3.4. Автомобільний транспорт

Автомобільні дороги

Ефективність роботи кар'єрного автомобільного транспорту багато в чому залежить від застосовуваних схем трас, стану та якості транспортних комунікацій.

Кар'єрні автомобільні дороги відрізняються складністю траси в плані і по профілю, великою інтенсивністю руху, значними навантаженнями з боку рухомого складу. При цьому вони повинні бути простими за конструкцією, дешевими і надійними протягом усього терміну експлуатації.

Залежно від перевезеного вантажу автодороги на кар'єрах поділяють на виробничі, якими транспортують розкривні породи і корисні копалини, і господарські, що використовують для перевезення господарських і допоміжних вантажів [5].

За умовами експлуатації кар'єрні автодороги поділяються на постійні й тимчасові. Постійні дороги прокладаються на тривалий термін експлуатації, тимчасові дороги періодично переміщуються слідом за фронтом гірських робіт.

Постійні й тимчасові дороги, крім терміну служби, розрізняють за призначенням, інтенсивністю руху, конструктивними параметрами та якістю покриття.

До постійних доріг належать головні дороги, що зв'язують кар’єр зі складом корисних копалин, з перевантажувальним пунктом на поверхні чи у кар'єрі, зі збагачувальною фабрикою. Ці дороги використовують протягом усього терміну служби кар'єру, середня швидкість руху на них досягає 40-50 км/год., інтенсивність руху може перевищувати 6000 автомобілів на добу.

До постійних доріг належать також з'їзди і заїзди в кар'єр, шляхи від головних заїздів до відвалів, заїзди на відвали, дороги на поверхні відвалу, на відпрацьованих горизонтах, що лежать вище. Інтенсивність руху на них коливається від 1000 до 6000 автомобілів на добу, швидкість руху – від 20 до 40 км/год., термін служби – від 3 до 10 років.

Інтенсивність і швидкість руху на тимчасових дорогах помітно нижча (1000-1200 машин на добу, 10-15 км/год). Це проїзди по уступах і на відвалах, заїзди до екскаваторів, дороги на ділянках, що насипаються. Термінові дороги розраховані на відносно невеликий термін служби (як правило, 1-2 роки).

За конструкцією кар'єрні автодороги бувають з дорожнім покриттям і без нього.

Головною ознакою, що характеризує параметри і конструкцію автодороги, є вантажонапруженість, тобто кількість вантажу в тоннах, перевезеного по даній ділянці дороги за одиницю часу.

Автомобільна дорога характеризується поздовжнім і поперечним профілями.

Поздовжній профіль автодороги зображується у вигляді плавної кривої, що складається із майданчиків горизонтальних ділянок, похилих ділянок і кривих, що з'єднують ділянки з різними ухилами.

У поперечному профілі автодоріг відбивається їхня конструктивна побудова, що включає тип земляного полотна, дорожнього одягу, розташування і характер дренажних пристроїв, допоміжних елементів і виробок.

Для забезпечення ефективної роботи великовантажного автомобільного транспорту, досягнення високих швидкостей руху необхідно, щоб постійні магістральні дороги були міцними і рівними. Ці якості їх значною мірою визначаються стійкістю земляного полотна.

Автомобільна дорога (рис. 3.45) становить собою спорудження, зведене з декількох горизонтальних шарів дорожньо-будівельних матеріалів і складається із земляного полотна, проїзної частини, узбіч і водовідвідних споруджень.

Рис. 3.45. Поперечний профіль автодороги

а – у м’яких породах; б – у скельних породах; в – на з'їздах;

1 – земляне полотно; 2 – проїжджа частина; 3 – узбіччя;

4 – водовідвідні споруди; 5 – огородження

Земляне полотно повинне мати стійкість і міцність незалежно від змін температурного і водяного режимів. Це досягається спорудженням полотна зі стійких ґрунтів та відведенням поверхневих і ґрунтових вод.

Земляне полотно зводять з гравію чи щебеню. Воно містить у собі проїзну частину і два узбіччя. Найбільш інтенсивний рух автомобілів відбувається проїзною частиною, а узбіччя служать для запобігання руйнуванню, країв проїзної частини, складуванню будівельних матеріалів під час ремонту дороги, об'їзду і вимушеним зупинкам.

Постійні дороги покриваються одним-трьома шарами дорожнього покриття, мають основу і підстильний шар.

Покриття безпосередньо сприймає вплив коліс автомобіля і захищає конструкцію дороги. Основа є головним вантажонесучим шаром дороги. Підстильний шар служить переважно як дренажний для відведення води, що накопичується в земляному полотні.

Одношарове покриття має тільки захисну частину, а двошарове – захисну частину та основу. Ширина проїзної частини визначається габаритами рухомого складу, швидкістю руху і кількістю смуг руху.

На криволінійних ділянках автодоріг варто передбачати розширення проїзної частини. Розмір розширення залежить від радіуса заокруглення.

Обрис поверхні проїзної частини робиться з похилом для забезпечення відведенням води. Дороги виконуються двосхилими й односхилими. Звичайний поперечний профіль дороги – двосхилий з поперечними похилами проїзної частини, що залежать від типу покриття.

На заокругленнях автодоріг береться односхилий профіль проїзної частини з похилом до центра кривої, віраж якої збільшує стійкість автомобіля проти бічного ковзання і перекидання під дією відцентрової сили.

Ширина узбіч кар'єрних автодоріг береться, як правило, рівною 1,0 м, але, як показує практика, у кар'єрах, де накопичується сніг, її варто збільшувати по можливості до 2,0-2,5 м для складування снігу під час очищення доріг.

Для відведення води в скельних породах будуються кювети, у м’яких – лотки.

Автомобільні дороги, що розташовані на насипах і покосах, огороджують залізобетонними чи кам'яними тумбами і стінками, які рекомендується підсилювати валом з породи.

Трасування кар'єрних автодоріг на поверхні здійснюється з точки зору мінімального обсягу земляних робіт, разом з тим воно повинне забезпечувати безпеку руху автотранспорту з можливо більшими швидкостями.

Конструкція і матеріали дорожнього покриття повинні забезпечити інтенсивний рух автотранспорту й охороняти автодороги від руйнування під дією навантажень від рухомого складу і природних кліматичних факторів. Поверхня покриття повинна чинити мінімальний опір руху й у той же час бути досить жорсткуватою для надійного зчеплення коліс з дорогою.

Дорожнє покриття складається з одного чи декількох конструктивних шарів – верхній, або шар зношення, характеризує експлуатаційні якості дороги (зчеплення, рівність та ін.); нижній, чи несучий, забезпечує міцність конструкції. Несучий шар розташовується на дорожній основі, що передає навантаження на земляне полотно. У кар'єрах штучна основа передбачається тільки у випадках, коли підстилковими ґрунтами є наноси, глинисті сланці й подібні їм породи, що змінюють свої властивості при зволоженні. Матеріалом для дорожньої основи служать вапняки, піщаники й інші породи, що одержуються, зазвичай, при веденні розкривних робіт.

Вид покриття встановлюється залежно від призначення дороги, терміну її експлуатації, інтенсивності руху і типу транспортних засобів, особливостей ґрунтової основи і його водяного режиму, наявності місцевих будівельних матеріалів.

Розрізняють дорожні покриття вдосконалені (капітальні й полегшені), перехідні й нижчий тип.

До удосконалених капітальних покрить належать асфальто- і цементобетонні. Асфальтобетонне покриття формується при укоченні асфальтобетонної суміші, що готується в гарячому стані в змішувачі з дрібного щебеню, піску, органічної в’яжучої речовини (наприклад, бітуму) і наповнювача. Основа під асфальтобетонне покриття виконується щебенева, щебенево-гравійна, цементобетонна. Товщина шару зношення складає при цьому 5 см.

Цементне покриття належить до твердих, які погано працюють на вигин. Улаштовується воно у вигляді монолітних плит. Товщина бетонної плити залежить від осьового навантаження. Основа покриття споруджується з піску чи щебеню.

Для тимчасових доріг застосовують збірні залізобетонні покриття, що складаються з готових залізобетонних плит. Спорудження покриття полягає в укладанні плит на підготовлену основу. Основними перевагами збірних залізобетонних покрить є простота конструкції, транспортабельність і можливість багаторазового використання.

До удосконалених полегшених покрить належать чорні щебеневі й чорні гравійні. Таке покриття складається з одного-двох ущільнених шарів щебеню чи гравію, зв'язаних бітумом. Найкраща якість чорного щебеневого покриття досягається при виготовленні чорного щебеню в асфальтозмішувальній установці. У кар'єрних умовах його одержують також змішуванням на місці й просочуванням. При цьому у верхній шар підсипаються дрібні фракції розміром 20-40 мм, у нижній – великі фракції розміром 50-120 мм; кожний із шарів укочується окремо. Уведення бітуму в полотно дороги здійснюється розливанням у гарячому стані по поверхні чи нагнітанням під тиском за допомогою гудронатора.

До покрить перехідного типу належать щебеневі, гравійні, жужільні й грунтощебеневі. Покриття перехідного типу є основою для удосконалених покрить.

До покрить нижчого типу належать ґрунтові, укріплені добавками, профільовані й укочені. У таких покриттях основою є ґрунт земляного полотна. Як домішки використовуються пісок, гравій, шлак тощо.

Від типу і якості дорожнього покриття істотно залежать техніко-економічні показники застосування автомобільного транспорту в кар'єрах: швидкість руху, витрата палива і мастильних матеріалів, зношення шин і автомобіля в цілому.

Найбільш високі показники досягаються при використанні доріг з удосконаленим покриттям. У цих умовах у порівнянні з дорогами нижчого типу швидкість руху в 2,5-3 рази вища, витрата палива менша в 1,5 раза, зношення шин у 2-2,5 раза менший.

Нормальна робота і довговічність автомобільних доріг забезпечуються комплексом заходів щодо їхнього складу і ремонту.

Механічні й кліматичні навантаження викликають поступове накопичення ушкоджень, утрату міцності дорожнього одягу і порушення рівності доріг. Особливо шкідливий вплив на стан автодоріг мають ґрунтові й поверхневі води.

Найбільш характерні ушкодження дорожнього покриття бувають у вигляді колій, тріщин, вибоїв, зрушень, вм'ятин і появи хвилястості. Крім того, знос дорожнього покриття веде до погіршення його якості.

Для підтримки дорожнього покриття в робочому стані постійно проводяться роботи по догляду дороги, а також ремонтні роботи. Для цієї мети при кар'єрах організовують дорожню службу. Дорожні роботи розділяють на роботи з утримування дороги, поточні, середні й капітальні ремонти.

Роботи з утримування доріг проводять протягом усього періоду експлуатації автотранспорту. До них належать прибирання і поливання доріг, очищення від бруду, видалення зайвої вологи, збирання снігу, льоду, посипання піском і поливання розчинами хлористого кальцію чи відходами нафтопродуктів для усунення пилоутворення.

До поточного ремонту належать роботи з попередження і негайного усунення дрібних ушкоджень, наприклад: поява тріщин і вибоїв, вирівнювання осідань, виправлення дрібних ушкоджень земляного полотна.

Роботи з утримування і поточного ремонту доріг здійснюються щодня спеціальними дорожніми ремонтними бригадами.

До середнього ремонту належать роботи з відновлення зношених доріг (раз у 1-2 роки). Основні з них: поверхневе оброблення асфальтобетонних, чорних щебеневих і гравійних покрить, заміна окремих плит, вирівнювання покрить з додаванням щебеню чи гравію. Поверхневе оброблення полягає у нанесенні на поверхню дороги захисного килимка з чорного щебеню, що, як правило, має підвищену шорсткість.

Капітальний ремонт здійснюють один раз на 10-12 років. При капітальному ремонті усувають усі дефекти, що з'явилися при експлуатації дороги. Після капітального ремонту всі елементи дороги мають відповідати вимогам доріг відповідного призначення.

Для виконання робіт з будівництва, утримування і ремонту автомобільних доріг використовуються бульдозери, грейдери, розпушувачі, дорожні котки, дорожні щітки, снігоочисники, поливальні машини й інша техніка.

Устаткування автосамоскидів

Основними видами рухомого складу кар'єрного автомобільного транспорту є автосамоскиди й автопоїзди (потяг).

Автосамоскидом називають автомобіль з вантажною платформою посиленої конструкції і кузовом, що розвантажується перекиданням назад чи набік. Існує також різновид автосамоскидів з донним розвантаженням кузова.

Автопоїзд – автомобіль-тягач з одним чи декількома причепами або напівпричепами. Кузов причепа чи напівпричепа також може розвантажуватись або через дно, або перекиданням назад чи набік.

Специфічні умови експлуатації на відкритих гірничих розробках висувають такі вимоги до конструкції кар'єрних автомобілів:

• висока міцність механічної частини, що дозволяє витримувати ударні зусилля при екскаваторному навантаженні;

• забезпечення простого і повного навантаження і розвантаження кузова для скорочення тривалості цих технологічних операцій у кар'єрах;

• висока маневреність для ефективної роботи в умовах стиснених гірських виробок;

• високі стійкість і прохідність в умовах складного рельєфу місцевості та руху на дорогах невисокої якості;

• на затяжних підйомах і спусках, характерних для кар'єрних умов, здатність розвивати достатню швидкість для скорочення робочого циклу автомобіля, а також необхідного гальмівного зусилля;

• легкокерованість, комфортні умови для роботи водія.

Перераховані вимоги визначають вибір компонованої схеми й основні параметри кар'єрних автомобілів залежно від їхнього призначення.

Сьогодні основним типом кар'єрного автомобіля є двохосьовий самоскид із заднім розвантаженням. Він відповідає майже всім перерахованим вище вимогам. Якщо ж необхідна підвищена вантажопідйомність, а інші вимоги менш значні, то використовують автопоїзди.

Наприклад, на частку автосамоскидів із заднім розвантаженням припадає 93,5% транспортного парку вугільних кар'єрів світу, а вуглевозів із донним розвантаженням – 6,5%. Для важких вантажів (різних видів металевих руд, будівельної сировини) двохосьові самоскиди із заднім розвантаженням взагалі поза конкуренцією.

До основних параметрів автосамоскидів належать:

• вантажопідйомність - максимальна маса вантажу, перевезена автосамоскидом;

• місткість кузова: максимальний корисний об’єм кузова;

• потужність двигуна;

• питома потужність - потужність двигуна, віднесена до 1 кг маси автосамоскида;

• потужність тягових електродвигунів автосамоскидів з електромеханічною трансмісією;

• колісна формула - числове вираження, що показує загальну кількість коліс і кількість ведучих коліс. Наприклад, колісна формула 4х2 означає, що автосамоскид має чотири колеса, причому два з них ведучі.

При компонуванні кар'єрних автомобілів (рис. 3.46) розташовується поруч із двигуном. Така схема одержала основне поширення, тому що забезпечує велику компактність автомобіля, хоча й ускладнює забезпечення комфортних умов роботи водія, оскільки двигун розташований у безпосередній близькості від кабіни.

Варіант конструктивної схеми шасі значною мірою зумовлює масу автомобіля і забезпечує, у першу чергу, його маневреність. У більшості випадків використовується схема з керованими передніми колесами при колісній формулі 4х2 (рис. 3.46а).

Відоме застосування в закордонній практиці конструкцій шасі з рамою, яка складається з двох з'єднаних шарнірно частин, що підвищує маневреність автомобіля (рис. 3.46б). У випадку використання обох осей у ролі ведучих, керування автомобілем здійснюється одночасним поворотом обох осей за допомогою системи гідроциліндрів (рис. 3.46в). Це дозволяє зменшити масу автомобіля, збільшити його маневреність, підвищити (завдяки використанню восьми шин) вантажопідйомність.

Зі збільшенням кількості осей до трьох (рис. 3.46г) з'являється можливість підвищення вантажопідйомності й прохідності автомобіля. З іншого боку, це збільшує його масу, погіршує маневреність і ускладнює конструкцію. У варіанті виконання з напівпричепом автопотяг має десять коліс (рис. 3.46д). Вантажопідйомність у цьому випадку значно підвищується, однак істотно збільшується довжина і знижується маневреність.

До основних частин кар'єрного автосамоскида належать: двигун, шасі й кузов (вантажна платформа).

Джерелом механічної енергії, що використовується для приведення автомобіля в рух, є двигун. Найбільш розповсюджений тип двигуна кар'єрних автосамоскидів – поршневий дизельний.

Конструкція дизельного двигуна повинна враховувати специфіку роботи кар'єрних автосамоскидів, наприклад, дефіцит кисню в кар’єрах гірських місцевостей, що супроводжується недостатнім живленням циліндрів повітрям, неповним згорянням палива і значним зниженням потужності.

Рис. 3.46. Компоновані схеми кар'єрних автомобілів

Дефіцит автомобільних дизельних двигунів для автосамоскидів великої вантажопідйомності найчастіше приводить до використання відповідних тепловозних, суднових і навіть стаціонарних дизелів. Для великовантажних автомобілів краще застосовувати спарені силові установки, що дає можливість найбільш раціонально використовувати двигуни при цикловій роботі кар'єрного автомобіля (при порожньому пробігу використовується тільки один двигун, у навантаженому варіанті – обидва).

Останнім часом усе більшого застосування знаходять дизельні двигуни з газотурбінним наддуванням. Для автомобілів великої вантажопідйомності перспективним є використання газотурбінних силових установок, що відрізняються конструктивною простотою, невеликими масою і габаритами, полегшеним запуском при низьких температурах, малою токсичністю вихлопних газів. Однак збільшена витрата палива, високі вартість і чутливість до запиленості повітря стримують їхнє широке застосування у вітчизняній і закордонній практиці.

Передача обертального моменту від вала двигуна до ведучих коліс автомобіля здійснюється системою механізмів, так званою трансмісією. Застосування трансмісії дозволяє найбільш повно використовувати потужність двигуна в умовах різкої зміни навантажень на нього, зумовлених режимом роботи кар'єрного автотранспорту.

До трансмісії кар'єрних автосамоскидів висуваються такі вимоги:

• забезпечення руху навантаженої машини на затяжних підйомах і спусках з високими швидкостями;

• забезпечення плавного зрушення з місця;

• сприяння підвищенню довговічності двигуна і силової передачі внаслідок згладжування ударів і коливань;

• полегшення керування автомобілем.

Для великовантажних кар'єрних автосамоскидів одержали застосування трансмісії двох типів: гідромеханічна та електромеханічна.

У гідромеханічній трансмісії (чи гідромеханічної передачі – ГМП) обертальний момент від двигуна через редуктор передається на гідротрансформатор, потім через коробку передач, карданний вал і задній міст на рушійні колеса. Основним вузлом трансмісії є гідротрансформатор, що дозволяє автоматично змінювати тягове зусилля на ведучих колесах автомобіля завдяки безступінчастому перетворенню обертального моменту.

В електромеханічній трансмісії двигун обертає генератор. Вироблений генератором струм надає руху тяговим електродвигунам, які передають обертальний момент, за допомогою редуктора, апаратів регулювання і керування на ведучі колеса автомобіля.

Обидва типи трансмісій дозволяють раціонально використовувати потужність двигуна, мають високі перетворювальні здатності, сприяють підвищенню довговічності двигуна й агрегатів силової передачі, полегшують керування автомобілем. Однак вони нерівнозначні за складністю, коефіцієнтами корисної дії на різних режимах роботи і за вартістю.

Вибір типу трансмісії залежить від ряду факторів, у тому числі від вантажопідйомності автомобіля і від умов його експлуатації. У цілому застосування ГМП виправдане для автосамоскидів вантажопідйомністю до 70-100 т. Зі збільшенням вантажопідйомності все більш ефективним стає електропривод ведучих коліс автомобіля. Він забезпечує отримання оптимальних характеристик у тягових і гальмових режимах роботи, має високий сумарний к.к.д., відрізняється простотою керування. При цьому двигун працює в стабільному режимі незалежно від навантаження на ведучі колеса завдяки безступінчастому регулюванню швидкості в широкому діапазоні. Застосування електромеханічної трансмісії у сукупності з індивідуальним приводом коліс розширює компоновані можливості великовантажного автомобіля завдяки незалежності його кінематичної схеми від типу трансмісії (зокрема, використання декількох осей у ролі ведучих). Винятком з цього загального правила є автосамоскиди фірми Caterpillar. Весь діапазон моделей, що випускаються нею, аж до 300-тонної, оснащується ГМП.

В електромеханічній трансмісії застосовуються системи як постійного, так і змінного струму.

Одним із основних елементів електромеханічної трансмісії є електромотор-колесо. Тяговий електродвигун і планетарний редуктор можуть міститися в маточині кожного ведучого колеса (звичайно заднього) (рис. 3.47) чи винесені з неї, але у всіх випадках маточина колеса поєднує всі вузли мотор-колеса в єдиний агрегат і сприймає основні навантаження.

Ходова частина автосамоскида складається з таких основних вузлів: рами, підвіски, коліс із шинами.

Рама автосамоскида служить основою автомобіля, на якому закріплено його вузли і кузов, і повинна мати високу міцність, витримуючи як значні статичні навантаження від ваги агрегатів і вузлів, так і динамічні, що виникають при русі автомобіля по нерівній дорозі та при навантаженні екскаватором.

Підвіска автосамоскида призначена для демпфування динамічних навантажень на вузли і системи при русі й для забезпечення плавності ходу шляхом гасіння виникаючих коливань. Вона становить собою систему амортизаційних елементів, розташованих між колесами і всією надбудовою автомобіля. Найчастіше застосовується пневмогідравлічна підвіска.

Передня вісь кар'єрних автосамоскидів зазвичай оснащена двома колесами, задня – чотирма (по два спарених колеса на кожний бік). Колесо складається з обода і пневматичної шини. Для великовантажних кар'єрних самоскидів (вантажопідйомністю більше 75 т) основне застосування одержали безкамерні шини. Шини кар'єрних самоскидів повинні мати високу зносостійкість, розривну міцність і теплостійкість.

Рис. 3.47. Мотор-колесо автосамоскида

1 – маточина колеса; 2 – тяговий електродвигун;

3 – редуктор;4 – шина

Рульове керування служить для зміни напряму руху, що здійснюється, як правило, поворотом передніх коліс. Для полегшення обертання кермового колеса застосовують гідравлічний підсилювальний механізм.

Гальмівна система служить для забезпечення безпеки руху в кар'єрах і складається з робочого, стоянкового і допоміжних гальм. Робоче гальмо, як правило, барабанного чи дискового типів із пневматичним чи гідравлічним приводом, причому останній використовується на великовантажних автосамоскидах. Стоя­нкове гальмо виконується у вигляді фрикційної пари з механічним, пне­вматичним чи гідравлічним приводом. Як допоміжне гальмо на автомобілях із ГМП використовується гідродинамічний гальмо-сповільнювач, що підтримує постійну швидкість автомобіля за рахунок поглинання кінетичної енергії, на автомобілях з електромеханічною трансмісією застосовується електродинамічне гальмування.

Механізм розвантаження забезпечує підйом і опускання кузова самоскида чи відкривання і закривання стулок кузова напівпричепа.

Вантажонесучим елементом самоскида є кузов. Кузов повинен бути по можливості легким і разом з тим досить міцним, що витримує значні ударні зусилля при навантаженні екскаваторами, легко завантажуватися і швидко спорожнятися при перекиданні. Кузов автосамоскида становить собою зварену металеву платформу з козирком над кабіною, яка спирається на раму, розвантажується підйомом назад за допомогою гідравлічного механізму.

Найбільш поширена V-подібна форма кузова автосамоскидів, що забезпечує зниження висоти і центра ваги автомобіля.

Основними світовими виробниками великовантажних кар'єрних автосамоскидів є фірми БілАЗ, Komatsu Mining Sistems (KMS), Caterpillar, Euclid (Hitachi Construction Machinery), Unit Rig (TEREX), Kress, Liebherr [21].

Автосамоскиди, що випускаються, за вантажопідйомністю можна умовно розподілити на дев'ять основних груп (табл. 3.1). Як видно з таблиці, тільки чотири провідні фірми продукують повний ряд машин, що охоплює діапазон вантажопідйомності від 30 до 300 т.

При проектуванні автосамоскидів ураховується можливість їх використання з відповідними екскаваторами різної місткості ковша. На рис. 3.48 наведено дані щодо кількості ковшів екскаваторів при спільному використанні з автосамоскидами при проектуванні системи автосамоскид-екскаватор для вугільних підприємств компанії Terex.

Основною глобальною тенденцією в розвитку кар'єрного автотранспорту є неухильне зростання одиничної потужності (вантажопідйомності) самоскидів, стримуване тільки потужністю двигунів і несучою здатністю застосовуваних шин (рис. 3.49-3.52).

Тяговий розрахунок автотранспорту

Тягові властивості автомобіля залежать від потужності двигуна, типу трансмісії, маси автомобіля .

Сила тяги автомобіля може бути індикаторною, що виникає при русі поршня і стиснення пальної суміші, дотичною, що виникає на рушійних колесах і дорівнює індикаторній мінус втрати в рушійному і передавальному механізмах і корисною (на гаку автомобіля; вона дорівнює дотичній, за винятком сил опору руху самого автомобіля) [21].

У тягових розрахунках використовують значення дотичної сили тяги, що регулюється подачею палива в циліндри, зміною передаточного числа коробки чи передач, порушенням генератора і визначається при відомій потужності з виразу:

, (3.57)

де P – потужність двигуна, кВт; v – швидкість руху, км/год; _ом = 0,85-0,88 – коефіцієнт відбору потужності, що враховує витрати потужності на допоміжні потреби; _т - к.к.д. трансмісії (для ГМП дорівнює 0,7-0,72, для електромеханічної трансмісії – 0,69-0,71).

Максимальне тягове зусилля вибирається з умови зчеплення рушійних коліс із дорожнім покриттям:

F_max  1000m_сцg, (3.58)

де m_сцg – зчіпна вага автомобіля, тобто сила натискання ведучих коліс на полотно автодороги, кН; m_сц – маса автомобіля, що припадає на рушійні колеса (зчіпна маса); для автосамоскидів із двома ведучими колесами вона складає приблизно 70% повної маси автомобіля, т;  – коефіцієнт зчеплення (залежить головним чином від типу дорожнього покриття і його стану); g – прискорення вільного падіння, м/с².

Рис. 3.48.

Рис. 3.49. Автосамоскид фірми “Liebherr” вантажопідйомністю 360 т

Рис. 3.50. Автосамоскид БелАЗ-75303 вантажопідйомністю 200 т

Таблиця 3.1. Основні фірми-виробники великовантажних кар'єрних автосамоскидів

Вантажопідйомність, т	Фірми
	БілАЗ	Komatsu	Caterpillar	Euclid	Unit Rig	Kress	Liebherr
30 – 50	7528	HD325-6	769D	R32
	7540	HD405-6	771D	R36	-	-	-
	7548			R40
	75473			R50
51-70	7555A	210M	773D	R65
		HD465-5	775D
		HD605-5
75 – 113	7549	330M	777D	R85	MT-3000	CH160
		HD785-5				CH180
		HD985-5
		445E
120 – 136	7512	HD1200-1	785B	R130	MT-3300
	7514	HD1200-1D		-	MT- 3300AC
	75131	HD1200M
		510E
140 - 170	-	530M	-	R150	MT-3600	CH200	-
		HD1600M			MT-3600B	CH220
170-197	75215	630E	789B	R170	MT-3700	CH260	T252
		685E		R190	MT-3700B
		730E		R220
200 – 238	75303	830E	793C	R260	MT-4400	-	T262
270 – 290	75501	930E	-	-	MT-4800	CH300	T272
300 і більш	7570	-	797	-	MT-5500	-	T282
					MT-5500АС

Рис. 3.51. Автосамоскид фірми “Caterpillar” вантажопідйомністю 93 т

Рис. 3.52. Автосамоскид фірми “Komatsu” вантажопідйомністю 92 т

Автомобіль при русі зазнає дії різних опорів, і сумарний опір руху визначається за формулою:

W = W_о + W_в  W_i + W_к + W_j, Н , (3.60)

де W_о=w_оm_аg – сила основного опору руху на прямій горизонтальній ділянці, викликана тертям у підшипниках і деформацією шин і дорожнього одягу під час кочення коліс (m_аg – вага автомобіля, кН; w_о – питомий основний опір руху, Н/кН);

W_в = F(v_а  v_в)² – сила опору повітряного середовища ( - коефіцієнт, що враховує обтікання автомобіля, для кар'єрних автосамоскидів 5,5-7); F – лобова поверхня автомобіля, м², приблизно визначається як добуток ширини колії автомобіля на його висоту; v_а – швидкість руху автомобіля, км/год; v_в – складова швидкості вітру, рівнобіжна напрямку руху автомобіля, км/ч. Опір повітряного середовища враховується при сумі швидкостей v_а і v_в вище 15 км/год;

W_i = w_im_аg – сила опору від ухилу автодороги, що дорівнює похилій складовій ваги автомобіля (w_i =  i – питомий опір від ухилу, чисельно дорівнює числу тисячних похилу, Н/кН);

W_к = 300(1 – 0,005R)R – опір на кривій (R – радіус кривої, м). Враховується звичайно при R  50-70 м;

W_j = 1000(1 + )аm_аg – сила опору, викликаного інерцією обертових мас автомобіля ( - коефіцієнт, що залежить від типу трансмісії).

Баланс діючих на автомобіль у кожен момент руху сил можна подати у вигляді:

F_к = W_о + W_в  W_i + W_к  W_j (3.61)

або F_к - W_в = W_о  W_i + W_к  W_{j .} (3.62)

Ліва частина рівняння (6.32) становить собою стискальне зусилля, яке може бути використане для подолання сумарного опору при даних дорожніх умовах. Розділивши обидві частини рівняння на повну вагу автомобіля m_аg, одержимо так зване рівняння руху на автотранспорті:

, (3.63)

де j – відносне прискорення (сповільнення) автомобіля з урахуванням коефіцієнта інерції обертових мас, j = 1000(1+)а, а – прискорення (сповільнення) автомобіля, м/с².

Ліва частина рівняння (3.63) (надлишкова сила тяги, віднесена до одиниці ваги рухомого складу) називається динамічним фактором і позначається буквою D (Н/кН).

Залежно від режиму руху можливі такі окремі випадки:

- рівномірний рух на прямолінійній ділянці дороги, коли j = 0

D = w_о  i ,

- рух під похил на прямолінійній ділянці з вимкненим двигуном (вибіг), коли F_к = 0, причому відносне прискорення може бути і позитивним і негативним залежно від ухилу автодороги:

,

- рух при гальмуванні (механічному чи електродинамічному):

,

де B – гальмівна сила автомобіля, кН.

Відносне прискорення в цьому випадку стає негативним:

.

Гальмівна сила B обмежується умовами зчеплення коліс із полотном дороги, тобто межею, за якою починається рух юзом. Щоб уникнути цього, повинна бути дотримана умова B  1000m_тg, де m_т – гальмівна маса автомобіля, тобто маса, що припадає на гальмівні колеса автомобіля. Звичайно всі колеса кар'єрних автомобілів гальмівні, тому гальмівна маса дорівнює повній масі автомобіля (m_т = m_а).

Отже, зневажаючи опором повітряного середовища, маємо:

j = 1000 - i + w_о.

Динамічний фактор обмежується умовою зчеплення коліс із полотном дороги:

. (3.64)

Важливою характеристикою автотранспорту є тягова, що становить собою залежність динамічного фактора D від швидкості руху автомобіля (може бути виражена графічним способом). Динамічна характеристика дозволяє вирішувати часткові задачі, пов'язані з рухом автомобілів, наприклад, визначення найбільшої рівномірної швидкості руху за відомим динамічним фактором, найбільшого опору, який автомобіль може перебороти на даній передачі, найбільшого підйому шляху за величиною динамічного фактора.

Рівняння руху автотранспорту дає можливість розрахунку найважливіших експлуатаційних показників роботи автотранспорту.

Повна маса одиничного автомобіля визначається його вантажопідйомністю (за умови повного її використання) і власною масою. При використанні причепів повна маса (т) причіпної частини:

(3.65)

(за умови, що питомі основні опори руху тягача і причіпних одиниць однакові внаслідок однакової конструкції ходових частин).

Для визначення величини гальмівного шляху автомобіля варто враховувати, що при виникненні гальмівної сили в результаті притиснення колодок до гальмівних барабанів кінетична енергія автомобіля, що рухається, поглинається роботою сил опору:

(3.66)

(рівняння складене без урахування опору повітряного середовища і при допущенні того, що гальмівна сила залишається постійною і рівною середньому значенню в інтервалі швидкостей від v_н до v_к).

З огляду на те, що гальмівна сила обмежується умовами зчеплення, переходячи до питомих значень діючих сил, маємо шлях гальмування (м):

. (3.67)

Стосовно автотранспорту розрізняють такі види швидкості руху:

• конструктивна – найбільша припустима швидкість, яку автомобіль розвиває з повним навантаженням на горизонтальній ділянці дороги;

• технічна – відношення довжини даної ділянки дороги до часу її проходження автомобілем. Використовується при тягових розрахунках автотранспорту;

• експлуатаційна – відношення довжини пройденого шляху до загального часу, витраченого на рух і зупинки для навантаження, розвантаження і на затримки.

Рух на кривих ділянках дороги вимагає зниження швидкості до безпечного за умовою заносу автомобіля значення (км/год):

v_без = 3,6 , (3.68)

де R – радіус повороту, м; f_с=0,30-0,40 – коефіцієнт бічного ковзання; i_в=0,02-0,04 – поперечний ухил віражу.