Оценка эффективности рабочих процессов землеройно-транспортных машин



В статье приводится критерий оценки эффективности новых рабочих органов бульдозера, предназначенных для выполнения отдельных технологических операций в различных климатических условиях.

Ключевые слова: бульдозерное оборудование, нормативный коэффициент, производительность, критерий эффективности.

Широкое применение землеройно-транспортных машин, в частности бульдозеров, при выполнении земляных работ объясняется простотой их конструкций, высокой производительностью, возможностью универсального использования в разнообразных грунтовых и климатических условиях и относительно низкой стоимостью производства работ [1].

Однако, потенциальные возможности данного типа инженерной техники используются далеко не полностью из-за неприспособленности конструкции машины к работе в различных природно-климатических и производственных условиях.

Важнейшим этапом проектирования машины является выбор целевой функции оптимизации, позволяющий оценить степень приспособленности конкретной конструкции машины к выполнению поставленных технологических задач в заданных природно-климатических условиях и рассчитываемой по теоретическим зависимостям.

В настоящее время для оценки эффективности рабочего оборудования бульдозера с максимально возможной полнотой и достоверностью применяется показатель удельных приведенных затрат Z_уд [2].

Z_уд = С_е + Е_н К_уд, (1)

где С_{е —} себестоимость единицы продукции;

Е — нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, характеризующий средний размер экономии от снижения себестоимости продукции, приходящейся на 1 руб. дополнительных капиталовложений;

К_уд — удельные капитальные затраты, т. е. сумма производственных основных фондов на единицу годового выпуска продукции.

Однако, применение этого критерия на этапе проектирования машины затруднено из-за отсутствия достоверной информации эксплуатационного характера.

Обобщение оценки технического уровня машины на этапе проектирования К_э может быть осуществлено на основе ряда показателей вида:

К_э = F / П(2)

где F — показатель, характеризующий конструкцию машины;

П — производительность машины.

При модернизации рабочего органа землеройно-транспортных машин отвального типа, не связанной со значительным увеличением массы машины, основную роль играет показатель удельной энергоемкости N_уд [3].

где P_01к — горизонтальная составляющая усилия копания;

l_к — длина пути копания до установившегося режима;

m_{пр.к —} масса призмы волочения в конце копания.

Однако, применение данного показателя для оценки эффективности рабочего органа, выполняющего различные технологические операции в различных природно-климатических условиях, затруднено, так как не учитываются вероятность выполнения отдельных операций и накопительная, удерживающая способности отвала. С учетом этого, для оценки эффективности рабочего органа бульдозера на этапе проектирования К_эф, нами предложен показатель вида

К_эф = N_уд.к K_пк P_к + N_уд.т K_пт P_т, (4)

где N_уд.к и N_уд.т — удельная энергоемкость, соответственно при копании и транспортировании грунта;

К_пк — коэффициент, учитывающий накопительную способность отвала;

К_пт — коэффициент, учитывающий удерживающую способность отвала;

Р_к и Р_т- вероятность выполнения операции копания и транспортирования грунта. Принимая, что

К_пк = т_к / т_пр.к и К_пт = т^н _пр.т / т^к _пр.т, (5)

где т_пр.к = т^н _пр.т и т^к _пр.т — масса призмы волочения в начале и в конце процесса транспортирования;

т_к — масса вырезанного грунта и проведя элементарные преобразования, получим:

К_эф = (P_01к l_к т_к / (m_пр.к)²) P_к +(P_01m l_m т^н_пр.т / (т^к_пр.т)²) P_m, (6)

где P_01к и P_01m — соответственно горизонтальная составляющая усилия при копании и транспортировании грунта;

l_m — длина пути транспортирования.

Применение этого критерия при оценке технических решений на этапе проведения экспериментальных исследований физических моделей позволяет более обосновано производить выбор основных параметров рабочего оборудования. При этом величина вероятности выполнения операции в первом приближении может быть принята как удельный вес этой операции, который определяется как отношение времени работы при выполнении этой операции к общему времени, затрачиваемому на процессы копания и транспортирования.

Результаты расчета эффективности машин по показателю приведенных удельных затрат и предлагаемому критерию приведены на рисунке. Анализ полученных результатов показывает, что характер изменения полученных кривых аналогичен, с близко расположенными областями оптимальности (разброс не более 12 %).

Таким образом, предложенный критерий эффективности учитывает вероятности выполнения отдельных операций, а также накопительную и удерживающую способности отвала, прост в применении и удобен при лабораторных исследованиях бульдозерного оборудования. При этом на величину критерия эффективности оказывают влияние горизонтальные составляющие условия копания и транспортирования грунта.

Рис. 1. Зависимости приведенных удельных затрат (1) и предлагаемая критерия эффективности (2) от мощности двигателя базовых машин

Оснащение неповоротного бульдозерного отвала с крайними дисковыми секциями вносит ряд специфических особенностей в процесс взаимодействия рабочего оборудования с грунтом. В частности, грунт отделяется от массива не только ножом отвала, но и косоустановленными дисками, наличие свободно вращающихся дисков интенсифицирует процесс перемещения грунта и меняет характер призмообразования. В связи с этим существующие аналитические зависимости, описывающие процесс копания и транспортирования грунта бульдозерными отвалами, не могут быть распространены на отвал предлагаемой конструкции и необходима разработка математической модели процесса копания грунта подобным рабочим оборудованием [4].

Следует отметить также, что теоретическое определение массы призмы волочения в начале и конце процесса транспортирования затруднено из-за значительного количества влияющих факторов [5], и ее величина определялась по регрессионным зависимостям, полученным в результате выполненных экспериментальных исследований.

Применение показателя (6) наиболее целесообразно на этапе выбора и обоснования основных параметров рабочего оборудования. Использование его для определения областей применения модернизируемой машины затруднено, из-за того, что показатель (6) учитывает параметры только рабочего оборудования и не учитывает параметров машины в целом.

При оснащении неповоротного отвала предлагаемым дополнительным оборудованием, масса машины меняется незначительно, стоимость изготовления и установки дисков составляет меньше, чем стоимость машины, а уровень надежности машины практически не меняется. В этом случае основным оценочным параметром машины при сравнении ее с машиной с обычным отвалом становится производительность и показатель (6) может быть преобразован к виду

К_эф = (П_к.бт / П_к.нт) P_к + (П_тр.бт / П_тр.нт) P_m, (7)

где П_к.бт и П_{к.нт —} производительность при копании базовой и новой техники соответственно;

П_тр.бт и П_{тр.нт —} производительность при транспортировании базовой и новой техники, соответственно.

Из-за ряда оговоренных выше специфических особенностей отвала предлагаемой конструкции применение существующих зависимостей для определения производительности затруднено. В связи с этим возникает необходимость разработки аналитических зависимостей для случаев копания и транспортирования грунта бульдозерным отвалом с крайними дисковыми секциями.

Таким образом, эффективность бульдозера, оснащенного отвалом с крайними дисковыми секциями на этапе проектирования, может быть оценена по показателю (6), учитывающему эффективность процесса копания и процесса транспортирования, а также вероятности выполнения этих операций в полном рабочем цикле.

Литература:

1. Назначение, область применения и классификация бульдозеров. https://megaobuchalka.ru/2/35849.html. (дата обращения 12.02.2019).
2. Зеленин А. Н., Баловнев В. И., Керов И. А. Машины для земляных работ. — М.:Машиностроение, 1971. — 357 с.
3. Баловнев В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин. — М.:Высшая школа, 1991. — 335 с.
4. Дисковое дополнительное оборудование к неповоротному отвалу бульдозера / Сост. Абдуразаков А. А., Шукуров Н. Р. –Ташкент, 1992. -4 с. (Информ.-листок о ППО / УзНИИНТИ, № 125/92).
5. Шукуров Н. Р. Обзор и анализ исследований процессов взаимодействия рабочих органов землеройно-транспортных машин с грунтом. //Вестник Академии Вооруженных Сил Республики Узбекистан. –Ташкент, 2018. –№ 3(28). — С.122–128.