2328

жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров стрелы в гидроамортизатор 6 (см. рис. 10.18).

После въезда на неровность рабочая жидкость из амортизатора 6 возвращается через управляемый гидродроссель 8 в поршневые полости гидроцилиндров 3 стрелы. Таким образом, на первой фазе работы устройства рабочая жидкость через клапан «ИЛИ» 9 подсасывается в штоковые полости гидроцилиндров 3 стрелы из гидробака 12, а на второй фазе процесса рабочая жидкость вытесняется из штоковых полостей гидроцилиндров 3 стрелы в гидробак 12 через клапан «ИЛИ» 9.

Применение амортизатора является средством повышения производительности погрузчика за счет увеличения транспортных скоростей движения.

11. ТЕОРИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОКОВШОВЫХ ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ

11.1. Критерии эффективности фронтальных погрузчиков

Для оценки эффективности фронтальных погрузчиков можно использовать производительность погрузчика в сочетании с расходом топлива. Производительность погрузчика и расход топлива не являются экономическими критериями. Расход топлива определяет полную затраченную энергию, а производительность характеризует полезную работу.

Существует несколько видов производительности погрузчика. Экономические оценки определяются при помощи эксплуатационной производительности за год или срок службы погрузчика [32, 73, 77].

Вычисление эксплуатационной производительности выполняют как отношение объема зачерпываемого ковшом материала к фонду рабочего времени за срок службы машины или за год. На фонд времени работы погрузчика влияют климатические условия, праздничные дни и другие факторы, не имеющие отношение к тяговоскоростным характеристикам погрузчика. Поэтому для оценки эффективности погрузчика можно использовать техническую производительность, которая не зависит от простоев и других факторов, не имеющих отношение к тягово-скоростным показателям.

где VГ – объем грунта, погружаемый в ковш, принимаемый условно равным объему ковша, м3; TЦ – время цикла, с.

В Челябинском филиале НАТИ Ю.В. Гинзбург, А.И. Швед, А.П. Парфенов предложили использовать различные категории эффективности тракторов, которые не используют экономические показатели, один из них получил название энергетический потенциал производительности (ЭПП) [32].

Рассмотрим сущность ЭПП на примере одноковшового фронтального погрузчика. Рабочий цикл погрузчика состоит из элементов, в которых мощность двигателя используется не полностью, а в некоторых случаях мала, например при разгрузке ковша. Мощность двигателя, рассчитанная из условия наполнения ковша при черпании, используется максимально только при наполнении ковша, при этом эффективность использования погрузчика непропорциональна этой мощности, а является более сложной функцией. Причина этого явления состоит в том, что конкретному значению мощности двигателя Ne и необходимой силе тяги PK соответствуют как минимум три разные скорости движения погрузчика: скорость копания VK ; скорость транспортирования груженого ковша VТ ; скорость холостого хода VХ . Указанные скорости участвуют в формировании времени рабочего цикла фронтального погрузчика и являются важными параметрами, определяющими эффективность погрузчика.

При зачерпывании материала ковшом требуется максимальная сила тяги PK max и соответствующая скорость движения VK , которая формирует максимальную мощность двигателя. В остальных элементах цикла мощность используется не полностью. Поэтому введем коэффициент использования мощности двигателя , определяемый по формуле

Полезная работа погрузчика при копании грунта в единицу

характеризующий полезное использование мощности двигателя в единицу времени рабочего цикла:

где NT – тяговая мощность погрузчика.

Из выражения (11.7) видно, что основными геометрическими и техническими параметрами погрузчика являются: LT – дальность транспортирования груженого ковша, равная дальности холостого

геометрические, технологические и скоростные параметры фронтального погрузчика.

Максимальная эффективность погрузчика при типичной технологии погрузки материала из штабеля в транспорт достигается при одновременной минимизации пути и увеличении скорости транспортирования, а также минимизации времени, затрачиваемого на набор грунта в ковш.

При одинаковом значении энергетического потенциала (т.е. мощности) можно иметь различную эффективность за счет минимизации пути транспортирования LT . Следовательно, энергетический критерий эффективности для фронтального погрузчика менее целесообразен, чем техническая производительность, определяемая по обобщенной формуле (11.1). Техническая производительность фронтального погрузчика зависит от эксплуатационных условий, которые можно обобщить коэффициентом сцепления K max колес погрузчика с опорной поверхностью, а также свойствами разрабатываемого насыпного материала или грунта, которые можно охарактеризовать некоторой совокупностью факторов М.

Принятые условия позволяют определить математическое ожидание технической производительности фронтального погрузчика при наборе одного материала в разных грунтовых условиях, которое

максимального коэффициента сцепления по тяговому усилию K max; f ( K max) – закон распределения вероятностей K max; K maxH и

K maxB – нижний и верхний пределы изменения K max коэффициента сцепления.

Аналогично математическое ожидание технической производительности для разных поверхностей движения при наборе разных насыпных материалов и грунтов принято называть

обобщенным техническим потенциалом (ОТП) [32]:

где П(M, K max) – зависимость технической производительности от свойств насыпного материала и свойств поверхности движения; f (M) – распределение вероятностей свойств погружаемых материалов.

Для фронтального погрузчика техническую производительность или частный технический потенциал ПЧ можно определять экспериментально и расчетным путем. Однако обобщенный технический потенциал Пo для фронтального погрузчика можно определять только расчетным путем.

11.2. Математическая модель технологического процесса фронтального погрузчика и результаты исследования

Техническую производительность погрузчика можно определять аналитическим методом или экспериментально путем хронометрирования длительности элементов технологического цикла и измерения объема транспортируемого материала в ковше.

Время технологического цикла погрузчика складывается из продолжительности наполнения ковша, определяемой от момента соприкасания ножа с грунтом до выхода ковша из забоя; времени маневра – разворота груженого погрузчика задним ходом, определяемого с момента выхода ковша из грунта до совпадения колеи передних и задних колес; времени транспортировки – движения погрузчика передним ходом; времени подъема стрелы с ковшом из транспортного положения в положение разгрузки в транспортное средство; времени разгрузки ковша в транспорт от момента полной остановки до момента полного опорожнения ковша; времени возврата к забою на холостом ходу. Для технологических схем, использующих маневрирование транспортного средства, при челночных схемах работы в длительность цикла включают длительность маневра самосвала.

На рис. 11.1 показаны основные технологические схемы движения фронтального погрузчика в рабочем цикле.

Рис. 11.1

В случае рис. 11.1,а,б,в технологический процесс совершается при неподвижном самосвале, при этом происходит криволинейное движение погрузчика при отъезде от штабеля задним ходом, и этот процесс совершается до момента ориентации оси симметрии погрузчика перпендикулярно оси самосвала. После этого совершается изменение направления движения погрузчика, который движется передним ходом к самосвалу.

На рис. 11.1,г показана челночная схема работы с маневрированием как самосвала, так и погрузчика. Средняя дальность транспортирования грунта и материалов строительными погрузчиками составляет порядка 30 40 м. Челночная схема работы позволяет получать максимальную производительность.

Техническая производительность фронтального погрузчика

разрыхления грунта при заполнении ковша.

Максимальное значение Kp =1,25 при разработке материковых материалов, для насыпных грунтов Kp =1,1 (табл. 11.1).

Техническая производительность фронтального погрузчика (т/ч) определяется по формуле [54]

где M – объемная масса грунта в забое или материала в штабеле

(т/М3), при копании насыпных грунтов нормальным ковшом задают

M =1,6 т/М3.

Объемная масса M материала в штабеле зависит от вида разрабатываемого материала.

Продолжительность рабочего цикла фронтального погрузчика по формуле (11.4) образуется из основных элементов технологического процесса: наполнение ковша; отъезд от штабеля с разворотом и подъезд к транспортному средству; подъем стрелы с ковшом в положение разгрузки в транспортное средство; опорожнение ковша в самосвал; обратный холостой ход – подъезд к штабелю с установкой ковша в положение копания.

Время копания грунта можно определить по эмпирической формуле, имеющей физическое содержание и размерность времени

[77]:

грузоподъемность погрузчика, т; g – вес единицы массы, g=9,81 Н/кг; f – коэффициент сопротивления качению (при криволинейном

двигателя, реализуемая на транспортном режиме, кВт; – КПД трансмиссии, =0,8 0,95; T – тяговый КПД, T =0,5 0,65.

Формула (11.14) также имеет физическую и эмпирическую сущность, т.к., с одной стороны, устанавливает обобщенную связь работы сил сопротивления при движении погрузчика с энергией, реализуемой двигателем внутреннего сгорания в течение времени транспортировки tТ , с другой стороны, заключается в статистической оценке величины мощности, реализуемой на рулевое управление

управления в кВт, определяется по корреляционной статистической формуле работы [32]

коэффициент нестационарности режима подъема стрелы, учитывающий возможные прерывания подъемов и повторные продолжения подъема стрелы при подъезде погрузчика к самосвалу,

КН.П.С =1,2 1,3.

Физическая сущность формулы (11.17) заключается в установлении связи работы силы тяжести стрелы, ковша и полезного груза при подъеме в поле силы тяжести Земли c энергией, реализуемой двигателем внутреннего сгорания. Мощность, реализуемая при подъеме стрелы, определяется по эмпирической формуле (11.13).

Общий коэффициент полезного действия гидропривода ОБЩ учитывает все виды потерь и определяется по формуле [6, 31, 45]

ОБЩ = Н Ц М ,

где Н – КПД насоса, Н =0,85; Ц – КПД цилиндра, Ц =0,95; М – КПД механический, учитывающий потери в зубчатых передачах и шарнирах рабочего оборудования, М =0,8.

Среднее вероятное значение общего КПД гидроприводаОБЩ =0,646, а значение коэффициента КН.П.С =1,27.

Расчет процесса разгрузки ковша в транспорт. Время разгрузки tp зависит от грузоподъемности погрузчика и самосвала [77]:

где KС.р – коэффициент способа разгрузки, KС.р =1,35.

Операция разгрузки ковша в самосвал является не менее ответственной, чем заполнение ковша из материкового забоя, т.к. связана с возможностью появления значительных динамических воздействий на кузов самосвала. Поэтому процесс погрузки самосвала зависит от грузоподъемности погрузчика и должен иметь достаточную протяженность tp .

Время холостого хода вытекает из формулы (11.14) для

где Ne – мощность двигателя, используемая на холостом режиме.