автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научное обоснование методов повышения ресурса кузовов карьерных автосамосвалов на основе применения новых конструкционных материалов

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА:

1.1 .Анализ влияния условий эксплуатации на долговечность кузовов 6 карьерных автосамосвалов

1.1.1 Типы кузовов

1.1.2 Применяемые материалы 13 СТЕПЕНЬ РЕШЕНИЯ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ

1.2 Анализ научных исследований

1.3 Опыт эксплуатации футерованных грузовых платформ

1.4 Направления совершенствования конструкции кузовов и футеровоч- 21 ных материалов

1.5 Цель задачи и методы исследования

РАЗДЕЛ

II. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ КУЗОВА С ЗАРУЖАЕМЫМ МАТЕРИАЛОМ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ЗАГРУЗКИ

2.1 Конструктивные схемы и взаимодействие элементов

2.2 Правило знаков и система основных обозначений

2.3 Математические модели динамического процесса исследуемых объ- 34 ектов (БелАЗ грузоподъемностью 120 и 180т)

2.4 Схема взаимодействия горной массы с грузовой платформой 40 Выводы

Для горнодобывающей промышленности России и стран СНГ характерен большой удельный вес (около 70%) добычи полезных ископаемых открытым способом. При этом важнейшим звеном технологического процесса является карьерный автомобильный транспорт, широкое применение которого в горнодобывающих карьерах страны и за рубежом обусловлено его высокой маневренностью и мобильностью, автономностью и универсальностью, а также возможностью легко комбинировать взаимодействие с другими видами транспорта. Автомобили большой грузоподъемности получают широкое распространение и как самостоятельный вид карьерного транспорта, и как составляющий элемент комбинированных транспортных схем перевозок.

На открытых работах наблюдается интенсивный рост объемов перевозок с помощью большегрузного карьерного транспорта, удельный вес которого в горнодобывающей промышленности достиг примерно 60% (в угольной промышленности 40%).

На предприятиях с открытым способом разработки находится в эксплуатации около 2500 автосамосвалов типа БелАЗ грузоподъемностью 75т и более. Несмотря на то, что доля автомобилей этого класса в общем парке автотранспорта основных горнодобывающих отраслей составляет 20-25%, ими выполняется до50% объемов перевозок на карьерах. На предприятиях черной, цветной металлургии и в угольной промышленности эти объемы достигают 2млрд. т/год. Современной тенденцией развития карьерного автотранспорта является увеличение грузоподъемности автотранспортных средств. Средняя грузоподъемность автосамосвалов на отечественных карьерах увеличилась до 7585т. Та же тенденция характерна для развития автотранспорта на зарубежных карьерах и, в первую очередь, в США. В последние годы в США 5 большегрузными автомобилями вывозится из карьеров более 80% угля и более 70% железной руды.

Многообразие условий эксплуатации, связанное с различной плотностью горных пород, глубиной карьеров, профилем и качеством дорожного покрытия, предъявляет повышенные требования к надежности карьерных автосамосвалов. Наиболее трудоемким и дорогостоящим при ремонте является устранение отказов несущих систем автосамосвалов - балок мостов, рам, корпусов редукторов, кузовов и др. Следовательно, для повышения Долговечности несущих конструкций необходимо проведение исследовательских работ по анализу их разрушения и эксплуатационной нагруженности и разработке конструкторско-технологических рекомендаций.

Несмотря на проведенные исследования надежности и долговечности несущих конструкций, многие вопросы требуют дальнейшего углубленного изучения. В частности, рассмотрение взаимодействия рабочей зоны кузова с загружаемым материалом при различных режимах загрузки, а также установление влияния ударных нагрузок и трения груза на износ кузовов при использовании различных конструкционных материалов.

Изучение данных вопросов позволит оптимизировать рабочий процесс загрузки средств большегрузного карьерного транспорта, повысить уровень технической готовности автотранспорта, а также разработать оптимальные конструкционные решения в зависимости от условий эксплуатации.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЙ

Общие выводы

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Для оптимизации нагрузочного режима большегрузного карьерного автосамосвала по критерию взаимодействия контактной зоны "груз-кузов" разработан метод, в основу которого положено исследование влияния силовой составляющей нагрузочного режима на футеровочный материал, и доказано, что данная зависимость оказывает существенное влияние на динамику процесса.

2. Для учета всех основных факторов, воздействующих на карьерный автосамосвал в цикле загрузки, рассматриваемый набор деформированных связей представляется в виде обобщенного реологического вязкого упруго-пластичного элемента Кельвина-Фойгта, в результате чего достигнуто наибольшее соответствие реальному процессу.

3. Для построения расчетной интегральной математической модели рабочего процесса загрузки карьерного автосамосвала теоретическим и экспериментальным путем определены функциональные зависимости внутренних деформаций футеровочного материала от внешних нагрузочных сил, позволяющие компьютеризировать сложные силовые расчеты.

4. Разработанная расчетная интегральная математическая модель загрузочного режима карьерного автосамосвала, основанная на силовом нагружении подрессоренной массы автомобиля в зависимости от внешних и внутренних факторов, учитывает возможные внутренние возмущения системы от изменения физико-механических свойств футеровочного материала.

5. В результате нового подхода к моделированию загрузочного режима карьерного автосамосвала, основанном на итерационном методе определения

83 параметров состояния системы в различный момент времени, решена задача выбора конструкционных характеристик футеровки кузова.

6. Благодаря применению специальной методики численного интегрирования допускается нагружение автосамосвала серией из N последовательно падающих грузов, а положение и скорость грузов в моменты соударения и отрыва определяются программой автоматически.

7. Оптимизация параметров футеровки кузовов карьерных автосамосвалов по критерию загрузки достигается за счет регламентации нагрузок в рессорах автомобиля, а также допустимых деформаций футеровочного материала, что позволяет определить конструкционные размеры футеровки для конкретных условий эксплуатации. В свою очередь, это дает возможность опираться не на опыт применения футеровки в схожих условиях, а рекомендовать определенные параметры с учетом требуемой эксплуатации.

8. На основе выполненного компьютерного моделирования целесообразно создание каталога адаптированных программ под эксплуатационные характеристики карьерных автосамосвалов, что позволит прогнозировать экономические показатели работы автотранспорта на стадии проектирования в изменяющихся условиях эксплуатации, а также обосновать применение футеровки с конкретными физико-механическими и конструкционными показателями.

84

1. Абрамова А.К. Влияние условий эксплуатации на показатели работы автосамосвалов.//Научные сообщения ЙГД им. A.A. Скочинского. Вып. 238,1985.

2. Абрамова А.К. Диагностика обслуживания и ремонта. // М.: 1988.

3. Адлер Ю.П. Маркова Е.В. Планирование эксперимента при оптимальных условиях // М.: Наука 1976.

4. Айрапетян Л.Г., Юхимов Я.И. Применение погрузочно-доставочных машин и автосамосвалов на зарубежных подземных рудниках. //Черная металлургия, №13,1987.

5. Алибаев М.М. Совершенствование шахтных погрузочных машин.// Горный журнал, №11,1986.

6. Анкудинов Д.Т. Селективная регистрация усилий взаимодействия пневмоколесного двигателя шахтных самоходных машин с горной дорогой. Машины и оборудование для горных работ./ Реферативный сборник. М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1977.

7. Анкудинов Д.Т. Шахтные пневмоколесные самоходные машины. М., Недра, 1984.

8. Артамонов М.Д., Йларионов В.А., Морин М.М. Основы теории и конструкции автомобиля./ Учебник для техникумов. Изд.2-е, перераб., М.: "Машиностроение", 1974.

9. Барсуков А.Г. Предупреждение примерзания грунта к кузовам транспортных сосудов. // М.: Металлург Издат. 1952.

10. Батраков О.Г., Усань В.П., Крючковский А.И., Ткачено В.А. Оценка ровности покрытий карьерных автодорог.//Автомобильная промышленность. №8 1984.

11. Бернацкий А.К. Прочность и долговечность корпусных деталей карьерных автосамосвалов. Минск: ИНДМАШ АНБССР, 1989.

12. Бернацкий А.К. О повышении долговечности мотор-колес. // Киев 1988.

13. Бернацкий А.К Оптимизация конструкции картера заднего моста автомобиля БелАЗ 7519 по критерию напряженно-дефформационного состояния и металлоемкости. // Минск 1987.

14. Биденко A.B. Исследование условий эффективной эксплуатации большегрузных автосамосвалов на угольных разрезах. /Автореф. дисс. канд. тех. наук. М.: 1980.

15. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990.

16. Борисов И.В., Фандиков Т.П., Богомолов С.В. К вопросу контроля эксплуатационного состояния технологических автодорог.// Проблемы открытой добычи угля в Кузбассе. Кемерово, 1990.

17. Бруслин Д.О., Зорохович А.Е., Хвостов B.C. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1979.

18. Бусел Б.У. Анализ динамических нагрузок на элементы ходовой части карьерных автосамосвалов. М.: Машиностроение, 1990.

19. Васильев А.П., Сиденко В.И. Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. М.: Транспорт, 1990.

20. Васильев М. А. Рациональные сроки службы карьерных автосамосвалов. // М.Т984.

21. Владимирова Н.В. Большегрузные автосамосвалы. //Библ. Указатель Министерство автомобильного транспорта. 1983-86.

22. Горячий Д.В. Технология изготовления автомобильных кузовов. // М.: Машиностроение 1990.

23. Дегтяев В.Н. Облицовка резиновыми плитами кузовов карьерными автомобилями.//Промьппленный транспорт, №11 1985.

24. Зырянов И.В., Кулешов A.A., Терентьев В.Ф. Моделирование динамических процессов при загрузке и движении карьерных автосамосвалов. //Горный журнал, №3 1989.

25. Кабриц С.А. Терентьев В.Ф. Численное интегрирование уравнений нелинейно-упругих систем с сухим трением. // М.:1986.

26. Карпов В.А. Новое в производстве кузовов.// М.: 1974.

27. Коломийцов М.Д. Метод оценки качества эксплуатации горных машин.//3ап. СПГГИ, 1991.

28. Коломийцов М.Д. Методы определения ресурса горной техники. //Зап. СПГГИ, 1993.

29. Коршунова Г.В. кузова большегрузных автосамосвалов. // М.: Машиностроение 1979.

30. Кочаев В.П. Прочность и износостойкость деталей машин. Высшая школа, 1991.

31. Кузнецов Е.С. Особенности технической эксплуатации большегрузных автосамосвалов. //М.: МАДИ 1978

32. Кулешов A.A. Мощные экскаваторно-автомобильные комплексы карьеров. //М.: Недра, 1980.

33. Кулешов A.A. Пути повышения эффективности эксплуатации экскаваторов. /Цветметинформация, 1978.

34. Кулешов A.A., Зырянов И.В., Терентьев В.Ф. оптимизация процесса погрузки 110 и 180 т//Горный журнал, №1 1991.

35. ЗВ.Кулешов A.A., Зырянов Н.В. Экспериментальные исследования нагрузок в раме и платформе автосамосвала 75191.//Промышленный транспорт, №12 1988.

36. Кулешов A.A., Казарез А.Н. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической трансмиссией. М.: Недра. 1988.

37. Кулешов A.A., Терентьев В.Ф. Характеристики ударного процесса при загрузке карьерных автосамосвалов.//Горный журнал. Известия вузов, 1982.

38. Ленина И.М. Под ред. .Автомобильные и транспортные двигатели /. М.: "Высшая школа", 1976.

39. Лукинский B.C. Прогнозирование надежности автомобилей. Л.: Политехника. 1991.43 .Малышев Г.А. Увеличение долговечности автомобильных кузовов. // М.: Машиностроение 1966.

40. Мараев П.Л., Берюцкий А.К. Повышение долговечности несущих конструкций карьерных автосамосвалов. Якутск ЯНЦ СО РАН, 1991.

41. Михайлов В.А., Носик В. Д. Экспериментальные исследования напряженного состояния кузова автосамосвала БелАЗ.// Шахтный и карьерный транспорт, М. Вып. 8,1983.

42. Нечитайло A.A. Экономическая эффективность применения автомобильного транспорта на открытых горных работах. М.: Недра, 1978.

43. Новикова Т Т. Опыт применения автомобильного транспорта на открытых горных работах.// М.:1988.

44. Носик В.Д. Исследование напряженного состояния кузовов большегрузных карьерных автосамосвалов БелАЗ.//Автореферат. Днепропетровск, 1979.49.0сколков СТ., Смирнов Ю.А. Универсальный кузов карьерного самосвала. //Автомобильная промышленность. №9,1992.

45. ЗО.Очеретин П.В. Опыт эксплуатации автосамосвалов на зарубежных карьерах. //М.:Б.и. 1984.

46. Парукапян В.Э. Борьба с прилипанием и примерзанием горной массы к рабочим поверхностям транспортного оборудования. // М.: Недра 1975.

47. Пивода П.Р. Тенденции развития производства стального листа с защитным покрытием для автосамосвалов. // М.:Б. 1985.

48. Пожитков Й.Д. Об использовании материалов в кузовах транспортных средств.//Сб.научных сообщений ИГД МИМ СССР, №80, 1986.

49. Потапов М.Г. Перспективы создания большегрузных карьерных автосамосвалов. //М.: 1986.

50. Потапов М.Г. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта карьерных автосамосвалов.//Горный журнал, №2,1994.

51. Потапов М.Г. Техническое обслуживание и ремонт карьерных автосамосвалов на предприятиях цветной металургии. // М.: 1974.

52. Потапов М.Г. Эксплуатация карьерных автосамосвалов большой грузоподъемности.//М.: 1985.

53. Сироткин З.Л. Советские автомобили-самосвалы. Ремонт автомобилей БелАЗ М-71 большой грузоподъемности в прошлом, настоящем и будущем.//Автомобильная промышленность, №10,1984.

54. Сироткин З.Л. Современные конструкции зарубежных карьерных автосамосвалов грузоподъемностью боле 60 тонн. // М.:НИИЧ автопром.1977.

55. Шашкина В.В. Под редакцией / Надежность в машиностроении. Справочник./. СПб.: Политехника, 1992.

56. Штейн В.Д. Эксплуатация и ремонт большегрузного автомобильного карьерного транспорта. //Цветметинформация, 1975.

57. Яценко H.H. Плавность хода грузовых автомобилей. М.: Машиностроение, 1969.

58. Издательство стандартов, 1983. ГОСТ 25.101-83. Расчеты и испытания на прочность. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения

59. Положение о техническом обслуживании и ремонте БелАЗ грузоподъемностью 75 тонн и более. // М.: Б.и. Автомобильная промышленность СССР 1985.

60. Темник для разработки изобретений и рац. Предложений на 87-90г. // Минск 1987.

61. Повышение технического уровня и эффективности автомобильной техники. // Материалы научной конференции Минск Бел. НИЧИТЦ, 1986.

62. Положение о техническом обслуживании, диагностировании и ремонте БелАЗ более 75 тонн. // Научно-инженерная фирма горного бюро М.: 1991.

63. Атлас Конструкций автомобильных кузовов. // М.: Машиностроение, 1961.

64. Патент 5381 №1 (США) 1975.

65. Патент Б528 №11 (Великобритания) 1978.

66. Патент Б423 №12 (Швеции) 1979.

67. Патент Б647 №3 (Россия) 1985.

68. Патент Б658 №9 (Великобритания) 1985.

69. Патент Б622 №1 (Россия) 1986.

70. Патент Б692 №12 (Россия) 1987.

71. Патент Б684 №12 (Швеция) 1987.

72. Патент Б680 №3 (США) 1989.

73. Патент Б916 №11 (Россия) 1990.

74. ПатентБ712 №12 (Германия) 1990.

75. Патент Б542 №12 (Япония) 1997.

76. Canadian Mining Journal, №1 1982.