CC BY
106
© С.Ж. Галиев, Г.К. Саменов, 2015
УДК 622.271.324
С.Ж. Галиев, Г.К. Саменов
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМА ЗАГРУЗКИ АВТОСАМОСВАЛОВ И УКЛОНА ДОРОГ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ГОРНО-ТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ КАРЬЕРОВ
Приведены описание и анализ полученных результатов экспериментов, проведенных на базе имитационного моделирования работы экскаваторно-автомобильного комплекса карьера с использованием программно-методического комплекса «СЕБАДАН-Авто». Цель эксперимента и задача исследования заключались в установлении оптимальных параметров весовой загрузки карьерных автосамосвалов и влияния уклонов внутрикарьерных дорог на эффективность работы экскаваторно-автомобильного комплекса в целом.
Ключевые слова: карьер, автосамосвал, режим загрузки, перегруз, уклон дорог, скорость движения, расход топлива, горно-транспортный комплекс, экскаваторно-автомобильный комплекс, имитационное моделирование, эффективность.
ализ организации работы автосамосвалов на карьерах
оказывает, что зачастую машины эксплуатируются со
значительным (до 20% и более) перегрузом в целях обеспечения планов по объемам извлечения горной массы в условиях их низкой технической готовности. В тоже время, практика указывает на то, что такая эксплуатация автосамосвалов приводит к снижению их эффективности и технического состояния, к росту себестоимости горно-транспортных работ в целом. Исследования показывают, что: скорость перегруженного на 10% автосамосвала снижается на 6-7%, что сопровождается повышенным расходом топлива; превышение нагрузки на шину на 10% от номинальной снижает ее ходимость на 25-30%, а превышение нагрузки на 30-40 и 50% снижает срок службы шин, соответственно, на 40, 50 и 60% [1]. Таким образом, временное (в рамках смены, суток, месяца) повышение производительности оборачивается повышенным расходом топлива и износом шин, а также отдельных узлов автосамосвала снижая уровень
311
его технического состояния и коэффициент технической готовности. Последнее приводит в последующем к повышенному расходу запасных частей и материалов, затрат на ремонтные и восстановительные работы и, в итоге, увеличивает себестоимость горно-транспортных работ в целом. К примеру, на одном из карьеров из 21-го автосамосвала Hitachi EH3500 в марте 2015 года 5 машин находилось в ремонте. Если в 2010 году на данном карьере коэффициент использования календарного времени в целом по парку Hitachi EH3500 составлял 0,87, то 2014 году этот показатель уже снизился до 0,8.
На эффективность работы автосамосвалов и экскаваторно-автомобильных комплексов в целом в существенной мере сказывается и недогруз машин. Для примера, на рассмотренном карьере часто автосамосвалы Hitachi EH-3500 используются для транспортировки рыхлой горной массы, что обеспечивает неоптимальную их загрузку по грузоподъемности (на уровне 130-140 т при паспортной грузоподъемности 168 т, а принятой на карьере 173 т).
Другим важным фактором снижения эффективности эксплуатации автосамосвалов являются неоптимальные геометрические параметры автодорог в карьере. Геометрический анализ автотрасс ряда карьеров показал, что уклоны на съездах не везде выдержаны в соответствии с руководящим уклоном, который по проектам не должен превышать 80%с. Имеются участки, с превышением уклона до 100% выше, что негативно сказывается на эффективности работы транспортного оборудования и горно-транспортных комплексов в целом. К тому же, часто в транспортном процессе задействованы автосамосвалы разных моделей и все они разной мере эффективны на крутонаклонных и горизонтальных участках трассы. В современных карьерах часто наблюдается недостаточность доли горизонтальных участков дорог на протяжении всей автотрассы. Это все в существенной мере снижает среднетехническую скорость движения автосамосвалов и увеличивает, тем самым, среднее время рейсов, значительно увеличивая расход топлива.
Учеными Института горного дела Уро РАН и УГГА было установлено, что повышение уклонов капитальных автомобильных съездов свыше 60-80% приводит к увеличению затрат на
312
транспорт горной массы на 1,2-1,8% на каждые 10% увеличения уклона [2, 3]. По их расчетам, для карьера глубиной 350 м и длиной по дну 1200 м, повышение уклона автомобильного съезда на 10% хотя и приводит к сокращению объемов вскрыши на 0,1%, но увеличивает среднегодовые затраты на добычу руды на 0,7%. Основным выводом по данным исследованиям было признание факта нецелесообразности применения повышенных уклонов, хотя для менее протяженных карьеров их применение может оказаться достаточно эффективным. На взгляд авторов предлагаемой к обсуждению статьи, данные выводы верны по своей направленности, однако применяемый математический подход, не вполне обеспечивает адекватный учет влияния исследуемых факторов на эффективность работы автотранспорта и горно-транспортного комплекса в целом. Математический подход не позволяет в должной мере учитывать влияние на исследуемые параметры других важных факторов. Он основан на достаточно громоздкой системе нормативных показателей, корректирующих коэффициентов или эмпирических зависимостей. Анализ такого подхода также показывает, что он не достаточно чувствителен к различным типам автосамосвалов и их техническим параметрам и характеристикам, не адекватно учитывается степень износа автосамосвала. На основе такого подхода не всегда представляется возможным получить корректные данные по расчету скорости движения и расхода топлива автосамосвалов.
Одним из основных и важных критериев при оценке эффективности работы карьерных автосамосвалов служит показатель удельного расхода топлива. Затраты на топливо являются одними из основных слагаемых эксплуатационных затрат, доля которых в общей затратах доходит до 50%. Повышенное внимание к расходу топлива определяется тем, что этот показатель в полной мере зависит от технических параметров и конструктивных особенностей автосамосвалов, условий внешней среды, сроков и режимов эксплуатации. Основными факторами, взаимообус-ловливающими и определяющими величину расхода топлива карьерным автотранспортом являются: состояние двигателя и трансмиссии автосамосвала, срок его эксплуатации; полезная масса автосамосвала; уклон автотрассы; степень накачки и
313
качество протекторов шин; геометрические особенности автотранспортных коммуникаций; качество дорожного покрытия, определяемое удельным сопротивлением качению; качество призабойных и разгрузочных площадок; климатические особенности и географическое положение карьера. Совокупное влияние всего перечня определяющих факторов при рассмотрении взаимосвязи двух или более параметров практически невозможно адекватно учесть с использованием даже самых совершенных математических подходов и вероятностного моделирования. Более адекватные модели движения и расхода топлива карьерных автосамосвалов можно создать на основе системного подхода с применением метода имитационного моделирования. Наиболее эффективным в данном аспекте является метод имитационного логико-статистического моделирования [4-7], реализованного в программно-методическом комплексе «СеБаДан-авто», с использованием которого был проведен комплекс предлагаемых к обсуждению исследований.
Целью эксперимента являлось установление оптимальных параметров загрузки определенной модели карьерных автосамосвалов и уклонов дорог, обеспечивающих максимальную эффективность работы экскаваторно-автомобильного комплекса в целом. В задачу исследования входила оценка эффективности автосамосвалов Hitachi EH3500 в зависимости от уклона автотрассы, веса перевозимого груза и высоты подъема.
Эксперименты проведены для 2 разных условий эксплуатации автосамосвалов:
Эксперимент 1. Исследованы варианты работы экскаваторно-автомобильного комплекса с увеличением загрузки автосамосвала Hitachi EH3500 от 150 т (недогруз) до 240 т (перегруз). Для чистоты эксперимента на имитационной модели высота транспортирования при различных вариантах оставалась постоянной и соответствовала 180 м. Расстояние транспортирования также оставалось неизменным и составляло 2,98 км. Все уклоны по автотрассе составляли 80 %.
Эксперимент 2. Исследования производились при постепенном увеличении руководящего уклона автотрассы от 80% до 240%. Высота транспортирования — 180 м. Расстояние транспортирования изменяется согласно изменения уклона трассы на
314
съездах от 2,98 км при 80%с до 1,5 км при 240%с. Протяженность призабойных дорог, до пунктов разгрузки на перегрузочном складе, а также на площадках примыкания оставалась практически неизменной. Исследованы варианты работы автосамосвала Hitachi EH3500 с номинальной загрузкой горной массы 168 т.
В качестве экспериментальной дороги был взята автотрасса модельного карьера, которая на плане горных работ разбивалась на участки с различным технологическим и техническим назначением, геометрическими характеристиками, что позволило на модели максимально учесть специфические горно-технические, горно-геометрические и организационные условия конкретного карьера (структура и качество покрытия автомобильных дорог, скоростные ограничения, расположение пунктов погрузки и разгрузки и т.д.). Для чистоты эксперимента в модельном карьере был принят 1 погрузочный пункт и 1 перегрузочный склад, высота уступов принята равной 15 м. Выемочно-погрузочные работы осуществляются экскаватором типа Hitachi EX3600.
Учет технического состояния основного горного и транспортного оборудования при имитационном моделировании работы позволяет, в отличие от принятых подходов, учитывать реальные технико-экономические показатели эксплуатации.
При моделировании работы экскаваторно-автомобильного комплекса карьера с высокой степенью точности воспроизводился порядок и последовательность выполняемых технологических операций. Моделировалась среднегодовая 12-часовая смена работы горно-транспортного комплекса, наиболее широко принятая на современных горных предприятиях. Все варианты рассматривались в рамках года. Режим работы экскаваторно-автомобильного комплекса принят следующий: количество рабочих смен в месяц — 60, продолжительность рабочей смены — 12 ч, время пересменки — 30 мин. Годовые показатели рассчитываются по результатам моделирования, исходя из учета еженедельных режимов ведения горных работ. Принято, что в день взрыва снижение производительности системы составляет 35% от результатов ее работы в нормальных условиях. Для дневных смен, когда производятся все виды запланированных ремонтов, этот показатель принят равным 70%. Моделирование горно-транспортных работ осуществлялось с учетом текущего коэффициента вскрыши.
315
Уклон автотрассы на модели формировался по заданным трехмерным координатам карьерного пространства. В процессе исследований, для чистоты экспериментов, на модели все уклоны ограничивались уровнем 80%. Покрытие автодорог, принятое в процессе экспериментов, не менялось. Тип дорожного покрытия — укатанное грунтовое в забое и на отвале, ширина полосы движения — 12,5 м, типы блок-участков трассы: участок для маневра, участок движения и съезд. По автосамосвалам приняты скоростные ограничения 30 км/ч, соответственно в грузовом и порожняковом направлениях, как это по факту часто принимается на практике. При моделировании работы экскава-торно-автомобильного комплекса при различных режимах эксплуатации автосамосвалов по каждому элементарному участку трассы карьерных автодорог вычисляется скорость движения, расход топлива, удельный расход топлива, затраты на топливо, эксплуатационные затраты, удельные текущие затраты, время простоев и движения.
Эффективность автосамосвалов оценивалась по совокупности показателей: 1) среднетехническая скорость движения автосамосвалов; 2) расход топлива автосамосвалов, л/км, л/рейс; 3) удельный расход топлива, г/ткм; 4) затраты на топливо, тг; 5) эксплуатационные затраты, тг; 6) удельные текущие затраты. В качестве критерия оптимальности принят показатель удельных текущих затрат на 1 куб горной массы.
Расчет стоимости работы и простоя автосамосвалов и экскаваторов производился исходя из фактических данных по стоимости за 1 л дизельного топлива и 1 кВт/ч электроэнергии, величины заработной платы машинистов и помощников машинистов экскаваторов, водителей автосамосвалов. Величина амортизационных отчислений рассчитывалась по фактической балансовой стоимости экскаваторов и автосамосвалов, эксплуатируемых на карьере. Прочие затраты рассчитывались исходя из существующих норм и нормативов: затраты на смазочные материалы за месяц приняты в размере 10% от стоимости топлива, затраты на запасные части и материалы — 30%, затраты на сооружение 1 км автотрассы за год и на текущее содержание дороги.
Исходные показатели по экскаватору и автосамосвалу принимается по данным паспортов фирмы производителя, как это представлено в табл. 1-2.
316
Исходные показатели по экскаватору
Наименование показателя Значение
Модель экскаватора Hitachi EX 3600
Емкость ковша, м3 21
Фактическое время цикла, с 36
Двигатель Hitachi S16R-TAA
Номинальная мощность двигателя, кВт 1400
КПД 0,94
Длина, м 9,0
Ширина, м 7,7
Высота, м 7,7
Балансовая стоимость экскаватора, тыс. тенге 760 080
Таблица 2
Исходные показатели по автосамосвалу
Наименование показателя Значение
Модель автосамосвала Hitachi EH3500
Объем кузова, с шапкой, м3 111
Грузоподъемность, т 168
Масса, т 141
Двигатель QSK KTA50-CE
Номинальная мощность двигателя, кВт 1491
Вид трансмиссии ЭМ
КПД трансмиссии 0,85
Время разгрузки, с 36
Минимальный радиус поворота, м 16
Стоимость 1 шины, тыс. тг 5680
Норма пробега шины, тыс. км 75
Длина, м 13,51
Ширина, м 8,01
Высота, м 6,77
Балансовая стоимость автосамосвала, тыс. тг 745 920
Анализ полученных результатов
Результаты исследований по эксперименту 1 приведены в табл. 3-4. При моделировании, реальные технико-эксплуатационные характеристики автосамосвала учитываются с использованием показателя снижения технического состояния машины.
317
Результаты моделирования работы автотранспорта в условиях различной весовой загрузки (эксперимент 1)
1 Полезный вес автосамосвала, т 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
2 Ср.взвеш. расстояние транспортирования, км 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98 2,98
3 Ср.взвеш. высота подъема горной массы, м 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180
4 Количество рейсов в грузовом напр., рейс 38 35 34 33 32 31 29 27 26 25
5 Объем перевезенной горной массы, м3 1628,57 1600,00 1651,43 1697,14 1737,14 1771,43 1740,00 1697,14 1708,57 1714,29
6 Вес перевезенной горной массы, т 5700 5600 5780 5940 6080 6200 6090 5940 5980 6000
7 Общий пробег, км 226,99 209,09 203,12 197,15 191,18 185,21 173,27 161,33 155,36 149,40
8 Ср. скорость дв. в грузовом напр., км/ч 18,06 17,19 16,13 15,07 14,32 13,45 12,58 11,68 10,97 10,07
9 Ср. скорость дв. в порожняковом напр., км/ч 29,03 29,02 29,00 28,98 28,96 28,94 28,92 28,89 28,87 28,84
10 Среднетехническая скорость движения, км/ч 23,01 22,32 21,30 20,37 19,50 18,77 17,75 16,77 15,92 14,73
И Общий расход топлива, л: 2092,72 2035,30 2128,83 2230,18 2293,82 2410,37 2453,13 2492,75 2565,11 2708,19
12 в грузовом направлении 1303,09 1290,20 1377,69 1472,62 1539,59 1649,27 1710,19 1769,63 1847,09 1984,13
13 в порожняковом направлении 766,83 721,73 726,87 732,32 728,31 734,07 714,71 693,59 687,55 692,07
14 Удельный расход топлива, г/ткм 102,21 101,12 102,48 104,48 104,99 108,19 112,07 116,72 119,30 125,54
Окончание табл. 3
15 Удельный расход топлива, г/т 367,14 363,45 368,31 375,45 377,27 388,77 402,81 419,65 428,95 451,37
16 Затраты на топливо, тыс. тг. 285,1 277,3 290,1 303,9 312,5 328,4 334,2 339,6 349,5 369,0
17 Расход топлива, л/100 км 1845,27 1948,45 2097,94 2264,42 2401,82 2605,28 2834,35 3093,48 3305,70 3629,70
18 Расход топлива в грузовом направ., л/100 км 1149,00 1235,15 1357,70 1495,23 1612,07 1782,63 1975,95 2196,08 2380,38 2659,27
19 Расход топлива за 1 рейс, л/рейс 55,07 58,15 62,61 67,58 71,68 77,75 84,59 92,32 98,66 108,33
20 Расход топлива за 1 рейс в груз, нап., л/рейс 34,29 36,86 40,52 44,62 48,11 53,20 58,97 65,54 71,04 79,37
21 Среднее время рейса, мин 7,65 8,13 8,39 8,65 8,93 9,18 9,56 10,27 10,65 11,28
22 в грузовом направлении 10,60 11,08 11,85 12,60 13,38 14,12 15,23 16,42 17,57 19,35
23 в порожняковом направлении 8,03 8,67 8,68 8,70 8,72 8,72 8,73 9,37 9,37 9,42
24 Затраты по ГТК, тыс. тг. 771,5 755,3 770,5 787,8 798,5 820,1 824,9 832,9 847, 876,7
25 Эксплуатационные затраты, тыс. тг. 565,1 548,9 564,0 581,4 592,1 613,7 618,5 626,5 641,0 670,2
26 - Амортизационные отчисления, тыс. тг. 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4
27 Удельные текущие затраты, тг/т 135,35 134,88 133,30 132,63 131,34 132,28 135,46 140,23 141,71 146,11
Изменение скорости движения автосамосвала при движении с грузом вверх в зависимости от веса перевозимой горной массы за 1 рейс при высоте подъема горной массы 180 м
Тип блок участка автотрассы Длина блок участка, м Вес перевезенной горной массы за 1 рейс, т/рейс
150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
Участок погрузки 25,3 5,17 5,10 5,04 4,97 4,91 4,85 4,79 4,74 4,69 4,64
Гор. участ. движ. 40,3 12,37 12,21 12,06 11,91 14,93 11,63 11,50 11,37 11,26 11,14
40,7 15,67 15,48 15,29 15,11 14,93 14,76 14,60 14,45 14,30 14,15
40,2 17,91 17,68 17,47 17,26 17,07 16,88 16,69 16,52 16,35 16,19
39,7 19,64 19,40 19,17 18,94 18,73 18,52 18,32 18,13 17,95 17,77
39,1 21,07 20,82 20,57 20,33 20,10 19,88 19,67 19,47 19,27 19,08
Съезды (80%о), накл. участ. движ. 187,9 20,07 19,71 19,36 19,02 18,70 18,38 18,07 17,78 17,49 17,21
187,5 18,53 18,03 17,55 17,07 16,62 16,17 15,73 15,30 14,88 14,47
188,2 17,53 16,96 16,41 15,86 15,33 14,81 14,29 13,80 13,34 12,91
188,1 17,02 16,42 15,83 15,25 14,69 14,14 13,64 13,19 12,78 12,39
187,6 16,73 16,12 15,52 14,93 14,36 13,84 13,38 12,98 12,59 12,22
188,3 16,59 15,97 15,37 14,79 14,22 13,73 13,31 12,92 12,54 12,18
188,6 16,55 15,93 15,33 14,75 14,19 13,72 13,31 12,93 12,56 12,19
188,4 16,52 15,91 15,31 14,72 14,17 13,71 13,31 12,93 12,56 12,19
188,0 16,50 15,89 15,29 14,70 14,16 13,70 13,29 12,91 12,54 12,18
188,0 16,50 15,88 15,29 14,70 14,16 13,71 13,30 12,92 12,55 12,19
187,9 16,49 15,87 15,28 14,69 14,15 13,70 13,29 12,91 12,54 12,18
189,0 16,49 15,88 15,27 14,70 14,16 13,71 13,30 12,92 12,55 12,19
Гор. участ. движ. 98,9 18,22 17,66 17,11 16,57 16,08 15,68 15,31 14,96 14,61 14,28
100,5 22,07 21,59 21,13 20,68 20,28 19,93 19,61 19,30 19,01 18,72
Участок разгр. 25,4 19,26 19,03 18,81 18,60 18,40 18,23 18,07 17,92 17,77 17,63
В среднем, рейс 2980 18,06 17,19 16,13 15,07 14,32 13,45 12,58 11,68 10,97 10,07
Анализ результатов моделирования работы ЭАК в этом случае показывает, что с увеличением веса перевозимой горной массы автосамосвалом сменная производительность комплекса увеличивается от 5700 т до 6000 т, уменьшается общий пробег автосамосвала от 226,99 до 149,40 км. В тоже время понижается среднетехническая скорость движения автосамосвала от 23,01 км/ч до 14,73 км/ч, вследствие чего увеличивается среднее время рейса от 7,65 мин до 11,28 мин. При этом существенное увеличение наблюдается по общему расходу топлива — от 2092 л до 2708 л, а также по удельному расходу топлива — от 1149 до 2659 л/100 км, от 55,07 до 108,33 л/рейс, от 102,21 до 125,54 г/ткм. В результате, как следствие, затраты на топливо увеличиваются с 285,1 до 369,0 тыс. тенге.
Таким образом, из выше представленного, можно сделать вывод о том, что с увеличением веса перевезенной горной массы производительность автосамосвала увеличивается с понижающимися темпами, однако при этом удельные текущие затраты на горно-транспортные работы увеличиваются.
В рамках данного эксперимента были произведены расчеты скорости движения по каждому из рассмотренных вариантов для каждого элементарного участка трассы. Изменение скорости при движении с грузом вверх показано в таблице 4, из которой следует, что при движении вверх с увеличением веса перевезенной горной массы скорость движения автосамосвала уменьшается.
Проведенные с использованием имитационной модели вычисления и полученные значения скорости движения и расхода топлива при увеличении весовой нагрузки автосамосвала дают основание сделать вывод о том, что: 1) подтверждается, что с превышением нагрузки на 10% скорость снижается на 6-7% (по эксперименту превышении на 11,76% приводит к снижению скорости на 8,45%); 2) расход топлива, при этом увеличивается на 2-3%; 3) увеличением изменение скорости движения автосамосвала и удельный расход топлива имеют обратно-пропорциональную тенденцию — с увеличением полезной массы автосамосвала увеличивается скорость движения автосамосвала и уменьшается удельный расход топлива.
Результаты исследований по эксперименту 2 представлены в табл. 5-6. В этом эксперименте проведены исследования при постепенном увеличении руководящего уклона автотрассы ка-
321
Результаты моделирования в зависимости от уклона съездов автотрассы
Значения уклона автотрассы, %с 80 100 120 140 160 180 200 220
Средневзвешенная высота подъема г.м., м 180 180 180 180 180 180 180 180
Средневзвешенное расстояние транспортирования, км 2,98 2,54 2,24 2,02 1,87 1,74 1,64 1,56
Количество рейсов в грузовом направлении 34 36 37 37 37 37 36 35
Объем перевезенной горной массы, м3 1632 1728 1776 1776 1776 1776 1728 1680
Вес перевезенной г. м., т 5712 6048 6216 6216 6216 6216 6048 5880
Ср. см. пробег одного а/с, км/смена 203,12 182,70 165,70 149,92 138,25 129,16 118,51 109,61
Средняя скорость движения, км/ч: 24,44 23,69 22,97 22,56 22,06 21,81 21,76 21,34
в грузовом направлении 16,24 14,03 12,50 11,29 11,05 10,42 10,13 9,01
в порожняковом направлении 28,96 28,94 28,70 28,70 28,21 28,15 28,21 28,15
Ср. техн. скорость движения, км/ч 21,41 19,22 17,78 15,95 14,68 13,65 12,47 11,44
Общий расход топлива, л: 2120,3 2109,0 2067,0 2006,5 1944,8 1914,1 1840,3 1641,6
в грузовом направлении 1369,7 1423,3 1447,3 1438,4 1434,0 1432,5 1394,0 1226,0
в порожняковом направлении 726,34 664,49 600,75 550,52 494,81 466,35 431,70 401,59
Уд. расход, г/ткм 103,28 114,38 123,73 132,81 139,69 147,21 154,28 148,72
Уд. расход, л/км 10,44 11,54 12,47 13,38 14,07 14,82 15,53 14,98
Затраты на топливо, тыс. тг 288,9 287,4 281,6 273,4 265,0 260,8 250,7 223,7
Общее время в движении, мин: 569,30 570,37 559,07 564,00 565,23 567,70 570,37 574,95
под погрузкой 86,13 91,20 93,73 93,73 93,73 93,73 91,20 88,67
под разгрузкой 20,40 21,60 22,20 22,20 22,20 22,20 21,60 21,00
Ср. время рейса, мин: 8,35 7,92 7,54 7,52 7,47 7,46 7,59 7,75
в грузовом направлении 11,78 11,70 11,73 12,27 12,68 12,97 13,65 14,45
в порожняковом направлении 8,65 7,83 7,07 6,67 6,28 6,07 5,88 5,67
Затраты по ГТК, тыс. тг.: 768,8 758,3 742,9 724,2 707,1 697,0 677,6 635,2
эксплуатационные 562,4 551,9 536,6 517,8 500,7 490,7 471,2 428,8
амортизационные 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4 206,4
Грузоборот, ткм 17047 15333 13904 12579 11599 10835 9940 9193
Уд. затраты, тг/ткм 45,10 49,45 53,43 57,57 60,96 64,33 68,17 69,1
Изменение скорости движения автосамосвала с грузом вверх в зависимости от высоты подъема горной массы и уклона съездов автотрассы, км/ч
Тип блок участка автотрассы 1 » Уклон съездов автотрассы, %
Высота по ема горн массы, 1 80 100 120 140 160 180 200 220
Участок погрузки 5,05 5,05 5,01 5,02 5,03 5,04 5,03 5,05
Гор.участ. движ. 17,59 17,58 16,86 16,86 16,87 17,57 16,87 17,57
Съезды, накл. 15 19,43 18,99 18,25 18,04 17,80 17,52 17,28 17,04
участ. движ. 30 17,64 15,99 14,29 13,21 12,31 11,26 10,29 9,36
45 16,52 14,03 11,81 10,18 9,08 8,05 7,35 6,16
60 15,94 12,95 10,89 9,17 8,32 7,72 7,18 5,92
75 15,64 12,79 10,63 8,99 8,32 7,71 7,19 5,78
90 15,49 12,72 10,56 8,98 8,32 7,70 7,19 5,95
105 15,45 12,69 10,55 8,96 8,31 7,71 7,20 5,88
120 15,43 12,68 10,56 8,98 8,32 7,73 7,17 5,89
135 15,41 12,67 10,54 8,97 8,33 7,72 7,19 5,87
150 15,41 12,67 10,56 8,97 8,27 7,70 7,19 5,76
165 15,39 12,67 10,53 8,95 8,33 7,72 7,19 5,93
180 15,40 12,69 10,57 9,01 8,33 7,74 7,22 5,25
Гор. участ. движ. 17,22 14,92 13,31 12,03 11,18 10,67 10,20 8,30
Маневровый 18,85 18,33 18,05 17,89 17,81 17,79 17,78 17,71
рьера от 80% до 220% с интервалом в 20%. Анализ выходных данных показывает, что наиболее эффективным вариантом является эксплуатация автосамосвалов Hitachi EH3500 на уклоне 80-100%.
Из анализа результатов исследований также следует, что с увеличением уклона автомобильной трассы на съездах производительность автосамосвала увеличивается с понижающимися темпами. Увеличение производительности объясняется сокращением расстояния транспортирования.
При повышении уклона от 80% до 220% время движения в порожняковом направлении уменьшается большими темпами,
323
Изменение удельного расхода топлива автосамосвала с грузом вверх в зависимости от высоты подъема горной массы и уклона съездов автотрассы, л/км
Тип блок участка автотрассы Высота Уклон съездов автотрассы, %
подъема горной массы, м 80 100 120 140 160 180 200
Участок погрузки 29,41 29,39 29,96 29,77 29,65 29,54 29,70
Гор. участ. движ. 13,41 13,41 13,43 13,42 13,41 13,42 13,42
Съезды, накл. 15 11,09 11,45 11,71 11,92 12,07 12,19 12,28
участ. движ. 30 12,23 13,50 14,71 15,91 17,03 18,12 19,35
45 13,05 15,18 17,48 19,75 22,28 25,40 28,38
60 13,49 16,13 18,76 21,35 24,06 26,49 29,01
75 13,73 16,53 19,14 21,68 24,05 26,52 28,96
90 13,85 16,62 19,24 21,69 24,05 26,52 28,95
105 13,88 16,65 19,25 21,73 24,09 26,50 28,91
120 13,90 16,67 19,24 21,70 24,06 26,45 29,05
135 13,92 16,68 19,27 21,72 24,02 26,48 28,97
150 13,92 16,68 19,24 21,70 24,17 26,55 28,96
165 13,93 16,68 19,28 21,75 24,04 26,47 28,96
180 13,92 16,66 19,22 21,62 24,01 26,35 28,83
Гор. участ. движ. 12,73 14,50 15,94 17,17 17,99 18,54 18,99
Участок разгрузки 10,32 11,04 11,46 11,71 11,83 11,87 11,90
чем увеличение времени движения в грузовом, так как при этом уменьшается расстояние транспортирование от 2,98 км до 1,56 км, а скорость движения в порожняковом направлении остается почти без изменения, тогда как в грузовом направлении она понижается.
Влияние уклона трассы целесообразно оценивать показателями удельного расхода топлива, г/ткм и удельных затрат на 1 ткм. При повышении уклона от 80% до 220% удельный расход топлива на 1 ткм увеличивается от 103,28 до 148,72 г/ткм (от 10,44 до 14,98 л/км), а удельные затраты от 45,1 до 69,1 тенге/ткм. Таким образом, можно с высокой степенью достоверности прогнозировать значения себестоимости горно-транспортных работ с развитием карьерной зоны.
324
С помощью имитационной модели экскаваторно-автомо-бильного комплекса зафиксированы значения скорости движения и расхода топлива автосамосвала по каждому элементарному участку трассы карьерных автодорог. В табл. 6-7 и на рис. 1 приведены изменения скорости движения и удельного расхода топлива автосамосвала при движении с грузом вверх в зависимости от высоты подъема горной массы и уклона съездов автотрассы.
С увеличением уклона на съездах скорость движения автосамосвала с грузом вверх понижается до определенной высоты подъема, после этого она остается почти без изменений при увеличении высоты подъема до 180 м. При уклоне автотрассы 80%с, после загрузки от забоя до начало наклонного участка автотрассы, автосамосвал набирает скорость до 19,43 км/ч. Скорость движения автосамосвала с грузом вверх с увеличением высоты подъема до 135 м уменьшается до 15,41 км/ч. При уклоне 220% скорость движения автосамосвала с грузом вверх с увеличением высоты подъема до 60 м уменьшается до 6,16 км/ч.
Анализ удельного расхода топлива автосамосвала при движении с грузом вверх показывает, что влияние уклона трассы на удельный расход топлива значительное. Например, если при высоте транспортирования 180 м расход топлива на наклонном
Рис. 1. Зависимость удельного расхода топлива (л/км) от высоты подъема горной массы и уклона автотрассы
325
участке трассы с уклоном 80% составляет 13,92 л/км, то на наклонном участке трассы с уклоном 200% составляет 28,83 л/км. Характер изменения удельного расхода топлива в зависимости от высоты подъема горной массы и уклона съездов автотрассы представлен на графике рис. 1. Если при высоте подъема 15 м удельный расход топлива с увеличением уклона трассы растет на 10,79%, то при 30 м — 58,26%. Начиная с высоты 45-60 м шаг увеличения удельного расхода топлива с увеличением уклона автотрассы остается практически неизменным и составляет 107-110%. В связи с этим можно предположить, что повышенные уклоны трассы можно использовать при небольших высотах транспортирования. Это говорит, прежде всего, о том, что при выборе основного горного и транспортного оборудования, необходимо учитывать конкретные горно-технические, горногеологические, горно-геометрические, горно-экономические и организационные условия.
Выводы
Жесткая взаимообусловленность многих факторов эффективности работы горно-транспортного комплекса в целом вызывает необходимость исследования взаимосвязи двух и более факторов только при условии адекватного учета характера взаимодействия и влияния всех остальных определяющих факторов. Наиболее целесообразным и приемлемым при решении такого рода задач является метод имитационного логико-статистического моделирования, обеспечивающий адекватный учет характера и степени взаимовлияния всей совокупности определяющих факторов.
Перегруз или недогруз автосамосвалов, обеспечивающий некоторое повышение производительности, помимо ускоренного износа основных узлов и шин, повышенного расхода запасных частей и материалов, дополнительных затрат на ремонтные и восстановительные работы, приводит к существенному увеличению расхода топлива, увеличению себестоимости горнотранспортных работ.
Каждая модель автосамосвала в зависимости от конкретных условий его эксплуатации при разных уклонах дороги имеет свою оптимальную грузоподъемность. К примеру, применительно к автосамосвалам Hitachi EH3500 в заданных в процес-
326
се эксперимента условиях наиболее эффективным вариантом является эксплуатация на уклоне 80-100%.
Наиболее целесообразным и приемлемым при решении такого рода задач является метод имитационного логико-статистического моделирования, обеспечивающий адекватный учет характера и степени взаимовлияния всей совокупности определяющих факторов.
Для объективной оценки эффективности работы карьерного автотранспорта в заданных условиях эксплуатации наиболее приемлемым показателем является показатель удельного рас-
3 и и
хода топлива на тонну или м3 транспортируемой горной массы. Традиционно применяемый для этих целей показатель расхода топлива в г/ткм в условиях карьера в существенной степени зависит от соотношения общей длины и индивидуальной протяженности горизонтальных и наклонных участков автомобильной трассы, что приводить в соответствие во время проводимых экспериментов чрезвычайно сложно и не эффективно.
Имитационное моделирование горно-транспортного процесса с адекватным учетом горно-технических, горно-геологических, горно-геометрических, горно-экономических и организационных факторов в сочетании с критерием экономической эффективности работы горно-транспортного комплекса в виде удельных текущих затрат по горной массе является эффективным инструментом прогнозирования стоимости горно-транспортных работ с развитием карьерной зоны, что имеет высокую важность и актуальность в условиях рынка и высокой конкурентоспособности.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горшков Э.В. Обоснование рациональных параметров технологического автотранспорта при повышенных уклонах карьерных автодорог: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.15.03. — Свердловск, 1984. — 195 с.
2. Саканцев М.Г. О влиянии уклонов капитальных съездов на средний коэффициент вскрыши: Мат-лы междун. научно-техн. семинара, 24-26 июля 2003 г. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. — С. 232-237.
3. Лель Ю.И., Ворошилов Г.А., Ефимовских Т.Л., Дементьев С.А. Методика оптимизации уклонов при разработке нагорно-глубинных карьеров: Мат-лы междун. научно-техн. семинара, 24-26 июля 2003 г. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. — С. 72-85.
327
4. Анпилогов А.Е., Галиев С.Ж. Совершенствование организации работы вскрышных комплексов методом имитационного моделирования на ЭВМ // Совершенствование технологических процессов при открытой добыче и перевозках угля. — Киев: УкрНИИпроект, 1987. — С. 18-27.
5. Анпилогов А.Е., Букейханов Д.Г., Галиев С.Ж. Имитационное моделирование работы железнодорожного транспорта мощных железорудных карьеров // Комплексное использование минерального сырья. — 1989. — № 2. — С. 3-6.
6. Галиев С.Ж. Оптимизация параметров горно-транспортных систем карьеров на основе имитационного моделирования: Дисс. ... докт. техн. наук. — Алматы, 1997. — 401 с.
7. Галиев С.Ж., Ахмедов Д.Ш. Математическая модель движения автосамосвала при имитационном моделировании системы «Карьер»: Мат-лы II междун. конф. «Региональные проблемы интеграционных процессов в условиях рыночной экономики». — Т. I. — Костанай, Вестник науки, Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, Серия экономических наук. — 2001.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Галиев Сейтгали Жолдасович — чл.-корр. НАН РК, д-р техн. наук, проф., директор Горного департамента, член МОК Всемирного горного конгресса, e-mail: [email protected]
Саменов Галымжан Кайыржанович — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник Горного департамента, ТОО «Научно-исследовательский инжиниринговый центр ERG», e-mail: [email protected]
UDK 622.271.324
INVESTIATION OF INFLUENCE OF LOADING CONDITIONS OF MOTOR TRANSPORT AND SLOPE ON OPEN-PIT MINING AND TRANSPORT COMPLEX WORK EFFECTIVENES
Galiyev Seytgali Zh., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Correspondent-member of the National Academy of Sciences, Director of Mining Department, e-mail: [email protected]
Samenov Galymzhan K., Candidate of Engineering Sciences, Leading Researcher of Mining Department, Research & Development Centre of ERG, e-mail: [email protected]
Description and analysis of the received results on experiments conducted on the base of quarry excavator-auto truck complex work simulation modeling with using the program-methodical complex «SeBaDan-
328
Auto» are presented in the article. The goal of the experiment and the task of the investigation were lied with ascertainment of optimal parameters of trucks loading and influencing quarry internal roads slops to efficiency of excavator-auto truk in whole.
Key words: quarry, auto truck, regime of loading, overload, road slope, movement velocity, fuel expenditure, mining-transport complex, excavator-auto truck complex, simulation modeling, effectiveness.
References
1. Gorshkov E.V. Basing of rational parameters of technological transport at heightened slopes (Dissertation ... Cand. Techn. Sciences, 05.15.03), Sverdlovsk, 1984, 195 p.
2. Sakantsev M.G. Material of International scientific and technical seminar, Ekaterinburg, 2003, pp. 232-237.
3. Lel Yu.I., Voroshilov G.A., Efimovskich T.L., Dementiev C.A. Material of International scientific and technical seminar, Ekaterinburg, 2003, pp. 72-85.
4. Anpilogov A.E., Galiyev S. Zh. Technological processes improvement at coal extraction and transportation, Kiev, UkrNIIproject, 1987, pp. 18-27.
5. Anpilogov A.E., Bukeikhanov D.G., Galiyev S. Zh. Complex using of mineral raw materials, 1989, no. 2, pp. 3-6.
6. Galiyev S. Zh. Optimization of mining and transport system parameters on the base of simulation modeling (Diss. Doct. Sciences), Almaty, 1997, 401 p.
7. Galiyev S. Zh., Akhmedov D. Sh. Materials of IIInternational conference «The regional problems of integrational processes in condition of market economy», Kostanay, Series of economic sciences, 2001, issue I.
329
