Оценка долговечности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов с использованием системы спутникового мониторинга gps
На правах рукописи
Артамонов Павел Викторович ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА GPS Специальность 05.05.06 – «Горные машины»
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Кемерово 2010 2
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».
Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Паначев Иван Андреевич
Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Хорешок Алексей Алексеевич – кандидат технических наук, Донцова Татьяна Валентиновна Ведущая организация - ОАО «Угольная компания Кузбассразрезуголь»
Защита состоится 9 декабря в 13 часов на заседании диссертационно го совета Д 212.102.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28, факс: (3842) 36-16-87, e-mail: [email protected]
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».
Автореферат разослан «_» 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета А. Г. Захарова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
На современном этапе развития разработок полезных ископаемых открытым способом наиболее трудоемким, энергоемким и дорогостоящим технологическим процессом является перемещение горной массы. На се годняшний день основным видом карьерного транспорта, применяемого на разрезах Кузбасса, является автомобильный, доля перевозимой горной массы которого достигает 65%. Тенденции постоянного увеличения грузоподъем ности автотранспорта приводят к расширению области его эффективного применения. Вместе с тем, рост глубины карьеров усложняет условия экс плуатации автотранспорта и предъявляет повышенные требования к его надежности, определяемой, в частности долговечностью металлоконструк ций.
Анализ структуры простоев парка карьерных автосамосвалов на разре зах Кузбасса показал, что доля простоев из-за отказов их металлокон струкций составляет 2530%. Количество отказов механизмов и систем ав тосамосвала зависит от возникновения и развития трещин, которые образу ются, главным образом, в раме и кузове автосамосвала. В процессе эксплуа тации наиболее опасными с точки зрения трещинообразования являются ди намические нагрузки, возникающие в процессе движения автомобиля по ка рьерным дорогам и при его экскаваторной загрузке.
В связи с изложенным, исследования, направленные на разработку и обоснование методов расчета на прочность и долговечность несущих ме таллоконструкций карьерных автосамосвалов, с учетом грансостава отгружа емой взорванной горной массы, а также качества карьерных дорог, являются актуальными.
Цель работы - разработка и обоснование методов расчета на проч ность и долговечность несущих металлоконструкций большегрузных карьер ных автосамосвалов.
Идея работы заключается в использовании данных спутниковой нави гационной системы GPS при оценке механической нагруженности несущих металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов.
Задачи исследования:
- выявление влияния характеристик карьерных дорог, с учетом сезонно сти и скоростей движения автосамосвалов, на рост трещин их металлокон струкций;
- определение параметров статического и динамического нагружения металлоконструкций карьерных автосамосвалов в процессе погрузки отгру жаемой взорванной горной массы;
- обоснование прочности и долговечности металлоконструкций карьер ных автосамосвалов на основе численных методов анализа механической нагруженности несущих металлоконструкций автосамосвалов.
Методы исследований: конечно-элементное моделирование, твердо тельное моделирование, натурные и лабораторные исследования, использо вание оцифрованных данных систем GPS, обработка результатов экспери ментальных исследований методами математической статистики и теории вероятности.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- применение систем спутникового мониторинга GPS при обработке спектра напряжений для нестационарных режимов нагружения металлокон струкций карьерных автосамосвалов позволило установить, что количество циклов нагружения в весенне-осенние периоды эксплуатации возрастает в 1,82,5 раза;
- при увеличении среднего диаметра куска взорванной горной массы в ковше экскаватора (0,30,6м), максимальные размахи напряжений в несущих металлоконструкциях автосамосвала в процессе погрузки возрастают на 3040%;
- долговечность металлоконструкций карьерных автосамосвалов зависит от среднего размаха амплитуд напряжений, превышающих предел выносли вости в 22,5 раза, и описывается полиномом второй степени.
Научная новизна работы заключается:
- в установлении влияния качества карьерных дорог и скоростных режи мов движения на уровень нагруженности металлоконструкций большегруз ных карьерных автосамосвалов путем синтеза результатов, полученных с использованием системы GPS и измерительно-вычислительного комплекса;
- в установлении влияния грансостава взорванной горной массы в ковше экскаватора на параметры нагружения и долговечности металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов с применением конечно элементного и твердотельного моделирования;
- в создании расчетной методики, позволяющей оценивать долговечность металлоконструкций карьерных автосамосвалов, эксплуатирующихся на разрезах Кузбасса.
Достоверность научных результатов подтверждается:
- применением апробированных методов теории вероятности и математи ческой статистики;
- достаточным по статистическим критериям объемом выборок, опреде ляющих уровень механической нагруженности несущих металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов;
- сходимостью расчетных значений нагруженности металлоконструкций, полученных с помощью конечно-элементного и твердотельного моделирова ния с экспериментальными и расчетными данными.
Личный вклад автора заключается:
- в обработке экспериментальных данных и получении регрессионных за висимостей между гранулометрическим составом отгружаемой взорванной горной массы и уровнем нагруженности несущих металлоконструкций карь ерных автосамосвалов;
- в теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на изучение влияния гранулометрического состава взорванных горных пород и характеристик карьерных дорог на уровень производительности и долговеч ности карьерных автосамосвалов;
- в разработке методики, позволяющей оперативно оценивать долговеч ность несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов при транс портировании взорванной горной массы.
Практическая ценность работы.
Результаты выполненных исследований позволяют по заданным горно технологическим и эксплуатационным условиям прогнозировать скорость развития трещин в несущих металлоконструкциях карьерных автосамосва лов. Это позволяет повысить производительность карьерных автосамосвалов, транспортирующих взорванную горную массу, за счет сокращения времени простоев, обусловленного устранением трещин в их металлоконструкциях.
Реализация работы.
Результаты выполненных исследований опубликованы в нормативном документе "Методические указания по проведению экспертизы промышлен ной безопасности карьерных самосвалов" и используются экспертными орга низациями при экспертной оценке трещиностойкости элементов несущих ме таллоконструкций автосамосвалов. Включены в отчетные материалы ХХIII международных выставок «Экспо-Сибирь».
Апробация работы.
Основные научные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VI, VII Международных научно-практических конферен циях «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово 2005;
2007);
Международных научно-практических конференциях «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Ново сибирск 2008, 2010);
XI, Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово 2007);
X-XIII международных выставках «Экспо-Сибирь» (Кемерово 2007-2010);
научно практических конференциях студентов, аспирантов и профессорско преподавательского состава КузГТУ (2005-2010 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ из них, 3 в изданиях рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и изложена на 124 страницах маши нописного текста, содержит 11 таблиц, 42 рисунка и список литературы из 85 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю д.т.н., проф. И. А. Паначеву;
д.т.н., проф. А. В. Бирюкову;
д.т.н., доц. М. Ю. Насонову за помощь в проведении исследований, ценные советы и замечания, а также за постоянное внимание к работе.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Первая глава диссертационной работы посвящена анализу работы ка рьерного автотранспорта на разрезах Кузбасса, обзору существующих мето дик оценки механической нагруженности и надежности несущих металло конструкций большегрузных карьерных автосамосвалов.
Исследованию прочности автомобильных несущих систем посвящены работы Н. Ф. Бочарова, Д. Б. Гельфмана, Б. В. Гольда, В. А. Ошнокова, М. Б. Школьникова, Н. Н. Яценко, Л. И. Добрыха, А. В. Зотова и др. Изуче нию пространственных тонкостенных конструкций посвящены труды И. Г. Бубнова, Е. Н. Никольского, П. Ф. Папковича, А. А. Уманского,Ю. А.
Шиманского и др.Результаты расчетов в этих исследованиях показали, что для несущих конструкций карьерных автосамосвалов наиболее опасными яв ляются динамические нагрузки, возникающие в процессе движения по карь ерным дорогам, а также в результате удара взорванной горной массой в про цессе разгрузки ковша экскаватора. Вопросы влияния динамических нагру зок на ресурс несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов рас сматриваются в работах А. А. Кулешова, А. И. Казареза, П. Н. Махараткина, В. Ю. Коптева, Н. В. Зырянова, И. В. Зырянова, В. П. Смирнова, З. Л. Сирот кина и др.
Однако в этих работах при расчетах металлоконструкций на прочность и долговечность не учитывается наличие в них трещиноподобных дефектов, способствующих в процессе эксплуатации автосамосвала образованию мак ротрещин и последующему внезапному разрушению.
Известно, что на развитие трещин значительное влияние оказывают циклические нагрузки, возникающие в процессе движения автосамосвала по карьерным дорогам и его экскаваторной загрузке.
Определенный интерес в этом направлении представляют результаты работы Астаховой Т. В., где рассматриваются вопросы живучести металло конструкций рам, применительно к условиям Ачинского глиноземного карь ера. Однако эти условия существенно отличаются от условий работы автоса мосвалов, эксплуатирующихся на угольных разрезах Кузбасса, где вскрыш ные породы представлены алевролитами, аргиллитами и песчаниками раз личной блочности.
При выполнении работы использовались научные решения в области механики разрушения горных пород взрывом, изложенные в трудах Н. Я. Ре пина, И. А. Паначева, А. В. Бирюкова, А. С. Ташкинова, Н. Г. Домбровского, А. А. Хорешка, Б. А. Катанова, В. С. Квагенидзе, Д. Е. Махно и других уче ных.
Обзор выполненных исследований показал, что существующие мето дики оценки прочности и долговечности несущих металлоконструкций карь ерных автосамосвалов не в полной мере учитывают влияние горнотехниче ских и эксплуатационных факторов. На основе анализа состояния вопроса, показывающего актуальность проблемы в области оценки долговечности не сущих металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов, определены цель и задачи исследований.
Во второй главе приведены методика и результаты эксперименталь ных исследований влияния горнотехнических характеристик отгружаемой взорванной горной массы на уровень механической нагруженности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов, скоростных режимов авто самосвалов, качества карьерных дорог (с учетом сезонных изменений) на ве личину размахов напряжений в металлоконструкциях.
Механическая нагруженность несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов определялась в процессе погрузки взорванной горной массы и в процессе движения по карьерным дорогам как в груженом, так и в по рожнем состояниях.
Для оценки напряженно-деформированного состояния несущих метал локонструкций карьерных автосамосвалов использовался тензометрический метод с последующей оцифровкой осциллограмм программой «Zetlab». В ре зультате обработки осциллограмм методом дождя получены значения разма хов напряжений max, min.
С помощью системы «КАРЬЕР» определялось местонахождение авто самосвалов в каждый момент времени и его посекундную скорость. Характе ристики микропрофиля карьерных дорог устанавливались путем промеров электронным тахеометром Nikon Nivo. Гранулометрический состав отгружа емой взорванной горной массы определялся методами фотопланометрии.
Комплекс полученных данных экспортировался в программу «STA TISTICA». В результате обработки получены регрессионные модели зависи мости скачков механических напряжений в элементах металлоконструкции рамы автосамосвала от высоты неровности профиля и скорости движения ав тосамосвала (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость размахов напряжений в несущих металлоконструкциях карьерного автосамосвала БелАЗ- от скорости движения и высоты неровности микропрофиля в груженом состоянии На основе проведенных экспериментов установлена зависимость раз махов напряжений при погрузке первого ковша от коэффициента разрыхле ния (рис. 2).
, МПа 204,29K p 243, 1,65 1,7 Кр 0 1,35 1,4 1,45 1,5 1,55 1, Рис. 2. Зависимость размахов напряжений в металлоконструкции автосамосвала БелАЗ-75131 от коэффициента разрыхления в ковше экскаватора ЭКГ-12, Измерение деформаций осуществлялось сериями при непрерывной ра боте автосамосвала. Было проведено 15 серий экспериментов при 30-ти ра бочих циклах в процессе погрузки-разгрузки. В процессе движения автоса мосвалов деформации металлоконструкций измерялись по всем характерным участкам дорог в груженом и порожнем режимах работы в течение 25-ти се рий по 10 рабочих циклов. При этом все эксперименты производились для челноковой схемы работы автосамосвалов.
Для оценки степени связи между максимальными значениями напря жений, возникающих в элементах несущих металлоконструкций, и опреде ляющими их факторами (в процессе движения – качеством карьерной дороги и скоростью движения автосамосвала, в процессе погрузки – гранулометри ческим составом взорванной горной массы) были использованы методы ре грессионного анализа.
Расчет формы и тесноты связей между изучаемыми показателями про изводился по данным, полученным при исследовании напряженно деформированного состояния карьерных автосамосвалов типа БелАЗ-75131, которые использовались для перевозки взорванной горной массы.
На основе проведенного анализа были получены регрессионные моде ли, описывающие взаимосвязь гранулометрического состава взорванной гор ной массы, размахов напряжений и количества скачков напряжений в несу щих металлоконструкциях автосамосвалов. Для автосамосвала БелАЗ- в груженом режиме работы размахи напряжения определяются 11,24 0,09V 2 0,23H 2 34,68VH. (1) Результаты сравнения остаточной дисперсии и дисперсией случайности показали, что регрессионные модели адекватны.
С целью использования установленных зависимостей для оценки дол говечности металлоконструкций карьерных автосамосвалов были получены вероятностные распределения скоростей движения по характерным участкам карьерных дорог в течение года в груженом и порожнем режимах работы.
Также установлены вероятностные распределения величины и частоты воз никновения неровностей на различных участках карьерных дорог, с учетом времени года (рис. 3).
Р, % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Ск орость движения, к м /ч Рис. 3. Гистограмма распределения скорости автосамосвала БелАЗ-75131 на участке «основная дорога» в груженом режиме работы Результаты исследований размахов напряжений позволяют определять уровень нагрузок и частоту их возникновения в несущих металлоконструк циях карьерных автосамосвалов в зависимости от гранулометрического со става взорванной горной массы, скоростных режимов работы автосамосвалов и качества карьерных дорог.
В третьей главе приведены результаты расчетов статических и дина мических усилий, возникающих в рамах автосамосвалов. Расчет производил ся по известным формулам механики деформированного твердого тела.
Определены коэффициенты динамичности при различной высоте разгрузки ковша, вычислены динамические напряжения при загрузке автосамосвала экскаваторами с различной емкостью ковша.
Для подтверждения экспериментальных и расчетных данных, полу ченных при исследовании напряженно-деформированного состояния несу щих металлоконструкций карьерных автосамосвалов, были созданы конечно элементные и твердотельные модели, на которых имитировалось статическое и динамическое нагружение кузова и рамы автосамосвала (рис. 4).
Рис. 4. Конечно-элементная модель рамы автосамосвала БелАЗ- Статический конечно-элементный анализ напряженно-формированного состояния позволил установить наиболее нагруженные элементы несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов.
Для моделирования динамических нагрузок на несущие металлокон струкции карьерных автосамосвалов в процессе загрузки взорванной горной массы, а также разгрузки, использовался модуль динамического анализа про граммы T-FLEX (рис. 5).
Рис. 5. Расчетная модель металлоконструкций автосамосвала при моделировании процесса погрузки В созданной модели имеется ряд допущений: работу пневмогидроци линдров имитируют пружины, жесткость которых задавалась в программе в соответствии с жесткостью пневмогидроцилиндров, раму автосамосвала имитирует пластина такого же веса. Взорванная горная масса представлена телами в виде шаров, размер и количество которых задается в соответствии с диаметром среднего куска горной массы в ковше экскаватора, а материал выбран плотностью 2,5 т/м3, соответствующей плотности отгружаемой поро ды.
При моделировании в днище кузова модели создавался виртуальный датчик по типу «тело», позволяющий измерять его координаты, линейные и угловые скорости и ускорения, а также активные силы, действующие на ку зов. Для подробного описания колебаний кузова в процессе экскаваторной загрузки создавался датчик по типу «расстояние», фиксирующий дистанцию между двумя точками, скорость её изменения и ускорение. В качестве объек тов, на основе которых создавался этот датчик, выбраны днище кузова и нижняя пластина модели. Таким же образом для каждой точки днища кузова дополнительно определялось перемещение при движении системы.
Известно, что рациональное соотношение емкости ковша экскаватора и кузова автосамосвала составляет 1/31/6, в частности, для исследуемой мо дели БелАЗ-75131 с кузовом емкостью до 78 м3 это экскаваторы, с емкостью ковша 10;
12,5;
15;
20 м3 соответственно. Моделирование процесса разгрузки взорванной горной массы в кузов производилось при объемах падающего сыпучего тела соответствующих вышеназванным емкостям ковшей. Зависи мости «статических» и «динамических» напряжений от очередности разгруз ки при моделировании процесса погрузки экскаваторами с различной емко стью ковша представлены в табл. 1.
Таблица Величины статических и динамических напряжений в несущих металлоконструкциях в процессе погрузки взорванной горной массы Тип № ковша Напряжения, МПа экскаватора статические Динамические ЭКГ-10 1 18 2 39 3 58 4 76 5 97 6 110 ЭКГ-12,5 1 22 2 44 3 66 4 88 5 110 Из табл. 1 видно, что при погрузке последующих ковшей в кузов авто самосвала при увеличении статических напряжений динамические напряже ния уменьшаются. Это связанно как с увеличением демпфирующего слоя по роды в кузове, который в модели имитировался равнораспределенным по днищу кузова, так и с уменьшением высоты разгрузки ковша.
На рис. 6 представлена зависимость изменений напряжений от средне го диаметра куска в ковше экскаватора ЭКГ-12,5 при погрузке в кузов авто самосвала БелАЗ-75131 взорванной горной массы.
МПа dср, м 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0, Рис. 6. Зависимости размахов напряжений от среднего диаметра куска породы в ковше: 1– экспериментальная, 2 – модельная Из рис. 6. следует, что значения напряжений, полученные эксперимен тальным путем, отличаются от полученных методом конечно-элементного и динамического моделирования на 10-15%. Это объясняется тем, что при со здании расчетной и компьютерной модели был принят ряд допущений и упрощений.
В результате проведенных экспериментально-теоретических исследо ваний доказана достоверность, положенная в основу математических моде лей и экспериментальной методики по расчету механической нагруженности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов.
Четвертая глава посвящена анализу работы карьерного автотранс порта по данным системы GPS, а также разработке методики оценки долго вечности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов, в кото рой учитываются основные горнотехнические характеристики отгружаемой взорванной горной массы, скоростные режимы работы автосамосвалов и ка чество карьерных дорог.
По результатам обработки данных, полученных за 2007 год с помощью системы «КАРЬЕР», внедренной на разрезе «Черниговский» и включающей в себя комплекс датчиков технического и эксплуатационного состояния авто самосвала и его отдельных узлов и агрегатов, датчиков спутниковой системы GPS, были получены зависимости годового времени ремонта несущих метал локонструкций карьерных автосамосвалов, перевозивших взорванную гор ную массу, от эксплуатационных факторов (рис. 7).
Т,ч Т, ч Т 7,972Vср 28, Т 21,35L2ср 96,25L 168, Lcр, км 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4, Vcр, м 12 13 14 15 16 17 Рис. 7. Зависимости годового времени ремонта несущих металлоконструкций, от среднего расстояния транспортирования, от средневзвешенной емкости ковша Из рис. 7 следует, что зависимость годового времени ремонта несущих металлоконструкций от средневзвешенной емкости ковша является линей ной, а от среднего расстояния транспортирования – параболической.
Комплекс полученных данных подвергался факторному анализу ме тодом латинских квадратов. Искомая модель годового времени ремонтов ме таллоконструкций имеет вид T = b0 + b1V + b2L + b12VL, (2) где b0 – свободный член, b1 – линейный эффект V фактора, b2 – линейный эффект L фактора, b12 – эффект парного взаимодействия. Коэффициенты мо дели: b0 = 7,25;
b1 = 12,75;
b2 = 27,25;
b12 = 4,75.
Полученные значения коэффициентов модели показывают, что влияние линейного эффекта фактора среднего расстояния транспортирования в 2,2 ра за больше, чем влияние линейного эффекта фактора средневзвешенного объ ема ковша экскаватора, а эффект парного взаимодействия незначителен.
Следовательно, наибольшее влияние на отказ несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов оказывают дорожные условия. Алгоритм расчета циклической долговечности представлен на рис. 8.
механические вероятностные расчетное сечение характеристики размеры и формы материала начальной трещины ~ f (T) a0;
C0;
a0/2C0;
a0/t анализ механической нагруженности параметры циклической кинетика формы трещиностойкости трещины наличие материала концентратора 2Ci напряжений dl/dN T ai t T T3 кинетика НДС расчетного сечения T определение ac ai/t;
асрi/t Kc Q ac 2 m M e 2 определение КИН К1 н Ме а / Q a i(1n / 2) a i(1n / 2) N n (1 n / 2) C M e Q n N общ Ni i Рис. 8. Блок-схема оценки циклической долговечности несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов на стадии роста усталостной трещины Определение критического размера трещиноподобного дефекта произ водится методом последовательного приближения, используя характеристи ки статической трещиностойкости материала, соответствующие наиболее низкой эксплуатационной температуре, и параметры формы поверхностного трещиноподобного дефекта. Для сварного соединения величина вязкости разрушения – (Kc) выбирается наименьшая из 3-х значений статической тре щиностойкости: основного металла, металла сварного шва, металла около шовной зоны.
Определение величины коэффициента интенсивности напряжений (КИН) для поверхностной трещины, расположенной в зоне влияния кон структивного концентратора напряжений, производится с учетом изменения уровня напряжений, действующих по фронту трещины К1 н Ме а / Q, (3) где н – номинальные напряжения в сечении, Ме – параметр формы кон струкции и сечения, а – полудлина трещины, Q – параметр формы трещины.
Оценка долговечности элементов сварных металлоконструкций на ста дии роста усталостной поверхностной трещины производится путем кусоч но-степенной аппроксимации уравнения Пэриса, принимая на участках ai+1- ai размах коэффициента интенсивности напряжений постоянным a i(1n / 2) a i(1n / 2) N, (4) n (1 n / 2) C M e Q где С и n – постоянные уравнения Пэриса, зависящие от механических свойств материалов и условий эксплуатации, – размах напряжений,Me – коэффициент влияния геометрии трещины и расчетного сечения.
Используя разработанную блок-схему, располагая комплексом данных о механической нагруженности несущих металлоконструкций карьерных ав тосамосвалов, расчетным путем установлены зависимости числа погрузоч ных циклов до наступления опасного состояния металлоконструкций карьер ных самосвалов от коэффициента разрыхления в ковше и при различных ем костях ковша экскаватора (рис. 9).
Из рис. 9 видно, что при увеличении коэффициента разрыхления в ковше экскаватора с 1,35 до 1,65 число рабочих циклов уменьшается: для ковша объемом 5 м3 на 25%;
10 м3 на 30%;
15 м3 на 35%;
20 м3 на 45%. При этом общее количество погрузочных циклов с увеличением емкости ковша экскаватора с 5 м3 до 20 м3 уменьшается в 3,2 раза.
Расчетным путем установлены зависимости безопасного пробега авто самосвалов до наступления опасного состояния их несущих металлокон струкций в зависимости от скорости движения и качества карьерных дорог (рис. 10).
При этом за параметр, характеризующий качество карьерных дорог, принимался N – количество скачков напряжений с размахов свыше 7 МПа в несущих металлоконструкциях автосамосвала на 1 километр трассы. Этот параметр позволяет комплексно учитывать влияние как высоты, так и Интен сивности возникновения неровностей микропрофиля и отражает фактическое состояние характерных участков в любое время года.
N К =1, К =1, К =1, V, м 0 5 10 15 Рис. 9. Расчетная зависимость погрузочных циклов в автосамосвал БелАЗ-75131 до наступления опасного состояния от средневзвешенной емкости ковша.
L, км.
V=35 км/ч V=25 км/ч V=15 км/ч N, 1/км 0 25 50 75 100 125 150 175 Рис. 10. Расчетная зависимость безопасного пробега автосамосвала БелАЗ-75131 от качества дорог в процессе движения Из рис. 10 следует, что при высоком качестве дорог (основная дорога, лето), увеличении скорости движения автосамосвала с 15 км/ч до 35 км/ч, величина безопасного пробега уменьшается незначительно (в пределах 10%).
При сложных дорожных условиях, когда параметр N достигает величины 100 и больше, длина пробега автосамосвала до наступления опасного состоя ния металлоконструкций при увеличении до 35 км/ч эксплуатационной ско рости возрастает в 23 раза.
Проведенные исследования и разработанная на их основе методика позволяет оценивать техническое состояние металлоконструкций больше грузных автосамосвалов, их долговечность, устанавливать межремонтные сроки и прогнозировать безопасную работу на длительный период эксплуа тации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации выполнен комплекс аналитических и эксперименталь ных исследований, в результате которых установлены взаимосвязи прочно сти и долговечности несущих металлоконструкций большегрузных карьер ных автосамосвалов с учетом горнотехнических характеристик отгружаемой взорванной горной массы, качества карьерных дорог. Выявлены степени вли яния эксплуатационных факторов на долговечность металлоконструкций ав тосамосвалов. Рекомендованы технические решения по повышению эффек тивности использования карьерных автосамосвалов, имеющие существенное значение для эксплуатации и совершенствования горных машин.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. Разработаны методические указания (инструкция) по проведению экспер тизы промышленной безопасности карьерных самосвалов, позволяющие проводить оценку прочности и долговечности металлоконструкций боль шегрузных автосамосвалов.
2. Мониторинг скоростных режимов работы автосамосвалов на характерных участках карьерных дорог, осуществляемый посредством спутниковой навигационной системы GPS, с последующим факторным анализом ком плекса данных показал, что влияние дорожных условий на количество от казов несущих металлоконструкций автосамосвалов в 2,2 раза больше, чем условий при погрузке взорванной горной массы.
3. Получены регрессионные модели, описывающие взаимосвязь грануломет рического состава отгружаемой взорванной горной массы с размахами и количеством напряжений, возникающих в несущих металлоконструкциях карьерных автосамосвалов.
4. При увеличении коэффициента разрыхления в ковше экскаватора с 1,35 до 1,65 максимальные размахи напряжений в несущих металлоконструкциях автосамосвала возрастают на 3040%, что уменьшает долговечность в 1, раза.
5. Значения размахов напряжений и количество циклов нагружения в связи с ухудшением качества карьерных дорог в весенне-осенний период эксплу атации возрастает в 22,5 раза, что уменьшает долговечность в 1,5 раза.
6. Получены регрессионные модели, описывающие взаимосвязь между ха рактеристиками микропрофиля карьерных дорог, скоростью движения ав тосамосвала и напряжениями, возникающими в несущих металлокон струкциях карьерных автосамосвалов.
7. Получены расчетные зависимости количества погрузочных циклов при экскаваторной загрузке до наступления опасного состояния несущих ме таллоконструкций - при увеличении коэффициента разрыхления в ковше экскаватора с 1,5 до 1,9 расчетное число циклов снижается на 2035%.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
Статьи в изданиях рекомендованных ВАК.
1. Артамонов П. В. Влияние эксплуатационных факторов на параметры долговечности металлоконструкций большегрузных карьерных авто самосвалов. / Горное оборудование и электромеханика. – Москва: 2010, № 5. – С. 43-47.
Артамонов П. В. Влияние характеристик отгружаемой взорванной гор ной массы на механическую нагруженность металлоконструкций карь ерных автосамосвалов. / Известия вузов. Горный журнал, – Екатерин бург: 2010 – № 4. С. 90-95.
3. Артамонов П. В. Расчет напряженно-деформированного состояния эле ментов несущих металлоконструкций карьерных автосамосвалов в среде T-FLEX. / Вестник КузГТУ. – Кемерово: 2010, № 4. – С. 15-18.
Статьи в прочих изданиях:
Паначев И. А. Оценка остаточного ресурса горнотранспортных машин, 1.
отработавших нормативный срок эксплуатации / И. А. Паначев, М. Ю. Насонов, В. Д. Моисеенко, П. В. Артамонов // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах. Материалы VI Международной научно-практической конференции – Кемерово:
КузГТУ, 2005. – С. 120-123.
Паначев И. А. Оценка долговечности металлических конструкций ав 2.
тосамосвалов БелАЗ при наличии трещиноподобных дефектов / И. А. Паначев, М. Ю. Насонов, П. В. Артамонов // Безопасность жизне деятельности предприятий в угольных регионах. Материалы VI Меж дународной научно-практической конференции – Кемерово: КузГТУ, 2005. – С. 171-173.
Паначев И. А. Оценка уровня нагруженности металлоконструкций ка 3.
рьерных автосамосвалов, в зависимости от качества карьерных дорог / И. А. Паначев, М. Ю. Насонов, П. В. Артамонов // Природные и ин теллектуальные ресурсы Сибири. Материалы XI Международной научно-практической конференции. – Кемерово, ГУ КузГТУ, 2006. – С.
119-122.
Паначев И. А. Исследование долговечности элементов металлокон 4.
струкций карьерных автосамосвалов / И. А. Паначев, М. Ю. Насонов, П. В. Артамонов // Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах. Материалы VII Международной научно-практической конференции. – Кемерово, ГУ КузГТУ, 2007. – С.
182-185.
Паначев И. А. Исследование влияния условий эксплуатации горно 5.
транспортного оборудования на долговечность металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов. И. А. Паначев, / М. Ю. Насонов, П. В. Артамонов // Материалы международной вы ставки-ярмарки «Экспо-Сибирь». – Кемерово, 2008. – С. 112-115.
Паначев И. А. Исследование динамических процессов в металлокон 6.
струкциях карьерных автосамосвалов. / И. А. Паначев, М. Ю. Насонов, П. В. Артамонов // Материалы Международной научно-практической конференции. «Фундаментальные проблемы формирования техноген ной геосреды» – Новосибирск ИГД СОРАН, 2008. – С. 307-310.
Методические указания по проведению экспертизы промышленной 7.
безопасности карьерных самосвалов. Инструкция. ГУ КузГТУ;
НФ «КУЗБАСС-НИОГР».– Кемерово, 2008. – 78 с.
Подписано в печать Формат 60 84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе.
Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ ГУ Кузбасский государственный технический университет.
650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет.
650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.