КАРЬЕРНЫЕ АВТОПОЕЗДА НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ
статья

УДК 622.68

Халецкий В.В.

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

(МГТУ им. Носова), Магнитогорск, Россия.

Ахметова М.И.

Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева (КазНИТУ), Алматы, Казахстан.

E-mail: kad-55@magtu.ru

КАРЬЕРНЫЕ АВТОПОЕЗДА НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ

Аннотация Проанализирована возможность использования  автосамосвалов в составе карьерных автопоездов на отрытых горных разработках с точки зрения повышения эффективности автомобильного транспорта в карьерах.

Установлено, что работа автосамосвалов в составе карьерных автопоездов позволяет повысить эффективность работы автомобильного транспорта,  значительно сократить протяженность трассы, уменьшить объем горно-капитальных работ и их стоимость, уменьшить капитальные затраты на транспорт и его эксплуатацию, а также увеличить глубину отработки карьера и отказаться от подземной разработки нижних горизонтов месторождения.

Ключевые слова: Автосамосвал, уклон, касательная сила тяги, коэффициент трения (сцепления), автопоезд, автосцепка.

CAREER ROAD TRAINS ON OPEN MINING OPERATIONS

Vitaliy Haletskiy

Nosov Magnitogorsk State Technical University

 Pr. Lenina, 38, 455000, Magnitogorsk, Russia 

Madinur Akhmetova

Kazakh National Technical Research University named after K.I. Satpaev,

Satpaev st. 22, 050013 Almaty, Kazakhstan

*E-mail: kad-55@ magtu.ru

Abstract The possibility of use of dump trucks as a part of career auto trains on the dug-out mountain developments from the point of view of increase in efficiency of a road transport in pits is analysed.

It is established that work of dump trucks as a part of career auto trains allows to increase overall performance of a road transport, to considerably reduce route extent, to reduce amount of mountain and capital works and their cost, to reduce capital expenditure for transport and its operation, and also to increase depth of working off of a pit and to refuse underground mining of the lower horizons of the field.

Keywords Dump truck, bias, tangent force of draft, coefficient of friction (coupling), road train, automatic coupling.

Необходимость изменения традиционных транспортных схем при автотранспорте на отрытых горных разработках вызвана с одной стороны увеличивающейся глубиной карьеров, а c другой стороны, это вызвано обострившейся экологической ситуацией в глубоких карьерах, связанной с большой загазованностью карьерного пространства, из-за чего простои оборудования достигают в ряде случаев 1000-1500 часов в год.

Конструктивные решения по совершенствованию конструкции автосамосвалов [1] данную проблему решить не в состоянии. На основании этого, некоторые исследователи полагают, что нагрузка на автотранспорт должна быть снижена и перераспределена между ними железнодорожным или конвейерным транспортом. И что вообще пора переходить от транспортных систем с дискретными грузопотоками к системам с комбинированными грузопотоками, создаваемыми автосамосвалами, железнодорожным транспортом и ленточными конвейерами, что уже сейчас наблюдается на ряде карьеров России, Украины и Узбекистана [2].

В последние годы также ведутся интенсивные поиски более прогрессивных решений, связанных с применением крутонаклонных ленточных конвейеров, позволяющих транспортировать дробленые крепкие породы и руды под углом 30...45° и более, т.е. увеличить угол наклона по сравнению с применяемыми конвейерными подъемниками (обычно не более 16°) в два и более раз [3].

Вместе с тем учитывая, что в последнее время произошла весьма существенная модернизация средств карьерного автотранспорта - автосамосвалы стали выпускаться с лучшими тягово-динамическими и экологическими характеристиками, это позволяет надеяться на возможность расширения рациональной области их применения.

Одним из путей расширения рациональной области применения карьерных автосамосвалов может стать использование автосамосвалов в составе карьерных автопоездов (рис.1).

Рис. 1. Автопоезд из карьерных автосамосвалов

Принцип работы таких поездов заключается в возможности автоматического формирования и расформирования состава поезда из автономных самосвалов при помощи автосцепок работающих по принципу автосцепок применяемых на железнодорожном транспорте. Несколько автосамосвалов объединяются в один состав и движутся как одно целое. В случае необходимости, в любой момент эти автосамосвалы могут отцепиться от состава поезда и двигаться индивидуально, каждый по своему маршруту.

Анализ схем движения автосамосвалов показывает, что загрузка силовой установки любого карьерного автосамосвала большую часть своего времени не превышает 75%. Движение на подъем груженого автосамосвала, когда реализуется максимальная мощность двигателя, составляет не более 45% от всего пути движения автосамосвала. Остальное время занимает движение груженого автосамосвала по горизонтальным, пологонаклонным участкам пути, или же движение порожнего автосамосвала по обратным уклонам, где двигатель работает при минимальной нагрузке.

Например, упрощенный расчет по общеизвестной методике [4] касательной силы тяги и потребной мощности силовой установки для движения автосамосвала БелАЗ 7540 при заданных условиях: грузоподъемность - 30т.; собственный вес - 22,5 т.; мощность силовой установки 309 кВт; движение осуществляется на горизонтальном участке пути по главным откаточным дорогам с  щебеночным покрытием (коэффициент удельного  основного  сопротивления которых составляет ω0 = 40 Н/кН) показал следующее.

Наибольшая касательная сила тяги Fk (Н), необходимая для преодоления суммарного сопротивления движению составляет

 = 37561,587 Н

где  - соответственно: основное сопротивление движению, сопротивление от уклона дороги, сопротивление на криволинейных участках пути и сопротивление сил инерции

Если считать среднюю скорость движения на горизонтальном участке 20 км/час = 5,6 м/сек,  то мощность силовой установки, без учета к.п.д. должна составлять:

N = W٠V = 37561,587٠5,6 = 208675,484 Вт = 209 кВт

Следовательно, при движении по горизонтальным участкам данный автосамосвал имеет резерв  по мощности равный 100кВт. Недогруз – 32%

Таким образом, например, если сформировать автомобильный поезд, состоящий из трех груженых автосамосвалов, то при движении по горизонтальным участкам силовая установка одного автосамосвала может быть отключена, поскольку мощности силовых установок двух других автосамосвалов будет вполне достаточно для движения всего автомобильного поезда. В случае движения порожнего состава в обратном направлении нагрузка на силовую установку еще более снижается и мощности силовой установки уже одного автосамосвала будет достаточно для движения всего состава. В результате получается и экономия топлива и уменьшение загрязнения окружающей среды.

Наибольший интерес, с точки зрения эффективности транспортного процесса, представляет процесс преодоления автомобильным поездом уклонов, когда длина автопоезда превышает длину уклона. В этом случае часть автосамосвалов движется по горизонтальным участкам пути, а часть по уклону. Машины, движущиеся по горизонтальным участкам пути перед уклоном, имея запас по касательной силе тяги, передают часть излишка своей тяги машинам, движущимся по уклону толкая их. Машины уже преодолевшие подъем, за счет излишка тяги - тянут за собой машины, преодолевающие уклон.

Таким образом, суммарная касательная сила тяги, развиваемая ведущими колесами всех автосамосвалов поезда, перераспределяется между всеми составными единицами поезда в соответствие с сопротивлением, приходящимся на каждую из них.

Как показывают расчеты, величина преодолеваемых уклонов поездами из автосамосвалов может быть значительно повышена. Например, для рассматриваемого нами случая автомобильного поезда состоящего из трех автосамосвалов БелАЗ 7540, величина общей касательной силы тяги развиваемой всеми ведущими колесами поезда при движении со скоростью 15 км/час (4,2 м/с) может быть определена как:

ΣW = ΣN/V = (309000 +309000+309000)/4,2 = 220714,286 Н

Если из этой величины исключить силы сопротивления перемещению автосамосвалов по горизонтальным участкам, то можно определить величину касательной силы тяги, которая может быть использована для преодоления уклонов:

Wi = ΣW – Fk = 220714,286 - 37561,58٠3 = 108029,546 Н.

Зная эту величину можно определить величину возможного преодолеваемого уклона:

i = Wi/Рg = 108029,546/525000 = 0,2058 = 21%

Это значение преодолеваемого уклона рассчитано только для автопоезда, состоящего из трех автосамосвалов, если количество автосамосвалов в составе поезда увеличить, то соответственно увеличится и преодолеваемый уклон.

В свою очередь увеличение преодолеваемых уклонов позволяет значительно сократить протяженность трассы, уменьшить объем горно-капитальных работ и их стоимость, уменьшить капитальные затраты на транспорт и его эксплуатацию, а также увеличить глубину отработки карьера и отказаться от подземной разработки нижних горизонтов месторождения.

Кроме того, использование карьерных автопоездов в составе автосамосвалов малой грузоподъемности дает возможность сокращения числа водителей автосамосвалов и в дальнейшем полностью перейти к созданию самоходных роботизированных комплексов для транспортирования грузов на различных маршрутах горных предприятий [5].

Список использованной литературы

1. Агейкин Я.С., Кольга А.Д. Особенности взаимодействия с грунтом колеса, плоскость которого наклонена к оси вращения// Повышение экологичности и эффективности автомобиля. Межвузовский сборник научных трудов М.: МАСИ (ВТУЗ-ЗИЛ), 1990.-С. 85-91
2. Мариев П.Л., Кулешов А.А., Егоров А.Н., Зырянов И.В. Карьерный автотранспорт: состояние и перспективы.- СПб.: Наука, 2004.- 429с.
3. Яковлев В. Л., Тюлькин В. П., Кармаев Г. Д. Технологические аспекты применения крутонаклонных конвейеров в горнорудной промышленности//Горный информационно-аналитический вестник. – М: МГГУ-МГИ, 2002. – с. 211–217.
4. Справочник механика открытых работ. Экскавационно-транспортные машины цикличного действия./М.И. Щадов, Р.Ю. Подэрни, Е.Н. Углицкий и др.; Под ред. М.И. Щадова, Р.Ю. Подэрни.-М.: Недра, 1989. 384с.
5. Kolga A.D., Rakhmangulov A.N, Osintsev N.A. Robotic Transport Complex of Automotive Vehicles for Handling of Rock Mass at the Process of Open Cast Mining//TRANSPORT PROBLEMS. 2015, Т.10, №2. – С. 109-116

Халецкий Виталий Викторович – аспирант, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ им. Носова), Магнитогорск, Россия.

Ахметова Мадинур Исмаилжановна - докторант PhD, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева (КазНИТУ), Алматы, Казахстан