Электронное издание СДМ - Строительные Дорожные Машины и Техника

Улитич О.Ю. - к.т.н. доцент кафедры ДСМ МАДГТУ (МАДИ).

Время рабочего цикла широко используется при расчете производительности машины. Однако существующие на сегодняшний день методики рекомендуют определять время рабочего цикла на основании значений известных параметров существующих машин применительно к заданным условиям эксплуатации главным образом на этапе оценки готовой машины. При этом основные технологические операции машины: рабочая операция, транспортировка, холостой ход и другие рассматриваются отдельно. Не учитывается возможное взаимное влияние операций, которое в ряде случаев предъявляет к техническим параметрам и характеристикам машины противоречивые требования. Отсутствует общая математическая модель, которая объединила бы в единой зависимости все основные технические параметры машины и параметры, определяющие условия эксплуатации.

Математическая модель времени рабочего цикла определяется суммой времени отдельных технологических операций рабочего процесса машины. Для машины с последовательным выполнением операций время рабочего цикла tц определяется по формуле:

, с (1)

где А_сопр.i - работа сил сопротивления при выполнении отдельных операций, Н·м; N_опер.i - мощность, которая может быть реализована машиной для выполнения соответствующей операции, Н·м/с; W_i - силы сопротивления, преодолеваемые машиной в процессе выполнения технологической операции, Н; l_i - путь перемещения машины или рабочего органа при выполнении операции, м; Р_опер.i -  максимальная активная сила, развиваемая машиной на рабочем органе которая может быть реализована для преодоления сил сопротивления, Н; V_опер.i  - скорость операции, определяемая технологическими ограничениями, м/с.
Для одноковшовых погрузчиков время рабочего цикла можно представить в виде выражения:

, c. (2)

где

(3)

, с (4)

В этом выражении первое слагаемое определяет время на операцию зачерпывания материала t_з, подъема ковша с грузом t_под  и перемещения груза t_тр. Второе слагаемое определяет дополнительное увеличение времени на транспортировку груза t_тр  за счет преодоления на этом участке сопротивления самого погрузчика. Третье слагаемое характеризует время холостого (порожнего) перемещения погрузчика t_х.
Для усредненных условий эксплуатации формулу для определения времени рабочего цикла можно представить в виде:

, с (5)

где k_з.тр= 7 - безразмерный коэффициент, учитывающий время на транспортировку груженного ковша к месту выгрузки;
k_х.п= 0,36 - безразмерный коэффициент, учитывающий увеличение времени на перемещение машины без груза;
Характер изменения t_ц  для погрузчика в зависимости от массы машины и других факторов приведен на рис. 1. Из графиков следует, что оптимальные показатели t_ц= min и П= max имеют место при определенной оптимальной массе машины m_опт. При малой массе (слева от оптимума) эффективность падает за счет увеличения времени на зачерпывание материала (малое тяговое усилие). При большей массе (справа от оптимума) эффективность падает за счет увеличения времени на холостые перемещения утяжеленной машины.


Рис. 1. Изменение времени рабочего цикла одноковшового фронтального погрузчика от массы и мощности при разработке грунтов прочностью 0,05 МПа: 1 - мощностью 40 кВт; 2- мощностью 75 кВт; 3 - мощностью 100 кВт; l_тр= 10 м.

Производительность машины (конструктивная, техническая, эксплуатационная), которая определяет количество единиц продукции, выработанной за единицу времени:

;;,(6)

Производительность погрузчика П (м³/ч) определяется по известной формуле (6). Подставляя в общую формулу для расчета производительности выражение (5), получают эксплуатационную производительность погрузчика:

, (7).

Упрощенная зависимость для расчета производительности П ковшового погрузчика формируются на основании развернутых зависимостей (2), (7) и др. по усредненным наиболее вероятным параметрам, определяющим тягово-сцепные свойства машины: с_ц, f, f_гр, k_зд, i=0 и др.
Производительность ковшового погрузчика П (м³/ч) техническая, эксплуатационная может быть также установлена по более простой формуле:

(м3/ч). (8)

где k_уд.з  - удельное сопротивление ковша заглублению в материал, Н/м², k_уд.з= 0,03…0,3 Мпа;
Величина коэффициента k_Пп  является безразмерной функцией технико-эксплуатационных параметров и условий работы погрузчика. В зависимости от условий эксплуатации и типа движителя коэффициент k_Пп  изменяется от 0,01 до 0,03. Меньшее значение соответствует более тяжелым условиям работы. Для усредненных условий эксплуатации принимают k_Пп= 0,015.

Выводы:
При уменьшении t_ц  при прочих неизменных условиях снижаются затраты на механизацию работ и себестоимость единицы продукции.
Продолжительность времени рабочего цикла технологической машины - фронтального ковшового погрузчика, следует рассматривать в качестве обобщенного показателя технико-эксплуатационной эффективности машины в соответствующих условиях эксплуатации.