Самосвалы: функциональность

Требования к карьерным самосвалам и условия их эксплуатации

Х.-П. Цинке (Hans-Peter Zinke), канд. техн. наук (Dr.-Ing.)

Принципиально горную технологию в открытых разработках можно разделить на выемку породы и вскрыши прерывным или непрерывным способом. Основнoе отличие в этих технологиях состоит в видах машин, которые применяются. В прерывной технологии выемки основные машины, от котoрых зависит весь процесс добычи в принципе, это экскаваторы или погрузчики и самосвалы.

Типоразмеры самосвалов в открытых разработках колеблются от грузоподъемности в 25 т до 450 т. Есть прямая связь между грузоподъемностью самосвалов и емкостью ковша экскаваторов. Наиболее экономически эффективное сочетание типоразмеров экскаватора (емкость ковша) и самосвала – когда экскаватор заполняет кузов самосвала числом ковшей от 4 до 6. А число самосвалов, которые экскаватор наиболее экономически эффективно будет грузить, колеблется от 5 до 7. Точное число самосвалов зависит от длины дороги от забоя до отвала или места разгрузки полезных ископаемых. Эти соотношения основываются на многолетнем опыте и экономических расчетах.

Конструкция карьерного самосвала обычно рассчитывается на восемь лет работы. Конечно, такая долговечность, кроме изначально заложенного в конструкции ресурса, в большой степени зависит от условий их эксплуатации. Основную роль в сохранении полной работоспособности самосвалов играет состояние технологических дорог в карьере.

Технологические дороги: строительство, содержание и обслуживание

Самое главное составляющее звено в технологической цепочке в открытых разработках – технологические дороги. Технология в карьерах и разрезах основывается на цикле: погрузка породы или вскрыши, перевозка и выгрузка. Очевидно, что без технологических дорог такой технологический цикл невозможен.

Каждая неровность на технологических дорогах наносит повреждения и шинам, и самим самосвалам, особенно когда они передвигаются с грузом со скоростью до 60 км/ч. Правильное построение технологических дорог относится прежде всего к мероприятиям по предотвращению и устранению воздействий погоды (дождь, гололед, снег) и мерам для уменьшения вредных нагрузок на самосвалы. Неправильное построение дорог и отсутствие или пренебрежение к их постоянному содержанию могут оказать существенное отрицательное влияние на работоспособность подвижного состава и уменьшить производительность всего горнодобывающего предприятия.

Последствия нагрузок на самосвалы во время их эксплуатации особенно ясно видны при повреждениях шин (pис. 1).

Далее мы перечислим и опишем все важные условия, инструкции и правила построения и содержания технологических дорог. В основном это те условия эксплуатации карьерных самосвалов, которые придется учитывать при разработке их конструкции.

Сопротивление качению

Для самосвалов с радиальными шинами, которые всегда предпочитают шинам с диагональным расположением нитей корда в каркасе, значение сопротивления качению следует принимать следующим образом:

1,5% для твердых, хорошо обслуживаемых дорог с постоянном уклоном;
3% для хорошо обслуживаемых дорог с умеренными изгибами;
4% для дорог с погружением шин на 25 мм;
5% для дорог с погружением шин на 50 мм;
8% для дорог с погружением шин на 100 мм;
14% для дорог с погружением шин на 200 мм.

Сопротивление качению карьерных самосвалов на разных трассах
Поверхность дороги	Сопротивление качению CR
Хорошая асфальтовая дорога	0,007–0,02
Мокрая асфальтовая дорога	0,015–0,03
Хорошая бетонная дорога	0,008–0,02
Шероховатая бетонная дорога	0,011–0,03
Булыжная дорога	0,017–0,03
Плохая дорога	0,032–0,05
Грунтовая дорога	0,15–0,94
Рыхлый песок	0,15–0,30
Гравий	0,02

Из таблицы видно, как с ухудшением качества дороги повышается сопротивление качению по отношению к нормальному.

F_R = C_R . F_N, где

F_R – сила сцепления [N],

C_R – сопротивление качению,

F_N – нормальное усилие [N].

Влияние сопротивления качению можно проиллюстрировать следующим примером.

Если сопротивление качению равно 2% и при этом время транспортного цикла составляет 30 минут, то уменьшение сопротивления качению до 1,5% сокращает время транспортного цикла до 28 мин 30 с.

Для самосвала грузоподъемностью в 250 т за счет сокращения времени транспортного цикла на полторы минуты повышается производительность перевозок на 21 т в час.

Следовательно, производительность этого самосвала повышается приблизительно на 2 047 500 т в год, даже учитывая, что эффект уменьшается на 25% в условиях реальности горнодобывающего предприятия.

Например, в случае погружения шины в поверхность дороги на 610 мм сопротивление качению повышается на 30%. В результате такого повышения возникает чрезмерно повышенный расход горючего, уменьшается долговечность шин и деталей самосвалов из-за излишней нагрузки на узлы привода.

Постройка технологических дорог

Технологические дороги горнодобывающего предприятия должны быть в состоянии в любую погоду воспринимать большие нагрузки. Поэтому их нужно строить, следуя строгим правилам.

Но не только при строительстве дорог необходимо строго соблюдать правила. При каждом их ремонте надо сохранять изначальную структуру. Каждое неправильно отремонтированное повреждение впоследствии с большой вероятностью останется проблематичным отрезком дороги. От этого не только становится необходим постоянный ремонт и не только увеличивается стоимость обслуживания дорог, но и может повышаться число поломок самосвалов.

Рис. 3. Конструкция карьерной дороги для самосвалов г/п около 350 т

Достаточный отвод сточных вод с технологических дорог должен обеспечить их просыхание в максимально короткое время, чтобы избежать образования дождевых луж, выбоин на поверхности или проникновения воды в нижние слои дорожного полотна.

Все технологические дороги должны иметь кюветы, и кюветы нужно постоянно обслуживать. Укладка булыжников в кюветах с продольным уклоном не больше 8% предохраняет от эрозии. Кюветы должны отводить воду в отстойники. С целью беспрепятственного отвода сточных вод в кюветы нужно встраивать грязеуловители.

Размягченные и мокрые участки дорог нужно удалять полностью и начиная от основания заполнять сухим материалом, способным выносить нагрузку. Без основательного ремонта такие участки будут постоянно повреждаться.

Рис. 5. Неправильные поперечные профили дорог: бочкообразность и чрезмерно большой поперечный уклон

На рис. 6 показаны разные способы обустройства поперечных уклонов. В принципе, безразлично, какой способ применяется. Проще, конечно, построить односторонние поперечные уклоны. Главная суть поперечных уклонов в том, чтобы эффективно отводить воду с технологических дорог.

Рис. 6. Разные спoсобы обустройства поперечных уклонов

Из-за поперечного уклона дороги на самосвал действуют дополнительные нагрузки, которые должны быть учтены при разработке его конструкции. Поперечный уклон дороги не должен превышать 2%. При меньшем уклоне сложно отводить всю воду, попадающую на дорогу во время дождя и орошения, а также грунтовые воды. Когда cкорость отвода воды слишком низкая, большая часть ее остается на дороге. Таким образом, такой маленький уклон способствует переувлажнению дороги, что в конечном результате может настолько размягчать ее, что образуются все углубляющиеся колеи от колес самосвалов.

Рис. 7. Ширина технологических дорог в зависимости от количества полос самосвалов

Ширина технологических дорог при одностороннем движении самосвалов должна составлять 3 габаритные ширины самого крупного самосвала. При двустороннем движении ширина дорог должна быть равна 3,5 ширины самосвала на прямых участках и 4 ширины на поворотах. Такой принцип не только определяет ширину дорог, но также ограничивает габариты самосвалов.