простоев и снижается производительность самосвала.
Таким образом, к показателям энергоэффективности силовых установок следует отнести мощность и расход топлива. Повышение энергоэффективности
1. Петров В. Ф. Особенности эксплуатации большегрузных самосвалов в условиях работы разреза «Нерюнгринский» ГУП «Якутуголь» / В.Ф. Петров, В.М. Медведев, В.В. Кошевой // - Уголь. - 2000. - №10.
2. Петров В. Ф. Особенности эксплуатации большегрузных самосвалов в условиях работы разреза «Нерюнгринский» ГУП «Якутуголь» / В.Ф. Петров, В.М. Медведев, В.В. Кошевой // - Уголь. - 2000. - №10.
самосвала в целом достигается комплексом способов и средств, к числу которых относится улучшение конструкции, то есть повышение коэффициента полезного действия элементов системы «силовая установка - трансмиссия» и согласование их режимов работы, в частности согласование работы дизельного двигателя и электротрансмиссии.
Повышение энергоэффективности силовых установок также достигается при их эксплуатации в рациональных горнотехнических условиях, наиболее соответствующих режимам работы.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Тарасов П.И. Перспективы применения комбинированных энергосиловых установок на карьерном автосамосвалах / Геотехно-логические проблемы комплексного освоения недр. Сб. науч. тр. - Екатеринбург, 2004.
4. Тарасов П.И. Исследование влияния горнотехнических факторов на расход топлива карьерным автотранспортом. Дисс. ... канд. тех. наук. -Свердловск, 1982. И'ЛЧ
— Коротко об авторе -----------------------------------------------
Фефелов Е.В. - Институт горного дела УрО РАН, [email protected]
