Сочлененные транспортные системы на открытых горных выработках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уральский государственный лесотехнический университет

Уральский техникум железнодорожного транспорта

СОЧЛЕНЕННЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Баженов Е.Е., Баженова Л.В.

Аннотация

сочлененный горный выработка транспортный

Рассматривается вопрос о применении на открытых горных выработках, сочленённых и активных сочленённых транспортных систем. На примере карьерных самосвалов и серийных прицепов показано, что коэффициент грузоподъёмности одиночной машины ниже, чем у тягача с прицепом. При этом возникает возможность либо снизить металлоёмкость конструкции, либо увеличить грузоподъёмность транспортной системы.

Ключевые слова: сочленённая транспортная система, карьерные самосвалы, активные прицепы.

Annotation

Bazhenov, E. E., Bazhenov L. V. Ural state forestry University, The Ural technical school of railway transport

ARTICULATED TRANSPORTNYE SYSTEM ON OPEN MOUNTAIN WORKINGS

Discusses the use of open active jointed transport systems and mine workings, articulated. For example, mining trucks and commercial trailers is shown that the coefficient of carrying capacity of single machine is lower than that of the trucks and trailer. This raises the possibility either to reduce metal consumption of the structure or increase the capacity of the transport system.

Key words: articulated transport system, trucks, trailers active.

Основная часть

Применение полноприводных транспортных систем на основе активизации прицепного состава и использование сочлененных транспортных и технологических машин является одним из перспективных направлений в решении многих задач, возникающих при эксплуатации транспортных и технологических комплексов в условиях зимних дорог, грунтовых дорог в период распутицы и в других специфических условиях.

Понятие «сочлененная транспортная система» (СТС) весьма широко и включает в себя целый спектр машин, имеющих как минимум, две секции, соединенные между собой шарниром с одной или более степенями свободы. Как частный, но довольно широко распространенный, случай СТС следует рассматривать автопоезда с активными прицепами или активные СТС (АСТС).

Применение АСТС и СТС в отраслях горнодобывающего комплекса, сельского хозяйства, а также в отраслях лесного, нефтегазового комплексов и других сырьевых отраслях экономики дает возможность создания широкого диапазона технологических и транспортных систем.

Проблема улучшения эксплуатационных свойств транспортных систем относится к одной из основных в машиностроении, решение которой должно вестись по различным направлениям: увеличение производительности, повышение экономических и улучшение экологических показателей, повышение эксплуатационной надежности, усовершенствование и автоматизация систем управления транспортными системами и целый комплекс других работ теоретической и экспериментальной направленности.

Проведем анализ традиционных транспортных систем, работающих на открытых горных разработках. Как правило, в качестве транспортной единицы, используются автомобили-самосвалы семейства БелАЗ. В качестве основных сравнительных характеристик примем следующие:

- Q_а - грузоподъемность, кН;

- G_т - собственный вес транспортного средства, кН ;

- N - мощность двигателя, кВт ;

- k - коэффициент грузоподъемности.

Анализ технических характеристик (табл. 1) показывает, что автомобили-самосвалы БелАЗ не являются исключением среди других грузовых автомобилей (для сравнения приведены в табл. 1) по величине коэффициента грузоподъемности.

Как указывалось выше, АСТС подразумевают как минимум две секции, одна из которых несёт технологическую функцию. Прицепное звено в составе автопоезда является секцией, несущей технологическую функцию.

Рассмотрим характеристики выпускаемых отечественной промышленностью большегрузных прицепов. В качестве сравниваемых параметров примем:

- марка и модель базового тягача;

- Q_п - грузоподъемность прицепа, кН;

- G_п - собственный вес прицепа, кН.

Результаты представлены в табл.1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика автомобилей-самосвалов [1]

- k_п - коэффициент грузоподъемности;

- N - мощность двигателя базового тягача, кВт;

- Q_а - грузоподъемность тягача, кН;

- G_т - полный вес базового тягача, кН;

Коэффициент грузоподъемности прицепа определяется аналогично коэффициенту грузоподъемности автомобилей-самосвалов [2]. Для сравнения соотношения общего веса прицепа и тягача введем понятие коэффициента полной массы автопоезда k_а. Коэффициент полной массы автопоезда будем определять как отношение полного веса прицепа к полному весу тягача

Результаты анализа приведены в табл. 2.

Повышение грузоподъемности прицепа повышает его коэффициент грузоподъемности (табл. 2). Это объясняется, в частности, повышением количества колес.

Таблица 2

Сравнительная характеристика прицепного состава

- k_п - коэффициент грузоподъёмности прицепа;

- k_а - коэффициент грузоподъёмности базового тягача.

Как видно из представленных данных независимо от грузоподъемности прицепа, коэффициента его грузоподъемности и типа тягача значение коэффициента полной массы автопоездов находится в пределах 1,3 - 1,7. Причина заключается в том, что в качестве тягачей используются универсальные транспортные средства, предназначенные как для перевозки грузов на грузовой платформе (вес груза учтен в G_т), так и для буксировки прицепов.

Если определить, например, для прицепа ЧМЗАП-5212 необходимый вес тягового звена по условиям сцепления колес с грунтом, то он окажется 23,4 кН, что соответствует собственному весу МАЗ-537П.

Рассмотрим возможность создания сочлененной транспортной системы с большегрузным прицепным звеном и соответствующим ему по сцепным возможностям тяговым звеном.

В качестве аналога по грузоподъемности примем автомобиль-самосвал БелАЗ - 75214 (табл.1) и коэффициент грузоподъемности большегрузного прицепа k_п = 4 (табл. 2).

1. Определение общего веса прицепного звена.

1.1. Грузоподъемность прицепного звена

Q_пр = 1 800 кН.

1.2. Собственный вес прицепного звена

кН.

1.3. Общий вес прицепа

G_п = Q_пр + G_пр = 1 800 + 450 = 2 250 кН.

2. Определение силы, необходимой для буксировки груженого прицепа.

2.1. Дорожные условия открытых горных разработок:

- коэффициент сопротивления качению f = 0,02;

- руководящий уклон i = 7 - 10 % (соответствует углу подъема б ? 6⁰);

- рабочая скорость транспортной системы v = 10 км/ч = 2,78 м/с.

2.2. Сила суммарного сопротивления движению прицепного звена.

кН.

Для равномерного прямолинейного движения к буксирному устройству прицепного звена необходимо приложить силу (P_кр), равную силе суммарного сопротивления движению, то есть

P_кр = P_шп.

3. Определение мощности, затрачиваемой на буксировку прицепного звена.

N_п = P_кр· v,

где: N_п - мощность, затрачиваемая на буксировку прицепного звена, кВт.

N_п = 436,05·2,78 ? 1212,3 кВт.

4. Определение мощности двигателя тягача

где: N_д - мощность двигателя тягача, кВт;

з_тр ?0,8 - коэффициент полезного действия трансмиссии.

кВт.

С учетом запаса мощности на преодоление непредвиденных сопротивлений эффективную мощность двигателя следует принять на 8 - 10 % выше расчетной

N_е = N_д + 10 % = 1668 кВт.

Рассчитанная мощность соответствует мощности двигателя автомобиля самосвала БелАЗ - 75214.

5. Выбираем вес тягача из условия отсутствия буксования ведущих колес.

Условие движения транспортной системы при отсутствии буксования колес

P_к ? Р_ц,

где: Р_к - касательная сила тяги на колесах тягача, кН;

Р_ц - сила сцепления колес с грунтом (сила тяги по сцеплению), кН.

Р_ц = G_ц · ц,

где: G_ц - сцепной вес тягача (вес, приходящийся на ведущие колеса), кН.

Для полноприводных систем

G_ц = G_т.

ц = 0,6 - 0,7 - коэффициент сцепления для открытых горных разработок.

Примем граничное условие по сцеплению, то есть

P_к = Р_ц,

Для возможности буксировать прицеп необходимо, чтобы касательная сила тяги P_к была не меньше суммарной силы сопротивления движению прицепа

Р_к = P_шп= Р_кр,

где Р_кр - сила тяги на крюке тягача.

Тогда, с учетом вышесказанного,

кН.

6. Сравним существующий автомобиль-самосвал грузоподъемностью 1800 кН с проектируемым по весовым показателям.

БелАЗ-71214. Собственный вес, кН - 1 570

Коэффициент грузоподъемности - 1,15.

Проектируемый. Вес прицепа, кН - 450

Вес тягача, кН - 727

Суммарный вес, кН - 1 177

Коэффициент грузоподъемности - 3,09.

Разница в весе, кН - 393.

То есть перемещение груза осуществляется транспортной системой, имеющей собственный вес на 25% меньше базовой.

7. Как указано в п.5, вес тягача выбирается из соображений отсутствия буксования ведущих колес. Уменьшив силу тяги, реализуемую на ведущих колесах, передав часть мощности на колеса прицепа (т.е. сделав их ведущими - АСТС), общая сила тяги, необходимая для движения СТС, не изменяется. Это позволяет уменьшить вес тягача на величину, пропорциональную отданной на прицеп мощности.

Таким образом, на основании приведенных расчетов можно сделать вывод о целесообразности разработки комплекса машин для открытых горных выработок на базе СТС и АСТС.

Литература

1. Кисуленко Б.В. и др. Краткий автомобильный справочник НИИАТ, Т2//Б.В. Кисуленко и др.; Москва, 2008. 224.

2. Кравец В.Н. Теория движения автомобиля//В.Н. Кравец; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. Нижний Новгород, 2014. 697.

Размещено на Allbest.ru