CC BY
66
Библиографический список
1. Афоничев Д.Н., Васильев В.В.,
Папонов Н.Н. Совершенствование конструкции плота для сплава древесины по рекам с малыми глубинами // Политематиче-ский сетевой электронный научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. 2012. № 76(02). http://ej.kubagro.ru/2012/02
/pdf22.pdf.
2. Афоничев Д.Н., Папонов Н.Н., Васильев В.В. Сплоточная единица стабилизированной плавучести // ИВУЗ «Лесной журнал». 2010. № 6. С. 114-120.
3. Афоничев Д.Н., Папонов Н.Н., Васильев В.В. Выбор гибкого водонепроницаемого материала для стабилизации плавучести сплоточных единиц // Лесотехнический журнал / ВГЛТА. 2011. № 1. С. 9599.
4. Патент на изобретение № 2381949 РФ, МПК В 63 В 35/62, 35/58. Сплоточная
единица / Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2008146180/11; заявл. 21.11.2008, опубл. 20.02.2010, бюл. № 5.
5. Васильев, В.В. Эксплуатационные показатели сплоточной единицы стабилизированной плавучести // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2011. № 8. С. 100-103.
6. Патент на изобретение № 2043255 РФ, МПК В 63 В 35/62. Сплоточная единица / А.А. Митрофанов, Г.Я. Суров, М.Н. Фоминцев; заявитель и патентообладатель Архангельский ЛТИ. № 4928310/11; заявл. 18.04.1992; опубл. 10.09.1995 г., бюл. № 25.
7. Васильев В.В. Обоснование инерционных характеристик плотов, содержащих плоские сплоточные единицы стабилизированной плавучести // Вестник МГУЛа - Лесной вестник. 2012. № 2. С. 107-112.
УДК 621.396.99
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры промышленного транспорта,
строительства и геодезии В. Н. Макеев сотрудник ООО «Частная компания» Д. Д. Плешков студент М. С. Солопанов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В условиях лесного комплекса всеми типами лесных предприятий вместе со специализированными машинами и механизмами широко используются во всех сферах строительного производства одно-
ковшовые гидравлические экскаваторы. В связи с этим повышение эффективности их применения является весьма существенной проблемой в период становления рыночных взаимоотношений в условиях лесо-
промышленного производства. Тем более, если принять во внимание тот факт, что для любого лесопромышленного предприятия приобретение новой современной машины этого типа (одноковшового гидравлического экскаватора отечественного или зарубежного производства) является задачей практически нереальной в современных условиях.
Повышение эффективности применения одноковшовых гидравлических экскаваторов в условиях лесного комплекса требует, прежде всего, повышения их производительности при выполнении всех видов земляных работ при строительстве различного типа лесных дорог и в первую очередь лесовозных.
Существующие ранее формулы производительности экскаваторов отражали влияние факторов коэффициентами, которые лишь формально учитывали влияние особенностей конструкции машин, технологии и организации работ, условий разрабатываемых грунтов и забоя.
В результате приведённых многочисленных теоретических и экспериментальных исследований работы и конструкции экскаваторов [1...5] и особенно исследования взаимодействия ковша с грунтом и динамических процессов при повороте платформы [6.10], оказалось возможным создать основы теории производительности экскаваторов, на основе которой были получены формулы для её определения, отражающие все основные зависимости факторов её (производительности) как друг от друга, так и всех конструктивных параметров экскаватора - усилия на зубьях ковша, массы рабочего оборудования, ра-
бочих параметров, мощности и типа привода, конструкции и кинематической схемы передач и т.п. Вместе с этим стало возможным дать обоснование направлению проведения научных работ над повышением производительности экскаваторов.
Общеизвестно, что повышение производительности экскаваторов, прежде всего, приводит к повышению выработки машины в час, смену, сутки, месяц и даже год.
Чтобы вскрыть факторы, определяющие эксплуатационную производительность экскаватора, необходимо развернуть (представить) её значение
Щ = 60 • q • п • кн • кр • кц • кв • ку, м3/ч, (1)
где q - геометрическая ёмкость ковша экскаватора, м3;
п - число рабочих циклов экскаватора в 1 мин, равное
р.ц.
здесь
Т = ^ +1 +1 +1 , (3)
р.ц. ^ ^ п.3.5 V /
где 4 - продолжительность копания
грунта до завершения наполнения ковша, с;
tn - продолжительность подъёма гружёного ковша на безопасную высоту и поворота к месту выгрузки, с; tв - продолжительность выгрузки ковша, с;
и,3 - продолжительность возвращения (поворота) ковша в забой, к месту загрузки, с.; ^ - коэффициент
наполнения ковша грунтом;
^ - коэффициент влияния разрыхления грунта;
кц - коэффициент изменения продолжительности рабочего цикла в зависимости от вида грунта и условий забоя (высоты забоя, угла поворота, условий выгрузки), который можно представить как
(4)
Кц = К^г + Кцл,
где Кцг - коэффициент изменения продолжительности рабочего цикла в зависимости от вида (типа) грунта, учитывающий изменение продолжительности копания грунта по сравнению с теоретическим значением;
Кц.з. - коэффициент изменения продолжительности рабочего цикла в зависимости от условий забоя (высоты-глубины, угла поворота, условий выгрузки).
Коэффициенты кн, кр, Кцг можно рассматривать под общим коэффициентом влияния на продолжительность рабочего цикла грунтовых условий как
к, = Кн-±- • Кц.,.. (5)
КР
Тогда формула (1) будет иметь вид
Щ = 60 • q •п •к, • Кц з • кв • ку, м3/ч, (6)
где кв - коэффициент использования экскаватора по времени; ку - коэффициент влияние управления и квалификации (опытности) оператора.
Таким образом, рассматривая природу всех факторов, влияющих на производительность экскаватора, их можно разбить на четыре группы в зависимости от: а) конструкции машины и её рабочего оборудования, б) условий грунта и забоя, в) технологии и организации производства
работ, г) квалификации (адаптации и опытности) оператора.
Следовательно, в конечном итоге можно сделать вывод, что эксплуатационная производительность экскаватора зависит от трёх главных факторов: объёма грунта в плотном теле, зачёрпываемого при каждом рабочем цикле; количества рабочих циклов в один час чистой работы и количества часов чистой работы в смену, сутки, месяц и даже год (за период строительного сезона).
При анализе данной формулы (6) эксплуатационной производительности экскаватора необходимо учитывать, что на большинство коэффициентов влияет не один, а несколько различных факторов. Так на коэффициент наполнения ковша влияют тип и состояние грунта, усилие на зубьях ковша и других конструктивных элементах рабочего оборудования, высота (глубина) забоя, квалификация и опытность оператора (экскаваторщика).
Необходимо помнить, что для экскаватора существует три понятия его производительности: теоретическая, техниче-
ская и эксплуатационная. Обычно все определяются в пределах одного часа и выражаются в м3/ч, но могут определяться и в смену, сутки, месяц и год. Все эти три вида производительности экскаваторов могут быть получены расчётным путём и служить для следующих целей:
1) для определения нормы выработки экскаватора при работе в определенных условиях;
2) для установления состояния, качества обслуживания и организации работы экскаватора путем сравнения фактической
(эксплуатационной) и расчетной (теоретической) производительности;
3) для сравнения экскаваторов различных конструкций между собой.
Эксплуатационная производительность экскаватора (часовая, сменная, месячная или годовая) отличается от технической наличием двух основных коэффициентов: коэффициентом использования
экскаватора по времени Кв и коэффициентом влияния управления и квалификации (опытность) оператора Ку.
Коэффициент использования экскаватора по времени в режиме рабочей смены учитывает неизбежные внутрисменные задержки, вызываемые передвижками машины, сменой транспортных средств, передачей смены, и устранимые организационные простои - ожидание транспорта, ремонт, регулировка и смазка механизмов, заправка топливом и т.п.
При этом основным показателем использования экскаватора по времени является число часов чистой работы в смену, сутки, месяц и год, а основным показателем использования экскаватора по производительности - значение выработки в один час чистой работы и отношение этой выработки к технической производительности машины в данных условиях.
Основываясь на результатах выполненного анализа [11, 3] и проведенных исследований [12, 13] можно сформулировать следующие основные направления повышения эффективности одноковшовых гидравлических экскаваторов, применяемых предприятиями лесного комплекса:
1. Совершенствование конструкции рабочего оборудования за счет: универса-
лизации и расширения технологических возможностей; изменения геометрических параметров и увеличения геометрической емкости ковшей; повышения надежности и долговечности; снижения энергоемкости и металлоёмкости; оптимизации рядов сменного рабочего оборудования. При этом наиболее существенное значение имеет расширение технологических возможностей гидравлических экскаваторов, которое может быть достигнуто путем разработки новых видов и форм сменного рабочего оборудования; создания различных модификаций машин (экскаваторов) для работы в специальных условиях; совершенствования технологии выполнения земляных и других работ.
2. Автоматизация систем управления, решаемая за счет применения бортовых компьютеров и микропроцессорной техники. При этом автоматизированные системы управления могут использоваться в направлении автоматизации процесса копания, заключающемся в горизонтировании ковша, выводе его из забоя, установке ковша под разгрузку, собственно его разгрузки и возврате в исходное положение копания.
3. Создание энергосберегающих систем - рекуперирующих приводов. При этом решение этой проблемы возможно за счет снижения потерь энергии и оптимизации параметров приводов машин. Снижение энергопотребления приводами достигается за счет уменьшения потерь энергии в переходных режимах, а также за счет рекуперации энергии при использовании аккумуляторов и вспомогательных цилиндров. Оптимизация параметров приводов
за счет применения насосов с комбинированными регуляторами уменьшает энергозатраты за счет снижения потерь на дросселировании гидрожидкости.
Безусловно, реализация всех этих направлений совершенствования одноковшовых гидравлических экскаваторов, ведущих к повышению эффективности их применения, а именно к увеличению производительности и снижению энергоемкости рабочего процесса, возможна только централизованным путем при создании и проектировании новых конструкций этих машин.
Одним из главных направлений развития гидравлических экскаваторов в мировой практике явилось повышение их единичной мощности, что благотворно сказывается в первую очередь на повышении их производительности. Так, увеличение в последние годы емкости ковшей до 4,0 м3 способствовало созданию более мощных и высокопроизводительных машин.
В условиях лесного комплекса наиболее характерным является необходимость разработки грунтов 3 и 4 категории, что требует создания определенного оптимального отношения усилия на режущей кромке ковша к его емкости. Недостижение этого положения приводит к тому, что работа одноковшовых гидравлических экскаваторов становится малоэффективной, а порой просто невозможной. Так, если при работе экскаватора реактивные давления в стрелоподъемных цилиндрах превышают давление настройки предохранительных клапанов, то происходит проседание всего рабочего оборудования, в
результате увеличиваются внутренние утечки рабочей гидрожидкости. Все это приводит к удлинению рабочего цикла и увеличению энергоемкости разработки грунта, а, следовательно, к резкому снижению производительности машин. Происходит это потому, что на величину реактивных давлений в стрелоподъемных цилиндрах прямым образом влияет усилие на режущей кромке ковша, которое в свою очередь зависит от силы сопротивления грунта копанию. Поэтому уменьшение реактивных давлений в цилиндрах стрелы, возникающих при копании грунта ниже давления настройки предохранительных клапанов позволяет увеличить силу резания грунта, толщину стружки и уменьшить время рабочего цикла, а, следовательно, повысить производительность экскаватора или эффективность его применения на земляных работах, например, при отсыпке высоких насыпей земляного полотна при строительстве лесовозных дорог.
Вместе с этим, особенно важным для снижения энергозатрат является правильный выбор параметров гидромеханизмов подъема - опускания стрелы, поворота рукояти и ковша. При выборе этих параметров должны учитываться статические и динамические нагрузки в гидроприводе, а также энергозатраты при подъеме стрелы и копании грунта.
В связи с вышеизложенным считаем, что в условиях лесного комплекса в настоящее время актуальна необходимость повышения эффективности применения одноковшовых гидравлических экскаваторов на основе совершенствования конст-
рукции рабочего оборудования и в первую очередь стрелоподъемного механизма.
На основе проведенных исследований предлагаем решение этой проблемы осуществить путем усовершенствования конструкции стрелоподъемных механизмов за счет внедрения полученных патентов на изобретение рабочего оборудования одноковшового гидравлического экскаватора. [14, 15]
Библиографический список
1. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины. Часть первая. Одноковшовые экскаваторы. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1961. 651 с.
2. Баловнев В.Н., Кузин Э.Н., Хмара Л.А. Землеройные машины с многоцелевыми рабочими органами. М.: ЦНИИТЭ строймаш; 1986. 47 с.
3. Королёв А.В. Совершенствование полноповоротных гидравлических экскаваторов за рубежом. ЦНИИТЭ строймаш; Вып. 3. 1983. 50 с.
4. Смоляницкий Э.А. Развитие теории одноковшовых гидравлических экскаваторов и разработанное на её базе техническое предложение по созданию перспективных конструкций машин оптимального ряда. М.: Машгиз, 1985. 560 с.
5. Беркман И.Л., Ранев А.В., Рейш А.К.Универсальные одноковшовые строительные экскаваторы. М.: Высшая школа, 1981. 350 с.
6. Башкиров В.А. Исследование и оптимизация параметров стрелоподъёмного
механизма одноковшовых универсальных гидравлических экскаваторов [Текст]: дис... канд. тех. наук: 05.04.04 / В.А. Башкиров. - Воронеж, 1985. 232 с.
7. Баловнев В.Н., Петроченко В.В. Тенденции развития и оценка новых конструктивных решений строительных и дорожных машин. М.: ЦНИИТЭ строймаш, 1973. 83 с.
8. Королёв А.В. Рабочее оборудование зарубежных гидравлических. М.: ЦНИИТЭ строймаш; Вып. 2, 1982. 41 с.
9. Татаренко А.П. Совершенствование конструкции лесопромышленных манипуляторов на основе математического моделирования рабочих процессов. Дисс. канд. техн. наук. 05.21.01. Воронеж, 2010. 180 с.
10. Комиссаров А.П. Моделирование рычажно-гидравлических механизмов и обоснование перспективных конструкций карьерных гидравлических экскаваторов. Дисс. канд. техн. наук: 05.05.05. Екатеринбург, 2004. 199 с.
11. Варфоломеев А.П., Горбунов А.Л. Перспективы развития строительных и дорожных машин в двенадцатой пятилетке. М.,ЦНИНТЭ строймаш; Вып. 1, 1986. 45 с.
12. Плешков Д.Д., Макеев В.Н. Повышение производительности гидравлического экскаватора за счет усовершенствования конструкции стрелоподъемного механизма применительно к условиям лесного комплекса // Лес. Наука. Молодежь: сборный материал по итогам НИР молодых ученых за 2005-2006 г.г. / ВГЛТА. Воронеж, 2006. С. 210-218.
13. Макеев В.Н., Плешков Д.Д. Оптимальная конструкция стрелоподъемного
гидравлического экскаватора // Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов: сб. ст. по материалам международных научных проектных конференций / ВГЛТА. Воронеж, 2006. С. 114-117.
14. Патент на изобретение №2320823 РФ, МПКЕ02F 3/28. рабочее оборудование одноковшового гидравлического экскава-
тора / В.Н. Макеев, Д.Д. Плешков. - Заявка №2006101432/03; заявление 18.01.2006; опубликовано 27.03.2008, Бюл. № 9. 7 с.
15. Патент на изобретение № 2425927 РФ, МПК Е02F3/28 рабочее оборудование / Д.Д. Плешков, В.Н. Макеев. - Заявка № 2010109123/03;заявление 11.03.2010, опубликовано 10.08.2011. 3 с.
УДК 656.027.1
ВЛИЯНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПРОСТОЯ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры промышленного транспорта,
строительства и геодезии В. Н. Макеев заведующий кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии, доктор технических наук, профессор С. И. Сушков студент М. С. Солопанов сотрудник управы Коминтерновского района г. Воронежа И. Е. Шевцова ассистент кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии А. С. Сушков ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Главным составляющим транспортно-грузового комплекса любого лесопромышленного предприятия является тяговый и прицепной подвижной состав всех видов дорог, на котором производится вывозка древесины. А так как основным видом лесовозного транспорта в настоящее время является автомобильный [1], то, безусловно, повышение эффективности его применения напрямую сказывается на эффективности всего транспортногрузового комплекса лесопромышленного предприятия.
Занимаясь выполнением грузовых перевозок, каждый автомобиль или авто-
поезд лесопромышленных предприятий совершает определённую работу, заключающуюся в перемещении некоторого количества лесного груза на расстояние между пунктами отправления (где производится погрузка-лесосека, лесной склад и т.д.) и назначения (в которых автомобиль или автопоезд разгружается - лесной склад, склад потребителя и т.д.)
Совокупность таких элементов транспортно-грузового комплекса как погрузка лесного груза на автомобиль или автопоезд, пробег их от пункта погрузки до пункта разгрузки и выгрузки, т.е. освобождение задействованного подвижного
