автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Изыскание способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы на технологическом автомобильном транспорте в условиях разрезов КАТЕКа

Комитет РСФСР по делам науки и высшей школы Иркутский политехнический институт Специализированный Совет К. 063.71 02

На правах рукописи УДК (322.684:029.024

ДЕМЧЕНКО Игорь Иванович

ИЗЫСКАНИЕ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ БОРЬБЫ С НАЛИПАНИЕМ И НАМЕРЗАНИЕМ ГОРНОЙ МАССЫ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ В УСЛОВИЯХ РАЗРЕЗОВ КАТЕКа

Специальность 0Г).0.1.06 — Горные машины

АВТО Р ГСФ Е Р АТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск. 1П<)2

Работа выполнена в институте КАТЭКНИПуголь и Красноярском институте цветных металлов.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук профессор Буткнн 13. Д.

доктор технических паук Коновалов А. А.

кандидат технических паук доцент Шадрин А. II.

Белорусский аитомобшп.нын за под

Защита диссертации состоится « [/ » Я'//'0& /О$ 199^ года в /О часов на заседании Снециализирошшцого совета

К.063.71.02 Иркутского политехнического института по адресу: 664074, Иркутск-74, ул- Лермонтова, 83.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

Автореферат разослан

а н « Ж» //ОЯ$!ОЯ

1991 года

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

II. Н. Страбыкш:

а? ШЖЗ&ЛСЖк РАБОТЫ

Актуальность В технологии открытого способа разработ-

ки Ибстораглеш: процесс перемещения горной пассы яатеегся одяш 23 основных. Карьера.^ а£то.\гобпльнц£ транспорт б горнем производство многих ареалрцятс!; играет резающуэ роль в процессе добыча яслезнкс ископаемых, опрелеляя эффективность и экономичность всего кошшекса работ. Сгше 60,3 горной массы на карьерах СССР перевозится срегстваиз азгоиобстьного трансаорта.

3 ПО "Краскоярскуголь" ежегодно азтосамосвалами перевозится более 45 млн.? гошоЕ кассы, и грузооборот будет интенсивно возрастать.

Озшвл ез усяовсй элективного использования карьерного автотранспорта является пред отвращение налипания и намерзания горной кассы г. внутренней поверхности кузовов. Прилипание и примерзание сн1™?лэт производительность автотранспорта, повышают расход энергии и другие эксплуатационные расходы. По данным автобаз ПО "Красяоярскуголь" средни" объйм нылплаей и намэрзпей на кузов горной массы за сиену, в зкшвй период составляет 1,8 м3 на один автосамосвал БелАЗ-7522.

Очистка транспортных средств от прилипшей породы представляет трудную задачу, которая ещё более усложняется при очистке от примёрзшей породы, так как прочность примерзания на два порядка выше прочности прилипания. Суровые климатические условия, в которых разрабатываются месторождения Канско-Ачинского бассейна (КАБа), ещё более обостряют згу проблему.

Обработка кузовов профилактическими -пдкостями типа КОС, Ниогрпн, применяемыми на -елезнодорозяом транспорте, не находит применения на автомобильном транспорте кз-за технологических трудностей и резкого неприятного запаха, появляющегося в кабине водителя и боксах технического обслуживания и ремонта, а такяе ввиду появления дополнительных экологических осложнении.

В то :ае вреди одной из благоприятных особенностей автомобильного транспорта является возможность использования тепла выхлопных газов двигателя для обогрева кузова с целью иииючения или уменьшения налипания и примерзания. Процессы, происходящие при нагревании в зоне контакта прилипшей породы к металлической поверхности, изучены недостаточно. Таким образом, исследования способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной

3

кассы на карьерной автотранспорте в условиях разрезов КАТЭКа являются актуальными.

Проведенные исследован1:к непосредственно связаны с планом важнейших НИР ПО "Красноярскуголъ", входящих в государственную програаду "Экологически. частая энергетика".

В работа обобщены теоретические и эксаавкленгаяьаые исследования, выполненные азторо:,". в тчсстве научного руководителя 2 ответственного исполнителя плановых тем з период 1985 - 1991 гг. в институте КАТЭКШИуголь.

Целью работы является научное обоснование зиергосберегал-и—.г и экояогичесза врзеилеынх. способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы к ^/говац карьерных автоса-мосвалоз в условиях разрезов КАТЭКа.

Основная идея работы заключается в избирательном использовании, в зависимости от температуры окружавшего воздуха а характера перевозимой горной массы, тепла выхлопных газов двпга-теля с повыпением объективности обогрева в сочетании с устройства:« принудительной очистки кузовов.

Задачи исследования:

- анализ и оценка существующих способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной кассы на карьерном автотранспорте;

- углубленное изучение физической сущности процессов прилипания и примерзания горной кассы при тепловом воздействии в кузове автосамосвала и определение сил примерзания вскрышных пород КАТЭКа (суглинков) к различиям конструкционным материалам;

- исследование эффективности существующей и разработка альтернативных схем обогрева кузова автосамосвала БелАЗ-7522 выхлопными газами;

- построение математической модели и оценка вариантов схем обогрева кузова автосамосвала;

- выбор и установление рациональных условий применения различных способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы к кузовам автосамосвалов в осдознённых условиях эксплуатации на разрезах КАТЭКа.

Методы исследований. Принят комплексный метод исследований, включающий: методы лабораторного эксперимента; графоаналитическое и математическое моделирование процессов; количественной и качественной оценки с применением современных компьютерных

средств - ШМРВ ; производственное экспериментирование, испытания и опнтно-дромиалсппая эксдлуагаавя с проведением хронокетра~-нше и натурных наблюдений и дриценевие ттетаютеской статистики для обработки опытных данных.

Научные положения работы:

1. ^лл услоед.. разрезов К^ТЗКа н подобных щ наиболее прос-1ЩП е конструктивном отношении, экологически чистыми к энергетически выгодными в настоящее время яаяяэтея тепловой способ предупреждения валплашет и прллерзангя п лрпяудЕтельвая очистка кузовов автоезкоевглов от валике!! и намёрзлей горной кассн.

2. Э<Т£ективнос?ь обогрева определяется максимально возможной температурой нагрева от выхлопных газоз при равномерном распределении её по поверхности кузова. Сущеетзующая схема обогрева кузова БелАЗ-7522 не соответствует эго'.у у елок® и не обеспечивает полного, полезного использования тепла выхлопных газов.

3. В ::узове ЕедАЗ-7522 вдоль обогревательное каналов возникают елочные процессы, приводящие г. злектромолекулярному взаимо-деСствигз поверхности кузова с водой, находя-дейся в породе, а затем, в процессе дви:ения автосамосвала, происходит явление термо-Благодрозодности, которое в совокупности с интенсивным теплообменом кузова с окружающим холодным воздухом приводит к образованию прочного агломерата, причём в граничном с кузовом слое породы происходит смерзание частил, сопровождающееся цементацией льдом.

4. Применение аналитического метода расчёта температурного поля кузовов автосамосвалов, созданного на основе разработанных принципов раздатения кузова на элементарные области, и способ расчёта их температурных полей позволяет синтезировать новые системы обогрева, исключающие или уменьпаэдие налипание и намерзание перевозимой горной массы. .

Научная новизна работы:

1. газработана классификация, систематизирующая способы и средства борьбы с налипанием ж примерзанием, позволяющая с учётом современных требований к энергосбережении и экологизации карьеров прогнозировать общие направления развития и обосновывать выбор конкретных методов и технических средств.

2. Определены величины сил примерзания суглинков к различны:.: конструкционным материала-.", при испытаниях на отрыв и срез в зависимости от влажности грунта в игроком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха.

3. Получена более полная картина пг^спсяпя с;азотеского состояния перевозимой горной иассы и процессов со взаимодействия с поверхностью кузова автосаыосвала. Еыгадспы закономерности изменения температурного поля кузова и температуры выхлопных газов ав-тосакосвала ЕелАЗ-7Ь22 в зависимости о? числа оборотов двигателя.

4. Обосновали области рационального применения рассмотренных способов и средств борьбы с ааглпаниеу а примерзанием.

Достоверность научны:: положений, выводов и рбкошвдтнпа сбосаозывается твосеипвскаиа ареааесшаакз, базирующимися аа .Туззаментаяьнвх положениях теории аезаазхи изрзлах грунтов, а такте assicbaruoosba рзеультатоа тссрс^иеских несдедорян-дп и данных лабораторных, стендовых к промылленных экспериментов. Выводы и рекомендации апробированы на разрезах К1ТЗКа.

Практическая ценность. Результаты исеявдоваяая 2 рекомендации позволяют создавать ноные и модернизировать существующие кузова карьерных автосамосвалов с эффективным нагреванием рабочей поверхности кузова и определить рациональные условия пшиенеиия рассмотренных средств борьбы с налипанием я примерзанием горной :.ассы к кузовам карьерных азтосааосвалов.

Реализация работы. Методика расчзта зсгекишассти обогрева кузовов автоса/ioсвалов выхлопными газами принята Белорусским автомобильным заводом. Разработанные технические решения внедрены в автобазах разрезов "Березовский", "Бородинский" с гоповкм экономически эСйектом 52 тыс.руб. Годовой экономический эгфект от внедрения предлагаемой схемы обогрева в ПО "Красноярскугсль" составит 3,4 тыс.руб. на один автосамосвал.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работа докладывались: на научно-практической конференции "Поло,дне ученые КАТЭКу" (Красноярск, 1988); на конференции молодых учёных и специалистов "Основные направления открытой угледобычи и переработки КА7" (Красноярск, 1390); в ПО "Красноярскуголь", разрезах, заводе БелАЗ, на научных семинарах в Красноярском институте цветных металлов, Иркутском политехническом институте, КАТЗКЕЯуголь.

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 7 статьях и 4 авторских свидетельствах.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения и приложений, содержит 190 страниц, в той числе 13 таблиц, 75 рисунков, список использованной литературы из IQ5 наименований и 114 страниц приложений.

6

С0ДЕР2АШВ РАБОТЫ

Во введении рассмотрела актуальность повышения эстрективнос-ти использования карьерных автосаиосвалов, на техннко-эконог.ш-ческне показатели которых,больное влияние оказывает явление налипания и намерзания перевозимой горной массы к внутренней поверхности куЗОВа.

В первой глазе виаолнен анализ и дана классификация способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием, которая позволяет определить обиее направление научно-технического развития, обосновать реализацию лерспектизних реаений сложной задачи, в том числе к на разрезах КАЕЗКа.

Основу предлагаемой классификации составляют три основные направления: I. Способы, предупреждающие прилипание и примерзание породы к внутренней поверхности кузова автосамосвала; 2. Способы и средства очистки кузовов транспортных средств от налипшей и намЗрзшеЗ горной массн; 3. Технологические и организа-ционко-техничсские решения. Некоторые способы создавались с учэтой! конкретных особенностей конструкции и условий эксплуатации автотранспорта, другие Сели заимствованы из области -:слез-нозоро:;шого транспорта, в основу третьих положены технические решения, используемые в других отраслях про^ыкиенности. Естественно поэтоцу, что з№ектк применения этих средств весьма различны .

Первое направление включает профилактические покрытия, тепловые способы, элекгроосмотические, а так;-:е создание кузовов специальной кон с тру 1-0521, исключающей прилипание и при;.'.ерзание породы.

Второе направление включает механические, гидропневглатичес-кие, тепловые, электропмпульенке и вибрационные средства очистки.

Третье направление подразделяется на подготовку пород г. перевозке, организационные к технические.

Информационным анализом установлено, что в настоящее время нет универсального способа борьбы с налипанием и намерзанием на карьерном автомобильном транспорте. Каждый из рассмотренных способов и средств обладает своими достоинствами и недостатками, и применение их зависит от конкретных горно-геологических, технических, эксплуатационных, климатических условий и типа

7

подвижного состава.

Особо ва.сное значение имоет решение проблемы дрздотвраща-ния прилипания и примерзания для КАБа, отличающегося большими перспективами развития и, а го :;;е среьл, неблагоприятными свойствами горных пород и климатгчвснзл: условиями.

Для условий разрезов КАТЭКа, хараЕтернзуюцнхся длительными периодами с низкой температурой воздуха и преобладанием вскрышных пород, содер:хавдах гливиствз частицы (суглинки, глинн, аргиллиты, алевролиты и песчаники), перспектишыми могу г быть тепловой способ предуирслшбнкя налипания и намерзания и прину— ззтельзая отгажг 1су;о5ов атуг-осгп?ос£алсв от падяпшей и иаг^Зрапой горной кассы.

Проведенный ип^орогацаоншй анаяиз послу ни основой .для нормирования цели и постановки залач выполнения работы.

Вторая глава лосаяцеаа изучении физической сущности процессов и прочности примерзания породы и кузову автосамосвала.

Изучению горных пород, как объектов транспортирования, гп-зических свойств глинзето-пссчапих пород и происходящих как в них, так и при их взаимодействия с рабочими поверхностями горнотранспортного оборудования адгезионных явлений посвящено значительной количество работ: А.Аттеберга, Р.Брауна, С.А.Гончарова, Б.Б.Дерягина. А.Д.Зимона, ЗЛ.Калачаева, А.В.Лнкова, В.В.Охоти-на, П.А.Ребинпера, Ы.С.Сергеева и др. Исследованиям процессов в горных породах уделено больное вииманне в работах: Б.Б.Вейн-берга, К.Ф.Войтковского, С.С.Вялова, д.А.Коновалова, П.И.Мельникова, Б.А.Савельева, М.И.Сумчипа, А.Д.Фролова, Н.Д.ЦитоЕпча и др. Работы этих учзннх расширяли предоташение о природе высокодисперсных систем, объяснили адгезионные процессы и характер фазовых переходов при замораживании глинисто-песчаных пород; накоплен теоретический и экспериментальной материал о физических свойствах талых и мёрзлых связных пород.

Физико-механические свойства вскрышных пород и углей месторождений КАБа изучались институтами ЕШШ, УкрНИИпроект, Томским политехническим институтом и др.

Для определения прочности примерзания вскрышных пород разрезов КАТЭКа к различным конструкционным материалам, применяемым в горнотранспортном оборудовании, были изготовлены две лабора-

а

торные установки для исследований сил примерзания материалов на отрыв к срез.

Для серии испытаний (432 опыта) был выбран суглинок как, наиболее часто встречаются порода вскрыши на разрезах КАТЗКа (13-21 % объёма вскрыт) с влажностью 15 22 % и 25 %, соответствующей средни,1 значениям влажности суглинка ка разрезах "Бородинский", "Березовский" и "Назаровский" соответственно. Прочность примерзания допытывалась на образцах материалов из стали, компонора РЕЗ-03, супролена, резины в интервале температур от -3 °С до -20 °С (стали - до -24 °С). На каждом интервале заданной температуры, для одних и тех же испытываемых материалов проводилось не менее трёх испытаний.

Эксперименты показали, что характер процесса разрушения на гранипе смерзания суглинка с испытываемым материалом различен и зависит от вида воздействия. При отрызе на поверхности испытываемого материала полностью или частично остаётся тонкий слой примёрзшей породы, т.е. происходит нарушение аутогезпояных связей. При исследовании образцов на срез поверхность испытываемого материала остаётся чистой, а торцовая поверхность породы (суглинка) в стакане - глянцезая с незначительными матовыми участками, образованными замёрзшей водой, отаатой при формировании образца. При срезе нарушайте.1?: адгезионные связи. Средние значения сил примерзания суглинка к материалам при испытаниях на отрыв и срез представлены в табл. I.

Таблица I

Математические ожидания величин сил примерзания суглинка при исследовании на отрыв и срез в диапазоне температур от -3 °С до -24 °С (100 Ша)

Влажность

Материал 15 с/ /о 22 в! /о 26 %

отрыв срез отрыв срез отрыв срез

Стачь 2,8 1.7 7.2 7.7 7,6 8,9

Еомпонор ЕЕЗ-ОЗ 0,3 0.8 5.8 10,8 7,6 10,6

Супролен 0.3 0.2 3,6 7,8 5.5 10.3

Резина 0,1 ОД 1.0 3,2 1,0 4.0

Статистическая обработка и анализ экспериментальных данних позволили сделать выеоды:

- прочность примерзания суглинка к резине з 2 5 раз меньше, чем к стали и исследуемым полимерным материалам;

- сила разрушения примерзания при срезе больше, чем при отрыве у стали в 1,2, компонора в 1,6, супсслена з 2 и резины в 3 раза;

- прочность примерзания Ескркзккп пород дАБа к оораздам материалов возрастает с увеличением влажности грунта;

- для борьбы с намерзанием породы на кузонах целесообразно использовать резину (в частности, резиновую транспортёрную ленту), шараирно закрепляемую па вертаиа козырёк кузова автосамосвала;

- для очистки кузовов автссамоссалов ст намерзшей породы молсет быть рекомендована механическая: очистка кузовов скребком, работающим на срез.

При разгрузки кузова авто самосвала происходит аутогезисн-ннй отрыв налипшей и примёрзшей горной массы, го есть

^~ад ** ^отр^^ачг ' С I )

где - сила адгезии; - сила отрыва; /^¿уг ~ сила

аутогезии.

Б.З. Дерягин определил зависимость молекулярный сил трения и прилипания в законе трения:

Г ■//■*//-/}.■$<> , ( 2 )

где Г - силы внешнего трения; у - истинный коэффициент транш; М - нормальная нагрузка от перевозимого груза; ра -удельное прилипание, действующее на участках площади; -площадь истинного контакта.

З.Э.Дарунакян и Р.И.Синянская показали, что налипание происходит при:

Ротр^/'Р-^- (3)

Зависимость прочности контактов от шустиа Л/ А.Д. Зи-мон выразил в следующем виде:

ра.ут -вМ , ( 4 )

ю

где й и / - опытные коэффициенты.

Подставляя форьули ( 3 ) и ( 4 ) в ( I ) получил значение аутогезионного отрыва:

Р

/ро > Рогр > ВЛГ . ( 5 )

{А-Ы)[-

На удельное прилипание />е , действующее на рабочей поверхности, влияет тип породы, обусловленный её гизико-уеханическили свойствами,и платность, которая,согласно уравнению „Тснгиюра зависит от температуры:

(к-4} -I > ( 6 )

где - равновесная вла-шость горной массы; А,В и К - постоянные коэффициенты, различные для разных минералов; £ - температура; ¥ - относительная ала^ность окру;.таощего воздуха.

То есть, чем больше температура нагрева, те« меньше влажность н, следовательно, сила сцепления дисперсного материала с рабочей поверхностью контакта.

Температура породы в зимнее время года изменяется от + 5 °С до температуры окружающего воздуха, причём в состав перевозимой горной кассы входит Л9Я грунтовых вод, снег. После погрузки породы в кузов к зоне I (рис. I) подводится тепло от выхлопных газов двигателя.

Расположение зон прилипания и примерзания породы в кузове автосаыосвала, (поперечный разрез).

I, 2, 3

зоны превращения физического состояния перевозимой породы в кузове азтосш'освала. подвод тепла от выхлопных газов двигателя. ■ кузов аЕтосадосвала.

Рис. I П

Частички, льда, снега в зоне I, б соответствие с контактным теплообменом, растаивают и вместе с гравитационной, и капиллярной водой, находящееся в породе, проникают к поверхности кузова. Поэтому на днице кузова вдоль боковых бортов наблюдается повышенная влажность породы и, как следствие, адгезия её к поверхности кузова на основе действия капиллярных сил и электромолекулярного взаимодействия поверхности кузова с водой. Электромолекулярные силы взаимодействия очень велики и у поверхности кузова составляют сотни Ша.

Молекулы воды, находящиеся вне сферы действия злектромоле-гсулярцых сил взаимодействия с. поверхностью кузова, будут образовывать свободную (по проф. А.ФЛебедеву) - гравитационную воду.

Е процессе дшпенга автосамосвала происходит контактная супка породы в зоне I, при которой шага из нагретой зоны I перемелется в менее нагретые зоны 2, 3. Происходит явление тер-моалагопроводности, при котором жидкость переносится в направлении перемещения потока тепла.

При движении автосаиосвала происходит интенсивный теплообмен между кузовом и обтекающим его холодным воздухом. В результате теплообмена понижается температура в граничном с кузовом слое породы, где наряду с кристаллизацией влаги происходит смерзание частиц, сопровождающееся цементацией льдом (зоны 2, 3).

Таким образом, уменьшить силу адгезии перевозимой породы к кузову возможно путём создания слоя покрытия, оеты адгезии которого с перевозимой породой меньше, чем породы с металлом кузова, а также равномерным нагревом рабочей поверхности кузова.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям эффективности существующей схемы обогрева кузова автосамосвала БелАЗ-7522 выхлопными газами и разработке альтернативных схем. Исследования проведены в автобазе разреза "Бородинский" и включали:

- определение температуры кузова на различных режимах работы двигателя в стационарных и производственных условиях Бородинского разреза;

- определение температуры выхлопных газов на входе и выходе из кузова на различных режимах работы двигателя.

Замеры температуры кузова, выхлопной трубы и выхлопных газов проводились с помощью хромель-копелевых термопар, подключен-

них к универсальному измерительному прибору Р-4833.

Температура снималась с 33 точек на переднем борту, 60 точек днища и 27 точек на бокозок борту. Параллельно проводились замеры температуры кузова с внутренней стороны двумя термометрами ЭТП-У.

При проведении исследований в стационарных условиях температура воздуха составляла - 3 °С. Двигателю задавался в течение 45 мин. резим,соответствующий 700, 1800 и 2200 1/60с-1} для прогрева кузова выхлопными газами.

Тампература выхлопных газов на входе и выходе из кузова, а та:~е температура выхлопной трубы представлена в табл. 2.

Таблица 2.

Температура выхлопных газов при различных ра-зимах работы двигателя.

Раним работы, 1/60 с-1 Температура выхлопных газов, град. Температура выхлопной трубы, град

на входе в кузов на выходе из породнего кузова на выходе из груженого кузова

700 68 40 56 41

1000 81 58 64 67

1700 160 106 125 102

I80C - 133 - 128

2200 - 198 - IS0

На основании замеров были построены графики изменения температуры кузова по поперечинам (15 сечении) и продольны:.] (3 сеченая) сечениям развертки кузова. Анализ графиков показывает, что температура поверхности кузова изменяется крайне неравномерно, что является одной из причин прилипания и примерзания перевозимой породы. На основании прозеденных исследований разработаны альтернативные варианты схем обогрева кузова.

Четвертая глаза содержит построение математической модели ооогрева кузова, выхлопными газами, связанное с разработкой исходных принципов разделения кузова на элементарные области и способов расчета температурного поля зон обогрева. Все рассмот-

13

ренные варианты нозшо разбить на три группы:

- для обогрева кузова используются полые элементы конструкции кузова;

- для обогрева применяется второе дно;

- смешанные варианты.

Для удобства расчетов температурного поля кузова вариантов первой группы поверхность кузова разбивается на элементарные области, каждая из которых предстаэшет собой прямоугольник, захватывающий одной стороной часть полого элемента кузова.

Б результате решения задачи стационарной теплопроводности для вычисления температуры Т(Х, у) в точке ( X, У ) элементарной области били получены формулы:

при

ТЫ.{ т<1*'у)>

( 7 )

М - С-е^И.

Входящие в формулы величины являются константа!.® и вычисляются по срормулаы:

о/( с//

г

¿Г .

А - ¿г Гг + ¿Я-Ге ,

а - ъО-^Н^)-^/^).

'О-С*™)-.

„ яг//-^

С< ' Я>

¿1 =

ю(1-е ) .

„ /. I Г, м I, с<1, Х'Щ1^* А±Ш.

ТА

Г к С<( ХгЩ1- ¿Г

/.

Н-- -

г-

ж

¿г

I 01

¿1+с1г 'А * Я* >

А . С ■ V :

} < В )

газ - коэс^лняспг теплоотдачи на граница теплоноситель-металл; «'г- коэффициент теплоотдачи на границе металл-воздух;

Л.,— коэффициент теплоотдачи в груз; Я - коэффициент теплопроводности стали; Я - термическое сопротивление стенки полого элемента; 7© - температура воздуха; Тг - начальная температура груза; V - объем выхлопного газа, проходящего через сечение полого элемента в единицу времени; Се5 - объемная теплоемкость внесенного газа; % - температура выхлопного газа на зхоне в элементарную область; - высота палого элемента кузова; с1 - толщина поверхности кузова; Х( \ У11 - геометрические размеры элементарной области.

Температура выхлопного газа на выходе из элементарной области является входной температурой Т0 дня следующей элементарной области и вычисляется, по формуле:

-А У,

В

( 9 )

поэтому вычисление температурных полей элементарны:; областей осущесталяется з последовательности прохождения выхлопного газа по элементам конструкции кузова.

При тепловых расчетах по вариантам второй группы температура дшща кузова является функцией длины кузова (переменное У )

15

вычисляется по формулам:

П..rb)-[Tc- f)-e

• ¿Ли. J ' v-cDS

fir

Л

(10)

9-

- Тс

е_

ж

Rt

о . ±

кг - о(< Я * 4г '

R.-.4-T-2

«V г '

где ^ - ширина кузова; - термическое сопротивление второго дна; % - температура выхлопного газа на входе в маждон-ное пространство; Т$ п(ч)~ температура выхлопного газа.

Варианты третьей группы рассчитываются итеративными вычислениями с помощью уже разработанных алгоритмов.

Алгоритм расчета температурного поля кузова автосамосвала реализован на ЭВМ IBM ps . Программа написана на языке CU . Для графического представления результатов расчетов используется пакет программ SURFER ACCESS ЗУ STEM V.5.00. Результаты расчетов представлены в виде графиков изолиний температуры кузова я наглядных, объемных графиков распределения температурь: на развертке кузова. На рис. 2 изображен график распределения температуры на развертке кузова автосамосвала БелАЗ-7522 при существующей схеме обогрева кузова. На рис. 3 изображен график распределения температуры по предлагаемой схеме обогрева кузова.

Для проверки результатов расчетов и конструктивной 'проработки лучших вариантов была изготовлена из стали модель кузова автосамосвала БелАЗ-7522. Теплотехнические исследования проведены на специально изготовленном стенде и заключались в продувке по исследуемым вариантам теплоносителя (горячего воздуха), имитирующего выхлопные газы, и замерах температуры на внутренней поверхности модели кузова.

В результате анализа данных расчета и лабораторных теплотехнических испытаний выбран лучший вариант обогрева кузова.

16

ГРАФИК ТЕМПЕРАТУРЫ ВАРИАНТ 1

3 пятой главе представлены результаты опытно-аромшшенной проиеока новых технических решений и рекомендаций для разрезов ЗДТЭЯа, и уточнена методика расчета экономической эффективности мероприятии, связанных с предотвращением или уменьшением прилипания я примерзания перевозимой породы.

Определены рациональные условия применения рассмотренных средств борьбы с налипанием и намерзанием перевозимой горной массы к кузовам карьерных автссамосваяоа.

Установлено, ?то для условий разрезов КАТЗКа предложенная схема обогрева кузова азтосамосзала яаняется основным средствам борьбы с налипанием л намерзанием.

При перевозке промороженного грунта о температурой зше -3 °С и при температуре окружающего Еоздуха низ о -10 °С рекомендуется отключать обогрев кузова автосамосвала.

Применение дополнительной гибкой стенки из резины (в частности, резиновой транспортёрной ленты) мозет быть рекомендовано при существующей схеме обогрева кузоЕов автосамосвалов .для работы последних только на перевозке налипающих и намерзающих грунтов.

Механическая очистка кузовов автосамосвалов с существующей схемой обогрева остается основным средством борьбы с налипанием и намерзанием для условий разрезов КДТЭКа.

Механическая очистка кузовов автосамосвалов с предлагаемой схемой обогрева яадяется вспомогательным средством борьбы с налипанием и намерзанием и рекомендуется в сложных условиях эксплуатации, при низкой температуре воздуха и перевозке глинистой породы повышенной влажности.

Заключение.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи - обоснование энергосберегающих а экологически приемлемых способов я средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы к кузова.м карьерных автосамосвалов в условиях разрезов МТЭКа.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

I. Разработана классификация, систематизирующая способы и средства борьбы с налипанием и примерзанием, которая позволяет с учетом современных требований к энергосбережению и экологиза-

19

mai карьеров прогнозировать общие направления развития и обосновывать выбор конкретных методов и технических средств.

2. Исследование прочности примерзания вскрышных пород разрезов КАТЗЯа к различным конструкционным материалам показало, что прочность примерзания суглинка к резине в 2 - 5 раз меньше, чем к стали и полимерным материалам. Для борьбы с намерзанием породы рекомендуется использовать резин;», в частности, резиновую транспортёрную ленту, закрепляемую за верхний козырёк кузова автосамосвала, а для борьбы с намёрзшей породой - механическую очистку кузовом скребком, работающим на срез (Заявка

4588662, полег., pera, от 29.11.89).

3. Получена более полная картина происходящих процессов в кузове авгосамосвзла БелАЗ-7522. Установлено, что по днпщу кузова вдоль боковых бортов, где проходит канал для обогрева, возникают сло-£Ные процессы, приводящие к злектромояецулярному взаимодействию поверхности кузова с водой, находящейся е породе, а затем, в процессе движения автосамосвала, происходит явление термовлагопроводности, которое, в совокупности с интенсивным теплообменом кузова с окружающим холодным воздухом, приводит к образованию прочного агломерата, причём в граничном с кузовом слое породы происходит смерзание частиц, сопровождающееся цементацией льдом.

4. Установлено, что существующая схема обогрева кузова автосамосвала БелА.3-7522 выхлопными газами не эффективна, что является одной из причин прилипания и примерзания перевозимой породы. Однако, температура выхлопных газов на выходе из порожнего кузова составляет 106 °С при 1700 об/мин и 198 °С при 2200 об/мин, что говорит о потенциальной возможности более полного использования тепла выхлопных газов двигателя. На основе зтого разработаны альтернативные схемы обогрева кузова выхлопными газами.

5. Эффективность обогрева определяется максимально возможной температурой нагрева от выхлопных газов при равномерном распределении её по поверхности кузова. Разработанный аналитический метод расчёта температурного поля кузова на основе предложенных принципов разделения кузова на элементарные области к расчета их температурных полей позволил создать достовернув математическую модель, необходимую для выбора лучшего варианта

20

обогрева.

6. Предложена новая схема обогрева кузова автосамосзала, эффективность которой проверена з лабораторных условиях на стенде з опнтнс-промшлепно* эксплуатации экспериментального образца (Заявка й 44Э9633, полоз, реш. от 29.11.89).

7. На основании выполненных исследовании определены рациональные области применения рекомендуемых способов а средств борьбы о налипанием и намерзанием породы к кузовам автосамосвалов для разрезов КАТЭКа.

.Метод расчёта температурных солей кузовов авто самосвалов выхлопными газами принят Белорусским автомобильным заводом. Экономический эффект от внедрения предложений на разрезах КА.ТЗКа составил 52 тыс.руб. Годовой экономический эффект от внедрения новой схемы обогрева составит на предприятиях ПО ''Красноярск-уголь" 3,4 тыс.руб. на один азтосамосвал.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Демченко И.II. Процессы налипания и намерзания горной массы к внутренней поверхности кузова карьерного автосамосвала// Изв.ВУЗов. Горя.:1урн. -1991. - В 5. - C.89-9I.

2. Демченко И.И. О классификации способов и средств борьбы с налипанием и намерзанием горной массы на карьерном авто-транспорте/Дголь.-1991. - Ji I. - С.46-48.

3. Демченко И.И. Лея улучшения обогрева-грузов в автомобиле-самосвале БелАЗ-7522//Автомоб.пром-сть.- 1990. - Щ. -

С.12-13.

4. A.c. 1533903 СССР. МКИ BSG? 1/00. Устройство для нанесения профилактической .чздкости на самосвальный кузов транспортного средства/ И.И.Демчеяко (СССР) //Открытия. Изобретения.-1990. - Is I. - С. 32.

5. Демченко И.И., Осколков С.Г. Совершенствование способа транспортирования горной массы на разрезах КА.ТЭКа: Сб.науч. тр. - Кемерово, 1989. - С.42-46.

6. Демченко И.И. Кузов грузового транспортного средства. Заявка I' 4499633/24-11(152783) МКИ В62Д 33/02. Полозителъ-ное решение от 29.11.89.7. Демченко И.И., Аниценко B.C. Устройство для очистки кузовов

21

автосааосвалов ст намерзшей горной массы. Заявка .4 4588562/25-13(064600). Положительное репение от 29.11.83. 5. Эффективность обогрева выхлопными газами кузова автосамосвала БедАЗ-7522 / И.И.дешешю// Оспошые направления отбритой угледобычи и переработки КАУ: Сб. тез.докл. конф. 28-30 мая 1990 г. - Красноярск, 1990. - С.55-71. 9. Тепло выхлопных газов двигателя для борьбы с налипанием и намерзанием перевозимой горной массы/ И.й.Демченко// Там ~е. - Красноярск, 1990. - С.77-78.

10. Лабораторные исследования вариантов обогрева кузова выхлоп-ныш газами/ И-И.1е?.5ченко//Еаучно-::сслйдовательсгая деятельность КАТЭКШШуголь: Науч.тр. .ЦШШуголь. - !.'..; 1991. -

С.37-41.

11. Демченко 11.11. Устройство для очистки кузовов транспортного средства. Заявка К 4711352/12(087190). Положительное решение от 27.06.91.

22