CC BY
13
УДК 621.879.325
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЗАХВАТОВ ДЛЯ ВЕДЕНИЯ АВАРИЙНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА БАЗЕ
ЭКСКАВАТОРОВ
Л. А. Хмара, д.т.н., профессор; С. В. Шатов, к.т.н., доцент
Проблема. В результате стихийных бедствий и техногенных аварий жилые здания и промышленные сооружения частично или полностью разрушаются, образуя завалы с хаотичным расположением обломков различной конфигурации и размеров [1-5]. Под завалами могут находиться потерпевшие, которых необходимо извлечь из-под обломков в кратчайшие сроки. Для этих целей применяют строительные машины, параметры которых не всегда отвечают требованиям таких работ.
Анализ публикаций. Аварийно-спасательные и восстановительные работы выполняют подразделения МЧС, оснащенные строительно-дорожной и военной (тягачи) техникой. В качестве средств механизации на таких работах используют самоходные краны, экскаваторы, погрузчики, бульдозеры, механизированный инструмент, а также транспортные средства для вывоза обломков с территории разрушенных зданий и сооружений [6; 7]. Как правило, перечисленная техника имеет традиционное оборудование (крюковые подвески, ковши экскаваторов и погрузчиков) и не всегда удовлетворяет условиям ведения работ по разборке обломков завалов:
- при использовании самоходных кранов с крюковыми подвесками возникает необходимость в ручной строповке поднимаемых обломков непосредственно крюковой подвеской или с помощью строп;
- при использовании ковшовых машин (экскаваторов, погрузчиков) возникает проблема погрузки в рабочие органы габаритных обломков, размеры которых превышают геометрические параметры ковшей. Кроме того, эти группы машин не всегда могут захватить необходимый обломок, который может находиться под другими, более мелкими обломками и в защемленном состоянии.
Результаты исследований. Устранение указанных недостатков возможно применением гидроуправляемых захватов [8-11], которые устанавливаются на базе одноковшовых экскаваторов (рис.1). Конструктивное исполнение захвата включает основную стойку 1, которая верхней частью 2 связана с рукоятью 3 и тягой 4 с экскаватором. В средней части на стойке 1 шарнирно установлен зуб 5, который связан с гидроцилиндром 6. Режущие кромки стойки 1 и зуба 5 направлены навстречу друг другу.
Такой рабочий орган может функционировать в следующих режимах:
- рыхления прочных материалов, старых дорожных покрытий или элементов разрушенных зданий основной стойкой 1;
- выполнения перечисленных операций зубом 5 , когда требуется движение рабочего органа (зуба) от экскаватора в направлении к забою;
- разрушения материалов и крупных обломков при встречном движении стойки 1 и зуба 5;
- захвата отдельных элементов конструкций при работе стойки 1 и зуба 5.
Таблица 1
Основные технические показатели захватов на базе экскаваторов производства стран СНГ
Параметр Ед. измер. Базовый экскаватор
ЭО-2621 ЭО-3122 ЭО-4121 ЭО-5123
Грузоподъемность т 0,5 1,0 2,0 3,0
Продолжительность рабочего цикла с 12,8 14,0 16,0 23,0
Производительность т/ч 108,0 197,0 344,0 359,0
Масса экскаватора кг 6 100 14 050 25 500 37 000
Рис. 1. Схема захвата для выполнения аварийно-
спасательных работ.
1-основная стойка; 2-верхняя часть стойки; 3-рукоять;
4-тяга; 5-зуб; 6-гидроцилиндр управления зубом. а-захват груза; б-разгрузка; в-поворот зуба 5 и стойки 1.
На основании основных технических показателей захватов, устанавливаемых на экскаваторах производства СНГ и ведущих фирм производителей, например фирмы Caterpillar (табл. 1 и 2), разработаны рекомендации по расчету основных показателей захватов (табл. 3) и параметрический ряд захватов применительно к экскаваторам грузоподъемностью 0,5 ,1, 2 и 3 т. (рис. 2) исходя из условия обеспечения устойчивости экскаваторов при подъеме максимальных грузов.
Таблица 2
Параметр Ед. измер. Базовый экскаватор
307 С М 313 С М 318 С М322 С
Грузоподъемность т 0,5 1,0 2,0 2,5
Продолжительность рабочего цикла с 11,0 13,0 15,0 17,0
Производительность т/ч 125,0 212,0 367,0 405,0
Масса экскаватора кг 7 210 14 400 19 150 22 200
Рис. 2. Параметрический ряд .захватов грузоподъемностью: а-0, 5 т; б — 1 т; в—2 т; г — 3 т;
Таблица 3
Значения рациональных параметров захватов для экскаваторов_
№ п/п Параметр Обозначение £ с ё р е Расчетная формула Тип захвата
со ее Рч а б в г
1 Грузоподъемность 0 т (0,06...1,0) • М э 0,5 1,0 2,0 3,0
2 Максимальный диаметр груза &тас м (О,6...О,7) • 0,4 0,5 0,6 0,8
3 Высота рабочей части захвата Н м (0,8...0,9) • 0,35 0,45 0,54 0,7
4 Высота стойки зуба нс м (1,2... 1,4) • 0,5 0,65 0,8 1,0
5 Высота режущей кромки Нз м °тюх ■ г^а 0,2 0,25 0,3 0,4
6 Ширина захвата В м (0,3...0,4) • 0,2 0,3 0,4 0,5
7 Радиус поворота зуба я м (1,2... 1,4) • ^ 0,5 0,65 0,8 1,0
8 Угол поворота зуба ф град 80...90 80 80 90 90
9 Угол резания а град 40...45 45 45 40 40
10 Задний угол в град 10...12 12 12 10 10
11 Габарит гидроцилиндра: при выдвинутом штоке £1 м (0,8...0,9) ■ Ц^ + ^ ■ ^а £ 1,1 1,25 1,45 1,65
при втянутом штоке £2 м ^ - £ 0,6 0,75 0,9 1,2
12 Плечо действия гидроцилиндра И м °тах + 0,1 м 2 0,6 0,75 0,9 1,1
Расстояние от оси
13 крепления корпуса гидроцилиндра до оси поворота зуба 1 м ^ ~[Ис-(И + н3)] 0,4 0,5 0,6 0,8
14 Масса базовой машины (экскаватора) МБ кг техническая хар актер истика 6100 1405 0 2550 0 3700 0
1римечание: Мэ — масса базовой машины, т; д — вместимость ковша экскаватора, м ; £ — ход штока гидроцилиндра, м.
Для сравнения технико-экономических и эксплуатационных показателей захватов экскаваторов различной грузоподъемности теоретически определялись: эксплуатационная производительность Пэ, удельные показатели работы захватов: отношение производительности Пэ к массе машины Мэ,; отношение производительности Пэ к фактору времени Тф разборки завала.
Производительность определялась [12]:
Пэ = З600 • Q • Кг • Кв ,т/ч, (1)
1 ц
где Q - грузоподъемность, т;
Тц - продолжительность цикла, с;
Кг - коэффициент использования по грузоподъемности, Кг = 0,9;
КВ - коэффициент использования по времени, КВ = 0,85.
По расчетным показателям производительности и по техническим показателям экскаваторов с захватами были получены зависимости: изменения производительности Пэ от массы экскаватора Мэ и от продолжительности рабочего цикла Тц, от массы экскаватора Мэ и грузоподъемности Q, а также зависимости изменения показателей П/М, и П,/Тф от грузоподъемности (рис. 3 - 5).
Зависимости продолжительности рабочего цикла Тц от массы экскаваторов с захватами Мэ и от грузоподъемности Q (рис. 3 а и 3 б) показывают, что с увеличением этих показателей возрастает продолжительность рабочего цикла как для экскаваторов производства СНГ (1), так и для экскаваторов фирмы Caterpillar (2).
Зависимости производительности Пэ от продолжительности рабочего цикла Тц и от массы экскаваторов Мэ (рис. 4 а и 4 б) показывают, что с увеличением Тц и Мэ практически линейно возрастает производительность Пэ для экскаваторов фирмы Caterpillar (2), а для экскаваторов производства СНГ такая же зависимость наблюдается до значений Тц = 15-16 с и Мэ=(23—25)-103 кг. При возрастании этих параметров дальше производительность Пэ изменяет свой характер увеличения на более медленный.
Анализ удельного показателя Пэ/Мэ в зависимости от грузоподъемности Q захватов показывает, что наибольшего его значения имеют экскаваторы с захватом грузоподъемности Q=0,5-1 т.
Изменение удельного показателя Пэ /Тф от грузоподъемности Q имеет линейный характер (рис. 5 б) и наибольшего значения достигает для экскаваторов с захватами грузоподъёмностью Q = 2-3 т.
С целью получения рациональных параметров экскаваторов с захватами были определены оптимальные зоны математических зависимостей путем дифференцирования уравнения (1) по критериям оптимальности:
= 0; 0. d(Пэ /МЭ) = 0; d(пЭ /Тф) = 0. (2)
с1Тц с1Мэ dQ dQ
Получены уравнения регрессии, которые представлены в таблице 4.
а б
Рис. 3. Изменение продолжительности рабочего цикла экскаватора с захватом Тц от: а- массы экскаватора Мэ; б- грузоподъемности Q. 1- экскаваторы производства стран СНГ; 2 - экскаваторы фирмы Caterpillar
/Z, т/ч
3
wo
340280220160100
J / 1 ^
If It
1 II V ^ /
} II
•'I
пз, т/ч wo
10 14
22 26
r„c
340 280220 160 ЮО
i1 \ ! 1 / ^
> /
} ) } I /
/ // ' /
О
10
20 30
40
М3х10, кг
а б
Рис. 4. Изменение производительности экскаватора с захватом Пэ от: а-продолжительности рабочего цикла Тц; б- массы экскаватора Мэ. 1 - экскаваторы производства стран СНГ;
2 - экскаваторы фирмы Caterpillar
ПЖ ,-//77
V
\ / /
t
1
\
50
О
1,0
го зо
4,0
а /77
40 30 2010
2 ^ /
// // // —-/
//
/
О
1,0
2,0 30 4,0
й 777
а б
Рис. 5. Изменение показателей П/Мэ (а) и П/Тф (б) от грузоподъемности экскаваторов Q. 1 - экскаваторы производства стран СНГ; 2 - экскаваторы фирмы Caterpillar
Таблица 4
Уравнения регрессии основных показателей экскаваторов с захватами от продолжительности цикла, собственной массы экскаватора и грузоподъемности
Тип экскаватора Уравнения регрессии
Производство СНГ Пэ = -2271,5+274,6 Т2ц Пэ = 15,7 +0,2 Мэ - 2,8 х 10-7 М2э Пэ /Мэ = 18,6 - 3,3 Q + 0,14 Q2 Пэ/Тф = -3,6 +36,1Q - 6,6-Q2
Производство фирмы Caterpillar Пэ = -1004,2 +135,5 Тц - 3,06 Т2ц Пэ = 70,2 + 2,9 х 10-3 Мэ + 5,8 х10-7 М2э Пэ /Мэ = 17,2 - 1,94 Q + 0,07 Q2 Пэ / Тф = 1,11 + 30,3 Q - 4,1 Q2
Полученные уравнения регрессии позволяют рассчитать и выполнить прогнозирование параметров экскаваторов с захватами различной грузоподъёмности и массы.
Выводы: 1. Разработан параметрический ряд захватов для разработки завалов. Рассчитаны их основные параметры из главного условия обеспечения устойчивости экскаваторов при подъеме максимальных грузов и с соблюдением допущения о минимальном значении фактора времени разборки завала (Тф=тт).
2. Проанализировано влияние основных показателей захватов на их эксплуатационные характеристики. На производительность и фактор времени разборки завалов наибольшее влияние оказывают продолжительность рабочего цикла и масса захватываемого груза, закономерности изменения которых представлены на рисунках 3 и 4.
1. Полученные уравнения регрессии позволяют прогнозировать параметры захватов для экскаваторов в зависимости от продолжительности рабочего цикла Тц, массы экскаватора Мэ и его грузоподъемности 0.
Использованная литература
1. Казаков Б., Чадов Е. Оргашзащя та проведення аваршно-рятувальних робгт на житлових бущвлях { спорудах. // Надзвичайна ситуащя. 2007.-№ 6.-С.44-49.
2. Савинов Н. А., Поляков В. И., Бакин В. П. Строительная техника на спасательно-восстановительных работах: извлечь уроки из стихийного бедствия в Армении. // Механизация строительства. 1989.-№ 7.-С.2-4.
3. Бакин В. П. Механизация на разборке завалов. // Механизация строительства. 1989.-№ 5. - С.7-8.
4. М1рошниченко М. Вибух газу - "це урок, який повинна засвогги держава". // Надзвичайна ситуащя. 2007. -№ 10. - С.8-15.
5. Колосков В., Олейник П., Тихонов Ф. Разборка жилых зданий и переработка их конструкций и материалов для повторного использования. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2004.-200 с.
6. Хмара Л., Шатов С. Використання бущвельно! техшки для виконання рятувальних та вщновлювальних робгт при лшвщаци наслщюв стихшних лих та аварш // Бущвництво УкраГни. 2008.-№ 5. - С. 34 - 39.
7. Баловнев В., Хмара Л. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт. 1993. - 383 с.
8. Модернизация и повышение производительности строительных машин/ Хмара Л. А., Колесник Н. П., Станевский В. П. - К.: Бущвельник, 1992. - 152 с.
9. Баловнев В. Многоцелевые дорожно-строительные и технологические машины: Учеб. пособ. для вузов по дисципл. «Дорожные машины» для специальностей 170900, 230100, 150600 и 291800. - Омск - Москва. ОАО «Омский дом печати». 2006. - 320 с.
10.Хмара Л., Соколов И., Шатов С./Блок-пакет высокоэффективных машин и оборудования для жилищно-коммунального хозяйства.//Сб. науч. труд.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение .-Вып. № 19. - Дн-ск, ПГАСА.-2002.-С.50-57.
11.Хмара Л., Соколов I. , Шатов С. Технолопя та обладнання для розборки та переробки зруйнованих споруд внаслщок стихшних лих.// Сб. науч. труд.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение .-Вып. № 20. - Дн-ск, ПГАСА.-2002.-С. 47-50.
12.Добронравов С. Строительные машины. Справочник. - М.: Высшая школа. 1993.-540 с.
РЕФЕРАТ
Определение рациональных параметров рабочих органов захватов для ведения аварийно-восстановительных работ на базе экскаваторов/ Л. А. Хмара, С. В. Шатов. Рис. 5.-табл. 4.-Библиогр.:(12 назв).
Для ведения аварийно-восстановительных работ при ликвидации техногенных аварий с учетом минимального фактора времени на разборку завалов предложены уравнения регрессии для определения основных эксплуатационных характеристик захватов на экскаваторах. Разработана методика определения параметров захватов в зависимости от массы экскаваторов.
