Тенденции развития грузовых платформ карьерных самосвалов
Д.М. Дубинкин, А.В. Ялышев, Ш.Я. Исмаилова
Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация
Горная Промышленность №3 / 2023 стр. 72-76
Резюме: В статье представлены тенденции развития грузовых платформ карьерных самосвалов, выявленные при проведении патентных исследований по разработке и созданию беспилотного карьерного самосвала челночного типа грузоподъемностью 220 тонн. Анализ патентов выполнен по динамике патентования, ее географии и патентообладателям. Глубина патентного поиска составила 25 лет. По результатам анализа выявленных патентов выстроен прогноз развития технических решений грузовых платформ карьерных самосвалов и установлено, что: активно конструкции грузовых платформ начали патентовать с 2013 г.; США является лидером среди патентообладателей; основное направление развития конструкций карьерных автосамосвалов вызвано необходимостью снижения металлоемкости, а также уменьшением износа и налипания; с 2014 г. появился стабильный интерес к патентованию футеровок; 51,4% от всей полученной базы патентов принадлежит 5 крупным мировым компаниям по производству карьерных самосвалов и 3 предприятиям по производству оборудования для горных машин. Выявленные технические решения позволят оценить существующие схемные и конструктивные решения и разработать новые решения путем моделирования в среде динамики дискретных тел и динамики твердых тел для расчета напряженно-деформированного состояния грузовых платформ карьерных самосвалов.
Ключевые слова: добыча полезных ископаемых, грузовая платформа, карьерный самосвал, футеровка, патентные исследования
Благодарности: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по соглашению от 30.09.2022 г. №075-15-2022-1198 с ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева» Комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения» (КНТП «Чистый уголь – Зеленый Кузбасс») в рамках реализации мероприятия «Разработка и создание беспилотного карьерного самосвала челночного типа грузоподъемностью 220 тонн» в части выполнения научноисследовательских и опытно-конструкторских работ.
Для цитирования: Дубинкин Д.М, Ялышев А.В., Исмаилова Ш.Я. Тенденции развития грузовых платформ карьерных самосвалов. Горная промышленность. 2023;(3):72–76. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-3-72-76
Информация о статье
Поступила в редакцию: 06.05.2023
Поступила после рецензирования: 27.05.2023
Принята к публикации: 31.05.2023
Информация об авторах
Дубинкин Дмитрий Михайлович – кандидат технических наук, доцент, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-8193-9794; e-mail: ddm.tm@kuzstu.ru
Ялышев Алексей Витальевич – младший научный сотрудник научного центра цифровых технологий, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация; e-mail: yalyshevav@kuzstu.ru
Исмаилова Шахназ Ямиловна – младший научный сотрудник научного центра цифровых технологий, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация; e-mail: ismailovashja@kuzstu.ru
Введение
В условиях постоянного прироста импортных карьерных автосамосвалов (КС) возникает необходимость в создании высокотехнологичного производства отечественных КС для открытых горных работ [1–6].
Одним из требований при создании новой техники является проведение патентных исследований (ПИ) на уровень техники [7–9]. Согласно ГОСТу Р 15.011–2022 «Система разработки и постановки продукции на производство1. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения» данный вид ПИ проводят на этапе эскизного и/или технического проекта.
Результатом мероприятия на тему: «Разработка и создание беспилотного карьерного самосвала челночного типа грузоподъемностью 220 тонн» [10–17], входящего в Комплексную научно-техническую программу полного инновационного цикла (КНТП), должен стать беспилотный КС. На этапе эскизного проекта в рамках мероприятия проведены ПИ на конструкции беспилотных КС и его систем.
КС состоит из множества систем и элементов. Одной из ответственных конструкций КС является грузовая платформа (ГП) (самосвальная платформа), поэтому исследование тенденций развития ГП КС является актуальной задачей.
Общие данные о проведении патентных исследований
Поиск патентных документов при проведении ПИ проводился в следующих базах данных:
– PATENTSCOPE;
– Global Patent Index;
– ФИПС RUPAT;
– Google patents.
Для определения классификационных рубрик международной патентной классификации (МПК) приняты следующие термины:
– самосвал, карьерный самосвал (dumper, dump truck, mining dump truck);
– грузовая платформа (platforms; open load compartments);
– кузов карьерного самосвала (dump truck body);
– система обогрева (heat system);
– износ (wear);
– футеровка (liner).
В соответствии с алфавитно-предметным указателем к МПК выбраны рубрики МПК: B60P, B60H, B60K, B62, B62D. Глубина патентного поиска составила 25 лет.
Анализ патентного поиска
По результатам патентного поиска выявлено 74 патентных документа, которые можно отнести к ГП КС. Рассмотренные патентные документы разделены на следующие направления:
– конструкции грузовой платформы – 58 шт.,
– футеровка – 11 шт.,
– способ обогрева – 5 шт.
Для формирования прогноза развития ГП КС рассмотрена динамика патентования по годам, представленная на рис. 1.
Рис. 1 Динамика патентования технических решений ГП КС по годам
Fig. 1 Dynamics of patenting technical solutions for loadcarrying platforms by years
Из рис. 1 следует, что тренд патентования как конструкций, так и других технических решений, связанных с ГП, увеличивается. Повышение интереса к патентованию может быть связано с совершенствованием ГП как производителями, так и эксплуататорами КС. Основные направления развития конструкций ГП связаны со снижением металлоемкости, борьбой с износом и налипанием, использованием новых материалов. Каждое из направлений позволяет снизить эксплуатационные затраты при добыче полезных ископаемых.
Наибольшей интерес к патентованию ГП начался в 2013 г. Стоит отметить возникновение интереса к футеровкам ГП КС, которое появилось с 2014 г. и скорее всего продолжится в будущем. Заметно и небольшое увеличение в 2019–2020 гг. интереса к способам обогрева. Таким образом, отмечается повышение интереса к совершенствованию конструкции ГП КС.
На основе полученных данных можно спрогнозировать, что в ближайшие пять лет:
– количество опубликованных патентов в части конструкций ГП КС будет примерно на уровне 2022 г.;
– количество патентных документов в части конструкции футеровки ГП будет увеличиваться;
– количество патентных документов в части способов обогрева ГП будет увеличиваться.
Из выявленных патентных документов 68 – зарубежных патентов, 6 – российских. Подробное распределение по странам представлено на рис. 2.
Рис. 2 География патентования в рассматриваемой области поиска
Fig. 2 Geography of patenting in the considered search area
Анализ географии патентования в рассматриваемой области поиска (см. рис. 2) показывает, что в части патентования конструкций ГП КС лидирует США. Лидерство США связано с высокими затратами на НИОКР и сосредоточением крупнейших компаний, специализирующихся на изготовлении КС. На втором месте – Китай, в 2 раза уступая США по количеству патентных документов. Австралия, Япония и Россия примерно равны по количеству патентов и уступают США более чем в 4 раза.
Для исследования развития патентования объектов ПИ рассмотрим количество опубликованных патентных документов в России, Китае, США и других странах по годам (рис. 3).
Рис. 3 География патентования ГП КС в динамике
Fig. 3 Geography of patenting mining body in dynamics
Анализ рис. 3 показывает активное патентование технических решений в области ГП КС в Китае с 2015 г. Такая динамика связана с активным ростом добычи полезных ископаемых в Китае и развитием машиностроения [17].
Пик патентования в Китае приходится на 2022 г. Австралия и США с 2006 г. стабильно патентуют как минимум один раз в несколько лет, это связано с активным развитием местных добывающих компаний, которые вкладываются в НИОКР [18]. Увеличение патентования в области ГП КС можно проследить с 2013 г. для всех стран в целом, за исключением Германии и России.
Анализ патентообладателей (рис. 4), выявленных в результате ПИ, показал, что 51,4% от всей полученной базы патентов принадлежит четырем крупным компаниям по производству КС и трем компаниям по производству оборудования для горных машин.
Наиболее значимые в данной области поиска патентообладатели по процентному отношению (см. рис. 4):
Рис. 4 Основные патентообладатели в рассматриваемой области поиска
Fig. 4 Main patent holders in the considered search area
Caterpillar Inc (США) – 13,5%; Hitachi Construction Machinery (США/Япония) – 9,5%; Metso (Швеция) – 4,1%; Xuzhou XCMG Mining Machinery Co Ltd (Китай) – 8,1%; Philippi-Hagenbuch, Inc. – 8,1%; DT.Hiload (Австралия) – 4,1%; Liebherr (Германия) – 4,1%.
Заключение
Прослеживая тенденции патентования в области конструкций ГП КС, можно выделить следующее:
– восходящий тренд патентования технических решений в области ГП КС;
– преобладающей к патентованию является конструкция ГП;
– основное направление развития конструкций ГП КС вызвано необходимостью снижения металлоемкости, а также уменьшения износа и налипания;
– в ближайшие пять лет прогнозируется повышение количества опубликованных патентов в части конструкций ГП КС;
– в части патентования конструкций ГП КС лидером является США;
– с 2014 г. появился стабильный интерес к патентованию футеровок ГП КС;
– 51,4% от всей полученной базы патентов принадлежит пяти крупным мировым компаниям по производству КС и трем компаниям по производству оборудования для горных машин.
Проведенные исследования по оценке достигнутого уровня техники и выявлению тенденций развития конструкции ГП КС позволяют обеспечить эффективность принимаемых технических решений и их соответствие современному уровню развития. ПИ позволили выявить действующие на территории РФ охранные документы исключительного права, под которые подпадает исследуемый объект техники в целом или отдельные, составляющие его технические и иные решения. Выявленные технические решения позволят оценить существующие схемные и конструктивные решения и разработать новые технические решения путем моделирования в среде динамики дискретных тел [11; 16] и динамики твердых тел для расчета напряженно-деформированного состояния ГП КС [12].
Список литературы
1. Анистратов Ю.И. (ред.). Открытые горные работы – XXI век. Справочник. М.: ООО «Система максимум»; 2019. Т. 1. 640 с.
2. Хазин М.Л. Направления развития карьерного автотранспорта. Недропользование. 2021;21(3):144–150. https://doi. org/10.15593/2712-8008/2021.3.7
3. Зырянов И.В., Маев С.П. Опыт эксплуатации карьерных самосвалов на Нюрбинском ГОКе. Горный журнал. 2006;(2):69–72. Режим доступа: https://rudmet.ru/journal/750/article/10727/
4. Трухманов Д.С., Дубов Г.М., Чегошев А.А., Ельцов И.Е., Нохрин С.А. Методология оценки технико-экономических показателей криогенных бортовых топливных систем карьерных самосвалов БелАЗ, потребляющих в качестве моторного топлива СПГ. Горное оборудование и электромеханика. 2021;(3):32–38. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2021-3-32-38
5. Яковлев В.Л., Тарасов П.И., Журавлев А.Г., Мариев П.Л. Требования к совершенствованию конструкций карьерных автосамосвалов. Механика машин, механизмов и материалов. 2012;(3-4):86–92. Режим доступа: http://mmmm.by/pdf/ru/2012/3_4_2012/6.pdf
6. Насковец А.М., Пархомчик П.А., Егоров А.Н., Шишко С.А., Моисеенко В.И. Современное развитие карьерного транспорта производства ОАО «БЕЛАЗ». Актуальные вопросы машиноведения. 2018;7:8–11.
7. Zattoni M., Legname G. Tackling prion diseases: A review of the patent landscape. Expert Opinion on Therapeutic Patents. 2021;31(12):1097–1115. https://doi.org/10.1080/13543776.2021.1945033
8. Greenberg A., Cohen A., Grewal M. Patent landscape of brain–machine interface technology. Nature Biotechnology. 2021;39(10):1194– 1199. https://doi.org/10.1038/s41587-021-01071-7
9. Sick N., Krätzig O., Eshetu G.G., Figgemeier E. A review of the publication and patent landscape of anode materials for lithium ion batteries. Journal of Energy Storage. 2021;43:103–231. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103231
10. Дубинкин Д.М., Голофастова Н.Н. Возможности повышения конкурентоспособности России в обеспечении экологичности работы карьерных самосвалов. Конкурентоспособность в глобальном мире: экономика, наука, технологии. 2022;(10):95–99.
11. Дубинкин Д.М., Ялышев А.В. Определение статических нагрузок на борт грузовой платформы карьерного самосвала. Горная промышленность. 2022;(6):137–144. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-6-137-144
12. Дубинкин Д.М. Основы цифрового создания автономных карьерных самосвалов. Горное оборудование и электромеханика. 2022;(2):39–50. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-2-39-50
13. Дубинкин Д.М., Пашков Д.А. Импортонезависимость производства беспилотных карьерных самосвалов. Уголь. 2023;(4):42– 48. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2023-4-42-48
14. Исмаилова Ш.Я., Закрасовский Д.И. Применение технологии 3D-сканирования при создании карьерных автосамосвалов. Техника и технология горного дела. 2022;(3):41–52. https://doi.org/10.26730/2618-7434-2022-3-41-52
15. Кульпин А.Г., Стенин Д.В., Кульпина Е.Е. Исследование потока отказов крупногабаритных шин карьерных автосамосвалов. Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2017;(6):169–174. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2017-6-1-170-175
16. Дубинкин Д.М. Методика определения нагрузок, действующих при погрузке и разгрузке грузовой платформы (кузова) карьерного самосвала. Горное оборудование и электромеханика. 2022;(3):31–49. https://doi.org/10.26730/1816-4528-2022-3-31-49
17. Efremenkov A.B., Khoreshok A.A., Zhironkin S.A., Myaskov A.V. Coal mining machinery development as an ecological factor of progressive technologies implementation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017;50:012009. https://doi.org/10.1088/1755-1315/50/1/012009
18. Мосолова О.В. Реализация инновационных проектов в Австралии. Восточная аналитика. 2019;(3):108–113. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41361837
