نگاهی به اسم او

در موضوع: استخراج معدن
 

   خلاصه مطالب
     در این مقاله، وابستگى بین پارامترهای عملیاتى و طراحى اصلى کامیون های تخلیه از عقب مورد مطالعه قرار گرفته اند. این نتایج بر اساس تحلیل همبستگى آماری انجام شده بر مهم ترین مشخصه های فنى کامیون ها و اطلاعات عرضه شده توسط مهمترین سازندگان در سراسر جهان بدست آمده است. روابط به لست آمده همراه با پارامترهای اقتصادی مورد استفاده قرار گرفتند تا ضریب انتخاب کامیون های معدنى فرمول بندی شود. این ضرایب در انتخاب و مقایسه کامیون ها مورد استفاده قرار گرفته و در نهایت معیاری برای انتخاب کامیون های معدنى ارائه گردیده است. مدل پیشنهادی ازمقاله آقای پرفسور Fytas و همکارانش اقتباس شده و محاسبات،، رسم رگرسیون ها و کاربرد آن در معدن چادرملو توسط نگارنده صورت گرفته است.
   واژه هاى کلیدى: انتخاب، کامیون هاى تخلیه ازعقب، معادن روباز، هزینه هاى مالکیت و عملیاتى، ضریب همبستگى، مشخصه هاى فنى
  
  

   پیش گفتار
     یکى از ماشین آلات اصلى معادن، کامیون های تخلیه از عقب مى باشند که برای سیستم حمل و نقل در معادن سطحى مورد استفاده قرار مى گیرد. کامیون ها متداول ترین ماشین حمل مواد در معادن روباز مى باشند این کامیون ها از اواسط دهه 1930 میلادی در صنعت معدنکاری وارد شلحد و ظرفیت صندوقه آنها از 5/13 تن شروع شده تا امروز که به 330 تن افزایش یافته است. علاوه بر افزایش ظرفیت صندوقه، کامیون ها در این مدت رشد و بهبود قابل ملاحظه ای هم در سایر خصوصیات داشته اند به نحوی که موج افزایش بهره وری آنها شده است. این موارد شامل افزایش اندازه لاستیک وکیفیت آن، کاهش وزن موتور نسبت به وزن کل ماشین، استفاده از سیستم ترمز دینامیکى، استفاد ه از موتورهای دیزلى و افزایش در سرعت کامیون ها مى باشد] 1[. در برخى موارد استفاده از کامیون هایى با ظرفیت باربری بالا، استخراج معادن فلزی کم عیار را ممکن و از نظر سودآوری موجه مى کند. در کنار این مسئله با بزرگ تر شدن ظرفیت کامیون ها هزینه های عملیاتى و مالکیت افزایش مى یابد و این ضرورت مطالعه و تحلیل سیستم باربری تحت شرایط واقعى را مى طلبد. در این مقاله وابستگى های بین پارامترهای طراحى کامیون مورد مطالعه قرارگرفته و در نهایت مدل ریاضى این وابستگى ها همراه با پارامترهای اقتصادی به منظور تعریف ضریب انتخاب برای انتخاب کامیون های تخلیه از عقب ارائه شده است

   متن اصلی:
     ضرایب تفضیلى
 برای انواع مختلف کامیون های معدنى، وابستگى هایى بین پارامترهای فنى پایه وجود دارد. این وابستگى ها مى توانند توشط تحلیل های همبستگى و آماری تعیین شوند. در اولین مرحله پارامترهای فنى کامیون به صورت نسبت تعریف مى شوند. این نسبت ها، ضرایب تفضیلى نامیده مى شوند. ضرایب تفضیلى برای کامیون های معدنى به صورت روابط(1)، (2)، (3)، (4) و (5) پیشنهاد شدند. این ضرایب توسط پرفسور Fytas و همکارانش در2003 ارائه شدند(2):
 

پارامترهای مورد ملاحظه عبارت اند از(2):
وزن ناخالص وسیله نقلیه GVW (Gross Vehicle Weight) تن
وزن وسیله نقلیه، VW (Vehicle Weight) ، تن
ماکزیمم ظرفیت باربری، Q (Maximum Payload) ، تن
ظرفیت حجمى، V (Struck Capacity) ، مترمکعب
ظرفیت توده ای، ( VM (Heaped Capacity ، مترمکعب
قدرت موتور،N (Motor Power) ،(kw)
ماکزیمم سرعت وسیله، VT (Top Vehicle Speed) ، کیلومتر برساعت
K4,K3,K2,K1 و K5 ضرایب تفضیلى نامیده مى شوند.

به منظور به دست آوردن مقادیر عددی این ضرایب، مشخصه های فنى 52 نوع از کامیون های معل!ى که توسط هشت سازنده خاص در سراسر جهان عرضه شده بود Caterpillar ، O&K ، EUCLID ، Terex ،UnitRig ، Komatsu ، LIEBHERR و BELAZ جمع آوری شدحد. مشخصات برخى از کامیون ها در جدول 1 ارائه شده است. کامیون ها دامنه وسیعى از مقادیر را به صورت ذیل پوشش مى دادند[4،3]:
 
.

با استفاده از این اطلاعات پایه و به کمک نرم افزار کسل، مقادیر تمام ضرایب تفضیلى محاسبه شدند. روش کمترین مربعات برای این تحلیل مورد استفاده قرار گرفت. جدول 2 پارامترهای آماری حاصل از نتایج را نشان مى دهد]2[. ضریب همبستگى این ضرایب با توجه به اندازه کامیون ها در دامنه تا قرار دارد. بیشترین همبستگى مربوط به ضریب K2 است و بنابراین، این ضریب تفضیلى در بخش های بعدی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج رگرسیون در شکل های( 1 ) تا ( 5 ) و به صورت روابط (6 ) تا( 10 )ارائه شده اند[ 5].
 
.

 
جدول 1- اطلاعات فنی برخی از کامیونهای مختلف معدنی
 
ادامه جدول 1.

 
ادامه جدول 1:
 
جدول 1- پارامترهای آماری ضرائب تفضیلی

 
شکل 1- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی

 
شکل 2- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K2

 
شکل 3- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K3

 
شکل 4- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K4

 
شکل 5- رابطه بین ظرفیت کامیون و ضریت تفضیلی K5

وابستگى هاى بین پارامترهاى طراحى اصلى
مرحله بعدی تعیین روابط بین پارامترهای فنى اصلى بود. در این جا فرض بر این بود که قدرت موتور (N) ممکن است که وابسته به چندین پارامتر طراحى کامیون باشد. این پارامترها عبارت بودند از]2[:
- وزن ناخالص وسیله نقلیه N=f(GVW),(GVW)
- ماکزیمم ظرفیت باربری N=f(Q),(Q)
- ظرفیت کپه ای N=f(VM),(VM)(2:1)
در این مرحله هم روش کمترین مربعات برای این تحلیل مورد استفاده قرار گرفته است. ضرایب همبستگى به دست آمده نیز دارای مقادیر بالایى(r2>0/97) بود و اعتبار فرضیه بالا را شدت بخشید. نتایج رگرسیون در شکل های 6 تا 8 نشان داده شده است. روابط به دست آمده از این تحلیل در روابط( 11 )،(12 )و (13 ) نشان داده شده اند[ 5]:
 
-

 
شکل 6- رابطه بین قدرت موتور و وزن ناخالص کامیون

 
شکل 7- رابطه بین قدرت موتور وظرفیت توده ای کامیون

 
شکل 8- رابطه بین وزن خالص کامیون و ظرفیت باربری آن

در نهایت وابستگى موجود بین وزن وسیله نقلیه و ماکزیمم ظرفیت ترابری مورد مطالعه قرارگرفت و ضریب همبستگى بالایى بین این دو پارامتر بدست آمد( 0.9868 =r2)و معاد له آن به صورت رابطه (14 ) مى باشد[ 5]:
 
(14)

البته در این جا باید تاکید کنیم روابط(11 )،(12 )،(13 )و (14 )مستقل از شرکت سازنده مى باشد. این روابط به عنوان پایه ای برای مطالعات بعدی مورد استفاده قرار گرفته بودند[2].
 
شکل 9- رابطه بین قدرت موتور و ظرفیت باربری کامیون ها

تعیین ضریب انتخاب کامیون هاى معدنى
برای تعیین معیار انتخاب کامیون دو مرحله وجود دارد که در اولین مرحله پارامترهای فنى در نظر گرفته شده و در نهایت پارامترهای اقتصادی در معیار وارد مى شوند[2].

اندازه گیرى پارامترهاى فنى: به طور معمول دو گروه پارامترهای فنى و ضرایب تفضیلى وجود دارند] 2[:
•پارامترها و ضرایبى که به طور قابل ملاحظه ای با توجه به اندازه کامیون تغییر مى کنند و یا وابستگى مشخصى بین آنها وجود دارد.
•ضرایب تفضیلى که به طور قابل ملاحظه ای با اندازه ماشین تغییر نمى کنند و وابستگى بین آنها آشکار نیست. در موقع فرمول بندی معیارهای هرکدام از این دو گروه و به منظور مقایسه آنها، باید با مقادیر عددی بدون بعد تعریف شود. این خود دلیلى برای معرفى نسبت برای این پارامترها بود.)
الف- اندازه گیرى پارامترهاى مربوط به اولین گروه
اندازه گیری پارامترهای مربوط به اولین گروه NGVWNQ,NVM,GVQ ,K2Q) به صورت ذیل انجام مى شود[2]:
1- انحراف بین ارزش پارامتر( ضریب )و ارزش محاسبه شده اش تعیین مى شود.
2- انحرافات مثبت و منفى( تفاوت ها )اهمیت یکسانى دارند و باید به مانند یکدیگر با آنها رفتار شود.
3- انحرافات بزرگ (> + 0.3) باید به عنوان نامناسب تلقى شوند و تفاوت کوچکتر باید ارجح تر باشد.
4- بهترین روش برای دستیابى به شرایط 2 و 3 مجذور نسبت ها مى باشد.
بیان ریاضى به دست آمده( نسبت )باید مینیمم باشد.
شیوه ریاضى روش شرح داده شده در روابط(15 )تا( 20 )نشان داده شده است[2]:
 
,

 
,

در اینجا i نماینده کامیون مورد نظر مى باشد. بقیه پارامترها قبلدة تعریف شده اند.
Zi: Zi ها بیانگر انحراف بین مقدار اصلى پارامتر و مقدار بدست آمده همان پارامتر از معادله رگرسیون مربوطه مى باشد. در واقع این دلیل تعریف Zi ها به صورت نسبت به این صورت مى باشد تا مقادیری بدون بعد بدست آیند تا بتوان از آنها در مراحل بعدی تعریف معیار استفاده نمود] 5[.
Koa(i): ضریب اولین بخش فنى معیار( برای پارامترهایى که به شدت وابسته به ظرفیت کامیون ها مى باشند. )
ارزش های وزنى محاسبه شده GVQ, NVM,NQ,NGVW و ضریب K2 به ترتیب بر طبق معادلات ( 11) ،( 12 )،(13 )،(14 )و(7) تعیین مى شوند[2].

ب- انداؤه گیرى ضرایب مربوط به گروه دوم
ضرایب تفضیلى گروه دوم (K1, K3, K4, K5) وابستگى مهمى را با اندازه کامیون نشان نمى دهند. به منظور سازگار کردن این اطلاعات با توجه به بدون بعد بودن اطلاعات اولین گروه آنها نرمالیزه شده و به صورت نسبت بیان مى شوند. در این مورد مقادیر میانگین هر ضریب تفضیلى به عنوان شاخص مورد استفاده قرار گرفته است. برای اندازه گیری ضریب تفضیلى تحلیل شده، انحراف از مقدار میانگین مى تواند به کار گرفته شود. انحراف های کوچک منفى در تحلیل در نظر گرفته شده و انحراف های بزرگ منفى کنار گذاشته مى شوند. به منظور سازگارکردن انحراف های کوچک با انحراف های بزرگ تابع ریاضى ارائه مى شود و مقدار این تابع همیشه مثبت مى باشد و به صورت زیر تعریف مى شود[2].
 
(21)

انحراف های مثبت ارزش ضرایب از میانگین ها باید کنار گذاشته شوند. شکل ریاضى این قسمت معیار در روابط(22 )تا(26 )نشان داده شده است[2]:
 
(22)

K1(m): ارزش میانگین ضریب تفضیلى K1
 
(23)

K3(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K3
 
(24)

K4(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K4
 
(25)

K5(m): مقدار میانگین ضریب تفضیلى K5
 
(26)

  : i    نماینده کامیون مورد نظر مى باشد.
Zi : Zi ها بیانگر انحراف بین مقدار اصلى پارامتر و مقدار بدست آمده همان پارامتر از معادله رگرسیون مربوطه مى باشد.
  : Kob(i) ضریب دومین بخش فنى معیار( برای پارامترهایى که وابستگى ضعیفى به ظرفیت کامیون ها دارند. ) با ترکیب عناصر به دست آمده، بخش فنى معیار ایجاد مى شود. بخش فنى معیار به صورت روابط(27 )و (28 )تعریف شده است[2]:

Ko (i): ضریب بخش فنى معیار
 
*

وارد کردن پارامترهاى اقتصادى درمعیار
در بخش قبلى، معیار انتخاب کامیون که برای کامیون های معدنى تعریف شده، منحصرا مربوط به پارامترها و نسبت های فنى بود. در هرحال برای برآوردکردن نیازهای واقعى استفاده کنندگان، بهتر است که پارامتر های اقتصادی در معیار وارد شوند. استفاده کنندگان تجهیزات انتظار دارند تا توان تولید و هزینه های مربوط را به منظور بهینه کردن عملکرد متعادل کنند. به عبارت دیگر، آنها تلاش دارند سطح تولید برنامه ریزی شده را در پائین ترین هزینه واحد نگه دارند و از آنجا که هزینه ها ممکن است به طور قابل ملاحظه ای برای ماشین آلات مشابه ولى از سازندگان متفاوت دارای نوشان باشد و از مورد به مورد با توجه به شرایط مختلف تغییر کند، بنابراین لازم و ضروری است تا این ضرایب هم در معیار تحلیل شده وارد شوند. هزینه ها ترکیبى از هزینه های عملیاتى و مالکیت بوده و متاثر از ضرایب زیادی مى باشند[6]:
1- نوع کاربری ماشین( تابع هدف(
2- قیمت تحویل( شامل لوازم یدکى(
3- هزینه های انتقال از کارخانه
4- هزینه های اپراتوری و قیمت واقعى انرژی و یا سوخت به عبارت دیگر، سازندگان قیمت تجهیزات را بر اساس محاسبه هزینه های ذیل تعیین مى کنند) 6[:
1- مهندسى
2- راه اندازی
3- ساخت
4- مونتاژ
5- حمل ونقل
6- کارمزد
هر شرکت تخمین های خود را براساس ملاحظات بالا جمع آوری مى کند و همچنین هزینه های عمومى( بالاسری )هم به آنها اضافه مى شود. در حقیقت قیمت تحویل وابسته به پارامترهایى همچون موقعیت جغرافیائى عملیات، کشور، سطوج رقابت بین شرکت ها و شرایط اقتصادی مى باشد. معیار در ترکیب با پارامترهای اقتصادی، به صورت فرمول 29 معرفى مى شود[2]:
 
(29)

که در اینجا:
 
"

همانطور که نشان داده شد ضرایب تفضیلى وابسته به اندازه تجهیزات هستند و این مدل فقط مى تواند برای مقایسه کامیون های با ظرفیت باربری مشابه انجام گیرد. کر هیچ کدام از قیمت های تحویل و هزینه های مالکیت و عملیاتى قابل دسترس نباشد در این جا توصیه مى شود که روابط (27) و (28) در اولین مرحله مقایسه مورد استفاده قرار بگیرند]2[.

  - 5 مورد مطالعاتى:
در مورد انتخاب شرکت سازنده کامیون برای خرید کامیون 85 تنى معدن چادرملو، از روش ضرایب تفضیلى که هم عوامل فنى و عوامل اقتصادی کامیون ها را در نظر مى گیرد استفاده شد. همان گونه که اظهار شد در صورت نداشتن پارامترهای ورودی اقتصادی مى توان از بخش فنى معیار برای انتخاب کامیون استفاده کرد. به علت همکاری نکردن شرکت ها و در دسترس نبودن پارامترهای اقتصادی هر کامیون در این مطالعه برای همه کامیون ها از مقدار استاندارد هزینه های امریکا برای تمام کامیون ها استفاده شد. مقایسه بین شرکت های کاترپیلار، کوماتسو، ترکس وO&K صورت گرفت. اطلاعات فنى مربوط به کامیون ها در جدول 3 ارائه شده اند. این اطلاعات مورد بررسى قرار گرفت و نتایج در جدول 4 خلاصه شده است. از جنبه فنى، کامیون شرکت کوماتسو دارای کمترین امتیاز مى باشد، لذا کامیون Komatsu-HD785-5 برای خرید به معدن توصیه مى شود. با توجه به بخش فنى- اقتصادی کامیون Terex پیشنهاد مى گردد] 5[.
 
جدول 3- مشخصات فنی کامیون های مختلف به منظور مقایسه

 
جدول 4- نتایج حاصل از انتخاب کمپانی

  
نتیجه گیری:
     درپایان مى توان گفت که روش ارائه شده در این مدل، مى تواند به عنوان معیاری نوین برای انتخاب کامیون های معدنى در نظر گرفته شود و مى توان آن را برای اهداف زیر نیز به کارگرفت:

   1- پیش انتخاب کامیون معدنى: این روش یک پیش نمایش به منظور کنار گذاشتن کامیون هایى با بزرگترین انحراف از پارامترهای تحلیل شده را ارائه مى دهد. فقط کامیون هایى با کمترین ارزش ضریب KTL، باید در مراحل بعدی فرآیند در نظر گرفته شوند.

   2- امکان اصلاحات و بهبود طراحى کامیون: با استفاده از این روش، مفید بودن اصلاحات پیشنهاد شده و یا تحلیل شده مى تواند ارزیابى شوند. به منظور مقایسه امتیازات اصلاحات پیشنهاد شده با مقدار اصلى، ارزش های مربوط به ضریب KTL باید محاسبه شده باشد. کمترین ارزش ضریب KTL مناسب ترین سناریو را نشان مى دهد.

   3- توسعه و یا تهیه ماشین جدید( مدل جدید ): سازندگان مى توانند با استفاده از این روش مدل جدیدی از کامیون را طراحى کنند.
   4- امکان مقایسه کامیون های با ماکزیمم ظرفیت بارگیری مشابه و نزدیک به هم

   منابع:
     [1] KENNEDY, B.A, (1990), 2,Society for Mining , Metalurgy and "Surface mining", Edition Exploration.
   [2] Dragan Komljenovic,Kostas Fytas, Jacek Paraszczak, (2003),"A Selection Methodology for rear Mining Truc!&",MPES.
   [3] Technical documentation:" Caterpillar, Euclia Terex, Unit Rig, Komatsu, Liebherr,
   O&K Belaf.
   [4] "Caterpillar performance handbook", (1994), Edition 25, Caterpillar iNS. - -
   ]5 [ موسوی، سید ولى، (1383) ، "توسعه نرم افزار به منظور تعیین تعداد کامیون در سیستم شاول- کامیون با نگرش ویژه بر طرح توسعه معدن سنگ آهن چادرملو" پایان نامه کارشناسى ارشد، دانشگاه صنعتى امیرکبیر.
   [6]Atkinsofl Thomas, (1992), "Selection and sizing of excavating equipment", Mining Engineering Handbook, SME, pp76 1-782...