3.1.1 Розрахунок продуктивності засобів механізації

Насамперед, необхідно знати, до якої групи відносяться обрані два типи механізмів відповідно до класифікації за принципом дії основного робочого органа – до машин циклічного (перериваного) дії або безперервної дії. Після цього можна приступати до визначення експлуатаційної продуктивності по приведеним нижче формулах [3,4,8].

Вантажно-розвантажувальні машини циклічної дії.

Продуктивність W_э може бути розрахована в залежності від кількості робочих циклів за одна година експлуатації механізму z_ц або через тривалість робочого циклу Т_ц (с) відповідно по формулах:

У тоннах у годину:

(3.1)

; (3.2)

У метрах кубічних у годину:

, (3.3)

, (3.4)

де q_гр – фактична маса переміщуваного вантажу за один робочий цикл, т;

q_к – місткість ковша (грейфера), м³;

к_вр і к_нп – коефіцієнти відповідно використання робочого часу механізмів (табл. П.1.13) і наповнення ковша (табл. П.1.14).

Час робочого циклу визначається експериментально (хронометражним виміром) або сполученням хронометражних спостережень з розрахунками окремих операцій по відомих залежностях.

У загальному виді тривалість робочого циклу

(3.5)

де φ – коефіцієнт сполучення операцій протягом робочого циклу (φ=0,6...0,8);

t_i – тривалість i-тої операції, с;

t_оп – час на ухвалення рішення оператором (машиністом, водієм) і переключення органів керування на одну операцію (t_оп=1–3с);

n_оп – кількість переключень протягом циклу.

Розрахунок часу Т_ц рекомендується виконувати в такій послідовності:

• зобразити схему взаємного розташування вантажу, механізму й автомобіля і вказати значення можливих переміщень механізму й автомобіля при навантаженні (вивантаженні ) вантажу;

• розробити технологію навантажувальних (розвантажувальних) робіт на площадці;

• визначити величину кожної операції t_i;

• розрахувати час Тц.

Нижче приведені типові технологічні процеси навантажувальних (розвантажувальних робіт) для деяких механізмів і розрахункові залежності, що дозволяють визначити час операцій T_i відповідно до технічної характеристики вантажно-розвантажувальної машини.

Експериментальні норми часу t_i на застропку–отстропку, зазват–укладку штучних і насипних вантажів приведені в таблиці П.3.9-П.3.12.

Технологія навантаження (вивантаження) вантажів вантажопідйомними кранами:

1.) Застропка (захоплення) вантажу (с) .

2.) Підйом вантажозахватного органа (далі гак) на висоту Н_гр , м, зі скоростьюV_гр , м/с :

(3.6)

3.) Поворот гака з вантажем на кут α, град., з частотою обертання ω_вр , про/хв :

(3.7)

4.) Пересування вантажного візка (тельфера) з вантажем на відстань L_т , м, зі швидкістю V_т , м/с :

(3.8)

5.) Пересування крана з вантажем на відстань L_кр , м, зі швидкістю V_кр , м/с :

(3.9)

6.) Пауза на погашення коливань гака з вантажем і його орієнтування:

t₆= 5 – 10 з (3.10)

7.) Опускання гака з вантажем на висоту Н_гр1 зі швидкістю V_гр1 :

(3.11)

8.) Отстропка (звільнення) вантажу t₈.

9.) Підйом гака без вантажу на висоту Н_гр2 зі швидкістю V_гр2 :

(3.12)

10.) Поворот гака без вантажу на кут α₁ з частотою обертання ω_вр1

(3.13)

11.) Пересування крана без вантажу на відстань L_кр1 зі швидкістю V_кр1:

(3.14)

12.) Пересування вантажного візка (тельфера) без вантажу на відстань L_т1 зі швидкістю V_т1 :

(3.15)

13.) Опускання гака без вантажу на висоту Н_гр3 зі швидкістю V_гр3 для застропки (захоплення) чергового вантажу :

(3.16)

Технологія навантаження (розвантаження) вантажів виделковими електронавантажувачами й автонавантажувачами

1) Маневрування, під'їзд до штабеля з вантажем і поворотом по радіусі R, м, на кут 90⁰ зі швидкістю руху V_дв , м/с , навантажувача:

(3.17)

2. Нахил рами без вантажу вперед на кут α_р , град., зі швидкістю підйому вил V_в , м/с , і радіусом обертання рами 0,5 м:

(3.18)

2. Підйом вил без вантажу з транспортного положення до вантажу штабелі на h_шт , м, зі швидкістю підйому 1,5V_в :

(3.19)

4) Уведення вил в пази піддона на відстань ( В+0,1) зі швидкістю V_дв:

(3.20)

де В – ширина піддона, м;

0,1 м – первісний зазор між вилами і піддоном.

5) Захоплення піддона з вантажем (підйом вил на висоту 0,1 м) зі швидкістю V_в :

(3.21)

6. Нахил рами з вантажем назад у транспортне положення на кут α_р1, зі швидкістю V_в і радіусом обертання 0,5 м :

. (3.22)

7.) Виїзд із вантажем від штабеля в проїзд на відстань (У+0,1) зі швидкістю 0,8V_{дв :}

(3.23)

8.) Опускання вил з вантажем у транспортне положення на висоту розташування вантажу в штабелі h_шт зі швидкістю 1,3V_{в :}

(3.24)

9.) Від'їзд із вантажем від штабеля з поворотом по радіусі R на кут 90⁰ зі швидкістю 0,8V_дв :

(3.25)

10.) Транспортування вантажу на відстань L_тр зі швидкістю V_дв (зазор між вилами і рівнем навантажувальної площадки не менш 0,3 м) :

(3.26)

11.) Під'їзд із вантажем до штабеля з поворотом по радіусі R на кут 90⁰ зі швидкістю 0,8V_дв :

(3.27)

12.) Підйом вантажу наприкінці рейса з транспортного положення на висоту h_шт1 для укладання в штабель зі швидкістю V_в :

. (3.28)

13.) Нахил рами з вантажем уперед на кут α_р зі швидкістю V_в і радіусом обертання 0,5 м :

(3.29)

14.) Під'їзд із вантажем від штабеля в проїзд на відстань (У+0,1) зі швидкістю 0,8V_дв і орієнтування вантажу для укладання в штабель :

(3.30)

15.) Опускання вантажу на висоту 0,1 м у штабель зі швидкістю 1,3V_в :

(3.31)

16.) Висування вил з пазів піддона з вантажем і від'їзд від штабеля на відстань ( В+0,1) зі швидкістю V_дв :

(3.32)

17.) Нахил рами без вантажу назад на кут α_р1 зі швидкістю V_в і радіусом обертання 0,5 м :

(3.33)

18.) Від'їзд без вантажу від штабеля з поворотом по радіусі R на кут 90⁰ зі швидкістю руху V_дв :

(3.34)

19.) Опускання вил без вантажу в нижнє транспортне положення на висоту h_шт1 зі швидкістю 1,5V_в :

(3.35)

20.) Під'їзд до штабеля за вантажем у зворотному напрямку на відстань L_тр зі швидкістю 1,2V_дв :

(3.36)

де t_рт – час, затрачуваний на розгін–гальмування (приймається орієнтовно для всіх типів кранів 1...10с, для усіх видів навантажувачів 1...8с).

Технологія навантаження насипних вантажів екскаваторами

1) Упровадження ковша в масив ґрунту у вибої (штабель матеріалу на складі), його підйом і наповнення:

t₁=3-5с.

2) Переміщення ковша з матеріалом від стінки вибою (штабеля) на відстань радіуса вивантаження R_в (горизонтальне переміщення ковша дорівнює R_к-R_в, де R_к – радіус копання)

t₂=2-3с.

3) Поворот платформи екскаватора убік автомобіля-самоскида на кут α=80-90^о.

t₃=2-6с.

4) Орієнтування навантаженого ковша над кузовом автомобіля-самоскида

t₄=1-4с.

5) Звільнення ковша від матеріалу і заповнення кузова автомобіля

t₅=2-3с.

6) Поворот платформи екскаватора убік вибою (штабеля) на кут α=80-90^о.

t₆=3-6с.

7) Опускання ковша на дно вибою (до підстави штабеля з матеріалом)

t₇=2-3с.

Тривалість окремих операцій t_i робочого циклу Т_ц самохідних одноковшевих навантажувачів циклічної дії залежить від різних факторів (висоти підйому вантажу, кута повороту, швидкостей, опорів руху, потужності двигуна, кваліфікації водія й ін.). Тому навіть відносно точне теоретичне визначення всіх елементів робочого циклу вкрай затруднено, унаслідок чого розрахунок часу Т_ц проводиться на підставі експериментальних даних. Наприклад, рекомендується наступна тривалість робочого циклу при оптимальному взаємному розташуванні вантажу, навантажувача й автомобіля–самоскида

• навантажувачі з заднім розвантаженням ковша (перекидної дії): Т_ц=25-30с;

• навантажувачі напівповоротні: Т_ц=35-45с;

• навантажувачі фронтальні на колісному ходу: Т_ц=50-70с;

• навантажувачі фронтальні на гусеничному ходу: Т_ц=60-80с.

У тому випадку, якщо місце захоплення вантажу розташовано на значній відстані від місця його вивантаження, необхідно додатково врахувати час переміщення (маневрування) навантажувача.

У приведених вище технологічних процесах час на розгін-гальмування в залежності від конструкції засобів механізації, маси механізму і переміщуваного вантажу в середньому дорівнює 2-10с.

Навантажувально–розвантажувальні машини безперервної дії

Транспортуючі машини – це машини безперервної дії, використовувані для навантажувально–розвантажувальних робіт. Вони служать для переміщення насипних вантажів безперервним потоком, а штучних – з визначеним інтервалом.

Експлуатаційна продуктивність транспортуючих машин, застосовуваних на автомобільному транспорті при навантаженні–розвантаженні, розраховується в такий спосіб [4,8,12]:

1. Переміщення насипних вантажів безперервним потоком (продуктивність, т/год).

Стрічкові конвеєри:

(3.37)

(3.38)

де q – погонне навантаження на несущий орган, кг/м;

F – площа поперечного переріза насипного вантажу на стрічці, м²;

ρ – насипна щільність вантажу, т/м³;

V – швидкість переміщення вантажу, м/с;

к_{β –} коефіцієнт_, що враховує кут нахилу конвеєра.

Скребкові конвеєри:

(3.39)

де F_ж – площа поперечного переріза жолоба, м²;

к_нп – коефіцієнт наповнення жолоба матеріалом.

Гвинтові конвеєри:

(3.40)

де D_в і S_в – діаметр і крок гвинта, м;

ω_вр – частота обертання, об/хв.

2) Переміщення насипних вантажів окремими порціями (продуктивність т/год)

Ковшові елеватори (норії):

(3.41)

де q_к – місткість ковша, л;

а_к – крок розміщення ковшів, м.

3) Переміщення штучних вантажів.

Стрічкові конвеєри, полочні і люлечні елеватори:

продуктивність, т/год:

(3.42)

продуктивність, шт/год:

(3.43)

(3.44)

де q_шт – маса одиниці штучного вантажу, кг;

а_ш – крок укладання партії штучних вантажів на несучому органі, м;

z_шт – кількість штучних вантажів у партії;

t_шт – інтервал часу при укладанні партій штучних вантажів на несучому органі, с.

Значення коефіцієнтів к_вр, к_нп, к_β приведені в таблицях П.3.13-П.3.15.

У процесі перевезення насипних вантажів автомобілями (бортовими, самоскидами) для навантаження використовуються різні допоміжні пристрої транспортуючих установок – головним чином бункера.

Пропускна здатність бункера П_в , т/год [4,5,6]

(3.45)

де F – площа вихідного отвору бункера, м²;

ρ – насипна щільність вантажу, т/м³;

V – швидкість витікання вантажу, м/с;

к_в – коефіцієнт, що враховує додаткові витрати часу на технологічні перерви.

Швидкість нормального витікання вантажу:

(3.46)

де λ – коефіцієнт витікання, що залежить від рухливості і гранулометрического властивості матеріалу

R – гідравлічний радіус отвору витікання, м.

Коефіцієнт витікання:

– для трудносипучих вантажів з підвищеним змістом дрібних фракцій, пилоподібних, вологих – λ =0,2-0,25;

– для сипучих вантажів, грубозернистих кускових і несортованих вантажів у сухому стані – λ =0,25-0,5;

- для легкосипучих вантажів, однорідних, сортованих, сухих, зернистих (річковий пісок, сортований гравій і вугілля, зернові вантажі) – λ=0,55-0,65.

Гідравлічний радіус отвору витікання

(3.47)

де F – площа вихідного отвору, м²;

Р – периметр отвору, м.

Швидкість гідравлічного витікання

(3.48)

де h – висота матеріалу в бункері, м;

Коефіцієнт витікання для води дорівнює 1, а для рідких розчинів і бетонів – 0,7-0,9.