CC BY
13
УДК 629.114.2 - 235
МЕТОД ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОТОРНО-ТРАНСМИССИОННОЙ УСТАНОВКИ ТРУБОУКЛАДЧИКА
© 2014 г. Н.В. Кривошеев, В.П. Шевчук
Кривошеев Николай Вячеславович - аспирант, кафедра АТС, Krivocheev Nikolay Vyacheslavovich - post-graduate student,
Волгоградский государственный технический университет. department ATS, Volgograd State Technical University E-mail:
E-mail: N.Krivosheev@volgopetroproject.ru N.Krivosheev@volgopetroproject.ru
Шевчук Владимир Петрович - канд. техн. наук, профессор, Shevchuk Vladimir Petrovich - Candidate of Technical Sci-
кафедра АТС, Волгоградский государственный технический ences, professor, department ATS, Volgograd State Technical
университет. E-mail: svp05@bk.ru University. E-mail: svp05@bk.ru
Приведен метод выбора рациональных параметров моторно-трансмиссионной установки трубоукладчика. На основе метода создана математическая модель, которая увязывает в единую зависимость основные технические параметры моторно-трансмиссионной установки трубоукладчика и параметры, определяющие условия эксплуатации. Результаты исследования носят прикладной характер для промышленного комплекса, позволяя решить актуальные и важные вопросы повышения эффективности эксплуатации парка спецтехники в процессе производственной деятельности, на этапах проектных и подготовительных работ.
Ключевые слова: моторно-трансмиссионная установка; математическая модель; трубоукладчик; зона недоиспользования; реальная и потенциальная характеристика.
The method of choosing rational parameters of pipelayers motor-transmission installation is given in this article. The mathematical model which coordinates in uniform dependence the technical parameters of pipe-layers motor-transmission installation and the parameters defining service conditions is created. The results of research have applied character for an industrial complex, allowing to resolve topical and important issues -increase efficiency of operation for special equipment's park in the course of a production activity, at stages of a project and preparatory work.
Keywords: motor-transmission installation; mathematical model; the pipelayer; an underexploitation zone; the real and potential characteristic.
На сегодняшний день справочная литература и нор- шение выдвинутого положения приводит к искажению
мативно-техническая документация [1 - 5], посвященная результатов при оценке эффективности работы маши-
методикам подбора парка спецтехники для укладки тру- ны.
бопроводов, утратила актуальность в силу стремительно- Разработанный метод выбора рациональных па-
го развития ассортиментного ряда данного вида оборудо- раметров моторно-трансмиссионной установки трубо-
вания. Сложившаяся ситуация привела к необходимости укладчика учитывает все факторы, влияющие на эф-
установления критериев подбора техники, описывающих фективность работы машины. Предлагаемые крите-
зависимость эффективности строительства трубопровода рии связывают параметры МТУ с параметрами тру-
от технико-эксплуатационных и экономических парамет- боукладчика. Метод реализуется с помощью двух
ров конкретного трубоукладчика. уровней.
Для оценки эффективности работы моторно-транс- На первом уровне дается качественная оценка
миссионной установки (МТУ) и машинно-тракторного эффективности работы МТУ трубоукладчика с помо-
агрегата (МТА) оперируют тяговой характеристикой щью критериев, оценивающих полноту реализации
как при проектировании, так и в процессе эксплуатации. режима максимальной (или потенциальной) тяговой
Тяговая характеристика - это совокупность взаимосвя- мощности, скорости и удельного расхода топлива
занных величин (постоянных или переменных), опре- (рисунок).
деляющих тягово-сцепные, скоростные, мощностные, Коэффициент использования мощности KN по-
экономические и другие качества машины. Анализ тяго- казывает, насколько полно реализуется максимальная
вых характеристик машин установил, что при специфи- (или потенциальная) тяговая мощность:
ческих режимах работы наблюдаются зоны недоис- Fjf*
пользования потенциальных возможностей МТУ [6 - 11]. f NZal f (PF ) f (ПF )dFKp
J Kp J ^кр Мф кР
Для полной реализации потенциальных возмож- к = 0_
" л л-тл т N 77-max '
ностей МТУ недостаточно наличия высоких показате- ^кр
лей конкретного трубоукладчика, требуется соблюде- f Nptenzf (Р^кр)f (Пf^)6^
ние регламентируемых режимов нагружения. Нару- 0
где К™1 - реальные крюковые мощности на передачах; ыр;1епг - потенциально возможная крюковая мощность; f (Рр ) - функция распределения тяговых усилий; f (Пр ) - функция распределения времени
кр
работы по передачам.
Коэффициент использования скорости Ку показывает, насколько полно реализуется максимальная (или потенциальная) скорость:
технико-эксплуатационного критерия - удельной производительности (рисунок).
Удельная производительность трубоукладчика
Пуд, м/кг:
Пуд = n/ß,
J ^f (Pj f (П Fj-р )dFKp
Kv =■
где П - производительность трубоукладчика, м/ч; Q - часовой расход топлива трубоукладчика, кг/ч.
Производительность П, м/ч, трубоукладчика: П = 3600 Lулyч / Тц , где Lул.уч - длина уложенного
участка трубопровода, м; Тц - продолжительность цикла работы трубоукладчика, с.
Длина уложенного участка трубопровода
J Vpotenzf (Р )f (ПFKD)dFE
кр
^ул.уч. , M,
Lул.уч = LTP / n,
где V'™al - реальные скорости на передачах; Vjpotenz -
потенциально возможная скорость.
Коэффициент использования удельного расхода топлива Ккр показывает, насколько полно реализуется режим максимального (или потенциального) удельного расхода топлива:
Ркр
J <enzf (Ркр) f (П fJF
K=
дкр ~
J qкрalf(PJf(ПfJF
„real
где qкp - реальные тяговые удельные расходы топ-
лива на передачах; q
potenz кр
- потенциально возможный
тяговый удельный расход топлива.
На втором уровне дается количественная оценка эффективности работы трубоукладчика с помощью
где Ьтр - длина нитки трубопровода (плети или трубы), м; п - количество трубоукладчиков, с.
Часовой расход топлива трубоукладчика Q, кг/ч:
Q = 3600 Qц /Тц,
где Qц - расход топлива за один цикл работы трубоукладчика, кг,
Qц = 1 ^Ир, /1000x4 /3600),
qкpл■ - тяговый удельный расход топлива трубоукладчика на 1-м участке пути технологического цикла, г/(кВт-ч); И^р.. - крюковая мощность трубоукладчика
на 1-м участке пути технологического цикла, кВт; -время работы трубоукладчика на 1-м участке пути технологического цикла, с.
РкР, кН
Тяговая характеристика с механической и гидромеханической трансмиссиями
зоны недоиспользования механическая гидромеханическая
Циклограмма работ трубоукладчика при уклалке I руГнифонола большою и малою диаметра
1! . : Трубопровод груза трубоукладчика груза /большого
диаметра
Трубопровод 'малого диаметра
Перемещение трубоукладчика к следующей части трубопровода
1 I I I И п^ г Крюковая Удельный расход Скорость, м/с \ioiinioui. кНI юплина. г/(кВт-ч)
Расчетная схема метода выбора рациональных параметров моторно-трансмиссионной
установки трубоукладчика
S, м
F
F
Для определения математической зависимости продолжительности времени цикла применяется метод «минимизации продолжительности рабочего цикла машины», предложенный В.И. Баловневым, так как продолжительность времени рабочего цикла является одним из обобщающих показателей, входящих в зависимость критериев эффективности работы трубоукладчика Тц ^ min.
Метод «минимизации продолжительности рабочего цикла машины» реализуется последовательно [1]:
1. Определяется место машины в технологическом процессе.
2. Устанавливается структурная модель процесса и последовательность выполнения операций в структуре рабочего цикла, возможность их совмещения.
3. Формируются математические модели для расчета продолжительности каждой операции в зависимости от технических и эксплуатационных параметров МТА.
Технологический процесс строительства трубопровода реализуется в несколько этапов: раскладка труб вдоль траншеи; сварка труб в нить трубопровода; укладка трубопровода в траншею; очистка и изоляция трубопровода [2 - 5].
Укладка трубопровода осуществляется тремя способами:
1) совмещенный способ: укладка трубопровода в траншею осуществляется с сопровождением очистной и изоляционной машины;
т ц = 2 k=1
Ah„
олоЧв.г
U лб"Ллб
/ в 4 h
с/k
1 -
1000n
М„
xU лб Ллб
+ 2
2) раздельный способ: укладка трубопровода в траншею осуществляется без очистной и изоляционной машины;
3) поточно-расчлененный способ: укладка одиночных труб и плетей.
На практике применяются частный случай раздельного способа укладки трубопровода - метод переезда. Достоинством этого метода является эксплуатация минимального количества трубоукладчиков на небольших отведенных под строительство участках.
Выбор способа зависит от диаметра трубопровода и количества трубоукладчиков, имеющихся в организации, осуществляющей строительство.
Общая математическая модель продолжительности времени цикла работы трубоукладчика Т с:
Тц 2 tпод.k k=1
+2 V + 2 t
y=1
оп.у
+2 tх
+ 2 ^пп j + t с. о.и ,
г=1 ]=1
где tполk, ^ - время, затраченное на поднятие и опускание трубопровода, с; (прЛ - время, затраченное на перемещение трубоукладчика с трубопроводом, с; - время, затраченное на переключение передач,
t
кпп j
с; ?со.и - время, затраченное на сварочные, очистные, изоляционные работы, с; ¿ххг - время, затраченное на позиционирование (холостой ход трубоукладчика), с.
AS„
0,105пдв.Лв
Uл
тр.] 1тр;
1 -
q/2B 4 hc/k- h2sin(ms) 1000n
М U Л
двтахг тр]Лтр] - q^L^^)/ ±sina)
/
(
+2
y=1
Ah
оп.у
0,1°5W6p
U лб Л лб
q/2 в 4 h
с/k
1 -
1000n
М„
xU лбЛлб
+ 2
z=1
//
AS„
0,105пдв^Кзв
Uтр.,■Л.
( М U Л
дв^ тр.] I
1-
тр.] 'тр.]
тр] 1тр] -qmтр(/1 + sina)
М U л
дв.тах тр] 1тр]
- qmтр(fl ± sina)
+ 2 V j +1
j=1
кпп ] "с.о.и'
где А^пр, - интервал пути цикла трубоукладчика с переменной или постоянной нагрузкой, м; Айподк, Мопу -интервал поднимания и опускания трубопровода, м; АSxxz - интервал холостого хода трубоукладчика без нагрузки, м; пдв - частота вращения коленчатого вала двигателя на /, к, у, 2-м интервале пути, об/мин; гзв -радиус ведущий звездочки, м; гбр - радиус барабана лебедки, м; итр;. - общее передаточное отношение трансмиссии на ] передаче; илб - передаточное отношение лебедки; Мдв - крутящий момент двигателя на 1-м интервале пути, Нм; Мдвтах - максимальный крутящий момент двигателя, нм; а - коэффициент, выбираемый в зависимости от типа грунта; лтру - общий КПД трансмиссии на ] передаче; / - коэффициент сопротивления движению гусениц; а - уклон поверхности движения (знак плюс - при подъеме, минус - при спуске); /2 -коэффициент усилия при подъеме трубопровода трубоукладчиком; В - коэффициент выбирается в зависимости от геометрических и прочностных характеристик трубы; п - количество трубоукладчиков, шт.
i=1
+
а
1=1
К
а
К
К
Основным достоинством приведенной математической зависимости (модели) является взаимосвязь между технико-эксплуатационными и экономическими параметрами конкретного трубоукладчика. Метод дает возможность провести предпроектный анализ специальной техники с известными параметрами в заданных условиях эксплуатации, рекомендовать к использованию современные аналоги, отвечающие требованиям технического задания.
Литература
1. Баловнев В.И. Многоцелевые дорожно-строительные машины: учеб. пособие. Омск; М., 2006. 320 с.
2. Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства: учебник: 3-е изд. Ростов н/Д., 2004. 752 с.
3. Ващук И.М., Уткин В.И., Харкун Б.И. Трубоукладчики М., 1989. 184 с.
4. ВСН 004-88. Строительство магистральных трубопроводов. Технология и организация. М., 1989.
5. Дудоладов Ю.А., Саттаров Х.Т., Шагов Н.О. Краны-трубоукладчики. М., 1976. 286 с.
6. Кривошеев Н.В. Шевчук В.П., Шеховцов В.В. Подбор оптимальной МТУ для трактора, работающего в составе МТА промышленного назначения // Изв. ВолгГТУ. Серия «Наземные транспортные системы». Вып. 3: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. Волгоград, 2010. № 10. С. 54 - 57.
Поступила в редакцию
7. Кривошеев Н.В., Шевчук В.П. Подбор оптимальной мо-торно-трансмиссионной установки для трактора, работающего в составе трубоукладчика [Электронный ресурс] // Молодёжь. Наука. Инновации: матер. I между-нар. науч.-практ. конф. / Пензен. филиал РГУИТП. Пенза, 2010.
8. Кривошеев Н.В., Шевчук В.П. Математическая модель продолжительности рабочего цикла трубоукладчика / Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы : материалы I всерос. науч.-техн. конф., 23 - 25 нояб. 2011 г. / Рубцовский индустриальный ин-т (филиал) АлтГТУ. Рубцовск, 2011. С. 435 -438.
9. Расчёт специального рабочего оборудования для МТА промышленного назначения: монография / Вл.П. Шевчук, М.В. Ляшенко, В.В. Шеховцов, А.В. Победин, К.О. Долгов, Н.В. Кривошеев; ВолгГТУ. Волгоград, 2011. 147 с
10. Кривошеев Н.В., Шевчук В.П. Математическая модель определения производительности машинно-тракторного агрегата при трубоукладочных работах // Современные проблемы транспортного комплекса России: межвуз. сб. науч. тр. молодых учёных, магистрантов и аспирантов. Вып. 3 / Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова. Магнитогорск, 2013. С. 262 - 268.
11. Кривошеев Н.В., Шевчук В.П. Моделирование параметров эффективности многоцелевой машины (трубоукладчика) при заданных конфигурациях МТУ / Прогресс транспортных средств и систем - 2013 : материалы междунар. науч.-практ. конф. Волгоград, 24 - 26 сент. 2014 г. / ВолгГТУ [и др.]. Волгоград, 2013. С. 119 - 120.
3 декабря 2013 г.
