К вопросу оценки технического уровня карьерных автосамосвалов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

□ Авторы статьи:

Фурман Андрей Сергеевич

- старший преподаватель кафедры эксплуатации автомобилей

Ашихмин. Виталий Е.вгеньевич

- ассистент кафедры эксплуатации автомобилей

УДК 622.23.055.52

Ю.Е. Воронов, С.В. Басманов

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ

В настоящее время для оценки и сравнения горных машин различного назначения широкое применение получила методика безэкспертной оценки качества [1]. Основываясь на фундаментальных принципах квалиметрии, она позволяет количественно оценивать технический уровень и качество функционально однородных машин разных типов, типоразмеров и конструктивных исполнений на основе функционального критерия, определяющего ее основное назначение. Такие критерии уже разработаны для экскаваторов, механизированных крепей, добычных комбайнов, бурового оборудования для подземных и открытых горных работ. Для карьерных автосамосвалов таких разработок нет.

Поскольку качество автосамосвала может проявиться только в процессе выполнения им своей функции в соответствии с назначением - при транспортировании горной массы (вскрышных пород или полезного ископаемого), имеющей определенные физико-механические свойства, - автосамосвал нельзя рассматривать в отрыве от перевозимой им горной массы. При этом необходимо учитывать и особенности автосамосвала как транспортирующей машины.

Особенностью транспортирующих машин является то, что они непосредственно не воздействуют на перевозимый груз (с точки зрения перевода его в другое состояние, что характерно, например, для породоразрушающих и выемочных машин, экскаваторов, буровых

станков), выполняя лишь функцию перемещения груза, но взаимодействуют с опорной поверхностью (дорогой).

Основной целью оценки качества взаимодействия автосамосвалов с транспортируемой горной массой и дорогой, как элементов общей системы транспортирования, является установление того, насколько эффективно каждый из них выполняет свою функцию в конкретных условиях. Для такой оценки необходим функцио-

нальный критерий взаимодействия элементов системы «автосамосвал - горная масса - дорога».

С точки зрения взаимодействия основным назначением автосамосвала является обеспечение высокой производительности перевозок, основным свойством горной массы и дороги - способность сопротивляться перемещению автомобиля. Окружающая среда при этом ограничивает максимально эффективное использование автосамосвала. Параметром автосамосвала, в наибольшей степени определяющим эффективность транспортирования горной массы, является его производительность; в качестве главного параметра горной массы и дороги, в наибольшей степени характеризующего их способность сопротивляться транспортированию, может быть названа удельная энергия транспортирования.

Произведение указанных главных параметров для автосамосвала, горной массы и дороги и составит функциональный критерий оценки качества

карьерных автосамосвалов:

2 = Ш П, (1)

где П - производительность автосамосвала; Ш - удельная энергия транспортирования горной массы.

Удельная энергия транспортирования представляет собой минимально необходимые затраты энергии на перемещение 1 т горной массы по дороге данного профиля протяженностью 1 км, должна полностью определяться физико-механическими свойствами транспортируемой горной массы, характеристиками опорной поверхности (дороги) и ее реакцией на воздействие автосамосвала и не зависеть от его типа, модели и конструктивного исполнения. Поэтому при сравнении между собой автосамосвалов с различной областью применения (рудовозы, углевозы), удельная энергия транспортирования будет играть роль масштабного фактора, который ставит все автосамосвалы в один ряд.

Удельную энергию транспортирования горной массы можно определить из следующих соображений. В общем случае работа, необходимая для перемещения горной массы определенного веса и объема по дороге данного профиля и состояния на определенное расстояние, будет равна разности работ, затрачиваемых автосамосвалом на движение с грузом и на движение порожнего автомобиля. Эта работа совершается за счет силы тяги автосамосвала и направлена на преодоление сил сопротивления движению. Сила тяги, которую может реализовать автомобиль, определя-

130

Ю.Е. Воронов, С.В. Басманов

ется характеристиками его двигателя и трансмиссии и не зависит от наличия в кузове груза. Сила сопротивления движению автосамосвала прямо зависит от его загрузки. Поэтому имеем:

А = (F!v - FD L, (2)

где А - работа транспортирования горной массы, МДж; Fcrp, Fcnop - сила общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала соответственно, кН; L -расстояние перевозки, км.

Силы общего дорожного сопротивления движению груженого и порожнего автосамосвала:

Fcrp = Угр g(ma + тгр); (3)

Fcnop = Упор g ma, (4)

где угр, упор - коэффициенты общего дорожного сопротивления движению автосамосвала с грузом и без груза соответственно; та - собственная масса автосамосвала, т; тр - масса горной массы в кузове, т.

Масса горной массы в кузове зависит от его вместимости, плотности горной массы, степени ее разрыхления и по величине может быть меньше, нежели номинальная грузоподъемность автосамосвала. Однако при

оценке технического совершенства автосамосвала, а не качества его эксплуатации, в расчетах в качестве тгр следует принимать номинальную грузоподъемность автосамосвала,

записанную в его технической характеристике.

Коэффициент общего дорожного сопротивления в общем случае может быть определен по формуле:

у= fc Cos a±Sin а, (5)

где fc - коэффициент сопротивления качению автомобиля по дороге; а - угол подъема (спуска) трассы.

Если угол подъема (спуска) трассы выразить через уклон i, получим:

У= fc ± i (6) л/Г+Т2'

В выражениях (5) и (6) знак «+» свидетельствует о движении на подъем, знак «-» - на спуск. Для большинства карье-

ров движение на подъем характерно для груженого автосамосвала, под уклон - для порожнего.

Подставляя выражение (6) в зависимость (2) с учетом (3) и (4), после преобразований получим:

А = -Г= [/о + 1(2кт +1)], (7)

VI +72

где кт = та / тгр - коэффициент тары автосамосвала, характеризующий соотношение собственного массы автосамосвала и его грузоподъемности.

Для того чтобы определить удельную энергию перемещения груза, полученное выражение необходимо отнести к величине тгрЬ, характеризующей фактически транспортную работу автосамосвала без учета влияния на него окружающей среды (дорожных условий, профиля трассы) (МДж / т ' км).

Е/о + 1(2кт + 1)]

W = ■

(8)

л/7+7

Из (8) видно, что удельная энергия транспортирования зависит только от вида, профиля и состояния дороги (/0, 7) и соотношения собственной массы автосамосвала та и его грузоподъемности тгр, характери-

зующих реакцию дороги на воздействие автосамосвала.

При отсутствии уклона

трассы (7 = 0) (8) примет вид:

Ш = Е /о. (9)

В зависимости от того, какую производительность использовать в (1), полученный критерий можно использовать для оценки технического уровня автосамосвалов или уровня качества их эксплуатации.

Для сравнения существующих автосамосвалов между собой и при проектировании новой техники при расчете (1) следует брать формулу для определения расчетно-теоретической производительности.

Производительность автосамосвала можно определить по формуле (т . км / ч):

Пт

тгр ■ V,

гр у ср.т5

(10)

свала по маршруту, км / ч.

Скорость движения автосамосвала является основным регулируемым параметром его работы, определяющим производительность, топливную экономичность, долговечность (износ шин, узлов, агрегатов). Рациональная скорость движения - это такая скорость, при которой обеспечивается максимально возможная в данных условиях производительность. А это осуществимо лишь при наибольшей скорости автосамосвала при условии соблюдения правил безопасности [2].

Маршрут движения автосамосвала можно укрупненно разбить на четыре участка:

- движение груженого автомобиля из карьера глубиной Н вверх по уклону 7;

- движение груженого автосамосвала по горизонтальному участку (от карьера до отвала или склада) протяженностью Ьг;

- движение порожнего автосамосвала по горизонтальному участку от отвала (склада) до карьера (расстояние Ьг);

- движение порожнего автосамосвала в карьер вниз по уклону 7 на глубину Н.

Естественно, скорости движения на всех участках маршрута различны. Поскольку нас интересуют максимально возможные скорости движения автосамосвала на каждом из участков маршрута, то их мы и будем определять, имея в виду, что рассчитанные скорости не могут быть выше максимальной скорости автосамосвала, заложенной при его проектировании и записанной в его технической характеристике, то есть

Уг < Утах- (11)

Тогда среднетехническая скорость автосамосвала [2]

Уср.т = 2(Ьг + Н7 +7 )х

гт /Угр.г + Упор.г , х [1г(^------—) +

(12)

Vгp.г 'Vпор.г

Ял/ 1 + i-2(

где vc^m - среднетехническая скорость движения автосамо-

Vгp.н ' Vnop.н

)],

где Vгp.н , Угр.г - максимальные скорости движения груженого

автосамосвала на наклонном и горизонтальном участках маршрута соответственно, км/ч; Упор.н ,Упор.г - то же, для порожнего автосамосвала, км / ч.

Скорости движения будем определять из уравнения тягового баланса:

Рт >^с, (13)

где Рт - тяговое усилие, реализуемое в месте контакта ведущих колес с дорогой, кН; Рс

- сила сопротивления движению, кН.

При этом считаем, что сила сцепления колес с дорогой достаточна для реализации данного тягового усилия.

Тяговое усилие Рт при

полном использовании мощности двигателя автомобиля [3]:

Fm - 0,28

N

дв

(14)

где Ыда - мощность двигателя автосамосвала, кВт; V - скорость движения, км / ч.

Сила сопротивления движению груженого автосамосвала на наклонном участке (из карьера вверх по уклону) в соответствии с (3) и (6) составляет:

н g(fc + i)

(ma + тгр), (15) а порожнего (вниз по уклону) -

Fпор.н = g(fc - О

F Г

та. (16)

л/Т+7

Соответственно, силы сопротивления движению на горизонтальном участке:

- для груженого автосамосвала:

= ё /е(ша + тгр); (17)

- для порожнего автосамосвала:

= ё /с та. (18)

Подставляя (15-18) и (14) в (13) и решая их относительно скоростей, получим следующие

зависимости.

Для движения груженого автосамосвала:

- на горизонтальном участке:

0,28N

угр.г -

дв

g • fc (та + тгр)

,(19)

на наклонном участке:

v , 028Nдв^ .(20)

гр'Н gfc + i)(ma + тгр )

Для порожнего автомобиля: на горизонтальном участке:

0,28Na ^ дв .

поРг g • fc • та

на наклонном участке:

0,28 • Nдв V1 + i2

; (21)

vn°p.H

.(22)

ё(/с - 7)та Если ограничения (11) отсутствуют, то подстановка (1922) в (12) даст выражение для среднетехнической скорости автосамосвала на маршруте: vср.т =

0,56Ыдв(1Ьг + Нл11 +12)

8[1с(2кт + 1)(Н + Иг ) + 7Н]та ’

(23)

и для производительности автосамосвала:

0,56М дв(^г + НV1 +12)

Пт = ё[Н + /с(2кт + 1)(иг + Н)].

(24)

Так как сравнение технического уровня автосамосвалов должно осуществляться при одинаковых условиях (Ьг, Н, ¡, /) [1], то, принимая для простоты Ьг = 0, получим:

0,56Ыд^ 1 +12

Пт -'

.(25)

g[i + М2кт +1)] Подставив (25) и (8) в (1), получим:

Л = 0,56Мд /с +[(2кт +1 .(26)

дв 7 + /с(2кт +1)

Как видно из (26), значение функционального критерия для карьерных автосамосвалов при прочих равных условиях /с , 7) полностью определяется мощностью первичного двигателя автосамосвала Ыдв и отношением собственной массы и грузоподъемности автомобиля.

Обозначив в (26) соотношение /с / 7 как коэффициент весомости элементов дорожного сопротивления кс , получим:

Л = 0,56Мд кс + (2кт +1 , (27)

дв 1 + кс(2кт +1)

которое свидетельствует о том, что функциональный критерий Л зависит не от коэффициентов сопротивления качению автосамосвала /с и уклона 7 в отдельности, а от их соотношения

/с / 7 (7 //с).

Из выражения (26) следует также, что при нулевом уклоне (7 = 0) функциональный критерий становится равным

0,56 ■ N.

Л =---------дв, (28)

2кт +1

т.е. зависит только от Nв и коэффициента тары кт и не зависит от дорожных условий /с.

Функциональный критерий в виде (26) или (27) позволяет количественно оценить выполнение автосамосвалом своей функции и может быть использован при комплексной оценке технического уровня карьерных автосамосвалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Солод Г.И.. О квалиметрии. - М.: МГИ, 1991. - 94 с.

2. Казарез А.Н., Кулешов А.А. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. - М.: Недра, 1988. - 264 с.

3. Литвинов А.С., Фаробин Н.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. - М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

□ Авторы статьи:

Воронов Басманов

Юрий Евгеньевич Сергей Владимирович

- докт. техн. наук, проф., зав. каф. - ведущий инженер Управления технологиче-

«Автомобильные перевозки» ского транспорта ОАО УК

«Южный Кузбасс», г. Междуреченск.

v