Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

71

низкомоментных гидродвигателях создать очень компактные, встроенные в обод колеса конструкции, конкурирующие с другими типами приводов. При­ менение мотор­колес упрощает компоновку машин, улучшает ее маневрен­ ность и проходимость за счет того, что каждое колесо может служить при­ водным и управляемым (поворотным). Применение гидравлических мотор­ колес с регулируемыми насосами и гидромоторами позволяет регулировать скорости от нескольких метров в час (рабочие движения) до десятков кило­ метров в час (транспортные режимы).

Рельсоколесное ходовое оборудование. Оно обеспечивает низкое сопро­ тивление передвижению, восприятие больших нагрузок, простоту конструк­ ции и невысокую стоимость, достаточную долговечность и надежность. Же­ сткие рельсовые направляющие и основания обеспечивают возможность вы­ сокой точности работы машины. Главными недостатками этого хода являют­ ся: малая маневренность, сложность перебазировки на новые участки работ, дополнительные затраты на устройство и эксплуатацию рельсовых путей. Этот вид ходового оборудования применяют для башенных и железнодорож­ ных кранов, цепных и роторно­стреловых экскаваторов, а также для экскава­ торов­профилировщиков.

Шагающее ходовое оборудование. Оно имеет несколько конструктивных решений. Оно выпускается как с механическим, так и гидравлическим приво­ дом. На рис. 1.39, в показан в качестве примера кривошипно­эксцентриковый механизм привода хода. В положении 11 ходовые лыжи (одна лыжа заштри­ хована) вместе с расположенными на них рельсами эксцентрикового меха­ низма подняты вверх и опирание машины на грунт происходит через круглую базу машины. При этом положении машина может поворачиваться с лыжами на опорно­поворотном устройстве в любую сторону на 360°. В позиции 12 лыжи передвинулись на половину шага вперед (вправо) и опустились на ос­ нование. В позиции 13 эксцентриковым механизмом поднята вся машина и передвинута на половину шага вперед. В позиции 14 машина передвинута еще на полшага вперед и опущена на грунт. В следующей позиции, при пово­ роте кривошипа на четверть оборота, лыжи вместе с механизмом займут свое исходное положение. Шагающий ход обеспечивает низкие удельные давле­ ния на грунт и высокую маневренность, так как поворот машины заменен по­ воротом платформы. Основным недостатком шагающего хода являются его малые скорости передвижения (обычно до 0,5 км/ч). Этот вид ходового обо­ рудования применяют преимущественно на мощных экскаваторах­ драглайнах.

Тяговый расчет. При тяговом расчете необходимо выяснить сопротивле­ ние передвижению машины и тяговые возможности ее механизма по двигате­ лю привода и по сцеплению движителей с грунтом. Сопротивления передви­ жению, которые должны быть преодолены механическим приводом и колес­ ным или гусеничным движителем [6],

Сопротивления перемещению (перекатыванию) движителей вследствие большого количества факторов, влияющих на его значение, определить ана­ литически с достаточной точностью затруднительно. Поэтому

(1.47)

где f – коэффициент сопротивления передвижению движителей, средние значения которого для некоторых видов опорных поверхностей приведены в табл. 1.3; Gм – сила тяжести машины.

Сопротивления повороту для гусеничных машин определяются затратами энергии на срезание и смятие грунта гусеницами и трением заторможенной гусеницы. При перемещении по рыхлому вязкому грунту можно принять

Wпов =(0,4...0,7) Wпер .

Сопротивление повороту колесных машин, передвигающихся по твердым основаниям, обычно не учитываются из­за малых значений.

При езде по рыхлому грунту можно принять Wпов = (0,25...0,5) Wпер . Со­

где – угол подъема пути машины; знак «+» соответствует движению ма­ шины на подъем, знак «–» – под уклон.

73

где т – масса машины; I – момент инерции приводимых в движение вра­ щающихся масс механизма привода движителей; r – радиус приводного ко­ леса; а – ускорение разгона машины.

Сопротивление от давления ветра

(1.50)

где A – суммарная подветренная площадь машины; qв – давление ветра.

В тяговых расчетах большинства машин для земляных машин на строй­ площадке могут не учитываться отдельно инерционные силы и силы ветра которые имеют небольшую величину по сравнению с основными составляю­ щими. Могут не учитываться также сопротивления подъему и повороту, так как при этом копание не производится. Сопротивление передвижению в про­ цессе копания

где f1 − коэффициент сопротивления передвижению при копании, который можно принимать в первом приближении f1 = (1,1...1,3) f .

74

В транспортных режимах не учитываются рабочие усилия на машине. Со­ противления передвижению определяются дорожными условиями, при этом одновременное действие сопротивлений повороту и подъему в машинах для земляных работ обычно исключается. Действие ветра принимается по рабо­ чему состоянию.

Условие движения любой машины записывается уравнением

где Foд − окружная сила всех движителей машины (приводных колес, гусе­ ниц), получаемая от двигателей привода;Fо,сц− суммарная окружная сила всех движителей по условию сцепления их с основанием.

Окружную силу движителя Fokможно определить по величине крутящего

движителя или радиус начальной окружности ведущей звездочки гусенично­ го движителя,

или по мощности двигателя

где Pe мощность двигателя, кВт; ne частота вращения коленчатого вала.

Окружная сила по сцеплению движителя с грунтом

где коэффициент сцепления движителя с основанием, по которому пере­

то машина также не будет двигаться вследствие недостаточного тягового усилия, развиваемого приводом ходового механизма.

75

1.8. Технико-экономические показатели землеройнотранспортных машин

Наиболее важными показателями строительных и дорожных машин явля­ ются производительность, маневренность, проходимость, устойчивость, на­ дежность и экономичность.

Отношение объема строительной продукции ко времени ее создания харак­ теризует один из важных показателей машин – производительность. Различают следующие виды производительности:

1.Теоретическая производительность. Определяется при расчетных скоро­ стях рабочих движений в расчетных условиях работы, в условном материале.

Для машин циклического действия

где q­количество единиц продукции, выполненной машиной за один рабочий

Для машин непрерывного действия, выдающих продукцию непрерывным

Для машин непрерывно­циклического действия, выдающих продукцию от­

где Фг годовой фонд рабочего времени; ки коэффициент использования рабочего времени.

По величине Пг определяют среднюю выработку одного рабочего

76

где nсм число смен работы в году; nраб среднее количество рабочих, об­

служивающих машину в течение смены.

Затраты труда на единицу продукции является величиной, обратной сред­ ней выработки. С целью снижения затрат труда машина должна иметь высо­ кие технико­экономические показатели, которые в первую очередь зависят от сокращения непроизводительных затрат машинного времени; улучшения ис­ пользования мощности двигателя; применения средств автоматизации и др. Применение средств автоматизации возможно в следующих случаях [4]:

1.Разработка системы передачи информации, которая обеспечивает непре­ рывный поток необходимых сведений с минимальным разрывом по времени между событием и получением информации.

2.Разработка электронного моделирования с применением математической статистики.

3.Разработка методики оптимизации структуры парка машин.

4.Повышение производительности машин за счет разработки автоматиза­ ции приводов.

5.Разработка теории рабочих процессов (для создания нормы выработки).

6.Разработка общей теории создания новых машин­орудий на базе унифи­ кации.

7.Создание научно обоснованной теории надежности и долговечности ма­ шин.

Снижению стоимости единицы продукции в значительной мере способст­ вует уменьшение затрат на ремонт и техническое обслуживание машин, хра­ нение и транспортирование. Поэтому при создании новых машин и их модер­ низации необходимо добиваться повышения их эффективности использова­ ния, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.

Значительное влияние на эксплуатационную производительность машин оказывают показатели тягово­скоростные характеристики.

Тяговые характеристики. Цель построения тяговой характеристики ма­ шины заключается в определении и представлении в графической форме из­ менения тяговой мощности PT, часового расхода топлива GT, удельного рас­ хода топлива gе, действительной скорости движения υд, коэффициента буксо­

вания δк и тягового КПД ηТ в функции силы тяги Fт на рабочем органе при изменении ее от нулевого значения (холостой ход машины) до максимальной величины на разных передачах при установившемся режиме работы на гори­ зонтальной поверхности.

Для построения тяговой характеристики землеройно­транспортной маши­ ны необходимы следующие исходные данные:

– регуляторная характеристика двигателя в функции крутящего момента;

–передаточные числа и механический КПД трансмиссии;

–общий и сцепной вес машины;

78

Коэффициент буксования для гусеничной машины

0,0333 ÊÐ , 1 1,377 ÊÐ2

где КР − текущее значение коэффициента использования сцепления, которое определяется по формуле:

êð Fkp /G

где Fkp – крюковое усилие (берутся 6…10 значений от FКР MIN до FКР MAX ); G – сила тяжести землеройной машины.

Для построения кривой буксования колесного движителя с пневматической шиной на плотном несвязном грунте при относительной влажности w/wbn=

0,4 … 0,6 или w/wo= 0,67…1,0 и давлении воздуха в шине р 0,30 … 0,50

МПа следует принимать А = 0,20, В = 3,68, п = 3. Для гусеничного движите­ ля на связном плотном свежесрезанном грунте при w = (0,7…1,0) w0 A = 0,05,

В == 1,76, п = 12.

79

3. Здесь же наносим лучевую диаграмму, которая устанавливает зависи­ мость окружной силы от величины крутящего момента двигателя (1.53):

Из формулы (1.53) видно, что для каждой передачи искомая зависимость будет представлять собой прямую, проходящую через начало координат, если ηм считать постоянным. При построении лучевой диаграммы достаточно най­ ти только одну точку для каждой передачи при произвольном значении кру­ тящего момента двигателя и соединить ее с началом координат. На тяговой характеристике эта зависимость, как и прочие, показана только для одной пе­ редачи.

4. Определяем силу сопротивления качению землеройной машины

F f = f G , (1.63)

где f – коэффициент сопротивления движению (по табл. 1.4 и 1.5), и отклады­ ваем найденное значение по оси абсцисс вправо от начала координат.

Таблица 1. 5 Значения коэффициентов сопротивления качению и сцепления

пневматических шин колесного движителя на различных поверхностях качения

Таблица 1.6 Значения коэффициентов сопротивления движению и сцепления с гусеничного движителя с различными поверхностями качения

Полученную точку O1 можно принять за начало координат силы тяги, по­

5. Строим кривую изменения действительной скорости движения машины υд в функции силы тяги FТ . Для этого, задаваясь значением силы тяги (от­ резок 01), из точки 1 восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с лучом Рк. Через полученную точку 2 проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривыми регуляторной характеристики двигателя (точки 3, 4 и проектируя точку 5 на ось абсцисс, находим частоту вращения коленчато­ го вала двигателя, соответствующую заданному значению силы тяги. Опреде­ лив величину коэффициента буксования при этом же режиме работы зем­ леройной машины (через точку 6 проводим горизонталь до пересечения с осью ординат), подсчитываем значение действительной скорости движения

Найденное значение υд показано точкой 7.

Выполнив указанные расчеты при различных значениях силы тяги, строим

6. Строим кривую изменения тяговой мощности РT в функции силы тяги FT . Для этого подсчитываем Рт Fт υд /1000.

Задаемся значением FТ и принимаем (по графику) соответствующую этому значению величину действительной скорости υд. Выполнив расчеты, можно построить по точкам искомую кривую.

7. Строим кривую изменения часового расхода топлива GT в функции силы тяги FТ. Расход топлива GT, соответствующий заданному значению силы тя­ ги, можно найти, спроектировав точку 4 на ось абсцисс. Найденное значение GT показано точкой 8 на тяговой характеристике. Как и в предыдущих случа­ ях, для получения искомой кривой необходимо все построение выполнить при различных значениях тяги.

8. Строим кривую изменения удельного расхода топлива gT на 1 кВт∙ч в функции силы тяги по уравнению

gT 1000 GT , г/кВт∙ч,

PT