Эксплуатация горнотранспортных машин на карьерах Севера

Допущено учебно-методическим объединением
вузов Российской Федерации по образованию в области горного дела
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению подготовки 
15.03.01 «Машиностроение» и специальности 21.05.04 «Горное дело»
(специализации «Горные машины и оборудование»
и «Транспортные системы горного производства»)

Москва                                        2020

2017.

21.05.04    «Горное    дело»,

 

Эксплуатация горнотранспортных машин на карьерах Севера : 
учебное пособие / А.М. Ишков, МЛ. Викулов. — Москва : ФОРУМ : 
ИНФРА-М, 2020. — 144 с. — (Высшее образование).

Введение

Увеличение объемов работ и производительности труда на горнодобывающих предприятиях в основном обеспечивается развитием
открытого способа, что неизбежно будет связано с освоением новых
районов Сибири и Севера России, характеризующихся жесткими
природноклиматическими условиями эксплуатации.
Специфичность горных работ в северных и приравненных к ним
районах страны заключается в суровом климате (машины используются при температуре окружающего воздуха до −60 °C), многолетнемерзлом состоянии горных пород и высокой их абразивности в талом
состоянии (что приводит к повышенной нагруженности узлов и механизмов машин и ускоренному износу их ходовой части), высокой интенсивности разработки месторождений (требующей круглогодичного и круглосуточного режимов работы машин), территориальной разбросанности горных объектов, отсутствии к ним постоянных дорог,
большой отдаленности работающих машин от ремонтных баз, низком
уровне материальной обеспеченности и технического обслуживания
машин изза оторванности от основных районов страны, высоких издержках производства в связи с высокой стоимостью живого труда и
большими транспортными расходами.
Опыт эксплуатации экскаваторов, бульдозеров, карьерных автосамосвалов и другой техники при разработке месторождений полезных ископаемых в зонах с холодным климатом показывает, что в зимний период по сравнению с летним среднемесячная выработка машин сокращается в 2—3,1 раза, себестоимость перерабатываемой
горной массы увеличивается в 2—2,6 раза, наработка на отказ уменьшается в 1,6—2,4 раза, а частота вынужденных ремонтов и трудоемкость восстановления повышаются в 2,5—3 раза и более.
При работе горнотранспортных машин в районах Севера в зимний период параметр отказов возрастает по сравнению с летним периодом в 1,5—2 раза, при этом до 80 % общего количества отказов
приходится на механическое оборудование машин и связано с хрупкими разрушениями узлов металлоконструкций.Неприспособленность отечественной техники к условиям ее эксплуатации в условиях
Севера усугубляется слабым развитием ремонтной базы, низким техническим уровнем оснащенности ремонтных служб, недостаточной
укомплектованностью квалифицированными кадрами, что приводит
в конечном итоге к низкому качеству ремонта и повышенным затратам на эти работы.
Обеспечение работоспособности горнотранспортных машин является сложной проблемой, для решения которой необходимо проведение комплекса конструкторских, технологических и организационных мероприятий на всех этапах эксплуатации.
Изучение методов описания случайных величин, характеризующих параметры процессов технической эксплуатации горнотранспортных машин, позволяет дать оценку надежности техники по результатам реальной эксплуатации на основе принципов обеспечения
надежности машин как сложной системы.
Характеристики надежности техники можно определить по результатам изучения статистики отказов деталей и узлов в зависимости
от наработки в условиях низких климатических температур. Данный
подход широко распространен в инженерной практике и представлен
в настоящем учебном пособии.
При использовании приведенных в учебном пособии методов по
определению эксплуатационной надежности горнотранспортных
машин появляется возможность выполнения курсовых проектов по
разнообразной тематике, отдельные математические модели могут
быть применены при проведении научноисследовательской работы
студентов, магистрантов и аспирантов.

4
Введение

Глава 1
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ГОРНОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

1.1. Условия эксплуатации горнотранспортных машин
на карьерах

Эффективность использования отечественной и зарубежной техники целесообразно проследить на примере разработки россыпных
месторождений, на которых свыше 70 % объемов горных работ выполняется в районах Крайнего Севера и приравненных к ним районах. Специфичность горных работ в северных и приравненных к
ним районах страны заключается в суровом климате (машины используются при температуре окружающего воздуха до −60 °C), многолетнемерзлом состоянии горных пород и высокой их абразивности в
талом состоянии (что приводит к повышенной нагруженности узлов
и механизмов машин и ускоренному износу их ходовой части), высокой интенсивности разработки месторождений (требующей круглогодичного и круглосуточного режима работы машин), территориальной
разбросанности горных объектов, в отсутствии к ним постоянных дорог, большой отдаленности работающих машин от ремонтных баз, в
низком уровне материальной обеспеченности и технического обслуживания машин изза оторванности от основных районов страны, исключительно высоких издержках производства в связи с высокой
стоимостью живого труда и большими транспортными расходами.
Несмотря на экстремальные температурные условия доля применяемой здесь техники и комплектующей продукции в холодном климатическом исполнении ХЛ не превышает 20 %. Поставляемая техника,
как правило, по своей конструкции и применяемым материалам мало
чем отличается от стандартных машин, предназначенных для работы

в зоне с умеренным климатом. Основные виды техники не поставляются в районы Севера в исполнении ХЛ, как этого требует действующая нормативнотехническая документация. Все это приводит к значительным непроизводительным издержкам и огромным экономическим потерям у предприятий.
Опыт эксплуатации экскаваторов, бульдозеров, карьерных автосамосвалов и другой техники при разработке месторождений полезных ископаемых в зонах с холодным климатом показывает, что в зимний период по сравнению с летним среднемесячная выработка машин сокращается в 2—3,1 раза, себестоимость перерабатываемой
горной массы увеличивается в 2—2,6 раза (табл. 1), наработка на отказ уменьшается в 1,6—2,4 раза, а частота вынужденных ремонтов и
трудоемкость восстановления повышается в 2,5—3 раза и более.

Таблица 1. Техникоэкономические показатели, достигнутые при эксплуатации
зарубежного бульдозера модели 31В фирмы«ФиатАллис» (Италия—США)
в условиях СевероВостока страны

Показатель
Месяц

январь февраль март апрель май июнь июль
август
сентябрь

Часовая производительность, м3
65
61
80
133
124
135
188
146
137

Месячная выработка, тыс. м3
18,2
15,4
29,6
39,8
36,1 44,9
57,3
46,5
49,6

Эксплуатационные затраты на
1 м3 горной
массы, руб.

1,0
1,03
0,52
0,39
0,44 0,47
0,35
0,50
0,41

Изза неприспособленности к работе в районах с холодным климатом отечественная техника по сравнению с зарубежной имеет худшие техникоэкономические показатели. Например, у мощных импортных бульдозеров наработка между капитальными ремонтами и
часовая производительность выше, чем у отечественных машин соответственно в 2—3,3 и 1,9—2,3 раза (табл. 2), срок службы больше в
1,8—2 раза.
В этих машинах решены вопросы быстрого запуска двигателей в
условиях низких температур и поддержания оптимального температурного режима в кабине машиниста. Они имеют лучшие эргономические показатели и уровень ремонтопригодности за счет более высо6
Глава 1. Техническая эксплуатация горнотранспортных машин

кой технологичности компоновки узлов, широкого применения модульных схем (обеспечивающих удобный доступ и быструю замену
узлов), наличия четко регламентированных систем технического обслуживания и ремонта, создания комфортных условий для работы обслуживающего персонала.
Оценка техникоэкономических показателей различных моделей
промышленных тракторов в сравнении с отечественным трактором
Т130, выполненная Магаданским ВНИИ1 (табл. 3), показывает, что
с увеличением мощности двигателя значительно возрастают часовая
производительность и годовая выработка машин и снижаются (несмотря на резкое увеличение их балансовой стоимости) приведенные
затраты на кубометр горной массы. Исключением из этой тенденции
является отечественный промышленный трактор Т330, у которого
приведенные затраты на 1 м3 горной массы возрастают по сравнению
с бульдозером Т130 в 2,59 раза. Такое положение объясняется малой
часовой производительностью и годовой выработкой бульдозера
Т330, большой его балансовой стоимостью и низким техническим
уровнем. Оценка технического уровня промышленного трактора
Т330 по сравнению с зарубежным аналогом идентичного класса тяги
промышленным трактором Д9Н (табл. 4) показывает, что из семи
сравниваемых показателей по шести из них он значительно уступает
аналогу.
Неприспособленность отечественной техники к условиям ее эксплуатации в условиях Севера усугубляется слабым развитием ремонтной базы, низким техническим уровнем оснащенности ремонтных
служб, недостаточной укомплектованностью квалифицированными

1.1. Условия эксплуатации горнотранспортных машин на карьерах
7

Таблица 2. Средняя часовая производительность отечественных и зарубежных
моделей бульдозеров тягового класса 25 и 35

Показатель

Отечественные
Зарубежные

ДЗ126
(ДЗ34С)
ДЗ129
(ДЗ94С)
Д9Н
Д355А3
31В
Д9Л

Тяговый класс
трактора
25
35
35
35
35
35

Номинальная
мощность, кВт
221
250
302
302
313
343

Часовая производительность, м3/ч
50,5
46,2
89,3
90,9
99,4
106,8

кадрами, что приводит в конечном итоге к низкому качеству ремонта
и повышенным затратам на эти работы.
Эксплуатация техники в условиях низких температур сопряжена с
серьезными трудностями. С понижением температуры затрудняется
пуск двигателя, резко увеличивается (вследствие загустевания смазочных материалов) сопротивление движению, что требует для дви8
Глава 1. Техническая эксплуатация горнотранспортных машин

Таблица 3. Техникоэкономические показатели отечественных и зарубежных
промышленных тракторов в сравнении с отечественным трактором Т130, %

Показатель

Модель промышленного трактора

Т130
Д ЭТ250М Т330
Д388А
«Комацу»
31В «ФиатАллис»
ДУ88А
«Комацу»

Мощность
100
188
206
256
265
387

Масса
100
200
284
278
326
405

Часовая производительность
100
256
234
461
504
719

Годовая выработка
100
233
144
707
722
951

Балансовая стоимость
100
377
1156
881
1098
1521

Приведенные затраты
на 1 м3 горной массы
100
78
259
59
68
62

Таблица 4. Сравнение технического уровня трактора Т330 с трактором Д9Н

Показатель
Значения показателя по моделям

Т330
Д9Н

Номинальная мощность двигателя, кВт
246
302

Удельный расход топлива, г/кВт⋅ч
258
253

Скорость движения трактора при номинальном
тяговом усилии, м/с
0,45
0,55

Ресурс до первого капитального ремонта, ч
6000
10 000

Наработка на отказ, ч
70
305

Удельная металлоемкость, кг/кВт
154,5
112,6

Удельная суммарная оперативная трудоемкость, челч/г
0,18
0,067

жения повышенной мощности, происходит интенсивное ухудшение
эксплуатационных свойств рабочих жидкостей, смазочных материалов, резинотехнических изделий и конструкционных материалов,
снижающих надежность техники.
Ухудшение пуска двигателя происходит вследствие его охлаждения и поступления в цилиндры холодного воздуха. Сжатие рабочей
смеси в этом случае не обеспечивает ее нагревания до температуры
воспламенения, зависящей при прочих одинаковых условиях от пусковой частоты вращения вала двигателя. При понижении температуры минимальная пусковая частота вращения вала двигателя, при которой возможно воспламенение смеси, резко увеличивается, а фактическая частота вращения вала двигателя вследствие повышения
вязкости масла и падения емкости аккумуляторных батарей интенсивно падает. Поэтому пуск дизельного двигателя возможен при температуре −5—10 °C и выше.
Улучшение пусковых свойств двигателя в диапазоне температур
до −15—18 °C достигают снижением момента сопротивления прокручиванию благодаря использованию загущенных масел, обладающих
хорошими температурновязкостными характеристиками, и повышением качества воспламеняемости топлива за счет применения сортов
топлив с большим количеством легких фракций, воспламеняющихся
при низких температурах. Для пуска холодного двигателя при более
низких температурах применяют: при бесподогревном пуске в аварийных ситуациях специальные пусковые жидкости на основе эфира,
легко испаряющихся и воспламеняющихся при отрицательных температурах, и пусковые приспособления для дозировки подачи жидкости в камеру сгорания (при температуре воздуха до −35 °C); подогрев
воздуха во впускном трубопроводе за счет сгорания в нем некоторого
количества топлива, подаваемого специальным электрофакельным
устройством, с дальнейшим поступлением нагретого воздуха в цилиндры (при температуре воздуха до −30 °C); аккумуляторные батареи с
внутренним электрообогревом, стабилизирующим их тепловой режим; предпусковой прогрев двигателя с помощью индивидуальных
жидкостных предпусковых подогревателей, включаемых в систему
охлаждения и обеспечивающих подогрев охлаждающей жидкости в
системе охлаждения и масла в масляной системе (при температуре
воздуха до −45 °C и ниже); коллективные (групповые) средства предварительного подогрева двигателей нескольких машин теплым воздухом или горячей водой.

1.1. Условия эксплуатации горнотранспортных машин на карьерах
9

Усложняет эксплуатацию техники на Севере отсутствие высококачественных антифрикционных, противозадирочных малозольных
отечественных дизельных масел с низкой вязкостью, недостаточные
моющедиспергирующие свойства, непригодность резинотехнических изделий для эксплуатации машин при температурах ниже
−40 °C, небольшой срок службы двигателей внутреннего сгорания,
невысокая ремонтопригодность, лимитирование запасных частей, отсутствие ремонтных приспособлений и инструмента.
При работе экскаваторов в районах Севера в зимний период
параметр потока отказов возрастает по сравнению с летним периодом,
в 1,5—2 раза, при этом до 80 % общего количества отказов приходится
на механическое оборудование машин и связано с хрупкими разрушениями узлов металлоконструкций.
Как показывает анализ, нa технические условия эксплуатации
техники влияют природноклиматические, технологические, экономические и организационные факторы. Первые три группы факторов
оказывают непосредственное воздействие на эффективность эксплуатации техники. Организационные мероприятия оказывают свое воздействие на конечный результат через факторы других групп. Ряд
факторов проявляет взаимное воздействие как друг на друга, так и на
группы смежных факторов. Так, затраты на техническое обслуживание машин сказываются на уровне работоспособности, с другой стороны, работоспособность определяет размеры эксплуатационных затрат. В свою очередь работоспособность зависит от условий эксплуатации техники, определяемых расположением горных предприятий в
той или иной климатической зоне России. Между такими факторами
возможны оптимальные варианты взаимодействия.
Проанализируем влияние каждого из рассматриваемых групп
факторов на эффективность эксплуатации техники.
Технологические факторы устанавливают зависимость между
конструктивными и рабочими параметрами машин, являются определяющими в формировании типов машин, интенсивности использования и их производительности. Это — исходные параметры для
выбора техники, проектирования предприятий, использование машин во времени.
Вопросы создания, совершенствования конструкций машин, выпуска машин специального назначения, повышения качества оборудования, разработки комплекса средств механизации технического
обслуживания и ремонта машин являются основой технической по10
Глава 1. Техническая эксплуатация горнотранспортных машин

литики перевооружения транспортных и промышленных предприятий районов Крайнего Севера. Эти вопросы, связанные с разнообразием конструктивных и рабочих параметров машин, закономерности
их изменения под влиянием жестких природноклиматических условий можно трактовать как технические факторы, являющиеся базовыми при оценке и исследовании закономерностей изменения работоспособности машин в зависимости от времени работы и факторов
воздействия внешней среды.
В то же время опыт работы в этом направлении требует более глубокого обобщения информации по работоспособности техники с
объективным критическим анализом отдельных принципиальных решений, связанных с конструированием и созданием новых машин, с
учетом возможности их эффективного использования в районах Севера.
Природноклиматические факторы оказывают существенное
влияние на работу техники, что вызвало необходимость изготовления
специальных машин типа «ХЛ», предназначенных для работы в условиях Крайнего Севера. Так как транспортные и промышленные предприятия имеют значительные непроизводительные издержки, особенно в зимний период, когда выработка машин по сравнению с летним
периодом сокращается в 2—3,1 раза, себестоимость перерабатываемой
горной массы увеличивается в 2—2,6 раза, наработка на отказ уменьшается в 1,6—2,4 раза, а частота вынужденных ремонтов и трудоемкость восстановления повышается в 2,5—3 раза и более. По сравнению
с районами умеренного климата снижаются работоспособность и ресурс машин в 1,3—2,5 раза, выработка на 20—30 %, суммарные простои увеличиваются на 30—70 %.
Организационные факторы не оказывают непосредственного
воздействия на критерии надежности техники, но, находясь под
влиянием факторов времени и внешней среды, изменяют экономические показатели техники и тем самым влияют на оптимизацию управления надежности машин. Посредством управления процессами интенсивности использования машин, уровня надежности оборудования, организации и механизации технического обслуживания и
ремонта обеспечивается повышение эффективности использования
машин в жестких климатических условиях.
Надежность оборудования, работающего в условиях Севера, подвержена дополнительному неблагоприятному влиянию климатических факторов.

1.1. Условия эксплуатации горнотранспортных машин на карьерах
11