CC BY
5
УДК 629.3.01
ВИБ1Р ОПТИМАЛЬНИХ ПАРАМЕТР1В МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНИХ РОБ1Т НА OCHOBI СТАТИСТИЧНОГО АНАЛ13У
О.В. Сфименко, доц., к.т.н., Т.В. Плугша, доц., к.т.н., З.Р. Мусаев, асп., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Досл1джено тенденцп розвитку еиробництеа машин для земляных po6im в Украш, близъкому заруб1жж1 та на прикладах заруб1жних виробниюв. Обумовлено eu6ip ix оптимальных napaMempie на ocnoei статыстычного анал1зу в мереж1 Internet.
Ключов1 слова: статыстыка, анал1з, продуктивтсть, оптимально параметри, техтко-економ1чн1 показники.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИН ДЛЯ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ НА ОСНОВЕ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
А.В. Ефименко, доц., к. т.н., Т.В. Плугина, доц., к.т.н., З.Р. Мусаев, асп., Харковскнй нацнональннй автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Исследованы тенденции развития производства машин для земляных работ в Украине, ближнем зарубежье и на примерах зарубежных производителей. Обусловлен выбор их оптимальных параметров на основе статистического анализа в сети Internet.
Ключевые слова: статистика, анализ, производительность, оптимальные параметры, технико-экономические показатели.
CHOISE OF OPTIMAL PARAMETERS OF EARTH MOVING MACHINES BASED
ON STATISTICAL ANALYSIS
A. Yefymenko, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), T. Pluliina, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Z. Musaiev, P. G., Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. This article examines the trends in production of earth-moving machines in Ukraine, the neighboring countries and on examples of foreign manufacturers. The choice of their optimal parameters is stipulated by the study of statistical analysis using the Internet.
Key words: statistics, analysis, efficiency, optimal parameters, technical and economic indices.
Вступ
У буд1вництв1 автомобшьних дор1г i зал1з-ниць, пдротехшчному i водогосподарському, як i в шших галузях буд1вництва, знайшли широке застосування машини для земляних po6iT та дорожш машини - бульдозери, скре-пери, автогрейдери, катки, автогудронатори, асфальтоукладальники, машини для поверх-нево! обробки, укладальники бетону, бпумо-вози, цементовози. Деяю з цих машин випус-каються заводами буд1вельного i дорожнього
машинобудування Украши, iHmi потребують розробки конструкцш. Та Bci вони повинш вщповщати сучасним вимогам, тобто бути мало1 матер1алоемносп, енергоемносп, мати висок1 показники продуктивное^ та надш-ност1, повинн1 бути конкурентоспроможни-ми. Стандартизащя й ушфшацш е основою глибоко! спещал1зацп виробництва, що спри-яють р1зкому скороченню термшв створення ново! техшки. Ушфшоваш стандартш еле-менти, що закладаються в конструкцш машин, ще на стадп проектування забезпечують
бшьш високий техшчний р1вень 1 економ1чну ефектившсть машин 1 устаткування, сприя-ють виршению проблеми шдвищення ефективносп експлуатацп та ремонту машин, шдвищують продуктпвшсть пращ за умови значного зниження вартосн робп [1].
Однак можлпвосн широко! ушфшаци машпн-знарядь 1 автотранспортних засоб1в практично не використовуеться за вщсутносн сершного виробництва. Це не дозволяе одержати еко-ном1чно! вигоди вщ м1жгалузево1 ушфшаци у виробницт наснльки важливого для розвит-ку техшчного прогресу устаткування, викори-стовуваного для мехашзацп масових тру-домютких 1 важких технолопчних 1 транспортних робп у цшй низщ галузей - бущв-ництш, мелюрацп, сшьському, люовому 1 ко-мунальному господарствах, на вщкритих прських 1 ¿нженерних роботах. В останш роки, незважаючи на занепад економши, на заводах Украши створено низку нових кон-струкцш машин, на кафедрах автомобшьно-дорожшх ВНЗ виконуються роботи, спрямо-ваш на вдосконалення конструкцш бущвель-них 1 дорожшх машин, розвиток теорп та ме-тод1в розрахунку 1 проектування машин. Проблеми шдвищення ефективносп землерийно-транспортних машин, !х надшносн та продук-тпвносн потребують значно! уваги ще й тому, що вщповщш показники в цих машин впчиз-няного виробництва значно прш!, шж у машин провщннх ф1рм свпу. Одночасно матерь алоемшсть машин закордонного виробництва менша в 1,5-1,6 раз1в. Щоб суттево шдвпщити показники ефективносп, зробити машини конкурентоспроможними, необхщно вирши-ти цший комплекс наукових, техшчних 1 ор-гашзацшних проблем.
Одшею з таких проблем е визначення напрям1в розвитку бущвельннх та дорожшх машин, зокрема машин для земляних робп, в Украш та в усьому свт. Розроблення метод1в визначення рацюнальнпх показннюв низки машин, шдвищення !х конкурентоздатносн, зниження енерговитрат е найважлпвшнмп напрямами розвитку машин в Укра!ш.
Анашз публжацш
Сучасний стан промпсловосп та бущвнпцтва в Украш ставлять завдання створення будь вельних машин, яю б, маючи високу продуктпвшсть, були достатньо надшнпмн, мали низьку енергоемшсть, матер1алоемшсть. Та-
кими властивостями можуть володпн машини, робочий процес яких штенспфшованпй на основ! науково-техшчнпх досягнень сучасностг
Мета i постановка завдання
Метою ще! роботи е анал1з статистичних зв'язюв м1ж головними параметрами машин з метою визначення оптимальних параметр1в потужносп, тягових зусиль, ваги тощо в номенклатур! продукцп впробнпюв дорожшх машин та машин для земляних робп.
Методика вибору оптимальних параметр1в землерийно-транспортних машин
Як в Украш, так i в державах СНД юнуе чи-мало машпнобущвннх шдпрпемств, яю ви-пускають МЗР, але впдшити та розглядати будь-яке з них окремо неможливо. Це пояс-нюеться тим, що жодне шдприемство не мае достатньо! номенклатури продукцп, а також кшькосп типорозм1р1в машин одного типу. Тому було виршеио розглядати техшку, не роздшяючи И за ф1рмами-виробниками, а за даними Internet проанал1зуватн деяю тппп машин, таю як бульдозери (рис. 1, а), скрепе-ри (рис. 1, б), автогрейдери (рис. 1, в).
в
Рис. 1. Бульдозер ДЗ 124 (а), скрепер ДЗ 107 (б) та автогрейдер ДЗ 122 (в)
Одним з найважливших показниюв ефек-тивност1 машини е продуктивнють. До фак-Topiß, яю безпосередньо впливають на продуктивнють належать:
- питома потужнють;
- MicTKicTb;
швидкють; - розм1ри робочого органа та rnmi.
Розглянемо розрахунков1 залежносп продук-тивностей для р1зних вид1в машин. Експлуа-тацшна годинна продуктивнють бульдозера, м3/г [3]
п _ 3600 ^ • Кукл • к
ег _ t4 • Кр ' ()
де Vnp - об'ем призми волочшня, який зале-
жить вщ характеру грунту (зв'язносп, коефь щента розпушування), вщношення висоти Н i ширини В вщвалу,
V _
ПР 2 • Кпр
(2)
де Кпр - коефщ1ент, залежний вщ вщношен-ня H/B i виду грунту; Кукл - коефщ1ент, який
враховуе вплив нахилу на продуктивнють; Кв - коефщент використання бульдозера в naci (0,75-0,8); t4 - час робочого циклу бульдозера.
Продуктивнють скрепера, м3/г;
П _
3600-V • Кн • Кв
(3)
де V - мюткють ковша скрепера, м3; Кн-коефщент наповнення ковша; Кв - коефщь ент використання скрепера в час1 за змшу, який приймаеться в середньому 0,8; Кр -
коефщент розпушування грунту; ^ - час робочого циклу, с.
Експлуатацшна годинна продуктивнють автогрейдера пщ час буд1вництва земляного полотна дороги, м3/г [2]
П _-
l • F • к
0,001^l •! ^ + + 1+1 •(п + п + n0)
V, V, V0 1 и v 3 п 07
(4)
де l - довжина захватки, м; Fn - коефщент використання машини в 4aci (0,8-0,9); n3, nn, n0 - кщькють проход1в автогрейдера в одному напрямку вщповщно пщ час зар1зан-ня, перемщення й опорядження насипу; V3,Vn,V04 - po6o4i швидкосп руху автогрейдера у процес1 виконання вщповщних опера-цш, км/г; tn - час, який витрачаеться на роз-
ворот автогрейдера в кшщ захватки (0,0080,01 г).
Для великих обсяпв земляних po6iT у св1то-вш практищ головним напрямом зростання ефективносп залишаеться пщвищення единично! потужносп машин (i як наслщок, 36i-льшення po3MipiB !х робочих оргашв i швид-костей руху), автоматизащя керування ЗТМ (що також дозволяе шдвищити робоч1 швид-кост1) [4]. Разом з цим, одним з основних на-прям1в пщвищення ефективносп е штенси-фшацш робочих процес1в, зниження енерго-емносп копання грунту. Для досягнення цьо-го необхщно вдосконалення робочих оргашв ЗТМ, створення нових принцишв дп на грунт. Особливо важливий цей напрям у пе-рюд розвитку пор1вняно невеликих буд1вель-них оргашзацш, фермерських господарств, де машини велико! одинично! потужносп непотр1бш, економ1чно не вигщш.
За допомогою мереж1 Internet було отримано графши залежностей продуктивное^ вщ потужносп, вигляду П = f (N) та продуктив-ност1 вщ експлуатацшно! маси, вигляду П = f (m). Залежнють продуктивное^ вщ потужносп та маси за видами машин наведено на рисунках: бульдозери (рис. 3, а, б); авто-грейдери (рис. 3, в, г); скрепери (рис. 3, д, е).
Для багатьох машин i знарядь власна маса е настщьки ж, а шод1 й бщьш характерним по-казником i знаходиться з ним у постшнш, що мало змшюеться, залежносп.
Так, за зведеннями [2], вщношення маси до емносп ковша для буд1вельних екскаватор1в дор1внюе 36-38, для навантажувач1в 6,8-7,3 (за умови, що емнють ковша вщповщае стан-дартнш для важких робп). Для гусеничних промислових трактор1в питома потужнють на 1 т маси становить 11-12,5 л.с. Звичайно ф1рми використовують щ показники в рек-ламних матер1алах.
Продукгившсть П, мА3/г 800 -| 700 -600 500 400 300 200 100
Продукгившсть П, мл3/г
угггГГТГГ
тттш.т.тТШ5
г
* * ф $ 4 $ & ^ ^ ^ ф ^ ^
ПотужшстьМ кВт-
Маса, кг
Продуктившсть П, м лз/г
25000 20000 15000 10000 5000 О
104 104 116 104 133 133 133 140 140 140 164 160 205 373
Потужшсть Ы, кВт
Продуктившсть П, М лз/г
25000 и-
20000 --
15000 10000 5000
о
/ у / у у / г у / у / / / /
ПрОДуКТИВШСГЬ П, М лз/г
300 700 600 500 400 300 200 100
Продуктившсть П, М лз/г
--И ВСЮ П 700 -У |
.У 600 -500 ■
у 400 ■ 300
200 ■ 100 ■ 0 ■
131 107 107 272 272 272 365 452 551 570 703
Потужшсть 1 кВт
15264 23399 25005 32247 32247 36516 46475 61126 52047 51107 69073
Маса, кг
Рис. 3. Графш залежноси продуктивное!! в1д потужносп для бульдозера вигляду П = /(N) (а), графж залежносл продуктивносп в1д експлуатацшно! маси для бульдозера вигляду П = /(т) (б), графж залежносп продуктивносп в1д потужносп для автогрейдера вигляду П = /(N) (в), графж залежносп продуктивное^ вщ експлуатацшно! маси для автогрейдера вигляду П = /(т) (г), графж залежносп продуктивное^ в1д потужносп для скрепера вигляду П = /(N) (д), графж залежносп продуктивное^ в1д маси для скрепера вигляду П = /(т) (е)
Анал1з под1бних характеристик колюних машин-знарядь { автотранспортних засоб1в, що виготовляються провщними ф1рмами, показуе, що головний { основний параметри чггко визначають не тшьки типорозм1р { най-важливгш параметри конструкцп, але { слу-гують засобом, що впзначае базу 1 можливо-сп ушфшаци вузл1в { агрегапв [5, 6]. Дал1 дослщимо зв'язок маси та потужносп й по-будуемо графкп залежностей вигляду т = /(N) . Також не менш важливим по-казником е зв'язок маси, потужносп з варпстю машини. Як розглядалося вище, потужшсть та маса зв'язаш м1ж собою дуже жорсткою характеристикою. Вщношення
маси до потужносп р1зних внд1в машин не виходять за межг бульдозери - (6,7-7,2) кВт/т; скрепери - (6,8-8,7) кВт/т; автогрей-дери - (7,06-8,2) кВт/т.
На тдстав1 анал1зу ШэегпеЭ-данпх показано, як маса машннн пов'язана з варпстю. Для цього побудовано графкн залежностей Ц = / (N), Ц = / (т) та розраховано варпсть одте! тоннп металоконструкцп, та варпсть 1 кВт потужносп залежно в1д ф1рм та внд1в машин:
де Ц - цша (ор1ентовна), грн (грнвш) чп $ (долари США); N - потужшсть машннн, кВт; т - маса машини, кг.
Цша ор1енговна $
Цша ор1ентовна $
1200000 1000000 800000 600000 ' 400000 200000
Я
Ml II II МИГ
-rrlTTl ТТТТП
<=г i? t? ь- & # ¿о & &
Потужтсгь N, кВт
Цша ор1ентовна $
1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000
-„_1-1 и*-
131 197 197 272 272 272 365 452 551 570 70S
Потужтсгь N, кВт
Цша ор1ентовна $
104 104 116 104 138 1 38 1 38 149 149 149 164 160 205 373
Потужтсгь N, кВт
1200000 -I 1000000 -800000 -600000 -400000 -200000
^лууил^шттТтгГ..........
Маса, кг 6
Цша opicHroBHa $
15264 21839 25605 32247 322(7 36516 46475 61126 52047 51107 69078
Маса, кг
Цша ор1енговна $ 250000
£ $ # £ $ $ & J& # # £>6
n ~f -f v # & # & & 4 v f е
Маса, кг
Рис. 4. Графш залежносп цши бульдозера вщ його потужносп вигляду Ц = f (N) (а), графш залежносп цши бульдозера вщ його маси вигляду Ц = f (m) (б), графш залежносп цши скрепера вщ його потужносп вигляду Ц = f (N) (в), графш залежносп цши скрепера вщ його маси вигляду Ц = f (m) (г), графш залежносп цши автогрейдера вщ його потужносп вигляду Ц = f (N) (д), графш залежносп цши автогрейдера вщ його маси вигляду Ц = f (m) (е)
Ус1 цши дуже умовш, оскщьки кшцева цша повнютю залежить вщ комплектацп машини, умов, в яких вона буде працювати, та и уста-ткування, 1 е комерцшною таемницею ф1рми виробника.
Залежнють цши машини вщ потужносп Ц = П (N) та цши машини вщ маси Ц = П(т) за видами машин наведена на рисунках: бульдозери (рис. 4, а, б); скрепери (рис. 4, в, г); автогрейдери (рис. 4, д, е).
Для землерийно-транспортних машин, робо-ч1 процеси яких розглянуп вище, ршення вказаних завдань насамперед пов'язаш з пщ-вищенням продуктивное^ ЗТМ за рахунок
пщвищення об'ем1в набраного грунту, зни-ження його втрат, пщвищення робочих швид-костей у процес1 копання та транспортування.
Висновки
Таким чином, з метою пщвищення надшнос-Ti та продуктивное^ проектованих машин доцщьно використовувати наведен! даш, отримаш на пщстав1 статистичного анал1зу техшко-економ1чних показниюв з мереж1 Internet, таких як:
- класифшацшш показники - визначають належнють машини до визначено! типороз-MipHoi' групи, мютять головний i основний параметри машини, опис И конструктивного р1зновиду;
- показники призначення - характеризуют експлуатацшно-внробннч1 можлпвосп та стутнь техшчно! досконалосп машини (продуктпвшсть, швпдкють руху, характеристики робочого устаткуваиия, питом1 й уза-гальиеш показники);
- показники надшносп (ресурс, нароб1ток на вщмовлення, трудомютюсть техшчиого об-слуговування i ремонту);
- показники технолопчиосп - характеризу-ють рацюиальшсть i ефектившсть коиструк-тивних ршень;
- показники стандартизацп й ушфшацп -визначають застосовшсть у машиш стаи-дартних i ушфшоваиих деталей, складових частин (характеризуються коефщентом за-ctocobhoctí й повторюваносп);
- патентно-правов1 показники - характеризуют патентну чистоту i, отже, можлнвосп поширеиня машини;
- показники техшчно! естетики;
- ергоном1чн1 показники i показники безпеки характернзують вщповщшсть машини саш-тарно-гшешчним нормам i впмогам безпеч-но1 експлуатацп.
Лггература
1. Рабинович В. Д. Экономическая эффективность стандартизации в машиностроении / В.Д. Рабинович. - М.: Издательство стандартов, 1968.- 108 с.
2. Бойцов В.В. Межотраслевая унификация и агрегатирование самоходных машин-орудий / В.В. Бойцов. - M.: Издательство стандартов, 1976. - 448 с.
3. Н1чке B.B. Робоч1 процеси землерпйно-транспортних машин i ïx штенсифшащя / B.B. Н1чке, M.A. Антонов, O.A. Ермакова. - X.: Вища школа, 1995. - 170 с.
4. Крившин А.П. Повышение эффективности использования дорожных машин / А.П. Крившин. - М.:Транспорт, 1980. -188 с.
5. Плугина Т.В. Проектирование интеллектуальных операторских станций распределенных систем управления / Т.В. Плугина, Д.А. Маркозов // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр. - 2013. - Вып. 57.
- С. 154-160.
6. Чершков О.В. Комп'ютерне моделю-вання та анал1з кшематпчнпх особливо-стей робочого обладнання фронтального навантажувача / О.В. Чершков, 1.Г. Кириченко, А! Москаленко // Прикладна геометр1я та шженерна графша. - 2010.
- Вип. 86. - С. 107-111.
Рецензент: G.C. Венцель, професор, д.т.н., ХНАДУ.
