Мощные экскаватор но-автомобильные комплексы карьеров. Страница 2

......................карьеров — менее 30 тыс. км) по сравнению с д
.....и И.1Ч п шрубежнон практике.
Показатели эксплуатации автосамосвалов М120-17 на Центральном руднике производственного объединения «Апатит» по сезон: года (1976-1977 гг.)
Месяцы
Показатели
Апрель
Среднесписочное число автосамосвалов Коэффициенты использовании:
календарного ире-мсни
грузоподъемности
Времи в наряде в сутки. ч
Производительность:
на один среднеспи сочный автосамо-свил. тыс. т*км
на одну среднесписочную автотоину, т-км
на 1 машнно-ч работы, т*км
Среднее расстояние транспортирования, км
Среднетехническая скорость, км ч
Расход топлива, л ИМ) км
Пробег шин. тыс. км
Себестоимость трансиор-тировнння, коит-км
• После введения новых Нормативов амортизационного пробега— 400 тыс. км.
В табл. 2.4 приведены показатели эксплуатации автосамосвало» MI20-17 с электрической трансмиссией в производственном объединении «Апатит» по сезонам года. В зимний период (октябрь — апрель) часовая производительность автосамосвалов на 20% ниже, чем летом, так как простои автосамосвалоЕ М120-17 по климатическим условиям составили на этот период 7,7 против 0,2% У БелАЗ-548. Кроме того, в период освоения автосамосвалов с электрической трансмиссией суровые климатические условия особенно отрицательно влияли на надежность электрической части автосамосвалов.
В результате выполненного анализа установлено:
1.    Для выявления степени влияния климатических факторш на показатели эксплуатации погрузочного и транспортного обо рудовання на карьерах анализируемый временной период должен быть не менее продолжительности климатического цикла данного региона, т. е. не менее 7—8 лет.
2.    Суровый климат отрицательно влияет на основные пока затели эксплуатации экскаваторно-автомобильных комплексов но степень этого влияния с годами уменьшается; по мере на копления производственного опыта, внедрения на открыты.' разработках мощных экскаваторов и автосамосвалов и созда нпя технических средств обеспечения их работы в любую по году можно это влияние почти полностью нейтрализовать.
3.    По многим показателям эксплуатации экскаваторов i автосамосвалов карьеры Севера не уступают карьерам, распо ложеииым в более благоприятных климатических условиях а в ряде случаев превосходят их. Это говорит о высоком уровне организации производства на этих карьерах, высокой техниче ской культуре, а также о том, что проблему освоения открыты.' разработок в суровых условиях Севера в настоящее врем? можно считать практически решенной.
ГЛАВА 3
•\Н AJl ИЗ И СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ВНУТРИ ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ КАРЬЕРА
§ 3.1. ТЕРМИНЫ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
ОГРАНИЧЕНИЯ
Основой методологии настоящего исследования является системный подход к изучаемым объектам, процессам, явлениям. Поэтому целесообразно рассмотреть некоторые основные поло-'Кення системного анализа применительно к погрузочно-транспортным системам карьера.
Основу системного анализа составляет функциональный юдход к своим объектам, который подчинен задачам оптими-$ации изучаемых процессов. Исходным пунктом функционального подхода является поведение, а не строение системы. Ха-тактерной особенностью системного анализа является такое «учение процессов, когда исходными являются законы, управляющие поведением целого.
Система — это набор объектов, имеющих данные свойства, и набор связей между объектами и их свойствами; при jtom система понимается, как идущий процесс. Под технической системой подразумевают совокупность элементов, объек-гов, объединенных регулярным взаимодействием или некоторой взаимной зависимостью и обеспечивающих выполнение оире-1еленных функций [53]. Систему можно рассматривать как не-<оторый «черный ящик», у которого имеется набор доступных тля наблюдения входов и выходов. Поведение его подчинено ^которому физическому закону. Величины, характеризующие юведение системы, можно разделить на следующие категории:
I) внешние (возмущающие) воздействия; 2) выходные переменные (реакции), описывающие те аспекты поведения системы, которые представляю! интерес для исследователя; 5) вспомогательные переменные, которые не относятся ни
< первой, ни ко второй категориям [41].
Объекты системы —это ее параметры: вход, процесс, шход, обратная связь н ограничения. Состояние системы описывается множеством величии по каждому системному объ-?кту.
Свойства системы — это качества параметров объектов Свойства позволяют описывать объекты количественно в единицах, имеющих размерность. Свойства системы могут измо 1яться в результате ее действия.
С в я з и системы — соединение объектов и свойств в си с тс м ном процессе. Связи существуют между всеми систем ными элементами, между системами и подсистемами и межд; подсистемами. Различают связи первого, второго н третьего по рядка. Связи первого порядка — функционально необходимы друг другу; связи второго порядка - дополнительные, улучшаю щпе действие системы, но не являющиеся функционально необ ходнмыми; связи третьего порядка — избыточные или противс речивые.
Подсистем ы — это составляющие процесс компоненть необходимые для действия системы в целом. В свою очеред подсистемы могут состоять из еще более детальных подсистем Иерархия и число подсистем зависят только от внутренне сложности системы в целом [53].
Система действует в окружающей среде. Окружающа среда — зто набор заключенных внутри конкретных пределе объектов, влияющих на действие системы.
Полная система состоит из всех объектов, свойств и связсм' необходимых для достижения данной цели при заданных прь нуждающнх связях. Принуждающие связи — это ограниченп? накладываемые па действие системы и определяющие ее грЕ мину.
Системный анализ служит для решения определенной прс блемы. Проблема определяется как ситуация, в которой ест два состояния — существующее и предлагаемое. Существующе состояние представляется существующей системой, предлагав мое — желательной. Решение проблемы представляет собой вь бор одной из нескольких альтернатив. Качество решения оцеш вается с помощью критерия, который представляет собой опрс деленный стандарт; этот стандарт помогает судить о относительной выгоде выбора. Реализация любого альтернатш иого решения связана с риском. Риск является мерой потенш лльной подверженности системы недостаткам.
Системные идеи дают средство, позволяющее построит структуру формального подхода к решению проблемы; пр ном решение проблемы рассматривается как цель, а систем мыс идеи - как принуждающие связи.
Рассмотрим, что представляют собой с позиций систем ног по пода понятия «экскаваторно-автомобильный комплекс
• muрузочно-траиспортная система карьера» н др.
Основу изучаемой системы составляют две различные г: тмначению функциональные машины: 1) экскаватор-мехлс нм и (погрузочное средство) и 2) автосамосвал (транспортнс
- |ч и Iно). При транспортных системах разработки эти две мг пиши in- могут функционировать отдельно одна от другой: он I I Iимоенн tjnibi в едином технологическом процессе, объедпняк
■ in м пшрузку п перемещение горной массы из забоев к прпе\ нм м и', ни I им. Эти машины не имеют кинематической пли koi егруктивной связи между собой и, по определению В. И. Солода [51], их можно назвать комплектом машин, В то же время иод комплектом понимают полный набор машин, механизмов, инструментов н пр., отвечающих определенному назначению. Следовательно, применительно к карьеру комплекты машин — это инвентарные парки экскаваторов, автосамосвалов, бульдозеров, дорожных машин, обеспечивающие выполнение плановой программы карьера по добыче горной массы. По определению В. В. Ржевского [44], экскаваторным комплексом называется комплекс оборудования, ведущим звеном которого являются экскаваторы цикличного действия, Экскаваторные комплексы, использующие в качестве транспортного звена автосамосвалы, в зависимости от конечного звена грузопотока делятся на экскаваторно-автомобнльно-отвальные и экскаваторно-автомобильно-разгрузочные.
Продуктом функционирования экскаваторно-автомобильного комплекса является грузопоток.
С учетом сказанного можно ввести более общее определение экскаваторно-автомобильного комплекса: экскаваторно-автомобильный комплекс—это совокупность машин, состоящая из погрузочного средства (экскаватор) и транспортных средств (автосамосвалы, автопоезда), связанных технологически и организационно между собой единым грузопотоком. При этом имеется в виду, что на карьере функционируют два раздельных грузопотока — вскрышных пород п полезного ископаемого.
Такое определение ЭАК справедливо как для случая жесткого прикрепления транспортных средств к базовому элементу комплекса — экскаватору (закрытый цикл), так и для случая свободного их функционирования в течение смены (открытый цикл). В первом случае число ЭАК в карьере будет равно числу работающих экскаваторов, во втором — будет один комплекс, в состав которого войдут все работающие экскаваторы и автосамосвалы. Сложность технологических связей между элементами ЭАК во втором случае будет, естественно, намного больше, и управление ими по этой причине намного сложнее. Поэтому условимся называть первый вид ЭАК простым, второй— сложным. Сумма ЭАК первого вида не дает нам комплекс второго вида, так как в основе их технологического функционирования лежат принципиальные различия: в первом случае — строгая обусловленность заданного маршрута (базового элемента), во втором — свободный поиск результативного маршрута, т. е. свободного на данный момент экскаватора.
На карьере возможен периодически переход одного вида комплекса в другой. Например, при плохой видимости на трассах для безопасности движения целесообразно применять ЭАК простого вида, даже в том случае, если в целом здесь применялся ЭАК сложного вида. При выходе из строя технических средств управления автотранспортом второй вид ЭАК автоматически переходит в первый.
В некоторых случаях возможно применение ЭАК смешанного вида, например на добыче полезного ископаемого — сложный. на вскрышных работах—простой или наоборот (Ковдор-ский ГОК).
Модели сопряженных машин в комплексе, различающиеся по значению какого-либо основного параметра, например по емкости ковша экскаватора, грузоподъемности автосамосвалов, определяют тип комплекса (или комплекта). Поэтому, когда речь идет о выборе типа комплекса, имеется в виду выбор определенного типоразмера машин, формирующих этот комплекс.
Погрузочно-транспортная система карьера, определяемая с позиций системного анализа как проходящий процесс, есть понятие более широкое, чем экскаваторно-автомобильный комплекс любого вида, Она включает в себя все звенья технологического процесса, формирующего на выходе грузопоток, и те звенья, которые непосредственно не участвуют в создании грузопотока, но способствуют нормальному функционированию отдельных подсистем. Сюда можно отнести, к примеру, все, что связано с техническим обслуживанием и ремонтом машин.
Погрузочно-транспортная система объединяет не только орудия труда (экскаваторы, автосамосвалы. бульдозеры и др.), но и те звенья, свойства (параметры) которых в определенной степени зависят от свойств самих орудий труда, т. е. между ними имеется обратная связь. Следуя данному положению, необходимо включать в погрузочно-транспортную систему сам объект приложения орудий труда, т. е, подготовленную к погрузке и Iранспортнрованию горную массу, забой с его параметрами, экскаватор с оператором, автосамосвал с оператором, карьерные автодороги с дорожной службой, приемные пункты с оборудованием, сооружения с оборудованием, обеспечивающие выполнение технического обслуживания и ремонта машин и механизмов, технические средства (например, АСУП), служащие (ли управления погрузочно-транспортным процессом, т. е. под-нржания его выходных параметров на заданном уровне. Все и|,(ходящее за данные границы представляет для изучаемой сн-
■ it мы внешнюю среду.
Вход системы укрупкеиио может быть представлен следующими переменными величинами:
иыанным годовым объемом добычи горной массы (грузо-пГщргп ) Л. млн. т или AL, млн. т • км;
чиглом часов работы в году экскаваторов (Г;,) и автосамо-ь I nhi | Г„);
фи hiku техническими свойствами разрабатываемых пород;
заданным уровнем качества полезного ископаемого по содержанию полезного компонента (требования к усреднению РУД);
схемой транспортных коммуникаций и коэффициентом развития трассы;
высотными отметками над уровнем моря; климатическими характеристиками района; географическим расположением карьера.
Выход системы составляют следующие переменные величины:
грузопоток, характеризуемый направлением, мощностью и другими параметрами (см. ниже);
удельные приведенные затраты на погрузку и транспортирование 1 т горной массы (С„.т);
себестоимость погрузки и транспортирования (Стр); степень обеспечения безопасности процесса; надежность системы (имеет обратную связь с параметрами грузопотока).
Прп решении проблемы формирования оптимальной системы для заданных условий за основной критерий оценки принимается один из указанных выходов системы; другие выходы имеют либо характер ограничений, например мощность грузопотока не должна быть менее заданной, либо играют роль дополнительных критериев при оценке качества системы, например. ее надежность.
В рамках данной работы приняты следующие ограничения:
1.    Рассматривается формирование и эксплуатация погрузочно-транспортных комплексов только для разработки скальных пород, требующих взрывной подготовки.
2.    Не рассматривается процесс взрывной подготовки пород к экскавации. За исходные данные принимаются результаты других исследований в этом вопросе.
3.    Не рассматривается процесс копания экскаватора и его характеристики в зависимости от физико-технических свойств разрабатываемых пород, так как этот вопрос подробно исследован другими авторами. При определении продолжительности рабочего цикла экскаваторов использованы результаты этих исследований.
4.    Все исследования проведены применительно к комплексам, транспортным звеном которых являются автосамосвалы с колесной формулой 4x2 и 6X4 с гидромеханической и электрической трансмиссиями; автопоезда и троллейвозы не рассматривались.
5.    Производственная мощность карьеров по горной массе — от 25 до 250 млн. т горной массы в год.
6.    Расстояние транспортирования — от 1 до 8 км.
7.    Работа транспортного звена рассматривается только в монотрЭкспортных схемах, т. е. в наиболее тяжелых режимах.
§ 3.2. ОСНОВНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ ПОГРУЗОЧНО-ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Погрузочно-транспортную систему карьера формируют семь подсистем (рис. 3.1). Рассмотрим те их характеристики, которые влияют на протекание погрузочно-транспортного процесса п, следовательно, на его выходные параметры.
Подсистема I — экскаваторный забой. Основанием для включения его в общую систему служит то. что его параметры, в основном, являются функциональными величинами принятого типоразмера экскаватора.
Характеристики подсистемы 1: высота уступа — /iy; ширина за ходки — Ьл,
угол поворота стрелы экскаватора при погрузке — ап.о; продолжительность замены груженого автосамосвала порожним (характеризует схему подъезда к экскаватору)—/3;
кусковатость взорванной горной массы, оцениваемая размером среднего куска — dcр [46];
параметры развала, включающие его размеры (длина, высота), форму и коэффициент разрыхления породы /гр; по данным работы [6], величина /гР в развале должна быть не менее
1,3—1,4;
содержание полезного и других компонентов в разрыхленной горной массе (сортность руд);
содержание снега в разрыхленной горной массе, оцениваемое ее влажностью — w.
Подсистема 2 — экскаватор с оператором. Оператору в подсистеме принадлежит особая роль: его квалификация и личностные характеристики оказывают решающее влияние на производительность машины. По данным Кюна, неквалифицированное управление экскаватором-драглайном может снизить его производительность до 40% максимального значения.
Погризочно - трал спортная систе-ма карает
чпЛп» —. ЭкскаШюр . UtmawxSaji ' v? лавой — соператро„' соперь-порон
Гсуншр/тшуе
нон.чуникаиии
приемные
.пункты
Пздсистепа
тгхчииесш
зкспяуата -ции машин
- - Подсистема ir —<—- ипраотт -
I'mi 11 Структурная схема погрузочно-транспортной системы карьера
Подсистема включает в себя конструктивные, эксплуатационные и экономические характеристики; характеристики оператора экскаватора аналогичны характеристикам оператора автосамосвала и рассмотрены ниже.
Конструктивные; емкость ковша — Е, м3; энерговооруженность, выражаемая удельной мощностью на 1 м3 емкости ковша,— Ыъ Уд=Л/с.д/£. кВт, где AV, д—мощность сетевого двигателя экскаватора, кВт; удельная металлоемкость: на 1 м3 вместимости ковша — тЕ — GJE, т; на 1 кВт мощности — т*- = GJE, т, где Сэ—масса экскаватора, т;
маневренность (скорость передвижения)—v, км/ч; конструктивная и технологическая надежность, определяемая соответствующими коэффициентами готовности—kr, kr.
Эксплуат а ц и о и и ы е: степень физического износа, выражаемая отношением фактически отработанного времени (ч) к амортизационному периоду (ч) — кф, n = TJTuv\ эксплуатационная надежность, определяемая коэффициентом готовности в процессе эксплуатации — kr.
Экономические: капитальные затраты на приобретение экскаватора (цена, стоимость транспортирования от за-вода-изготовителя, стоимость монтажа п наладки) — /?>
Подсистема 3 — автосамосвал с оператором, Подсистема 3 так же, как и подсистема 2. включает в себя конструктивные, эксплуатационные и экономические характеристики.
Конструкт и вн ы е: грузоподъемность — qi{, т; энерговооруженность, выражаемая удельной мощностью на 1 т общей массы груженого автосамосвала,— ЛГ8.уд=Л?дп/бшц, л. скудельная материалоемкость на 1 т грузоподъемности — kr = = Цг/с/я, где qT — собственная масса звтосамосвала, т;
маневренность: скорость движения - V, км/ч; минимальный радиус поворота — RK, м; конструктивная и технологическая гадежность, выражаемая соответствующими коэффициентами готовности—krt kr.
Эксплуатационные; степень физического износа, выражаемая отношением фактического пробега автосамосвала
< амортизационному,— &ф. п= L^ILaM\ эксплуатационная надежность, определяемая коэффициентом готовности в процессе эксплуатации — kv.
Эконом и ч е с к и е: капитальные затраты на приобретение звтосамосвала, включающие его цену, затраты на транспортирование от завода-изготовителя, затраты на монтаж и наладку (для автосамосвалов с электрической трансмиссией)—kn.
Характеристики оператора: а) быстрота реакции: б) зри-гельное восприятие; в) слуховое восприятие, внимание; г) способность к оценке скорости движения и силы нажатия иа ры-tani и педали органов управления; д) личностные качества (возраст п опыт, эмоции, характер, интересы, отношение к рг боте, тип высшей нервной деятельности, нервно-психические от клонения). В настоящее время для оценки квалификации one ратора на карьерах применяются единый прямой измеритель -тарифный разряд и косвенный измеритель — стаж работы one ратора по данной специальности. Эффективность управлени машиной зависит, однако, не только от квалификации и, те: более, от стажа работы оператора, но и от совокупности ег психофизиологических и личностных качеств, прнведенны выше. В то же время эти качества являются фундаментом ква лифнкации (реализуемого умения выполнять заданные фут-цни) оператора.
С ростом мощности машин, их конструктивной сложност требования к операторам возрастают, так как «цена» ошибю неэффективного управления машиной, выражаемая степены снижения производительности, ущербом от аварий и пр. пр этом также резко растет.
Подсистема 4 — транспортные коммуникации. Характс ризуется следующими показателями:
расстоянием транспортирования — L. км; высотой подъема груза (+) и высотой спуска груза (—)-Н, м;
средневзвешенным уклоном маршрута — i. p », %; максимальным уклоном на трассе — /Р, %; коэффициентом извилистости дороги — J:
где ап, — угол поворота /-го участка трассы в плане, градуч I —длина маршрута, км;
показателем сложности продольного профиля дороги — с:
с—т„ + (аср.ц—асгсп).    (3-
I и- гпу — математическое ожидание величины уклона, %; «ор
а...... — средневзвешенное значение соответственно подъема
«пуска на маршруте. %;
долей наклонных участков в общей длине маршрута — числом съездов на 1 км длины маршрута — «,•; числом поворотов радиусом ^20 м на 1 км длины мари I* v I и п„;
шириной проезжей части автодороги В, м;
•■(и* шеи.«вешенным коэффициентом сопротивления кач ним /,р
минимальным коэффициентом сцепления колес с дорогой г ' t п 111111 * у Г | ■ *|i;
обшей протяженностью автодорог в карьере— L^, км; долей временных автодорог в общей сети дорог — LxnvIL^, средним сроком службы временных автодорог—tcл.д, мес; затратами на строительство 1 км автодорог — СКд, руб; затратами па содержание 1 км автодорог—Ся. д, руб.
Из всех подсистем подсистема 4 является наименее стабильной по своим характеристикам, большая часть которых имеет вероятностную основу.
Подсистема 5—приемные пункты.
Для вскрышного грузопотока основными характеристиками приемного пункта (отвала) являются следующие' удельная длина отвального фронта:
на единицу мощности грузопотока — /0.ф — , ч/м2, где
L0, ф — общая длина отвального фронта, м; Qr »—мощность вскрышного грузопотока. м3/ч;
на один работающий автосамосвал— /„.ф    м;
энерговооруженность отвальных работ, выражаемая отно-шением суммарной мощности отвальных бульдозеров к мощно-
етн грузопотока — N0.p = ‘ 0 , кВт-ч/м3;
удельное сопротивление качения при движении автосамо-свала па отвале—Н/т;
продолжительность разгрузки автосамосвала, характеризующая совершенство схемы его подъезда к отвальному фронту,— /Р, мин;
соотношение между грузопотоками породы и грузопотоками вывозимого в отвалы снега в одном вскрышном грузопотоке —
Измеритель п„, с имеет существенное значение для карьеров Севера. Например, на Центральном руднике производственного объединения «Апатит» величина п„ с = 6, т. е. в зимний период разрешается разгружать на одном отвале через каждые шесть автосамосвалов с породой один автосамосвал со снегом.
Для грузопотока полезного ископаемого основными характеристиками приемных пунктов (бункер обогатительной фабрики. ДСФ, рудоспуск, склад и пр.) являются: приемная способность— QIIP, т/ч;
удобство разгрузки автосамосвала, выражаемое продолжительностью маневров при разгрузке (/м) н в целом продолжительностью разгрузки — /р.
Подсистема б — подсистема технической эксплуатации машин. Включает в себя ремонтную зону, помещения и оборудование для выполнения технического обслуживания автосамосвалов, открытые п закрытые стоянки автосамосвалов, заправочные станции, технические средства для доставки неисправных автосамосвалов в ремонтную зону.
Назначение подсистемы — восстановление работоспособности машин после отказов и выполнение профилактических работ для поддержания коэффициента готовности машин на заданном уровне.
Основные характеристики подсистемы:
коэффициент удельной площади на один автосамосвал —
по данным работы [60], значения коэффициента kn для автосамосвалов грузоподъемностью 27-—180 т составляют:
в зонах производства технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (ТР) £П = 2,56—4,29;
на шиноремонтных участках £„ = 2,44—5,17; в помещениях хранения автосамосвалов £„ = 1,89—2,85; на открытых стоянках £п = 1,94—3,03;
удельное число рабочих постов ТО и ТР на одни автосамосвал— «п. уд! для автосамосвалов БелАЗ-549 при численности парка 50—300 машин значение оп.уд = 0,08—0,14;
капитальные затраты на гаражное хозяйство на один автосамосвал— Си.*.*, руб.;
эксплуатационные расходы на гаражное хозяйство на одни автосамосвал — Сг. х, руб.
Остальные характеристики подсистемы подробно рассмотрены в гл. VIII.
Подсистема 7 — подсистема управления погрузочно-транспортным процессом (АСУ ТП).
Характеристики подсистемы:
уровень управления по иерархии: по этому показателю различают три типа подсистем управления: с нижним уровнем (ручное или автоматическое адресование автосамосвалов); со средним уровнем (количественное распределение автосамосва-’юв по экскаваторам); с верхним уровнем (изменение режима работы добычных участков);
подсистемы последнего типа способны выполнять функции подсистем первых двух типов;
максимальное число автосамосвалов, на которое рассчитана нмдснстема управления;
Капитальные затраты на АСУ ТП па один автосамосвал -Си у. руб.;
эксплуатационные расходы на АСУ ТГ1 на один автосамо-' И|М С;|. у, руб.
Разумеется, приведенные характеристики всех семи подсн-| и м являются исчерпывающими. Однако именно эти харак-|i'1'НгIнкн, находясь в тесной взаимосвязи между собой, опре-" шил эффективность действия погрузочно-транспортной си-| 'I мм нары'ра.
§ 3.3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СТРУКТУРНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ПОДСИСТЕМАМИ
Подсистемы имеют прямые и обратные связи (см. рис 3.1), что говорит о сложной структуре погрузочно-транспортной системы. Структурные связи показывают, каким образом связаны подсистемы в пространстве, как передается действие от одной системы к другой (выход-^вход); структурные связи не характеризуют параметров грузопотока, но влияют на другие выходы системы, например экономические. Технологические связи между подсистемами определяют в первую очередь параметры грузопотока. Они определяют степень технологического соответствия характеристик смежных подсистем.
Рассмотрим структурные связи между подсистемами. Подсистема I (забои), представляющая собой объект приложения орудий труда, взаимодействует с системой 2 (экскаватор) периодически; в каждой подсистеме может находиться только но одному структурному элементу: в одном забое может работать один экскаватор.
Измерителями структурной связи между подсистемами являются удельное сопротивление копанию (/(f). а также крепость н абразивность пород; именно они определяют конструктивное исполнение экскаватора и его эксплуатационную надежность.
Подсистема 2 связана в пространстве с подсистемой 3 (авто-самосвал) также периодически, по связи эти более сложные, так как подсистема 3 имеет несколько структурных элементов (автосамосвалов), часто имеющих различные характеристики.
Воздействие подсистемы 2 на подсистему 3 можно оценить показателем динамичности процесса загрузки, характеризующим частоту и величину динамических воздействий выгружаемой из ковша горной массы на конструкции автосамосвала,
D = —, Н тч,
где Fд — сила удара, Н; ^--собственная масса автосамосвала, т; 7'|, продолжительность рейса автосамосвала, ч.
Подсистема 3 имеет постоянную пространственную и временную связи с подсистемой 4 (транспортные коммуникации). Структурная взаимосвязь подсистем оценивается значениями трех измерителей — коэффициентом сопротивления качению (/в), коэффициентом сцепления колеса с дорогой (ф) и числом движущихся по трассам в обоих направлениях автосамосвалов (Na,p). Обратная связь между подсистемами заключается в воздействии первых двух измерителей на техническое состояние автосамосвала, его физический износ н другие выходные параметры транспортного процесса. Подсистема 4 является сквозной между подсистемами I—5. пространственно связывающей их; не имеет обратной связи с подсистемой 5.
Подсистемы 6 и 7 в обшей структурной схеме стоят особняком: они не имеют непосредственной пространственной связи с остальными подсистемами; эта связь выражается через входные и выходные параметры подсистем. Подсистема 6 связана с подсистемами 2, 3 и частично —с подсистемами 4 и 5 (только в части обслуживания н ремонта механизмов) в основном двумя измерителями числом единиц эксплуатирующегося оборудования и его техническим состоянием (параметром потока отказов), Эти подсистемы имеют тесную обратную связь.
Подсистема 7 (управления) структурно связана со всеми подсистемами, кроме подсистемы 1, посредством приема и переработки информации о характеристиках подсистем на данный момент времени и обратной передачи управляющих воздействий подсистемам с помощью технических устройств, обычно радиосигналов или с помощью светового табло. Структура управляющей подсистемы тесно связана со структурами подсистем 2, 3 и 4, т. е. определяется числом работающих экскаваторов, автосамосвалов и сложностью сети транспорты \ коммуникаций.
Технологические связи. Качество такой сложной системы, как рассматриваемая, не представляет собой простой суммы качеств отдельных подсистем: при их сопряженной работе рождается новое качество, обусловленное взаимным воздействием параметров машин, горнотехнических, климатических и других условии, т, е. их синтезом. Качество системы, определяющее эффективность ее действия, создается оптимизацией структурных и технологических связей между подсистемами.
Технологическая связь между подсистемами 1 и 2 выражена их характеристиками (см. § 3.2). Высота уступа при пенал ьзова пни экскаваторов с ковшом емкостью 20 м3 и более может быть по условиям безопасности увеличена до 25—30 м. Этот параметр забоя рассматривается в настоящее время как один из факторов, влияющих на качество дробления пород взрывом. В то же время установлено, что ширина заходки практически не влияет на качество дробления пород [46]. Один из основных параметров подсистемы 1 кусковатость породы в раз-lixie — определяет значения выходных параметров погрузочного процесса: коэффициент экскавации и длительность экскаваторною цикла. Исследованиями Н. Я Репина [47] установлено: чем Польше мощность экскаватора и емкость ковша, тем меньше влияние кусковатостн пород на продолжительность черпания. Продолжительность рабочего цикла экскаватора может быть определена по формуле [46]
ti Я.буТ + О.^+М, с,
С увеличением диаметра среднего куска взорванной горной массы производительность экскаваторов интенсивно снижается. Так, при его увеличении с 20 до 100 см сменная производительность экскаваторов с ковшом емкостью 20 м3 по расчету должна снизиться почти в 2 раза.
Технологическая связь подсистем 2 и 3 характеризуется следующими синтезирующими показателями:
объемным модулем экскаваторно-автомобильного комплекса, выражаемым соотношением емкости кузова автосамосвала и емкости ковша экскаватора,
Ро = VJE;    (3.3)
весовым модулем, выражаемым соотношением грузоподъемности автосамосвала и расчетной массы груза в ковше экскаватора,
рв = ?2/?*•    (3-4)
Объемный и весовой модули комплекса связаны между собой следующей зависимостью:
где кп—коэффициент наполнения ковша экскаватора;
маневренностью комплекса, оцениваемой коэффициентом маневре нноети
Км = 1 - 1/Л^,„    (3.5)
где jV3.,, — число работающих в карьере экскаваторов;
стабильностью комплекса, оцениваемой коэффициентом стабильности
К„~ 1 —t'JVa.p.    (3.6)
где N». р — число работающих автосамосвалов либо в простом, либо в сложном комплексе.
Для сложных комплексов в формулы (3.3) и (3.4) подставляют средневзвешенные значения величин в целом по парку экскаваторов и автосамосвалов.
Методика определения оптимальных значений модуля комплекса изложена в гл. 9.
Маневренность экскаваторно-автомобильных комплексов в технологическом ее понимании означает степень приспособленности их к регулированию погрузочно-транспортного процесса с учетом обеспечения требуемого усреднения руды по качеству, гранулометрическому составу, возможности выполнения вспомогательных технологических процессов — погрузки и вывозки из забоев заснеженной руды и снега, а также возможности быстрой замены одного экскаватора другим, если этого требует производственная необходимость. На карьере заданной производительности можно обеспечить выполнение производственной программы различным числом экскаваторов различной мощности,
Значения коэффициента стабильности ЭАК
Стабильность
Число автосэш свалов в комплексе
Коэффициент стабильности Ксг
Низкая
0,5—0,65
Средняя
0,08—0,85
Высокая
0,80—0,87
Стремление повысить производительность труда требует периодическом замены менее мощного оборудования более мощным, что на практике приводит к увеличению концентрации горных работ, т. е. к сокращению числа погрузочных пунктов.
Этот процесс на определенной стадии вступает в противоречие с необходимостью нормального выполнения тех работ,
о которых говорилось выше. Экскаваторно-автомобильный комплекс становится маломаневреиным, жестким в управлении. Для крупных карьеров комплекс будет маломаневренным при к»< ОД
Таким образом, предельная мощность погрузочных средств для каждого карьера должна определяться не только путем технико-экономического расчета, но и с учетом маневренности комплекса независимо от степени сложности месторождения.
Стабильность комплекса является измерителем снижения уровня его производительности при выходе из строя (отказе) одного автосамосвала в данном комплексе. С увеличением грузоподъемности авгосамосвала стабильность ЭАК снижается. По стабильности ЭАК можно разделить условно на три группы (табл. 3.1).
Стабильность сложного ЭАК значительно выше, чем простого:
Значение К'еt практически всегда больше 0,9.
Технологическая связь между рассматриваемыми подсистемами определяется также способом формирования грузопотока: (ич регулирования маршрута движения автосамосвалов (пропои комплекс) и с регулированием его (сложный комплекс).
Подсистема 3 (автосамосвал) имеет также технологическую
■ mini, с подсистемой 1 (забой), выражаемую временем замены 1/,| груженого автосамосвала порожним при экскаваторной по-||»у»ке (табл. 3.2). Это время зависит как от схемы подъезда и пм каватору, так и от габаритов автосамосвала (миннмаль-....... радиуса поворота).
I увеличением грузоподъемности автосамосвалов время их ’ ■им у экскаватора уменьшается из-за уменьшения времени
2.2
1,7
II. Сложный комплекс Тупиковая Петлевая ^квозная
0.8
0.7
0,1.
0,6
I 11 и .1 M Ц .1 .}.«£ Время замены (/3) автосамосаала у экскаватора, мин Грузоподъемность антпсамосвнла, т Схема подъезда к экскаватору Э0—11(1 j 120*—НО 150—18" 250—:«М Тупиковая Петлевая Сквозная I. Простой комплекс
ожидания в очереди; для автосамосвалов особо большой грузоподъемности /3 увеличивается из-за увеличения пути, проходимого при маневрировании у экскаватора. Подсистема 3 связана технологически с подсистемой 4 измерителями, приведенными в § 3.2. Основным выходным техиоло-ическим параметром подсистемы 3 является скорость движе-шя автосамосвала, определяющая производительность (мощ-юсть) грузопотока. 11а скорость движения автосамосвала кроме ■Го собственных характеристик влияют параметры автодорог — нирнна проезжен части, уклоны, радиусы поворотов, качество юрожной поверхности и др. За исключением величины уклонов, >стальные параметры определяются в зависимости от парамет-юв автосамосвала. Подробно эти вопросы рассмотрены в по-лсдующнх главах книги. Подсистема 4 технологически связана с подсистемой 5 (приемными пунктами) грузопотоком, имеющим следующие пара-!етры: число, путь, время, интенсивность, пропускную сиособ-ость, изменение интенсивности. Согласно работе [67], интенсивность грузопотока (масса) /гр =■ — - М ; ' dt
средняя интенсивность грузопотока | — I' Idt = , -1\ <, dt пропускная способность е. аналогична средней интенсивности грузопотока; глнчина интенсивности изменения грузопотока » dl j d2M iirp — = / = —— = м. v dt dt1
-к -- :*«ос»ьла. т 15_>—1»1 2511—300 >зоо £<c X J большой грузо- fcJ •. "Я ПУТИ, ПрОХОДП-
■ . ' дснстемой 4 изме-жь - v ь* л од ным техноло-скорость движе->в:-з с тельность (мощ-■- -самосвала кроме г.;; :етры автодорог — ». • з эотов, качество ж* г : величины уклонов, В: : • -:тн от парамет-; .^отрены в по- а ; :темой 5 (прн-* . • шне пара-способ ном (масса)


©
Li*."
а
I______I
вых площадок для разгрузки автосамосвалов и велич ВаТзГавига°мостя от параметров автосамосвалов можетбыть „ринвто два способа бульдозерного от) г„„кя яптосамосвалов производится на площадке oiBdj.d пс блУиже 3-4 м от предохранительного вала, а затем порода сталкивается бульдозером под откос; 2) разгрузка автосамосвалов' производится непосредственно под откос=    ^ерез р юхоанительный вал. Второй спосоо широко применяется пр использовании крупногабаритных ак!^ь>>' и 7п I до т ня waDbeDax комбината «неченганиксль» » ,ЯЛНИР колеса при разгрузке находятся вне призмы оорушеним. ' Схема бульдозерного отвалообразования с применением - вальных эстакад при транспортировании вскрышных пород авто самосвалами БелАЗ-548 показана на рис. 31.2 (Центральвын апатитовый рудник). Эстакада устанавливается на отвале не ближе 1 м от верхней бровки отвала и удерживается цепя свала составляющим для современных автосамосвалов 1020 м Исследованиями установлено, что минимальные рабочие п i*T    п гу /У j n'i 'Ул I1! :1 U ^
lair
&
\______I
Рис 3.2. Схема бульдозерного отвалообразования с использованием разгру-ОЧНЫХ эстакад.    о а ПОП!.* ?_ СКПСПСП' 4 — НВСЫП* гакх
J — кета ллический брус; 2—рабочая предохранительная чепь, 3    PP. . - металлнчс^лпп    - * n-^т окп =: зал породы; 5 - бульдозер ДЭТ-250 I »<i дп \ v i»i \ Ар/ uuttupwicj ltd илищадкьл \ иршмиыл пуимш: с ислыо уменьшения износа шин и поддержания отноентельне высокой скорости движения следует принимать но менее 1,5/?к Время разгрузки автосамосвалов (/р) у приемочных пунктов с учетом маневров, на основании хрономегражных и расчетны> данных, рекомендуется принимать равным: Грузоподъемность автосамосвала. т...........27—30 40 —45 70—80 90—110 1р. мин......... 1.2    1,3    1,8    2,0 Грузоподъемность автосамосвала. т . . ...... 120-140 150—180 250—300 >300 /р, мин , ....... . 2.1    2.3    2.5    2.8 Время ожидания разгрузки у приемных пунктов приннма ется равным нулю (из опыта работы). В зависимости от габаритов автосамосвалов длина отваль ного фронта принимается для автосамосвалов грузоподъемио стыо от 40 до 110 т равной 30—60 м. Подсистема 6 (технической эксплуатации машин) не нм ее: непосредственной технологической связи с остальными подси стемамн, она является для них обслуживающей. Эта подсистем? обладает собственной относительно сложной технологией вы полнения работ по техническому обслуживанию и ремонту ма шин. Подробно эти вопросы рассмотрены в гл. VIII. Свойствг подсистемы <>, характеризующие ее качество, во многом опреде ляют выход всей системы -натуральный (грузопоток) и эко комический (приведенные затраты и себестоимость едиииць продукции).    • Подсистема 7 технологически связана со всеми подснсте мами, кроме подсистем 1 и 4. Она непосредственно влияет нг формирование грузопотока и его параметры. Эта технологиче ская связь в современных подсистемах управления осуществля ется через промежуточное звено — операторов на пульте управ ления и операторов экскаваторов и автосамосвалов. Форма тех нологнческих связей зависит от уровня иерархии управлети (см. § 3.1). Основой создания н функционирования подснстемь является информация (выходы) от всех подсистем. В целом же разработка структур и эксплуатация подснстемь управления погрузочно-транспортным процессом на карьера; представляет самостоятельное большое направление научны? исследований и выходит за рамки настоящей работы. Проведенный анализ структуры погрузочно-транспортной си стемы современного крупного карьера, характеристик и связег между подсистемами позволяет более четко определить относи тельную весомость свойств каждой подсистемы в смысле и; влияния на выходные характеристики (качества) системы в це лом. На этой основе возможно разработать методы оптимизации основных свойств подсистем, позволяющие существенно новы сить эффективность погрузочно-транспортного процесса. ГЛАВА 4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ »ч . приемных пунктов пс~е: гчания относительно т - ль нс менее 1,5 RK. > приемочных пунктов ^т - гтражных и расчетных ■ыч: -+Ь 70—80 90—110 1,8 2,0 - n 250—300 >300 2,5    2,8 if ных пунктов принима- га^освалов длина отваль-iv-освалов грузоподъсмно- гатации машин) не имеет взн с остальными подси-;н?эющей. Эта подсистема с" жной технологией вы-гужнванию и ремонту ма-кг?ьг в гл. VIII. Свойства *. -Тво, во многом определи (грузопоток) и эко-I себестоимость единицы мна со всеми подсисте-редственно влияет на •уетры. Эта технологиче-г •• -равлення осуществля-■ргторов на пульте управ-т - амосвалов. Форма тех-»ня иерархии управления iii жирования подсистемы ех подсистем, эксплуатация подсистемы процессом на карьерах юе направление научных гояшей работы, грузочно-транспортной си-t характеристик и связей - ■-;о определить относи-“ лсистемы в смысле их -зчества) системы в це-гг2ть методы оптимизации существенно повы-■сстного процесса.
АВТОСАМОСВАЛА ЭКСКАВАТОРОМ НА ОСНОВЕ ВСТРОЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ    _ _ § 4.1. АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ЗАГРУЗКЕ АВТОСАМОСВАЛОВ Оптимизация процесса экскаваторной погрузки транспортных средств заключается как в снижении динамических агру зок на конструкции автосамосвала, так и в обеспечен!! портной загрузки автосамосвала. т. е. максимально возможного в реальных условиях использования его грузоподъемности. 11Ап. _ „е допустить существенного недогруза и перегруза ав тпгамосвала В настоящее время паспортная грузоподъемность автосамосвалов систематически недаспольщ, сится прямой ущерб народному хозяйству. Коэффициент исполь знания грузоподъемности большегрузных автосамосвалов по министерствам горнодобывающей промышленности составил ГпослеК годы (табл. 4.1). На отдельных карьерах Севера табл. 4.1, показывают, что независим, от Объемной массы перевозимых грузов автосамосвалы в целом ВеЗДПоНег^дТрГГьной оценке, полное 1/1 1976 г. позволило бы высвободить примерно 1 200 автоса. ю СВаО°днако на большинстве карьеров в то же время имеет место и перегруз автосамосвалов сверх допустимой нормы (более 10%). Таблица 4.1 Значения коэффициента использования грузоподъемности автосамосвалов Министерство Черной металлургии Цветной » Угольной промышленности Химической промышленности Наблюдения, проведенные на ряде железорудных карьеров, показали, что в отдельных случаях перегруз автосамосвалов БелАЗ-540 достигал 30—50%. На железорудных карьерах при эксплуатации автосамосвалов БелАЗ-540 перегруз сверх допустимой нормы (>10%) наблюдается почти у половины автосамосвалов (43,8%), а при эксплуатации БелАЗ-548 — у 20% автосамосвалов (рис. 4.1). Рис, 4.1. Распределение фактической загрузки автосами-сва.юв на карьере Ковдорского ГОКа: / — БелАЗ-540; 2 — БелАЗ-548; (?Гр — масса груза; Р(х) — эмпирическая плотность вероятности
Рис. 4.2. Распределение фактической загрузки автосамосвалов БелАЗ-548 на Ждановском руднике комбината « Печенга никель»; т — частота; 2 — сумма процентов; / — теоретическая кривая распределения; 2 — кумулята
Распределение степени загрузки автосамосвалов подчиняется нормальному закону. При транспортировании тяжелых руд на карьерах цветной металлургии автосамосваламн БелАЗ-548 перегруз сверх допустимой нормы имеет место более чем в 20% случаев (рис. 4.2). Обследования, проведенные. Днепропетровским филиалом Научно-Исследовательского института шинной промышленности (НИИШП), также указывают на наличие перегруза карьерных автосамосвалов: Перегруз, %........ 0 0-11 11-15 15-20 >20 Вероятность перегруза, % . . 8,0 41,1 17,9 12,5 20,5 Всего при этом обследовано около 8 тыс. автосамосвалов. Перегруз автосамосвалов сверх допустимой нормы крайне отрицательно воздействует на надежность и долговечность их конструктивных узлов и систем, особенно шнн, рессорного подвешивания, трансмиссии и двигателя. По данным работы [22], превышение нагрузки на шину на 10% от номинальной снижает ее ходимость на 25—30%. а превышение нагрузки па 30,40 и 50% снижает срок службы шины соответственно на 40, 50 и 60%. Учитывая, что стоимость шнн в общих затратах на транспортирование большегрузными автосамосвалами достигает 20—35%, проблема перегруза автосамосвалов, особенно на карьерах, разрабатывающих тяжелые руды и породы, имеет такое же большое значение, как и проблема недогруза. Таким образом, отсутствие в настоящее время технических средств контроля за нормализацией загрузки влечет за собой на карьерах систематическое нарушение § 361 Единых правил безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, где сказано: «Односторонняя или сверхга-баритная загрузка, а также загрузка, превышающая установленную грузоподъемность автомобиля (автопоезда), не допускается». В зарубежной практике открытых разработок с применением автотранспорта вопросы измерения массы и нормализации за-грузки также нельзя считать полностью решенными. Так, в гормон промышленности Великобритании одной из главных проблем открытых разработок с использованием автотранспорта считается проблема перегруза автомобилей сверх нормированные нагрузок на оси, что увеличивает опасность аварийных ситуаций. Одной из основных проблем, по мнению специалистов США, милнется проблема предотвращения перегруза автомобилей и | i iuviux автомобильных платформ, которые передвигаются по нмомагистралям (транспорт общего пользования). Существуют мнрг/юлонные весовые ограничения для каждого грузового ав-И'чмбплн. а также ограничения нагрузки на каждую ось. Это огниымлет водителя во время загрузки автомобиля знать, когда < им tin гигиуто максимальное весовое ограничение загрузки, а также знать максимальную нагрузку на каждую ось. Более того, для снижения изнашиваемости шнн до минимума водитель должен следить за равномерным распределением нагрузки на каждое колесо. Регулирование степени загрузки автосамосвала определяется двумя основными факторами: 1) необходимостью добиться полного использования транспортной грузоподъемности автосамосвала; 2) снижением эффективности работы двигателя в высокогорных районах. При детерминированном подходе к вопросам проектирования и эксплуатации экскаваторно-автомобильных комплексов задача регулирования его грузоподъемности не возникает, так как _ _ сош{

для заданных условий эксплуатации. Здесь kq — степень загрузки автосамосвала по тоннажу (коэффициент использования грузоподъемности), рв — весовой модуль ЭАК, qa — паспортная грузоподъемность автосамосвала, qK—масса породы в ковше экскаватора. В действительности же в зависимости от качества забоя, квалификации машиниста экскаватора и других условий величина qv непостоянна, поэтому фактическое число циклов экскаватора тоже неодинаково для одного и того же типа ЭАК- По этой причине в одном случае происходит недогруз, а в другом — перегруз автосамосвала. Учитывая реальную обстановку в забое, опытный машинист экскаватора определяет необходимое наполнение последнего ковша визуально. Последний загружаемый ковш, таким образом, не обязательно должен быть полным. Но один визуальный контроль за процессом загрузки со стороны машиниста экскаватора или водителя автосамосвала (в ограниченных пределах) недостаточен, особенно при плохих погодных условиях. Он будет тем более неточным при использовании на карьерах особо крупных экскаваторов. Степень весовой загрузки автосамосвала в общем случае есть функция где Н — высота карьера над уровнем моря, м. Чем больше значение весового модуля (рв) ЭАК, тем легче регулировать степень загрузки автосамосвала, а так как оптимальное значение и,, увеличивается с расстоянием транспортирования для всех типов ЭАК, то в условиях особо крупных карьеров (мощностью 100 млн. т н более по гормон массе в год) реализация этой задачи облегчается. В идеальном случае величина k4=i. Фактически же она варьирует в широких пределах —от 0,8 до 1,5. При недогрузке лучше используется экскаватор, так как число его циклов равно рв—1, но хуже используется автосамосвал, так как при каждом рейсе пе довозится (условно теряется) горной массы Aq — (l—kq)qa, т горной массы. Снижение степени загрузки автосамосвала неизбежно приводит к увеличению численности автопарка и, следовательно, к увеличению капитальных затрат. Растут также эксплуатационные расходы. В настоящее время инструкцией завода-изготовителя автосамосвалов БелАЗ степень их загрузки не регламентируется в зависимости ог условий эксплуатации, за исключением случаев использования автосамосвалов в высокогорных районах: здесь вводится поправка на снижение эффективной мощности двигателя. По данным работы [7], для четырехтактных дизельных двигателей на высоте до 300 м над уровнем моря потерь мощности нет; выше этого у'ровня на каждые 300 м мощность двигателя снижается иа 3%. Для двухтактных дизельных двигателей до отметки 1 800 м над уровнем моря на каждые 300 м мощность двигателя снижается на 1,3%; выше этого предела на каждые 300 м — на 3%. Пропорционально снижению эффективной мощности снижается весовая загрузка автосамосвала. Следовательно, необходимо обеспечить соответствующий контроль и регулирование загрузки. При проектировании автотранспорта считается обязательным полное использование грузоподъемности автосамосвалов. !авод-нзготовитель строго регламентирует верхний предел за-I рузкп — перегруз не более 10%, т. е. £(J^l,l. Таким образом, пределы регулирования степени загрузки довольно узки .1 I учетом высокогорных условий, физического износа антоса-ч(и валов в среднем О,К    U, | | верхний предел использования грузоподъемности автосамо-| и I м и 1.'28 раза больше нижнего. I Vi \ .'шровапие степени загрузки в указанных пределах при m ни ц. Наинин погрузочных средств цикличного действия при I**, Г» ь ш ущоствлять затруднительно из-за невозможности до-щровання горной массы при разгрузке ковша. Однако при применении на погрузке скальных пород погрузочных средств непрерывного действия, например погрузочно-дробильных, ро-торно скреперных (гребковых) машин, возможно хорошее регулирование загрузки автосамосвала — с шагом регулирования О I 0,2 т. § 4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЗАГРУЗКИ АВТОСАМОСВАЛА Динамика загрузки автосамосвала характеризуется массой падающего при разгрузке ковша груза, крупностью кусков, упругими свойствами породы, высотой падения (разгрузки) груза, равномерностью распределения груза по платформе. Следовательно, динамика процесса загрузки автосамосвала в общем случае есть функция D3 — f(/Tt(t, dcр, Ре, A, 8Vi у),    (4,3) где то — масса падающего груза; dcp — размер среднего куска в разрыхленном массиве; rjo — коэффициент вязкого сопротивления ударной зоны; h -высота падения груза; ех,у — величина отклонения фактического центра тяжести загруженного автосамосвала от расчетного. Динамика загрузки автосамосвала регулируется в первую очередь изменением высоты падения груза в определенных пределах. определяемых главным образом конструктивными параметрами ковша экскаватора. Минимальная высота разгрузки Лш1п>/дн(1+^а).    <4-4) где /Д|)—линейный размер днища ковша, м; а — угол наклона днища кузова автосамосвала, градус. С увеличением мощности экскаваторов и. следовательно, емкости ковша минимальная высота разгрузки в автосамосвалы типа БелАЗ с характерной формой грузовой платформы увеличивается следующим образом: Емкость ковша экскаватора, м3.........4,6 5 8 12.5 15 17 20 32 Минимальная возможная выола разгрузки, м ... 1,95 2,03 2,35 2,73 2,90 3,02 3,19 3,73 С учетом резервного безопасного зазора между открытым днищем ковша и днищем кузова автосамосвала (0,2 м) и вертикального линейного размера ковша фактическая минимальная высота падения груза (условно считается, что весь груз сосредоточен в центре ковша) составит: Емкость ковша экскаватора, м3 .......... 4,6 5 8 12,5 15 17 20 32 Минимальная расчетная высота разгрузки, м . . . 3,10 3,25 3,60 4,30 4,55 4,75 5,00 5,80 Еще более опасное воздействие на конструкции автосамосвала оказывают динамические условия, создаваемые падающим грузом при загрузке мощными экскаваторами больших глыб массой в десятки тонн. Следовательно, при использовании в экскаваторно-автомобильных комплексах экскаваторов с емкостью ковша 12,5—32.0 м8 возникает новая проблема — обес-лечить такое рыхление скального массива и такую погрузку, при которых будет практически исключено попадание крупных глыб в ковш экскаватора it в автосамосвал. Инструкцией за вода-изготовителя автосамосвалов БелАЗ предусматривается ограничение высоты разгрузки и максимальной массы падающего с такой высоты груза: /imax = 2 м. т0=3т. Как видно из приведенных выше результатов расчета, фактическая высота разгрузки будет всегда больше рекомендуемой за-водом-изготовителем, а сосредоточенная масса падающего груза при разгрузке ковшей емкостью 8—32 мэ будет в ряде случаев значительно больше 3 т. Таким образом, при применении особо мощных экскаваторов теряет смысл принятое определение негабаритного куска, размеры которого определяются лишь линейными размерами ковша и приемного отверстия дробилки. Негабаритным следует считать в этом случае кусок, опасный по развиваемым им динамическим усилиям, воздействующим на конструкцию автосамосвала. Динамическое воздействие, оказываемое на автосамосвал при разгрузке ковша, во многом зависит от точки приложения динамических нагрузок в площади платформы, а динамическое воздействие усилий на узлы и элементы при движении автосамосвала от равномерности распределения груза на платформе. Смещение центра тяжести груженого автосамосвала относительно поперечной оси приводит к перекосу подрессорной массы автосамосвала, неравномерному износу элементов машины при движении, особенно рессорного подвешивания, уменьшению ее устойчивости. Исходя из этого, завод-нзготовитель рекомендует равномерное распределение груза по всей платформе; при размещении основной массы груза в передней части платформы затрудняется управление автомобилем и возникает опасность разрушения шин. Однако на практике обеспечить равномерную загрузку автосамосвала в некоторых случаях затруднительно из-за несоот-иетствия параметров ковша и грузовой платформы; неровностей площадки в пунктах погрузки; стесненных условий в забое, что ифудняет машинисту экскаватора возможность визуального мштроля; отсутствия технических средств для контроля про-in-t'cii загрузки. Таким образом, изучение динамики загрузки и регулирование ее в определенных пределах представляют актуальную практическую задачу. Следует отметить, что в отличие от средств железнодорожного транспорта (думпкаров) для карьерных ав-Toiлмосвалов этот вопрос исследован недостаточно. Современные и перспективные карьерные автосамосвалы имеют практически одинаковую конструктивную компоновочную схему: на раму с нневматикамн через рессорное подвешивание опирается подрессорная масса — грузовая платформа, кабина, двигатель и пр. Динамические усилия от падающего из ковша экскаватора груза и от вертикальных перемещений конструкции при движении автомобиля по неровным дорогам воспринимаются тремя системами амортизации: резиновыми амортизаторами между рамой и грузовой платформой; рессорами между рамой и подрессорной массой — пневматическими, пневмогид-равлнческими, слоистыми резинометаллическнми и др.; пневматическими шинами. При построении механической модели автосамосвала учтены следующие факторы: 1)    жесткость подрессорной конструкции намного больше жесткости самих рессор и контактирующих с грунтовым основанием пневматиков; 2)    каждая из рессор представляет собой упруговязкий элемент, сопротивляющийся как смещению, так и скорости этого смещения; 3)    колебания каждой точки автосамосвала можно считать вертикальными, при этом углы поворотов подрессорной массы невелики; поэтому при описании колебательных процессов можно воспользоваться соответствующими линейными дифференциальными уравнениями движения абсолютно твердого тела; 4)    необратимые потери энергии, которые следует учитывать, в рессорах, в зоне контакта пневматиков с грунтом и в ударной контактной зоне «кузов — груз»; 5)    ввиду того, что цель исследования в конечном счете состоит в выборе параметров модели по условиям прочности и деформируемости упругих элементов модели, при выборе способа описания собственного процесса соударения исходим из наименее выгодного случая. Поэтому представляем далее падающий груз в виде точечной массы /п0, которая в заданный момент времени присоединяется (имея заданную скорость v) к подрессорной массе через некоторую фиктивную в общем не-линейно-упругую пружину (схема Герца). Таким образом, рассматриваются малые вертикальные колебания (по оси Z) системы, состоящей из абсолютно твердого тела и пяти точечных масс, соединенных между собой упруго-вязкими элементами (пружинами) ньютоновского типа (рис. 4.3). При этом колеблющаяся система включает: подрессоренную массу, т. е. абсолютно твердое тело массой т и моментами инерции /х, /у относительно главных, проходящих через центр тяжести ЦТ этого тела горизонтальных осей X и У; четыре точечные массы пневматиков rrti (/' = 1, 2, 3, 4), соединенных с массой т и грунтом (неподвижным основанием) двумя рядами упруговязкнх элементов; задние рессоры выполнены в нашем случае (автосамосвал БелАЗ-549) по двухопорной схеме с шарнирами в точках Л3.т, Ач. ш! точечную массу груза то, присоединенную через упруговязкий (фиктпвный) элемент (ho, С о) к подрессоренной массе t?i в точке Ло, Ко. В начальный Рис. 4.3. Схема динамической модели автосамосвала момент времени масса т0 имеет заданную скорость Уо. равную скорости падения в момент удара. Динамическая модель, изображенная на рис. 4.3, описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка, которая сведена к канонической форме системы нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка — для упрощения интегрирования на ЭВМ. Интегрирование выполнялось методом Рунге— Кутта с автоматическим выбором тага по времени. Решение полученной системы дифференциальных уравнений иыполнено с помощью ЭЦВМ М-220 и «0дра-1204» по про-11• .1 ммс на языке «Алгол-60». Перед выполнением расчетов на ЭЦВМ была решена задача "iipcделения истинных статических поджатий S,, i 1, 2, 3, 4 А1 2, которые соответствуют статическому равновесному состоя-мню непогруженного автомобиля. В этом случае упругие эле-" иты модели сжаты лишь весами масс Ш\, т2, т3, т*. Для I" темни (той задачи все функции при / = 0 полагались равными пи и нее Stl 0. Кроме того, для исключения влияния массь «!• Vf•' (которая не может быть положена здесь равной нулю) >1|1НИ1| 10 Интегрирование проводилось до полного установления колебательного процесса. Такой задаче соответствует колебательный процесс автомобиля, при котором в момент / = 0 цилиндры пневмогидравлических рессор занимают крайнее верхнее положение, а деформации пневматиков отсутствуют. Получаемые при этом значения d; принимаются в дальнейшем за исходные не нулевые S*, т. е. за статические поджатня рессор и пневматн-ков под действием собственной массы автосамосвала. Значения статических поджатий (см), определенные из характеристик жесткости пневмогидравлических рессор и пневматиков (шины типа 24.00-49), составили для модели автосамосвала БелАЗ-549: S2i = —8,05 S2~ — —8,05 S*3= -4,23 = - 4,23
5и = —18,74 S„ = —18,74 Sis = -17.73 Su= -17.73
Интегрирование выполнялось с переменным шагом по времени (с): 0,00001 s£/i<0,0001; 0,000К0,001; 0,00К <0,01; 0,01<^;<0,1; 0,l</s<2 — с интервалом внутри каждого шага, численно равным его меньшему значению. На печать выводились значения следующих искомых функций: ускорение точек контакта падающего груза с днищем кузова автосамосвала, сила удара груза, сила реакции в рессорных подвесках, сила реакции в опорах (пневматиках), давление газа в цилиндрах, давление пневматиков на грунт, перемещение штоков в цилиндрах, угловые вертикальные перемещения днища кузова при неравномерной загрузке. Для рассмотренной модели (автосамосвал БелАЗ-549 грузоподъемностью 75 т) значения варьируемых при моделировании параметров менялись в пределах: т0 — от 1 т до 15 т, Н —от 1 до 4 м. Со — от 50 до 500 Н/см, г)о — от 0 до 30 Н-с/см, i/i1 — от ±0,5 до ±2 м, хп от ±0,5 до rt 1,2 м. Ввиду несовпадения точки удара с центром тяжести системы определялась динамика усилий не только на передние и задние, но п па правые и левые подвески и шины. Анализ результатов математического моделирования показал, что полного затухания колебательного процесса за 1 с с момента удара не происходит, хотя интенсивность его весьма заметна. Для практических целен важно знать в первую очередь не время полного затухания колебательного процесса системы, а максимальные значения исследуемых параметров. Для варианта /По = 10 т, /г = 3 м эти значения составили: ускорение в точке контакта падающего груза с днищем кузова—49 м/с2; углы вертикального перемещения кузова в продольном и поперечном направлениях - соответственно 15,5 и 1,7е; усилие на передний и задний цилиндры под- Рис 4,4. Характер колебательного процесса динамической системы автосамс свала БелАЗ-549 при ударе: 1,2 — реакция передних и задних шнн: 3, 4 — реакция соответственно передних м (а; них подвесок; 7, S— давление газа в цилиндрах передних и задних подвесок; Гу сила реакции подвесок: Гх— давление газа в цилиндрах: Рш— сила реакции шнна I грунт пески — (183 и 315 кН; давление газа в цилиндрах передних задних подвесок — 1887 и 647 Н/см2; перемещение их штоков -соответственно 28,0 и 26,5 см; давление на шину — 426 кН и переднюю и 345 кН — на заднюю; удельное давление шин н г рупт и общем площади контакта: 94 Н/см2— передней 79 Н/см2 — задней; удельное давление в площади выступо равны соответственно 138 и 113 Н/см2. Эти значения либо близки к критическим, либо превосходя нч, Можно, следовательно, сделать вынод, что такой удар дл •    жтосамосвала БелАЗ-549 будет практически разрушительных Смещение точки приложения удара в поперечном направле пин не приводит к заметному перераспределению усилий межд кривыми п левыми подвесками п шинами: разница не превь. шлет при заданных условиях 4%. Па рмс. 4.4 показан характер колебательного процесса дннг ■ иииткой системы автосамосвала БелАЗ-549 при ударе сосре in точенной массы 5 т с высоты 2 м. Наиболее слабым место: •    мигоеамоевала БелАЗ-549 являются шпны. Н.т рис, 4.5 приведены зависимости основных параметров ши 1 оо |ч (ц нагрузки п давления в них. \и,| пп результатов вычислений показывает, что фактичс » I I кратковременная нагрузка при ударе может достигат til ill удар сосредоточенной массой 15 т с высоты 1 м. П ...... фа м ору, учитывая кратковременный характер нагрузю и|н I. M.IH.Iми условиями загрузки автосамосвала БелАЗ-54 К Рис. 4.5. Радиальная деформации / шины марки 24.00-19 и удельное давле иие на грунт /; я зависимости от нагрузки Гт: I. 1.3- зависимость радиалыюЛ деформации шины от нагрузки Д f (Q) при различно «(утреннем давлении, /'. кПА (I — 550; 2 — С,00; 3 — Н00>. 4. 5, Л — зависимость уаель юго давления в площади контакта выступов Умыст,к(1.1 (4 — 530; 2 — 000; 3—Жк)); J >. 9 — зависимость удельного давления в общей площади контакта 4оГ»щ • *Па (7- Га.ЧГ. ? —G00; 9 — 800); 10— предельная расчетная нагрузка, равная 210 кН с шинами марки 24.00-39 являются: масса сосредоточен ноге груза 3 т, высота падения 2 м или .масса 5 т, высота падения I м Замена этих шнн более мощными, например марки 27.00-49, по зволнт значительно расширить диапазон предельных условиг загрузки. Математическое моделирование ударного процесса показало гакже, что изменение жесткости системы (Cfl) в диапазоне 50 500 Н/см, т. е. в 10 раз, и величины вязкого сопротивления з точке контакта груза с днищем кузова (цо) в диапазоне 0 3 Н-с/см практически мало влияет на величину основных пара метров динамической системы — несколько уменьшаются уско эеиие в точке контакта и сила удара. Это объясняется особен-зостямп конструкции автосамосвала: наличие двух мощны> :нстем амортизации — подвесок и шнн уменьшает влияние тругих промежуточных амортизаторов, в качестве которых не юльзуются резиновые или другие эластичные прокладки между элементами подрессоренной массы. Эти амортизаторы служат голько для предотвращения прямых соударений металлически?» Р* Г0* x (Id чзокм 24.00-49 и удельное давле-Р.: ' it-- - нагрузки Д I (Q) при различном р: НЮ1: 4, 5, 6 — зависимость удель (4 — 530; 2 — 600; 3— 800); 7. сг' " :цадч контакта ?0бщ' к^а ^ - 530; гт-»зка. равная 210 кН ются: масса сосредоточенного I -оса 5 т, высота падения 1 м. L зпример марки 27.00-49, по; ; газон предельных условий к ударного процесса показало с :темы (Со) в диапазоне 50— г - -ы вязкого сопротивления у кузова (по) в диапазоне 0— ет на величину основных пара-уесколько уменьшаются уско-изга. Это объясняется особен-Eii.-j наличие двух мощных • „нн- уменьшает влияние г* ~ '5. в качестве которых исе *.:зстнчные прокладки между сь Эти амортизаторы служат ■ь дарений металлических Рмс. 4.6. Характер изменения давления газа в цилиндрах подвески автосамо-» вала БелАЗ-549 при погрузке: Яд яз П—соответственно левый и правый задние цилиндры; ЯП Л| Яп>п—соответ-венно левый и правый передние цилиндры элементов конструкции и кусков породы с днищем кузова для уменьшения его износа. Динамика загрузки автосамосвала исследована эксперимен--ально в условиях Ждановского рудника комбината «Печенга-икель». Автосамосвалы БелАЗ-549 загружались экскаватором ЭКГ-811 рядовой скальной породой насыпной массой 1,82 т/м3. Усилия от удара груза при разгрузке ковша через грузовую латформу воспринимались пневмогидравлнческими подвес- -и, в которые были встроены малогабаритные датчики давле-я МД-200Т. Данные об изменениях давлений газа в верхних 'остях цилиндров подвесок записывались на ленту осцилло-.:фа. Характер динамических нагрузок показан на рис. 4.6. Г' : 'од гашения колебаний подрессоренной массы не превышал _ Результаты математического моделирования процесса за-т зки хорошо согласуются, таким образом, с эксперименталь- - . и данными. = - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ • ВСТРОЕННЫМ ИНФОРМАЦИОННЫМ СИСТЕМАМ МЕРЕНИЯ МАССЫ < - »ооб измерения массы полезного ископаемого и породы, эг з < ivbi.x автосамосвалами, при помощи автономных I; *r v -ых) устройств находится пока в стадии разработки и становления. Интенсивные исследования в этой области как в СССР, так и за рубежом ведутся лишь в последние 10 лет. Цель создания таких устройств управлять процессом па основе информации, получаемой оператором непосредственно в ходе процесса, а не после его завершения, как при использовании традиционных способов. Встроенные системы измерения массы (ВИСМ) предназначены для внутриведомственных нужд горных предприятий. Они служат для оперативного контроля, нормализации погрузочно-транспортного процесса, а также для учета выполненной автосамосвалом работы за расчетный период (смену, сутки, месяц). При создании достаточно точных и надежных ВИСЛА может отпасть необходимость в маркшейдерских замерах на карьерах, являющихся ныне практически единственным и обязательным средством определения итоговых показателен по вывозке горной массы из забоев к приемным пунктам. В условиях Севера из-за плохой видимости регулярное выполнение маркшейдерских замеров затруднено, а их погрешность может в ряде случаев превышать погрешность ВИСМ. Поэтому целесообразно выделить два этапа в создании и внедрении ВИСМ в горнодобывающей промышленности: на первом этапе эти системы функционируют только как средства оперативного контроля н регулирования погрузочно-транспортного процесса, окончательный учет вывезенной из карьера горной массы возлагается при этом иа маркшейдерский контроль; на втором этапе, по мере накопления опыта эксплуатации этих систем, на них возлагаются не только функции контроля и регулирования, но и функции окончательного определения итогов работы автосамосвалов и в целом экскаваторно-автомобильных комплексов, т. е. функции учета перевезенной горной массы (извлеченных объемов полезного ископаемого и породы) за определенный период; маркшейдерский контроль на этом этапе станет эпизодическим, например один раз в квартал, полугодие или год. Технологические требования к ВИСМ во многом определяются характером грузопотоков в карьере. В зависимости от характера грузопотока встроенные в автосамосвал (автопоезд) информационные системы должны выполнять следующие функции: при сосредоточенном грузопотоке, когда масса перевозимого груза измеряется стандартным измерительным устройством (рис. 4.7,а), а счет выполненных рейсов производится автоматически (при работе АСУ), встроенная система должна выполнять только функцию контроля загрузки автосамосвала, т. е. она не должна иметь выход в АСУ; при распределенных грузопотоках (рис. 4.7,6) встроенная информационная система должна выполнять две функции: а) контроля загрузки автосамосвала; б) учета выполненной ра- Рис 4.7 Типовые схемы технологических грузопотоков при автотранспорте боты, т. е. измерение перевезенной массы груза, счет выполненных рейсов и пробег автосамосвала в км за смену, сутки пли другой промежуток времени; при смешанных грузопотоках (рис. 4.7, в) встроенная информационная система на автосамосвалах, эксплуатируемых на одном карьере, может быть двоякого исполнения, т. е. для части парка машин она может выполнять только функцию контроля загрузки (при транспортировании полезного ископаемого— сосредоточенный грузопоток) и для части парка машин, занятого на вывозке вскрышных пород в отвалы, выполнять функции контроля загрузки и учета работы автотранспорта. Однако такое решение вопроса не оптимально с точки зрения обеспечении необходимой маневренности в использовании парка машин: оснащая одни автосамосвалы первым типом встроенной информационной системы, а другие — вторым типом, мы тем ■ 41 мым жестко закрепляем одну часть парка машин за вскрыш-IM.Iми работами, а вторую — за добычными. Поэтому в этом слу-i.if целесообразно оборудовать каждый автосамосвал парка и. троенной информационной системой (ВИСМ) второго типа. 1 1 I функциями контроля и учета, хотя это повысит расходы п.I н потопление и обслуживание ВИСМ. Некоторую компенсации можно получить, несколько упростив функции АСУ (счет i<> Hi oit) И комбинированных транспортных схемах (рис. 4.7, г) грузо-шпик прерывается у перегрузочного пункта, который перио-пгнсип, через три-четыре уступа, меняет свое положение и »||н <1 iрлпегие. Для общего учета вывезенного полезного иско пт мою (десь могут быть установлены стационарные массо '. •' iniic.ii,in,ic устройства (весы — В), однако учет работы ка ж I и • ниоснмосвала, работающего в карьере в сборочно\ транспортном звене, будет отсутствовать. Поэтому в комбинированных транспортных схемах с использованием автомобильно-железнодорожного, автомобильно-конвейерного или автомобильно-скипового транспорта ВИСМ должны иметь выход в АСУ карьерным транспортом. Стационарные устройства для измерения массы груза в пункте перегрузки будут нерациональны из-за необходимости их периодического переноса по мере отработки карьера. Функциональная структура ВИСМ зависит также от масштаба производства, т. е. от годовой производительности карьера. Для карьеров с небольшой годовой производительностью, для которых экономически невыгодно применение дорогостоящих АСУ автотранспортом, ВИСМ должны представлять собой сугубо локальные системы с законченным циклом учета основных показателей работы автосамосвала за смену перевезенной массы в тоннах, числа выполненных рейсов, пробега, т. е. суммировать их. Таким образом, в зависимости от предъявляемых технологических требовании. ВИСМ можно разделить на три класса: 1)    для контроля и нормализации загрузки автосамосвала; 2)    для учета показателей работы автосамосвала, передаваемых после каждого рейса в АСУ автотранспортом; 3)    для учета показателей работы автосамосвала без передачи их в АСУ автотранспортом. ВИСМ 1-го и 2-го классов должны обеспечивать дискретный разовый замер и отсчет массы, ВИСМ 3-го класса должны обеспечивать дискретный интегральный отсчет массы груза и других показателей. Выполняя функции учета. ВИСМ 2-го и 3-го классов обеспечивают в то же время функции ВИСМ !-го класса. Естественно, что конструктивная сложность ВИСМ возрастает с усложнением возлагаемых на нее задач: самыми сложными являются ВИСМ 3-го класса. В соответствии с заданными функциями необходимо рассмотреть пределы и точность измерения массы груза, перевозимого автосамосваламн. При этом необходимо иметь в виду одно из главных технологических требований к ВИСМ — автоматическое измерение чистой массы груза, т. с. масса подрессоренной части автосамосвала должна при этом автоматически сбрасываться па шкале измерительного прибора. При установлении пределов измерения чистой массы груза рекомендуется руководствоваться положениями ГОСТ 13712—68. Учитывая реальный диапазон степени загрузки автосамосвалов (см, выше) плюс необходимость создания некоторого резерва для экстремальных случаев, диапазон измерения массы груза, перевозимого автосамосвалами типа БелАЗ, составляет, т: БелАЗ-540 ........ 12—40 ВелАЗ-548 ........ 18—60 БелАЗ-549 ........ 35—110 БелАЗ-549В.......55—180 БелАЗ-7519 ....... 50—165 БелАЗ-7521 ....... 80—270 В общем случае диапазон измерения чистой массы груза при помощи ВИСМ составляет: 0,45^а <Огр< 1,5<74,    (4.5) где <7а — грузоподъемность автосамосвала, т. Допустимая погрешность измерения массы автоматическими весами дискретного действия, к которым относятся ВИСМ, зависит от принятого класса точности. Согласно ГОСТ 13712—68, для весов внутриведомственного назначения класс точности достаточно принять 2,5. Следовательно, погрешность единичного замера массы не должна превышать ±2,5%. Если ВИСМ выполняют функцию только контроля и нормализации загрузки автосамосвала, то допустимая погрешность ВИСМ может быть выше. Величина этой погрешности зависит от верхнего предела допустимого перегруза (для карьерных автосамосвалов— не более 10% от паспортной грузоподъемности) и не должна превышать 6а< —<5%. В общем случае эта погрешность не должна превышать половинной величины допускаемого перегруза автосамосвала. Конструктивные требования, предъявляемые к ВИСМ. определяются их функциональным назначением, технологическими требованиями, конструктивными особенностями автосамосвалов и климатическими условиями района. Исходя из этого, можно сформулировать следующие конструктивные требования кВИСМ: Г Результаты измерения массы груза и других показателей должны быть наглядными, легко читаемыми и фиксируемыми в течение необходимого периода; они могут фиксироваться как па шкале стрелочного, так и цифрового измерительного прибора. 2.    Для обеспечения эффективного контроля п нормализации процесса загрузки автосамосвала в конструкции ВИСМ должна быть предусмотрена возможность автоматической подачи предупредительного сигнала (звукового или светового) машинисту -жскаватора об окончании погрузки. 3.    Конструкция ВИСМ должна быть блочной, иметь минимальные габариты и массу; конструкция и габариты блоков — \ шпаны с местами их монтажа на автосамосвале. I Блок питания ВИСМ должен иметь стабилизатор напря-i.i'iiim и преобразователь напряжения постоянного тока в перечинили. '• Обеспечивать надежную работу при: и lift рационной перегрузке до 10^ в диапазоне частот от 20 ШОП Гц с амплитудой вибрации не более 1 мм; линейном ускорении до 5q в любом направлении; температуре окружающего воздуха от —60 до +40С С и относительной влажности воздуха до 98%. наличии интенсивных осадков в виде снега и дождя; изменении атмосферного давления в пределах от 738 до 1045 ГПа; запыленной атмосфере. 6.    При изменении массы подрессоренной части автосамосвала в процессе работы конструкция ВИСМ должна предусматривать автоматическую коррекцию нулевого отсчета массы. 7.    Элементы ВИСМ должны быть защищены от повреждения при погрузке н транспортировании груза. 8.    Преобразовательные элементы (датчики) ВИСМ должны иметь стабильные по времени характеристики и быть взаимозаменяемыми, т. е. иметь идентичные характеристики. Они должны выбираться с учетом максимальных усилий, воздействующих на конструкцию автосамосвала в процессе эксплуатации. 9.    Система должна быть удобной при монтаже, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте, соответствовать правилам безопасности. 10.    Конструкция ВИСМ должна быть такой, чтобы исключить возможность субъективного изменения результатов ее показаний в процессе работы, искажающего общий итог работы автосамосвала. Реализация сформулированных технических и конструктивных требований к ВИСМ позволила создать принципиально новый метод контроля, учета погрузочно-транспортного процесса на карьерах с автомобильным транспортом с целью значительного повышения эффективности мощных экскаваторноавтомобильных комплексов. Теоретические и экспериментальные аспекты решения этой проблемы рассмотрены ниже. § 4.4. ТИПЫ ВСТРОЕННЫХ ВЗВЕШИВАЮЩИХ УСТРОЙСТВ Классификация встроенных взвешивающих устройств показана на рис. 4.8. По типу объекта-носителя их можно разделить на две группы: 1—экскаваторные и 2 — автомобильные. Разработкой экскаваторных ВИСМ занимались специалисты Харьковского автодорожного института (ХАДИ), Северо-Кав-казского горно-металлургического института и Московского горного института. Устройство, разработанное сотрудниками ХАДИ, основано на логической операции деления статического тока подъемного двигателя до разгрузки ковша на таковой после разгрузки [23]. Основными недостатками этого устройства являются: 1) удлинение цикла экскавации па несколько секунд в связи с необходимостью фиксации ковша в пространстве в период Встроенные Взвешивающие устройства По 6иду ЭнснаВаторные
Мтомобильные
объекта -носители По усилиям В рабочем канате По усилиям в опбрных частях конструкции Подефорна ции пневма тиков По усилиямв механизме подъема кузова По усилиям и деформациям в рессорах Рис. 4.8. Классификация встроенных взвешивающих устройств разгрузки ii выполнения двух измерений тока для исключения влияния геометрии подъемно-напорного механизма на величину тока; По статическому токи двига теля подъема
По принципу действия
2)    дискретность информации о загрузке ковша, что не позволяет использовать его для рационального управления экскаватором; 3)    строгая фиксация ковша перед разгрузкой в определенной точке пространства, не позволяющая производить равномерную по площади загрузку транспортного сосуда; 4)    большая погрешность взвешивания, превышающая 10% Устройство, разработанное сотрудниками Северо-Кавказ ского горно-металлургического института [23], основано на вы делении сигнала статического тока подъемного двигателя и: полного тока известными методами. Схема аналогового вычис лительного устройства показана на рис. 4.9. На вход датчике динамического тока (/;1), построенного па двух интегратора* / п 2, подается сигнал с выхода датчика напряжения U двига геля 3. Получаемый на выходе интегратора / динамический то* вычитается в сумматоре 4 из полного тока (/), снимаемого • датчика тока 5. На выходе 4 получается статический ток (/,•) подъемного двигателя, подаваемый на один вход множителя 9 Нмчнслнтельное устройство представлено звеньями 6. 9, 10, II Ил нход функционального преобразователя двух переменных ( пм.ниотся сигналы длины выбираемой части подъемного ка ниш (/„) и вылета рукояти (/р), снимаемые с датчиков 7 н 8 •чми’шлн величина преобразователя функции /2 подается нг •• I<t|nЩ вход множителя 9. Одновременно сигнал вылета ру .......и подастся на вход сумматора 10. Полученная па выход* MMiirnpti функция /з вычитается из выходного сигнала мно ч I ■ ч и опорцнонального произведению У,/2. па сумматор» 11. В результате получаем искомый сигнал контролируемой массы груза в ковше <Gr), который можно подать на измерительный прибор или на счетчик. Устройство учитывает непостоянство момента инерции механизма и ослабление магнитного поля двигателя подъема при максимальной сто скорости, а также упругие деформации подъемных канатов. Расчетная погрешность измерения массы груза в ковше экскаватора составляет при этом 5—7%. В Московском горном институте разработано частотное весоизмерительное устройство, опытный макет которого испытан на экскаваторе ЭКГ-4 [24]. В основу устройства положена зависимость между составляющей массы ковша и периодом собственных колебаний подъемного каната экскаватора. Для экскаватора с реечным напором выбран автоколебательный режим работы частотного датчика составляющей массы ковша, обеспечивающий достаточную помехоустойчивость и точность при взвешивании (±1,7%). В устройство входят датчики координат ковша. К сожалению, отсутствуют подробные сведения о результатах экспериментальных исследований экскаваторных весоизмерительных устройств и особенно об определении их погрешности. Приведенные значения погрешностей измерения массы груза установлены расчетным путем. Экскаваторные ВИСМ, несмотря на кажущуюся простоту, не обеспечивают главного требования, предъявляемого к подобным системам,— высокой точности и стабильности показаний в изменяющихся условиях погрузки. Поэтому многочисленные попытки разработать надежную н точную систему измерения массы груза непосредственно в ковше экскаватора не дали пока положительных результатов. Значения параметров, но которым косвенно измеряется масса груза, зависят от многих случайных факторов, учесть которые в реальных условиях эксплуатации практически невозможно. По указанным причинам такие весоизмерительные системы не нашли также применения н в зарубежной практике открытых разработок. В то же время рассмотренный способ имеет целый ряд преимуществ по сравнению со способом измерения массы автомобильными встроенными системами, а именно: Етп-ч
и
ю
1) экскаватор представляет собой по существу стационарный объект. с которым оператору (диспетчеру) в любой момент легко поддерживать связь: Рис. 4 9. Схема аналогового вычислительного устройства
2)    экскаваторов в среднем на карьере в 4—6 раз меньше, чем автосамосвалов; 3)    условия работы аппаратуры измерения массы на экскаваторе лучше, чем на автосамосвале; 4)    загрузку автосамосвала легко осуществлять в заданных пределах с допустимой погрешностью, так как можно предварительно измерять массу груза непосредственно в ковше. Поэтому способ измерения массы непосредственно в ковше экскаватора в будущем, при преодолении известных технических трудностей, может найти применение на открытых горных разработках; причем этот способ целесообразно применять только для нормализации процесса загрузки автосамосвалов. При современном уровне развития техники более перспективно создание автомобильных ВИСМ. Использование этих систем возможно иа всех карьерах, независимо от характера грузопотоков, как для нормализации загрузки, так и для учета работы автосамосвалов. Можно использовать следующие основные способы реализации ВИСМ на автомобилях (см. рис. 4.8): 1. По усилиям в опорных узлах конструкции. Современные карьерные автосамосвалы имеют грузовую платформу, опирающуюся иа раму в четырех или шести точках: в передней части—на плоские резиновые амортизаторы и в задней — на металлические иальиы крепления, служащие осью поворота плат формы в вертикальной плоскости. В конструкции некоторы> большегрузных автосамосвалов, например БелАЗ-549, резино вые амортизаторы устанавливаются между платформой и ра мой не только и передней, но и в задней части платформы Площадь опоры грузовой платформы на эти амортизаторы i на соединительные пальцы невелика, так что усилия, переда ваемые на них массой платформы и груза, носят сосредоточен ный характер. Естественно, что в результате этих усили в опорах возникают упругие деформации. Усилия п деформа цпи пропорциональны массе груза. Они могут быть замерен! установленными в этих точках преобразовательными элеме! тами (датчиками). Датчики преобразуют механические усили и деформации опорных элементов в пропорциональные нм эле* трнческие сигналы, которые можно просуммировать и вывеет на индикаторный прибор. Таким образом, суть этого способа состоит в установлен!! зависимости G^f(lR) или G = /(S/), где G — масса платформ с грузом, -R\ Z/ — соответственно суммарное сопротивление гпк цепи, в которой датчики соединены последовательно. В сво очередь, lR = f(lP), H-f(lP), где I.P — суммарное усилие г иггчикп. При реализации этого способа наиболее рационально использование датчиков усилий, имеющих малые перемещения чувствительного элемента, не нуждающихся в дополнительном преобразователе, т. е. работающих без промежуточных механических звеньев передач* К ним относятся тензометрические, магнитоупругие и магнитоанизотропные датчики. Чувствительность датчиков должна быть одинаковой. Характеристика их, выражаемая приведенными выше функциями, должна быть для всех датчиков линейной в рабочей зоне (в диапазоне измерения массы) и идентичной. Достоинства данного способа: малые габариты и масса датчиков, высокая стабильность их характеристик в различных условиях, высокая точность, независимость от характеристик функциональных узлов конструкции автосамосвала. Недостатки: сложность установки датчиков без предварительного конструктивного изменения опорных узлов, низкая эксплуатационная надежность датчиков при низких отрицательных температурах. Внешняя простота и очевидность этого способа для решения проблемы измерения массы груза непосредственно в кузове автомобиля привлекли к нему широкое внимание исследователей и конструкторов. Институтом ПромтрансНИИпроект разработано встроенное взвешивающее устройство, в основу которого положено измерение усилий в точках опоры подрессоренной части автосамосвала на верхние пальцы цилиндров нневмогндроподвески [65]. В качестве первичных преобразователей сигналов использованы фольговые, тензорезисторпые преобразователи, наклеиваемые на внутренние поверхности пальцев крепления цилиндров (высверливается канал). Одесский политехнический институт разработал устройство для измерения массы груза, перевозимого автомобилями, основанное из применении первичных преобразователей массы, размещаемых под грузовой платформой автомобиля [1]. Однако в целом работы по созданию подобных устройств пока еще не вышли из стадии экспериментирования. Основным препятствием является сложность встраивания и низкая надежность известных типов датчиков. Успешно реализовать этот способ возможно, по нашему мнению, лишь при использовании принципиально новых типов датчиков, например па пьезокристаллах и др. Существенные преимущества данного способа перед другими предопределяет его несомненную перспективность. 2. По деформации пневматиков. В зависимости от нагрузки шина испытывает различную радиальную деформацию. Исследованиями установлена следующая зависимость: Лш = f№), мм- Для конкретного типа шины 24,00-49 (для БелАЗ-549) эта зависимость показана на рис. 4.5. Таким образом, замеряя величину радиальной деформации для каждой шины (необходимо учитывать неравномерность загрузки) и суммируя затем их, можно определить соответствующий им эквивалент по массе груза, т. е. (4.6)
Деформацию шины можно определить специальным датчиком, расположенным на оси: расстояние от датчика до основания (поверхности опоры шины) различно в зависимости от степени загрузки. Тогда функцию (4.6) можно заменить функцией
где А3,-—расстояние от датчика до опорной поверхности при данной степени загрузки автосамосвала. Расстояние Н3, можно замерить автоматически, например, но времени прохождения ультразвукового сигнала (id) датчика до поверхности и обратно, т. е. в этом случае функция
(4.6) будет иметь вид где п — число пневматиков. Достоинства способа: четкость и однозначность прннятогс •жвивалентного критерия степени загрузки автосамосвала ((а) малая зависимость от неравномерности размещения груза нг платформе, универсальность применения, независимость о-конструктивного исполнения автосамосвала. Недостатки способа: относительно большая конструктивна* сложность — в систему должен входить ультразвуковой гене ратор или другие приборы для определения h.u и контроля дав к'иия воздуха внутри шины, которое может в процессе рабоп меняться в некоторых пределах. Несмотря на отмеченные недостатки, этот способ заслужи li/ici более пристального к себе внимания, особенно с виедре нт«м на открытых разработках автосамосвалов особо большо 11>у <оподъемиостн, у которых абсолютное значение раднальны I"фирмлций шин значительно больше, вследствие чего отност и н.ния погрешность их замера снижается. По давлениям в цилиндрах механизма подъема кузов; 1‘ он современных карьерных автосамосвалов с задней ра. ' г■ 'I "п поднимается телескопическими цилиндрами гидравл) in но и, емного механизма. Верхние и нижние шаровь опоры цилиндров соединяются с кузовом и рамой автосамосвала. Платформа (кузов) при ее отрыве от рамы опирается на четыре точки: на две шаровые опоры цилиндров подъемного механизма и на два пальца (ось опрокидывания платформы), Так как привод механизма подъема гидравлический, то усилие в нем будет пропорционально давлению Р масла в цилиндрах подъема или в магистрали, ведущей к цилиндрам. Давление масла, в свою очередь, пропорционально массе груза в кузове (рис, 4.10). Для измерения этого давления можно использовать один манометрический датчик. Достоинства способа: линейная зависимость P = f(Grp) позволяет получить относительно высокую точность измерения массы груза в любом диапазоне (при равномерном распределении груза в кузове), простота конструкции н высокая эксплуатационная надежность, стабильность характеристик системы в процессе эксплуатации. Р*Ю5Па. Рис. 4.10. Зависимость давления масла в гидросистеме подъемного мехеднзма грузовой платформы автосамосвалов ВелАЗ от нагрузки I, 2, a — соответственно для Бел АЗ-540. БеИгАЗ-648, БелАЗ-549
Недостатки способа: большая погрешность при неравномерном распределении груза в кузове, гак как измеряемое давление относится лишь к двум, расположенным почти рядом, точкам опоры платформы; невозможность осуществления контроля п нормализация загрузки автосамосвала непосредственно в забое. На этом принципе Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС разработал гидравлическое взвешивающее устройство (ГВУ) для автосамосвалов тина КрАЗ и БелАЗ [I]. Кинематическая схема устройства показана на рис. 4.11. Счетчик, состоящий пз сумматора 12, чувствительного элемента 9 и замыкателя 10, соединяется с первичным преобразователем 2 положения грузовой платформы при помощи гибкой тросовой передачи 11. Чувствительный элемент гибким шлангом 5 включен в нагнетательную магистраль гидроподъемника 4 автосамосвала. Рычажный первичный преобразователь положения платформы снабжен возвратной пружиной I. На конце большого плеча рычага преобразователя положения закреплен ролик, конец меньшего плеча связан с тросом. В нижнем поло- женим платформы плечо рычага с роликом прижато, трое свободен и не действует на замыкатель. При подъеме платформы 3 давление в цилиндре гидроподъемника воспринимается чувствительным элементом, поворачивающим шестерню сумматора иа угол, пропорциональный массе платформы с грузом. При повороте платформы па определенный угол преобразователь положения через трос воздействует на замыкатель, который отсоединяет чувствительный элемент от сумматора п фиксирует на нем массу платформы с грузом. После разгрузки платформы давление в цилиндре надает, что приводит к уменьшению угла поворота выходного вала чувствительного элемента до значения, соответствующего массе порожней платформы. При возвращении платформы в исходное положение срабатывает замыкатель, который вновь соединяет чувствительный элемент с сумматором. При падении давления в цилиндре до нуля чувствительный элемент обратным поворотом своего вала сбрасывает с сумматора массу порожней платформы. Счетчик рейсов 6 через храповое колесо 7 соединен с поршнем 8. Емкость счетчика — четыре десятичных разряда. Испы-1ЛШ1Я опытно-промышленной партии приборов показали, что ио 50 рейсам погрешность не превышает ±:3%. На принципе изменения давления масла в гидросистеме подъемного механизма автосамосвала от массы перевозимого I ру >а разработан также прибор для автоматического учета работы автосамосвалов (рис. 4.12) в Свердловском горном цистите [6:3|. Основной частью прибора является пишущий манометр с вращающейся от часового механизма круговой диа-|раммой, Прибор устанавливается в кабине автосамосвала и соединяется через штуцер 2 и высоконапорный шланг 1 с маслопроводом t пдросистемы подъема кузова. При разгрузке авто-i ii'.HK'Ba.'ia ивдение в гидросистеме увеличивается и возденет-вует на манометрическую трубку 3, которая через рычажную систему 4 воздействует на пишущий элемент5. Величина давления фиксируется на круговой диаграмме 7, которая вращается часовым механизмом 6. После обработки диаграммы можно определить производительность автосамосвала за смену, число рейсов, коэффициенты использования времени автосамосвала и его грузоподъемности. Погрешность взвешиваиия по 20 рейсам составила ±3%. На таком же принципе разработано встроенное в автосамо-свал устройство для измерения массы груза институтом Тяж-промавтоматика [41]. Структурная схема устройства показана на рис. 4.13. Измерение массы груза происходит в момент подъема платформы 9. Давление масла в гидроцилиндре 8 воспринимается первичным преобразователем 7. На выходе преобразователя появляется аналоговый сигнал, пропорциональный массе платформы с грузом. Амплитудный ограничитель 6 снизу исключает часть сигнала, соответствующего массе порожней платформы, поэтому иа вход преобразователя 5 поступает аналоговый сигнал, пропорциональный массе перевозимого груза. Окончание преобразования аналогового сигнала в цифровой код фиксируется сигналом от контактного преобразователя 10 положения платформы при ее снятии с опоры 1. Этот сигнал закрывает ключ 4 и прекращает передачу радиопередатчику 2 цифрового кода массы перевозимого груза. Этот же сигнал организует считывание с регистра адреса 3 и передачу радиопередатчику кодовой посылки номера автосамосвала. Переданная информация воспринимается радиоприемником 13, запоминается в регистре приема 12 и с помощью дешифратора адреса Рис. 4.12. Принципиальная схема прибора учета работы автосамосвала
Рис. 4.13. Структурная схема взвешивающего устройства, разработанного институтом «Тя ж н р ома btojii а тик а »
11 и ключей 14 записывается в соответствующий сумматор 16 массы перевозимого груза каждым автосамосвалом и в сумматор общей массы груза 15. Из-за недостатков, указанных выше, способ создания встроенных информационных устройств измерения массы, основанный на измерении давления масла в гидросистеме подъема, неперспективен и может найти на открытых разработках лишь ограниченное применение — для оперативного учета выполненной автосамосвалом работы, 4. По усилиям и деформациям в рессорах. Рессорное подвешивание у современных большегрузных карьерных автосамосвалов имеет два конструктивных исполнения: I) в виде пиев-могидравлических цилиндрических подвесок свечного типа и 2) в виде слоистых резиностальных колонн. Первый тип рессор применен на всех без исключения авто-самосвалах семейства БелАЗ — как современных, так и перспективных, а также на большинстве моделей карьерных автосамосвалов зарубежных фирм. Рессоры второго типа использованы на ряде моделей автосамосвалов фирм США—М120, ■■Терекс 33-15», «Терекс 33-19» и др. За рубежом на автосамо-гналах особо большой грузоподъемности (100—-300 т) пневмо-I илрмвлические рессоры заменяют более простыми и надежными риторами второго типа. Упругим рабочим телом в цилиндрах подвески, обеспечивающим эффект подрессориваппя, является |-|.лтый газ (обычно азот). Для гашения колебаний использует гидравлический амортизатор (масло). Цилиндры подии кн воспринимают только вертикальные нагрузки. Так как ',<н him воспринимаемые рессорой, влияют соответствующим ufipii юм на величину давления газа в цилиндрах подвески, для *.....ними ВИСМ можно использовать функцию G=f(P). Принцип зависимости усилий в рессорах от массы груза ипнин. юнаи и многочисленных отечественных и зарубежных р.мрлОщiwis встроенных систем, главным образом для автомо-Mi n'fi Iioiihtи на шачеипя, имеющих листовые рессоры. Примени м.imim а.г к большегрузным карьерным автосамосвалам из->ч «ini ,'limit, одна разработка: американская фирма «Юнит I'm- испытала и нолевых условиях (на полигоне) встроенную 1 — давление, соответствующее состоянию автомобили без груза;    h — длина ход. итока электронную систему автоматического контроля массы грузг 1 автосамосвала.х моделей М100 к М120 под названием «Дина-дей». Принцип действия системы основан на измерении сопро-гнвления цепи датчика, размещенного в плоскости между ку-ювом и слоистой резнностальной рессорой, в зависимости 01 массы груза. Датчики устанавливаются в каждой из четыре.' зессор. Индикатор массы расположен в кабине и показывает иассу перед поднятием кузова. и.
РЧО/,'/сн£ Э1К\ 4.1-1 LiatiMivcMin характеристика ппеимогндранлическогп    переднего (а I заднего (б) цн.шндра подноски антосамосва.ш БелАЗ-549;
<<< Предыдущая страница   1  2     Следующая страница >>>


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я