Кузнецов_диссертация

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВ Сергей Ростиславович
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ
АВТОСАМОСВАЛОВ В РЕЖИМЕ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ НА
ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВИГАТЕЛЯ
Специальность 05.05.06 – Горные машины
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
д.т.н., профессор
Александров Виктор Иванович
Санкт-Петербург – 2014
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ, ЦЕЛЬ И
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ......................................................................................... 9
1.1 Анализ применения транспорта на открытых горных работах...................... 9
1.2 Анализ существующих подходов при моделировании рабочего процесса
карьерного автотранспорта .......................................................................................... 14
1.3 Скоростные режимы движения автосамосвалов на открытых горных
работах ............................................................................................................................ 17
1.4 Определение оптимальной скорости движения с использование теори
нечетких множеств ........................................................................................................ 28
1.4.1 Формирование нечетких множеств для определения оптимальной
скорости.......................................................................................................................... 29
1.4.2 Нечеткий вывод .......................................................................................... 34
1.4.3 Приведение к четкости .............................................................................. 35
1.4.4 Дефаззификация ......................................................................................... 36
1.5 Топливная экономичность карьерных автосамосвалов ................................ 36
1.6 Эффективная мощность дизельного двигателя карьерных
автосамосвалов .............................................................................................................. 40
1.7 Методы определения расхода дизельного топлива карьерными
автосамосвалами............................................................................................................ 45
1.8 Выводы к главе 1 ............................................................................................... 52
ГЛАВА 2 ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СКОРОСТНЫЕ СВОЙСТВА И
ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ КАРЬЕРНЫХ ................................................ 55
АВТОСАМОСВАЛОВ.................................................................................................. 55
2.1 Общие положения ............................................................................................. 55
2.2 Тяговый и мощностной балансы карьерного автосамосвала ....................... 56
2.3 Эффективное давление ..................................................................................... 65
2.4 Сравнительные результаты по определению индикаторного давления ..... 66
3
2.5 Удельный расход дизельного топлива ............................................................ 69
2.6 Основные уравнения математической модели движения карьерных
автосамосвалов .............................................................................................................. 70
2.6.1 Массовый баланс автосамосвала .............................................................. 70
2.6.2 Мощность двигателя автосамосвала ........................................................ 75
2.6.3 Расход топлива автосамосвала ................................................................. 76
2.7 Время транспортного цикла ............................................................................. 77
2.7.1 Оптимизация удельного расхода топлива автосамосвала ..................... 78
2.7.2 Выводы к главе 2 ........................................................................................ 79
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЯГОВОДИНМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОСАМОСВАЛОВ .............................. 81
3.1 Анализ исходных параметров и опытных данных ........................................ 82
3.1.1 Автосамосвал БелАЗ-75440 ...................................................................... 82
3.1.2 Обработка экспериментальных данных для автосамосвала БелАЗ-7540
......................................................................................................................................... 88
3.1.3 Проверка значимости экспериментальных значений параметров и
оценка дисперсии ошибок ............................................................................................ 96
3.2 Автосамосвал БелАЗ-7555 ............................................................................... 99
3.2.1 Определение связи силы тяги, массы перевозимого груза и
динамического фактора .............................................................................................. 103
3.2.2 Скорость движения автосамосвала БелАЗ-7555 ................................... 106
3.3 Выводы к главе 3 ............................................................................................. 109
ГЛАВА 4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА КАРЬЕРОНОГО
АВТОСАМОСВАЛА .................................................................................................. 111
4.1 Исходные параметры оптимизационной модели......................................... 111
4.2 Расчет оптимальной скорости движения через динамический фактор ..... 113
4.3 Эксплуатационный расчёт автотранспорта .................................................. 118
4.4 Оптимизация расхода топлива автосамосвала ............................................. 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 123
4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Энергоемкость открытого способа добычи полезных ископаемых в значительной степени (50-90%) определяется энергетическими затратами на транспортирование горной массы, имеющими тенденцию к увеличению с ростом глубины
разработки. Наиболее используемым видом транспортировки горных пород является карьерный автотранспорт. При этом он представляет из себя один из самых
затратных способов транспортировки как в плане капитальных вложений, так и в
плане эксплуатационных затрат.
Основным параметром тягово-скоростных характеристик двигателей автосамосвалов является эффективная мощность, являющаяся функцией термодинамических параметров цикла двигателя в политропных процессах сжатиярасширения. Существующие методы по определению эффективной мощности и
основанные на расчете средней индикаторной работы двигателя за рабочий ход
поршня не учитывают изменение термодинамических параметров и политропную
работу двигателя, значение которой зависит от политропного КПД рабочего цикла, из-за чего ее расчет происходит с некоторой погрешностью, которая в свою
очередь является некоторым запасом мощности двигателя. Выявление этого запаса позволяет пересмотреть всю линейку карьерных самосвалов в сторону увеличения их паспортной эффективной мощности, что приведет к снижению капитальных затрат на его закупку, благодаря выбору ранее недооцененного и более
дешевого варианта, а также снижению текущих издержек, благодаря снижению
удельного расхода топлива. Кроме того, учет стохастического характера транспортного процесса, а также оценка влияния всех внешних и внутренних факторов
на работу автосамосвала при расчете рационального режима работы карьерного
самосвала, позволяет дополнительно снизить удельный расход топлива с помощью выбора рациональной скорости его движения в груженом и порожнем направлениях.
5
Цель работы
Разработка метода расчета и обоснование практических рекомендаций по
снижению расхода дизельного топлива на основе учета эффективных энергетических параметров двигателей карьерных автосамосвалов и оптимизации скоростных режимов движения
Основная идея диссертационной работы заключается в установлении и использовании зависимостей энергетических параметров от удельных сопротивлений и скорости движения карьерных автосамосвалов в грузовом и порожняковом
направлениях для оптимизации удельного расхода дизельного топлива в режиме
топливной экономичности транспортного цикла.
Научная новизна работы
1. Развитие методов оценки энергетической эффективности карьерного автотранспорта на установленных зависимостях эффективной мощности дизельного
привода, затрачиваемой на преодоление сопротивлений и скорости движения при
движении транспортного средства по карьерным трассам.
2. Расчетные зависимости скорости карьерного автосамосвала в грузовом и
порожняковом направлениях движения как функции удельных сопротивлений
движению, тягового усилия и массы груза, принимающих единственное значение
для данного типоразмера автосамосвала.
3. Метод оптимизации удельной энергоемкости процесса транспортирования горной массы карьерными автосамосвалами на основе установленных зависимостей тягово-скоростных характеристик от термодинамических параметров
политропного процесса сжатия-расширения рабочего тела в цилиндрах двигателя.
Основные задачи исследований
1. Анализ энергетических показателей карьерного автотранспорта при
транспортировании горной массы по карьерным трассам различной протяженности и продольных уклонов.
2. Анализ существующих методов расчета удельного расхода дизельного
топлива при транспортировании горной массы автосамосвалами по карьерным
трассам.
6
3. Разработка математической модели определения рациональной скорости
движения карьерного самосвала по трассам различной протяженности и продольных уклонов на основе баланса эффективной мощности двигателя и сопротивлений движению карьерного самосвала.
4. Разработка метода расчета карьерных автосамосвалов и оптимизации
удельного расхода дизельного топлива для заданной производительности и параметров карьерной дороги.
Методы исследований
В работе использованы теоретический и экспериментальный методы исследования с обработкой опытных данных методами регрессионного анализа и проверкой адекватности теоретических и опытных результатов.
Защищаемые научные положения
1. При выборе карьерного автосамосвала на основе баланса располагаемой и
затрачиваемой мощности необходимо учитывать скрытый резерв эффективной
мощности дизельного двигателя, определяемый величиной удельной работы в политропных процессах сжатия-расширения рабочего тела.
2. Оптимальное значение скорости движения автосамосвала по карьерным
трассам является функцией удельных сопротивлений движению, силы тяги, приложенной к колесам автосамосвала, и массы перевозимого груза и для каждого
фиксированного значения переменных, функция скорости движения принимает
единственное значение, характерное для данного типоразмера автосамосвала.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснованы достаточным объёмом теоретических и экспериментальных исследований,
применением апробированных методов математической статистики для обработки опытных данных и удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов.
Практическая ценность диссертации
- разработана методика расчета эффективной мощности карьерного автосамосвала с учетом термодинамических процессов протекающих в двигателе внутреннего сгорания;
7
- разработан алгоритм определения рационального скоростного режима
карьерного автосамосвала в груженом и порожнем направлениях движения;
- обоснован алгоритм расчета карьерных автосамосвалов и оптимизации
удельного расхода дизельного топлива на основе баланса эффективной мощности
двигателя и сопротивлений движению транспортного средства по карьерным дорогам.
Личный вклад автора
Разработан метод расчета тягово-скоростных характеристик двигателей
карьерных автосамосвалов на основе термодинамических параметров циклов политропного процесса сжатия-расширения рабочего тела.
Разработан алгоритм определения оптимального скоростного режима карьерного автосамосвала. На базе разработанного алгоритма написана компьютерная
программа позволяющая максимально автоматизировать процесс расчета рациональной скорости движения автосамосвала в груженом и порожнем направлениях
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных
семинарах кафедры горных транспортных машин; докладывались на ежегодных
международных конференциях молодых ученых «Проблемы недропользования»
(Санкт-Петербург, Горный университет – 2011, 2012, 2013 годы); на 9-ой межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов
Севера: проблемы и решения», 2012 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 2 статьи – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы
Текст диссертации состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста и содержит 43 рисунка, 18 таблиц, и список литературы из 103 наименований.
8
Благодарности
Считаю своим приятным долгом выразить благодарность за помощь, оказанную
на
различных
этапах
работы,
научному
руководителю,
д.т.н.
В.И. Александрову, аспиранту кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный» А.Н.
Махалину. Кроме того, благодарю всех сотрудников кафедры горных транспортных машин Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за полезные советы, критические замечания и содействие в подготовке диссертации.
9
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ НА ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТАХ, ЦЕЛЬ
И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Анализ применения транспорта на открытых горных работах
Увеличение глубины карьеров, расстояний транспортирования и уклонов
трасс, а также необходимость снижения эксплуатационных и энергетических затрат на горное производство непосредственно определяют главные направления
по совершенствованию и развитию карьерных транспортных систем и отдельных
видов горнотранспортных машин, применяемых на открытых горных работах [72]
Анализ показывает [21], что на ближайшие 10-15 лет основным видом
карьерного транспорта будет оставаться автомобильный транспорт. При этом
вспомогательная
железнодорожному
роль
и
отводится
другим
конвейерному
транспортным
транспорту,
что
в
средствам
-
сочетании
с
автомобильным формирует совокупную транспортную линию, так называемую
циклично-поточную транспортную систему (ЦПТ).
Энергетическая и эксплуатационная эффективность использования горнотранспортных машин на открытых горных работах в конкретных горногеологических условиях зависит от множества факторов, основными из которых
являются [43, 40]:
1. Тип горнотранспортной машины.
2. Производительность предприятия, определяющая объемы грузоперевозок.
3. Расстояние транспортных коммуникаций.
4. Уклоны карьерных дорог.
5. Параметры оборудования на погрузочно-разгрузочных пунктах.
6. Качество дорожных покрытий и геометрия трассы.
7. Скоростные режимы движения подвижного состава, определяющие
интенсивность грузооборота.
8. Факторы, определяющие состояние ремонтной базы, уровень организации
перевозок, нормирование и планирование перевозок и др.
10
При всех прочих равных условиях основными факторами, определяющими
эксплуатационную и энергетическую эффективность горнотранспортных машин
являются расстояние транспортирования на различных участках трассы - l j (км),
преодолеваемые уклоны - i j (‰ ) и скоростные режимы движения - v j (км/ч). Эти
три фактора при заданной G (т/ч) производительности определяют:
- потребляемую мощность двигателя - N дв (кВт);
- расход топлива за транспортный цикл - Qц (кг или л);
- удельную энергоемкость транспортных операций - е [кВт·ч/(т·км)];
- другие энергетические характеристики, например, эффективный КПД
горнотранспортной
машины
-
е  0 К тс ,
определяемый
номинальным
(паспортным) значением КПД машины - 0 и коэффициентом технического
состояния - К тс .
Если первые два фактора (длина транспортирования и преодолеваемые уклоны) относятся к геотехнологическим параметрам, т.е. к внешним по отношению
к горной машине, то третий фактор – скорость движения транспортного средства
относится к внутренним характеристикам горнотранспортной машины. В соответствии с таким определением внутренних и внешних параметров горнотранспортная машина представляет собой некоторую механическую систему, находящуюся в тепловом и механическом равновесии с окружающей средой. Это определение горнотранспортной машины можно соотнести с общим определением
термодинамической системы, характеризующейся своими расширенными (по Л.
Прандтлю) границами и находящейся, также как и в случае с горнотранспортной
машины, в тепловом и механическом равновесии с внешней средой [58]. Действительно, энергетические показатели карьерных автосамосвалов определяются с одной стороны термодинамическими характеристиками двигательной установки
машины (дизеля), а с другой технологическими условиями работы автосамосвала
в карьере (длиной транспортирования, профилем трассы, преодолеваемых уклонов и др.). Оптимальное значение энергетических характеристик автосамосвалов
может быть обеспечено при относительном равенстве эффективной мощности
11
двигателя автосамосвала и мощности затрачиваемой на транспортирование горной массы [74].
Проблемой энергетической эффективности горнотранспортных машин, используемых в технологиях добычи минерального сырья при ведении подземных и
открытых горных работ занимались многие специалисты и ученые, как в России,
так и за рубежом: Анистратов Ю.И. [7], Арсентьев А.И. [8], Дадонов М.В. [27],
Васильев М.В. [15], Ворошилов Г.А. [18], Голубев В.А. [22], Гончаров С.А. [23],
Довженок A.C. [30], Журавлев А.Г. [32], Зырянов И.В. [34], Лель Ю.И. [47], Новожилов М.Г. [60], Потапов М.Г. [62], Ребрин Е.Ю. [64], Сидоренко В.С. [68],
Сисин А.Г. [71], Смирнов В.П. [72], Сорокин Л.А. [75], Стенин Ю.В. [80], Тарасов П.И. [82], Терехин Е.Ю. [83], Фесенко СЛ. [88], Хохряков B.C. [90], Эткина
Н.И. [94], Яковлев В.Л. [95], Derzko N.A. [102], Buki P, [98], Brown R. [99], Chadwick, J.R. [100], Boyd G. [97], Vemba M. [103], Chang D.J. [101], и др.
Анализ литературных источников по транспортным системам на открытых
горных работах показывает, что на ближайшие 25-30 лет автомобильный транспорт будет по-прежнему оставаться наиболее применимым для транспорта горной
массы.
На отечественных карьерах и стран СНГ наибольшее применение имеют
автосамосвалы, изготавливаемые в Белоруссии, где ежегодно выпускается более
300 автосамосвалов с грузоподъемностью от 30 до 300 т, (рисунок 1.1). В
последние
годы
конструкция
машин
значительно
улучшена
заводом и
планируется увеличить производство большегрузных автосамосвалов до 400 шт. в
год. Карьерные автосамосвалы с жесткой рамой и колёсной формулой 4x2
условно можно разделить на 9 классов грузоподъёмности: 27-36 т, 40-46 т, 50- 65
т, 75-100 т, 109-136 т, 154-177, 180-218, 220-280 и более 280 т [1, 85, 25, 11].
В классах грузоподъёмности до 75 т на самосвалах используется
гидромеханические трансмиссии (ГМТ). Высокая маневренность, автономность и
технологическая
гибкость
автотранспорта
обусловливают
широкое
его
применение в различных горнотехнических, погодно-климатических и дорожных
условиях, к которым относятся следующие:
12
Горнотехнические условия
1) глубинные карьеры - движение с грузом на подъём (85% применяемых
самосвалов);
2) нагорные карьеры (Мукуланский, Качканарский и др.) - движение с
грузом вниз в тормозном режиме (15% машин) [21, 40].
Рисунок 1.1 – Автосамосвал Белаз-7557
Дорожные и климатические условия - протяженность дорог с асфальтобетонным и бетонным покрытием составляет 26,5%, с щебёночным и гравийным
покрытием - 55,5%, без покрытия (скальный грунт) - 18%. Руководящие уклоны
дорог 8-10%, при этом в глубоких карьерах величина средневзвешенного уклона в
грузовом направлении составляет 5-6%. На 1 км маршрута приходится 2-3
поворота. Более 60% автотранспортных средств эксплуатируется в зонах Севера и
холодного климата, где вероятность дней с сильным ветром (vв > 15м/с)
составляет P(t) =0,17-0,39 [57].
Режим работы - карьерные самосвалы эксплуатируются в непрерывном
режиме в две (по 12 ч) или три (по 8 ч) смены по скользящему графику, средняя
наработка самосвала за год составляет 5,5 - 6 тыс. ч. Мировой рекорд - 8128 ч, т.е.
примерно 22 ч в сутки в течение всего года [58].
Технологические схемы работы
1) монотранспортные - транспортирование горной массы в магистральном
режиме от забоев до конечных пунктов (отвалов, складов обогатительной
фабрики). Длина транспортирования (L) составляет 0,5-7,5 км, высота подъёма
13
горной массы (Н) до 600 м [6], в перспективе высота подъёма может составить до
700 м [46].
2) многотранспортные - транспортируют горную массу до перегрузочного
пункта (промежуточный склад или дробильно-перегрузочный комплекс) сборочная схема, L = 0,5-4 км, Н < 250 м [8].
В работах [27, 15, 18], посвящённых исследованию работы карьерного автотранспорта отмечается, что рациональные условия эксплуатации автосамосвалов достигаются при L< 2,5 км и Н < 150 м. Фактически они часто значительно
отличаются от рациональных [22, 23]. С начала 80-x годов у нас в стране и за
рубежом используется добыча руды с применением циклично-поточной
технологией (ЦПТ), в которых используются стационарные, полустационарные и
передвижные
дробильно-перегрузочные
комплексы.
Использование
ЦПТ
позволяет привести условия эксплуатации самосвалов к рациональным.
Основным требованием, предъявляемым к автотранспорту в схемах ЦПТ,
является стабильность грузопотока [30].
В зависимости от условий эксплуатации затраты на транспортирование
горной массы карьерными самосвалами составляют от 25% (в схемах с ЦПТ) до
75% (при разработке сложных месторождений) всех затрат по добыче полезного
ископаемого [32, 34]. При этом с увеличением глубины горных работ на каждые
100 м понижения себестоимость транспортирования возрастает в 1,4-1,5 раза [72].
Учитывая высокую первоначальную стоимость и значительные затраты при
эксплуатации карьерных самосвалов очевидна актуальность проблемы повышения эффективности их эксплуатации.
Важным
направлением
повышения
эффективности
использования
карьерного автотранспорта является совершенствование организации процесса
перевозки
горной
большинство
массы.
авторов
Основными
принимают
показателями
производительность
качества
и
перевозок
себестоимость
транспортного процесса. Особый интерес в этой связи всегда уделялся
скоростным режимам движения, т.к. повышение скорости движения является
одним из наиболее весомых направлений повышения производительности.
14
На скоростные режимы движения влияние оказывают многие факторы и
при изучении влияния различных факторов на скорость применяются три
подхода:
1) Применение зависимостей общей теории автомобилей, что дает, как
правило, несколько завышенные результаты, т.к. не учитывает вероятностный
характер транспортного процесса;
2) Экспериментальные методы получения данных о реальных скоростных
режимах движения автосамосвалов в различных условиях, и обработка их
методами математической статистики с получением регрессионных зависимостей.
Данный метод отличается достаточной точностью расчетов. Однако,
проведение натурных экспериментов требует значительных материальных
ресурсов и
временных
затрат, а получаемые регрессионные уравнения
применимы только в горнотехнических условиях, характерных для данного
карьера;
3) Имитационное моделирование на основе разработанных компьютерных
программ, что позволяет как оценивать влияние на скорость каждого фактора в
отдельности, так и комплекса факторов в целом.
1.2 Анализ существующих подходов при моделировании рабочего процесса
карьерного автотранспорта
Скоростные режимы движения карьерных автосамосвалов могут быть
установлены на основе разработанных математических моделей эксплуатации
автотранспорта. Вопросам моделирования посвящены многие научные работы и,
в частности академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, а также Ю.П.
Астафьева, М. В. Васильева, В. А. Галкина, А.А. Кулешова, Н.Н. Медникова, Н.Г.
Новожилова, М.Г. Потапова, Э.И. Реентовича, П.И. Томакова, B.C. Хохрякова.
Кроме перечисленных: Г.Б. Безбородова, В.И. Белозерова, В.Г. Галушко, А.С.
Давидовича, С. А. Каграманяна, А.И. Казареза, В.М. Каплана, А.П. Левчика, Ю.И.
Леля, М.Н. Мадиева, А.В. Максимова, В.А. Малышева, П.И. Тарасова.
15
Моделированию
эксплуатации
карьерного
технологического
автомобильного транспорта подвергались различные его аспекты и компоненты.
В частности, моделированию автотранспорта, как одного из процессов горного
производства посвящены работы [83, 103, 88, 94, 62, 60]. Более детально
описывается моделирование эксплуатации карьерных автосамосвалов в [68, 71,
50, 51]. Расчету продолжительности транспортного цикла уделяется внимание в
[54]. Особенно следует отметить исследование [100], в котором излагаются общие
принципы моделирования движения автомобилей.
Технологическим режимам автотранспортного процесса посвящена работа
[75]. В исследованиях [82, 1, 46, 96,102, 98] рассматриваются вопросы
моделирования
автотранспортных
коммуникаций.
Функционирование
экскаваторно-автомобильных комплексов, с точки зрения экономики описывается
в [78, 58, 51]. Влиянию одной из основных составляющих экономической
эффективности эксплуатации технологического автотранспорта - расходу топлива
посвящена работа [49]. Моделирование экономических показателей эксплуатации
автотранспорта рассматривается в [97, 85, 90]. Планирование производительности
автотранспорта исследуется в [80, 64, 11, 78]. Способы определения области
рационального применения автомобильного и железнодорожного карьерного
транспорта рассматриваются в работе [79]. Методы оперативного управления
автосамосвалами описываются в [101, 64].
Анализ литературных источников показывает, что при моделировании
карьерного автотранспорта в качестве определяющих факторов принимаются
следующие: параметры и сложность карьерных дорог, скорость движения
автосамосвалов по трассе, уклоны, расход дизельного топлива, конструктивные
характеристики автосамосвала (его грузоподъемность, КПД трансмиссии,
колесная формула).
В
качестве
конструктивные
исходных
параметры
данных
при
автосамосвалов,
моделировании
принимаются:
эмпирические
коэффициенты,
полученные экспериментальным путем, входящие в известные аналитические
зависимости для составляющих режимов движения автосамосвала.
16
При использовании статистических методов исследования моделирование
режимов работы карьерных автосамосвалов в транспортном цикле, как правило,
производится при следующих условиях:
1. Сопротивление качению самосвалов на отдельных участках карьерных
дорог принимается постоянным.
2. Продолжительность погрузочных, разгрузочных и маневровых операций
в конечных пунктах вводится в модель в виде статических рядов распределения с
заданным математическим ожиданием и дисперсией.
3. Принимается средняя, но необходимая для выполнения ограничивающих
условий, квалификация водителя.
4. Движение автосамосвала условно принимается изолированным от
грузопотока.
По результатам моделирования составляются программы для ЭВМ,
предусматривающие воспроизведение режимов движения автосамосвалов в
конкретных горнотехнических и геотехнологических условиях эксплуатации. По
мнению авторов, статистический метод расчета эксплуатационных режимов
автосамосвалов дает возможность снизить трудоемкость и время на решение
многовариантных задач при эксплуатации транспортной системы и позволяет
получить результаты адекватные экспериментальным данным.
Недостатком такого расчетно-статистического метода, по нашему мнению,
является необходимость наличия большого объема экспериментальных данных и
сложность при этом получить представительную выборку определяющих
факторов,
кроме
того
возникает
необходимость
учета
эмпирических
коэффициентов, значения которых, как правило, могут изменяться в достаточно
широком диапазоне.
В работе [100] исследуются математические модели автотранспорта на
основе вероятностного подхода (метод Монте-Карло) при описании процесса
движения в различных дорожных условиях. При этом в качестве основных
расчетных параметров принимаются скорость движения, расход топлива,
коэффициент использования мощности двигателя и другие характеристики,
17
рассматриваемые в теории автомобиля. Приводятся расчеты для типичных
дорожных условий, характеризуемых кривыми элементов продольного профиля
дороги и различных покрытий с учетом вероятностного режима работы двигателя
на частичных нагрузках.
Отметим, что в этой работе режимы движения исследуются на основе
общей теории автомобиля с учетом нагрузочных и скоростных характеристик на
заданном профиле дороги и дорожном покрытии. Скорость движения автомобиля
и расход топлива в данном исследовании принимаются за основные факторы,
значения которых аналитически зависимы от эффективной мощности двигателя и
преодолеваемых дорожных сопротивлений при движении по горизонтали и на
уклонах. Однако, в работе рассмотрены общие случаи движения автомобиля, в
основном с двигателем Отто (карбюраторный двигатель). В связи с чем,
применение этого метода для карьерных автосамосвалов требует значительных
дополнений и уточнений.
В работе [49] исследуется влияние горнотехнических условий на расход
топлива карьерным автотранспортом.
1.3 Скоростные режимы движения автосамосвалов на открытых горных
работах
Скорость движения автосамосвала по карьерным дорогам является важнейшим параметром при расчете и планировании транспортных операций. Скорость
движения транспортного средства зависит от множества факторов, определяемых
условиями эксплуатации транспортной машины.
При исследовании и расчете влияния различных факторов на скоростные
режимы движения автотранспортного средства, как и любой другой горной машины и технической системы используется известные три метода:
- теоретический метод, основанный на общей теории автомобиля, требующий, однако, последующей корректировки результатов. При использовании этого
метода в большинстве конкретных случаев весьма сложно оценить некоторые параметры, имеющие случайный и вероятностный характер. К таким параметрам
18
относятся, прежде всего, факторы, зависящие от внешних условий, и оказывающие существенное влияние на скорость движения автосамосвала в грузовом и порожнем направлениях по трассам различной и изменяющейся геометрии.
- экспериментальный метод, основанный на опытных данных, получаемых
непосредственно в условиях данного карьера. Последующая математическая обработка результатов позволяет получить ряд уравнений регрессии, характеризующих скоростные режимы движения конкретно для данного горного предприятия. При определенных условиях полученные уравнения можно рассматривать
как математическую модель скоростных режимов. Сочетания теоретического
подхода и экспериментального дает возможность уточнить теоретический метод с
помощью эмпирических коэффициентов, характеризующих влияние горнотехнических и технологических условий. Таким образом, экспериментальный метод является достаточно точным, но требует большого массива экспериментальных
данных, что связано со значительными материальными затратами в целом ряде
случаев принимающих непреодолимый характер.
- имитационный метод моделирования скоростных режимов на основе разработанных математических моделей и вычислительной техники и программ моделирования, что позволяет производить оценку влияния на скорость движения
транспортного средства как отдельного фактора, так и всего комплекса факторов
в целом. Отметим, что имитационный метод моделирования скоростных режимов
сочетает в себе как теоретический метод, так и экспериментальный метод. Развитие и широкое применение данного метода связано, прежде всего, с совершенствованием вычислительной техники и разработкой широкого ряда программных
продуктов.
Вопросам, связанным с режимами движения автосамосвалов на открытых
горных работах, уделяется внимание в работах [3, 10, 19, 36, 48, 61, 65, 66, 84, 86,
87, 91].
В общем случае движения автосамосвала величина скорости определяется
из условий [14, 16]
19
Fсц  Fк  W ,
(1.1)
где Fсц - сила сцепления ведущих колес автомобиля с дорогой, Н; Fк - касательная
сила тяги, Н; W - суммарное сопротивление движению, Н.
W  W0  Wв  Wи  Wi  Wк ,
(1.2)
где W0 , Wв , Wи , Wi , Wк - основное сопротивление качению автомобиля по карьерной дороге, сопротивление воздушной среды, сопротивление на инерцию движения автомобиля, сопротивление дорожных уклонов и сопротивление криволинейных участков дороги, соответственно, Н.
Скорость движения автосамосвала может быть установлена по графику динамической характеристики автосамосвала или по формуле в зависимости от
мощности двигателя автосамосвала его грузоподъемности, сопротивлений движению и КПД трансмиссионной передачи [65]
vp 
270 N
тр , м/с
G f  i 
(1.3)
где N - мощность двигателя, кВт; G – масса автосамосвала, кН; f - коэффициент сопротивления качению, Н/кН; i - продольный уклон автодороги, ‰;  тр КПД трансмиссии.
В работе [17] приведены, основанные на (1.3), формулы для скорости движения автосамосвала, как в груженом ( vгр ), так и в порожняковом ( vпр ) направлениях
270 N
 mp ,
GK  1 f cos  sin  
270 N
vпр 
 mp ,
GК  f cos  sin  
vгр 
(1.4)
(1.5)
где К - коэффициент тары,  - уклон автодороги, град.
Как указывается в [13] фактические значения скорости движения автосамосвалов оказываются меньше значений, рассчитанных по аналитическим формулам. Так время движения в грузовом направлении на 15-25% больше расчетного, а
20
в порожняковом направлении больше на 14-45%, что естественно соответствует
меньшим значениям скорости.
Результаты экспериментальных исследований скорости движения карьерных автосамосвалов в различных горнотехнических условиях приведены в работах [5, 9, 29, 31, 33] и др. Авторами получены расчетные формулы скорости движения автосамосвалов, причем все формулы отличаются одна от другой разными
значениями учитываемых параметров. Причем все эти формулы базируются на
теоретических зависимостях, подобных приведенным выше формулам (1.3-1.5).
В большинстве случаев, формулы скорости движения автосамосвала получены авторами методами регрессионного анализа. Полученные формулы учитывают в основном геометрию дорожной трассы. В работе [28] приведены некоторые наиболее общие регрессионные уравнения для расчета скорости движения автосамосвалов таблица 1.1
Таблица 1.1 – Регрессионные уравнения зависимости скорости движения карьерных автосамосвалов БелАЗ
Марка автосамосвала
БелАЗ549Б
БелАЗ-549
БелАЗ7519Б
БелАЗ7519
БелАЗЭ7521
БелАЗ-549
БелАЗ7519
БелАЗЭ7521
Коэффи- СтандартКоэффицициент де- ная ошибка
Расчетное уравнение
ент корретерминаоценки,
ляции
ции
км/ч
Движение с грузом на подъем
V = 28.32 - 3.291i +
0.151i2
V = 30.31 - 2.64i +
0.994
0.988
0.65
0.08i2
0.995
0.989
0.60
V = 31.79 - 3.89i +
0.998
0.997
0.44
0.16i2
0.997
0.993
0.60
V = 33.52 - 3.91i +
0.999
0.997
0.34
0.16i2
V = 30.56 - 2.78i +
0.09i2
Порожняком на спуске
V = 30.59 + 1.16i 0.17i2
0.983
0.966
0.76
2
V = 29.3 + 0.92i - 0.15i
0.980
0.960
0.74
V = 24.26 + 2.42i 0.940
0.884
1.96
2
0.29i
21
Для учета случайного характера изменения скорости используется коэффициент неравномерности движения, рассчитываемый по формуле
k нд 
 V .
(1.6)
L
Ряд авторов при определении скорости движения автосамосвалов в регрессионные уравнения вводят факторы, учитывающие изменение климатических условий. Так в [66] для карьеров в сложных климатических условиях предлагаются
следующие расчетные зависимости скорости движения автосамосвалов:
- при движении с грузом
vгр  34.3  0.75L  0.01H  0.16 J  0.08C  0.2
Bф
Всн

 0.15 f cp  0.08t   0.65b  0.05S 0  6.1P  0.35Gгр ,
(1.7)
- скорость движения порожняком
vпор  83.4  1.35L  0.05H  0.18 J  0.2C  8
Bф
Всн

 0,03 f cp  0.08t   0.2b  0.4S 0  78P ,
(1.8)
где Gгр - загрузка автосамосвала, т; Вф - фактическая средняя ширина автодороги,
м; ВСН - ширина автодороги по СНиП, м; t  - температура наружного воздуха, °С;
b - видимость, баллы; S 0 - жесткость климата по И.М. Осокину, баллы; L - рас-
стояние транспортирования, м; H - высота подъема, м; J - момент инерции вращающихся частей автосамосвала, кг·м2; Р - сила тяги автосамосвала, Н.
Вводятся ограничения на величину скорости автосамосвала при прохождении искривленных участков дороги, а также по условиям безопасности движения
[56, 65, 69, 14, 67].
Критическая скорость прохождения кривых в плане участков дороги по условию бокового скольжения может быть определена по формуле
vкр  3.6 gRc   1 ,
(1.9)
22
где Rc - радиус поворота, м;  - коэффициент сцепления колес автомобиля в направлении, перпендикулярном оси дороги; i - поперечный уклон дороги.
Критическая скорость на кривых в плане при ограниченной видимости [69]
127 2  i 2 
Lв  5 ,
vкр 
K ф
где Lв  8Rf - расчетное расстояние видимости; f 
(1.10)
B
; B - ширина полотна
2
дороги; i - продольный уклон;  - коэффициент сцепления колес с дорожным
покрытием.
Предельная скорость по условиям безопасного торможения [17]
Lв  S ост  Lз ,
(1.11)
где S ост - длина остановочного пути автосамосвала для режима экстренного торможения, м; Lз - резервное расстояние, м.
С учетом (1.11) скорость безопасного движения равна
vбез 
t p  2 g   i Lв  Lз 
kт k у
 gt1   i k т k у  2t1 ,
(1.12)
где t p - время реакции водителя, с; k у - коэффициент условий торможения. Определяется для различных условий опытным путем, в общем случае k у  f  , i  ; t1 период нарастания тормозного усилия (динамическая фаза торможения), с; k т коэффициент тары.
В [65, 56] предложено применять формулу скорости безопасного движения
с учетом ускорения замедления автосамосвала при торможении (замедлении)
vбез  2S остат.maax  a m. max t n   am. max t n ,
2
(1.13)
где am. max - замедление автомашины при торможении, м/с2; t n - время подготовки
тормозов к действию.
Для расчета наибольшей скорости движения автомобилей под уклон в работе [14] предлагается зависимость следующего вида
23
Pm   Gn 1    c 
vбез  К з g
t t   2G L  l с  1  t
g P   G  1    c 
G c  1
1
2
a
в
з
1
m
 t2 
n
,
(1.14)
n
где К з - коэффициент, учитывающий изменение скорости за счет эффективного
использования тормозной системы; Рт - максимальная тормозная сила;  - коэффициент, определяющий степень проскальзывания заторможенных колес;
с
S
- отношение пути, пройденного с заблокированными колесами, к общей
S mop
длине тормозного пути; t1  t 2 - время подготовки к торможению.
В работе [16] предложено рассчитывать предельную скорость торможения с
учетом различных факторов. Присеем, авторы называют эту формулу комплексной, но не раскрывают суть комплексности
vбез 


2G Lв  l з 
g  т   Gf 1     Gi   t g2 
 tn
 т

 Rк

g    Gf 1     G[
 Rк

G
,
(1.15)
где  т - тормозной момент автомобиля, кгм; Rк - радиус качения, м; G – вес автосамосвала, кг; f - коэффициент сопротивления качению; i – продольный уклон
автодороги; t n - предтормозное время, с;  - коэффициент, определяющий степень проскальзывания заторможенных колес; Lв - расстояние видимости, м; l з запас длины остановочного пути, равный длине автосамосвала, м.
Важным условием ограничения предельно допустимой скорости движения
является тепловой режим шин автосамосвала. Этим вопросам уделяется значительное внимание в работах [89, 59, 64].
Как следует из приведенных расчетных зависимостей допускаемых скоростей движения карьерных автосамосвалов основными определяющими параметры
скоростных режимов являются суммарной величиной сопротивления движению,
полезным весом автосамосвала, удельной мощностью, типом, параметрами и коэффициентом полезного действия трансмиссии. При этом используются в основ-
24
ном зависимости, полученные на основе регрессионного анализа факторов при
непосредственном измерении скорости автосамосвала в различных условиях эксплуатации. Необходимо отметить, что большинство предложенных расчетных
формул справедливы для конкретного горного предприятия и приводят к значительным погрешностям при попытках применения их в произвольных условиях.
Таким образом, приведенные расчетные формулы в основном основаны на количественных характеристиках и не характеризуют качественную сторону процесса
транспортирования.
Сходимость теоретических формул скорости движения автосамосвалов и
некоторых экспериментальных формул графически показана на рисунке 1.2 [76].
Скорость движения, км/ч
50
40
По аналитической формуле
30
20
10
По эмпирической формуле
0
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
Продольный уклон, доли ед.
Рисунок 1.2 - Оценка точности аналитического описания скорости движения
автосамосвалов БелАЗ-7519 в условиях Ковдорского карьера
( k т  1,0 ;  т  0,7 ; N д  955 кВт; G  110 т; g a  85 т)
В работе [64] использован комплексный экспериментально-аналитический
метод расчёта скоростей движения карьерных автосамосвалов, в котором, как утверждает автор, исключаются недостатки, как теоретического метода, так и экспериментального.
Скорость движения (км/ч) автосамосвалов на j-ом участке трассы рассчитывается по формуле:
25
15 для С j "3";

2
k C A( R j / Rm   BR j / Rm   C для С j "3" R j / Rm  7;

v j  k C ( Ai 2j
 B ij
 C для С j "3" R j / Rm  7  i j  0;

 0.367 N д k Nj m
для С j "3" R j / Rm  7  i j  0,
 g  k G   i 
г
j
j
 a
j
(1.16)
j
С j

С j
где С j  
С j
С
 j
"3" для временных дорог;
" Б " для догог без покрытия;
" Щ " для дорог со щебеночным покрытием;
" А" для дорог с асфальто  бетонным покрытием.
0.87 для С j " Б";
табл .1.2 для R j / R m  7;


К Сj  1.00 для С j " Щ "; А   0.361 для R j / R m  7 g гм  0;
0.13 для С " А".
 4.930 для R / R  7 g  0.
j
j
m
гм


Таблица 1.2 – Эмпирические коэффициенты сопротивлений при движении автосамосвалов на спуск
Порожние автосамосвалы с продольным
Модель автоуклоном
самосвала
не менее -0.4
менее -0.4
А
В
С
А
В
С
БелАЗ-549
1375 117,5 30,5 -937,5 12,5 35,0
БелАЗ-7519
1375 117,5 28,8 -1000,0 12,5 32,4
БелАЗ-75121 1500 130,0 25,5 -968,8 41,2 28,2
HD-1200
1000 95,0 29,0 -1030,0 18,6 32,1
Груженые автосамосвалы
А
1126,6
1083,3
1019,4
1110,2
Б
-8,7
-8,4
-7,9
-8,6
С
33,5
32,2
30,3
33,0
где А , В, С - экспериментальные коэффициенты, получаемые обработкой экспериментальных данных; R j - радиус кривизны j -го участка трассы, м; i j - продольный уклон на j -ом участке дорожной трассы, доли единиц; N д - мощность двига-


теля автосамосвала, кВт; k N  k Ni  k N 0 kг  k N 0 - коэффициент использования
j
j
j
j
мощности двигателя на j -ом участке трассы; k г 
g гм
- коэффициент использоваG
ния грузоподъемности, т - КПД трансмиссии;  j - сопротивление качению на j -
26
ом участке дорожной трассы;  - основное сопротивление качению. В карьерных
условиях изменяется от 0,04 до 0,05.
На практике  определяется экспериментально, методом свободного выбега или регистрацией расхода топлива. При отсутствии опытных данных принимаются средние значения  в зависимости от С j и G таблица 1.3
Таблица 1.3 – Значения коэффициента сопротивления качению при движении автосамосвалов в грузовом направлении [64]
Вид дорожного
покрытия
Без покрытия
Щебень
Асфальт, бетон
27-30
0.0310
0.0197
0.0153
Грузоподъемность автосамосвала
40-42
75-80
100-120
0.0340
0.0380
0.0400
0.0215
0.0235
0.0250
0.0167
0.0183
0.0195
170-180
0.0430
0.0270
0.022
Из приведенного, неполного, анализа подходов к определению эффективных скоростей движения автосамосвалов в условиях карьеров, можно сделать
следующие предварительные выводы:
1. Скорость движения автосамосвала является одним из основных параметров, определяющих эффективность транспортных операций и их техникоэкономическую эффективность. В качестве основных факторов, которые учитываются при выводе расчетных формул скорости движения, являются прежде всего
геометрия дорожной трассы и продольные уклоны дороги, преодолеваемые
транспортным средством при движении в прямом и обратном направлениях.
2. Используются два основных метода при исследовании скоростных режимов движения автосамосвалов:
- теоретический метод, который устанавливает связь между силами сопротивления движению, скоростью движения и потребляемой мощностью. При этом
скорость движения выражается частным от деления потребной мощности двигателя автосамосвала на суммарную величину дорожных сопротивлений. Как указывается в цитируемых источниках литературы, данный метод приводит в некоторых случаях к завышенным, а других – к заниженным результатам, в основном
с учетом необходимой безопасной скорости движения автосамосвала.
27
- экспериментальный метод, основанный на массиве экспериментальных
данных, получаемых в процессе измерений непосредственно на горном предприятии, которые обрабатываются методами математической статистики и регрессионного анализа. В этом случае рабочий процесс автосамосвала рассматривается в
виде черного ящика. Соотношение входных воздействий и выходных параметров
позволяет рассматривать их в виде уравнения регрессии, коэффициенты которого
зависят от качества обработки опытных данных, с одной стороны, а с другой –
справедливы лишь для данных конкретных горнотехнических условий и для данного транспортного средства, на котором производились измерения. То есть, экспериментальный метод имеет ограниченное использование. Если касаться непосредственно скорости движения автосамосвала, то необходимо отметить, что этот
параметр является функцией большого числа факторов, учет которых при использовании в качестве математической модели уравнения регрессии весьма трудоемок.
3. Комплексный метод, сочетающий как теоретический, так и экспериментальный подход к определению скоростных режимов карьерных автосамосвалов.
Данный метод совмещает в себе недостатки первого и второго способов определения скорости движения. С одной стороны недостаточная точность, а с другой –
необходимость в большом массиве исходных данных. Главное преимущество
комплексного метода – возможность разработки компьютерной программы, т.е.
возможность применения автоматизированного расчета скоростных режимов
движения карьерных автосамосвалов, любой грузоподъемности и энерговооруженности по карьерным дорогам различной геометрии и в любых горнотехнических условиях.
Особенностью перечисленных методов при исследовании скорости движения автосамосвалов является то, что главными факторами, влияющими на величину скорости, являются горнотехнические условия, т.е. внешние характеристики
транспортного процесса. Внутренние характеристики двигателя автосамосвала в
рассмотренных методах не учитываются. При этом не рассматриваются такие величины как эффективная мощность двигателя, эффективный удельный расход то-
28
плива, тягово-скоростные характеристики двигателя и другие эффективные параметры, характеризующие механические и энергетические свойства дизельного
двигателя карьерного автосамосвала и являющиеся функцией эффективной (располагаемой) мощности автосамосвала. Адаптация внутренних параметров двигателя автосамосвала к внешним параметрам, определяемых горнотехническими
условиями является основным фактором, определяющим возможность повышения эксплуатационной и энергетической эффективности карьерных автосамосвалов. Фактически транспортный процесс, в соответствии с применяемыми методами исследования скоростных режимов, рассматривается в отрыве от параметров
самого карьерного автосамосвала, основной горной машины, осуществляющего
формирование карьерных грузопотоков от пунктов погрузки до разгрузочных
терминалов.
1.4 Определение оптимальной скорости движения с использование теори
нечетких множеств
При рационализации скоростного режима карьерного автосамосвала, идея
заключается в том, что необходимо определить скорость движения, при которой
для заданного типа самосвала при текущих параметрах трассы расход топлива будет минимальным.[51, 10]
Выбор скорости на основе математической модели, которая бы описывала
автосамосвал и трассу весьма сложен из-за взаимосвязи всех параметров. [10]
Поэтому выбор рациональной скорости можно осуществлять с применением методов теории нечеткой логики, оперирующей лингвистическими переменными. В
данном случае производится обработка лингвистически сформулированных экспертных знаний на основании Fuzzy-технологий. Выявлено, что основными факторами, влияющие на выбор скорости являются мощность, расход топлива, уклон
дороги, масса перевозимого груза, сила тяги. Поэтому возможно осуществить выбор скорости автосамосвала, охарактеризовав каждый участок трассы, набором
перечисленных выше лингвистических параметров, сформировав необходимый
29
набор нечетких множеств, охарактеризованных соответствующими термами и
функциями принадлежности.
Решение задачи по выявлению рациональной скорости движения в рамках
теории нечетких множеств осуществлялось с использованием алгоритма Мамдани. Данный алгоритм является наиболее часто применяемым на практике, т.к. хорошо себя зарекомендовал в ряде задач управления в режиме реального времени и
позволяет составить меньшее количество правил, нежели требуется при других
способах создания базы правил. [52]
Математически
алгоритм
Мамдани
описывается
следующей
после-
довательностью шагов:
- приведение к нечеткости (фаззификация): находятся степени истинности
для предпосылок каждого правила;
- нечеткий вывод: находятся уровни «отсечения» для предпосылок каждого
из правил, затем находятся усеченные функции принадлежности;
- композиция: производится объединение найденных усеченных функций,
что приводит к получению итогового нечеткого подмножества для переменной
выхода с функцией принадлежности;
- приведение к четкости (дефаззификация).
1.4.1 Формирование нечетких множеств для определения оптимальной
скорости
На основании исследований о возможности применения теории нечетких
множеств в задачах определения оптимальных скоростных режимов картерного
транспорта, для описания автосамосвалов используются нечеткие множества первого рода (одномерные), в виду достаточной информативности представления таких множеств в данных задачах [57].
В рассматриваемом случае, если область значений одномерного отображения  А  А  0,1, тогда  А х  является одномерной функцией принадлежности.
Для работы с такими функциями, принимающими непрерывные значения на отрезке [0,1], использовалась нечеткая логика, которая является одним из разделов
30
теории нечетких множеств. Здесь X - множество (конечное или бесконечное), которое будет выступать как универсальное множество. Тогда подмножество А в X
есть совокупность упорядоченных пар А  х ,Ах , где Ах  - функция, определяющая степень принадлежности элемента х к А; область ее значений лежит в
интервале
Ах 
 0,1 [37].
Х
Различия между представлениями характеристической функции четких
 : А  0,1  К и нечетких множеств  : А  0,1  К , как видно, заключаются в
том, что четкие множества оперируют двумя отношениями к подмножеству принадлежит, или не принадлежит. Характеристическая же функция в теории нечетких множеств может иметь размытые границы принадлежности [37].
Одномерное нечеткое подмножество А  К
определялось как совокуп-
ность упорядоченных пар х , А х , х  К .
В работе использовались следующие эквивалентные способы представления
нечетких множеств:
 х 
А




х
 А 
   х 
А А   А  х , А х   А   А х , х 
 х 
   A xi  / xi  дискретное множество

 i
  A xi  / xi  непрерывное множество.

А
(1.17)
При использовании вычислительных устройств непрерывная функция принадлежности представлялась в дискретной форме путем аппроксимации функции
принадлежности треугольного типа ступенчатой функцией А х .
Это может быть записано в виде:
А*={(1;0), (1,25;0,25), (1,5;0,5), (1,75;0,75) (2;1), (2,25;0,75), (2,5;0,5),
(2,75;0,25),(3;0)}.
Графическая интерпретация записи представлена на рисунке 1.3.
31
Рисунок 1.3 - Нечеткое непрерывное подмножество А
и его аппроксимация А*
Нечеткое множество с одномерной функцией принадлежности  А х  называют нечетким множеством первого рода.
Учитывая вышеизложенную информацию, предлагается охарактеризовать
скоростной режим с помощью четырех параметров: удельным расходом топлива
(Q), величиной уклона дороги (Y), массой перевозимого груза (М), силой тяги (F).
Скоростной режим описывается описывается тремя термами: низкая скорость
(НС), оптимальная скорость (ОС), высокая скорость (ВС), соответствующими
функциями принадлежности, рис. 1.4, рис. 1.5.
Рисунок 1.4 - Функции принадлежности:
а) скорости, б) расхода топлива
32
Рисунок 1.5 - Функции принадлежности:
а) масса груза, б) тяговое усилие
База правил сформирована на основании нечетких предложений (fuzzy
proposition), которые определяются как высказывания типа
"р: x есть А". Здесь
символ "х" обозначает некоторую физическую величину (параметр), например
сила тяги, мощность. Символ "А" обозначает лингвистическую переменную, ассоциируемую с нечетким множеством, а символ "р" является аббревиатурой
proposition - предложение. Примером такого предложения может быть высказывание "уровень скорости высокий". Физической переменной "х" здесь является
"скорость", нечеткое множество "А" характеризуется лингвистической переменной "высокий" и задается с помощью функции принадлежности  А х в виде множества пар, состоящих из элементов универсального множества "Х" и соответствующих им уровней принадлежности множеству "А" [63].
Нечеткие предложения скомбинированы между собой связками "И", "ИЛИ"
которые реализованы посредством Т- и S - норм соответственно, не имеющих избыточности.
Предложение "р", представлялось как нечеткое отношение "Р" с функцией
принадлежности:
 p x1 , x2   T  A1 x , A2 x  .
Нечеткие предложения, соединенные нечетким "И", представлялись как условия или предпосылки, и для них использовался индикатор "Если":
Если р11: х1=А11 и р12:х2=А12 и…
33
Или
Если р12: х2=А21 и р22:х2=А22 и…
Совокупность условий определяет совокупность выводов или заключений,
для их обозначения использовался индикатор ''Тогда". Совокупность условий и
выводов определяло продукционное нечеткое правило (fuzzy rule):
R1:если х1=А11 и х2=А12…, тогда у1=В11 и у2=В12 и…
Или…
Символ Ri - является аббревиатурой rule - правило. Совокупность нечетких
продукционных правил образовали нечеткую базу правил. Для такой базы правил
должны были быть справедливы следующие свойства:
- непрерывность,
- непротиворечивость,
- полнота.
При разработке алгоритма нечеткого управления режимом скорости в виде
базы правил, обязательным этапом анализа алгоритма является проверка соответствующей базы правил на непрерывность, непротиворечивость и полноту, что дает возможность приступить к физической реализации алгоритма управления [49]
скоростным режимом.
При формировании базы правил для решения задачи по нахождению оптимальной скорости, общий вид правила с применением необходимых логических
операций И, ИЛИ имеет вид: первая часть правила представляет собой высказывание о нечетком (лингвистическом) значении входных параметров, характеризующих скоростной режим (Q,Y,M,F), вторая часть правила – высказывание о соответствующей степени скоростного режима (режим очень тяжелый (ОТ), режим
тяжелый (Т), режим средний (СР), режим легкий (Л), режим очень легкий (ОЛ)).
Например: «ЕСЛИ расход очень высокий (Q) И уклон очень большой (Y) И масса
груза выше нормы (M) И сила тяги очень высокая (F), ТО принимается решение,
что скорость высокая.
С помощью функций принадлежности, определенных для входных переменных, вычисляются их фактические значения, и определяется степень уверен-
34
ности для каждой предпосылки правила относительно всех лингвистических термов. Далее устанавливается механизм переработки fuzzy информации – выполнение логических операций в предусловиях.
1.4.2 Нечеткий вывод
На этапе нечеткого логического вывода по алгоритму Мамдани осуществляется определение уровней «отсечения» для предпосылок каждого из правил с
использованием операции min, затем, в соответствии с полученными уровнями
определяются усеченные функции принадлежности лингвистических переменных. Операция min является одним из способов задания операции "И" и представляет логическое произведение.
Применение операции "И" обосновано тем, что для решения задачи по нахождению оптимального скоростного режима необходимо рассматривать всю совокупность параметров режима.
Нечетким расширением операции "И" в общей форме является Т или триангулярная норма, которая в теории нечетких множеств обозначается символом (Т).
Другим названием T - нормы является S - конорма.
Эта операция определяется как отображение:
 А1 х Т  А2 х    А2 х  :  А1 х   0,1;  А2 х   0,1;  А3 х   0,1 .
При использовании триангулярной нормы (Т) необходимо учитывать следующие аксиомы:
 А1 х Т  А2 х   1   А3 х    А2 х  ,
 А1 х Т  А2 х    А2 х Т  А1 х  ,
 А1 х Т  А2 х Т  А3 х    А2 х Т  А2 х Т  А3 х  ,
 А1 х    А2 х    А1 х Т  А2 х    А2 х Т  А3 х  .
Эти аксиомы граничных условий Т-нормы. В теории нечетких множеств
существует бесконечное число способов задания операции (Т), удовлетворяющих
аксиомам. В теории нечеткого управления находят применение следующие их типы: логическое произведение (Л. Заде, 1973г.), алгебраическое произведение
35
(Бандлер и Кохоут, 1980г.), граничное произведение (Лукасевич, Гилес, 1976) и
сильное произведение (Вебер, 1983). В теории нечетких множеств показано, что
все операции "И" располагаются между логическим и сильным произведением
[37].
Геометрическая интерпретация указанных представлений приведена на
рис. 1.6.
Рисунок 1.6 - Логическое (  ), алгебраическое (  ),
граничное (  ) и сильное (  ) произведение нечетких множеств
При использовании операции логического произведения применяется следующее равенство (Л. Заде, 1973г.) [37]:
 А3 х    А1 А2 х    А1 х Т  А2 х    А1 х  А2 х  
 min A1 x , A2 x  .
С учетом вышеизложенного, для нахождения функции принадлежности
l(L, S, P(U), R(L), С), характеризующей первое правило нечеткого условного логического вывода используется логическое произведение:
l(Q; Y; M; F)=min{j1(Q); j1(Y); j1(M); j1(F)}.
1.4.3 Приведение к четкости
При процедуре агрегации производилось объединение локальных выводов
Bi, полученных по каждому правилу Ri, в один общий вывод В, который характеризует в целом базу правил.
Решение этой задачи осуществляется в несколько подходов.
36
В первом происходит получение сначала выводов Bi по каждому правилу, и
далее в комбинирование этих выводов по определенным алгоритмам в один общий вывод В.
Во втором происходит сначала комбинирование всех правил Ri, и затем получение вывода по этой комбинации, который принимается за общий вывод В базы правил.
1.4.4 Дефаззификация
В процессе дефаззификации, являющимся конечным этапом нечеткого логического вывода, осуществлялось преобразование нечеткого общего вывода В в
физическую переменную. Для ее выполнения при решении поставленной задачи
выявления оптимальной скорости движения применялся метод центра тяжести,
использующий усреднение [92]:
1.5 Топливная экономичность карьерных автосамосвалов
В соответствии с [76, 4] основными составляющими нормирования расхода
топлива являются расход топлива в единицу времени при номинальной мощности
двигателя, нормативный интегральный коэффициент (К), учитывающий особенности загрузки двигателя машин в период эксплуатации. Индивидуальную норму
расхода топлива на единицу рабочего времени машины определяют по формуле
H т  g e N e K  10 3 , кг/маш.·ч
(1.18)
где g e - удельный расход топлива при номинальной мощности двигателя автомашины, г/квт·ч; N e - номинальная мощность двигателя автосамосвала, кВт; K - интегральный нормативный коэффициент изменения расхода топлива в зависимости
от режимов загрузки двигателя автосамосвала.
Значение интегрального коэффициента определяют по формуле
K  K т.з К в К м К т.м Ки ,
(1.19)
где К т .з - коэффициент, учитывающий расход топлива на запуск и прогревание
двигателя, а также ежесменное техническое обслуживание самосвала, К т .з = 1,03
37
для всех типоразмеров автосамосвалов; К в - коэффициент использования двигателя по времени; К м - коэффициент использования мощности двигателя; К т . м - коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива в зависимости от степени
использования мощности двигателя; К и - коэффициент, учитывающий износ двигателя.
Уточненное значение индивидуальной нормы расхода топлива H т . у определяется по формуле
Н т . у  Н т 1  D ,
(1.20)
где D – поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия эксплуатации карьерного автосамосвала.
В формуле (1.18) значение интегрального коэффициента зависит от произведения дополнительных коэффициентов, значения которых по [76] табулированы, что ограничивает возможность расчета нормы расхода топлива для широкого
диапазона изменения условий эксплуатации карьерных автосамосвалов.
Формула (1.18) показывает, что топливная экономичность автосамосвала
пропорциональна удельному расходу топлива  g e  и эффективной мощности двигателя N e  автосамосвала, значения которых определяются в ходе стендовых испытаний. Кроме этих характеристик при испытаниях определяются другие эффективные параметры: эффективный крутящий момент М е  , эффективное давление
 р ,
е
расход дизельного топлива Gm  . По результатам стендовых испытаний
строятся скоростные характеристики двигателя автосамосвала, устанавливающие
графические зависимости эффективных характеристик от частоты вращения коленчатого выла двигателя при постоянном положении рейки топливного насоса и
установившемся тепловом состоянии двигателя, рисунок 1.7.
Скоростная характеристика показывает, что удельный расход топлива обратно пропорционален эффективной мощности. При фиксированных значениях
параметров, определяемых термодинамическими и конструктивными характеристиками, с увеличением эффективной мощности снижается удельный расход топлива, а, следовательно, повышается топливная эффективность автосамосвала.
38
Рисунок 1.7 – Скоростная характеристика дизельного двигателя
Работа автосамосвала в условиях карьера связана с воздействием внешних
параметров, изменяющих количественные соотношения между энергетическими
параметрами. Определение оптимальных соотношений внутренних и внешних
параметров при эксплуатации карьерного самосвала является основной задачей
при решении вопросов повышения эксплуатационной и энергетической эффективности транспортного процесса.
В работе [82] приведены и обоснованы основные теоретические соотношения, определяющих расход дизельного топлива при работе карьерных автосамосвалов в различных горнотехнических условиях. Авторами разработана и многократно использована экспериментально-аналитическая методика измерения расхода топлива карьерными автосамосвалами, которая дает возможность определять
расход дизельного топлива автосамосвалами различной грузоподъемности и любой конструкции в условиях горнодобывающих предприятий. Это позволило разработать дифференцированные нормы расхода топлива для всего параметрического ряда карьерных автосамосвалов БелАЗ.
Авторы исходят из предположения, что в общем виде расход топлива карьерным автосамосвалом за смену есть сумма
Qсм  Qнул  nQгр  Qп  Qпог  Qраз  Q0  Qм ,
(1.21)
39
где Qсм расход топлива за смену; Qнул - расход топлива на нулевой пробег; Qгр ,Qп расход топлива на передвижение груженой и порожней машины; Qпог ,Qраз ,Q0 ,Qм расход топлива за время погрузки, разгрузки, ожидания и маневрирования; n число рейсов за смену.
При таком подходе расход топлива за смену составит:
 g e G  qk г LП П  icp   g e kи k г G  qk г LВ  L0 B 


27 10 4 m


Qнул l0
 g eGkи k г LB  L0 B  LП  LНТ П 



Qсм 
 n 

g
t

t


x T
H
4
50
27

10


m


 g x t0  tпог   g мt м  g p t p





(1.22)
где l0  расстояние нулевого пробега, км; G - собственная масса автосамосвала,
кг; q - грузоподъемность автосамосвала, кг; k г - коэффициент использования грузоподъемности; g e - удельный расход топлива дизельного двигателя, г / кВт·ч; g x расход топлива дизельного двигателя на холостом ходу, л/ч; g м , g p - расход топлива при частичных нагрузках соответственно при маневровых операциях и разгрузке автосамосвала, л/ч; k и , k r - коэффициенты, учитывающие изменение величины g e соответственно в зависимости от степени использования мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала двигателя; LП , LB - расстояние передвижения порожнего автосамосвала и в забое, соответственно, км; L0 - расстояние
передвижения на отвале или перегрузочном пункте, км; LHT расстояние, проходимое автомобилем накатом и в тормозном режиме, км; П , В - удельное сопротивление качению груженого автосамосвала соответственно на постоянных и
временных дорогах в забое и на отвале, Н/т; П , В - удельное сопротивление качению порожнего автосамосвала соответственно на постоянных и временных доt
рогах в забое и на отвале, Н/т; t 0 , t пог , t м , p - время соответственно ожидания, по-
грузки, маневрирования и разгрузки, ч; t m , t н - время движения при тормозном ре-
40
жиме и движении накатом, ч; тр - коэффициент полезного действия трансмиссии;
 - плотность топлива, т/м3.
Из формулы (1. 22) следует, что топливная экономичность карьерного автотранспорта есть функция большого числа факторов, определяемых в основном
горнотехническими условиями и технологией погрузо-разгрузочных работ. Каждый из этих факторов, находится в сложной зависимости с другими факторами,
что фактически ограничивает возможности аналитического описания их воздействия на расход дизельного топлива, т.е. на энергопотребление двигателем транспортного средства.
Общим элементом приведенной формулы (1.18) и формулы (1. 22) является,
то, что оба подхода учитывают удельный расход дизельного топлива g e , величина которого зависит от эффективных характеристик двигателя автосамосвала.
Уменьшение удельного эффективного расхода топлива, определяемого внутренними параметрами двигательной установки, в совокупности с совершенствованием технологических операций транспортного цикла и оптимизацией тяговоскоростных режимов автосамосвалов, позволит обеспечить приемлемый для конкретного горного предприятия (карьера) уровень топливной экономичности.
Удельный расход дизельного топлива зависит от величины эффективной
мощности двигателя автосамосвала. Повышение эффективной мощности приводит к снижению удельного расхода дизельного топлива при работе в определенном диапазоне изменения скорости движения. Таким образом, приходим к выводу, что топливная экономичность карьерных автосамосвалов непосредственно
связана со скоростными режимами работы транспортного средства.
1.6 Эффективная мощность дизельного двигателя карьерных
автосамосвалов
Вопрос повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания остается одной из важнейших проблем современного двигателестроения. Решение
этой проблемы непосредственно связано с повышением эффективной (распола-
41
гаемой) мощности двигателя и уменьшением удельного расхода дизельного топлива, т.е. повышением топливной экономичности работы двигателей на различных нагрузочных режимах.
Впервые описание рабочего процесса (цикла), происходящего в цилиндре
поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), было дано Г. Гильднером
[26], и затем в 1906 году развито В.И. Гриневецким [24]. Метод расчета рабочих
процессов ДВС в дальнейшем был развит Н.Р. Бриллингом, Е.К. Мазингом, А.С.
Орлиным, М.Г. Кругловым (исследовали вопросы термодинамики, газодинамики
и газообмена в ДВС) и другими учеными.
Метод Гриневецкого - Мазинга это эпоха развития учения о рабочих
процессах в ДВС. В поршневых двигателях имеют место течения газов,
теплообмен с окружающей средой, сгорание топливовоздушной смеси. Эти
процессы обуславливают изменение параметров состояния газа в цилиндре
двигателя. Поэтому для описания рабочего процесса используют законы и
уравнения термодинамики, газовой динамики, теории теплообмена и теории
горения.
На стадии проектирования и расчета двигателей внутреннего сгорания определяются основные эффективные параметры, к которым относятся, эффективная мощность - N e , эффективный КПД -  e , удельный расход топлива - g e , эффективный крутящий момент - M e . Классический подход к определению этих характеристик построен на определении среднего индикаторного давления по индикаторной диаграмме р .
Как известно среднее индикаторное давление это условное постоянное давление, которое действуя на поршень за один рабочий ход от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), совершает работу, равную полезной
работе за весь рабочий цикл ДВС. Как видно из определения среднего индикаторного давления, в расчёте ДВС не учитывается неравномерность давления по ходу
поршня, так как в действительности газы расширяются и давление падает. Кроме
этого, в расчетах предполагается, что вращение коленчатого вала происходит с
42
постоянной частотой. В действительности же скорость изменения объема газов в
цилиндрах двигателя, т.е. скорость перемещения поршня, величина переменная, а
в ВМТ и НМТ она вообще равна нулю.
В результате приходим к выводу, что использование среднего индикаторного давления, удобное для упрощения расчетов, приводит к существенным ошибкам в понимании ДВС и характера, протекающих в цилиндрах термодинамических процессов. Для приведения расчетов к приемлемой точности, в классическом
подходе при выполнении расчетов, используется большое число эмпирических
коэффициентов, определяемых при проведении стендовых испытаний, что, по сути, является способом «подгонки» теоретических расчетов к параметрам, характеризующим действительные явления при работе ДВС.
Классический подход к определению эффективных параметров двигателей
по-нашему мнению возможен для карбюраторных двигателей, работающих по
циклам Карно. Для дизельных двигателей, работающих по смешанным циклам
Тринклера, классический метод приводит к значительным сложностям при определении эффективных параметров.
В двигателях карбюраторных полезная работа, совершаемая газами, равна
разности работ расширения и сжатия. На работу сжатия расходуется практически
половина энергии топлива. В дизельных двигателях и особенно работающих по
смешанному циклу, полезная работа также равна разности работ расширения и
сжатия. Но в этом случае работа расширения складывается из двух работ – работы
предварительного расширения и работы расширения при максимальной температуре продуктов сгорания. Анализ работы сжатия и работы предварительного расширения показывает, что величина их практически одинакова, рисунок 1.8, то
есть, работа предварительного расширения компенсируется работой сжатия, поскольку эти работы имеют противоположный знак.
Lпол  L45  L12  L34 ,
(1.23)
L12  L34 ,
(1.24)
если
то
43
(1.25)
Lпол  L45 .
В итоге получаем, что в основном энергетические параметры двигателя определяются рабочим ходом поршня при расширении рабочего тела, когда газы, воздействуя на поршень, совершают работу по проворачиванию коленчатого вала
двигателя.
Рисунок 1.8 – РV диаграмма ДВС со смешанным процессом подвода теплоты:
площадь: V1  V2  2  1  V1  площади: V4  V2  3  4  V4 ;
полезная работа равна площади: 4  5  V1  V4  4
Таким образом, для определения эффективных параметров ДВС, можно
рассматривать только работу расширения газов в процессах 4  5 , рисунок 1.8.
В этих особенностях заключается преимущество дизельного двигателя. Это,
прежде всего то, что впрыск топлива в этом двигателе растянут по времени (по
углу поворота), и процесс сгорания, а значит, и максимальное давление, находятся в наиболее благоприятном положении по длине плеча шатуна – тем самым создаётся высокий крутящий момент. То есть чем дальше максимальное давление от
ВМТ по ходу вращения коленчатого вала, а значит, ближе к максимуму по плечу
шатуна, тем выше КПД двигателя.
Отсюда приходим к выводу: у любого современного дизельного двигателя
есть резервы по повышению мощности и по уменьшению удельного расхода топлива.
44
Показательным явлением в этом случае является то, что эффективный КПД
бензиновых двигателей значительно ниже КПД дизельных двигателей.
Определенный резерв мощности и эффективного КПД двигателя заключается в необходимости рассмотрения политропного характера расширения газов в
рабочих цилиндрах, что в существующих методиках не учитывается. Значение
политропного процесса расширения необходимо учитывать политропным КПД -
 пол , характеризующим отклонение фактического процесса расширения газов от
идеального, адиабатического процесса.
Формулу эффективной мощности двигателя записывается в следующем виде
Ne 
piVh in
 мех ,
120
(1.26)
где рi - среднее индикаторное давление; Vh - объем цилиндра, i - число цилиндров, n - частота вращения коленчатого вала.
Величина рiVh - определяет среднюю удельную работу продуктов сгорания
дизельного топлива в цилиндрах двигателя, которая изменяется по величине и направлению. Удельный расход топлива, выраженный через среднюю удельную работу, будет также средней величиной, зависящей от положения поршня в цилиндрах двигателя.
g e  3600
Gт 120
 мех , кг/(кВт·ч).
рiVh in
(1.27)
Из формулы видно, что увеличение индикаторной работы, а фактически индикаторной мощности и, соответственно, эффективной мощности приводит к
снижению удельного расхода дизельного топлива.
Повышение эффективной мощности и соответственное уменьшение удельного расхода дизельного топлива приводит к снижению фактической величины
удельного расхода топлива при выполнении транспортных операций карьерным
автосамосвалом в соответствии с формулами (1.18), (1.22).
45
Повышение эффективной мощности двигателя автосамосвала можно достичь на основе совершенствования методики расчета термодинамического цикла
ДВС, что является одной из задач диссертационной работы.
1.7 Методы определения расхода дизельного топлива карьерными
автосамосвалами
Исследования, выполненные в Санкт-Петербургском горном университете
на кафедре горных транспортных машин под руководством проф. А.А. Кулешова
[43, 40, 41, 44, 78] позволили установить многофакторные зависимости расхода
топлива карьерными самосвалами от горнотехнических и других условий, которые позволяют с достаточной точностью определять расход топлива для конкретных условий эксплуатации. В соответствии с методикой удельный расход топлива
самосвалом на единицу транспортной работы рассчитывается по формуле
тр
т . уд
Q
где
Qmтр. уд
Qтуд
,

3600 т тр
(1.28)
- удельная энергоемкость (удельный расход топлива на единицу
уд
транспортной работы), л/(т·км); Qт - удельный расход топлива двигателем само-
свала при номинальной мощности (определяется по характеристике двигателя),

г/(кВт·ч);  т - плотность дизельного топлива; тр - КПД трансмиссии.
Расход топлива при перемещении груженого самосвала по горизонтали на
расстояние 100 км
Qтгориз  100kск 2k т  1Gгр Qттр. уд ,
гориз
m
где Q
(1.29)
- удельная энергоемкость при движении автосамосвала по горизонтали,
л/100 км; kск - коэффициент сопротивления качению; k т - коэффициент тары самосвала; Gгр
- грузоподъемность самосвала, т.
Расход топлива при перемещении груженого самосвала по вертикали
Qтверт 
100 Н kт  1
GгрQттр. уд  0,1Н kт  1GгрQттр. уд ,
1000
(1.30)
46
где Qmверт , л/100 км; Н - высота перемещения груженого самосвала по вертикали, м.
Расход топлива на преодоление горизонтальных и вертикальных участков
трассы (суммарный расход топлива)
Qтсум  Qтгориз  Qтверт .
(1.31)
Формула (1.40) не учитывает количество топлива при выполнении погрузочных и разгрузочных операций, включающих маневровые движения, и холостую работу двигателя. В рассматриваемой методике эти величины учитываются
путем увеличения суммарного расхода топлива на 20%. В этом случае общий эксплуатационный расход топлива будет равен
Qт  1.2Qтсум , л/100 км.
(1.32)
Удельная, расходуемая, мощность двигателя груженого автосамосвала пропорциональна эффективной мощности двигателя, т.е.
Pс уд 
Pе
,
Gc
(1. 33)
где Pс уд - удельная эксплуатационная мощность, кВт; Ре - эффективная мощность
двигателя автосамосвала, кВт; G c - масса самосвала с грузом, т.
Максимальная скорость движения (км/ч) груженого автосамосвала рассчитывается по формуле
v
max
гр
Рсуд
,
 0.2838
k ск  i
(1.34)
где i – продольный уклон карьерной дороги, %.
В зависимости от продольного уклона и удельной эксплуатационной мощности скорость движения и удельный расход топлива определяются по графику,
рисунок 1.9 [78].
Средняя скорость движения автосамосвала на рабочем маршруте равна
vср 
мах
v грмах  vпор
2
,
(1.35)
max
где vnop
- максимально допустимая скорость движения порожнего автосамосвала.
47
Рисунок 1.9 – Зависимость удельной мощности и удельного расхода топлива
от скорости движения автосамосвала для различных продольных уклонов
карьерной дороги (по данным [78])
Среднее время движения автосамосвала рассчитывается с учетом того, что кроме
времени движения с максимальной скоростью, рабочее время работы двигателя включает в
себя время на погрузку - разгрузку самосвала, на разгон и торможение, и на прохождение с
малой скоростью опасных участков. Статистика показывает, что этот расход времени
составляет, примерно, 50% от времени движения с максимальной скоростью; суммарное
время принимается, как увеличенное в 1,5 раза времени движения с максимальной
скоростью, т.е.
t
100
100
100
 0,5
 1,5
vср
vср
vcp
,
(1.36)
где t - время транспортного цикла, ч.
В итоге имеем часовой удельный расход топлива
Qтч 
Qт
t ,л/ч.
(1.37)
Другой подход при расчете энергетических характеристик транспортного процесса
карьерными автосамосвалами используется в методике БЕЛАЗ.
Методика основана на использовании классических формул теории автомобиля
48
применительно к особенностям эксплуатации карьерных самосвалов. Метод позволяет с достаточной точностью определить расход топлива для любых сложных
условий движения, когда трасса движения включает участки с подъемами, горизонтальными участками и спусками и перемещение самосвалов может происходить в загруженном и порожнем состоянии в любых направлениях. Расчет производится по каждому участку трассы с последующим определением среднеарифметических величин.
Так расход топлива двигателем автосамосвала при движении на подъемах и
горизонтальных участках дорог определяется по формуле
Qт 
Qтуд Fд k пр
3600 т тр
, л/100 км
(1.38)
уд
где Qт - удельный расход топлива двигателем самосвала при номинальной
(эффективной) мощности (определяется по характеристике двигателя), г/кВт·ч;
Fд  kcк  i Gс g - силы сопротивления движению, Н; Gс - масса самосвала
(груженого или порожнего в зависимости от условий движения на участке, по
которому ведется расчет), кг;
k пр
= 0.4…0.5 - коэффициент использования пробега
с грузом, (в случае расположения зоны стоянки и техобслуживания самосвалов
непосредственно на борту карьера и организации заправки самосвалов топливом в
карьере принимается большее значение); g - ускорение свободного падения, м/с2.
Расход топлива при движении самосвалов на спусках карьерных дорог
принимается в процентах от расхода топлива для преодоления этого подъема
груженым самосвалом. Причем, при движении на спуск порожнего самосвала эта
величина принимается 20%, а для груженого - 25%.
Qтпор  0,2Qтгр , л/100 км
(1.39)
Qтгр  0,25Qтгр , л/100 км.
(1.40)
Эксплуатационный расход топлива (л/100 км) определяется для участка как
сумма от прохождения участка груженым и порожним самосвалом
Qтэ  Qтгр  Qтпор , л/100 км.
(1.41)
49
Средний эксплуатационный и часовой расход топлива для всей трассы
движения определяются по формулам
э
Qтэ 1  Qтэ 2    QтN
,
Q 
N
(1.42)
ч
Qтч 1  Qтч 2    QтN
,
Q 
N
(1.43)
э
т
ч
т
где N  1,2...- количество участков трассы.
Среднечасовой расход топлива рассчитывается по формуле (1.38).
Вопросам исследования топливной экономичности автомобиля посвящены
также работы [6, 35, 38, 45, 53, 81, 93], в которых выполнен анализ факторов, оказывающих влияние на расход топлива при транспортировании горной массы. Установлено, что основными факторами, определяющими расход топлива, являются
длина транспортирования и высота подъёма горной массы, качество дорожного
покрытия, КПД трансмиссии, топливная экономичность дизеля, режимы движения автомобиля, масса перевозимого груза, собственная масса автомобиля, сложность дорожной трассы, схемы манёвров на конечных пунктах маршрута, климатические условия и высота расположения карьера над уровнем моря. Математические модели расхода топлива автосамосвалами общего назначения используют
основные теоретические зависимости из теории двигателей и эмпирические нагрузочные характеристики по конкретному двигателю.
Получаемые в итоге уравнения регрессии дают весьма приблизительные результаты [53, 70]. Для карьерных самосвалов нормирование расхода топлива устанавливается для средних условий эксплуатации с учётом маневрирования в
пунктах погрузки и разгрузки. Эти нормы основаны на данных, полученных с
учётом достигнутого уровня потребления. Такое нормирование недостаточно
учитывает условия эксплуатации. В расчетные формулы вводятся поправочные
коэффициенты, значения которых изменяются в широких пределах.
В тягово-эксплуатационных расчётах карьерных самосвалов пользуются
эмпирическими зависимостями, основанными на использовании принципа пропорциональности выполненной работы и расхода топлива.
50
Рассмотренные методики основаны на использовании классической теории
движения автосамосвала и мало отличаются одна от другой. Для учета расхода
топлива при выполнении погрузочных и разгрузочных операций, включающих
маневровые движения, и холостую работу двигателя, а также на спусках
карьерных дорог используются поправочные коэффициенты к расходу топлива
при движении по горизонтальным участкам и на подъемах. Обе методики исходят
из удельного расхода топлива, определяемого эффективной (в расчетах
используется «номинальная») мощности двигателя автосамосвала, величина
которой определяется из нагрузочных характеристик двигателя.
В теории движения колёсных машин [73] используется метод определения
расхода топлива по универсальной расходной характеристики двигателя, рисунок
1.6.
Аналитическое описание рабочих процессов дизеля не представляется возможным, поэтому для моделирования процесса его работы целесообразно использовать экспериментально снятую универсальную расходную характеристику:
g e  f M e , , где g e - удельный эффективный расход топлива, M e - эффективный
момент на валу дизеля.
Расход топлива за определённый промежуток времени определяется из выражения:
Qt  g e M e e .
Абсолютный расход топлива за транспортный цикл:
(1.44)
tw
Qц   Qt dt .
(1.45)
0
Из скоростной характеристики, рисунок 1.10, видно, что наименьший
удельный расход топлива дизеля 210-216 г/кВт·ч лежит в области наибольшей
реализуемой мощности и моментов [55]. На холостых оборотах и режимах использования частичной мощности удельный расход находится в пределах больших 220 г/кВт·ч.
Эыффетивное давление Р е, кПа
51
Ме = f(n)
1,8
Nе = f(n)
gт = 210 г/кВтч
gт = 212 г/кВтч
1,44
216
г/кВтч
1,08
0,72
220 г/кВтч
0,36
224 г/кВтч
0
800
960
1120
1280
1440
1600
Частота вращения, об/мин
Рисунок 1.10 – Скоростная характеристика
Разница между номинальным значением и реальным удельным расходом
топлива составляет около 35%. Поэтому для применения этого метода и получения точных результатов необходимо знать нагрузочный режим дизеля по элементам цикла движения, а отсутствие моделей циклического режима движения карьерных самосвалов обусловливает невозможность её практического применения.
Определение расхода топлива с использованием универсальной расходной
характеристики дизеля, при снятии которой возможно учесть как конструктивные
его особенности, так и внешние факторы, влияющие на его работу (масса воздуха,
вязкость топлива, смазочных материалов, температура охлаждающей жидкости и
др.), позволяет отказаться от эмпирических зависимостей и повысить точность
расчётов. Вид и характер распределения линий удельного расхода топлива зависит как от настройки дизеля, так и от его износа, что при создании модели описания условий работы самосвалов, учитывающей большинство влияющих факторов,
позволит отказаться от использования поправочных коэффициентов и эмпирических зависимостей.
Таким образом, основными характеристиками транспортного процесса,
характеризующими
топливную
экономичность
двигателей
автосамосвалов,
являются эффективная мощность и функционально связанный с ней удельный
52
расход топлива. С увеличением эффективной мощности удельный расход топлива
уменьшается, что приводит к снижению эксплуатационного удельного расхода
топлива,
т.е.
способствует
повышению
энергетической
эффективности
эксплуатации карьерных автосамосвалов.
Для разработки метода расчета скоростных режимов работы карьерных
автосамосвалов,
и
обоснования
топливной
экономичности
транспортного
процесса необходимо выполнить оптимизацию основных параметров рабочего
процесса карьерных автосамосвалов с учетом горнотехнических условий и
факторов, определяющих эффективную мощность двигателя автосамосвала.
1.8 Выводы к главе 1
Выполненный анализ состояния исследований и эксплуатации карьерного
автотранспорта на открытых горных работах показывает, что этой проблеме
уделяется значительное внимание. Основной задачей большинства работ является
уменьшение энергопотребления карьерными автосамосвалами. В настоящее
время удельный расход дизельного топлива на основной части открытых горных
работ составляет от 100 до 150 г/т·км, снижение которого зависит от
совокупности
множества
технологических
и
технических
параметров,
характеризующих транспортный процесс на конкретном горном предприятии.
Главными параметрами, определяющими энергетические характеристики
транспортных работ, являются скоростные режимы движения карьерных
автосамосвалов
и
сопротивления
движению
по
карьерным
дорогам.
Сопротивления и скорость непосредственно связаны с затрачиваемой мощностью
на транспортирование горной массы и, соответственно, с располагаемой
мощностью двигателя автосамосвала, величина которой определяет удельные
затраты энергии (дизельного топлива) в заданном скоростном режиме движения
автосамосвала.
Установлено, что используются два основных метода при исследовании
скоростных режимов движения автосамосвалов:
53
- теоретический метод, устанавливающий функциональную связь между силами сопротивления движению, скоростью движения и потребляемой мощностью, приводящий к заниженным результатам, в основном с учетом необходимой
безопасной скорости движения автосамосвала.
- экспериментальный метод, основанный на массиве экспериментальных
данных, получаемых в процессе измерений непосредственно на горном предприятии, которые обрабатываются методами математической статистики и регрессионного анализа.
- комплексный метод, сочетающий как теоретический, так и экспериментальный подход к определению скоростных режимов карьерных автосамосвалов.
Данный метод совмещает в себе недостатки первого и второго способов определения скорости движения. С одной стороны недостаточная точность, а с другой –
необходимость в большом массиве исходных данных.
Особенностью перечисленных методов при исследовании скорости движения автосамосвалов является то, что главными факторами, влияющими на величину скорости, являются горнотехнические условия, т.е. внешние характеристики
транспортного процесса. Внутренние характеристики двигателя автосамосвала в
рассмотренных методах не учитываются. При этом не рассматриваются такие величины как эффективная мощность двигателя, эффективный удельный расход топлива, тягово-скоростные характеристики двигателя и другие эффективные параметры, характеризующие механические и энергетические свойства дизельного
двигателя карьерного автосамосвала и являющиеся функцией эффективной (располагаемой) мощности автосамосвала.
Адаптация внутренних параметров двигателя автосамосвала к внешним параметрам, определяемых горнотехническими условиями является основным фактором, определяющим возможность повышения эксплуатационной и энергетической эффективности карьерных автосамосвалов.
В настоящее время транспортный процесс, как показывают выполненные
исследования скоростных режимов, рассматривается в отрыве от параметров самого карьерного автосамосвала, основной горной машины, осуществляющего
54
формирование карьерных грузопотоков от пунктов погрузки до разгрузочных
терминалов.
Основной целью диссертационной работы является разработка метода
расчета и обоснование практических рекомендаций по снижению расхода дизельного топлива на основе учета эффективных энергетических параметров двигателей карьерных автосамосвалов и оптимизации скоростных режимов движения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ энергетических показателей карьерного автотранспорта при
транспортировании горной массы по карьерным трассам различной протяженности и продольных уклонов.
2. Анализ существующих методов расчета удельного расхода дизельного
топлива при транспортировании горной массы карь автосамосвалами по карьерным трассам.
3. Разработка математической модели для рациональной скорости движения
карьерного самосвала по трассам различной протяженности и продольных уклонов при наименьших затратах дизельного топлива и удельной энергоемкости процесса транспортирования на основе баланса эффективной мощности двигателя и
сопротивлений движению карьерного самосвала.
4. Проверка адекватности расчетных методик фактическим значениям энергетических параметров по результатам промышленной эксплуатации карьерных
автосамосвалов.
5. Разработка алгоритма расчета по определению рациональной скорости
движения карьерного автосамосвала при минимуме расхода дизельного топлива
по карьерным трассам различной геометрии.
55
ГЛАВА 2 ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СКОРОСТНЫЕ
СВОЙСТВА И ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ КАРЬЕРНЫХ
АВТОСАМОСВАЛОВ
2.1 Общие положения
Карьерные автосамосвалы являются основными потребителями дизельного
топлива в горной промышленности, поэтому повышение их топливной экономичности на соответствующих скоростных режимах является важной задачей, решение которой позволит снизить стоимость транспортных работ на горных предприятиях, сберечь энергоресурсы и улучшить экологическую обстановку в карьерах и
на разрезах.
Для решения задач скоростной и топливной экономичности в основном используются данные теоретических исследований. Однако, необходимо отметить,
что на практике расчетные методы применяются лишь для простейших режимов
движения, при этом, используемые расчетные формулы, как правило, не учитывают преимущественные режимы движения карьерного автосамосвала, определяемые спецификой транспортных работ на горном предприятии. Прежде всего,
это частичное использование эффективной мощности двигателя автосамосвала,
торможение двигателем и моторным тормозом, движение на уклонах и спусках,
относительно небольшие расстояния транспортирования, работа двигателя в периоды загрузки и разгрузки и т.п. Кроме того из-за несовершенства экспериментальных методов в методиках расчета автосамосвалов не учитываются некоторые
важные исходные параметры, а значения имеющихся данные не конкретны: например, для определения сопротивления качению по твердому дорожному покрытию рекомендуется использовать коэффициенты, значения которых лежат в пределах от 0,004 до 0,2. С точки зрения практики, такие значения коэффициентов
сопротивления не являются вполне конкретными, и в связи с этим, к таким рекомендациям при эксплуатации автосамосвалов в заданных горно-геологических
условиях, приходится подходить с осторожностью. Как показывает анализ, выбор
оптимальных параметров автосамосвалов является проблемой потребителей ма-
56
шин, а не изготовителя транспортного средства (карьерного автосамосвала). Так
зарубежные производители для автосамосвалов грузоподъемностью
32-40 т.
предлагают: двигатели от 6,5 до 450 кВт с рабочим объемом цилиндров от 6,5 до
30,5 л, с различными формами внешних скоростных характеристик и диапазонов
частот вращения коленчатого вала.
Аналогичным образом поступают и отечественные производители автосамосвалов. Так для сравнительно узкого диапазона мощности от 90 до 110 кВт в
новом семействе двигателей предлагается 6 вариантов, отличающихся по рабочему объему, максимальному крутящему моменту и частотам вращения коленчатого
вала. При таких предложениях, выбор типоразмера автосамосвала ложится на
плечи самого потребителя из расчета, что он (потребитель) сам определит, какой
из вариантов для него будет предпочтительным. В результате для однотипных автосамосвалов расход дизельного топлива существенно различается, иногда в два и
более раза.
Таким образом, создание корректных методов расчета карьерных автосамосвалов, является актуальной задачей, решение которой будет способствовать
снижению стоимости транспортных операций.
2.2 Тяговый и мощностной балансы карьерного автосамосвала
Основные энергетические характеристики двигателей внутреннего сгорания
определяются из анализа рабочего цикла сгорания топлива в цилиндрах двигателя, рисунок 2.1.
Через форсунку 1 в цилиндр впрыскивается распыленное дизельное топливо. На индикаторной диаграмме дизеля: 0–1 – всасывание атмосферного воздуха;
1–2 – сжатие воздуха; 2 – момент самовоспламенения рабочей смеси; 2–3 – сгорание топлива; 3–4 – догорание топлива; 4–5 – расширение продуктов сгорания; 5–6
– выхлоп газов; 6–0 – вытеснение поршнем газов, оставшихся после выхлопа. В
момент точки 0 поршень закончил четвертый ход.
57
Рисунок 2.1 - Схема и индикаторная диаграмма дизельного двигателя
Тепловой баланс ДВС представляется уравнением, которое показывает, куда расходуется теплота, выделенная килограммом топлива, сгоревшим в цилиндрах двигателя
Qнр  Qe  Qвыхл  Qохл  Qхим  Qост ,
(2.1)
где – Qнр - низшая теплота сгорания топлива по рабочей массе (теплота, которую
может выделить один килограмм топлива), кДж/кг; Qe – теплота, превращенная в
эффективную работу двигателя, кДж/кг; Qвыхл – потери теплоты с выхлопными газами, которые покидают цилиндры с высокой температурой, кДж/кг; Qохл – потеря
теплоты на охлаждение двигателя, кДж/кг; Qхим – потеря теплоты от химической
неполноты сгорания топлива, кДж/кг; Qост – остаточный член теплового баланса,
показывающий теплоту, отданную поверхностью двигателя атмосферному воздуху, кДж/кг.
Уравнение (2.1) в относительных единицах
100%  qe  qвыхл  qохл  qхим  qост .
(2.2)
На рисунке 2.2 показана диаграмма теплового баланса двигателя, из которой видно, что на эффективную мощность расходуется лишь до 45 % всей энергии, получаемой от сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Повышение доли
58
теплоты, расходуемой на производство эффективной работы, будет способствовать увеличению эффективной мощности двигателя.
Рисунок 2.2 - Тепловой баланс дизельного двигателя
Эффективная мощность двигателя карьерного автосамосвала пропорциональна количеству теплоты, вносимой в цилиндры с топливом Qнр , и зависит от
эффективного КПД двигателя, который определяется отношением общего КПД к
политропному КПД, т.е.
е 
дв
,
пол
(2.3)
где е - эффективный КПД двигателя, дв - общий КПД двигателя автосамосвала,
пол - политропный КПД, характеризующий потери теплоты из-за отклонения по-
литропы сжатия-расширения от адиабаты, или
е 
Ne
,
Gт Qнр
(2.4)
где N e - эффективная мощность двигателя автосамосвала, кВт; Gт - массовый
расход топлива, кг/с; Qнр - низшая теплота сгорания топлива по рабочей массе,
кДж/кг.
Таким образом, энергетическая эффективность двигателя автосамосвала определяется следующими основными характеристиками:
- коэффициент полезного действия двигателя - дв ;
59
- расход дизельного топлива - G т , кг/с;
- удельная энергоемкость процесса транспортирования - eтр , кВт∙ч/т.
Рассмотрим в отдельности составляющие КПД двигателя.
Эффективную мощность обычно определяют как отношение индикаторной
мощности к механическому КПД дизеля
piVh i 2n piVh in
(2.5)

 мех ,
 м 60
120
где N i - индикаторная мощность, кВт; pi - индикаторное давление в цилиндре
N e  N i  мех 
двигателя, Па; Vh - рабочий объем цилиндра, м3 (л); i - число цилиндров в двигателе; n - число двойных ходов поршня в цилиндре двигателя (два рабочих хода за
один оборот коленчатого вала), об/мин;  - число тактов (для четырехтактных
двигателей   4 ).
Рассмотрим величину индикаторной работы piVh . Здесь pi определяет некоторое условно постоянное давление в цилиндре двигателя в течение одного хода поршня, которое совершает работу, равную индикаторной работе газов за весь
цикл, т.е.
piVh  Li ,
где Li - индикаторная работа цикла, Дж.
Индикаторная работа цикла пропорциональна тепловой работе в процессах
расширения – сжатия рабочего тела
Li  A  mzcp RT ,
(2.6)
где A - коэффициент пропорциональности, учитывающий необратимость реальных процессов цикла двигателя; m  Vh г - масса газа в цилиндре двигателя, кг;
 г - плотность газов; кг/м3; z cp - степень сжимаемости реального газа (продуктов
сгорания дизельного топлива), зависит от величины критической температуры и
критического давления газовой смеси; R 
R
- газовая постоянная газов (прог
дуктов сгорания топлива), Дж/(кг∙К); Т  T2  T1 - температурный напор; T2 и T1
- температуры в начале и в конце термодинамического процесса, К.
60
Коэффициент пропорциональности А , характеризующий необратимость
процессов сжатия – расширения, определяется коэффициентами полезного действия (КПД) – механическим (  мех ) и политропным ( пол ).
Механический КПД зависит от механических сопротивлений в проходных
каналах двигателя, на преодоление которых расходуется часть индикаторного
давления, так, что эффективно используется только часть индикаторного давления, т.е.

p 
pe  pi  pпот  pi 1  пот   pi  мех ,
рi 

(2.7)
где р е - эффективное давление, Па; p пот - давление, расходуемое на преодоление
механических сопротивлений.
Политропный КПД учитывает отклонение действительных процессов сжатия - расширения от адиабаты, что приводит к изменению индикаторной работы
термодинамического процесса ДВС (дизельного двигателя).
С учетом формул (2.6) и (2.7) эффективную мощность по формуле (2.5)
можно записать в следующем виде
N e  N i  мех  nпэ
где nпэ 
mz cp RT2  T1 in
120
 мех ,
(2.8)
k 1
- показатель псевдоэнтропы; k - показатель адиабаты;
k
Тогда эффективный КПД двигателя (2.4) можно записать как
e  nпэ
где  
Vh  m zcp RT1   1in
120GтQнр
 мех ,
(2.9)
Т2
- температурная характеристика в политропном процессе расширения
Т1
продуктов сгорания дизельного топлива.
Показатель псевдоэнтропы nпэ в соответствии с ГОСТ 20440 [98] рассчитывается по эмпирической формуле
nпэ  4,16  0,041tcp  10  3,93 в  0,55  5mT  0,3 ,
(2.10)
61
где t cp - среднее значение температуры продуктов сгорания, °С;  в 
0
- от1,2044
носительная плотность продуктов сгорания по воздуху; 0  плотность газа при
T2
Т1
стандартных физических условиях (20°С и давлении 0,1013 МПа); mT 
р2
lg
р1
lg
температурный показатель политропы.
Политропный КПД в (2.3) рассчитывается по формуле [98]
пол 
где  
1
1 lg 
.

nпэmT nпэ lg 
(2.11)
р2
- степень сжатия продуктов сгорания в цилиндрах двигателя.
р1
В итоге КПД двигателя, равный произведению эффективного КПД и политропного КПД, как видно из (2.3), запишется следующим выражением
дв  е  пол 
 nпэ
n пэ Vh  m z cp RT1   1in
р
н
G т Q 120
k zcp RT1   1
GтQнр  м
пол 
 мех 
lg 

nпэ lg 
k
kT ,
Gт Qнр
(2.12)
где kT  nпэ zcp RT1   1пол - термодинамический коэффициент, характеризующий
удельную тепловую работу двигателя в политропных процессах сжатия – расширения, кДж/кг; k  
Vh  m in
 мех - конструктивный параметр двигателя, кг/с.
120
Особенностью формулы (2.12) является наличие величины политропного
КПД, учитывающего отклонение теоретической адиабаты (изоэнтропийного)
процессов сжатия - расширения, от фактического политропного процесса. Кроме
того, из формулы (2.12) следует, что КПД двигателя и его эффективная мощность
определяются в основном температурным диапазоном в процессе расширения
продуктов сгорания дизельного топлива, рисунок 2.3.
62
Рисунок 2.3. PV и ТS – диаграммы цикла дизельного двигателя:
Т4 – температура продуктов сгорания дизельного топлива на выходе из
цилиндров двигателя, Т 5 - температура отработанных газов (продуктов сгорания)
Формулу эффективной мощности (2.8) с учетом КПД двигателя (2.12), можно записать следующим образом
N e  k kT , кВт,
(2.13)
а эффективный КПД двигателя (2.9) будет равен
е 
k kT
.
Gт Qнр
(2.14)
Из формулы (2.14) следует, что КПД двигателя, определяемый произведением эффективного и политропного КПД, зависит от термодинамических параметров процессов сжатия и расширения продуктов сгорания топлива в цилиндрах
двигателя, и его конструкции (числа цилиндров i , их объема V , плотности топлива, тактности и частоты вращения коленчатого вала n ), а также от расхода дизельного топлива и его теплотворной способности.
Выполним графический анализ полученной зависимости термодинамической характеристики
kT  nпэ zcp RT5   1пол .
(2.15)
Для этого зададимся исходными данными. Примем следующие значения величин, входящих в формулу (2.12):
63
nпэ 
k
1,4

 3,51 - показатель псевдоэнтропы; z cp  0,75 - среднее значение
1  k 1,4  1
коэффициента сжимаемости газов (продуктов сгорания); газовая постоянная продуктов сгорания - R 
R 8,314

 0,0439 кДж/(кг·К);  г  190 кг/кмоль – мольная
г
190
масса продуктов сгорания дизельного топлива; R  3,314 - универсальная газовая
постоянная, кДж/(кг·К); T5 = 450°C = 723 К - температура газов в конце политропного процесса расширения; пол  nпэ
lg 
 f ( T ) ; Т 4 = var – температура продуктов
lg 
сгорания в начале политропного процесса расширения.
Фактически устанавливаем графическую зависимость термодинамической
характеристики kT от температуры Т 4 при разных значениях температуры T5 .
График kT  f ( T4 ) приведен на рисунке 2.4. Из графика видно, что значение термодинамической характеристики kT с увеличением температуры в начале
процесса расширения газов монотонно возрастает. Причем с увеличением температуры интенсивность роста уменьшается, что можно объяснить увеличением потерь теплоты через стенки цилиндра и уменьшением величины политропного
КПД. При некоторых значениях температуры или (температурного напора
T  T5  T4 ) и политропного КПД значение термодинамической характеристики
будет максимальное, что будет свидетельствовать о максимальной удельной работе газов.
Основное влияние на значение термодинамической характеристики k т оказывает значение политропного КПД, рисунок 2.5.
Зависимость пол( Т ) - логарифмическая функция. При малых температурах
пол принимает наибольшие значения в связи с относительно невысокими потеря-
ми теплоты через стенки цилиндра и процесс расширения наиболее близок к
адиабатическому процессу. С увеличением температуры процесс расширения все
больше отклоняется от адиабаты с уменьшением значения политропного КПД.
64
Рисунок 2.4 - Зависимость термодинамической характеристики kT
от температуры процесса расширения продуктов сгорания при
температуре в конце процесса Т5 = 450°С = 723 К
Рисунок 2.5 - Изменение величины политропного КПД от температуры газов
в начале процесса расширения при постоянной степени повышения давления
Таким образом, энергетические характеристики цикла дизельного двигателя
в значительной степени определяется температурным режимом политропных
процессов сжатия и расширения и значением термодинамической характеристики, являющейся функцией температуры и политропного КПД процесса. Значение
термодинамической характеристики в основном зависит от термодинамических
свойств рабочего тела, продуктов сгорания дизельного топлива и, в частности, от
65
газовой постоянной R и, соответственно, от молярной массы и состава газовой
смеси. Для принятых в практике видов жидкого дизельного топлива значение газовой постоянной определяется совершенством процессов смесеобразования, коэффициента избытка воздуха и температурных режимов цикла дизельного двигателя. Характерно, что термодинамическая характеристика не зависит от объема
цилиндров.
2.3 Эффективное давление
Для эффективного давления, развиваемого дизельным двигателем справедлива формула (2.7)
pe  рi  мех ,
или, через эффективную мощность
pе 
N e 60
,
2n  Vh i
(2.16)
подставив в (2.16) полученное выражение для эффективной мощности и конструктивного параметра из (2.11), получим
pе  k т г мех пол .
(2.17)
Из формулы следует, что характер изменения эффективного давления подобен кривой термодинамической характеристики, приведенной на рисунке 2.4 и
смещается по ординате вверх на величину плотности газов.
Практика показывает, что эффективное давление дизельных двигателей находится в интервале значений от 0,6 – 0,8 МПа.
Плотность газов зависит от температуры процесса и может быть рассчитана
по формуле
 г  0
р4Т 0
г
рТ

 4 0,
р0Т 4 22,414 р0Т 4
(2.18)
 0 - плотность газов при нормальных физических условиях ( р0  1 105 Па,
t0  0 С  Т 0  273 К); 22,414 - мольный объем газов при нормальных физиче-
66
ских условиях, м3/кмоль; р 4 - давление в начале процесса расширения; Т 5 - температура в начале процесса расширения, К.
2.4 Сравнительные результаты по определению индикаторного давления
Выполним расчеты по определению индикаторного давления в цилиндрах
двигателя и установим соответствие предлагаемого способа и общепринятого
(традиционного). Для этого рассмотрим pV - диаграмму двигателя, рисунок 2.6,
со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера), характерный для дизельных
четырехтактных двигателей.
Рисунок 2.6 - pV - диаграмма дизельного двигателя
Зададимся исходными данными. Примем следующие значения исходных
параметров и характеристик:
1. Начальная температура с учетом подогрева начального заряда от стенок
цилиндра Ta =320 К;
2. Начальное давление в цилиндре ра  0,1 МПа;
3. Степень сжатия  
Va
 12 ; степень повышения давления
Vc

рz
 2,5 ;
pc
4. Степень предварительного расширения  
Vz 
 1,2 ;
Vz
67
5. Показатель политропы в процессе сжатия а-с: n1  1,35 ;
6. Показатель политропы в процессе расширения (рабочий ход) z   b :
n2  1,3 .
Рассчитаем значения температуры в точке z  и в точке b (в начале и в конце
процесса расширения):
Tz   n 1Ta  2,5  121,351  320  1909 К;
1
Tb  n Ta  2,5  1,21,3  320 =1014 К.
2
А. Рассчитаем величину индикаторного давления по формуле
pa  n 
 
1 
1 
1 
  1 
1  n 1  
1  n 1  =

 1 
n2  1    n1  1   
1
рi 
2
1
0,1  121,35 
2,5  1,2 
1 
1 
1 
2,51,2  1 
=
1  1,31  
1  1,351  

12  1 
1,3  1  12  1,35  1  12

= 0,26  0,5  5,25  1,66  105  1,06 МПа.
(2.19)
Б. Рассчитаем величину индикаторного давления из формулы (2.17), с учетом того, что pi 
Ne
; m  Vh г ;  мех  пол  1. Получим:
Vh
pi 
Ne
 nпэ г z cp RT5   1 .
Vh
(2.20)
Плотность газовой смеси определим по формуле (на основе уравнения Клапейрона-Менделеева):
 г  0
р zТ 0
г
рТ
180 0,87  273

 z 0 

 10 кг/м3.
р0Т z 22,414 р0Т z 22,414 0,1  1910
В этой формуле  0 - плотность газовой смеси при нормальных физических
условиях;  г  180 кг/кмоль – мольная масса газовой смеси; p0  0,1 МПа – нормальное атмосферное давление; T0  273 К (0°С) – нормальная температура.
Степень сжимаемости газовой смеси z cp в общем случае зависит от критических и приведенных значений температуры и давления газовой смеси (продуктов сгорания дизельного топлива), которые рассчитываются по формулам:
68
- приведенная температура Tпр 
- приведенное давление pпр 
Т
;
Т кр
p z
.
pкр
Характеристика дизельного топлива приведена в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Характеристика дизельного топлива
Элементарный состав 1 кг топлива, кг
Углерод (С)
Водород (Н)
Кислород (ОТ)
0,870
0,126
0,004
Молекулярная Низшая теплота сгорания
масса (  г ),
( Qн ), МДж/кг
кг/кмоль
180-200
42,5
Степень сжимаемости газовой смеси может быть определена по графику зависимости степени сжимаемости z от приведенных значений температуры и давления, рисунок 2.5 [55].
Рисунок 2.7 - Зависимость степени сжимаемости от температуры и давления
Критические значения температуры и давления компонентов газовой смеси:
Двуокись углерода – СО2
Т кр ( СО )  304,2; ркр СО   72,9  105 Па;
2
2
Водород – Н2
Т кр ( Н )  33; ркр  Н   12,8  105 Па.
69
Атомарный кислород – О2
Т кр ( О )  154,8; ркр О   50,1  105 Па.
2
2
Газовая смесь:
- массовые доли компонентов смеси - g C  0,87 , g O  0,126 , g H  0,004 ;
2
2
n 3
- Tкр ( см )   g iTкр ( i )  0,87  304,2  0,126  33  0,004  154,8  269,43 К.
i 1
3
- pкр .см   xi pкр .i  0.87  72.9  0,126  12.8  0.004  50.1  65.2  105 Па;
i 1
pz  pc   n 1 pa  2,5  120 ,35  105  0,596 МПа
1
рпр 
р z 0,596
Т 269,4

 0,1; Т пр  z
 0,14 .
pкр
6,5
Т кр 1910
z p ,T   1  0,4273 pпрТ 3,668  1  0,4273  0,14  1910 3,668  0,9 .
Индикаторное давление по формуле (2.17) будет равно
pц  nпэ г zcp RT5   1 
1,4
8314,3
 10  0,9 
 1910  1014  1,31 МПа.
1,4  1
180
Относительное увеличение значения индикаторного давления составляет
р1 
p ц  pi
pц
 100% 
1,31  1,06
 100%  19,01% .
1,31
Следовательно, и эффективная мощность, равная произведению давления на
объемный расход рабочего тела, увеличивается на эти же 19,01%. Это увеличение
обеспечено энергетическим резервом, определяемым учетом политропного характера процесса сжатия - расширения рабочего тела в цилиндре дизельного двигателя.
2.5 Удельный расход дизельного топлива
Удельный расход топлива является наиболее важной энергетической характеристикой карьерного автосамосвала, так как показывает, какое количество топлива расходуется на единицу мощности двигателя. Величину удельного расхода
топлива можно рассчитать по формуле
70
ge 
3600  Gт
G
 3600 т ,
Nе
kT k 
(2.21)
где g e - удельный расход газов, кг/(кВт∙ч), GT - секундный расход дизельного топлива, кг/с
Подставив в формулу выражение для эффективной мощности двигателя из
(2.6) и с учетом (2.9), получим
етр 
где k  
3600
lg  Gт


 м .
zcp RT1   1 lg  k 
(2.22)
Vh  m in
- конструктивный параметр двигателя автосамосвала, кг/c.
120
Рис. 2.8 Скоростные характеристики дизельного двигателя на
эффективных значениях параметров: N e , k T , e , M к , G т , g e   f n 
2.6 Основные уравнения математической модели движения карьерных
автосамосвалов
2.6.1 Массовый баланс автосамосвала
Общая масса автосамосвала Gавт есть сумма массы груза, перевозимого автосамосвалом Gгр и собственной массы автосамосвала Gа
Gавт  Gа  Gгр ,
(2.23)
71
где Gавт - масса груженого самосвала; Gа - собственная масса самосвала, Gгр масса груза (полезная нагрузка).
Полезная нагрузка определяется объемом кузова самосвала и плотностью
транспортируемого груза
Gгр  Wкуз  гм ,
(2.24)
где Wкуз - объем кузова автосамосвала, м3;  гм - плотность горной массы, т/м3.
Полезная нагрузка автосамосвала ограничивается его максимальной грузоподъемностью, т.е.
Gгр  Gгр.max .
(2.25)
Затраты мощности для порожнего самосвала, при движении его от разгрузочного пункта к пункту загрузки - к экскаватору Pпор и груженого Ргр, в обратном направлении запишем в виде уравнений
Pпор  Vпор Fк .пор , кВт
(2.26)
Pгр  Vгр Fк .гр , кВт
(2.27)
где Vпор , Vгр - скорости движения автосамосвала в порожнем и грузовом направлениях, м/с; Fк .пор , Fк .гр - сила тяги автосамосвала при движении в порожняковом и
грузовом направлениях, кН.
Сила тяги автосамосвала зависит от сопротивлений движению и выражается
суммой
Fк  W0  Wi  WR  WB  W j ,
(2.28)
где W0 , Wi , WR , WB , W j - сопротивления движению: основное, от уклона дороги,
на криволинейных участках, воздушной среды, сил инерции, соответственно, Н.
Из (2.28) получим выражение динамического фактора, равного отношению
избыточной силы тяги к весу автосамосвала
D
Fк  WB
 w0  wi  wR  w j ,
Ga g
(2.29)
72
где D - динамический фактор, определяющий удельные сопротивления движению автосамосвала на 1 т транспортируемого груза, как в грузовом, так и порожняковом направлениях, Н/т.
Динамический фактор важнейший параметр автосамосвала, величина которого зависит от массы перевозимого груза (грузовое или порожняковое направление движения), силы тяги, приложенной к колесу автосамосвала и зависящей от
преодолеваемых удельных сопротивлений, скорости движения автосамосвала.
Развиваемое тяговое усилие зависит от мощности двигателя автосамосвала
и для каждого типоразмера автосамосвала величина динамического фактора, при
одинаковых скоростях движения принимает свое собственное значение.
Теоретическое определение связи скорости движения автосамосвала, силы
тяги и динамического фактора весьма затруднительно. На практике применяют
графоаналитический метод определения этих характеристик, использую номограммы завода изготовителя конкретного типоразмера автосамосвала.
Силу тяги, приложенную к ведущим колесам автосамосвала в заданных условиях эксплуатации можно в общем виде представить в виде следующей функции
Fк  f Ga , D,vдв  ,
(2.30)
или, так как функция (2.30) имеет собственное значение для каждого типоразмера
автосамосвала, можно записать
Fк  f D ,vдв  .
Графическое изображение функции (2.30) приведено на рисунке 2.9.
(2.31)
73
Рисунок 2.9 – Графическое изображение функции Fк  f Ga , D,vдв  .
Выражение (2.31) есть функционал, который можно представить в виде
двух функций:
Fк
 f1 D 
vдв
(2.32)
Fк  f 2 vдв  .
(2.33)
и
Выражения (2.32) и (2.33) в явном виде можно записать как степенные одночлены, т.е.
k1 
Fк
 k2  D  ,
vдв
(2.34)
1
Fк  k3  vдв ,
(2.35)
1
где k1 
кН  ч
Fк
- удельная сила,
, k 2  e  , k3  e - коэффициенты пропорциокм
vдв
0
0
нальности (числа);  0 ,  0 , 1 , 1 - показатели степени, характеризующие интенсивность изменения силы тяги Fк .
Из формулы (2.34) выразим величину vдв
vдв 
Fк
k2 D 
1
(2.36)
и подставим в формулу (2.35). При этом, учитываем, что функция (2.35) убывающая, т.е. с увеличением скорости движения реализуемое тяговое усилие уменьша-
74
ется. Тогда формулу (2.35) следует записать в виде Fк 
k3
. После подстановки,
vдв
1
получим
Fк 
k3
 Fк1  k 3 k 2 D    Fк  1 k 3 k 2 D   
1
 Fk


 k2 D
1



1
2
 Fк  k
1
1 1
3
k
1 1
2
1 1
2
D
11
1 1
2
1
1 1
.
(2.37)
В формуле (2.36) скорость движения будет равна
k3
vдв  
1
k
Обозначим
1
1 1
3
k
2
1 1
2
D
11
1 1
k

1
k
1
1 1
3
2
1 1
2
D
11
1 1
k
 vдв 
k
1
1 1
3
2
1 1 1 
2
D
1
1 1
.
(2.38)
2
1
1
 n;
 m;
 j , получим следующее выра1  1
1 1  1 
1  1
жение:
vдв 
k 3n
.
k 2m D j
(2.39)
Значения величин в формуле (2.39) определяются на основе опытных данных при работе карьерных автосамосвалов. Для каждого типоразмера автосамосвала значения показателей степени имеют свое собственное значение, зависящее
от условий работы транспортной системы. Из формулы следует, что скорость
движения автосамосвалов есть комплексный параметр, зависящий от множества
факторов, в частности, от удельной работы, совершаемой в рабочем процессе
транспортирования (знаменатель дроби). С увеличением удельной работы скорость движения, как в грузовом, так и в порожняковом направлениях уменьшается. В порожняковом направлении удельная работа имеет минимальное значение,
поэтому скорость движения принимает наибольшую величину при тех же, что и в
первом случае условиях. Знаменатель в формуле (2.39) характеризует интенсивность (скорость) реализации тягового усилия автосамосвалом при изменении скорости движения.
75
Формулу (2.39) можно рассматривать как основную динамическую характеристику рабочего процесса автосамосвала (наряду с динамическим фактором), так
как эта формула включает в себя практически все параметры (кинематические,
динамические и энергетические), определяющие работу автосамосвалов при их
эксплуатации в конкретных горно-геологических условиях. Теоретическое определение коэффициентов и показателей степени является, вероятно, весьма сложной задачей. Имеющийся значительный практический опыт эксплуатации автосамосвалов на карьерах и разрезах позволит применить статистический метод анализа экспериментальных данных с получением уравнений регрессии на основе
метода наименьших квадратов.
2.6.2 Мощность двигателя автосамосвала
Мощность двигателя внутреннего сгорания в общем виде есть функция угловой скорости вращения коленчатого вала, и может быть записана следующей
формулой
3
P  i1 Pi wквi ,
где Рi - работа, совершаемая на угле поворота коленчатого вала
(2.40)
2
, Дж; wквi - уг3
ловая скорость, рад/с; i  1,2,3 - число фаз поворота вала двигателя.
Для дизельных двигателей с прямым впрыском топлива фазовые мощности
будут равны
P1  0,87
Pm
P
P
, P2  1,13 m2 , P3   m3 ,
wm
wm
wm
(2.41)
где индекс «m» соответствует максимальным значениям фазовой работы и угловой скорости.
Приведенные формулы применяются при снятии тягово-динамических характеристик двигателей на заводских стендах. Связь линейной скорости движения
автосамосвала и угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя как в порожняковом, так и в грузовом направлениях движения определяется по формуле
76
Vпор,гр 
Rк wкв
,
тр
(2.42)
где Rк - радиус обода колеса автосамосвала, wкв - частота вращения коленчатого
вала двигателя, тр - передаточное отношение трансмиссии.
Сравнение формул (2.39) и (2.42) дает возможность определить величину
угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя автосамосвала, в заданных дорожных условиях, определяемых динамическим фактором
k3n
Rк wкв
k3n тр -1

 wкв  m j 
,с .
k 2m D j
тр
k 2 D Rк
(2.43)
С учетом (2.43) мощность затрачиваемая автосамосвалом по формуле (2.40),
приведенная к колесам, будет равна
 k3n
P   Fк i  m j
i 1
 k2 D
n
где Fк i

 кВт,
i
 k 3n
- сила тяги на i -ом участке дороги, кН;  m j
 k2 D
(2.44)

 - скорость движения
i
автосамосвала на i -ом участке.
2.6.3 Расход топлива автосамосвала
В общем виде расход Gm топлива определяется расходуемой мощностью,
теплотворной способностью дизельного топлива и эффективным КПД дизельного
двигателя автосамосвала
Gm 
P
кг/с,
e Qнр
(2.45)
где Р - мощность, развиваемая двигателем автосамосвала при движении со скоростью порожнякового или грузового режимов работы, кВт; Qнр - теплотворная
способность дизельного топлива, кДж/кг; е - эффективный КПД дизельного двигателя.
77
Мощность двигателя определяется формулой (2.44) в грузовом или порожняковом направлениях движения автосамосвала. В порожняковом направлении,
расход топлива составляет
Gm .пор 
Pпор
кг/с,
e Qнр
(2.46)
и, соответственно, в грузовом (рабочем) направлении
Gm .гр 
Pгр
e Qнр
кг/с,
(2.47)
а общий расход топлива за цикл работы автосамосвала при движении от пункта
загрузки (экскаватора) до пункта разгрузки (приемный терминал), будет равен
сумме расходов топлива, т.е.
Gт .ц  Gт .гр  Gт .пор 
Р
 Ргр 
кг/с.
еQтр
пор
(2.48)
Знаменатель формулы (2.48) есть величина постоянная для каждого дизельного двигателя. Следовательно, расход топлива будет определяться только мощностью, реализуемой автосамосвалом, которая зависит от скорости движения порожнего или груженого автомобиля по формуле (2.39) или (2.43).
2.7 Время транспортного цикла
Для определения общего массового расхода топлива необходимо учесть
время работы автосамосвала, которое складывается из времени движения в грузовом и порожняковом направлений.
Время, затрачиваемое на движение между i  м погрузочным пунктом j  м
экскаватором и в обратном направлении, определится по следующим формулам
tij 
t ji 
Lij
, i  1,2,3,...,m ,
(2.49)
, j  1,2,3,...,n ,
(2.50)
Vпор
L ji
Vгр
78
где Lij , ji - расстояние транспортирования между i  м пунктом погрузки (порожний
рейс) и j  м пунктом разгрузки (грузовой рейс) и в обратном направлении.
Расход топлива за один транспортный цикл с учетом времени на проезд между пунктом погрузки и пунктом разгрузки, времени на загрузку и разгрузку, маневровые операции и времени ожидания будет равен
Gij  Gт ,порtij  Gт ,грt ji  Gт ,хх t погр, разгр  tож  кг.
(2.51)
где Gт ,.xx - удельный расход топлива холостого хода, tпогр, разгр - время на загрузку и
разгрузку кузова автосамосвала, tож - время на ожидание.
При оптимизации параметров необходимо принять tож  0 .
Теоретическая производительность транспортных операций рассчитывается
за время транспортного цикла и максимальной вместимости кузова автосамосвала.
Время цикла теоретически состоит из времени движения в порожнем и грузовом направлениях, т.е.
t трн  t пор  t гр ч,
tцикл  tпогр, разгр  tтрн  tож ч.
(2.52)
(2.53)
Частота движения автосамосвалов будет равна

1
tцикл
ч-1.
(2.54)
Теоретическая производительность автосамосвала будет равна
qт .см  Gгр  , т/ч.
(2.55)
Часовой удельный расход топлива автосамосвала будет равен
e
Gij 
qт ..см
, кг/т.
(2.56)
2.7.1 Оптимизация удельного расхода топлива автосамосвала
Целью оптимизации является минимизация расхода топлива двигателей автосамосвалов при движении их между некоторым количеством пунктов разгрузки
79
и пунктов погрузки. Скорость движения автосамосвала, как в порожняковом, так
и грузовом направлении, при решении данной оптимизационной задачи, является
искомой величиной.
Задачу можно сформулировать следующим образом: рассчитать минимальный расход топлива двигателя автосамосвала на единицу транспортируемого груза при заданной вместимости кузова автосамосвала. То есть, необходимо минимизировать следующую функцию
m
n
  ТGij
,
Е  i 1 j m1
 Qi
i 1
(2.57)
где T - число часов работы автосамосвала за год, ч;  - общее число рейсов в порожняковом и грузовом направлении за один час, ч-1; Gij - расход топлива на один
рейс, кг; Qi - годовая производительность погрузочных пунктов, т.
При следующих исходных данных:
 QгрТ  Qi i  1,2,...,m ,
(2.58)
 XQгр  Qпп,i i  1,2,...,n  ,
(2.59)
 Qгр  Qпп, j  j  1,2,...,n  ,
(2.60)
n
j 1
N
j 1
n
j 1
n
m
j 1
i 1
 nаj   nаi ,
(2.61)
где
nаj 
tцикл,ij
tпогр
, ( j  1,2,...,n ; i  1,2,...,m ),
  nаj  .
(2.62)
(2.63)
Все параметры положительны.
2.7.2 Выводы к главе 2
Используемые в настоящее время методики выбора автосамосвала опираются на индикаторную мощность, при расчетах которой совершенно не учитыва-
80
ются термодинамические процессы политропных процессов сжатия и расширения. Для того чтобы сделать результаты расчетов более точными, необходимо
кроме конструктивных параметров учитывать и термодинамические, такие как
температура в начале цикла политропного расширения, газовая постоянная топливно-воздушной смеси, а также политропный КПД, который будет учитывать
отклонение действительных процессов сжатия-расширения от адиабаты. Расчеты
произведённые для карьерного автосамосвала БЕЛАЗ 7555 показали, что эффективная мощность двигателя на 19,01% больше чем заявлено в паспорте. Это увеличение обеспечено энергетическим резервом, определяемым учетом политропного характера процесса сжатия - расширения рабочего тела в цилиндре дизельного двигателя.
Кроме того, если при расчете рационального режима работы карьерного самосвала учитывать стохастический характер транспортного процесса, а также
оценить влияние всех внешних и внутренних факторов на работу автосамосвала,
то можно снизить удельный расход топлива с помощью выбора рациональной
скорости его движения в груженом и порожнем направлениях.
81
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЯГОВОДИНМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОСАМОСВАЛОВ
Наиболее широкое распространение на карьерах для транспортирования
горных пород, руды, угля и другого минерального сырья получили автосамосвалы
Белорусского автомобилестроительного завода типоразмеров БелАЗ-7540 и БелАЗ-7555, грузоподъемностью соответственно 30 и 55 т. В общей номенклатуре
автосамосвалов, используемых на открытых горных работах, эти два типоразмера
составляют, соответственно, 43,3 и 43,8 %.
В последние годы распространение на карьерах, особенно глубинных, получили применение автосамосвала большой грузоподъемности, иностранных производителей, но их номенклатура незначительна.
За многие годы теоретических и экспериментальных исследований, проводимых на кафедре горных транспортных машин Национального минеральносырьевого университета «Горный» (Горный институт), под руководством проф.
А.А. Кулешова, накопился значительный массив экспериментальных данных, полученных непосредственно на горных предприятиях, карьерах и разрезах. Часть
этих опытных данных использовались при выполнении конкретных научных исследований, посвященных в основном повышению эффективности эксплуатации
автомобильного транспорта.
В данной работе используются экспериментальные данные, полученные в
разные годы на различных карьерах и разрезах. Основными измеряемыми параметрами при проведении промышленных экспериментов, как правило, являлись:
характеристики карьерных дорог (уклоны, кривизна дорог, дорожные покрытия,
удельные сопротивления качению автосамосвала), скорости движения, сила тяги
и удельные дорожные сопротивления, являющиеся функциями, развиваемая мощность двигателя автосамосвала, удельный и нормированный расход дизельного
топлива. Некоторая часть экспериментальных данных использована в настоящей
работе для обоснования расчетных формул, разрабатываемой методики оптимизации скоростных и энергетических характеристик карьерных автосамосвалов.
82
Основной задачей при обработке экспериментальных данных и их интерпретации являлось определение скорости движения автосамосвала и установление
вида функции (2.39)
vдв G , F , D 
(3.1)
где vдв - скорость движения автосамосвала (груженого или порожнего), км/ч;
F G ,Wi  - сила тяги, приложенная к колесам автосамосвала, и являющаяся функ-
цией дорожных сопротивлений и массы перевозимого груза при движении в грузовом и порожняковом направлениях, кН; Dwi  - динамический фактор, как
функция удельных сопротивлений движению автосамосвала.
При формировании базы экспериментальных характеристик по измеренным
величинам сопротивлений движению рассчитывались значения силы тяги автосамосвалов и значения динамического фактора для фиксированных значений скорости движения. В результате для каждой величины динамического фактора, а фактически удельных сопротивлений движению, были установлены значения рассчитанной силы тяги, скорости движения и массы транспортируемого груза.
Обработка опытных данных производилась способами математической статистики с выводом уравнений регрессии и метода наименьших квадратов.
3.1 Анализ исходных параметров и опытных данных
3.1.1 Автосамосвал БелАЗ-75440
Рисунок 3.1 Автосамосвал БелАЗ-75440
Технические характеристики автосамосвала:
83
- грузоподъемность – 30 т,
- двигатель – ЯМЗ-240ПМ2,
- мощность двигателя – 309 кВт,
- трансмиссия – гидромеханическая,
- формула трансмиссии – 5+2,
- крутящий момент, Н·м/об/мин – 1491/1600,
- удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт·ч – 228,
- объем кузова, м3: геометрический – 15,1; с «шапкой» - 19,2;
- масса, кг: эксплуатационная – 22600; полная масса – 52600;
- максимальная скорость, - 50 км/ч.
Обобщенные опытные данные приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Значения параметров тягово-динамических характеристик по результатам промышленной эксплуатации автосамосвала
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Перевозимая масса
Сила тяги,
Скорость движения,
груза, т
кН
км/ч
Удельные сопротивления 4000 Н/т
50
188
1
45
168
4
40
131
6
35
113
7
30
112
8
25
94
10
22
83
12
Удельные сопротивления 3500 Н/т
50
163
4
45
146
5
40
130
7
35
114
8
30
98
10
25
80
11
22
70
12
Удельные сопротивления 3000 Н/т
50
143
6
45
129
7
40
114
8
35
100
10
84
Продолжение табл. 3.1
№
п/п
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
Перевозимая масса
Сила тяги,
Скорость движения,
груза, т
кН
км/ч
30
85
12
25
72
13
22
62
14
Удельные сопротивления 2500 Н/т
50
134
8
45
110
9
40
98
10
35
85
12
30
75
13
25
60
14
22
55
15
Удельные сопротивления 2000 Н/т
50
95
10
45
85
12
40
76
13
35
67
14
30
57
14,5
25
48
15
22
42
17
Удельные сопротивления 1600 Н/т
50
73
12
45
65
12,5
40
58
14
35
51
15
30
44
17
25
36
22
22
Удельные сопротивления 1000 Н/т
50
52
16
45
45
18
40
40
21
35
32
25
30
30
27
25
22
Предварительный анализ экспериментальных данных, приведенных в таб-
лице 3.1 показывает, что скорость движения автосамосвала является сложным
85
комплексным параметром, зависящим от массы перевозимого груза, возникающей
силы тяги автосамосвала и динамического фактора, определяемого удельными
путевыми сопротивлениями, в соответствии с формулой (2.29).
Общая формула скорости движения была представлена в виде (2.39) в которой параметры k 3 , k 2 , а также показатели степени n , m и j в той или иной степени характеризуют массу транспортируемого груза, силу тяги и динамический
фактор.
Анализ опытных данных показывает, что с увеличением массы транспортируемого груза и ростом динамического фактора, а фактически удельных сопротивлений движению автосамосвала, скорость движения уменьшается, а сила тяги
увеличивается. Так при максимальной величине перевозимого груза – 50 т скорость движения имеет наименьшее значение при всех возможных удельных сопротивлениях. Наибольшая величина скорости движения наблюдается при движении порожнего автосамосвала, когда сопротивления движению и сила тяги
имеют наименьшее значение.
Для дальнейшего анализа построим графические зависимости силы тяги автосамосвала и скорости его движения в зависимости от массы перевозимого груза
при фиксированных значениях динамического удельных сопротивлений, рисунок
3.1- 3.7.
Вид кривых зависимостей силы тяги от массы груза Fк vдв  указывает на
линейность функций. Некоторое отклонение экспериментальных точек от линейного закона можно отнести к неточности измерения (расчета) силы тяги.
Вид кривых зависимостей скорости движения от массы груза vдв G  , показывает, что экспериментальные точки лежат симметрично некоторой прямой.
Следовательно, кривые vдв G  можно с некоторой погрешностью представить
также линейной зависимостью скорости от массы перевозимого груза.
86
Рисунок 3.2 – Зависимости силы тяги и скорости движения автосамосвала
от массы перевозимого груза (опытные данные при D  3750 Н/т )
Рисунок 3.3 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  3250 Н/т)
Рисунок 3.4 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза (опытные данные при D  2860 Н/т )
87
Рисунок 3.5 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  2500 Н/т )
Рисунок 3.6 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  1900 Н/т )
Рисунок 3.7 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  1450 Н/т)
88
Рисунок 3.8 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  1000 Н/т)
3.1.2 Обработка экспериментальных данных для автосамосвала БелАЗ-7540
Экспериментальная кривая на рисунке 3.2 зависимости силы тяги от массы
груза выражается зависимостью
Fк  k D
3750
G,
(3.2)
где k D - угловой коэффициент, кН/т.
Для динамического фактора D  4000 Н/т (рисунок 3.2) угловой коэффициент k D
4000
 3,96 . Тогда сила тяги будет равна
Fк  3,96  G , кН.
(3.3)
Для динамического фактора D  3500 Н/т, кривая Fк G  , рисунок 3.3, описывается линией Fк  k D
3500
 G  3,32  G , кН.
И так далее:
D  2860 Н/т - k D
3000
 2,89 кН/т (рисунок 3.4);
D  2500 Н/т - k D  2,82 кН/т (рисунок 3.5);
D  1900 Н/т - k D  1,9 кН/т (рисунок 3.6);
D  1450 Н/т - k D  1,48 кН/т (рисунок 3.7);
2500
2000
1600
D  1000 Н/т - k D
1000
 1,1 кН/т (рисунок 3.8).
С уменьшением (увеличением) динамического фактора D значения k D также уменьшаются (увеличиваются). Для получения общей зависимости коэффици-
89
ента k D от значения D построим график k D D  , используя данные таблицы 3.1 и
рассчитанные значения k D , таблицы 3.2.
Таблица 3.2 – Значения динамического фактора D и коэффициента k D
k D D 
3,96
3,32
2,89
2,82
1,9
1,48
1,1
D , Н/т
4000
3500
3000
2500
2000
1600
1000
График k D D  приведен на рисунке 3.8.
Коэффициент k D , кН/т
4,5
3,7
2,9
2,1
1,3
0,5
500
1300
2100
2900
3700
4500
Динамический фактор, Н/т
Рисунок 3.9 – Зависимость коэффициента k D от величины
динамического фактора D
Тангенс угла наклона кривой k D D  равен 0,001. Следовательно, общее значение k D для всего диапазона значений динамического фактора можно рассчитать
по формуле
k D  0,001  D
(3.4)
и общая формула для силы тяги (3.2) будет иметь вид
Fк  0,001DG ,кН
(3.5)
90
где D - динамический фактор, Н/т; G - масса груза, т.
Формула (3.5) показывает, сила тяги (тяговое усилие), приложенная к колесам автосамосвала пропорциональна динамическому фактору D и массе перевозимого груза G , что в принципе соответствует известной теоретической формуле
(2.29). Формула (3.5) получена на основе экспериментальных данных при работе
автосамосвала БелАЗ-7540 на различных дорожных трассах карьера и обобщает
фактические условия транспортных операций. Особенность данной формулы в
том, что значение коэффициента пропорциональности справедливо только для
этой марки автосамосвала и для дорожных условий конкретного карьера. Для
произвольного случая работы любого другого автосамосвала справедливой будет
формула
Fк  k D D G ,
(3.6)
где k D D  - определяется на основе экспериментов.
Для вывода эмпирической формулы зависимости скорости движения от
массы автосамосвала используем графики функций vдв G  , приведенные на рисунках 3.2 – 3.8. При этом, как было сказано выше, принимаем линейную зависимость скорости от массы груза при различных значениях динамического фактора.
Кривая скорости на рисунке 3.2 ( D  4000 Н/т) может быть выражена линейной аппроксимацией
vдв  20,25  0,375G
(3.7)
Построим кривую скорости по формуле (3.9) и сравним фактические значения с расчетными данными, рисунка 3.9.
91
Скорость движения, км/ч
14
Эксперимент
Аппроксимация
11,2
8,4
5,6
2,8
0
20
26
32
38
44
50
Масса автосамосвала, т
Рисунок 3.10 – Экспериментальная и теоретическая кривые скорости
движения как функции массы груза ( D  4000 Н/т)
Аналогичный подход используем для аппроксимации других кривых скорости, в зависимости от массы перевозимого груза, для различных значений динамического фактора, приведенных на рисунках 3.2 – 3.8 и в таблице 3.1 опытных
данных.
D  3500 - vдв  18,24  0,285G ;
D  3000 - vдв  20,44  0,292G ;
D  2500 - vдв  20,64  0,258G ;
D  2000 - vдв  22,5  0,25G ;
D  1600 - vдв  26,27  0,31G ;
D  1000 - vдв  43  0,551G .
Из формул аппроксимации видно, что они могут быть выражены единой зависимостью
vдв  аD  bD G ,
(3.8)
где a D и bD - свободный член и коэффициент пропорциональности, являющиеся
функциями динамического фактора.
Для вывода общей зависимости скорости движения автосамосвала от массы
груза и значения динамического фактора проанализируем первые члены правой
92
части формул аппроксимации. Для этого построим график зависимости свободных членов от значений динамического фактора, рисунок 3.11.
Свободный член аD,км/ч
45
39
33
27
21
15
1500
2100
2700
3300
3900
4500
Динамический фактор, Н/т
Рисунок 3.11 – Зависимость параметра a D от величины
динамического фактора
Представим зависимость aD D  в виде степенной функции:
aD  e  D 
(3.9)
- размерный коэффициент, км/ч; 1 - показатель степени, характеризую0
где e 
0
1
щий крутизну изменения функции aD D  ; e - основание натурального логарифма.
Приведем функцию (3.9) к линейному виду, для чего возьмем логарифмы:
ln aD   0  1 ln D
(3.10)
y   0  1 xi ,
(3.11)
и обозначим
где y - суть функция ln a D ; xi - независимый параметр - ln D .
Задачей исследования уравнения (3.11) является определение показателей
степени  0 и 1 , при которых уравнение регрессии будет максимально соответствовать исходным данным и графической зависимости, приведенной на рисунке
3.12.
Далее приведем исходные данные к виду, соответствующему (3.9), таблица
3.3.
93
Таблица 3.3 – Исходные данные для вывода уравнения регрессии
xi ln D 
8,294
8,160
8,006
7,824
7,601
7,378
 xi  47,263
yi ln aD 
3,008
2,904
3,017
3,027
3,113
3,268
 yi  18,337
x  7,877
 xi2  372,897
y  3,056
xi  x  yi  y 
yi  y
-0,048
-0,020016
-0,152
-0,043016
-0,039
-0,005031
-0,029
0,001537
0,057
-0,015732
0,212
-0,105788
2
 xi  x  = 0,598605
 xi  x  yi  y   - 0,188046
 xi yi =144,255559
xi  x
0,417
0,283
0,129
-0,053
-0,276
-0,499
Получаем следующие значения коэффициентов уравнения регрессии
1 
 x  x  y  y    0,188046  0,314 ;
0,598605
 x  x 
i
i
2
i
0
x y  x

x
i
i
1
i
2
i

144,255559  0,314  372,897
 5,529 .
47 ,263
В итоге имеем линейное уравнение yi  5,529  0,314  xi ,
которое, после операции потенцирования, приводит к формуле
aD  e5 ,529D 0 ,314  252,77  D 0.314 .
(3.12)
На рисунке 3.12 построена кривая по формуле (3.12), по которой видно, что
теоретические значения функции дают несколько завышенные значения параметра a D в интервале значений от D  2000 . В крайних точках функция приводит к
значениям a D значительно меньшим опытных величин. Отметим, что в интервале
значений D  1600 до D  3500 полученная аппроксимация выражается практически прямой, также, как и экспериментальная кривая.
94
45
Параметр a D , км/ч
Аппроксимация
39
Эксперимент
33
27
21
15
1500
2100
2700
3300
3900
4500
Динамический фактор, Н/т
Рисунок 3.12 – Экспериментальная и теоретическая кривые зависимости
параметра a D от динамического фактора
Таким образом, формулу (3.8) с учетом значения коэффициента a D можно
переписать в следующем виде
vдв  аD  bD G  252,77 D 0 ,314  bD G .
(3.13)
Для коэффициентов bD , входящих в формулы (3.8) и (3.12) произведем аналогичную обработку, как и для свободного члена a D , используя частные значения
при изменении динамического фактора D .
Имеем следующие значения bD , табл. 3.4:
Также как и в предыдущем случае выразим зависимость bD D  в виде степенной функции
bD  e D 
0
1
(3.14)
Таблица 3.4 – Значения коэффициента bD при изменении динамического фактора
D
D , Н/т
bD D 
4000
0,375
3500
0,285
3000
0,292
2500
0,258
2000
0,25
1600
0,31
и приведем ее к линейному виду
95
y  0  1 xi ,
(3.15)
где y  ln bD ,  0 - показатель степени при основании натурального логарифма;
x1  ln D - независимая переменная; 1 - показатель степени при динамическом
факторе D .
Получим следующую таблицу исходных параметров уравнения регрессии,
таблица 3.5.
Таблица 3.5 – Исходные данные для вывода уравнения регрессии
xi ln D 
8,294
8,160
8,006
7,824
7,601
7,378
 xi  47,263
yi ln bD 
-0,981
-1,255
-1,231
-1,355
-1,386
-1,171
 yi  -7,379
x  7,877
 xi2  372,897
y  -1,230
xi  x  yi  y 
yi  y
0,249
0,103833
-0,025
-0,007075
-0,001
-0,000129
-0,125
0,006625
-0,156
0,0430,56
0,059
-0,029441
2
 xi  x  = 0,598605
 xi  x  yi  y   0,073813
 xi yi = -58,008744
xi  x
0,417
0,283
0,129
-0,053
-0,276
-0,499
Получаем следующие значения коэффициентов уравнения регрессии
1 
 x  x  y  y   0,073813  0,123 ;
0,598605
 x  x 
i
i
2
i
0
x y  x

x
i
i
1
i
2
i

 58,008744  0,123  372,897
 2,19 .
47 ,263
В итоге имеем линейное уравнение
yi  2,197  0,123  xi
которое, после операции потенцирования, приводит к формуле
bD  e 2 ,19 D 0 ,123  0,111  D 0 ,123 .
(3.16)
Формула скорости будет иметь вид
vдв  252,77 D 0 ,314  0,111D 0 ,123G
(3.17)
252,77  0,111  D 0.437G
vдв 
, км/ч.
D 0.314
(3.18)
или
96
Заданными величинами в формуле (3.18) являются масса перевозимого груза и рассчитанная величина динамического фактора, которая зависит от удельных
сопротивлений движению автосамосвала. Формула показывает, что с увеличением динамического фактора скорость движения автосамосвала снижается. Характер изменения скорости можно показать для случая постоянной массы груза G
при изменении фактора D , рисунок 3,13.
Скорость движения, км/ч
12
11,2
10,4
9,6
8,8
8
1500
1620
1740
1860
1980
2100
Динамический фактор, Н/т
Рисунок 3.13 – Изменение скорости движения при изменении
динамического фактора (удельных сопротивлений движению
автосамосвала)
График показывает, с увеличением удельных сопротивлений движению автосамосвала, а фактически динамического фактора скорость движения уменьшается, что подтверждается экспериментальными данными, рисунок 3.2 – 3.8.
3.1.3 Проверка значимости экспериментальных значений параметров и
оценка дисперсии ошибок
Оценка дисперсии ошибок наблюдений вычисляется с помощью суммы
квадратов ошибок Se
S e    yij  yi   0,0148
N
n
2
i 1 j 1
с числом степеней свободы  2  N ( n  1 )  8( 4  1 )  24 по формуле:
97
s2 
Se
S
0,0148
 e 
 0,0002 .
n 2 96
96
Оценка si  i  дисперсии:
2
s02 i   c11s 2 = 228,696·0,0002 = 0,0457;
s12 1  c22s 2 = 1,265·0,0002 = 0,0003;
s22  2   c33s 2  77,652  0,0002  0,0155 ;
s32 3   c44s 2  1,039  0,0002  0,0002 .
Расчетные критерии Стьюдента для коэффициентов:
t0 
0
16,232
=
 355 ;
s  0  0,0457
2
0
t1 
1
2,723

 9077 ;
s12 1  0,0003
t2 
2
6,171

 398 ;
2
s2  2  0,0155
t1 
3
0,550

 2750 ;
s  3  0,0002
2
3
Так как расчетные критерии Стьюдента больше заданного t кр = 2,776, (см.
таблицу15.3 работы [96] при
1  4 ), то коэффициенты значимы.
Факторная сумма квадратов отклонений средних значений y в каждом
опыте yi от общей средней y :
2
S xf  n  yi  y   26,8931 .
N
i 1
Факторная дисперсия:
Dxf 
Остаточная дисперсия:
S xf
N 1

26,8931
 3,8419 .
7
98
Dy 0 
Se
0,0148

 0,0006 .
N n  1 84  1
Расчетный критерий Фишера [96] для опровержения нулевой гипотезы:
F
Dxf
D y0
3,8419
 6403 .
0,0006

Так как расчетный критерий Фишера для опровержения нулевой гипотезы
больше табличного значения Fкр = 2,78 ( Р = 95%, степени свободы 1  4 ;
 2  24 , таблица 15.4 [96]) и выполняется условие (2.14), то влияние х –
параметров на отклик у является значимым и нулевая гипотеза о равенстве
групповых средних опровергается.
Дисперсия
адекватности,
характеризующая
рассеивание
данных
эксперимента yi вокруг аппроксимирующей зависимости:
D
1 N
 yi  y 2  0,0005 .

N 1 i
Дисперсия опыта:
Dy 
Dy 0
n

0,0006
 0,0002 .
4
Критерий Фишера, для проверки адекватности линейной модели:
F
Dya
Dy

0,0005
 2,5
0,0002
.
Так как расчетный критерий Фишера для проверки адекватности модели
меньше табличного значения Fкр  2,78 ( Р = 95%, степени свободы 1  4 ;
 2  24 , таблица15.4 [96]), то можно принять, что уравнение регрессии адекватно
характеризует изменение функции отклика от независимых параметров.
Итак, проверка значимости коэффициентов по критерию Стьюдента,
проверка однородности дисперсий и адекватности линейности модели по
критерию Фишера F показывают, что коэффициенты значимы, дисперсии
однородны, а линейная модель адекватна.
99
3.2 Автосамосвал БелАЗ-7555
Обобщенные опытные данные приведены в таблице 3.6.
Таблица 3.6 – Значения параметров по результатам промышленной эксплуатации
автосамосвала БелАЗ - 7555
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Перевозимая масса
Сила тяги,
Скорость движения,
груза, т
кН
км/ч
Удельные сопротивления 1200 Н/т
95
125
10
90
117
12
85
110
13
80
100
14
75
96
14,5
70
92
15
65
83
16
60
75
19
45
57
26
Удельные сопротивления 800 Н/т
95
70
20
90
67
21
85
60
22
80
58
23
75
55
24
70
50
26
65
48
28
Удельные сопротивления 1600 Н/т
95
150
10
90
135
12,5
85
125
13
80
115
13,5
75
105
14
70
95
14,5
65
90
15
60
80
17,1
55
70
19
50
63
21
95
185
7
90
175
7,5
85
163
8,5
80
150
10
75
140
11
70
137
12
100
Продолжение таблицы 3.6
№
п/п
33
34
35
36
Перевозимая масса
Сила тяги,
Скорость движения,
груза, т
кН
км/ч
Удельные сопротивления 1600 Н/т
65
125
13
60
118
13,5
Удельные сопротивления 2500 Н/т
95
230
5
90
220
5,8
37
39
40
41
42
85
75
70
65
60
35
36
37
38
39
40
41
42
95
90
85
80
75
70
65
60
43
44
45
46
47
48
49
50
95
90
85
80
75
70
65
60
51
52
53
54
55
56
57
58
95
90
85
80
75
70
65
60
210
180
169
158
145
Удельные сопротивления 3000 Н/т
275
262
250
232
220
208
187
175
Удельные сопротивления 3500 Н/т
325
308
290
270
252
235
220
200
Удельные сопротивления 4000 Н/т
362
350
330
312
290
270
250
230
6,6
7,5
8
9
10
3
4
5
5,6
6
7
7,5
8
2,5
3
3,5
4
5
5,5
6
6,5
1,7
2
2,5
3
3,5
4
5
5,5
101
Рисунок 3.14 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  4000 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555 )
Рисунок 3.15 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  3500 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
Рисунок 3.16 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  3000 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
102
Рисунок 3.17 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  2500 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
Рисунок 3.18 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  2000 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
Рисунок 3.19 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  1600 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
103
Рисунок 3.20 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  1200 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
Рисунок 3.21 – Зависимости силы тяги и скорости движения
автосамосвала от массы перевозимого груза
(опытные данные при D  800 Н/т, автосамосвал БелАЗ-7555)
3.2.1 Определение связи силы тяги, массы перевозимого груза и
динамического фактора
Используя приведенные опытные данные, как и в предыдущем случае, установим связь между массой перевозимого груза G и силой тяги F при изменении динамического фактора D для автосамосвала БелАЗ-7555, грузоподъемностью 55 т.
Из анализа кривой F G  на рисунке 3.14 можно увидеть, что для динамического фактора D  4000 Н/т сила тяги будет ориентировочно равна
F  3,771G  3,74 , кН
104
Для динамического фактора D  3500 Н/т, кривая Fк G  , рисунок 3.15, описывается линией Fк  k D G  3,571G  14,28 , кН.
3500
И так далее:
D  3000 Н/т - k D
 2,857 кН/т (рисунок 3.16);
D  2500 Н/т - k D
 2,428 кН/т (рисунок 3.17);
D  2000 Н/т - k D
 1,914 кН/т (рисунок 3.18);
D  1600 Н/т - k D
 1,93 кН/т (рисунок 3.19);
D  1200 Н/т - k D
 1,36 кН/т (рисунок 3.20).
3000
2500
2000
1600
1200
D  800 Н/т - k D  0,733 кН/т (рисунок 3.21).
800
С уменьшением динамического фактора D значения k D также уменьшаются. Для получения зависимости коэффициента k D от значения D для автосамосвала БелАЗ-7555 построим график k D D  , используя данные таблицы 3.6 и рассчитанные значения k D , таблица 3.7.
Таблица 3.7 – Значения динамического фактора D и коэффициента k D
D , Н/т
4000
3500
3000
2500
2000
1600
1200
800
k D D 
3,771
3,571
2,857
2,428
1,914
1,93
1,36
0,733
График k D D  для автосамосвала БелАЗ-7555 приведен на рисунке 3.22, на
котором показана линия аппроксимации функции k D D  , которая записывается
линейным уравнением
k D  0,00094D  0,001D .
(3.19)
Полученная формула (3.19) практически совпадает с формулой (3.3). Вероятно, что и для других типоразмеров автосамосвалов БелАЗ связь между силой
105
тяги, приложенной к колесам автомобиля будет определяться формулой (3.4) или
формулой (3.19), полученных по результатам опытной эксплуатации автосамосвалов БелАЗ -7540 и БелАЗ – 7555, в различных дорожных условиях карьера: при
изменении уклона дорог, дорожного покрытия, массы перевозимого груза и других факторов.
Коэффициент k D
4
3,2
2,4
1,6
Эксперимент
Аппроксимация
0,8
0
500
1500
2500
3500
4500
Динамический фактор, Н/т
Рисунок 3.22 - – Зависимость коэффициента k D от величины
динамического фактора D для автосамосвала БелАЗ-7555
Динамический фактор по формуле (2.29) зависит от удельных сопротивлений движению автосамосвала и в различных условиях имеет различные значения.
Общую формулу силы тяги в зависимости от динамического фактора для
любого типоразмера автосамосвала БелАЗ в диапазоне грузоподъемности от 30 до
55 т можно записать в виде следующего линейного уравнения
FБелАЗ  1  10 3 DG  F ,
(3.20)
где F - сила тяги при движении порожнего автосамосвала при заданном значении динамического фактора, кН.
Величина F  FБелАЗ , т.е. является величиной второго порядка малости в
сравнении с общей силой тяги, поэтому, для практических расчетов можно приять
F  0 , тогда формула (3.20) упрощается
FБелАЗ  1  103 DG ,
где D  f  wk  - динамический фактор, Н/т; G - масса груза, т.
(3.21)
106
Таким образом, формула (3.6), полученная для БелАЗ-7445, соответствует
формуле (3.21), полученной для БелАЗ-7555, следовательно, для любого другого
типоразмера автосамосвалов БелАЗ связь силы тяги, массы перевозимого груза и
динамическим фактором определяется формулой (3.21).
3.2.2 Скорость движения автосамосвала БелАЗ-7555
На базе имеющихся экспериментальных данных, установим эмпирическую
формулу, связывающую скорость движения автосамосвала БелАЗ-7555 и другие
параметры – массу перевозимого груза, силу тяги и динамический фактор. Используем метод, примененный при анализе параметров автосамосвала БелАЗ7445.
Кривые
скорости,
приведенные
на
рисунке
3.14
–
3.21
будем
аппроксимировать линейными функциями. В результате будем иметь следующие
линейные уравнения:
D  4000 - vдв  12,01  0,108G ;
D  3500 - vдв  13,35  0,114G ;
D  3000 - vдв  16,57  0,142G ;
D  2500 - vдв  18,57  0,142G ;
D  2000 - vдв  24,65  0,185G ;
D  1600 - vдв  32,23  0,244G ;
D  1200 - vдв  40,4  0,32G ;
D  800 - vдв  45,3  0,267G .
Данные равенства можно записать в виде общего уравнения (3.8)
vдв  аD  bD G ,
(3.23)
Произведем действия, аналогичные при обработке опытных данных для
автосамосвала БелАЗ-7445, в итоге для определения коэффициентов линейной
регрессии, получим следующую таблицу 3.8 исходных параметров
107
Таблица 3.8 – Исходные данные для вывода уравнения регрессии
xi ln D 
8,294
8,160
8,006
7,824
7,601
7,378
7,09
6,684
 xi  61,037
yi ln aD 
2,485
2,591
2,807
2,921
3,204
3,473
3,7
3,813
 yi  24,994
x  7,629
 xi2  467,841
y  3,124
xi  x  yi  y 
yi  y
-0,639
-0,424935
-0,533
-0,283023
-0,317
-0,119509
-0,203
-0,039585
0,08
-0,002240
0,349
-0,087599
0,576
-0,310464
0,689
-0,651105
2
 xi  x  = 2,151674
 xi  x  yi  y   - 1,91846
 xi yi =188,776386
xi  x
0,665
0,531
0,377
0,195
-0,028
-0,251
-0,539
-0,945
Получаем следующие значения коэффициентов уравнения регрессии
1 
 x  x  y  y    1,91846  0,891;
2,151674
 x  x 
i
i
2
i
0
x y  x

x
i
i
1
i
2
i

188,776386  0,891  467 ,841
 9,92 .
61,037
В итоге имеем следующее линейное уравнение
yi  9,92  0,891  xi ,
которое, после операции потенцирования, приводит к формуле
aD  e9 ,92 D 0 ,891  20460  D 0 ,891 .
(3.23)
На рисунке 3.12 построена кривая по формуле (3.23), по которой видно, что
теоретические значения функции, полученные по формуле (3.23) удовлетворительно согласуются со значениями a D , полученными в ходе обработки экспериментальных данных.
Второй коэффициент в формуле (3.8) для данного случая определим также
на основе линейного уравнения регрессии. Для этого используем формулу степенной зависимости коэффициента bD от динамического фактора
bD  e D  ,
0
1
которую приведем к линейному виду путем логарифмирования
(3.24)
108
ln bD  0  1 ln D
(3.25)
и, обозначив ln bD  y ; ln D  x , получим
yi  0  1 x1 ,
(3.26)
где yi - текущие значения логарифма коэффициентов при динамическом факторе
в уравнениях скорости; xi - логарифмы переменных значений динамического
фактора.
Рисунок 3.23 – Экспериментальная и теоретическая кривые зависимости
параметра a D от динамического фактора D в формуле скорости
для автосамосвала БелАЗ-7555
Выполнив операции логарифмирования и процедуру суммирования значений функции и независимых параметров, получим следующую таблицу для определения коэффициентов уравнения регрессии, таблица 3.9 (аналогично таблице
3.5). Продолжение таблицы 3.6
Таблица 3.9 – Исходные данные для вывода уравнения регрессии
xi ln D 
8,294
8,160
8,006
7,824
7,601
xi ln D 
7,378
7,09
6,684
 xi  61,037
yi ln bD 
-2,225
-2,171
-1,952
-1,952
-1,687
yi ln bD 
-1,41
-1,139
-1,32
 yi  13,856
xi  x
0,665
0,531
0,377
0,195
-0,028
xi  x
-0,251
-0,539
-0,945
xi  x  yi  y 
yi  y
-0,493
-0,327845
-0,439
-0,233109
-0,22
-0,082940
-0,22
-0,042900
0,045
-0,001260
xi  x  yi  y 
yi  y
0,322
-0,080822
0,593
-0,319627
0,412
-0,389340
2
 xi  x  = 2,151671
109
Продолжение таблицы 3.9
xi ln D 
x  7,629
x
2
i
yi ln bD 
y  -1,732
xi  x  yi  y 
yi  y
 xi  x  yi  y   -1,477843
 xi yi = -107,194
xi  x
 467,841
Получаем следующие значения коэффициентов уравнения регрессии
 x  x  y  y    1,477843  0,687 ;
2,151671
 x  x 
b1 
i
i
2
i
b0 
x y  x
x
i
i
1
i
2
i

 107 ,194  0,687  467 ,841
 3,734 .
61,037
В итоге имеем следующее линейное уравнение yi  3,734  0,687  xi ,
которое, после операции потенцирования, приводит к формуле
bD  e3,734D 0 ,687  41  D 0 ,687 .
(3.27)
В итоге формулу скорости можно записать в следующем виде
vдв  20460D 0 ,891  41D 0 ,687G
(3.28)
или
vдв 
20460
41
1
20460  41D 0.204G
0204



G

v

20460

41
D
G

,
дв
D 0 ,891 D 0.687
D 0 ,891
D 0 ,891
т.е.
20460  41D 0.204G
vдв 
, км/ч.
D 0 ,891
(3.29)
В дроби (3.29) – функция силы тяги автосамосвала от независимых параметров, кН; в знаменателе – степенная функция динамического фактора, Н/т.
3.3 Выводы к главе 3
1. Анализ экспериментальных данных показывает, что скорость движения
автосамосвала является сложным комплексным параметром, зависящим от массы
перевозимого груза, возникающей силы тяги автосамосвала и динамического фактора, определяемого удельными путевыми сопротивлениями.
2. На основе экспериментальных данных, полученные в разные годы на различных карьерах и разрезах для каждой величины динамического фактора, а фак-
110
тически удельных сопротивлений движению, были установлены значения рассчитанной силы тяги, скорости движения и массы транспортируемого груза. Были
обоснованы расчетные формулы скорости движения карьерного автосамосвала
как функции динамического фактора и массы перевозимого груза.
3. Была разработана общая формула скорости позволяющая найти оптимальные значения скоростного режима для любого автосамосвала при заданных
параметрах трассы. На базе общей формулы и анализа статистических данных
были получены формулы расчета скорости через динамический фактор для двух
моделей автосамосвалов. Так как динамический фактор отражает все сопротивления, которые необходимо преодолеть самосвалу на конкретном участке трассы,
можно считать что данная формула позволяет получить оптимальное значение
скорости для данного автоамосвала при известных параметрах трассы.
4. Анализ опытных данных показывает, что с увеличением массы транспортируемого груза и ростом динамического фактора, а фактически удельных сопротивлений движению автосамосвала, скорость движения уменьшается, а сила тяги
увеличивается. Так при максимальной величине перевозимого груза – 30 т скорость движения имеет наименьшее значение при всех возможных удельных сопротивлениях. Наибольшая величина скорости движения наблюдается при движении порожнего автосамосвала, когда сопротивления движению и сила тяги
имеют наименьшее значение.
111
ГЛАВА 4 МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА КАРЬЕРОНОГО
АВТОСАМОСВАЛА
4.1 Исходные параметры оптимизационной модели
Проектные и эксплуатационные параметры автосамосвалов, дробилок и
экскаваторов приведены в таблице 4.1 и таблице 4.2.
Таблица 4.1 – Характеристики двигателя автосамосвала Белаз-7540
Параметры
Марка двигателя
Значения
ЯМЗ-240ПМ2
Номинальная мощность
309 кВт
Максимальный крутящий момент
1491 Н·м
Число цилиндров
6
Объем цилиндров
19 л
Удельный расход топлива при номинальной
мощности
Трансмиссия
228 г/(кВт·ч)
Гидромеханическая
Максимальная скорость с грузом
60 км/ч
Таблица 4.2 – Характеристики грузоподъемности автосамосвала
Параметры
Масса автосамосвала
Масса самосвала с грузом
Значения
22,6 т
52,6 т
Масса груза
30 т
Радиус колес
0,812 м
Фронтальная площадь
15,408 м2
112
Таблица 4.3 – Характеристики карьера и горного оборудования
Параметры
Значения
Увеличение глубины разработки
Тип карьера
Расстояние от дробилки до экскаватора:
- минимальное
1 км
- максимальное
2 км
Уклон дорог
1:7
Добываемый материал
Известняк
Плотность материала
1550 кг/м3
Вместимость кузова самосвала
30 т
Производительность экскаватора
1200 т/ч
Общее число дробилок
2
Производительность дробилок
1400 т/ч
Выбираем экскаваторно-автомобильный комплекс в соответствии с годовой
производительностью карьера.
Экскаватор ЭКГ-10.
Рисунок – 4.1 экскаваторно-автомобильный комплекс
А. Расчет сил сопротивления движению автосамосвала БелАЗ-7440
Таблица 4.4 Параметры трассы
Длина участка
Участок 1
500
Участок 2
400
Уклон
0
7
Радиус кривизны
0
50
113
4.2 Расчет оптимальной скорости движения через динамический фактор
Рассмотрим каждый из участков в отдельности. Для данных условий определим динамический фактор автосамосвала. По полученной ранее формуле рассчитаем оптимальную скорость движения в установившемся режиме
Участок 1: длина участка 500 м, забойная дорога, покрытие – рыхлая порода, основное сопротивление – 800 Н/т.
Сопротивления груженого автосамосвала:
WГр1  W0 Гр1  WВГр1  WiГГ1  W jГГ1  WRГГ1 ,
(4.1)
W0 Гр1  0 q  qавт   80030  22,6  42080 Н = 42,08 кН.
WВГр1   обт. S лп
V
а
 VB 
Н,
3,6 2
2
(4.2)
где WВГр1  сила сопротивления ветровой нагрузки, Н;  обт  коэффициент обтекания поверхности автосамосвала (изменяется от 5,5 до 7); S лп - площадь лобовой
поверхности автосамосвала, м2; Va - средняя скорость движения автосамосвала,
км/ч; VB - скорость ветра, км/ч.
Рассчитаем скорость движения по горизонтальному участку из формулы в
грузовом направлении
Va . Гр 
3600  N дв
3600  309
омтр 
0,9  0,7 = 17 км/ч.
0 М
800  22,6  30
Сопротивление от ветровой нагрузки по формуле (3.2) будет равно
17  36
 6  30
2
WВГр1
3,6 2
 37555 Н = 37,5 кН.
Сила сопротивления от уклона дороги на этом участке (уклон дороги равен
0) будет равен
WiГГ1  g  i  M  0 .
Сопротивления инерции вращающихся масс:
W jГГ  1000М 1   ц а  100022,6  301  1,01  0,04  53126 Н = 2,4 кН,
(4.3)
114
где  ц  коэффициент инерции вращающихся масс (для гидромеханической
трансмиссии  ц  0,01  1,03 ); а - ускорение автосамосвала на участке 1, м/с2.
Va21  Vа20
17 2  0
агр1 
 2
 0,04 .
3,6 2 l1
3,6  500
Сопротивления на криволинейных участках дороги
WRГГ1  300
200  R
q  qавт  ,
200
или, при больших радиусах кривизны дороги
WRГГ1  0,05  0,08WiГГ1  WRГГ1  0 .
Общее сопротивление движению автосамосвала с грузом на первом участке
карьерной автодороги по формуле (3.1)
Wгр1  42,8  37,5  0  2,4  0  82,7 кН.
(4.4)
Динамический фактор на участке 1:
2,4  103
Dгр1  0 гр1   jгг 1  800 
 845,6 Н/т
52,6
252,77  0,111  D 0.437G
D 0.314
252,77  0,111  845,6 0 ,43752,6
vгр1 
 17 ,7 км
845,6 0 ,314
vдв 
Сила тяги
Fк 01  W0 Гр1  W jГГ01  M 0 гр1   j 01   52,6800  2,4  42,2 кН
Fк  0,001  845,6  52,6  44,47 .
Ошибка составляет:
Относительные погрешности значений силы тяги на этом участке трассы
можно рассчитать по формулам: Средние по всем экспериментам относительные
погрешности равны:
n
изм  расч
i 1
расч“

1 
n
расч“  изм
i 1
 расч

 100  2,9%,
2 
n
n
Среднеквадратичное отклонение от среднего
 100  2,5% .
115
 
n
s
 расч“ 
2
изм
 2,27 кН/кН.
n 1
Таким образом, видим, что полученные расчетные
i 1
формулы скорости
движения автосамосвала вполне удовлетворительно отвечают действительным
скоростям, определенным из классического расчета.
Движение в порожняковом направлении на участке 1:
WПр1  W0 Пр1  WВПр1  WiПП1  W jПП1  WRПП1 ;
W0 Пр1  0  М а  960  22,6  21696 Н = 21,7 кН.
WВПр1   обт. S лп
Va .Пр 
V
а
 VB 
,
3,6 2
2
3600  N дв
3600  309
омтр 
0,9  0,7 = 32,3 км/ч.
0 М
960  22,6
32,3  36
 6  30
2
WВПр1
3,6 2
 0.
WiПП  g  i  M  0 .
W jПП  1000M a 1   w a   1000  22,6  1,01  0,16  3652 Н = -3,65 кН
апор1 
Vai2  Va2i 1
3,6 2 l1

32,32
 0,16 м/с.
3,6 2  500
WRПП1  0 .
W
Пр1
 21,7  0  0  3,65  0  18,05 кН.
Динамический фактор на участке 1 при движении в порожнем направлении
3,65  103
DПр1  0 Пр1   jПП1  960 
 798,5 кН/т.
22,6
252,77  0,111  798,50 ,43722,6
vгр1 
 25,3 км.
798,50 ,314
Сила тяги
FкПр1  M а 0 Пр1   j 0 Пр1   22,6  960  3,65  21,6 кН
Fк  0,001  798,5  22,6  18,04 кН.
116
Относительные погрешности значений силы тяги при движении автосамосвала в порожняковом направлении на этом участке трассы составляют:
n
изм  расч
i 1
расч“

1 
расч“  изм
i 1
 расч

 100  8,2%,
n
n
2 
n
 100  8,24% ,
т.е. ошибка относительно среднего значения силы тяги составляет   8,2 %, что
с достаточной для практики точностью, соответствует фактическим значениям.
Для рассмотренного участка дорожной трассы карьера получим, что скорость движения автосамосвала с грузом составляет v Гр 0   17 ,7 км/ч, а в обратном
(порожняковом) направлении v Пр 0   25,3 км/ч.
Дальнейший расчет выполним, используя полученные экспериментальные
зависимости силы тяги и скорости движения автосамосвала как функций динамического фактора и массы перевозимого груза, в соответствии с формулами (3.4) и
(3.14).
Участок 2: протяженность участка – 400 м; уклон - 7‰; откаточная дорога с
щебеночным покрытием – основное сопротивление 0 = 350 Н/т.
Суммарное сопротивление движению автосамосвала в грузовом и порожняковом направлениях:
WГр 2  W0 Гр 2  WВГр 2  WiГГ2  W jГГ2  WRГГ2 .
W0 Гр 2  0 Гр 2 М  350  52,6  18410 Н = 18,41 кН.
31,8  36
 6  30
2
WВГр 2
VaГГ2 
3,6 2
 63845 Н = 63,845 кН.
3600  309
0,9  0,7  31,8 км/ч.
350  9,81  7  52,6
WiГГ2  g  i  M  9,81  7  52,6  3612 Н = 3,61 кН.
W jГГ2  1000  М 1  1,01  а  1000  52,6  1,01  0,1  5312 Н = 5,31 кН
a Гр 2 
2
2
VaГГ
2  VaГГ1
3,6 2 l2
31,82  25,32

 0,1 м/с2.
2
3,6  400
117
WRГГ2  300
200  50
52,6  11835 Н = 11,83 кН.
200
WГр 2  18,41  63,84  3,61  5,31  11,83  103 кН.
Динамический фактор на участке 2:
DГр 2  0 Гр 2  g  i   jГГ2  RГГ2  350  9,81  7  101  225  745 Н/т.
Скорость движения в грузовом направлении на участке 2
vгр1
252,77  0,111  7450 ,43752,6

 18,5 км.
7450 ,314
Рассмотрим движение в порожнем направлении:
W0 пор  wпор  М  400  22,6  9,04 кН,
Wi  1000  22,6 1,01 0,1  2,26 кН
Динамический фактор на участке 2 при движении в порожнем направлении:
D  400  9,81 
2260
 225  456 Н/т
22,6
Значение рациональной скорости движения при движении на участке 2 в
порожнем направлении, по формуле (3.18):
v2 
252,77  0,111  4560 ,43722,6
 31,6 км/ч.
4560 ,314
Для рассматриваемого участка дорожной трассы карьера получим, что скорость движения автосамосвала с грузом составляет 18,5 км/ч, а в обратном (порожняковом) направлении 31,6 км/ч.
Сводные данные расчетных параметров приведены в таблице 4.5
Таблица 4.5 - Параметры автосамосвалов на различных участках трассы
Участок
Динамический фактор,
кН/т
Скорость движения, км/ч
Сила тяги, кН
Грузовое направление
1
845,6
17
42,2
2
798
25,3
46,3
118
Продолжение таблицы 4.5
Участок
Динамический фактор,
кН/т
Скорость движения, км/ч
Сила тяги, кН
Порожняковое направление
1
745
18,5
21,6
2
456
31,6
23,7
4.3 Эксплуатационный расчёт автотранспорта
В качестве примера рассмотрим карьер суммарной производительностью 5
млн. тонн в год. Для того чтобы определить необходимое количество автосамосвалов нам нужно рассчитать время которое будет затрачено на погрузку, выгрузку, движение в порожнем и груженом направлении, а также на маневровые операции.
Расчет времени погрузки при совместной работе с экскаватором ЭКГ-10:
tп 
30  0,47
 0,019 ч.
0,9 10 1,8  0,75
Время движения в порожнем и груженом направлениях
t Гр 
t Пор 
0,5 0,4

 0,05 ч,
17 18,5
0,5 0,4

 0,029 ч.
25,3 31,6
Общее время цикла движения карьерного автосамосвала
tц  0,019  0,050  0,029  0,015  0,028  0,141 ч.
Частота обращения автосамосвалов
  tц1 
1
 7 ,09 ч-1.
0,141
Производительность одного автосамосвала в смену
q  30  7,09  8  1701 т/смена.
Плановая сменная производительность карьера
119
 
Qкарьер
5000000 1,1
 6010 т/смена
305  3
Рабочий парк автосамосвалов
N раб  1,2 
6010
 5 шт.
1701
Следовательно, для обеспечения требуемой производительности карьера
необходимо использование минимум 5 автосамосвалов Белаз 7540.
4.4 Оптимизация расхода топлива автосамосвала
Так как динамический фактор учитывает силу тяги минимально необходимую для преодоления всех сопротивлений движению, можно считать, что каждому значению динамического фактора соответствует свое значение скорости движения, причем это значение будет оптимальным. Следовательно, при движении с
этой скоростью функция удельного расхода топлива будет принимать минимальное значение при известной производительности погрузочных пунктов.
В общем виде расход Gm топлива определяется расходуемой мощностью,
теплотворной способностью дизельного топлива и эффективным КПД дизельного
двигателя автосамосвала
Gm 
P
кг/с,
e Qнр
(4.5)
где Р - мощность, развиваемая двигателем автосамосвала при движении со скоростью порожнякового или грузового режимов работы, кВт; Qнр - теплотворная
способность дизельного топлива, кДж/кг; е - эффективный КПД дизельного двигателя.
Затрачиваемая мощность двигателя на каждом из участков трассы в грузовом и порожняковом направлениях будет равна
Р1  4,72  42,2  199 кВт,
Р2  7,02  46,3  325 кВт,
120
Р3  5,13  21,6  110 кВт,
Р4  8,77  23,7  207 кВт.
Определим расход топлива в груженом и порожнем направлениях:
Gт1 
199
 0,0098 кг/с = 35,5 кг/ч;
0,45  44800
Gт 2 
325
 0,016 кг/с = 58 кг/ч;
0,45  44800
Gт3 
110
 0,0054 кг/с = 19,6 кг/ч;
0,45  44800
Gт 4 
207
 0,0102 кг/с = 36,9 кг/ч;
0,45  44800
а общий расход топлива за цикл работы автосамосвала при движении от пункта
загрузки (экскаватора) до пункта разгрузки (приемный терминал), будет равен
сумме расходов топлива, т.е.
Gт .ц  Gт .гр  Gт .пор 
Р
пор
 Ргр 
е Qтр
=0,0414 кг/с.
(4.6)
Gij  Gт ,порtij  Gт ,грt ji  Gт ,хх t погр, разгр  tож  =
=0,0098∙0,029+0,016∙0,02+0,0054∙0,016+0,0102∙0,029+
+0,0036∙(0,19+0,015+0,028)=36,9∙0,029+580,02+
+19,64∙0,016+36,9∙0,013+1,26∙0,233 = 5,64 кг
(4.7)
где Gт ,.xx - удельный расход топлива холостого хода, tпогр, разгр - время на загрузку и
разгрузку кузова автосамосвала, tож - время на ожидание.
При оптимизации параметров необходимо принять
tож  0 .
Теоретическая производительность транспортных операций рассчитывается
за время транспортного цикла и максимальной вместимости кузова автосамосвала.
Теоретическая производительность автосамосвала будет равна
121
qт.см  Gгр ,=212,7 т/ч.
(4.8)
Часовой удельный расход топлива автосамосвала будет равен
e
Gij 
qт ..см

5,64  7 ,09
= 0,188 кг/т.
212,7
(4.9)
Общая длина трассы в грузовом и порожняковом направлениях равна
Lтр  0,9 км. Следовательно, на 100 км трассы, расход топлива составит
Е
е
0,188
100 
100  20,9 кг/(100 т·км).
Lтр
0,9
122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе работ были получены следующие результаты:
1. Проанализированы энергетические показателей карьерного автотранспорта при транспортировании горной массы по карьерным трассам различной
протяженности и продольных уклонов.
2. Проанализированы существующие методы расчета удельного расхода дизельного топлива при транспортировании горной массы автосамосвалами по
карьерным трассам.
3. Получена формула расчета эффективной мощности дизельного двигателя
карьерного автосамосвала учитывающая как конструктивные параметры автосамосвала, так и термодинамические характеристики.
4. Разработана математическая модель для определения рациональной скорости движения карьерного самосвала по трассам различной протяженности и
продольных уклонов при наименьших затратах дизельного топлива и удельной
энергоемкости процесса транспортирования на основе расчета значений динамического фактора автосамосвала для конкретных условий на каждом участке трассы.
5. На основе регрессионного анализа получены зависимости скорости движения от динамического фактора и массы перевозимого груза для двух самых популярных моделей автосамосвалов: Белаз 7540 и Белаз 7555.
6. Разработка алгоритма расчета по определению рациональной скорости
движения карьерного автосамосвала при минимуме расхода дизельного топлива
по карьерным трассам различной геометрии.
123
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Аксёнов, П.В. Состояние и проблемы развития АТС особо большой
грузоподъёмности / П.В. Аксёнов, Б.Н. Белоусов // Автомобильная промышленность. – 1996. – №3. – С. 48– 50.
2.
Александров, В.И. Оптимизация удельного расхода топлива карьер-
ных автосамосвалов, на основе геотехнологических условий / В.И. Александров,
С.Р. Кузнецов // Естественные и технические науки. – 2013. – №6(68). – С. 250 –
255.
3.
Алещенко, К.И. Учебно-методическое пособие к тяговому расчету и
расчету топливной экономичности автомобиля / К.И. Алещенко, А.В. Грибков,
А.К. Тараканов; Часть 2., Справочные материалы. – Саратов: СПИ. 1972. – 118 с.
4.
Алушкин, Т.Е. К анализу методик расчета расхода топлива дизелями
наземных транспортных средств в условиях карьера / Т.Е. Алушкин, И.В. Богданов // – Материалы 56-й научно-технической конференции студентов и молодых
ученых – Томск: Изд-во Том. гос. архит – строит. ун-та. 2010. – 390 с. – ISBN 978
– 5 – 93057 – 373-2 – С. 259 – 263.
5.
Альтшулер, В.М. Оптимизация срока службы карьерных автосамосва-
лов / В.М. Альтшулер, А.В. Биденко, А.Н. Казарез // Промышленный транспорт. –
1974. – №10. – С. 12– 14.
6.
Анискин, Л.Г. Оценка топливной экономичности при неустановив-
шихся режимах движения / Л.Г. Анискин, К.В. Патрушев // Тр. Челябинского политехнического ин-та. – Челябинск. 1969. – С.29– 42.
7.
Анистратов, Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ
Учебник для Вузов / Ю.И. Анистратов. – М.: Недра, 1995. – 350 с.
8.
Арсентьев, А.И. Определение главных параметров карьера / А.И. Ар-
сентьев, О.В. Шпанский, Г.П. Константинов, В.Л. Бложе. – Недра, 1976. – 213 с.
9.
Астафьев,
Ю.П.
Планирование
и
организация
погрузочно-
транспортных работ на карьерах / Ю.П. Астафьев, Г.К. Полищук, Н.И. Горлов. –
М.: Недра, 1986. – 168 с.
124
10.
Бабков, В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения: учебник
для ВУЗов / В.Ф. Бабков. – М.: Транспорт. – 1993. – 271 с.
11.
Биденко, А.В. Исследование условий эффективной эксплуатации
большегрузных автосамосвалов на угольных разрезах: автореф. дис. … канд.
тех.наук. / А.В. Биденко. – М.: 1980.
12.
Бриллинг, Н.Р. Исследование рабочего процесса и теплопередачи в
двигателе / Н.Р. Бриллинг. – Дизель. – 1931.
13.
Васильев, М.В. Транспортные процессы и оборудование на карьерах /
М.В. Васильев. – М.: Недра, 1986. – 239 с.
14.
Васильев М.В. Автосамосвалы особо большой грузоподъемности и их
эксплуатация на зарубежных карьерах / М.В. Васильев, Ф.И. Вереса // Горный
журнал. – 1977. - №8. – С. 69–73.
15.
Васильев, М.В. Методика нормирования и планирования производи-
тельности карьерных автосамосвалов / М.В. Васильев, В.П. Смирнов, Ю.В. Стенин, и др. // Тр. ИГД МЧМ СССР, 1987. – 40 с.
16.
Васильев М.В, Транспорт рудных карьеров / М.В. Васильев, Б.В. Фа-
деев, С.Л. Фесенко, и др. – Свердловск, 1968. – 356 с.
17.
Васильев М.В. Научные основы проектирования карьерного транс-
порта / В.Л. Яковлев. – М.: Наука, 1972. – 199 с.
18.
Ворошилов, Г. А. Тенденции и перспективы применения карьерного
автотранспорта на горнодобывающих предприятиях Уральского региона / Г.А.
Ворошилов // Материалы науч.-практ. конф. «Карьерный транспорт 2002 г.». Жодино: ПО «БелАЗ», 2002. – С. 50–52.
19.
Высоцкий, М.С. Топливная экономичность автомобилей и автопоез-
дов / М.С. Высоцкий, Ю.Ю. Беленький, В.В. Москвин. – М.: Наука и техника,
1984. – 208 с.
20.
Галкин, В.А. Исследование коммуникаций для автомобильного транс-
порта вскрышных пород на карьерах цветной металлургии: дис. ... канд. тех. наук.
/ В.А. Галкин. – Свердловск, 1979 – 154 с.
125
21.
Глебов, А.В. Анализ характеристик современного большегрузного ав-
тотранспорта / А.В. Глебов // Известия УГГГА., Вып. 11, Серия: Горное дело. –
Екатеринбург, 2000. С. 139–143.
22.
Голубев, В.А. Пути экономии энергетических ресурсов при эксплуа-
тации горно-транспортного оборудования карьеров / В.А. Голубев, А.И. Лотов //
тр. – Свердловск: ИГД МЧМ СССР. №86. – С. 86–90.
23.
Гончаров, С.А, Пути снижения энергозатрат при разработке железо-
рудных месторождений / С.А. Гончаров, Ф.И. Клюка // Горный журнал. – 1999. –
№ 7. – С.4.
24.
Гриневецкий, В.И. Тепловой расчет рабочего процесса двигателей
внутреннего сгорания / В.И. Гриневецкий. - М.: Типо-лит. т-ва И.Н. Кушнерев и
К, 1907, - 26 с.
25.
Гришкевт, А.И. Автомобили: машины большой единичной мощности:
учебное пособие / А.И. Гришкевт, М.С. Высоцкий. – Минск: Высш. Шк. 1988. –
С.160.
26.
Гуго Гильднер. Двигатели внутреннего сгорания, их конструкция, ра-
бота, проектирование / Авторизованный перевод преп. Имп. Моск. техн. уч-ща и
инж. - мех. Б.М. Ошуркова Москва: типолит. т-ва И.Н. Кушнерев и К, 1916.
27.
Дадонов М.В. К обоснованию оптимальных режимов движения карь-
ерного автотранспорта. Молодые ученые Кузбасса: Межвуз. сб. науч. тр. / Редкол.
М.В. Дадонов А.С. Ташкинов (отв. ред.) и др.: Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово,
1998. – с. 50–53.
28.
Дадонов М.В. Повышение эффективности карьерного автомобильного
транспорта методами и средствами оперативного управления: дис. … канд. тех.
наук. / М.В. Дадонов. – Кемерово, 1999, – 189 с.
29.
Данилов В.И. Исследование и оптимизация скоростных режимов
движения в заданных дорожных условиях: дис. … канд. тех. наук. / В.И. Данилов.
– Харьков, 1977. – 160 с.
30.
Довженок A.C. Повышение эффективности карьерного автомобильно-
го транспорта совершенствованием параметров его подсистем с использованием
126
энергетического критерия: автореф. дис. … канд. тех. наук. / А.С. Довженок. –
СПб., 1992. – 20 с.
31.
Еремеев, В.И. Скорость движения автосамосвалов по карьерным до-
рогам / В.И. Еремеев, В.В. Забелин, В.В. Шурыгин, // Горный журнал. – 1995. –
№4. – С. 51–52.
32.
Журавлев, А.Г. Технические и технологические аспекты применения
карьерных автосамосвалов с комбинированной энергосиловой установкой / А.Г.
Журавлёв, Проблемы недропользования Материалы I молодежной научнопрактической конференции (14 февраля 2007 г, г Екатеринбург). – Екатеринбург
УрО РАН, 2007 – С 135–148.
33.
Зырянов, В.В. Анализ скоростных режимов движения автосамосвалов
особо большой грузоподъемности на карьерных дорогах / В.В. Зырянов, М.В. Дадонов // Сб. науч. трудов «Обеспечение качества автомобильных дорог в условиях
Сибири»; под ред. канд. техн. наук О.П. Афиногенова. – Кемерово КузГТУ, 1997.
– С. 15–18.
34.
Зырянов, И.В. Алгоритм управления скоростным режимом карьерных
автосамосвалов при низких температурах / И.В. Зырянов // Колыма, 1997. – №1. –
С. 55–57.
35.
Зырянов, К.В. Проблемы технологического автотранспорта и пути их
решения на глубоких кемберлитовых карьерах Якутии. Комплексная разработка
рудных месторождений мощными глубокими карьерами / К.В. Зырянов // (Мельниковские чтения) Материалы Международного совещания. – Апатиты, 23-26
июня 1993 г. – Апатиты. 1995. – С117-П8.
36.
Капустин, Ю.И. Трансмиссии автомобилей. Конструирование и рас-
чет: учебное пособие / Ю.И. Капустин. – Брежнев, КамПИ, 1986. – 58 с.
37.
Круглов, В.В. Нечёткая логика и искусственные нейронные сети:
учебное пособие / В.В. Круглов, М.И. Дли, Р.Ю. Голунов. – М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. – 224 с.
127
38.
Ксендзов, В.Н. Прогнозирование нагруженности и надёжности транс-
миссий машин / В.Н. Ксендзов, Н.Л. Островерхое В.Н. Стукачев. – Минск: Наука
и техника, 1987.
39.
Кузнецов, С.Р.
Параметры,
определяющие
энергоэффективность
карьерных автосамосвалов / С.Р. Кузнецов. // Естественные и технические науки.
– 2012. – №2(58). – С. 255-258.
40.
Кулешов, A.A. Проектирование и эксплуатации карьерного авто-
транспорта: справочник часть 2. / А.А. Кулешов. – Санкт-Петербург, 1995. – 203 с.
41.
Кулешов, А.А. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы
карьеров / А.А. Кулешов. – М.: Недра, 1982. – 167 с.
42.
Кулешов, А.А. Выбор оптимальной типажной структуры экскаватор-
но-автомобильного комплекса для условий конкретного карьера: учебное пособие. / А.А. Кулешов. – Л.: изд. ЛГИ, 1989. – 70 с.
43.
Кулешов, А.А. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электроме-
ханической трансмиссией / А.А. Кулешов, А.Н. Казарез. – М.:Недра, 1988. – 264с.
44.
Кулешов, А.А. Расчёт железнодорожного и автомобильного карьерно-
го транспорта с помощью ЭВМ: учебное пособие / А.А. Кулешов, С.Н. Резников –
Л.: изд. ЛГИ, 1986. – 45 с.
45.
Кулешов, А.А. Результаты исследования топливной экономичности
автосамосвалов БелАЗ-549 на карьерах цветной металлургии / АА. Кулешов, О.Д.
Серебренников. – Цветная металлургия, 1981. – №18.
46.
Левчик, А.П. Установление экономической эффективности карьерных
большегрузных автосамосвалов: науч. сообщ. / А.П. Левчик, В.И. Белозёров, З.Н.
Бутко. – ИГД им. А.А. Скочинского, 1986. – Вып.245. – С.46–52.
47.
Лель, Ю.И. Исследование эксплуатации автосамосвалов различной
грузоподъемности при доработке Карагайского карьера / Ю.И. Лель Ю.Б. Мещерягин, Е.Ю. Ребрин // Известия Уральского горного института. Сер.: Горное дело.
– 1993. – Вып.З. – С.22–29.
48.
Лурье, М.И. Скоростные качества и топливная экономичность авто-
мобиля / М.И. Лурье, А.А. Токарев. – М.: Машиностроение, 1967. – 164 с.
128
49.
Любимов, В.Н. Рационализация технологических параметров эксплуа-
тации карьерного автотранспорта при разработке сложно-структурных угольных
месторождений: дис. ... канд. тех. наук. / В.Н. Любимов. – Москва,1991. – 142 с.
50.
Мадиев М.М. Обоснование рациональных параметров эксплуатации
технологического автотранспорта на карьерах автотранспорта фосфоритовых месторождений: дис .... канд. тех. наук. / М.М. Мадиев. – Свердловск, 1984. – 148 с.
51.
Максимов А.В. Повышение эффективности использования сменного
карьерного автопарка: дис .... канд. тех. наук. / А.В. Максимов. – Кривой Рог,
1986. – 139 с.
52.
Манусов, В.З. Сравнение алгоритмов регулирования, основанных на
четкой логике и нечеткой логике на примере работы электротехнической установки / В.З. Манусов, A.B. Мятеж // Энергетика: экология, надежность, безопасность.
Материалы докладов XIII Всероссийской научно-технической конференции. –
Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – С.47–50.
53.
Медведев, С.В. Нормирование расхода топлива для карьерных авто-
самосвалов / С.В. Медведев, Н.Л.Медведева // Автомобильная промышленность,
1996. – №4.
54.
Медников, Н.Н. Моделирование процессов и технологии открытых
горных разработок: учебное пособие / Н.Н. Медников – М.: изд. МГИ, 1987. – 79
с.
55.
Методика оценки энергоэффективности газотранспортных объектов и
систем. / СТО Газпром 2-3.5-113-2007. С.118.
56.
Михайлов, В.А. Транспортные машины рудных карьеров / В.А. Ми-
хайлов. – Киев: Донецк: Вища школа. Головное изд-во, 1985. – 183 с.
57.
Мятеж А.В. Регулирование напряжения в системах электроснабжения
с использованием нечеткой логики: дис. ...канд. тех. наук: 05.14.02/ А.В. Мятеж. –
Новосибирск, 2008. – 223с.
58.
Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача / В.В.
Нащокин. – Москва «Высшая школа», 1980. – 469 с.
129
59.
Нечипоренко, А.Г. Исследование работоспособности крупногабарит-
ных шин / А.Г. Нечипоренко, Л.Б. Никитина, Е.А. Хоменя // Промышленный
транспорт. – 1988. – №10. – С. 11–12.
60.
Новожилов, М.Г. Экономико-математическое моделирование пара-
метров карьеров / М.Г. Новожилов. – М.: Недра, 1971. – 200 с.
61.
Павлов, В.В. Тягово-скоростные свойства транспортных машин. Тео-
рия и расчет: учебное пособие / В.В. Павлов. – М.: МАДИ, 1991. – 119 с.
62.
Потапов, М.Г. Перспективы создания большегрузных карьерных авто-
самосвалов / М.Г. Потапов, В.И. Белозеров, А.П. Левчик // Обзорная информация
ЦНИИ экономики и научно-технической информации угольной промышленности.
– М.: 1986. – Вып. 12. – 44 с.
63.
Пупков, К.А. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного
управления / К.А. Пупков; под ред. Н.Д. Егупова; издание 2-ое, стереотипное. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 744 с.
64.
Ребрин, Е.Ю. Моделирование режимов работы карьерного автотранс-
порта: дис. …. канд. тех. наук. / Е.Ю. Ребрин. – Екатеринбург, 1995. – 220 с.
65.
Ренгевич, А.А. Расчет карьерного автомобильного транспорта / А.А.
Ренгевич. – Днепропетровск: ДГИ, 1979. – 64 с.
66.
Ржевский, В.В. Научные основы проектирования карьеров / В.В.
Ржевский. – М.: Недра, 1977. – 598 с.
67.
Ржевский, В.В. Открытые горные работы. Часть 1. Производственные
процессы: учебник для ВУЗов / В.В. Ржевский. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.:
Недра, 1985. – 509 с.
68.
Сидоренко В. Н. Повышение эффективности эксплуатации глубоких
карьеров с автомобильным транспортом формированием зон концентрации горных работ: автореф. дис. ... канд. тех. наук. / В. Н. Сидоренко. – Магнитогорск,
1987. – 20 с.
69.
Сильянов, В.В. Расчеты скоростей движения на автомобильных доро-
гах / В.В. Сильянов и др. – МАДИ. М.: 1978, – 115 с.
130
70.
Сироткин, З.Л. Транспортирование горной массы троллейвозами / З.Л.
Сироткин, и др. // Горный журнал. – 1992. – №3. – С. 27.
71.
Сисин, А. Г. Основные резервы экономии дизельного топлива на
карьерном транспорте / А. Г. Сисин, Ю. Г. Лукин // Разработка рациональных
технологий добычи руд цветных металлов: сб. науч. тр. – Свердловск: Ин-т Унипромедь, 1988. – С. 39–45.
72.
Смирнов, В.П. Теория карьерного большегрузного автотранспорта /
В.П. Смирнов, Ю. И. Лель. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2002. – 355 с.
73.
Смирнов, Г. А. Теория движения колёсных машин / Г.А. Смирнов. –
М.: Машиностроение, 1990.
74.
Сорокин, Л. А. Энергетическая оценка средств карьерного транспорта
/ Л.А. Сорокин Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами: тез.
докл. Междунар. конфер. – Челябинск: НИИОГР, 1996. – С. 89–90.
75.
Сорокин, Л.А. Экономическая оценка карьерного автотранспорта с
учетом фактора времени / Л.А. Сорокин, B.C. Хохряков // Горн. журн. – 1965. –
С.7-11.
76.
СП 12-102-2001 Механизация строительства. Расчет расхода топлива
на работу строительных машин. Госстрой России. – Москва, 2002.
77.
Справочник инженера-экономиста автомобильного транспорта / С.Л.
Голованенко, О.М. Жарова, Т.И. Маслова и др; под общ. ред. С.Л. Голованенко. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Техника, 1979. – 296 с.
78.
Справочник эксплуатационных характеристик БЕЛАЗ. – Минск, 2008.
79.
Стенин, Ю.В. Оптимизация производительности технологического
автомобильного транспорта железорудных карьеров: дис. … канд. тех. наук. /
Ю.В. Стенин. – Свердловск, 1984. – 128 с.
80.
Стенин, Ю.В. Оценка влияния горнотехнических факторов на произ-
водительность карьерных автосамосвалов / Ю.В. Стенин // Труды ИД МЧМ
СССР. – Свердловск, 1981. – вып.66. – С.48-53.
131
81.
Тарасов, Я.Я. Исследование расхода топлива карьерными автосамо-
свалами по элементам транспортного цикла / Я.Я. Тарасов, Э.В. Горшков. // Труды МЧМ СССР. – Свердловск, 1980. – № 62.
82.
Тарасов, П. И. Оптимизация карьерного автотранспорта с учетом топ-
ливной экономичности силовых установок / П.И. Тарасов, А. Г. Журавлев // Горные машины и автоматика. – 2004. – N 7. – С. . 28–33.
83.
Терехин, Е.Ю. Исследование энергетической эффективности транс-
портных систем глубоких карьеров: дис. … канд. тех. наук. / Е.Ю. Терехин. –
Уральская горно-геологическая академия. Екатеринбург, 2001. – 206 с.
84.
Токарев, А.А. Топливная экономичность и тягово-скоростные качест-
ва автомобиля. – М.: Машиностроение, 1982. – 224 с.
85.
Транспортирование горной массы на нерудных карьерах. Обзорная
информация. Выпуск 1-2. – М.: ЦНИИ информации и технико-экономических исследований цветной металлургии, 1993.
86.
Успенский, И.Н. Проектирование трансмиссии автомобиля: Учебное
пособие / И.Н. Успенский. – Горький: ГПИ, 1971. – 64 с.
87.
Фаробин, Я.Е. Теория движения специализированного подвижного
состава. Учебное пособие / Я.Е. Фаробин, В.А Овчаров, В.А. Кравцева. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1981. – 160 с.
88.
Фесенко, С.Л. Повышение эффективности и надежности транспорт-
ных систем железорудных карьеров / С.Л. Фесенко // сб. ст. – Редкол.:
С.Л.Фесенко и др. – Свердловск, 1988. – 121 с.
89.
Хоменя, Е.А. Пути повышения работоспособности карьерных шин
33.00-51 в условиях Ковдорского ГОКа / Е.А. Хоменя, В.В. Левченко, А.А. Савченко // Горный журнал. – 1993. – №2. – С. 25–28.
90.
Хохряков, В. С. Проектирование карьеров / В. С. Хохряков. – М.: Не-
дра, 1980. – 336 с.
91.
Черепанов, Л.А. Тяговый расчет автомобиля / Л.А. Черепанов. – Куй-
бышев: КуАИ, 1977. – 40 с.
132
92.
Штовба, С.Д. Влияние методов дефазификации на скорость настройки
нечеткой модели / С.Д. Штовба, А.П. Ротштейн // Кибернетика и системный анализ. – 2002. – №1.
93.
Щутов АМ. Совершенствование методов нормирования расхода топ-
лива для транспортных средств угольных разрезов: Автореф. дис. ... канд. экон.
наук. / А.М. Щутов. – Челябинск, 1986.
94.
Эткина, Н.И. Экспертные системы для оценки технологических пара-
метров открытой разработки / Н.И. Эткина, Ю.И. Лель, И.Н. Сандригайло // Компьютерные технологии в горном деле: Тез. докл. 1-й Всероссийск. конф. - Екатеринбург: УГГГА, 1996. – С. 138–142.
95.
Яковлев, В.Л. О новых подходах к развитию теории и практики от-
крытых горных разработок / В.Л. Яковлев //Горное дело: Сб. статей ИГД Севера
РАН. – Якутск, 1994. – С. 190–198.
96.
Akcelik, R. Acceleration Profile Models for Vehicles in Road Traffic. / R.
Akcelik, D.C. Biggs. – Transportation Science, Vol. 21, February 1987. – No. 1. – pp.
36–54.
97.
Boyd, G. The evolution of energy star energy performance Indicator for
benchmarking industrial plant energy use / G. Boyd, E. Dutrow, W. Tunnessen //
Journal of cleaner production. – 2008. – p.709–715.
98.
Brown, R. ln-Pit Crushing / R. Brown, Journal International Mining. –
99.
Buki, P. Tightening the belt on production costs. (Reduction des couts de
1986.
production dans les mines). / P. Buki, B. Nischk // Pit Quarry. – 1986. – v.79. – n.3. –
p.38–40.
100. Chadwick, J.R. Continuous miner and road header use grows. / J.R. Chadwick. – World Coal, 1983. – v. 9. – рр. 31–40.
101. Chang, D.J. Vehicle speed profiles to minimize work and fuel consumption
/ D.J. Chang, E.K. Morlok // The Journal transportation engineering, 2005. – pp. 173–
182.
133
102. Derzko, N.A. Evaluation of Dynamic Freeway Flow Model by Using Field
Data / N.A. Derzko, A.J. Ugge, E.R. Case // Transportation Research, 1981, – pp. 52–
60.
103. Vemba, M. The loading and transport system at SMC-Optimization / M.
Vemba // The Journal of South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004, – p.
139–147.