4. Технико-эксплуатационные характеристики погрузочно-разгрузочных механизмов и машин

Основные характеристики погрузочно-разгрузочных механизмов и машин учитываются при выборе и определении потребного количества этих механизмов и машин.

Некоторые технико-эксплуатационные параметры характерны для всех категорий механизмов и машин. К ним относятся: производительность, высота погрузки, мощность силовой установки, габаритные размеры (длина, ширина и высота) в рабочем и транспортном положении, общая масса.

Однако большинство параметров является групповыми, то есть характеризуют только определенную группу погрузочно-разгрузочных машин. Для механизмов рабочим органом прерывного действия важнейшим параметром является грузоподъемность – наибольшая масса груза, которая может быть поднята при сохранении необходимого запаса устойчивости и прочности. Кроме того, такие механизмы характеризуются скоростью подъема и опускания груза, скоростью горизонтального перемещения рабочего органа или всего механизма с грузом и без груза. У погрузочно-разгрузочных механизмов с рабочим органом, выполненным в виде поворотной консоли (стреловые краны, некоторые одноковшовые погрузчики, экскаваторы), основными параметрами являются также вылет стрелы, длина стрелы, высота подъема и угол поворота стрелы. Вылет стрелы определяется расстоянием от оси вращения кранового оборудования до вертикальной оси, проходящей через точку подвеса груза. Длина стрелы определяется расстоянием между центрами оси пяты стрелы и оси концевого блока.

Важнейшими параметрами вилочных авто- и электропогрузчиков являются максимально допустимое расстояние от центра тяжести груза до спинок вил при полном использовании грузоподъемности погрузчика и минимальный радиус поворота погрузчика.

Для механизмов и машин с рабочим органом непрерывного действия дополнительно можно назвать такие параметры, как скорость движения грузонесущего органа, его размеры (ширина и высота скребка, ширина ленты, объем и количество ковшей и др.). Шнековые устройства характеризуются диаметром шнека и скоростью его вращения.

Указанные основные параметры не исчерпывают всех элементов технико-эксплуатационной характеристики погрузочно-разгрузочных механизмов и машин. Например, самоходные машины дополнительно характеризуются таким параметром, как транспортная скорость. Бункера оцениваются двумя основными параметрами: внутренним объемом (вместимостью) бункера и размером выгрузного отверстия. Для зерно-, свекло- и прочих погрузчиков устанавливают ширину захвата груза и т. д.

Помимо основных технико-эксплуатационных параметров при выборе погрузочно-разгрузочных механизмов и машин учитывают следующие: энергоемкость, выражаемая расходом энергии, затрачиваемой на переработку единицы груза; материалоемкость, характеризуемая массой материала, затраченной на изготовление; трудоемкость технического обслуживания и ремонта, а также другими по аналогии с подвижным составом.

5. Производительность погрузочно-разгрузочных механизмов

Производительность погрузочно-разгрузочного механизма или машины определяется количеством погруженного и выгруженного груза (в т или м³), которое перерабатывается в течение определенного отрезка времени (час, смена, сутки и др.). За единицу времени чаще всего берут часовую продолжительность работы.

Различают техническую, эксплуатационную и фактическую производительности механизмов.

Техническая (или паспортная) производительность достигается при оптимальных условиях работы механизма при полном использовании грузоподъемности и времени.

Производительность механизма W цикличного действия определяется умножением количества циклов N_ц за час работы на количество груза q_ц, перемещаемого за каждый цикл (для технической производительности – номинальная грузоподъемность механизма):

W_t = N_ц q_ц , т/час.

Количество рабочих циклов определяется из выражения:

N_ц = 3600/t_ц,

где t_ц – продолжительность одного цикла, сек;

3600 – количество секунд в 1 часе, так как производительность рассчитывается за 1 час, а цикл измеряется в секундах.

Тогда W_t = 3600 q_ц/ t_ц, т/час.

Производительность погрузочно-разгрузочного механизма цикличного действия обратно пропорциональна продолжительности одного рабочего цикла. Продолжительность цикла определяется суммированием времени выполнения отдельных операций. Укрупнено комплекс операций цикла составляет захват груза; подъем, перемещение и отпускание рабочего органа с грузом; освобождение от груза; возврат рабочего органа за следующей партией груза.

При определении продолжительности каждой операции учитывают конкретный вид операции и элементы, из которых она состоит. Например, у вилочного погрузчика операция захвата груза заключается в подъеме или опускании вилочного захвата до уровня расположения груза и подведении его под груз. У экскаватора эта операция состоит в наполнении ковша за счет проникновения его в стенку забоя и передвижения там.

По-разному осуществляются также операции по перемещению груза. У некоторых механизмов цикличного действия (стационарные краны, экскаваторы) перемещение груза сводится к операциям подъема груза, разворота платформы на некоторый угол, и опускание груза. Вилочные погрузчики, козловые краны взамен разворота платформы со стрелой выполняют передвижение всего механизма по грузовому двору для доставки груза к месту назначения.

Для установления продолжительности таких операций, как заполнение рабочего органа грузом, застропка, отстропка и т. д., обычно пользуются данными хронометражных наблюдений. Но для определения продолжительности большинства операций, связанных с перемещением рабочего органа (с грузом или без него), применяют расчетный метод.

Продолжительность вертикального подъема (опускания) рабочего органа с грузом или без груза:

t_п(о) = h_п(о) /V_п(о), сек,

где h_п(о) – высота подъема (опускания), м;

V_п(о) – скорость подъема (опускания), м/сек.

Продолжительность поворота механизма вокруг вертикальной оси:

t_пов = 60α/360ω = α/6ω, сек,

где α – угол поворота в горизонтальной плоскости, град;

ω – скорость вращения платформы вокруг вертикальной оси, об/мин;

60 – коэффициент перевода минут в секунды (количество секунд в одной минуте);

360 – коэффициент перевода градусов в обороты (количество градусов в одном обороте).

Продолжительность движения механизма и рабочего органа по горизонтальному пути:

t_дв = l_дв /V_дв, сек,

где l_дв – длина горизонтального пути, проходимого механизмом или рабочим органом, м;

V_дв – скорость движения механизма или рабочего органа по горизонтальному пути с грузом или без груза, м/сек.

Пример. Определить техническую производительность вилочного автопогрузчика, занятого погрузкой штучного груза массой одного грузового места q_ц = 1 т при следующих условиях: время захвата и освобождения груза от захвата по 10 сек, подъем груза на погрузочную высоту автомобиля h_п(о) =1,6 м при скорости V_п(о) = 8 м/мин перемещение груза на расстояние l_дв = 22 м со скоростью V_дв =10 км/час.

Решение. Продолжительность рабочего цикла автопогрузчика:

t_ц = t_зах + t_п^г + t_дв^г + t_осв + t_о+ t_дв,

где t_зах, t_осв – продолжительность захвата и освобождения груза от захвата соответственно, t_зах = t_осв = 10 сек;

t_п^г, t_о – продолжительность подъема груза и опускания рабочего органа без груза соответственно, t_п^г = t_о =1,6∙60 / 8 = 12 сек;

t_дв^г t_дв – время движения автопогрузчика с грузом и без груза соответственно, t_дв^г = t_дв = 22∙3600 / 10∙1000 ≈ 8 сек.

Тогда t_ц = 10 + 12 + 8 + 10 + 12 + 8 = 60 сек.

Техническая производительность автопогрузчика составит

W_t = 3600∙1 / 60 = 60 т/час.

Если механизм цикличного действия предназначен для погрузки навалочных грузов и оборудован ковшом или грейфером, то техническая производительность определяется в м³/час по формуле:

W_t = 3600V_к / t_ц, м³/час,

где V_к – объем ковша или грейфера, м³.

При необходимости расчета технической производительности в тоннах объем ковша умножают на плотность груза ρ:

W_t = 3600V_к ρ / t_ц, т/час.

Иначе определяется техническая производительность погрузочно-разгрузочных механизмов и машин непрерывного действия.

При переработке (погрузке, разгрузке, перемещении) штучных грузов производительность механизма (транспортера) рассчитывают по формуле:

W_t = 3600V_л q_е / a, т/час,

где V_л – скорость перемещения транспортирующей ленты (рабочего органа), м/сек;

q_е –масса единицы груза, т;

a – расстояние между соседними единицами груза на транспортирующей ленте, м.

При определении технической производительности механизмов непрерывного действия с многоковшовой цепью при погрузке навалочных грузов применяют аналогичное выражение:

W_t = 3600V_л V_k / a, м³/час или W_t = 3600V_л V_k ρ / a, т/час.

Пример. Определить техническую производительность многоковшового автопогрузчика с емкостью ковша V_k = 0,018 м³, расстояние между ковшами a= 35 см, скорость движения бесконечной цепи V_л = 0,62 м/сек.

Решение. Воспользовавшись предыдущими формулами, получим:

Wt = 3600∙0,62∙0,018 / 0,35 = 114,8 м³/час.

Предположим, что плотность перемещаемого груза составляет ρ = 0,78 т/м³. Тогда W_t= 114,8∙0,78 = 89,5 т/час.

При перемещении навалочных и сыпучих грузов непрерывным потоком по транспортирующей ленте для расчета технической производительности используют формулы:

W_т = 3600 V_л S, м³/час и W_т = 3600 V_л S ρ, т/час,

где S – площадь поперечного сечения груза при его расположении сплошным потоком по транспортирующей ленте, м².

Техническую производительность шнековых конвейеров при погрузке и перемещении навалочных грузов рассчитывают из выражения:

W_т = 60( πd² / 4) а ω, м³/ч,

где d – диаметр шнека (бесконечного винта), м;

а – шаг винта, м;

ω – частота вращения винта, об/мин;

π – 3,14....

Техническая производительность пневматических установок или гидравлических устройств определяется по следующей формуле:

W_т = 3600ρ_в μU_в, т/час,

где ρ_в – плотность воздуха или воды, т/м³,

μ – массовая концентрация смеси материала с воздухом или водой, равная отношению массы, перемещаемой в единицу времени груза к массе расходуемого за это же время носителя;

U_в – расход воздуха или воды, м³/сек.

Расход воздуха или воды можно вычислить из выражения:

U_b = V_в πd²/4, м³/сек,

где V_в - рабочая скорость носителя, м/сек;

d - внутренний диаметр трубопровода, м.

Тогда W_т = 3600ρ_в μ V_в πd²/4, т/час.

Эксплуатационная производительность показывает то количество груза (т или м³), которое может быть переработано погрузочно-разгрузочным механизмом или машиной за один час в конкретных условиях эксплуатации. При расчете эксплуатационной производительности учитывается использование грузоподъемности и рабочего времени механизма или машины. Эта производительность служит для проектирования погрузочно-разгрузочных работ, расчета производственной программы, определения потребного количества ТС и погрузочно-разгрузочных механизмов, установления норм времени простоя под погрузкой и разгрузкой и т. д.

Для определения эксплуатационной производительности W_э техническую производительность умножают на коэффициенты использования грузоподъемности γ_г и рабочего времени η_в механизма:

W_э = W_т γ_г η_в, т/час.

Коэффициент использования рабочего времени устанавливается или эмпирическим путем или делением времени непосредственной работы механизма Т_р ко всему времени в наряде Т_н:

η_в= Т_р/ Т_н.

Коэффициент использования грузоподъемности рассчитывается по известным формулам:

γ_г = q_ф/q_н, γ_г = V_ф/V_к,

где q_ф, q_н – фактическая перемещаемая масса груза и номинальная грузоподъемность механизма соответственно, т;

V_ф, V_к – емкость ковша фактически занятая грузом и номинальная соответственно, м³.

Фактическая производительность представляет собой количество груза, которое реально было переработано данным погрузочно-разгрузочным механизмом или машиной за один час работы. Она определяется делением общего объема Q_ф погруженного или разгруженного механизмом груза (в т или м³) за определенный период времени Т_н на продолжительность этого периода (в часах):

W_ф = Q_ф /Т_н.

Соотношение между технической, эксплуатационной и фактической производительностями следующее:

W_t ≥ W_э ≥W_ф.

При планировании и организации работы погрузочно-разгрузочных механизмов и машин следует стремиться к достижению равенства между указанными производительностями. Чем ближе к единице отношение фактической и технической производительностей, тем выше коэффициент использования механизма.