Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,909

К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ВНУТРИМАССИВНОГО ТРАНСПОРТА ПРИ ДОБЫЧЕ ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ

Грудинин Н.Н. 1 Кремчеев Э.А. 1 Нагорнов Д.О. 1
1 ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет»
В статье приведены результаты проведенных исследований по оценке рациональной структуры комплекса машин внутримассивного транспорта на пневмоколесной базе при реализации стадийных технологий добычи крошкообразного торфяного сырья. Выполнен критический анализ факторов, влияющих на технологическую надежность комплекса машин транспортного модуля. Сформулировано условие и решена задача по определению рационального расстояния вывозки торфяного сырья и продукции с применением погрузочно-доставочных машин (торфяных фронтальных погрузчиков) на пневмокатках. Численное моделирование с использованием известных технических характеристик машин современных торфяных транспортно-погрузочных комплексов позволило с достаточной для инженерных расчетов точностью определить рациональную длину трассы работы торфяного фронтального погрузчика и граничное условие для перехода на транспортную схему с применением транспортных машинотракторных агрегатов.
торф
добыча торфяного сырья
транспортный агрегат
транспортно-погрузочный комплекс
технологическая надёжность
1. Кремчеев Э.А. Гравитационное обезвоживание и полевая сушка в интенсивных технологиях добычи торфа / Э.А. Кремчеев. – СПб.: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2015. – 175 с.
2. Патент 2470984 РФ. Модульный технологический комплекс добычи торфа и производства окускованного топлива / Э.А. Кремчеев, А.В. Михайлов, Д.О. Нагорнов, А.В. Большунов; 27.12.2012. Бюл. № 36.
3. Яблонев А.Л. Некоторые экономические аспекты, касающиеся проблемы транспорта торфа / А.Л. Яблонев // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2011. – № 3. – С. 48–51.
4. Яблонев А.Л. Обоснование и выбор параметров пневматического колесного хода агрегатов по добыче торфа: автореф. дис…д-ра техн. наук: 05.05.06 / Яблонев Александр Львович. ТвГТУ. – Тверь, 2012. – 329 с.
5. Исследование проходимости и тягово-сцепных свойств колесных тракторов МТЗ в условиях торфодобычи и разработка рекомендаций по их повышению: отчет о НИР: х/д №1560/95 / Г.В. Казаченко, Г.А. Таяновский, Г.А. Басалай. – Минск: БГПА, 1996. – 99 с.
6. Итоги производственных испытаний новой технологической схемы добычи фрезерного торфа / А.Е. Афанасьев, Н.И. Гамаюнов, С.Л. Казаков // Торфяная промышленность. – 1984. – № 1. – С. 8–10.
7. Казаченко Г.В. О статической устойчивости горных машин на колесном ходу / Г.В. Казаченко, Г.А. Басалай, Э.А. Кремчеев // Сборник трудов Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию со дня рождения заслуженного работника высшей школы Беларуси, доктора технических наук, профессора Кислова Николая Владимировича «Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых» 17–20 апреля 2012 г. – Минск: БНТУ, 2012. – С. 253–258.
8. Кремчеев Э.А. Принципы построения транспортного модуля торфяного предприятия с карьерной технологией добычи / Э.А. Кремчеев, А.В, Михайлов, Д.О. Нагорнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2011. – № 7. – С. 75–81.
9. Лукьянчиков А.Н. Классификация торфяных машинно-тракторных агрегатов / А.Н. Лукьянчиков, В.Е. Харламов // Вопросы проектирования и эксплуатации наземного колесного транспорта. Межвузовский сборник научных трудов, вып. 3. – Тверь: ТГТУ, 2010. – С. 61.
10. Гиршин М.Е. Тяговые показатели трактора Т-150К на торфяной залежи / М.Е. Гиршин, Б.А. Латинский // Труды ВНИИТП. Вып. 65. – Л., 1990. – С. 63–69.
11. Малков Л.М. Анализ факторов производительности транспортного комплекса в схеме с раз­дельной уборкой / Л.М. Малков, Н.В. Кузнецов, А.И. Галкин // Труды ВНИИТП. Вып.58. – Л., 1987. – С. 16–23.
12. ГОСТ 27021-86 (СТ СЭВ 628-85) Тракторы сельскохозяйственные и лесохозяйственные. Тяговые классы.
13. Технология и комплексная механизация разработки торфяных месторождений: Учебное пособие для вузов / А.Е. Афанасьев, Л.М. Малков, В.И. Смирнов и др. – М.: Недра, 1987. – 311 с.

При реализации на практике стадийных технологий экскаваторной добычи торфяного сырья и его сушки в полевых условиях в слоях критической и большей толщины [1, 2] транспортная схема на основе пневмоколесных транспортных машинотракторных агрегатов (далее Тр-ПМТА) является одним из лимитирующих факторов надежности всей технологической схемы.

Развитие торфяной промышленности неразрывно связано с вопросами повышения проходимости технологического и транспортного оборудования при его движении по торфяной залежи [3, 4]. На современном этапе вне зависимости от применяемых технологических схем добычи торфяного сырья вопросы обеспечения необходимых тяговых характеристик пневмоколесного движителя и технологической надежности машин с пневмоколесной базой становятся все актуальнее [3–9].

Цель исследования: оценка рациональной структуры комплекса пневмоколесных машин внутримассивного транспорта торфяного при реализации стадийных технологий добычи крошкообразного торфяного сырья.

Материалы и методы исследования

Опыт эксплуатации пневмоколесного транспорта на основе Тр-ПМТА позволяет констатировать тот факт, что даже при неудовлетворительном состоянии системы осушения торфяного месторождения несущая способность большей части залежи, достигнутая в результате ее уплотнения за годы эксплуатации, может быть достаточной для обеспечения нормального передвижения по ней колесных тракторов, агрегатированных с прицепами и полуприцепами [4, 5, 8, 10, 11].

Основной технической проблемой, возникающей при эксплуатации пневмоколесного транспорта на торфяной залежи является оптимизация тягового усилия трактора-тягача с учетом проходимости транспортного агрегата и массы перевозимого груза в тракторном прицепе.

Известная классификация тракторов по тяговому классу [12] позволяет адекватно разделять машины на несколько групп, что дает возможность осуществлять выбор трактора-тягача без глубокого анализа его технических характеристик. Деление на классы имеет весьма четкие границы, поэтому путаницы с присвоением трактору определенного значения, как правило, не возникает. Тяговые классы тракторов, применяемых в торфяной промышленности, определяются тем же образом, что и для сельскохозяйственных машин, путем измерения максимального тягового усилия, развиваемого машиной на стерне при нормальной влажности и твердости, и буксовании не более 15 %. Для промышленной спецтехники этот показатель определяется аналогичным образом, но не на стерне, а на сухом песке, в связи с чем промышленные тракторы всегда имеют более высокий тяговый класс, чем их сельскохозяйственные аналоги, базирующиеся на том же шасси. Пример разделения машин по тяговым классам приведен в табл. 1. В настоящее время принято выделять семнадцать классов тяги, которые охватывают всю технику от небольших мотоблоков до рекордно мощных промышленных тракторов.

Таблица 1

Деление тракторов по тяговым классам

Тяговый класс

Номинальное тяговое усилие, 10-4 Н

Средняя мощность двигателя (л.с.)

Средняя масса трактора (т)

Модели колесных тракторов

0,2

0,18–0,54

5–20

0,5

Т-012, МТЗ-082, Беларус-132Н

0,6

0,54–0,81

22–25

1,5

Т-25, Т-30, «Беларус» 300-й серии

0,9

0,81–1,26

40–50

2,6

Т-40, Беларус-422, Агромаш (60 ТК, 50 ТК)

1,4

1,26–1,8

55–75

2,9

МТЗ-80/82, ЮМЗ-6, «Беларус» 900-й серии

2

1,8–2,7

75–90

До 5

«Беларус» 1220-й серии, АГРОМАШ (160 ТК), ЛТЗ (ЛТЗ-155, ЛТЗ-95)

3

2,7–3,6

До 90

6,3

Т-150К, «Беларус» 1500-й серии,

4

3,6–4,5

130–165

До 7,9

Беларус 2022, АТЗ (Т-4А, Т-4 ), ХТЗ (ХТЗ-201)

5

4,5–5,4

250–310

До 11,6

К-744Р1, К-700, Беларус 3023

6

5,4–6,3

320–380

До 15,7

К-744Р2,Т-170М, АГРОМАШ (Руслан)

7

6,3–7,2

390–420

До 17,5

К-744Р3, АТМ 7360

8

От 7,2

420

До 28

К-744Р4, «Versatile» 535, JohnDeere 9430

При том, что тяговый класс определяет одну из ключевых характеристик трактора – максимальное тяговое усилие, которое может развить машина, необходимо учитывать, что усилие в значительной степени зависит от типа грунта и условий, в которых эксплуатируется трактор. В полной мере эта особенность проявляется при эксплуатации техники на торфяной залежи, где условия сцепления варьируются в достаточно широком диапазоне в зависимости от текущего состояния торфяной залежи – основания, по которому передвигаются все технологические машины. В торфяной промышленности при выборе тягача для Тр-ПМТА на первый план выходит не тяговый класс трактора, а способность машины за счет специфических особенностей конструкции развить усилие на крюке, необходимое для надежного перемещения и маневрирования Тр-ПМТА на торфяной залежи при конкретных условиях эксплуатации.

Успешная эксплуатация транспортной машины во многом зависит и от используемого в составе Тр-ПМТА тракторного прицепа или полуприцепа. Здесь особое внимание следует уделять бортовым универсальным прицепам и полуприцепам, оснащенным откидными бортами различной высоты, что позволяет варьировать объем груза в зависимости от характеристик перевозимого торфяного сырья на различных стадиях процесса добычи (в первую очередь его насыпной плотности, пример характеристик торфяного сырья для одной из стадий его полевого обогащения представлен в табл. 2). Наличие у таких прицепов механизма выгрузки, управляемого с базового трактора, позволяет производить разгрузку с наклоном, иногда даже сразу с трех сторон. Отдельно следует выделить группу активных полуприцепов, в которой колеса прицепа несут не только опорную функцию, но и способны становиться вспомогательной силой для обеспечения движения Тр-ПМТА. Привод колес таких прицепов осуществляется за счет передачи момента от двигателя трактора на ведущие мосты прицепа через вал отбора мощности, с помощью гидропривода или пневмопривода, известны конструкции моторизованных прицепов.

Таблица 2

Насыпная плотность верхового торфа в штабеле промежуточного обезвоживания в начальный момент времени после пропускания через ковшовую просеивающую дробилку

Начальная влажность торфа w, %

Влагосодер-жание торфа W, кг(в)/кг(с)

Насыпная плотность торфяного сырья после переработки в ковшовой дробилке g (кг/м3), при степени разложения RT ( %)

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

60

98

49,00

514

96

24,00

452

515

94

15,67

399

482

520

547

92

11,50

359

451

498

515

557

562

90

9,00

326

422

473

492

527

533

567

572

88

7,33

298

395

453

473

510

516

542

549

553

577

86

6,14

276

375

433

456

493

500

530

534

540

562

569

84

5,25

256

354

415

439

478

486

516

523

527

552

558

82

4,56

236

339

399

424

462

473

503

511

516

540

547

80

4,00

225

322

388

409

450

462

490

498

503

531

538

78

3,55

208

309

370

395

438

450

479

487

496

521

528

76

3,17

196

296

359

385

426

438

470

479

485

510

521

74

2,85

190

281

346

374

415

429

458

467

476

502

510

72

2,57

178

271

334

363

405

419

449

458

467

493

502

70

2,33

171

266

325

355

394

408

442

449

458

484

496

68

2,13

165

256

316

342

386

401

432

442

449

478

487

66

1,94

158

245

306

334

379

390

425

435

442

469

481

64

1,78

151

240

296

325

371

383

418

425

435

462

475

62

1,63

144

228

291

320

362

375

410

418

428

455

466

60

1,50

137

222

286

311

354

371

403

414

421

448

459

Примечания: 1. Данные в ячейках со сплошным серым фоном получены экспериментально на верховом торфе; 2. Данные в ячейках с пестрым фоном получены при испытаниях низинного торфа и далее путем пересчета адаптированы к верховому; 3. Данные, выделенные жирным шрифтом, прошли взаимную проверку при экспериментальных исследованиях низинного и верхового торфов. 4. В незакрашенных ячейках представлены данные по насыпной плотности, полученные экстраполяцией и интерполяцией экспериментальных зависимостей. 5. Представленные данные с достаточной для инженерных расчетов точностью могут быть использованы для низинного торфа по аналогии с [13] путем увеличения представленной насыпной плотности на 30 кг/м3, причем первые значения для максимальных влажностей в каждом диапазоне степени разложения следует считать ненадежными.

Для полного использования грузоподъемности высота борта кузова Тр-ПМТА при внутримассивном транспорте может быть определена следующим образом:

grud01.wmf , (1)

где Qп – грузоподъемность прицепа с учетом тягово-сцепных свойств машинно-тракторного агрегата и несущей способности торфяной залежи, т [6]; rтн – насыпная плотность торфяного сырья после гравитационного обезвоживания (при влажности w = 80÷84 %), т/м3; kрп – коэффициент разрыхления торфа при погрузке экскаватором или фронтальным погрузчиком; Sп – площадь кузова Тр-ПМТА, м2.

При использовании Тр-ПМТА для вывозки торфяного сырья до перерабатывающего предприятия в рамках сезона добычи влажность торфяного сырья будет ниже (w = 40÷75 %), а следовательно, и нагрузка на транспортную машину будет ниже, поэтому при выборе кузовов тракторных тележек следует руководствоваться значением Hбп, полученным по формуле (1).

При вывозке торфяного сырья из штабеля, сформированного близко к контуру (границе) добычного поля, потребное количество погрузочных машин (экскаваторов или фронтальных погрузчиков) определяется по следующему выражению:

grud02.wmf , (2)

где Pсут – суточный грузооборот, т; Qп – производительность погрузочной машины, м3/ч; rт – насыпная плотность торфяного сырья, кг/м3, Тсм – продолжительность смены, ч.

Анализ составляющих цикла работы машинно-тракторного агрегата показал, что основное время цикла занимает движение груженого и порожнего агрегата. Фактически время цикла определяется дальностью вывозки (время движения порожней и груженой транспортной машины составляет от 55 % времени цикла при дальности вывозки S = 0,5 км и до 85 % – при S = 2,5 км). Таким образом, выбор рациональной схемы размещения штабелей на технологической площадке также является важным фактором обеспечения эффективности транспорта торфяного сырья.

С целью уменьшения издержек производства на перевозку торфяного сырья при его добыче, а также его доставке до предприятия (цеха) переработки предлагается при разработке транспортной схемы в технологическом процессе добычи торфа руководствоваться следующими принципами:

– обеспечить максимальную концентрацию производства, за счёт рациональной компоновки отдельных его участков, что сократит расстояния перевозок как при внутримассивном транспорте, так и при вывозке сырья на предприятие;

– уменьшить количество звеньев транспортной цепи;

– при накоплении сырья во время запланированных (ремонт, техническое обслуживание) и вынужденных (в период с неблагоприятными погодными условиями) простоев добычного оборудования требуется организовывать максимум один промежуточный склад (штабель).

В настоящее время на территории РФ большинство торфодобывающих предприятий относятся к числу малых и средних, они не обладают большими техническими и материальными ресурсами и зачастую количество погрузочной и транспортной техники ограничено, поэтому следует рассмотреть возможность применения фронтального торфяного погрузчика в режиме погрузочно-доставочной машины (ПДМ). Подобный подход уже нашел применение и на крупных предприятиях для вывозки торфяного сырья из штабелей до дорог с устойчивым покрытием или до узкоколейной ж/д, при неблагоприятных погодных условиях.

Результаты исследования и их обсуждение

В связи с вышесказанным для торфодобывающих предприятий требуется решить задачу по определению расстояния, до которого рационально осуществлять вывозку торфяного сырья и продукции при помощи ПДМ. Условие, определяющее целесообразность, может быть описано следующим соотношением:

grud03.wmf

grud04.wmf (3)

где S – длина трассы транспортирования, м; расстояние от места загрузки до места выгрузки ППА (погрузочно-перерабатывающего агрегата), м; z – соотношение объема кузова Тр-ПМТА с объемом ковша погрузочной машины, работающей в режиме ПДМ; uТр-ПМТА г, uТр-ПМТА п – скорость во время движения Тр-ПМТА при порожнем и груженом рейсах соответственно, км/ч; uПДМ г, uПДМ п – скорость движения ПДМ при порожнем и груженом рейсах соответственно, км/ч.

Подставив в соотношение (3) значения переменных для серийной техники, имеющейся на торфяных предприятиях, например ТБЗ «УСЯЖ» (Минская область, Смолевический район, Белоруссия), ООО «Террафлор» (Ленинградская область), ООО «Призма» (Свердловская область) и др., получим решение (рисунок), отражающее возможность применения торфяного фронтального погрузчика при длине трассы до 150 м. При увеличении трассы транспортирования до 300 м эффективность транспортной схемы снижается в 1,23 раза, при трассе 500 м – в 1,39 раза.

grudinin1.wmf

Оценка рациональной длины трассы транспортировния для фронтального торфяного погрузчика, работающего в режиме ПДМ в сравнении с работой в комплексе с Тр-ПМТА

Выводы

Для обеспечения надежности работы транспортной схемы на основе пневмоколесных транспортных машинотракторных агрегатов при добыче торфяного сырья, учитывая совокупность факторов, влияющих на проходимость агрегатов, рационально использовать Тр-ПМТА, в составе которых используются прицепы с активным приводом одного из мостов.

При наступлении неблагоприятных условий эксплуатации внутримассивного транспорта для вывозки торфяного сырья из штабелей до дорог с устойчивым покрытием или до узкоколейной ж/д использование фронтального торфяного погрузчика в режиме погрузочно-доставочной машины на дальности в 150 м сопоставимо с использованием полуприцепов стандартной вместимости, что при рациональном расположении штабелей позволяет повысить технологическую надёжность выполнения транспортных операций.


Библиографическая ссылка

Грудинин Н.Н., Кремчеев Э.А., Нагорнов Д.О. К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ВНУТРИМАССИВНОГО ТРАНСПОРТА ПРИ ДОБЫЧЕ ТОРФЯНОГО СЫРЬЯ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 7. – С. 27-31;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36724 (дата обращения: 14.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074