Разработка стандартизированного подхода по выбору пневматических шин на самоходные машины для подземных горных работ

Малахов Ю.В. ^1,3, Ракитин В.А. ², Пашков Д.А ^3
1 1 Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация
² ООО «ЕРТ-ГРУПП», г. Екатеринбург, Российская Федерация
³ Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация
Горная Промышленность №1 / 2024 стр. 52-58

Резюме: Ориентация на зарубежных поставщиков с их методиками и рекомендациями применения шин на шахтных машинах без учёта требований и особенностей конкретных условий эксплуатации в России привела к отсутствию отечественных нормативных подходов к их использованию. В статье обоснована актуальность разработки стандартизованного подхода выбора крупногабаритных шин. Инициатором разработки является ООО «ЕРТ-ГРУПП». Представлены инструменты стандартизации, за счет которых будет определена основа для обеспечения качества и эффективности эксплуатации шахтных машин. Разработаны положения стандартизованного подхода выбора крупногабаритных шин для шахтных машин. По разработанному подходу выбора шин приведен пример подбора шины для погрузочно-доставочной машины Epiroc ST1030, эксплуатируемой в условиях шахты «Шерегешская» АО «ЕВРАЗ ЗСМК». Приведены основные отраслевые направления применения стандарта по выбору пневматических шин на самоходные машины для подземных горных работ. Отмечено, что разработка проекта стандарта по порядку выбора крупногабаритных шин для шахтных машин соответствует ключевым направлениям развития стандартизации и технической политики по обеспечению горной отрасли современными инструментами стандартизации. Использование национального стандарта «Оборудование-горно-шахтное. Самоходные машины для подземных горных выработок. Порядок выбора шин пневматических» будет способствовать снижению простоев шахтных машин, связанных с неправильным подбором крупногабаритных шин в зависимости от типа машины и условий эксплуатации, что позволит снизить экономические и материальные потери подземных горнодобывающих предприятий.

Ключевые слова: самоходные машины, шахтные машины, горные машины, пневматические шины, крупногабаритные шины, производственные стандарты по шинам

Для цитирования: Малахов Ю.В., Ракитин В.А., Пашков Д.А. Разработка стандартизированного подхода по выбору пневматических шин на самоходные машины для подземных горных работ. Горная промышленность. 2024;(1):52–58. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-1-52-58

Информация о статье

Поступила в редакцию: 11.12.2023

Поступила после рецензирования: 11.01.2024

Принята к публикации: 16.01.2024

Информация об авторах

Малахов Юрий Валентинович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, г. Москва, Российская Федерация; доцент кафедры открытых горных работ, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация; e-mail: e-mail: yv.malakhov@ mail.ru

Ракитин Василий Алексеевич – генеральный директор ООО «ЕРТ-Групп», г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Пашков Дмитрий Алексеевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник научного центра «Цифровые технологии», Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, г. Кемерово, Российская Федерация

Введение

Уход из страны передовых зарубежных производителей и поставщиков крупногабаритных шин (КГШ) привел к появлению ряда проблем и рисков для потребителей данной продукции, среди которых:

– необходимость обеспечения эффективной работы шахтных машин на пневматическом ходу;

– сохранение достигнутых эксплуатационных расходов, связанных с простоем шахтных машин из-за неисправности КГШ;

– необходимость обеспечения сбалансированного контроля качества КГШ;

– трудности в оценке правильности использования замещаемых изготовителями из дружественных стран типов и моделей КГШ вследствие отсутствия установленного нормативного порядка их применения на различных шахтных машинах.

Ведущие импортные бренды по производству КГШ в своей производственной линейке имеют разнообразные шины различных конструкций с техническими характеристиками, пригодными для широких условий использования. Однако, подстраиваясь под международные стандарты, отечественные потребители шин разрабатывают и внутренний порядок их применения с целью повышения ходимости шин в условиях конкретного горного предприятия.

Ориентация на зарубежных поставщиков с их методиками и рекомендациями применения КГШ на шахтных машинах привела к отсутствию отечественных нормативных подходов к использованию КГШ в горной промышленности.

Учитывая, что эксплуатация шахтных машин встроена в транспортно-технологическую цепочку добычи минеральных ресурсов на критически важных объектах, увеличение отказов в их работе вследствие неправильного подбора КГШ будет нести существенные потенциальные риски по снижению эффективности производственного процесса горного предприятия.

Актуальность разработки стандартизованного подхода выбора КГШ

Исходя из проведенного анализа специалистами уральской группы компаний ЕРТ (ООО «ЕРТ-Групп», ООО «Майнринг СНГ», г. Екатеринбург), специализирующейся на поставках индустриальных шин на российский рынок, ходимость КГШ для подземных горных машин от передовых западных изготовителей составляет в среднем 3–4 мес1. Современные интенсивные способы разработки полезных ископаемых [1–4] требуют снижения простоев и увеличения времени машинного использования шахтной машины в технологических процессах, связанных с добычей и транспортировкой полезных ископаемых. При проведении сервисно-технического обслуживания необходимо верно подобрать параметры КГШ, что обеспечит эффективное использование шахтной машины, в том числе и по соотношению «цена – качество».

При этом сегодня ввиду разнообразия предложения на рынке шин потребители, опираясь на экономические факторы, вынуждены отказываться от более эффективных вариантов шин в сторону более дешевых. Связано это с отсутствием отечественного стандартизованного порядка по выбору шин.

Авторами [5] отмечено, что в значительной степени на ходимость шин самоходных машин в подземных горных выработках влияют условия эксплуатации, при этом необходимо учитывать различные нагрузки на шину от шахтной машины в зависимости от ее назначения. Наличие стандартизованной методики выбора пневматической шины для конкретного типа подземной шахтной машины с учетом условий ее эксплуатации позволило бы снизить экономические потери горнодобывающих предприятий.

Таким образом, был сформулирован запрос горного сообщества на потребность в национальном стандарте, устанавливающем порядок выбора пневматических шин для самоходных машин для подземных горных выработок в зависимости от условий эксплуатации и типа шахтной машины.

В настоящее время ООО «ЕРТ-Групп» является инициатором разработки стандартизированного подхода к выбору пневматических шин на самоходные машины для подземных горных работ.

Данный подход позволит проводить выбор шин в зависимости от условий эксплуатации и типа шахтной машины, а также осуществлять контроль со стороны уполномоченных организаций и органов.

Актуальность разработки национального стандарта обусловлена необходимостью наличия отечественной нормативной базы, регламентирующей применение пневматических шин на горных (рудничных) машинах, находящихся в эксплуатации и на вновь изготовленных отечественными изготовителями взамен импортозамещаемых машин зарубежного производства. Отечественная нормативная база необходима для замены ранее используемых рекомендаций изготовителей КГШ из недружественных стран, ограничивших поставку продукции на российский рынок.

Инструменты стандартизации

Одной из целей национальной стандартизации является повышение качества услуг и эффективности производственных процессов. Для решения задачи по снижению затрат на эксплуатацию шахтных машин путем правильного подбора КГШ в предложенном для разработки стандарте будут установлены единые правила и общие принципы в отношении объекта стандартизации2 на основе передового отечественного и зарубежного опыта. В данном случае объектом стандартизации является шахтная машина, а аспектом стандартизации – порядок выбора КГШ.

В работе [6] отмечено, что разработанный стандарт с учетом наилучших практик позволит сократить издержки в производстве, ускорить размещение внедрения правил на рынке, содействовать передаче информации для заинтересованных сторон [7], обеспечит технологическую и функциональную совместимость.

Новый стандарт позволит решить задачи, возникшие сегодня в горнодобывающей промышленности, для ускорения процессов импортозамещения и освоения новых рынков, обозначить и реализовать функции обратной связи производителя и непосредственного потребителя.

Таким образом, для разрабатываемого стандарта за счет базовых инструментов стандартизации, таких как унификация, взаимозаменяемость, совместимость и оптимизация, будет определена основа для обеспечения качества и эффективности эксплуатации и сервисного обслуживания шахтных машин.

Отметим, что основным звеном по планированию, разработке и экспертизе нормативных документов по стандартизации в области горно-шахтного оборудования и горных технологий3 является технический комитет по стандартизации «Горное дело» (ТК 269), чья деятельность направлена на обеспечение технологического развития горной и угольной отрасли [8].

Поэтому в рамках утвержденной программы национальной стандартизации на 2024 г. в ТК 269 по предложению члена комитета ООО «ЕРТ-Групп» (г. Екатеринбург) запланирована разработка проекта национального стандарта «Оборудование-горно-шахтное. Самоходные машины для подземных горных выработок. Порядок выбора шин пневматических».

Положения стандартизованного подхода выбора КГШ для шахтных машин

Сегодня в мире существует несколько производственных стандартов по шинам:

• TRA (Tire and Rim Association Inc.) – ассоциация по шинам и ободьям (США);

• ETRTO (European Tyre and Rim Technical Organisation) – европейская техническая организация (Европа);

• JATMA (Japan Automobile Tyre Manufacturers Association Inc.) – японская ассоциация прозводителей автомобильных шин (Япония);

• STRO (Scandinavian Tyre & Rim Organization) – скандинавская организация по шинам и ободьям (Северная Европа);

• ISO – Международная организация по стандартизации.

В нашей стране используются все стандарты. Это во многом зависит от региона, откуда поставляются шины, но наиболее широко применяются TRA и ETRTO.

Покрышки для спецтехники, к которым и относятся шахтные машины, делятся на несколько базовых категорий в соответствии с типом машин, для которых они предназначены: E – карьерная техника; L – погрузчики и бульдозеры; G – грейдеры; С – катки; IND – индустриальные шины; R – комбайны, трактора, индустриальная техника; I – cельхозорудия и тележки; F – шины для направляющих колес тракторов; НF – флотационные шины для тракторов, комбайнов, индустриальной и лесозаготовительной техники; LS – лесозаготовительная техника.

Конструктивно шины бывают радиальными либо диагональными. Выбор типа конструкции зависит от условий эксплуатации и типа машины, на которую они устанавливаются.

Производительность шин определяют техническим показателем ТКВЧ, при котором шина не перегревается для обеспечения перевозки горной массы при определенной скорости. Измеряется данный показатель в «тонно-километрах в час» или ТМВЧ (тонно-миль в час) [9] Показатель позволяет установить, какое количество груза и на какое расстояние может перевезти данная шина за 1 ч без опасности теплового разрушения.

На ТКВЧ (ТМВЧ) влияют конструкция шины, состав резины, ее размер и тип.

ТКВЧ (ТМВЧ) рассчитывают по формуле:

ТКВЧ = Q_ср V_ср, (1)

где Q_ср – средняя нагрузка на шину, т;

V_ср– средняя эксплуатационная скорость за рабочий день, км/ч.

Согласно нормативам TRA шины для землеройной техники и катков классифицируются по виду техники, типу протектора и условиям эксплуатации.

Однако условия эксплуатации при подземной добыче полезных ископаемых более суровые, чем условия эксплуатации землеройной техники. Также каждому типу шахтной машины соответствуют свои характерные условия эксплуатации шин.

Таким образом, при расчете ТКВЧ считаем необходимым учитывать условия эксплуатации шахтных машин и тип самой машины. Одним из вариантов учета условий эксплуатации и типа машины является введение дополнительных коэффициентов в формулу (1).

С учетом условий эксплуатации и типа самоходной машины, а также на основе отечественного и зарубежного опыта отмечены рекомендации по выбору шин в зависимости от типа самоходной машины.

Погрузочно-доставочная машина (ПДМ)

1) Для высокоабразивных пород по износостойкости наиболее эффективны диагональные шины типа L5S. Дополнительным преимуществом использования шин диагональной конструкции является значительное снижение количества боковых порезов.

2) При работе в условиях высокой обводненности и при наличии сопутствующих несвязанных пород лучше всего вместо шин L5S применять шины с протектором типа L5.

3) При увеличении дистанции пути и росте интенсивности работы ПДМ необходимо применение шин радиальной конструкции.

4) При дальнейшем росте интенсивности работ необходимо применение шин с менее глубоким протектором L4/ L4S.

Шахтные самосвалы

1) Эксплуатация шахтных самосвалов на шинах диагональной конструкции, как правило, малоэффективна из-за низкого ТКВЧ шин (возможность применения на очень малой дистанции пути).

2) Шины типа L5S могут использоваться только на коротких дистанциях пути со средней скоростью до 5 км/ч.

3) Шины типа L5 могут использоваться только на коротких дистанциях пути со средней скоростью до 6 км/ч.

4) При использовании на самосвалах шин типа L5S или L5 в непрерывном цикле движения при превышении допустимой средней скорости требуется остановка через каждые 2 ч эксплуатации на 30 мин для предотвращения перегрева шин.

5) Для всех остальных типов шин ключевым для выбора является определение средней скорости за смену. При этом дистанция пути в одну сторону не должна превышать 4 км. В случае превышения этой дистанции для груженого автосамосвала необходима 30-минутная остановка либо при движении без остановки изначально необходима корректировка средней скорости за смену порядка 10% за каждый дополнительный 1 км свыше дистанции 4 км.

6) Шины категории L3 целесообразно использовать при добыче мягких пород (гипс, угли, сланцы), при необходимости более высокой средней скорости за смену (до 16 км/ч) и при большой дистанции пути.

Для шин типа 35/65R33 требуются отдельные условия эксплуатации.

Самоходные вагоны

1) Из-за невысокой дистанции пути и низких скоростей, как правило, более эффективны для эксплуатации шины диагональной конструкции. Дополнительным преимуществом использования шин диагональной конструкции является значительное снижение количества боковых порезов, которые часто встречаются для такого типа использования техники.

Буровые установки

Буровые установки сходны по типу использования с самоходными вагонами, но так как у них нет деления циклов порожняя/груженая машина, то нет и ограничения по дистанции пути и выше допустимая средняя скорость. Как правило, применяются шины диагональной конструкции.

Вспомогательная техника

Вспомогательная техника сходна по типу использования с буровой техникой, но для машин с грузовым циклом (машины для перевозки людей, грузов, бетоновозов и пр.) из-за высокой интенсивности нагрузки могут применяться шины как диагональной, так и радиальной конструкции. При этом дополнительным критерием выбора конструкции шин является частота вида повреждения шины. В случае более частых боковых порезов необходимо применять шину диагональной конструкции, при более частых повреждениях беговой дорожки (пробой и пр.) необходимо применять шины радиальной конструкции.

По табл. 1 производится выбор протектора и конструкции шины в зависимости от типа шахтной машины.

Таблица 1 Выбор типа протектора и конструкции шины от типа шахтной машины

Table 1 Selection of tread type and tire design depending on the type of the mining machine

Приведенный выше подход следует использовать при разработке национального стандарта на порядок выбора шин на самоходные машины для подземных горных работ с установкой нормативных рекомендаций.

Пример выбора шины

В качестве примера рассмотрим подбор шины для ПДМ Epiroc ST1030, эксплуатируемой в условиях шахты «Шерегешская» АО «ЕВРАЗ ЗСМК». Выбор шины производится по подходу, представленному выше.

На рис. 1 представлено пересечение горных выработок с расположенной в нем ПДМ Epiroc ST1030. Условия эксплуатации ПДМ – обводненные выработки, без несвязанных пород почвы, дальность пути неизвестна.

Рис. 1 Условия эксплуатации ПДМ Epiroc ST1030 в условиях шахты «Шерегешская» АО «ЕВРАЗ ЗСМК» Источник: Железная Горная Шория: спуск в железорудную шахту «Шерегешская». Режим доступа: https://dprom.online/ mtindustry/zheleznaya-gornaya-shoriya-ds21/ (дата обращения: 29.11.2023).

Fig. 1 Operating conditions of the Epiroc ST1030 LHD in conditions of the Sheregeshskaya mine, EVRAZ ZSMK JSC Source: Zheleznaya Gornaya Shoria: way down the Sheregeshskaya iron ore mine. (In Russ.) Available at: https://dprom. online/mtindustry/zheleznaya-gornayashoriya- ds21/ (accessed: 29.11.2023).

Таким образом, согласно табл. 1 и представленному выше подходу для ПДМ Epiroc ST1030, эксплуатируемой в условиях шахты «Шерегешская» АО «ЕВРАЗ ЗСМК», необходимо выбирать шины с протектором L5S при дальности пути ПДМ более 1 км радиальной конструкции, а менее 1 км – диагональной.

Отраслевые направления применения стандарта

Основные направления использования разрабатываемого проекта национального стандарта:

– оснащение шахтных машин при выпуске с производства;

– при проведении инженерно-технического контроля качества поставляемых шин, в процессе претензионной работы и сервисно-технического обслуживания шахтных машин на подземном горном предприятии;

– при проведении судебных экспертно-технических экспертиз для решения поставленных задач соответствующей области применения стандарта [10];

– для оценки соответствия установленным в национальном стандарте требованиям в рамках добровольного подтверждения, а также в процедурах отраслевой добровольной сертификации.

Заключение

1. Разработка проекта стандарта по порядку выбора КГШ для шахтных машин соответствует ключевым направлениям развития стандартизации и технической политики по обеспечению горной отрасли современными инструментами стандартизации.

2. При разработке положений проекта стандарта по порядку выбора КГШ следует руководствоваться передовым отечественным и зарубежным опытом в целях достижения установления актуальных для конкретного использования рекомендаций и правил.

3. Использование национального стандарта «Оборудование горно-шахтное. Самоходные машины для подземных горных выработок. Порядок выбора шин пневматических» будет способствовать снижению простоев шахтных машин, связанных с неправильным подбором КГШ в зависимости от типа машины и условий эксплуатации, что позволит снизить экономические потери подземных горнодобывающих предприятий.

4. Представленный подход следует использовать при разработке национального стандарта на порядок выбора шин на самоходные машины для подземных горных работ с установкой нормативных требований и рекомендаций.

Список литературы

1. Keropyan A.M., Kuziev D.A., Krivenko A.E. Process research of wheel-rail mining machines traction. In: Radionov A., Kravchenko O., Guzeev V., Rozhdestvenskiy Y. (eds) Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham.; 2020, рр. 703–709. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22063-1_75

2. Kouziyev D., Krivenko A., Chezganova D., Blumensteiun V. Sensing of dynamic loads in the open-cast mine combine. E3S Web of Conferences. 2019;105:03014. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910503014

3. Муминов Р.О., Райханова Г.Е., Кузиев Д.А. Повышение надежности и долговечности буровых станков за счет понижения динамических нагрузок. Уголь. 2021;(5):32–36. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-5-32-36 Muminov R.O., Rayhanova G.E., Kuziev D.A. Experimental research and analysis of a quarry drilling rig. Ugol’. 2021;(5):32–36. (In Russ.) https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-5-32-36

4. Muminov R.O., Kuziev D.A., Zotov V.V., Sazankova E.S. Performability of electro-hydro-mechanical rotary head of drill rig in open pit mining: A case-study. Eurasian Mining. 2022;(37):76–80. https://doi.org/10.17580/em.2022.01.16

5. Ракитин В.А., Малахов Ю.В., Пашков Д.А. Проблемы повышения эффективности эксплуатации пневматических шин на самоходных машинах для подземных горных работ. Горная промышленность. 2023;(5):62–65. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-5-62-65 Rakitin V.A., Malakhov Yu.V., Pashkov D.A. Challenges of increasing the efficiency of pneumatic tire operation on mobile underground mining equipment. Russian Mining Industry. 2023;(5):62–65. (In Russ.) https://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-5-62-65

6. Зажигалкин А.В. Стандартизация в области импортозамещения нефтегазового машиностроения. Стандарты и качество. 2016;(1):40–44. Режим доступа: https://ria-stk.ru/stq/adetail.php?ID=99210 (дата обращения: 12.11.2023). Zazhigalkin A.V. On standardization in import substitution of oil-and-gas machine building. Standards and Quality. 2016;(1):40–44. (In Russ.) Available at: https://ria-stk.ru/stq/adetail.php?ID=99210 (accessed: 12.11.2023).

7. Аронов И.З., Зажигалкин А.В., Папич Л. Роль стандартизации в развитии инновационных процессов. Стандарты и качество. 2016;(5):20–24. Режим доступа: https://ria-stk.ru/stq/adetail.php?ID=101983 (дата обращения: 12.11.2023). Aronov I.Z., Zhazigaklin A.V., Papich L. The role of standardization in innovation processes development. Standards and Quality. 2016;(5):20–24. (In Russ.) Available at: https://ria-stk.ru/stq/adetail.php?ID=101983 (accessed: 12.11.2023).

8. Малахов Ю.В. Стандартизация как инструмент развития технологий и инноваций в ТЭК. В кн.: Инновации в топливно-энергетическом комплексе и машиностроении (ТЭК-2017): материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Кемерово, 18–21 апр. 2017 г. Кемерово: Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева; 2017. С. 63–68. Malakhov Yu.V. Standardization as a tool for technology development and innovations in the fuel and energy complex. In: Innovations in the fuel and energy complex and mechanical engineering (FEC-2017): Proceedings of the International Scientific and Practical Conference, Kemerovo, April 18-21, 2017, 2017 г. Kemerovo: Kuzbass State Technical University named after T.F. Gorbachev; 2017, pp. 63-68. (In Russ.).

9. Руднева А.А., Портола В.А. О проблеме безопасной эксплуатации крупногабаритных шин. Безопасность труда в промышленности. 2023;(9):39–44. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2023-9-39-44 Rudneva A.A., Portola V.A. On the problem of the large tires safe operation. Occupational Safety in Industry. 2023;(9):39–44. (In Russ.) https://doi.org/10.24000/0409-2961-2023-9-39-44

10. Шамаев Г.П. Особенности производства судебных инженерно-технологических экспертиз с использованием государственных стандартов. Известия Тульского государственного университета. Экономические и юридические науки. 2016;(3-2):468–474. Shamaev G.P. Features of the forensic engineering expertise using the state standards. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Ekonomicheskie i Yuridicheskie Nauki. 2016;(3-2):468–474. (In Russ.)