2328

По результатам измерения мощности NeK (t) определяется работа внедрения ковша в штабель:

tK

АК NeK dt .

0

Удельное сопротивление грунта копанию определяется по формуле

K = AK ,

VГ

где VГ – объем грунта, поступившего в ковш при его повороте. Объем грунта, зачерпываемого ковшом, ограничен плоскостями,

совпадающими с линиями АО и АВ, и цилиндрической поверхностью, дуга которой ОВ имеет радиус RO с центром в точке O1 – шарнире поворота ковша. Точка О начала дуги ОВ совпадает с режущей кромкой ковша.

Рассмотрим методику примерного определения коэффициента сопротивления грунта копанию, основанную на использовании рис. 11.4.

Пусть требуется определить значение коэффициента удельного сопротивления грунта копанию K и категорию грунта при разработке откоса с углом ШТ погрузчиками. Для легкого грунта используем погрузчик ПК-2, для тяжелого – погрузчик ПК-75. Ковш, установленный в положение копания и зафиксированный внизу, внедряется в откос грунта поступательным движением (см. рис. 11.4,а) до момента начала полного буксования погрузчика. При

данном рассмотрении глубина внедрения плоской передней стенки ковша составила LВН =0,6 м при ширине ковша ВГ =2,32 м.

Максимальную силу внедрения можно определить из условия сцепления колес Р1max mЭg CЦ 7500 9,81 0,7 51502,5 Н.

Принимая гипотезу о линейном изменении силы Р1 внедрения ковша в штабель, работу этой силы определим по формуле

После внедрения ковша погрузчик останавливается вследствие полного буксования колес и происходит поворот ковша в положение, изображенное на рис. 11.4,б. Объем VГ зачерпываемого материала можно определить экспериментально разными методами: путем взвешивания или пересыпания грунта из ковша в другие мерные емкости.

Решим эту задачу приближенным аналитическим методом. Определим VГ , используя рис. 11.4,а. Обратим внимание на тот факт, что заштрихованный объем АОВ, ограниченный справа вертикальной плоскостью, является зачерпываемым объемом с достаточной степенью точности.

Определим объем зачерпываемого грунта. Для угла наклона

табличным данным для легкого штабеля K =0,037 МПа ( категория грунта, см. табл. 7.1).

Для погрузчика ПК-75 имеем следующие результаты. Максимальная сила внедрения ковша из условия сцепления

Выполненный расчет показывает, что супертяжелый погрузчик способен работать в более прочных грунтах, чем обычные строительные погрузчики. Таблицы значений K , использованные в данной работе, обеспечивают получение адекватных расчетов технологических процессов фронтальных погрузчиков.

11.6.Математическая модель технологического процесса

ирезультаты расчета выходных параметров энергосберегающих одноковшовых фронтальных погрузчиков

Математическая модель расчета времени цикла TЦ

одноковшовых энергосберегающих фронтальных погрузчиков основана на адекватной математической модели расчета параметров традиционных погрузчиков. Особенность расчета некоторых элементов рабочего цикла TЦ энергосберегающих фронтальных

погрузчиков заключается в следующем.

Важнейшим составным элементом рабочего цикла TЦ

фронтального погрузчика является время копания

tK =103 VГ K KH .

NeK T KP

Способ вычисления времени tK наполнения ковша энергосберегающего погрузчика имеет следующие особенности. Энергосберегающий фронтальный погрузчик, имеющий дополнительный пневмогидроцилиндр, при копании грунта обладает дополнительной мощностью при совмещенном способе черпания материала, которая реализуется при копании грунта.

Мощность NeK , реализуемая в процессе копания грунта одноковшовым энергосберегающим фронтальным погрузчиком, определяется по формуле

процесс черпания материала энергосберегающим фронтальным погрузчиком.

Мощность NГ.П.О определяется по формуле (11.13). Дополнительный пневмогидроцилиндр реализует

дополнительную мощность при совмещенном способе черпания, определяемую по формуле

энергосберегающим гидроцилиндром, реализуется непосредственно на рабочем органе (стреле), необходимо выполнить ее приведение к валу двигателя. Поэтому дополнительная мощность Nэ, приведенная к валу двигателя, определяется по формуле

где ОБЩ – общий КПД гидропривода.

Подставляя в формулу (11.26) рассмотренные составляющие,

Общий КПД гидропривода рабочего оборудования имеет значение ОБЩ =0,646 [см. формулу (11.17)]. Вследствие этого при черпании материала совмещенным способом энергосберегающий погрузчик расходует на процесс черпания значительно большую мощность по сравнению с мощностью традиционного погрузчика. Величина этой мощности приведена в табл. 11.16.

Таблица 11.16

Мощность, реализуемая при черпании материала энергосберегающим фронтальным погрузчиком

На рис. 11.5 показано сравнительное изменение мощности черпания для традиционных (кривая 1)

иэнергосберегающих (кривая 2)

погрузчиков. Получены корреляционные функции мощности копания традиционными погрузчиками:

NeK 0,042QП2 12,167QП

погрузчиков заключается в расчете времени подъема стрелы по формуле

где NC – мощность, реализуемая гидроприводом стрелы, с учетом дополнительной мощности энергосберегающего гидроцилиндра,

энергосберегающего погрузчика определяются по формулам для традиционного погрузчика.

В табл. 11.17 представлены результаты вычисления выходных величин для энергосберегающих погрузчиков типоразмерного ряда по разработанной математической модели. Выполним анализ изменения некоторых параметров традиционных и энергосберегающих погрузчиков, используя табл. 11. 5, 11.17. Общее время цикла TЦ рабочего процесса энергосберегающего погрузчика уменьшается за счет уменьшения времени копания tK и времени подъема стрелы tС . В табл. 11.17 определено дополнительно удельное сопротивление

грунта копанию K (МПа) для типоразмерного ряда энергосберегающих фронтальных погрузчиков по формуле (11.21).

Таблица 11.17

Результаты аналитических расчетов параметров типоразмерного ряда

энергосберегающих одноковшовых фронтальных погрузчиков

( М 1,6 т/М3 ; KP 1,25 1,3; KH 1,2)

Удельное сопротивление грунта копанию по формуле 0,075 0,123 0,118 0,135 0,108 0,223 0,293 (11.23) K , кДж/М3

В табл. 11.18 показано изменение общего времени цикла TЦ для фронтальных погрузчиков. Уменьшение времени цикла энергосберегающего погрузчика составляет небольшую величину 4 10%. Однако снижение времени цикла энергосберегающего погрузчика не является главной целью.

Главным достоинством энергосберегающего погрузчика является повышение надежности гидравлического рабочего оборудования за счет снижения давления в гидроцилиндрах стрелы при подъеме рабочего оборудования.

Таблица 11.18

Общее время цикла TЦ традиционных и энергосберегающих погрузчиков

За счет уменьшения нагруженности механизма подъема стрелы фронтального погрузчика оказывается возможно при черпании материала использовать дополнительную мощность и за счет этого увеличить объем материала, зачерпываемого ковшом.

Вследствие увеличения мощности черпания (см. табл. 11.16, рис. 11.6) коэффициент наполнения ковша составляет KН =1,1 1,2, что обеспечивает устойчивое повышение производительности и выводит традиционный погрузчик на новый более высокий технический уровень по многим показателям.

На рис. 11.6 – 11.9 представлены сравнительные показатели технической производительности погрузчиков (1 – традиционный; 2 – энергосберегающий) для разных дальностей транспортирования

LT =20 80 м (рис. 11.6,а для ПК-2; рис. 11.6,б для ПК-3; рис. 11.7,а

для ПК-7, рис. 11.7,б для ПК-15, рис. 11.8,а для ПК-30, рис. 11.8,б для ПК-65, рис. 11.9 для ПК-75).

Рис. 11.7

Для рис. 11.6 – 11.9 получены корреляционные функции вычисления технической производительности погрузчиков от дальности транспортирования в табл. 11.19.

Таблица 11.19

Корреляционные зависимости технической производительности традиционных и энергосберегающих погрузчиков для K =0,12 МПа

Таблица 11.20

Увеличение технической производительности энергосберегающих одноковшовых погрузчиков для K =0,12 МПа

11.7. Показатели оценки эффективности одноковшовых фронтальных погрузчиков

На этапе проектирования машин принято использовать оценку эффективности по следующим основным техническим параметрам [4, 5, 37]: эксплуатационной массе mЭ , мощности двигателя машины Ne ,

энергонасыщенности массы Ne , технической производительности mЭ

ПТ , времени рабочего цикла TЦ и другим параметрам в зависимости от условий эксплуатации. В настоящей работе для типоразмерного ряда фронтальных погрузчиков установлены оптимальные величины основных параметров, которые приведены в табл. 11.21 в функции грузоподъемности QП .

Таблица 11.21

Основные параметры типоразмерного ряда фронтальных погрузчиков

Удельная энергонасыщенность Ne /mэ фронтальных погрузчиков изменяется в диапазоне 6,36 8,90 кВт/т.

На рис. 1.22 использованы данные существующих погрузчиков. Удельный показатель Ne /mэ не является постоянной застывшей величиной. Соотношение Ne /mэ может меняться в зависимости от развития двигателестроения, источников энергоносителей, развития материаловедения, использующего новые нанотехнологии для увеличения прочности материалов. Для типоразмерного ряда математическое ожидание удельной энергонасыщенности фронтальных погрузчиков имеет величину М Ne mЭ =7,414.

Удельную энергонасыщенность эксплуатационной массы погрузчика обозначим Эу (mЭ ) (кВт/т):