2328

Физическая сущность формулы (11.20) состоит в установлении зависимости работы сил сопротивления при движении погрузчика с порожним ковшом от энергии, реализуемой двигателем внутреннего сгорания в течение времени tX .

Эмпирическая сущность этой формулы характеризуется эмпирическим способом определения мощности двигателя погрузчика, реализуемой на холостом режиме движения по корреляционной формуле (11.16).

11.3. Результаты аналитических исследований технической производительности погрузчиков, адекватные экспериментальным данным

С помощью приведенных формул (11.12) – (11.20), имеющих физическую и статистическую сущность, вычислены технологические параметры типоразмерного ряда погрузчиков. Многие из этих параметров, к которым можно отнести время копания, время транспортирования, время подъема стрелы, время разгрузки ковша, время холостого хода, производительность и т.п., сравниваются с известными результатами, опубликованными в работах Л.С. Чебанова [77], Э.Н. Кузина [54], Ю.В. Гинзбурга, А.И. Шведа, А.П. Парфенова

[32], Л.Г. Фохта [73, 74] и др.

В табл. 11.3 приведены значения технической производительности колесных погрузчиков (М3 /ч и т/ч) для работы на разрыхленных сухих грунтах, сухом песке, каменной мелочи, шлаке, керамзите при М 1,55 1,65 т/М3 , по данным Л.Г. Фохта [73].

В табл. 11.4 приведены значения технической производительности погрузчиков, опубликованные в работе Л.С. Чебанова [77].

Таблица 11.3

Техническая производительность одноковшовых фронтальных погрузчиков при загрузке транспортных средств

Таблица 11.4

Техническая производительность одноковшовых погрузчиков при разработке грунтов группы ( М 1,7 т/М3 ; KP 1,25 1,3)

Анализ результатов, приведенных в табл. 11.3, 11.4, позволяет отметить следующее. Результаты табл. 11.3 для погрузчиков ПК-2, ПК-3, ПК-7 соответствуют дальности транспортирования LT =40 м, а для погрузчика ПК-15 дальность транспортирования составляет LT =60 м. В экспериментальных данных табл. 11.4 фиксировался коэффициент наполнения ковша, который для указанных погрузчиков составил KH =1,0 1,1. При этом дальность транспортирования материала в ковше составила LT =40; 58 м. Разработанные формулы (11.12) – (11.20), имеющие физическую сущность и использующие статистические зависимости для определения мощности, реализуемой при копании грунта, в транспортном и холостом режимах при движении по криволинейным траекториям, подъеме стрелы позволяют выполнять расчеты параметров фронтальных погрузчиков в процессе проектирования и в реальных условиях эксплуатации. Для обеспечения адекватности результатов расчетов в табл. 11.5 приведены значения коэффициентов полезного действия, мощностей и исходных параметров, соответствующие действительным условиям эксплуатации для погрузчиков типоразмерного ряда.

Таблица 11.5

Результаты аналитических вычислений технической производительности погрузчиков типоразмерного ряда, адекватные опубликованным работам

Полученные формулы позволили определить технические параметры и производительность как для строительных погрузчиков, так и для сверхтяжелых погрузчиков ПК-30, ПК-65, ПК-75.

11.4. Закономерности изменения основных параметров типоразмерного ряда одноковшовых фронтальных погрузчиков

В данной работе предложено использовать энергетический подход к расчету параметров одноковшовых погрузчиков. Для типоразмерного ряда фронтальных погрузчиков установлена зависимость мощности двигателя от грузоподъемности и эксплуатационной массы (табл. 11.6).

Таблица 11.6

Зависимость эксплуатационной массы и мощности двигателя от грузоподъемности

На процесс зачерпывания материала расходуется мощность, приведенная в табл. 11.7.

Таблица 11.7

Мощность NeK , расходуемая на процесс зачерпывания материала

Мощность, расходуемая гидроприводом рабочего оборудования при подъеме стрелы с грузом в ковше, и мощность, расходуемая на транспортных режимах, характеризуются табл. 11.8.

Выполним проверку адекватности разработанного метода расчета параметров погрузчика реальным условиям эксплуатации. Сравним разработанный энергетический метод расчета с известными кинематическими методами.

Таблица 11.8

Мощности, расходуемые на транспортном режиме и в гидроприводе рабочего оборудования при подъеме стрелы с грузом в ковше

Сущность кинематического метода, например расчета времени транспортирования, заключается в задании скорости транспортного режима, при этом по известной дальности транспортирования определяется длительность транспортного цикла tT . Энергетический метод расчета учитывает эксплуатационную массу машины, массу транспортируемого материала в ковше, условия движения погрузчика (прямолинейное или криволинейное), КПД механической системы, дальность транспортирования и др. С учетом результатов, представленных в табл. 11.5 для транспортного и холостого элементов цикла в виде времени tT , tХ , получены средняя скорость транспортирования VT , скорость холостого режима движения VХ и значения относительной скорости VX /VT для соответствующих дальностей транспортирования в табл. 11.9.

Представленные в табл. 11.9 результаты соответствуют реальным эксплуатационным возможностям фронтальных погрузчиков. Важным выводом этой таблицы является незначительное отличие скоростей движения для погрузчиков малых грузоподъемностей и супертяжелых – не более чем на 10 20%. Для повышения производительности погрузчиков целесообразно иметь разные скорости транспортного и холостого режимов, отличающиеся в 1,2 1,32 раза. Сравним разработанный энергетический метод расчета времени подъема стрелы с кинематическим методом.

В табл. 11.10 представлены результаты расчетов времени подъема стрелы энергетическим методом.

Таблица 11.10

Время подъема стрелы традиционных погрузчиков

задании средней скорости поршня V1=0,1 м/с определить время подъема стрелы кинематическим методом.

На рис. 11.2 приведен график зависимости времени подъема стрелы tC от грузоподъемности погрузчика QП для энергетического метода расчета. Представленная зависимость показывает, что мощность, отбираемая на гидропривод

Таблица 11.11

Техническая производительность одноковшовых погрузчиков и ее сравнение с экспериментальными результатами

Экспериментальные данные табл. 11.11, представленные в скобках, отличаются от расчетных в пределах 7,5%.

На рис. 11.3 представлены зависимости технической

(рис. 11.3,а), K =0,3 МПа – тяжелые грунтовые условия (рис. 11.3,б).

Величины изменения технической производительности по рис. 11.3 представлены в табл. 11.12.

Производительность строительных погрузчиков (ПК-2 и др.) изменяется больше, чем у тяжелых погрузчиков (ПК-75 и др.) при изменении прочности грунтов.

Таблица 11.12

Снижение технической производительности погрузчиков

В табл. 11.13–11.15 представлены значения производительности погрузчиков для разных значений удельного сопротивления грунта:

K =0,09; 0,12; 0,2 МПа.

Таблица 11.13

Значения технической производительности погрузчиков ПТ (М3 /ч) для разных дальностей транспортирования LТ (K =0,09 МПа)

Таблица 11.14

Значения технической производительности погрузчиков ПТ (М3 /ч) для разных дальностей транспортирования LТ (K =0,12 МПа)

Таблица 11.15

Значения технической производительности погрузчиков ПТ (М3 /ч) для разных дальностей транспортирования LТ (K =0,2 МПа)

11.5. Физическая сущность удельного сопротивления грунтов копанию

С момента возникновения теории расчета сопротивления грунтов разработке отвалами и ковшами возникла проблема определения удельных сопротивлений, возникающих при срезании стружки грунта [4, 37]. В теориях Н.Г. Домбровского [34], А.Н. Зеленина [37] и других авторов удельное сопротивление копанию определяется как отношение средней величины силы резания к площади срезаемой стружки:

где PK – сила сопротивления; b, h – ширина и толщина срезаемой стружки.

Формула (11.22) применима для случая, когда толщина стружки является постоянной величиной или изменяется в ограниченных пределах.

При работе погрузчиков, экскаваторов процесс копания совершается при переменных толщинах стружки h, поэтому требуется другое понимание физической сущности коэффициента удельного сопротивления копания грунтов ковшом.

Из формулы (11.12) выразим коэффициент удельного сопротивления грунта копанию

K = NeKtK 10T K3 P .

VГ KH

Физическая сущность коэффициента K удельного сопротивления грунта копанию представляется величиной энергии,

перемещении l, то получим другую размерность удельного сопротивления грунта копанию K (Н/М2 ), но данная размерность не отражает физическую сущность процесса наполнения ковша погрузчика материалом.

По методике А.Н. Зеленина [37], удельное сопротивление грунта резанию определяется по формуле (11.22) как удельное сопротивление на единицу площади срезаемой стружки.

По формуле (11.23) коэффициент удельного сопротивления грунта копанию есть удельная работа, затраченная на срезание единицы объема грунта. Отличие коэффициентов K для погрузчиков

идля экскаваторов заключается не только в разной размерности этих величин, но и в разной методике их экспериментального определения

иразных величинах.

Всоответствии с формулой (11.23) методика определения удельного сопротивления K сводится к определению энергии,

затраченной на копание грунта, отнесенной к объему грунта, поступившего в ковш. При помощи этой методики удобно классифицировать грунты и материалы по категориям трудности разработки (см. табл. 11.2).

В технической литературе по погрузчикам, экскаваторам приводятся таблицы сопротивлений грунтов копанию, однако отсутствуют описания методик, по которым получены значения этих коэффициентов. Это обстоятельство затрудняет возможность широкого применения этих данных для практических расчетов, связанных с определениями нагрузок на рабочих органах машин.

Некоторые авторы, выполняя научные исследования, рекомендуют различные совмещенные способы черпания материалов ковшами, при этом не учитывают тот факт, что при совмещении поступательного движения погрузчика с относительным движением рабочего оборудования возникает отбор мощности на привод рабочего оборудования. В результате этого резко снижается мощность поступательного движения машины и уменьшается сила внедрения ковша в штабель.

С учетом указанных явлений для экспериментального определения удельного сопротивления грунтов копанию предлагается методика, устраняющая данный недостаток.

Ковш, установленный в положение начала черпания внизу, внедряется в штабель поступательным движением погрузчика (рис. 11.4,а). Происходит внедрение ковша в штабель на величину LВН . В процессе внедрения ковша измеряются текущая мощность NeK и текущее время tK . После внедрения ковша погрузчик останавливается и происходит поворот ковша в штабеле при неподвижном погрузчике. Определяется объем грунта, поступившего в ковш (рис. 11.4,б).