Определение оптимальной массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом

Конкуренция за подряды на строительство обязывает фирмы находить пути совершенствования технологии производства работ и увеличения производительности строительной техники. Интенсификация строительства зависит от эффективного использования средств механизации. Большое значение имеет выбор машины в зависимости от характера и условий выполнения работ. При реконструкции жилищного хозяйства в г. Москве и других населенных пунктах строительные работы выполняются в стесненных условиях. Стесненность производства работ характеризуется наличием близко расположенных зданий и сооружений, транспортных коммуникаций и инженерных сетей. Все чаще на строительных площадках используются машины многоцелевого назначения. Примером может послужить гидравлический экскаватор с челюстным ковшом, который выполняет разработку котлованов с отвесными стенками, рытье колодцев и ям, погрузку и разгрузку различных кусковых и сыпучих материалов в стесненных условиях, взламывание дорожного покрытия при ремонте, а также монтаж конструкций и прокладку трубопровода. При уборке строительного мусора после разрушения здания экскаватору необходимо сортировать этот мусор. Балки и другие металлические предметы, деревянные перекрытия, кирпич, железобетонные конструкции собираются в соответствующие зоны, определенные для конкретного строительного мусора. Затем производится погрузка строительного мусора.

Опыт строительных фирм ООО ФПК «Сатори» и ООО СПК «Виктория» разрушения домов с последующей переработкой строительных отходов позволяет рассмотреть снос пятиэтажных зданий как сложный технологический процесс, в ходе которого необходимо использовать экскаватор. Обычный способ определения производительности экскаватора не пригоден для расчета при разборке и погрузке железобетонного лома, загрязненного гидрои теплоизоляцией, битумом, коммуникационными трубами, чугунными стояками и т. д. Возникает необходимость предварительной переработки и измельчения строительного лома ковшом экскаватора. При этом экскаватору приходится передвигаться на небольшие расстояния. В реальной обстановке эксплуатационная производительность не превышала 30 т/ч по строительному лому. При сносе дома работают два экскаватора. Один со специальным оборудованием, а другой с ковшом. Использование оборудования многоцелевого назначения вместо машин с набором сменных рабочих органов или нескольких специализированных машин является одной из важных тенденций строительного производства. Большинство производителей экскаваторов выпускают шлейф сменных рабочих органов. Использование сменного рабочего оборудования позволяет эксплуатирующим организациям подбирать тот рабочий орган, который наиболее отвечает требованиям по производству работ. Например, ковши различной вместимости позволяют работать в определенных условиях с наибольшей эффективностью. Особенностью работы многоцелевого оборудования является противоречивые требования к машине в процессе цикла. Ряд операций протекает эффективно при увеличении массы машины (копание грунта), другие — (перемещение экскаватора) наоборот.

В настоящее время отсутствуют четкие рекомендации по расчету и выбору оптимальной массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом. Дальность перемещения экскаватора является вероятностным фактором. В связи с вышесказанным, оптимизация параметра массы экскаватора с многоцелевым оборудованием и его выбора является важной задачей, решение которой будет способствовать высокой эффективности выполнения земляных работ, укладке водопроводных и канализационных труб, уборке строительного мусора и других работ, связанных с подъемом и перемещением отдельных предметов и самой машины. При выборе экскаватора с многоцелевым рабочим органом необходимо решить вопросы, связанные с установлением особенностей рабочего цикла. Важно установить целевую функцию — критерий, на основании которого можно выбрать машину с наиболее рациональными параметрами для выполнения соответствующих работ. На этой основе разрабатывается методика выбора оптимальной машины для заданного вида работ в вероятностных условиях эксплуатации.

Практическая полезность работы заключается в том, что применение разработанной методики определения оптимальной массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом в зависимости от условий эксплуатации с учетом вероятностного характера появления случайной величины дальности перемещения позволяет выбрать наиболее рациональный экскаватор, обеспечивающий эффективность экскаваторных работ.

Научная новизна работы. Основным научным результатом является разработка метода определения массы ш0Пт экскаватора с многоцелевым рабочим органом в зависимости от условий эксплуатации при учете вероятностного характера величины дальности перемещения на строительных площадках в стеснённых условиях при сносе зданий и прокладке коммуникаций.

Научная новизна заключается в:

— Выборе системы показателей эффективности, определяющих условия оптимального использования экскаваторов с многоцелевым рабочим органом в зависимости от условий эксплуатации;

— Установлении зависимости изменения показателей эффективности от параметров, определяющих условия эксплуатации;

— Выявлении характера распределения статистических данных дальности перемещения экскаватора, как случайной величины;

— Разработке зависимости изменения оптимальной массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом от влияющих технико-эксплуатационных факторов;

— Разработке методики установления зависимости оптимального значения массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом от теоретической функции распределения дальности перемещения экскаватора в пределах строительной площадки;

— Установлении вероятностной характеристики оптимальной массы ш01гг в зависимости от дальности перемещения экскаватора 1пер как случайной величины.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика определения массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом в условиях вероятностного появления случайной величины дальности перемещения экскаватора.

2. Анализ показателей времени цикла tUM экскаватора с многоцелевым рабочим органом и производительности П экскаватора для оптимизации массы экскаватора шэ с многоцелевым рабочим органом.

3. Зависимости показателей эффективности экскаватора с многоцелевым рабочим органом от основных технических и эксплуатационных параметров: массы шэ экскаватора, мощности N базового шасси, дальности перемещения экскаватора 1пер, вместимости ковша q.

4. Характер теоретической плотности распределения вероятностей дальности перемещения экскаватора 1пер, полученной экспериментально, как случайной величины.

5. Зависимость определения массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом с учетом случайного характера величины дальности перемещения экскаватора.

6. Технико-экономический расчёт эффекта от результатов исследования.

Общие выводы и задачи дальнейшего исследования.

1 Экскаваторы с многоцелевым рабочим органом получили широкое распространение. Такие экскаваторы используют в стесненных условиях строительства, где невозможно разместить несколько машин. Для механизации строительных работ находит широкое использование маневренная техника с многоцелевым рабочим органом, которая выполняет несколько видов операций: копание грунта, захват и транспортирование отдельных предметов и др. Строительные экскаваторы оснащены несколькими рабочими органами, а так же многоцелевым рабочим органом, с помощью которого машина выполняет несколько видов работ без замены рабочего органа.

2. Определение параметров и условий рационального использования экскаваторов с многоцелевым рабочим органом на строительных объектах является важным фактором, обеспечивающим повышение эффективности строительного производства. Вопросы определения оптимальных параметров и условий использования имеют практическое и научное значение. Методы определения параметров одноковшовых гидравлических экскаваторов были рассмотрены в работах научных школ МИСИ, ВНИИстройдормаш, КИСИ, ХАДИ, МАДИ.

Методика определения параметров машин с рабочим органом многоцелевого назначения до сих пор не рассмотрена в полном объеме. Не разработаны методы определения параметров таких машин в условиях, при которых экскаватору с многоцелевым рабочим органом необходимо часто осуществлять операцию перемещения в стесненных условиях эксплуатации. Такая методика позволяет повысить производительность, исключить дополнительные машины на строительной площадке, сократить материальные и трудовые затраты, повысить область эффективного использования существующих экскаваторов.

3. Выбрана и обоснована система показателей эффективности, определяющих условия оптимального использования экскаваторов при работах по копанию грунта и перемещению отдельных предметов в зависимости от условий эксплуатации. Система включает в себя следующие показатели: время цикла t4. M экскаватора с рабочим органом многоцелевого назначения, производительность П, удельную мощность Ыуд, удельную материалоемкость шуд, обобщенный показатель nNm и ряд технико-экономических показателей. Важнейшим показателем, который входит составным элементом в производительность и во все удельные показатели, является время цикла экскаватора с рабочим органом многоцелевого назначения.

Для экскаватора с многоцелевым рабочим органом определение времени цикла требует уточнения и дополнения в части учета времени операции по перемещению.

4. Установлен характер изменения основных показателей эффективности от технико-эксплуатационных факторов: массы, мощности, вместимости ковша, дальности перемещения экскаватора, удельного сопротивления грунтов копанию и др. Функции времени цикла tUM экскаватора с рабочим органом многоцелевого назначения и производительности П имеют оптимум в зависимости от массы экскаватора. Уменьшение времени цикла с ростом массы экскаватора является следствием того, что машина затрачивает меньше времени на операцию копания. При дальнейшем росте массы время цикла увеличивается за счет увеличения времени на перемещение экскаватора. При одной и той же мощности экскаватор с большей массой затрачивает больше времени на операцию перемещения.

5. Установлена зависимость для определения массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом в виде функции от технических параметров машины и условий эксплуатации. Масса экскаватора с многоцелевым рабочим органом топх зависит от следующих основных технических и эксплуатационных факторов: мощности двигателя машины N, удельного сопротивления грунтов копанию кь дальности перемещения экскаватора 1пер, скорости рабочего органа при копании г) коп, сопротивления передвижению экскаватора, вместимости ковша q, соотношения дальности транспортирования отдельных предметов 1ттр к дальности перемещения без груза 1пер по строительной площадке в зависимости от фронта работ.

6. Дальность перемещения экскаватора с многоцелевым рабочим органом 1пер по строительной площадке является случайной величиной. Характер изменения 1пер оказывает существенное влияние на массу экскаватора. Анализ статистической информации по г. Москве на основании данных, полученных путём замеров на строительных объектах, позволил установить плотность распределения дальности перемещения экскаватора с многоцелевым рабочим органом 1пер в виде закона Вейбулла.

7. Установлено, что теоретическая плотность распределения массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом как функции дальности перемещения 1пер на строительном участке подчиняется закону Вейбулла. Определено математическое ожидание массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом на основании анализа закона Вейбулла. При определении оптимальной массы необходимо учитывать вероятностный характер данной величины.

8. Предложенная методика позволяет решить обратную задачу для экскаватора с заданной массой и другими параметрами. Установить рациональную среднюю дальность перемещения экскаватора с многоцелевым рабочим органом и рациональную мощность базового шасси при которых обеспечивается максимальная экономия энергетических и материальных затрат при эксплуатации.

9. Определение рациональной массы экскаватора с многоцелевым рабочим органом, наиболее соответствующей массе, полученной по формуле 9 при заданных условий эксплуатации, позволяет выбрать машину наибольшей производительности и снизить затраты на производство работ.

Полученные рекомендации и методика выбора экскаватора передана для реализации ООО ФПК «Виктория».

Направления и задачи дальнейшего исследования в этой области:

— создание уточненной методики определения параметров экскаваторов с многоцелевым рабочим органом с учётом эксплуатации в вероятностных условиях, а так же корреляционных зависимостей;

— выбор рациональной конструкции многоцелевого рабочего органа с учетом параметров, определяющих стесненность условий эксплуатации;

— разработка программы для ЭВМ по определению оптимальной массы шопх экскаватора с рабочим органом многоцелевого назначения в вероятностных условиях эксплуатации.