Глава 7. Производительность машин для земляных работ

7.1. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Производительность является важнейшим технико-эко­номическим показателем машин для земляных работ. Она изме­ряется объемом выработки машины в единицу времени (в час,

смену, месяц или год); для землеройных машин обычно в м³, для уплотняющих и планирующих в м², для бурильных в м.

Производительность машин в первую очередь определяется размерами и скоростями движения их рабочих органов и проч­ностью разрабатываемых или уплотняемых грунтов, что в свою очередь предопределяет размеры, массу и мощность машин. Она в значительной степени зависит от метеорологических условий, технологии и организации земляных работ качественных показа­телей машин, системы их эксплуатации и ремонта, а также от квалификации машинистов. Из качественных показателей машин на производительность наиболее существенно влияют их надеж­ность, степень автоматизации управления, наличие сменных ра­бочих органов и возможность их быстрой замены, эргономиче­ские характеристики машины. Качество эксплуатации и ремонта машин зависит в первую очередь от их технологии и организации, а также от квалификации кадров. Технология и организация производства земляных работ, эксплуатации и ремонта машин, надежность машин и метеорологические условия являются опре­деляющими факторами, влияющими на время простоя машин.

7.2. ВИДЫ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Несмотря на большое количество исследований по нормированию земляных работ, до настоящего времени не вы­работано единого мнения по трактовке видов их производитель­ности.

Наибольшее распространение получила классификация, по ко­торой различают три вида производительности: теоретическую, техническую и эксплуатационную. Все виды производительности определяются по объему разработанного, уплотненного или спла­нированного грунта и позволяют решать следующие задачи: сравнение однотипных машин различных конструкций между собой; установление технического состояния машин, качества обслуживания машин и организации земляных работ; определе­ние норм выработки машин для заданных условий.

Теоретическая производительность П₀ определяется обычно при непрерывной работе машины в расчетных грунтах, при рас­четных (номинальных) скоростях рабочих движений и нагрузках.

Для машин циклического действия

По = Q/t_ц, (7.1)

где Q — объем выполненных работ за цикл; t_ц — теоретическая продолжительность цикла.

Для машин непрерывного действия

П₀ = fv, (7.2)

где F — расчетное количество грунта, перемещаемого на единицу Длины его потока; ν — скорость перемещения рабочего органа машины.

Расчетные скорости и нагрузки определяются при использо-вании номинальной мощности двигателя (или двигателей) силовой установки и в номинальном режиме, отражающем наиболее характерные для данной машины прочность грунтов, размеры забоя, дальность перемещения грунта и др.

Теоретическую производительность чаще всего используют для предварительного сравнения конструктивных качеств машин одного типа. Хотя она не отражает очень важных показателей надежности и комфортности, ее иногда называют конструктивной.

Технической производительностью П_т называют производи­тельность, получаемую при непрерывной работе машины в реаль­ных грунтовых условиях строительной площадки. Таким образом техническую производительность можно считать максимальной, т. е. такой, которой может достигнуть машина в определенных реальных производственных условиях работы без простоев при правильно выбранной технологии и размерах сменных рабочих органах, если они в машине предусмотрены.

Для машины для землеройных работ производительность может быть выражена в виде

П_т = ПоК_уК_н/Кр, (7.3)

где К_у — коэффициент влияния реальных условий работы ма­шины; К_н, Кр — коэффициенты наполнения рабочего органа и разрыхления реального грунта.

При работе в более тяжелых условиях значения К_у по сравне­нию с расчетными могут быть менее 1; при работе в легких усло­виях за счет соответственно возможности снижения или увеличе­ния скоростей рабочих движений или уменьшения или увеличения вместимости рабочего органа при наиболее полном использовании мощности двигателя силовой установки, а также путем рациональ­ного выбора технологии работы в реальных условиях строитель­ства Ку > 1.

Например, для землеройных ковшовых машин циклического действия в общем виде

^(7.4)

где t_ц — теоретическое время цикла; t_ц.ф— фактическая для дан­ных условий работы длительность цикла; q_ф — фактическая вместимость рабочего органа; q — номинальная вместимость ра­бочего органа.

При определении технической производительности не следует учитывать никакие перерывы в работе, не связанные с технологи­ческими операциями (например, заправка горючим, техническое обслуживание, смена рабочего оборудования и т. п.).

Техническая производительность служит основой для норми­рования земляных работ.

Эксплуатационной производительностью П_э называют произ­водительность машин, которую можно получать с учетом всех

конкретных условий производства, всех перерывов в работе и не­избежных простоев машины.

При известной технической производительности определение эксплуатационной производительности сводится к установлению продолжительности и эффективности работы машины за рассма­триваемый календарный период

П_в = П_уК'_уК_в, (7.5)

где К'у — коэффициент, характеризующий влияние качества си­стемы управления, состояние машины и квалификацию маши­ниста; К_B — коэффициент, характеризующий использование машины по времени.

Обычно К'у = 0,85—1,0. Наибольшее значение К'_у у новых машин бывает после определенного периода обкатки в процессе их эксплуатации при управлении машинистами высокой квалифи­кации, имеющими опыт работы на машине данного типа при до­статочно комфортных условиях управления.

Значения К_B будут различны при определении сменной, су­точной, месячной или годовой производительности:

К_B =n_ч.ч./n_к.ч (7.6)

где n_чn n_к._ч — время чистой полезной работы машины и кален­дарное соответственно за смену, сутки, месяц или год.

В течение смены при достаточно правильной организации работ обычно К_в = 0,7—0,85. Простои машины и потери вре­мени здесь в основном определяются временем на ежесменное техническое обслуживание машины, неустранимую холостую ра­боту, связанную с планировкой пути, передвижками, отдыхом рабочих и др. При работе таких машин, как одноковшовые экска­ваторы или погрузчики с транспортными средствами, значения сменного К_B будут уменьшаться до 10—15% за счет перерывов на подачу транспорта.

При определении суточной производительности время чистой работы будет определяться количеством рабочих смен. При рас-счете времени чистой работы в месяц и год необходимо учитывать дополнительные потери времени на выходные и праздничные дни, перебазирование машины, организационные простои, тех­ническое обслуживание, диагностирование и ремонт.

В зависимости от числа рабочих смен машины в сутки зна­чение К_в обычно колеблется в различных пределах: при одно­сменной работе Кв = 0,18—0,25, при двухсменной К_в = 0,35— 0,48, при трехсменной К_B == 0,52—0,65.

7.3. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Из анализа факторов, влияющих на теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность машин, выявляются основные направления по ее повышению.

Основными направлениями являются: повышение скорости движения и увеличение размеров их рабочих органов; уменьшение сопротивления грунтов копанию; применение сменных рабочих органов; повышение квалификации и улучшение условий работы машинистов путем автоматизации управления и создания ком­фортных условий для их работы; сокращение непроизводительных простоев и соответственно увеличения времени их полезной работы.

При увеличении рабочих скоростей и размеров рабочих орга­нов машин, как правило, повышаются мощность их силовых установок, размеры и масса машин. Кроме того, при увеличении скоростей также обычно повышаются динамическая нагружен-ность машин и, как следствие, снижается надежность и удли­няются простои или повышаются их массы. В результате для сравнения машин чаще всего используют их удельные показа­тели производительности (см. гл. 2) на единицу массы, мощности (энергии) и обслуживающего персонала. Поэтому повышение ско­ростей рабочих движений для увеличения производительности должно обязательно сопровождаться анализом удельных энерго­затрат и поисками путей одновременного снижения динамиче­ских нагрузок.

При увеличении размеров рабочих органов без применения интенсификации рабочих процессов повышаются нагрузки на ма­шину. В результате этого такие пути повышения удельной произ­водительности требуют, как правило, одновременного применения новых более качественных конструкционных материалов и сило­вых установок.

Уменьшение сопротивления грунтов копанию обычно решается по двум основным направлениям: поиском наиболее рациональных конструкций — оптимизацией рабочих органов традиционного типа, обеспечивающих снижение сил резания грунта путем умень­шения смятия и измельчения грунта, улучшением условий про­хождения грунта в рабочий орган или по нему, увеличением из­носостойкости режущих периметров и своевременной заменой и ремонтом их и др.; поиском путей интенсификации рабочих процессов за счет различных способов дополнительного воздей­ствия на рабочий орган и грунт — динамического (вибрация, удар и их комбинации), применением дополнительной активной среды в виде воздуха, газа, жидкости (газовая и жидкостная смазка рабочих органов, гидродинамическое воздействие воды или газов и др.), термического, электрического и комбинирован­ных физико-химических воздействий.

Следует отметить, что второй путь снижения сопротивления грунтов копанию, несмотря на проведенные значительные иссле­дования, пока еще не привел к существенному повышению удель­ных показателей производительности и качества машин. Это опре­деляется в основном необходимостью существенног-о усложнения конструкций рабочих органов и машин в целом и снижением

в связи с этим их надежности, чтο ведет к увеличению просто машин.

Для повышения производительности машин широкое приме-нение находит создание сменных рабочих органов различн размеров, которые позволяют более полно и рационально исполь-зовать при работе в разных грунтах мощности силовых установок и получать максимальную произюдительность. Вместимость смен-ных рабочих органов относительно расчетной обычно может yве-личиваться при работе в более легких грунтах в 1,3—1,6 раза уменьшаться при работе в более тяжелых грунтах в 1,25—1,5 раза:

Улучшение показателей социальной приспособленности машин и особенно условий работы машинистов может существен (в 1,3 ... 1,5 раза) повышать производительность машин. О достигается в основном автоматизацией системы управления машиной; обеспечением комфор-ных условий работы машиниста путем снижения вибрации и шума при оптимальной температуры и чистоте воздуха, а также размещения приборов управления в кабине управления; удовлетворительной обзорностью и осве-щенностью места работы машины в темное время и т. д.

Повышение квалификации машинистов также приводит к су-щественному увеличению производительности машин не толь путем непосредственного более рационального выбора параметр их рабочих движений и более полного использования мощное силовой установки, но также за счет уменьшения их простоев π обеспечении хорошего технического обслуживания машины. Суще-ственное увеличение производительности может быть достигнуто путем специального обучения машинистов научно обоснованние наиболее рациональным приемам управления машиной.

Существенного увеличения эксплуатационной производитедь­ ности машин можно достичь сокращением их простоев и увеличе- нием времени полезной работы, т. е. коэффициента К_в в форму (7.5). Это достигается улучшением организации и технологии зем- ляных работ и обеспечением увеличения количества рабочих смен, уменьшения организационных простоев машин, холостых ходов, перебазировок и т. п.; повышения надежности машин, сокращения простоев в результате внезапных поломок и необ- ходимости частой замены узлов и деталей вследствие их недоста- точной износостойкости; улучшения системы диагностировании технического обслуживания, ремонтов и снабжения запасны частями.

Рассмотренные здесь основнье направления повышения произ-водительности являются общими, имеющими определенное зна-чение для большинства типов машин для земляных работ.

Более конкретные рекомендации степени использования этих основных направлений повышения производительности для к( кретных типов машин рассматриваются ниже.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ОДНОКОВШОВЫЕ

экскаваторы