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从露天开采运行看矿用卡车轮胎早期损坏的原因与对策

2012-6-17 16:21| 发布者: 巨车网| 查看: 3675| 评论: 4|原作者: 孟爱国

摘要: 摘要:一个运输轮班作业过程也是三个作业要素相互作用的消耗过程,如果控制不利,任意要素处在不正常状态,都会对轮胎造成早期损坏。本文通过分析在运行中各要素的不正常状态的原因,提出减少轮胎早期损坏的对策。 ...
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       摘要:一个运输轮班作业过程也是三个作业要素相互作用的消耗过程,如果控制不利,任意要素处在不正常状态,都会对轮胎造成早期损坏。本文通过分析在运行中各要素的不正常状态的原因,提出减少轮胎早期损坏的对策。

       引言:在一个运输轮班作业中,无论是什么样的人员、设备和多么复杂的作业组织,都可以概括出三个作业要素构成的轮班作业。这三个要素分别是作业人员、作业设备和作业场。其中作业人员是重型卡车司机;作业设备是重型卡车;作业场包括三种道路和采装、卸载场。在运行中所制定的各种规程、制度、措施都是围绕这三个作业要素发生的。就静态管理来说各企业执行得非常严谨,标准到位,但是重型卡车司机的作业场所是时间的函数,是随着时间不断地变动,这三个要素要在不断地变动中也要相互影响,而且各要素的运行状态也在不断地变化,这其中卡车司机的运行状态变换化的同时,对运行设备影响最大的则是矿用卡车轮胎。

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      矿用卡车轮胎的主要特点是外形大、气压低、胎体牢、高载重、能在适当劣质作业环境下作业,是矿用卡车行驶系的主要部件之一。一般用于轮胎上的消耗约占矿用卡车总费用的25%,这其中包含矿用卡车轮胎早期损坏的消耗。矿用卡车轮胎早期损坏主要发生在动态运行中,主要是三个作业要素处在不正常状态时造成轮胎的损坏。

      一、作业人员处在不正常状态时对轮胎磨损的影响

      促成卡车司机处在不正常状态的源动力主要是疲劳作业。根据国家劳动人事部制定的标准,卡车司机的劳动强度指数应该是属于Ⅲ级,其特点是平均劳动时间率比较高、作业速率快、连续作业时间长、动作简单重复但负荷高。又由于轮班作业其作业人员体能储备不理想,作业的环境、条件特殊,存在比较大的风险,紧张带来的体力消耗比较大。引发卡车司机产生疲劳作业的原因主要有三项:

      1、休息不充分
      矿用卡车司机这种特种作业要求无论昼间还是夜间作业必须保持精力充沛,但是实际在睡眠储备上还是有差别的,〔1〕劳动心理学家的研究表明,由于白天与夜间人体内环境的不同生理变化也不同。夜间体温、血压、脉搏降低,血液水成分、盐分、尿量减少、副交感神经处于优势状态等,这些都是有利于休息、有力于睡眠的重要条件。而白天情况则不同,由于血液水分量不充分,能量消耗不能降低,体姿转动多,再加之环境不安静,惊醒机会多,睡眠效果较差,所以上零点班的作业人员通常都睡眠不足,夜间作业量达到昼间的80﹪时就会感到很疲劳,即使这样,部分作业人员自认为身体好,不充分休息储备,班前喝酒、打麻将、上网、看电视或参加各种社会活动、家庭经营活动,那么作业时身体也容易疲劳、透支。继而发展成深度疲劳。进入深度疲劳状态时,作业人员对复杂的路况感觉明显迟钝并在运行中对轮胎准确控制力变差,依靠频繁的刹车来调整车位。

      2、工作环境影响
      作业场的环境单一、设备操作重复、夜间交叉会车的频繁刺激的单调作业都会使大脑的思维活动基本处于“抑制”状态,也就是常说的“钝化”状态,是一种比较典型的作业人员的心理疲劳状态。在运行中如果工程机械维护不佳,存在时间较短的移动线和半干线路面质量将很差、路面不平度较高。这种不平度随车速引起的振动和噪声最终传递给车上司机。〔2〕长时间暴露在60分贝以上的噪音环境中,中枢认识能力降低, 特别是持续的发动机的宽频噪声对识别工作有明显的损害作用,强噪声刺激大脑皮质的兴奋抑制平衡失调, 大脑皮质细胞功能活性降低, 致使大脑工作能力下降, 复杂视觉运动反应时延长, 闪光融合临界频率降低。路面上的左右坑包对车身产生复合振动,这种复合振动如果处在人体的敏感区间,那么人体暴露极限会很短,随着作业时间延长,出现乘员耗氧量加大,能量代谢加快,作业人员的心理呈现疲劳状态;路面和空中可能积存大量的粉尘和废气不断侵入驾驶室内,特别是采煤作业场积存大量的煤尘,这些粉尘经常侵入驾驶室内,不但污染环境而且粘到人的皮肤上增加了人的疲劳,降低了舒适度。当室内二氧化碳为主的废气浓度超过1﹪时司机会出现意识模糊、感觉迟钝状态。当处在这种状态时,主要是对轮胎缺气、装偏感觉迟钝。

      3、药物影响
      矿用卡车的作业是一种高强度、高消耗、高风险的劳动,在昼夜的运行中卡车司机需要消耗大量的生理、心理能量。这种轮班作业使许多司机生物节律性差,恢复调整不充份,产生蓄积性疲劳,长期得不到恢复,导致部分司机患有某些疾病。不过多数人通过服用药物带病坚持上岗作业,但所服用的药物除能治病外,还会产生一些对作业的控制产生有害的副作用.例如:〔3〕治疗胃病、呼吸和血液循环器官疾病的药物和治疗感冒、止咳等药物对病人的大脑皮层都有抑制作用,都能使带病的作业人员视听能力下降、注意能力减退、反应迟缓甚至产生动作障碍。

      由于药物影响或处于疲劳的本能保护,大脑的思维活动基本处于“抑制”状态,所以作业人员的感空间知觉会变差、精确操作能力下降,同时在运行中作业人员的记忆力和注意力下降或不连续并伴随着控制意志的减退,这对运行的设备损伤非常大,特别是承载各种冲击、载荷的轮胎。例如:作为运行中的卡车司机在作业场频繁过猛起车或雨季强行运行发生误车、打滑,在道路上,劣质路面不选择行驶造成扎胎、划胎和夹块。在良好路面普遍超速行驶时,卡车司机对前方突发性地“先兆”就预示时间短,被迫频繁地刹车。

      二、管理和车况处在不正常状态时对轮胎磨损的影响

      1、存放不合理对磨损的影响
      在存放期间,全钢子午线轮胎随意叠放,这就造成了钢丝带束层弯曲变形而影响轮胎的子口与轮辋的密封效果;在各种热源、潮气及油污附近,这些都会加速轮胎的侵蚀,在阳光紫外线的照射下,胶体加速老化;卡车停驶一个月以上没有将车身支起,造成轮胎变形,运行时可能产生由动不平衡而引发的各种轮胎事故;换胎作业不严格遵守操作规程给维护后的轮胎留下隐患,增添轮胎早期损坏的事故。

      2、胎面花纹磨损对磨损的影响
      对于由碎石和粘土加固的简易铺装路来说,轮胎的抓地能力在驱动和制动的效能上都非常重要。轮胎的抓地能力主要取决轮胎花纹完整性和轮胎气压,即使轮胎气压符合作业标准,轮胎的磨损也会降低附着能力,随着胎面花纹深度减小,附着系数将显著下降,运行中发生滑转的机率增加,如果不适当改变卡车的作业条件和标准,例如车速、载荷及路面面层质量,就会加快轮胎磨损和爆胎;驱动桥同一侧如果新旧轮胎混装,由于动力半径不一致,会加快新胎的磨损。

      3、轮胎超载对磨损的影响
      当轮胎负荷超过标准值时,轮胎受交变负荷和变形增加弹性迟滞损失并使轮胎发热,同时轮胎帘线张力增大,轮胎冲击发热损坏。轮胎和路面的接触面上压强增大而分布不均,使轮胎侧壁应力增大,胎面移动过度,引起帘布层断裂、脱层鼓包及胎肩磨损倍增。此外,因装载偏载而造成轮胎不平衡负荷,这样局部超载使轮胎损坏。

      4、气压超限对磨损的影响
      矿用汽车轮胎是按照膨胀方式设计的,适度的充气压力,可保证适度的轮胎变形,从而保证车辆具有足够的牵引力、浮动及承载能力。如夏季地面降温不利轮胎气压升高,将使轮胎帘线张力增大,抗屈挠性能下降。由于气压过高,轮胎接地面积小,胎冠半径变窄,单位面积上负荷增加,造成胎冠中部磨损大于两肩(即两肩花纹高起,中间低落,宛如一条沟槽) 。如路面不平或有障碍物,冲击载荷剧增,往往发生胎冠切口或切口爆破;如轮胎在运行中跑气,气压过低或经常在标准气压下行使,将使胎侧屈挠变形,胎面滑移,同时增大了轮胎刚性,使轮胎受到的动载荷增加,容易产生胎体爆裂、脱层。又由于承载面变形,胎面向里凹进,胎冠两肩着地,中部向上拱起,形成肩部负荷急剧增加,造成两肩部磨损加剧,帘布层松散、断裂、冠空等。

      5、前轮定位失准对磨损的影响
      车辆向前运行时,外倾角使车辆轮胎向外张开,前束则约束轮胎向里收拢。理想情况下是,两者对地产生的侧向力,大小相等方向相反,如果车轮定位不正确,则产生向内向外的侧向力,使车轮产生侧滑现象,造成轮胎与路面间相对滑移。如前束过小,同轴车轮胎冠出现有内向外的锯齿状磨损。前束过大,则出现相反的锯齿状磨损,外倾角过大时,出现胎冠外侧偏磨,过小,胎冠内侧偏磨。

      6、其他影响因素
      在机车使用过程中还有一些相对微弱的影响因素,如:车架平衡块销套磨损、关节轴承损坏、牵引环调整垫间隙过大、扭力杆变形、悬挂缸漏气、轴荷分配不均等都能影响轮胎的磨损。

      三、作业场路面处在不正常状态时对轮胎磨损的影响

      1、作业场松软路面的影响
      矿区运输道路弯道多、转弯半径小、尽67﹪路面用砾石和泥土铺装而成,作业场地有爆破岩石或泥土结构松散,稳定性差,整体抗动载荷和前行破坏力极差,易形成车辙深痕形的破坏模式,特别是春天道路融冻,由于冬季修筑路面,道路基础可能存在岩性不同,含水量的大小不同,道路必然出现翻浆形和不均匀沉陷变形模式。夏天雨季,路面和土基积聚了过剩水分,各种力学指标均有所下降,路面破坏程度高,易形成搓板形的破坏模式。若车辆在松软或浮土的路面上行驶时,过高的轮胎的转动力矩很容易破坏软层的抗剪切强度,在轮胎的压实和推移作用下而产生车轮高速滑转,这将会引起轮胎温度迅速升高,轮胎强度迅速下降,导致轮胎早期磨损甚至热剥离。

      2、作业场散块多的路面的影响
      道路结构性的不平整度能对轮胎造成严重的结构性损伤。作业中经常存有尖锐的散块、砾石的路面来不及清理时对轮胎切割伤,使轮胎花纹的磨损加剧,降低了轮胎使用效率,致使轮胎的使用寿命缩短。修补后的轮胎对运输道路路面质量比新胎反应更为敏感。造成的轮胎损坏,主要有切口掉胶、刺破、切口爆破、不均匀磨损和冲击发热爆破。从运行车辆作过统计65 %~70 %的轮胎有切口掉胶损伤,而产生的地方又集中在挖掘机作业区内,原因在挖掘机作业范围内,场地狭窄,在推进过程中,砾石不能及时清理,再之铲装时,洒落废石,轮胎受锋尖的废石切割和挤压,产生大量切口。

      3、作业场路面好但管理不利的影响
      路面结构好但是控制不利时,车速增高,行走系传动比也要增大,驱动力随之增高,急刹车次数频繁,尤其在雨天或洒过水的硬路面,轮胎附着系数较小,在较高的车速下,轮胎产生滑移,加速轮胎磨损;急刹车次数增加,引起胎冠热剥落,胎圈损坏;小半径转弯同时产生的侧滑力使胎温上升迅速, 单位时间内因磨损而产生的热量增加,使胎体工作温度和气压升高从而加速其磨损甚至热剥离。同时因曲线半径小或者转弯处外侧超高不够,易造成重车路面超高撒货恶化弯道的路况。

      4、作业场夏季降温不利的影响
      矿用卡车在运行中,由于胎面和胎侧不断地受到伸张和压缩,使橡胶内部产生弹性迟滞损失的制动鼓刹车生热、轮胎与轮辋之间以及轮胎与路面之间产生摩擦而生热,加之作业场中大量的柴油发动机排除的废气温度很高,在炎热的夏季行驶时轮胎的温度将会不断升高,有资料表明胎面温度每升高1℃,轮胎磨损就增加2%。行驶速度每增加一倍,轮胎行驶里程降低50%。高速行驶会使轮胎所承受的冲击载荷、离心力和接地变形次数明显增加。这将会引起轮胎温度迅速升高,加之地面降温效果差就会使轮胎材料的机械性能下降、磨损增加,并且容易造成脱层、帘线松散折断,如果胎温升至95℃就有爆炸的危险。

      四、对策

      运输的轮班作业的推进过程也是三个作业要素的状态连续不断地变化过程,如果制定的对策得当就能够消除、弱化、分散这三个要素的状态恶化及互相负干扰,延长轮胎的使用寿命。

      首先要保证作业人员的作业中的状态正常,因为人是这三个要素中的主动元件。要保证作业人员的状态光有制度、培训是不够的,还要更新观念、投入一定的技术保障、整合社会资源才能实现。作业人员的状态保障分别在三个阶段实施的,即作业前、作业中和作业后。作业前除了要从家庭带来良好的心境外,还要保证有充足的4~6小时的睡眠、热量营养储备,特别是食品中富含维生素A的食物,能提高对昏暗光线的适应性,降低眼睛疲劳。尤其值得一提的是,上零点班的作业人员最好提前6~8小时进入作业区附近,由企业提供优质的睡眠条件、环境和符合作业强度的热量营养配餐统一调理,这样睡眠储备与上岗作业间隔时间短,能量消耗小,作业中可以平稳渡过凌晨的3点~5点的疲劳期。在这个期间最好为作业人员提供一次碱性饮料,这样可以使机体生化环境得以改善,减少生理的不适感觉。特别注意的是在作业中,上午10点~11点要为作业人员提供一次高蛋白饮料,因为上午作业消耗了储备并不足的能量,致使血糖下降,轻度的低血糖可使作业人员视听觉敏感度下降和动作迟缓,重度的可发生低血压;有条件的企业可以为驾驶室安装音响和正压循环泵,在作业中可以为作业人员提供新鲜刺激,而阶段性的新鲜氧气的吸入同样提供新鲜刺激,都能够改善大脑的活性度,提高注意力的品质,优化作业动作行为;不允许作业人员带病作业。定期对作业人员做专业性的体检,特别是做睡眠质量检查,身体状况达不到标准的,要调离岗位;许多企业经常把工装与生活装混淆,实际上,工装的结构、材料、颜色、防护和舒适度必须符合作业人员长时间坐姿的机械化作业,由于工装不符合作业要求也是目前消耗体能的一个主要因素之一。作业后,要采取积极的休息方式,除了补充碱性食品以消除作业人员身体的生理的不适感外,有条件的企业最好提供压力水疗设施,为疲劳的作业人员做消除紧张和蓄积疲劳的治疗,防止发生慢性疲劳症引发的各种疾病。

      其次是工程轮胎的运用和道路的保障。随着矿用卡车的大型化趋势,轮胎的一次购入成本越来越昂贵,在运用中除了油料消耗外就是轮胎,所以轮胎的非正常磨损是企业必须重视的一环。工程轮胎在运输、储存保管到安装有一系列严格规程,这里不再赘述。但是一条新的工程轮胎从开始使用到报废要有使用强度的全程跟踪记录,这项规程鲜见企业工作。影响轮胎使用寿命的主要是磨耗、温度和压力三个因素,除了有观察磨耗标识外,现场管理人员应该携带便携式红外测温仪,随时监测轮胎的工作温度。已经看到一些进口轮胎在大型轮胎内嵌装芯片,提前预测较高温度和较低压力,使轮胎不过载;连续监测轮胎的磨损信息,预测轮胎寿命。应该注意的是旧轮胎的运行速度和载荷是要适当降低,以保障轮胎的使用寿命。

      路面结构的不平度对驾驶员舒适性和轮胎的运行平顺性都有影响。主要原因是当矿坑几何空间在水文地质和季节发生变化时,企业的简易铺装道路的清扫、整理、降尘和降温设备不够用。只有建立一只专业道路维护队伍,做到全天侯作业,才能够实现工作全面安排,分季节合理组织,人机均衡使用,各种季节路基稳定、基层结实、路面平整的维护原则。

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      作者简介:
      孟爱国(1960-)男,1984年毕业于中国矿业学院露天开采专业。现就职于内蒙呼伦贝尔学院工程学院,副教授,兼职内蒙古东部安全培训中心教师。长期致力于露天开采系统化作业、露天开采管理工程研究并有多篇文章发表于行业内外刊物上。

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引用 Tin_Man_EDI 2011-9-27 20:55
绝对的技术贴,比较全面,收了
引用 invtyujun 2011-9-28 09:01
专业,学习了。
引用 矿用车气门嘴 2012-6-27 09:41
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引用 矿用车气门嘴 2012-6-27 09:42
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