Politechnika Wrocławska Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii

Wrocław, 20 stycznia 2007r.

Projekt z Systemów Transportowych 2

Temat: „Obliczenia podstawowe transportu samochodowego”

Wykonał Łukasz Wysocki Grupa: Środa, godzina 12.15

1. Cel projektu

Celem projektu jest wykonanie podstawowych obliczeń transportu samochodowego. W ramach projektu należy dokonać obliczeń dynamicznych, obliczeń technologiczno ruchowych, obliczeń zdolności przepustowej drogi oraz ustalić optymalną pojemność
i ładowność samochodu.

2. Przedstawienie problemu

W kopalni gipsu roczne wydobywa się około 0,8 milionów ton gipsu rocznie. Urobek musi być przetransportowany na odległość 600 metrów. Rysunek nr 1 przedstawia schemat systemu transportowego w rozpatrywanej kopalni. Kopalina jest ładowana koparką na samochody transportowe a następnie przerzucana na zwałowisko.

Rysunek nr 1. Transport kopaliny kopalni gliny

3. Dobór koparki i samochodu

Z katalogu firmy Caterpillar dobrano koparkę CAT 385C o pojemności łyżki q_k równej 4,6 m³.

Następnie wybrano samochód transportowy CAT 385C L o parametrach:

- masa 28,6 t,

- moc 386 KW,

- pojemność skrzyni 17 m³

- ładowność 35 t.

4. Obliczenia dynamiczne

Równanie ruchu wychodzi z następującego założenia

gdzie:

F_p - siła przyczepności kół napędowych,

F_k­­ - siła pociągowa,

W - wielkość oporów ruchu.

Siła pociągowa F_k na obwodzie kół napędowych jest równa

gdzie:

N_c - moc silnika odczytana jako parametr samochodu i równa 386 [KW],

v_j - prędkość jazdy,

η - sprawność równa 0,8.

Prędkość jazdy obliczono ze wzoru

,

gdzie:

g - przyspieszenie ziemskie równe 9,87
,

m_u - masa w urobku w skrzyni [kg],

m_s - masa samochodu - jeden z parametrów samochodu [kg],

w_j - jednostkowy opór toczenia (jazdy) dla drogi tłuczniowej lub żwirowej, nieutwardzonej przyjęto 0,3 [kN/t]

w_i - jednostkowy opór nachylenia. [kN/t]

Masa urobku w skrzyni to iloczyn pojemności skrzyni oraz gęstości gliny

[kg].

Jednostkowy opór nachylenia dla nachylenia 20 ‰ jest równy

[kN/t].

Po podstawieniu wartości liczbowych

.

Siła pociągowa jest więc równa

[kN].

Siłę przyczepności kół napędowych do drogi oblicza się ze wzoru

[kN],

gdzie:

m_n - masa napędowa samochodu dla samochodu z dwoam osiami napędowymi równy masie samochodu m­_s [kg],

f_p - współczynnik przyczepności kół do nawierzchni drogi zależny od rodzaju drogi tłuczniowej suchej równy 0,6 [-].

Po podstawieniu wartości liczbowych obliczono, że

[kN].

Obliczono także opory ruchu jednostajnego samochodu z ładunkiem z zależności

[kg].

Po podstawieniu wartości liczbowych

[kN].

Warunek

został spełniony.

Następnie obliczono drogę hamowania

[m]

5. Obliczenia technologiczno - ruchowe

Czas pełnego cyklu pracy samochodu złożony jest z czasów potrzebny na wykonywanie poszczególnych czynności według zależności

T_c = t_ł + t_jł + t_w + t_jp + t_mz­ + t_mw + t_pt [s],

gdzie:

t_ł - czas załadunku [s],

t_jł - czas jazdy z ładunkiem [s],

t_w - czas wyładunku [s],

t_jp - czas jazdy powrotnej [s],

t_mz­ - czas manewrowania i podstawiania samochodu pod załadunek [s],

t_mw - czas manewrowania i podjazdu do wyładunku [s],

t_pt - czas oczekiwania w kolejce [s].

Czas załadunku oblicza się z zależności

t_ł
[s],

gdzie:

V_s - teoretyczna objętość nasypowa skrzyni przyjmowana w zależności od własności transportowanego urobku, w przypadku gliny równa pojemności skrzyni samochodu [m³],

Q_k - wydajność techniczna koparki lub ładowarki [m³/s].

Aby określić wydajność techniczną koparki objętość łyżki podzielono przez objętość łyżki czas jednego cyklu pracy koparki

.[m³/s]

Podstawiając obliczone wartości liczbowe obliczono czas załadunku

t_ł
.

Czas jazdy z ładunkiem obliczono ze wzoru

t_jł
[s],

gdzie:

t_d - czas dojazdu do drogi transportowej [s],

l - długość drogi transportowej [m].
Czas dojazdu do drogi oblicza się wzorem

t_d = l_d ·k_d [s],

gdzie:

l_d - odległość miejsca ładowania lub wyładunku od drogi transportowej równa 20 [m],

k_d - współczynnik odległości odczytany dla odległości l_d i równy 1,33 [s/m].

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymano

t_d = 20 ·1,33 = 26,6 [s],

Czas jazdy z ładunkiem jest więc równy

t_jł
[s].

Czas wyładunku dla materiału lepkiego przywierającego do skrzyni trwa

t_w­ = 60 [s].

Określenie czasu powrotnego wymaga określenia prędkości jazdy samochodu bez ładunku oraz czasu dojazdu od miejsca wyładunku od drogi transportowej, zgodnie z zależnością

t_łp
[s].

Prędkość jazdy bez ładunku określono w podobny sposób jak prędkość jazdy z ładunkiem z tym że pominięto masę urobku

[m/s].

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymano

[m/s]

W tym przypadku odległość miejsca wyładunku od drogi transportowej jest równa
l = 50 [m]. Dla takiej odległości oraz dla samochodu bez ładunku współczynnik
k_d = 0,50 [s/m]. Czasu t_d jest więc równy

t_d = 50 ·0,50 = 25,0 [s].

Czas powrotny jest więc równy

t_łp
[s].

Czas manewrowania i podstawiania pod ładunek dla manewru petlowego poza przodkiem jest równy

t_mz = 12,0 [s].

Czas czas manewrowania i podjazdu do wyładunku dla terenu otwartego i podjazdu pod kątem 90º jest równy

t_mw = 15,0 [s].

Czas oczekiwania jest równy

t_pt = 30,0 [s].

Po podstawieniu wartości liczbowych określono czas pełnego cyklu pracy samochodu

T_c = 157,8 + 229,9 + 60,0 + 55,0 + 12,0_­ + 15,0 + 30,0 = 560,2 [s].

Następnie określono liczbę koniecznych samochodów dla zapewnienia ciągłej pracy jednej koparki z zależności

.

Liczbę samochodów niezbędną do wykonania zadań ustala się na podstawie przewidywanej wydajności samochodu i wielkości wydobycia z zależności

gdzie:

Q_zm - znamionowa wydajność,

t_p - dyspozycyjny czas pracy samochodu,

Q_t - wydajność samochodu,

k_o - współczynnik uwzględniający zmniejszenie sprawności kierowcy wskutek zmęczenia,

k_d - współczynnik dyspozycyjności uwzględniający warunku eksploatacji.

Wydajność samochodu obliczono z zależności

,

gdzie:

k_ns­ - współczynnik napełnienia skrzyni dla urobku lepkiego równy 0,75 [-]

[m³/s].

Dyspozycyjny czas pracy samochodu jest równy

t_p = 60 · 60 · 8 ·260 = 7488000 [s].

Współczynnik k_o dla przeciętnych warunków prowadzenia samochodu przy ośmiogodzinnym czasie trwania zmiany jest równy 1,12 [-]. Współczynnik k_d dla przeciętnych warunków eksploatacji przy jednozmianowym systemie pracy jest
równy 1,15 [-].

Liczba samochodów obliczana w drugi sposób jest więc równe

.

6. Obliczenia zdolności przepustowej drogi

Zdolność przepustową drogi oblicza się korzystając z zależności

,

gdzie:

v_js - prędkość samochodu na najtrudniejszych warunkach [km/h],

T - czas przewozu drogą w ciągu doby [h],

k ­­ - współczynnik rezerwy równy 1,15 [-],

l_b - najmniejsza bezpieczna odległość miedzy samochodami będącymi w ruchu równa
100 [m].

Po podstawieniu wartości liczbowych otrzymano

.

7. Ustalenie optymalnej pojemności i ładowności samochodu

Współczynnik wykorzystania czasu pracy koparki określa wzór

[-],

gdzie:

V_s - pojemność skrzyni samochodu [m³],

Q_k - wydajność koparki [m³/h],

t_o - czas wymiany samochodu który obliczono jako sumę czasów załadunków oraz manewrowania i podstawiania samochodu pod załadunek [h], czyli

t_o = t_ł + t_mz­ = 157,8 + 12,0 = 169,8 [s] = 0,0472 [h],

Współczynnik wykorzystania czasu pracy koparki jest więc równy

[-].

Następnie obliczono współczynnik wykorzystania czasu pracy samochodu korzystając z formuły

[-],

gdzie:

V_{s min} - minimalna umowna pojemność skrzyni samochodu równa trzykrotnej pojemności naczynia roboczego koparki [m³],

A - obliczono z zależności

A = t_jł + t_jp + t­_w = 229,9 + 55,5 + 60,0 = 345,4 [s] = 0,0959 [h].

Po podstawieniu wartości liczbowej ustalono, że współczynnik wykorzystania czasu pracy samochodu jest równy

[-].

Optymalną pojemność skrzyni obliczono z zależności

.

Po podstawieniu wartości liczbowych

[m³].

Obliczono także optymalną ładowność

P_o­ = V_{s opt} ·ρ = 18,73 · 1,4 = 26,2 [t].

8. Wnioski

W zaprojektowanym transporcie samochodowym pełen cykl pracy samochodu jest równy 560,178 sekund, czyli 9,3 minuty.

Aby zapewnić przetransportowanie 0,8 mln ton gliny rocznie należy wykorzystać
4 samochody. Obliczenie liczby samochodów obiema metodami daje taki sam wynik.

Przy zastosowaniu koparki o zaproponowanych parametrach oraz dla długości drogi równej 600 metrów przepustowość drogi jest równa 493 samochody na dzień pracy.

Współczynnik wykorzystania czasu pracy koparki jest równy 0,48. Współczynnik ten można poprawić zmniejszając czas wymiany samochodów - stosując inny sposób podjazdu.

Współczynnik wykorzystania czasu samochodu jest równy 0,87. Zwiększenie pojemności łyżki koparki spowoduje jego poprawę.

Optymalna wartość pojemności skrzyni pojazdu jest równa 18,73 m³, co przekłada się na ładowność 26,2 ton.

---