Расчет производительности экскаватора: Расчет производительности экскаватора. Факторы учета и формулы

Содержание

Расчет производительности экскаваторов

Теоретическая производительность экскаватора в разрыхленной массе определяется по формуле

Пэ.т=60Еn, м3/ч (4.6)

где Е – емкость ковша, м3;

n – число ковшей, разгружаемых в минуту.

Для многоковшовых экскаваторов значение n дается в технической характеристике, а для одноковшовых оно определяется по формуле

(4.7)

где Тц.т – теоретическая продолжительность рабочего цикла, с.

Тогда , м3

/ч (4.8)

Теоретическая производительность экскаватора приводится в паспорте, поэтому она также называется паспортной.

Техническая производительность экскаватора – максимальная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горно-геологических условиях. Часовая техническая производительность в плотной массе для многоковшовых экскаваторов определяется по формуле

Пэ.тех=60ЕnКэКз, м3 (4.9)

где Кэ – коэффициент экскавации Кэн.кр.к Кн.к – коэффициент наполнения ковша; Кр.к – коэффициент разрыхления породы в ковше; Кз – коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомогательных операций.

где tр – длительность работы экскаватора с одного положения или при одном направлении движения ротора, с; tв – длительность одной передвижки или перемены направления движения ротора, с.

Часовая техническая производительность в плотной массе для одноковшовых экскаваторов определяется по формуле

, м3 (4.10)

где Тц.р – расчетное время рабочего цикла экскаватора в данном забое, зависящее от вида разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора к разгрузке, с.

Тц.р=tч+tп.р+tп.з+tр

, с (4.11)

где tч— время черпания, с; tр – время разгрузки ковша, с; tп.р , tп.з – время поворота соответственно с месту разгрузки и к забою, с.

В наибольшей степени совершенство организации работ характеризует годовая производительность. Сменная эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

Пэ.смэ.техТсмКи.э

, м3 (4.12)

где Тсм – продолжительность смены, ч;

Ки.э – коэффициент использования экскаватора во времени, зависящий от типа

применяемого оборудования в смежных технологических процессах.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

Пэ.гэ.смNднnдн , м3 (4.13)

где Nдн– число рабочих дней в году;

nсм– число рабочих смен в сутки.

Расчет производительности экскаваторов

 

Теоретическая производительность экскаватора в разрыхленной массе определяется по формуле

 

Пэ.т=60Еn, м3/ч (4.6)

 

где Е – емкость ковша, м3;

n – число ковшей, разгружаемых в минуту.

Для многоковшовых экскаваторов значение n дается в технической характеристике, а для одноковшовых оно определяется по формуле

 

(4.7)

 

где Тц.т – теоретическая продолжительность рабочего цикла, с.

 

Тогда , м3/ч (4.8)

 

Теоретическая производительность экскаватора приводится в паспорте, поэтому она также называется паспортной.

Техническая производительность экскаватора – максимальная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горно-геологических условиях. Часовая техническая производительность в плотной массе для многоковшовых экскаваторов определяется по формуле

 

Пэ.тех=60ЕnКэКз

, м3 (4.9)

 

где Кэ– коэффициент экскавации Кэн.кр.к Кн.к – коэффициент наполнения ковша; Кр.к – коэффициент разрыхления породы в ковше; Кз – коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомогательных операций.

 

 

где tр – длительность работы экскаватора с одного положения или при одном направлении движения ротора, с; tв – длительность одной передвижки или перемены направления движения ротора, с.

Часовая техническая производительность в плотной массе для одноковшовых экскаваторов определяется по формуле

 

, м3 (4.10)

 

где Тц.р – расчетное время рабочего цикла экскаватора в данном забое, зависящее от вида разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора к разгрузке, с.

 

Тц.р=tч+tп.р+tп.з+tр, с (4.11)

где tч— время черпания, с; tр – время разгрузки ковша, с; tп.р , tп.з – время поворота соответственно с месту разгрузки и к забою, с.



В наибольшей степени совершенство организации работ характеризует годовая производительность. Сменная эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

 

Пэ.смэ.техТсмКи.э , м3 (4.12)

 

где Тсм – продолжительность смены, ч;

Ки.э – коэффициент использования экскаватора во времени, зависящий от типа применяемого оборудования в смежных технологических процессах.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

 

Пэ.гэ.смNднnдн , м3 (4.13)

 

где Nдн – число рабочих дней в году;

nсм – число рабочих смен в сутки.

 

 

Лекция № 6

Карьерный транспорт

 

Трудоемкость процесса транспортирования весьма высока, а затраты на собственно транспорт и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50%, а в отдельных случаях 65-70% общих затрат на добычу. Специфика горных работ обуславливает следующие особенности карьерного транспорта:

— значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования;

— периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки и разгрузки горной массы;

— движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов;

— повышенные прочность и мощность двигателей транспортного — оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью и неоднородной кусковатостью горной массы.

Интенсивность работ конвейерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который определяется количеством груза (в кубических метрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени (час, смена, и т.д)

Грузооборот (или его часть) характеризуется устойчивым во времени направлением перемещения, называемым грузопотоком. Грузопоток является сосредоточенным, если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном случае грузопоток является рассредоточенным.

Основными видами железнодорожного транспорта являются железнодорожный, автомобильный, конвейерный и гидравлический.

Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом (15 млн.т и более) при значительной длине транспортирования (4 км и более). По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых (100 – 120 м), значительной протяженности фронта работ (700 – 800 м) и допускает наименьшие подъемы пути (40-60 о/оо ). Эти условия обеспечиваются при больших размерах карьера в плане и незначительной глубине (150-250 м). При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горно-капитальных работ, капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций и их эксплуатацию и наиболее сложная организация труда.

Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4 км. С появлением автосамосвалов большой грузоподъемности (120-180 т и более) область применения автотранспорта значительно расширилась. Его особенно эффективно применять в период строительства карьеров, при интенсивной разработке месторождения с большой скоростью подвигания забоев и высокими темпами углубки горных работ. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к профилю и плану автомобильных дорог (допустимый радиус кривых составляет 15-20 м, а подъем пути 80-100 о/оо ) снижают объем горнокапитальных работ и уменьшают сроки и затраты на строительство карьеров. К основным недостаткам автомобильного транспорта относится резкое снижение эффективности при увеличении расстояния транспортирования и зависимость от климатических условий.

Конвейерный транспорт (ленточные конвейеры) применяется на карьерах для перемещения горной массы в рыхлом и раздробленном (размер кусков до 400 мм) состоянии. Широкий диапазон изменения производительности конвейерных установок (до 15000 м3/ч) позволяет применять их в карьерах с различным грузооборотом. Достоинствами конвейерного транспорта являются возможность преодоления подъемов до 18о и поточность перемещения грузов. Последнее обеспечивает возможность полной автоматизации процесса транспортирования и позволяет более эффективно использовать погрузочное оборудование. Широкое применение ленточных конвейеров ограничивается быстрым износом конвейерной ленты, жесткими требованиями к размерам транспортируемых кусков горной массы и способу погрузки. Эффективность конвейерного транспорта существенно снижается при низких температурах и большой влажности транспортируемой горной массы. Конвейерный транспорт целесообразно применять на карьерах с мягкими породами при годовом грузообороте 20 млн. т и более.

Комбинированный транспорт для перемещения горной массы в одном направлении включает разные виды транспорта. Как правило, он применяется при разработке глубоких и нагорных месторождений. Автомобильно-железнодорожный транспорт с внутрикарьерным перегрузочным пунктом целесообразно применять на нижних горизонтах (120-150 м и ниже) при использовании на верхних горизонтах железнодорожного транспорта. Автомобильно-скиповой транспорт наиболее эффективен в условиях крутых залежей с ограниченными размерами в плане при глубине разработки более 150 м и устойчивых вмещающих породах, обеспечивающих надежную и безаварийную работу подъемников.

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Расчет производительности экскаватора — Мегаобучалка

 

По результатам расчета забоя делается окончательный выбор экскаватора, после чего рассчитывается нормативная и эксплуатационная производительность машины.

Для расчета нормативной производительности, м3/см, применяется зависимость

                           (53)

 

где tсм – продолжительность смены, ч; Нвр – норма времени согласно соответствующему параграфу ЕНиР Е2-1; 100 – переводной коэффициент.

Нормативная производительность экскаваторов с рабочим оборудованием «обратная лопата» и «драглайн» рассчитывается как при работе навымет, так и в транспорт с учетом налипания грунта, работы в забоях с мокрой подошвой и т.п. (см. приложение 3).

Для расчета эксплуатационной производительности экскаватора, м3/см, рекомендуется использовать зависимость

 

                  (54)

 

где Tц – время рабочего цикла, с; К° – коэффициент, учитывающий угол поворота на разгрузку; Кв – коэффициент использования экскаватора по времени в смену; при разработке навымет Кв = 0,9; при работе в транспорт с погрузкой на одну сторону Кв = 0,83; на две стороны Кв = 0,85; коэффициент наполнения ковша Кн не может превышать значения, приведенные в приложении 2, и зависит от условий наполнения ковша в спроектированном забое. Для успешного наполнения ковша нужно, чтобы:



 

                                          (55)

 

где hc – толщина снимаемой стружки; L* – необходимый путь наполнения ковша в забое; bк – ширина ковша (см. рис. 16).

 

 

Рис. 16. Путь наполнения ковша экскаватора «обратная лопата»

 

Возможная толщина стружки определяется из зависимости

 

                              (56)

 

где  — рабочее усилие на зубьях (режущей кромке) ковша:

для гидравлических экскаваторов

 

 

для механических экскаваторов

 

 

для драглайна

 

где S0 – усилие на зубьях (режущей кромке) ковша из приложения 2; P0 – сопротивление грунта копанию; Куд – удельное сопротивление грунта копанию (приложение 2).

Из (56):

                                        (56а)

 

Тогда можно найти необходимый путь наполнения ковша:

 

                                  (57)

 

Ковш экскаватора с рабочим оборудованием «прямая» и «обратная лопата» наполняется на пути L (рис. 16), длина которого зависит от глубины выемки и заложения откоса, при этом должна соблюдаться зависимость

 

                           (58)

 

 

Если LL*, необходимо определить фактический коэффициент наполнения ковша экскаватора , причем он должен быть не менее 0,65. Для увеличения пути наполнения ковша можно уменьшить угол заложения откоса α, внеся соответствующие изменения в схему забоя; в случае, если , уменьшается толщина стружки hc или выбирается ковш большей вместимости, что возможно на грунтах I-II группы трудности разработки.

Ковш экскаватора с рабочим оборудованием «драглайн» наполняется на пути L, значительно превышающим путь наполнения ковша у «обратной и прямой лопаты» (рис. 17):

 

 

Рис. 17. Путь наполнения ковша экскаватора «драглайн»

 

                                        (59)

                                                                                

где Lп – шаг перемещения экскаватора в забое (формулы 29, 40, 50), а

 

Выбор автосамосвала

Выбор автосамосвала как части комплекта машин при производстве земляных работ базируется на соответствии его параметров (вместимость и высота кузова, грузоподъемность) ранее выбранному экскаватору.

Число циклов экскаватора, необходимых для загрузки автосамосвала, зависит от расстояния транспортирования и принимается в пределах 3-9 шт., оптимально 4-6 шт. Для выбора автосамосвала определяется объем грунта, погруженного за оптимальное число циклов:

 

                           (60)

 

где n – оптимальное число ковшей; q – вместимость ковша экскаватора, м3; Kн – коэффициент наполнения ковша экскаватора (приложение 2).

По табл. 2.7. в приложении 2 выбирается автосамосвал с учетом коэффициента наполнения его кузова , который должен быть в пределах:

 

                         (61)

 

Тогда:

 

                                           (62)

 

Масса грунта Gг в кузове автосамосвала не должна превышать его грузоподъемность G более чем на 5%:

 

               (63)

 

где Kвл – коэффициент, учитывающий влажность грунта.

Для обеспечения бесперебойной работы экскаватора, являющегося ведущей машиной, необходимо определить потребность в транспортных средствах. При непрерывной работе в транспорт число автосамосвалов определяется по формулам:

 

                           (64)

 

                                       (64а)

 

где Та – время цикла транспортировки грунта автосамосвалом; tп – продолжительность погрузки; tм – время установки автосамосвала под погрузку (см. приложение 2).

Зависимость (64) используется при возможности установки машин под погрузку с двух сторон, а (64а) – с одной стороны экскаватора.

Продолжительность цикла автосамосвала Tа:

 

                   (65)

 

где  Lт – дальность транспортировки; Vср – средняя скорость движения автосамосвала груженого и без груза (Приложение 2). Порожний автосамосвал перемещается быстрее на 10-20%.

Полученное по формуле (64) количество машин округляется до целого числа в большую сторону.

Если экскаватор работает одновременно навымет и в транспорт, то число самосвалов:

 

                                     (66)

 

где Пн, Пт – производительность экскаватора при работе навымет и в транспорт; Vн,Vт – объем грунта, разрабатываемого навымет и в транспорт.

Если грунт для обратной засыпки завозится из карьера и продолжительность этой работы на данной стадии проектирования не определена, рассчитывается время завоза:

 

                     (67)

 

где Так – время цикла транспортировки грунта из карьера; Ттр рассчитывается в сменах и округляется в большую сторону до 0,5 смены.

Организация работы автосамосвалов наглядно показана на графике их движения (рис. 18).

 

 

Рис. 18. График движения автосамосвалов

 

Расчет производительности ЭНД — Расчёт производительности экскаватора непрерывного действия (энд) Цель работы


С этим файлом связано 11 файл(ов). Среди них: Создание вопроса с кратким ответом.docx, 325233.ppt, Землеройно-транспортная техника на ОГР.pptx, Тест В1.docx, Входной контроль 1 курсы.docx, доклад.docx, pereizbranie-.docx, ТЕСТЫ ТЭО.rtf, Лекция Технологическая оценка видов карьерного транспорта.docx, ТЕСТЫ ОГД.docx, Тесты ПМ 02.doc и ещё 1 файл(а).
Показать все связанные файлы
Подборка по базе: Бланки документов. Расчетно-платежная ведомость.doc, 1-побочные действия.docx, Ш. расчет интегр. бал. оц. тяж. тр. на РМ.docx, Курсовая работа Расчет себестоимости изделия.docx, Учет расчетов справка по ап.doc, Предвоенные взгляды на действия по содействию.docx, анализ 2 действия.ppt, Задача Расчет лов.работ.doc, 4 Расчет параметров оптического волокна.doc, 6th Year Literature Recommendation 202021Список литературы рабоч

Тест. Тема 3.4. Экскаваторы непрерывного действия (ЭНД)

Расчёт производительности экскаватора непрерывного действия (ЭНД)

Цель работы: освоить методику определения производительности ЭНД с различным рабочим оборудованием.

Задачи: студенты смогут проанализировать особенности конструкции и применения рабочего оборудования экскаваторов непрерывного действия, обосновать выбор основных параметров, оценить производительность экскаваторов непрерывного действия и пути её повышения.

Норма времени. 2 часа

Место проведения. Лаборатория МСМ

Оборудование. Методические указания для выполнения работы

Литература. Васильев Б.А. и др. Мелиоративные и строительные машины М.: Агропромиздат, 1987 г

Суриков В.В. и др. Мелиоративные и строительные машины М.: Колос, 1993 г

Шнейдер В.А. и Тищенко Н.А. Мелиоративные и строительные машины М.: «Колос» 1988

Задание

1. Рассчитать производительность ЭНД в соответствии с вариантом.

2. Сделать вывод, отразить возможные пути повышения производительности.

Методика расчёта

Техническая производительность ЭНД с ковшовым рабочим органом (м3 \ч):

Пт = 3600 q n kн / kp

где q – вместимость ковша, м 3

n – число разгрузок ковшей в единицу времени, с –1

для многоковшовых цепных экскаваторов принимают n = 0,33 … 0,66 с –1

для роторных экскаваторов – n = 2,7 … 2,9 c -1

kн , kр – коэффициенты наполнения ковшей и разрыхления грунта (смотри таблицу 1).

Таблица 1 – Коэффициенты, учитывающие свойства грунтов


Коэффициент

1 категория грунта

2 категория грунта

3 категория грунта

4категория грунта

kн

0,9 … 1,2

0,8 … 1,1

0,75 … 1,00

0,9 … 1,00

kр

1,08 … 1,17

1,14 … 1,28

1,24 … 1,3

1,26 … 1,32

kг для барового рабочего органа

1,0

0,44

0,31

0,13

kг для дискофрезерного рабочего органа

0,782

0,633

0,448

0,323

Пт =

Техническая производительность цепных скребковых ЭНД (м 3/ ч):

Пт = 3600 bc hcVц z x kp-1 > 3600 hт bт Vр

где bc , hc – ширина и высота транспортного скребка, м

Vц – скорость скребковой цепи, м/с (смотри таблицу 2)

z – коэффициент, учитывающий степень заполнения грунтом межскребкового пространства, принять z = 1 … 0,5

x – коэффициент, учитывающий потери грунта на раструску (смотри таблицу 2)

т , bт – глубина и ширина траншеи, м

Vр – рабочая скорость передвижения ЭНД, м /с

p – смотри таблицу 1

Таблица 2 – Значения коэффициента х


Vц , м\с

1

2

3

x

0,92

0,75

0,5

Пт =

Пт =

Пт = > Пт =

Условие выполняется (не выполняется)

Техническая производительность ЭНД с баровым рабочим органом (м3/ч)

Скрыть объявление

Пт = 3600 hт bтVрkпр kт kг

где kпр – коэффициент, учитывающий влияние на производительность глубины промерзания грунта Нпр (в м)

kпр = 0,83 / (Нпр – 0,1) =

kт = 0,30 … 0,98 – коэффициент учёта технологической схемы подготовки мёрзлого грунта к выемке

kг – коэффициент, учитывающий влияние грунта (смотри таблицу 1)

Пт =

Техническая производительность ЭНД с дискофрезерным рабочим органом (м3\ч)

Пт = 2826 (d2p — d2) b дф n д k г

где dp , d – наружный и внутренний диаметры фрезы, м

d = (0,75 … 0,80) d p =

nд – частота вращения фрезы, с — 1

bдф – ширина фрезы, принимаемая равной ширине траншеи, м

kг – коэффициент, учитывающий грунтовые условия работы фрезы (смотри таблицу 1)

Пт =

Таблица 3 – Исходные данные для расчёта


№ варианта

Марка экскаватора

Глубина траншеи,м

Катего- рия грунта

Ширина скребка, м

Высота скребка, м

Глубина промерзания грунта, м

ЭТЦ – 202Б

1,65

 

 

 

ЭТЦ – 208Д

1,95

 

 

0,85

ЭТЦ – 165А

1,55

0,4

0,1

 

ЭТР – 204А

1,75

 

 

 

ЭТЦ – 208В

1,81

0,6

0,03

 

ЭТР – 224А

2,05

 

 

 

ЭТЦ – 252А

2,35

0,8

0,09

 

ЭТР — 134

1,0

 

 

 

ЭТР – 223А

2,15

 

 

 

ЭТР — 254

2,2

 

 

 

ЭТЦ — 161

1,3

0,19

0,09

 

ЭТЦ — 2010

1,65

0,2

0,1

 

ЭТР – 253А

2,45

 

 

 

ЭТЦ – 406А

3,95

 

 

 

ЭТЦ –163А

1,35

0,27

0,09

 

ЭТЦ – 202Б

1,8

 

 

 

ЭТЦ – 208Д

1,85

 

 

1,2

ЭТЦ – 165А

1,55

0,4

0,09

 

ЭТР – 204А

1,95

 

 

 

ЭТЦ – 208В

1,83

0,6

0,025

 

ЭТР – 224А

2,1

 

 

 

ЭТЦ – 252А

2,5

0,8

0,1

 

ЭТР — 134

1,25

 

 

 

ЭТР – 223А

2,0

 

 

 

ЭТР — 254

2,25

 

 

 

ЭТЦ — 161

1,4

0,4

0,085

 

ЭТЦ — 2010

1,61

0,2

0,08

 

ЭТР – 253А

2,45

 

 

 

ЭТЦ – 406А

3,7

 

 

 

ЭТЦ –163А

1,55

0,27

0,09

 

Методика расчёта

Скрыть объявление

Таблица 4 — Технические характеристики ЭНД


Марка ЭНД

Тип р.о.

Размеры траншеи, глубина — ширина м

Рабочие скорости ЭНД, м/с

Скорость цепи, м/с

Вместимость ковша, л

Диаметр ротора (фрезы), м

Частота вращения фрезы, с-1

ЭТЦ – 406

Ковшовый

4,5 – 0,66

17,5 – 150

До 1,87

 

 

ЭТЦ – 202Б

Ковшовый

2,0 – 0,5

15 – 590

0,78; 1,31

 

 

ЭТЦ –2010

Скребковый

2.0 – 0,2

90 – 1000

1,25; 3,1; 4,0

 

 

 

ЭТЦ – 165А ЭТЦ – 163 ЭТЦ – 161

Скребковый

1,6 – 0,2; 0,27; 0,4

20 – 800

0,8; 1,2; 1,5; 2,5

 

 

 

ЭТЦ – 252А

Скребковый

2,5 – 0,8

5 – 150

0,8; 1,25

 

 

 

ЭТЦ – 208В

Скребковый

2 – 0,6

20 – 530

1,7; 2,4

 

 

 

ЭТЦ – 208Д

Баровый

2 – 0,14

20 – 470

1,63; 2,65

 

 

 

ЭТР – 134А

Дискофрезерный

1,3 – 0,28

10 – 480

 

 

2,36

0,13

ЭТР – 204А

Ковшовый

2 – 1,2

10 – 300

 

3,55

0,13; 0,158

ЭТР – 224А

Ковшовый

2,2 – 0,85

10 – 300

 

3,83

0,12; 0,15

ЭТР – 223А

Ковшовый

2,2 – 1,5

10 – 300

 

3,83

0,12; 0,15

ЭТР – 254

Ковшовый

2,5 – 1,8

20 – 500

 

4,35

0,128

ЭТР – 253А

Ковшовый

2,5 – 2,1

20 – 280

 

4,5

0,133

Методика расчёта

Тест. Тема 3.4. Экскаваторы непрерывного действия (ЭНД)

1. Дополнить. Экскаваторы непрерывного действия – это ___1____ машины, непрерывно разрабатывающие и одновременно ____2____ грунт в ___3___ или транспортное средство. Разрабатывают грунты 1, 2, 3 группы без крупных ___4____ включений и абсолютно ____5___ грунты 4 группы.

2. Указать марки карьерных экскаваторов

a) ЭТР-253А

b) ЭР-1001А

c) ЭМ-201А

d) ЭТЦ-252А

3. Указать марки ЭНД, у которых ёмкость ковшей 25 л.

a) ЭМ-252Б

b) ЭТЦ-252А

c) ЭР-2501А

d) ЭТР-253А

4. Написать марку роторного ЭНД, если глубина прокладываемой траншеи 1,3 м, ширина траншеи 0,28 м, 4-я модель, 1-я модернизация.

5. Указать марки ЭНД, которые могут проложить траншею глубиной 2 м.

a) ЭМ-201А

b) ЭТЦ-202Б

c) ЭТЦ-208В

d) ЭТР-253А

e) ЭТЦ-165А

f) ЭТР-224А

6. Указать марку экскаватора, который может проложить траншею шириной 0,28 м.

a) ЭТЦ-202Б

b) ЭТЦ-165А

c) ЭТЦ-208Д

d) ЭТР-134А

e) ЭТР-204А

7. Указать, в каких пунктах не отражены пути повышения производительности ЭНД.

a) постоянная работа на максимальных рабочих скоростях

b) использование острых зубьев и режущих кромок ковшей

c) расположение зубьев по схеме

d) использование очистительных устройств для ковшей

e) использование ленточных конвейеров

f) сокращение простоев машины по различным причинам

g) минимальная загрузка двигателя

8. Указать пункты, не отражающие направления и перспективы развития ЭНД.

a) применение различных дополнительных устройств (обрушители, откосники и т.д.), обеспечивающих работу машин в неустойчивых грунтах и увеличивающих их универсальность

b) применение в качестве базовых машин специально созданных для каждого ЭНД конструкций

c) применение бесступенчатого регулирования рабочей скорости в 2-х, 4-х диапазонах

d) придание рабочему оборудованию (землеройному и отвальному) 2-х или 4-х скоростного режима

e) применение унифицированного ряда режущего инструмента

9. Указать недостатки цепных траншейных экскаваторов.

a) большие габаритные размеры

b) относительно большая масса

c) энергоёмкий процесс разработки грунта

d) небольшая глубина прокладываемой траншеи

e) относительно небольшая ширина прокладываемой траншеи

10. Указать недостатки роторных траншейных экскаваторов.

a) большие габаритные размеры

b) относительно большая масса

c) энергоёмкий процесс разработки грунта

d) небольшая глубина прокладываемой траншеи

e) относительно небольшая ширина прокладываемой траншеи

11. Указать марки ЭНД со скребковым рабочим органом

a) ЭТЦ-208Д

b) ЭТЦ-252А

c) ЭТЦ-165А

d) ЭТЦ-202Б

e) ЭТЦ-208В

f) ЭТЦ-163

12. Указать марки ЭНД, у которых рабочий орган не баровый и не дискофрезерный.

a) ЭТР-204А

b) ЭТР-224А

c) ЭТЦ-208Д

d) ЭТЦ-202Б

e) ЭТЦ-208В

f) ЭТЦ-165А

g) ЭТР-134А

13. Какой вид ходового оборудования не используется на ЭНД?

a) гусеничное уширенно-удлинённое

b) гусеничное раздвижное

c) пневмоколёсное

d) шагающее

e) плавучее

f) колёсно-рельсовое

14. Указать марки ЭНД, у которых не используется ленточный конвейер.

a) ЭТЦ-202Б

b) ЭТЦ-252А

c) ЭТЦ-208В

d) ЭТЦ-165А

e) ЭТР-204А

f) ЭТР-224А

g) ЭТР-134А

Эталон к тесту


№ вопроса

Правильный (эталонный) ответ

1 – землеройные; 2 – транспортирующие; 3 – отвал; 4 – каменистых; 5 – однородные

b) ЭР-1001А c) ЭМ-201А

a) ЭМ-252Б

ЭТР-134А

b) ЭТЦ-202Б c) ЭТЦ-208В d) ЭТР-253А f) ЭТР-224А

b) ЭТЦ-165А d) ЭТР-134А

a) постоянная работа на максимальных рабочих скоростях e) использование ленточных конвейеров g) минимальная загрузка двигателя

b) применение в качестве базовых машин специально созданных для каждого ЭНД конструкций

b) относительно большая масса c) энергоёмкий процесс разработки грунта e) относительно небольшая ширина прокладываемой траншеи

a) большие габаритные размеры b) относительно большая масса d) небольшая глубина прокладываемой траншеи

b) ЭТЦ-252А c) ЭТЦ-165А e) ЭТЦ-208В f) ЭТЦ-163

a) ЭТР-204А b) ЭТР-224А d) ЭТЦ-202Б e) ЭТЦ-208В f) ЭТЦ-165А

d) шагающее

c) ЭТЦ-208В d) ЭТЦ-165А g) ЭТР-134А

Какова производительность экскаватора в час и в смену? Расчет эксплуатационной производительности экскаватора

Спецтехника бывает самых различных видов, но среди них больше всего выделяются экскаваторы, так как они используются чаще всего. Их вы можете найти в специализированных магазинах в огромном разнообразии, но также можете и заказать их в аренду на день или несколько дней, чтобы они выполнили свою задачу и отправились на место. Это позволит вам сэкономить, не покупая целую машину для разового использования. Однако прежде чем арендовать экскаватор, вам нужно будет задуматься о том, как именно вы будете его использовать, в каких условиях, а также какие цели вы перед ним ставите. И с учетом этого вам стоит изучить производительность экскаватора, так как это самый главный его параметр, который позволит вам понять, на какое время вам нужно его взять, а также не стоит ли задуматься о более мощной модели. Что же представляет собой производительность? И какие виды этого параметра существуют?

Работа экскаватора

Итак, чтобы вести разговор о том, какова производительность экскаватора, вам нужно иметь представление о том, что именно он может делать на строительной или рабочей площадке. Как вы понимаете, основная его функция – это выработка грунта, то есть выкапывание земли и складирование ее рядом с образующейся ямой. Но это далеко не единственная задача – например, экскаватор может также грузить как грунт, так и другие материалы в кузов самосвала. Таким образом, он может выполнять разнообразные задачи на площадке, но при этом стоит понимать, что все они используют одни и те же инструменты, а также подразумевают примерно одинаковые действия. Соответственно, производительность данного вида спецтехники можно будет вычислить без особых проблем. Для этого вам нужно просто понимать, какие переменные являются ключевыми, после чего составляются простейшие уравнения, позволяющие моментально вычислить производительность экскаватора.

Основные переменные

Итак, что же вам нужно учитывать, чтобы максимально точно рассчитать производительность экскаватора? Естественно, вы должны понимать, что существует несколько видов производительности, для которых будет своя собственная формула, в которой могут участвовать другие переменные, поэтому универсального набора не существует. Но практически везде можно встретить показатель вместимости или объема ковша, который является самым важным при выполнении расчета. Ну а остальными переменными могут быть и число циклов повторяющихся действий в единицу времени, различные коэффициенты, если они учитываются, например, коэффициент разрыхления грунта, а также даже время, которое затрачивается на выгрузку, поворот ковша и так далее. В общем, вам нужно будет учитывать очень многие параметры, чтобы максимально точно могла быть подсчитана любая, даже эксплуатационная производительность экскаватора, которая является самым востребованным видом данных.

Теоретическая производительность

Ни для кого не секрет, что эксплуатационная производительность экскаватора является самым важным видом, так как она максимально приближена к реальным расчетам. Но о ней речь пойдет позже, так как ее можно отнести к практическим типам. А для начала лучше обратить внимание на теорию, а именно на теоретическую производительность, которую также называют конструктивной. С ее помощью можно рассчитать объем работ, который экскаватор может совершить за час без перерывов. Для этого общая вместительность ковша умножается на количество циклов, совершаемых машиной, а также на 60, чтобы узнать результат. Он будет выражен в кубических метрах в час. Именно так и производится расчет производительности экскаватора на бумаге, но все прекрасно знают, что идеальных условий не существует, поэтому для более практического подхода существуют другие формулы

Техническая производительность

Расчет производительности экскаватора, которая называется технической, отличается тем, что здесь к вниманию принимаются условия, в которых спецтехника работает. Это значит, что между собой перемножаются объем ковша, коэффициент его наполнения, а также число циклов с учетом условий деятельности в конкретном месте, разделенный на коэффициент разрыхления грунта. Естественно, все это также умножается на шестьдесят, чтобы получить результат в метрах кубических в час, что является стандартной мерой измерения производительности конкретно экскаваторов. Но при этом не учитывается очень важный параметр – это неизбежные простои, которые случаются в процессе работы. Нет тех условий, в которых экскаватор мог бы работать без малейших перерывов и заминок. Именно для этого вам и нужно рассчитывать эксплуатационную производительность экскаватора в час, так как она является наиболее приближенной к реальности.

Эксплуатационная производительность

Чаще всего рассчитывается эксплуатационная производительность экскаватора в смену, так как в пределах часа бывает довольно сложно учесть все возможные простои и заминки. Но, естественно, для этого сначала нужно произвести подсчеты для одного часа, чтобы затем высчитать усредненный показатель для смены. И в данном случае вам придется потрудиться, так как формула для данного типа производительности является самой сложной. Но так кажется только на первый взгляд, потому что на самом деле данная формула полностью повторяет предыдущую, только дополняя ее еще одной переменной – коэффициент использования машины в течение конкретного времени, именно он и определяет все простои и заминки. В результате, как и в предыдущих случаях, получается производительность экскаватора м3 в час, что очень удобно затем использовать для перевода в смены – естественно, в зависимости от их продолжительности.

Нормативная производительность

Данный вид производительности практически полностью соответствует эксплуатационной, но только представлена в виде нормативов, то есть значений, которым должны соответствовать определенные типы экскаваторов. То есть данное значение – это объем работ, который должна выполнить конкретная машина за определенный промежуток времени с учетом всех рабочих условий.

Продолжительность цикла

Выше не раз фигурировало значение продолжительности цикла, но что же он собой представляет? Итак, цикл – это сумма четырех показателей продолжительности, которые вам обязательно нужно учитывать. Время на копание, поворот на выгрузку, непосредственно сам процесс выгрузки, а также поворот обратно для копания – сумма этих значений и образуют продолжительность одного цикла.

Расчет производительности экскаваторов — Студопедия

Выбор режима работы участка и рабочих

Режим работы разреза в соответствии с требованиями «Норм технологического проектирования угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик», 1986 г

Режим работы на основных процессах (добыча угля, подготовка и выемка вскрышных пород): 355 дней в году в 3 смены продолжительностью по 8 часов каждая.

Взрывные работы предусматривается проводить в дневное время суток.

Режим работы вспомогательных служб — 260 рабочих дней в году, в две смены продолжительностью 8 часов.

Расчет производительности экскаваторов

Расчет производительности экскаваторов и определение месячной нагрузки по участку

Определяем эксплуатационную производительность экскаватора по формуле:

Qэкспл= · ·kисп , м3/час;

Qэкспл( )=
Qэкспл( )=
Qэкспл( )=
Qэкспл( )=

где Е- емкость ковша, м3;

kнап— коэффициент наполнения ковша;

kраз — коэффициент разрыхления горной массы;

tu — время цикла, сек.;

kисп — коэффициент использования оборудования во времени.

Определяем сменную производительность экскаватора по формуле:

Qсм = Qэкспл·Тсм , м3/см;

Qсм( )=
Qсм( )=
Qсм( )=
Qсм( )=

где Тсм — продолжительность смены, час.

Определяем суточную производительность экскаватора по формуле:

Qсут =Qcм·ncм3/сут;

Qсут( )=
Qсут( )=
Qсут( )=
Qсут( )=

где — nсм — количество смен, см.

Определяем месячную производительность экскаватора по формуле:

Qмес = Qсут nрдн3/мес;

Qмес( )=
Qмес( )=
Qмес( )=
Qмес( )=

где — nрдн— количество рабочих дней по вскрыше, дн.

Полученные данные заносим в таблицу.

Таблица ____- Производительность экскаваторов.

Вид работ Тип оборудования Производительность, м3
сменная суточная месячная
Добыча        
       
Вскрыша        
       

Определяем сменную производительность автосамосвалов (по вскрыше и по добыче) по формуле:

Qсм.авт= ,м3/см;

Qсм.авт( )=
Qсм.авт( )=
Qсм.авт( )=
Qсм.авт( )=

где Vк – грузоподъёмность самосвала, т или м3;

Тсм – длительность смены, час;

Тр – время погрузки и разгрузки, мин.;

Kисп – коэффициент использования оборудования во времени.

Определяем число автосамосвалов для бесперебойной работы экскаватора:

nавт= ,шт.;

nавт( )=
nавт( )=
nавт( )=
nавт( )=

гдеQсм.экспл-эксплуатационная производительность экскаватора,м3;

Qсм.авт-сменная производительность автомобиля,м3.

Определяем объём бульдозерных работ по формуле:

Qб=Qвскр.см·kзаб, м3;

где kзаб – коэффициент заваленности забоя (0,5-0,8).

Определяем число работающих бульдозеров по формуле:

nб= , шт.;

где Пб – производительность бульдозера, м3.(800-1000)

Определяем инвентарный парк бульдозеров по формуле:


nб.п. = , шт.;

где d=0,7 – коэффициент использования бульдозерного парка.

Расчет производительности экскаваторов. Расчет количества автосамосвалов

⇐ ПредыдущаяСтр 38 из 92Следующая ⇒

Теоретическая производительность экскаватора в разрыхленной массе определяется по формуле

Пэ.т=60Еn, м3/ч (4.6)

где Е– емкость ковша, м3;

n – число ковшей, разгружаемых в минуту.

Для многоковшовых экскаваторов значение n дается в технической характеристике, а для одноковшовых оно определяется по формуле

где Тц.т– теоретическая продолжительность рабочего цикла, с.

Тогда , м3

Теоретическая производительность экскаватора приводится в паспорте, поэтому она также называется паспортной.

Техническая производительность экскаватора – максимальная часовая производительность экскаватора при непрерывной его работе в конкретных горно-геологических условиях. Часовая техническая производительность в плотной массе для многоковшовых экскаваторов определяется по формуле

Пэ.тех=60ЕnКэКз, м3

 

где Кэ– коэффициент экскавацииКэн.кр.к Кн.к– коэффициент наполнения ковша; Кр.к– коэффициент разрыхления породы в ковше;Кз– коэффициент забоя, учитывающий влияние вспомогательных операций.

где tр– длительность работы экскаватора с одного положения или при одном направлении движения ротора, с;tв– длительность одной передвижки или перемены направления движения ротора, с.

Часовая техническая производительность в плотной массе для одноковшовых экскаваторов определяется по формуле

, м3

где Тц.р– расчетное время рабочего цикла экскаватора в данном забое, зависящее от вида разрабатываемых пород и угла поворота экскаватора к разгрузке, с.

Тц.р=tч+tп.р+tп.з+tр, с

где tч— время черпания, с;tр– время разгрузки ковша, с;tп.р , tп.з– время поворота соответственно с месту разгрузки и к забою, с.

В наибольшей степени совершенство организации работ характеризует годовая производительность. Сменная эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

Пэ.смэ.техТсмКи.э, м3

где Тсм– продолжительность смены, ч;

Ки.э– коэффициент использования экскаватора во времени, зависящий от типа

применяемого оборудования в смежных технологических процессах.

Годовая эксплуатационная производительность экскаватора определяется по формуле

Пэ.гэ.смNднnдн, м3(4.13)

где Nдн– число рабочих дней в году;

nсм– число рабочих смен в сутки.

Число землевозных самосвалов N, необходимых для обеспечения бесперебойной работы экскаватора, определяется по формуле

N = 1 + (Тпр + Тус.р р + Тм) / (Тус.р н),

где Тпр – продолжительность пробега машины (самосвала) в оба конца при заданном расстоянии возки, мин,

Тус.р – продолжительность установки машины (самосвала) под погрузку (0,5…1 мин.),

Тр – продолжительность установки машины (самосвала) под разгрузку (0,5…1 мин.),

Тм – продолжительность разгрузки машины (0,3…0,5 мин.),

Тн – продолжительность загрузки машины.

Продолжительность пробега самосвала в оба конца (Тпр) в мин. определяется по формуле

Тпр = 2L/v · (×60),

где L – расстояние до места выгрузки грунта, км,

v – скорость движения автосамосвала, км/час (20…40 км/час),

(×60) – поправка, необходимая при переходе от часов к минутам.

Продолжительность загрузки машины (Тн) зависит от количества ковшей грунта, загружаемых в кузов самосвала, и от продолжительности рабочего цикла экскаватора.

Тн = nk Tц,

где Тн – продолжительность загрузки машины, мин.

nkчисло ковшей грунта, погружаемого в кузов самосвала (определяется грузоподъемностью выбранного самосвала и вместимостью ковша, обычно 3…4 ковша),

Tц – продолжительность цикла разработки грунта экскаватором с обратной лопатой в мин, определяется в соответствии с приложением «Б»

 




(PDF) Оценка фактической производительности экскаватора на строительной площадке с использованием видеоанализа

2352   Шопич и др., Фактическая производительность экскаватора на строительной площадке

строительные площадки. Journal of Construction Engineering and

Management, 145(4), стр. 04019019.

Ковачич, Б. (2013). Увод у Матлаб. В: Математички алати у

электротехники, уджбеник, Техничко велеучилище у Загребу,

стр.6-16.

Лю, К., Фэн, К., Сун, З., Луи, Дж., и Чжоу, Дж. (2019). Сравнение моделей глубокого обучения

для визуальной классификации грузовиков

с полной/пустой загрузкой при выполнении земляных работ. прикладной

наук, 9(22), с. 4871.

Майни, В., и Сабри, С. (2017). Нейронные сети и глубокое обучение.

В: Майни, С. (ред.), Машинное обучение для людей, электронная книга,

, стр. 68–80, доступно по адресу https://everythingcomputerscience.

com/books/Machine%20Learning%20for%20Humans.pdf

[по состоянию на 11 марта 2020 г.].

MathWorks. Доступно по адресу https://www.mathworks.com/products/

matlab.html [по состоянию на 11 марта 2020 г.].

Mawdesley, MJ, Al-Jibouri, S.H., Askew, WH, & Patterson,

DE (2002). Модель автоматизированной генерации

работ по планированию земляных работ. Строительные инновации, 2(4),

, стр. 249-268.

Мемарзаде, М., Голпарвар-Фард, М., и Ниблс, Дж. К. (2013).

Автоматизированное 2D-обнаружение строительной техники и

рабочих из видеопотоков объекта с использованием гистограмм ориентированных

градиентов и цветов.Автоматизация в строительстве, 32,

стр. 24-37.

Майкрософт. Доступно по адресу https://visualstudio.microsoft.com/

[по состоянию на 11 марта 2020 г.].

Мори, М., Ростамизаде, А., и Талвалкар, А. (2018). Вступление.

В: Бах, Ф. (ред.), Основы машинного обучения, Массачусетский технологический институт

Press, Кембридж, Массачусетс, Лондон, Англия, стр. 1-8.

Монтасер, А., и Мосели, О. (2012). RFID+ для отслеживания

земляных работ.В: Cai, H. (ed.), Construction

Research Congress 2012: Construction Challenges in a Flat

World in West Lafayette, Indiana, 2012. Американское общество

Civil Engineering (ASCE) Publication, Cdr edition (май 22,

2012), стр. 1011-1020.

Монтасер, А., и Мосели, О. (2013). Отслеживание операций скреперно-толкательного парка

с использованием беспроводных технологий. В: 4-я специализированная конференция по строительству

, Материалы Международной конференции

в Монреале, Квебек, 2013 г., Ежегодная конференция Канадского общества

по гражданскому строительству (CSCE 2013), CON-073-1 –

CON-073-10.

Монтасер, А., и Мосели, О. (2014). Грузовик+ для земляных работ

. Журнал информационных технологий в строительстве

(ITcon), 19 (25), стр. 412-433.

Монтасер А., Бакри И., Алшибани А. и Моселхи О. (2012).

Оценка производительности землеройных работ с использованием

пространственных технологий. Canadian Journal of Civil Engineering,

39(9), стр. 1072-1082.

Ндекугри, И., и Макдоннелл, Б.(1999). Риски, связанные с различными условиями площадки:

Сравнение FIDIC/инженерного и строительного контрактов.

Инженерно-строительный и архитектурный менеджмент, 6(2),

стр.177-187.

Фонд программного обеспечения Python. Доступно по адресу https://www.python.org

[по состоянию на 11 марта 2020 г.].

Радуйкович М., Буркар Дунович И., Долачек Алдук З., Наход М.М.,

и Вукоманович М. (2015). Uvod u organizaciju građenja. В:

Радуйкович, М.(ред.), Organizacija građenja, Sveučilište u

Zagrebu, Građevinski fakultet, Zagreb, стр. 15-55.

Резазаде Азар, Э. (2016). Идентификация строительной техники

с помощью распознавания на основе маркеров и камеры с активным увеличением.

Journal of Computing in Civil Engineering, 30(3), p. 04015033.

Резазаде Азар, Э., и Маккейб, Б. (2012). Автоматизированное визуальное

распознавание самосвалов в строительных видеороликах. Журнал

Вычисления в гражданском строительстве, 26 (6), стр.769-781.

Резазаде Азар, Э., Дикинсон, С., и Маккейб, Б. (2013). Сервер-

средство отслеживания взаимодействия с клиентами: система на основе компьютерного зрения

для оценки циклов загрузки грязи. Journal of Construction

Engineering and Management, 139(7), стр. 785-794.

Робертс, Д., и Голпарвар-Фард, М. (2019). Сквозное

обнаружение, отслеживание и анализ активности землеройного оборудования

, снятое на уровне земли. Автоматизация в строительстве,

105, с.102811.

Салем, А., Салах, А., Ибрагим, М., и Мосели, О. (2017). Исследование

факторов, влияющих на производительность подъемно-транспортного оборудования в проектах

землеройных работ с использованием теории нечетких множеств. International

Journal of Innovation, Management and Technology, 8(2),

стр. 151-154.

Шопич, М., и Вукоманович, М. (2019). Видеоанализ praćenja

kretanja i rada kamiona kipera na gradilištu. В: Zajednički

temelji 2019 – Sedmi skup mladih istraživača iz područja

gradevinarstva i srodnih techničkih znanosti, материалы конференции

в Риеке, Hrvatska, 2019, pp.107-113.

Шопич, М., Вукоманович, М., и Кар-Пушич, Д. (2018). Значение визуальных

технология за практику прогресса и производства продукции

земляных радова. e-Zbornik, elektronički zbornik radova

Građevinskog fakulteta Sveučilišta u Mostaru, 8(15), стр. 1-9.

Тиянич, К., Шопич, М., Марович, И., и Кар-Пушич, Д. (2019). Анализ

эффективности работы строительной техники как фактора устойчивости земляных работ

.В: Серия конференций IOP: Earth and

Environmental Science, IOP Publishing, 222(1), p. 012009.

TLD Видение сотрудничества. Доступно по адресу http://www.tldvision.com/

[по состоянию на 3 марта 2020 г.].

Веле, Х. (2017). Машинное обучение, глубокое обучение и искусственный интеллект:

в чем разница? В: Международная конференция специалистов по данным

День инноваций в Брюсселе, Бельгия, 2017 г.

Сяо, Б., и Чжу, З. (2018). Двумерное визуальное отслеживание в сценариях строительства

: сравнительное исследование.Журнал

Вычисления в гражданском строительстве, 32(3), с. 04018006.

Цзоу, Дж., и Ким, Х. (2007). Использование оттенка, насыщенности и значения цвета

пространства для анализа времени простоя гидравлического экскаватора. Журнал

Вычисления в гражданском строительстве, 21 (4), стр. 238-246.

Метод расчета активной стороны гидравлического экскаватора с обратной лопатой с неполным сопротивлением копанию в нормальном состоянии

Сопротивление копанию в нормальном состоянии является ключом к проектированию экскаватора и автоматизированной выемке грунта.Трудно точно предсказать, смоделировать или напрямую измерить сопротивление копанию в нормальном состоянии из-за неопределенностей в свойствах грунта и параметрах земляных работ. В данной работе предлагается исследовательская идея, использующая рабочее устройство в качестве точки входа для косвенного расчета сопротивления копанию в нормальном состоянии путем измерения параметров движения и интенсивности давления в цилиндре. На основе правила совмещения систем пространственных сил предложен способ совмещения и проектирования системы сопротивления копанию, при котором система проектируется в виде шести частей, а касательная сила, нормальная сила и изгибающий момент — в плоскости симметрия рабочего устройства являются объектами решения во избежание избыточных уравнений.На основе моделей кинематики и динамики экскаватора и условий равновесия сил и моментов рабочего органа получены уравнения для расчета сопротивления неполному копанию активной стороны. На основании этих уравнений параметры движения рабочего органа и данные об интенсивности давления в цилиндре, полученные путем измерения, используются для расчета сопротивления неполному копанию. Предлагаемая схема и процесс проверки используют сопротивление неполному копанию в качестве внешней нагрузки для получения смоделированного напряжения рабочего устройства посредством анализа переходных процессов.Смоделированное напряжение и измеренное напряжение, соответствующее положению точки измерения, извлекаются и сравниваются. Результаты показывают, что существует разница в размере численного значения между смоделированным и измеренным напряжением, но закон вариации очень согласован, что подтверждает правильность метода расчета. В данной работе предложен метод расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии без учета взаимосвязей между грунтом и орудием, который закладывает теоретическую основу для исследования характеристик сопротивления копанию в нормальном состоянии, а также как проектирование экскаваторов, так и автоматизированные земляные работы.

1. Введение

При земляных работах сопротивление копанию используется не только в конструкции экскаватора и его рабочего устройства, но и в предпосылке автоматизированной земляной работы [1]. Исследования сопротивления копанию в основном сосредоточены на ранних взаимосвязях между грунтом и инструментом и текущем имитационном моделировании сопротивления копанию.

Основываясь на предположениях, что грунт однороден, сплошен и изотропен, а ковш имеет простую форму и устойчиво движется, многие ученые предложили модели взаимодействия грунт-орудие, особенно уравнения для выражения тангенциальной силы сопротивления копанию и эмпирические формулы сопротивления копанию, которые более широко применяются с точки зрения проектирования и автоматизации экскаваторов.Используя модель взаимодействия грунт-инструмент, некоторые ученые предсказали и оценили силу копания или тяги, необходимую при выемке пластов внеземных горных пород [2, 3], а некоторые ученые также проанализировали и сравнили силы резания, предсказанные различными моделями [4]. , 5]. Результаты показывают, что при одинаковых условиях параметров грунта и параметров копания имеются большие различия в результатах сопротивления копанию, рассчитанных по разным моделям [5].

С развитием технологии численного моделирования для более точного прогнозирования сопротивления копанию дискретно-элементная модель стала предметом исследований в связи с грунтами, обладающими различными свойствами (несвязными, связными и адгезионными) [6–11].Coetzee и Els [6] создали двумерную имитационную модель процесса копания несвязных зернистых материалов, и результаты показывают, что метод дискретных элементов более точен в прогнозировании величины нагрузки на грунт, а также площади и местоположения деформации грунта, но имеет сравнительно низкую точность в прогнозировании поверхности разрушения материала, силы тяги и энергии тяги. Обермайр и др. [7, 8] использовали испытание на трехосное сжатие для проверки таких параметров, как угол внутреннего трения грунта.С учетом макромеханических характеристик грунта и установления сил сцепления между зернистыми элементами была создана модель прогнозирования силы тяги связного грунта на основе модели прогноза силы тяги несвязного грунта. С помощью этой модели было предсказано влияние глубины и ширины резания на тяговое усилие, и было обнаружено, что тяговое усилие связного грунта в три раза больше, чем у несвязного грунта.

Кроме того, на основе изучения копаемости и идентификации системы экскаватора многие ученые провели исследования, связанные с автоматическим копанием [12–16].Тафазоли и др. [12] разработали новый подход к экспериментальному определению параметров звеньев и коэффициентов трения. Этот метод удобен для косвенного измерения внешних сил и компенсации веса звеньев в экскаваторе с дистанционным управлением. Холл и Данешменд [13] обобщили некоторые практические методы анализа надежности и рассмотрели требования к данным по техническому обслуживанию, источники и проблемы. Тафазоли и др. [14], Саиди и соавт. [15] и Marshall et al. [16] исследовали экскаватор с дистанционным управлением и автономный экскаватор.

Подводя итог, можно сказать, что существующие методы исследования позволили создать модели взаимодействия грунт-орудие и имитационные модели для прогнозирования сопротивления копанию на основе идеализированных предположений о характеристиках грунта и режимах работы. Однако общие земляные работы сопряжены с большими сложностями и неопределенностями как в характеристиках грунта, так и в режимах работы. Общие земляные работы экскаватора на строительной площадке (неидеальное состояние) мы называем земляными работами в нормальном состоянии.Исследование сопротивления копанию в нормальном состоянии является ключом к проектированию экскаваторов и автоматизированных земляных работ. Однако характеристики грунта и режимы работы в нормальном состоянии земляных работ, как правило, изменчивы и их трудно предсказать, в результате чего сопротивление копанию в нормальном состоянии трудно точно предсказать, смоделировать или напрямую измерить.

Рабочее устройство, как сторона, оказывающая копающее действие в процессе копания, называется активной стороной, а грунт, как сторона, которая пассивно деформируется и смещается, называется пассивной стороной.В этой статье предлагается исследовательская идея, которая использует рабочее устройство в качестве точки входа для косвенного расчета сопротивления копанию путем измерения параметров движения рабочего устройства и интенсивности давления в цилиндре. Сначала предлагается метод объединения и проектирования системы сопротивления копанию, а затем на основе моделей кинематики и динамики экскаватора предлагается метод, использующий данные измерений рабочего органа для расчета сопротивления неполному копанию. , который больше не опирается на сложную модель взаимодействия инструмента с грунтом.Кроме того, в этом методе учитывается изгибающий момент, что позволяет избежать проблемы избыточных уравнений при решении сопротивления копанию. Наконец, идея постоянства закона изменения напряжения используется для проверки этого метода с помощью экспериментов по выемке грунта в нормальном состоянии.

2. Комбинирование и проектирование системы сопротивления копанию

Из-за неоднородности грунта, помимо положительной нагрузки, сопротивление копанию включает также смещенную нагрузку и поперечную силу.Однако в общих ситуациях смещенная нагрузка и боковая сила относительно малы, и из-за двусторонней симметрии рабочего устройства большинство ученых упростили сопротивление копанию как систему плоских сил в плоскости двусторонней симметрии рабочего устройства; то есть рассматривается только действие положительной нагрузки.

Как показано на рис. 1(а), Hemami et al. [17] разделил сопротивление копанию на шесть частей. На рисунке для соответствия силе, компенсирующей вес нагруженного грунта, сопротивлению уплотнению ненагруженного грунта, силам трения, сопротивлению резанию, инерционной силе (для нагруженного грунта) и силе перемещения пустое ведро.Этот метод классифицирует сложную систему сопротивления копанию на шесть сил с различными свойствами; хотя это помогает раскрыть механизм взаимодействия почвы и орудия, величину силы трудно определить количественно. В качестве эталона используется модель сопротивления копанию с плоской клиновидной кромкой. Чен и др. [18] упростили систему сопротивления копанию, действующую на ковшовое устройство, как тангенциальную силу и нормальную силу, действующую на вершины зубьев ковша (рис. 1, б), и предложили метод измерения и расчета сопротивления копанию. основываясь на этом.Конкретный процесс расчета заключается в произвольном выборе двух уравнений из трех уравнений равновесия моментов рабочего устройства и решении двух неизвестных чисел, тангенциальной силы и нормальной силы, что приводит к проблеме избыточных уравнений. Результаты показывают, что существуют большие различия в тангенциальной силе и нормальной силе, полученных из разных уравнений.

Чтобы решить вышеуказанную проблему, необходимо вернуться к реальному состоянию ковшовых земляных работ.В процессе земляных работ в обычном состоянии ковш и грунт находятся в непосредственном контакте и взаимодействуют. Внутренняя и внешняя контактные поверхности ковша подвергаются силе трения и силе выдавливания, а зубья ковша и режущая кромка подвергаются сопротивлению раздавливанию, создаваемому разломом и течением почвы. Сопротивление грунта, испытываемое всем ковшом, представляет собой сложную систему пространственных сил, изменяющуюся во времени, которую называют системой сопротивления копанию.Исходя из правила сочетания систем сил, произвольная система сил в пространстве может быть объединена в любой точке, чтобы стать равнодействующей силой и равнодействующей парой сил, а также может быть спроецирована на произвольную декартову систему координат.

Режущая кромка является одной из ключевых частей, позволяющих выдерживать воздействие грунтовых препятствий. Для облегчения исследования точка J (середина режущей кромки) является точкой синтеза системы сопротивления копанию (начало системы координат), а траектория движения точки J обозначается как траектория копания.Плоскость, на которой расположена траектория копания (при условии отсутствия вращательного движения в процессе копания), т. е. плоскость двусторонней симметрии рабочего органа, является проекционной поверхностью для системы сопротивления копанию. На этой проекционной поверхности тангенциальное направление и нормальное направление траектории копания используются в качестве оси X и оси Y декартовой системы координат, а ось Z определяется согласно право- правило рук.Как показано на рис. 2(а), установлена ​​проекционная система координат JXYZ сопротивления копанию. Система сопротивления копанию объединяется в точке J, образуя равнодействующую силу и равнодействующую пару сил, и проецируется на оси X , Y и Z . В соответствии с направлением действия проекции равнодействующих сил на оси X , Y и Z называются тангенциальной силой, нормальной силой и поперечной силой соответственно; в соответствии с характеристиками действия проекции равнодействующих пар сил на оси X , Y и Z называются крутящим моментом , вращательным моментом и изгибающим моментом соответственно.

Из-за неопределенности объекта копания и способа копания практически невозможно получить прямое решение равнодействующих сил и равнодействующих сил-пар. Метод, который можно попробовать, заключается в нахождении их проекций на координатных осях, то есть нахождении шести компонентов на рисунке 2(а). Однако решить одновременно эти шесть компонентов непросто. Поэтому в данной работе сначала решаются три неизвестные величины для системы сопротивления копанию, спроецированные на плоскость симметрии рабочего органа, то есть тангенциальная сила , нормальная сила и изгибающий момент , как показано на рис. 2(б). ).В данной статье эти три компонента называются сопротивлением неполному копанию. Процесс решения неполного сопротивления копанию не только позволяет избежать сложности системы сопротивления копанию, но также позволяет избежать проблемы избыточных уравнений, вызванных упрощением.

3. Метод расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии

Гидравлический экскаватор имеет несколько степеней свободы. В процессе копания нормального состояния много сложных действий.Чтобы определить положение и координаты каждого компонента, необходимо создать кинематику. Процесс копания является динамическим процессом. Чтобы определить сопротивление копанию, сначала необходимо создать динамическую модель, а затем, наконец, получить модель для решения сопротивления копанию путем анализа сил.

3.1. Кинематика Модель

Установлена ​​система координат D-H гидравлического экскаватора (рис. 3) [19, 20]. Связь между соседними системами координат ( и ) может быть выражена следующими четырьмя параметрами: расстояние смещения (расстояние от оси до оси по оси ), угол (угол от оси до оси по оси ), длина стержня (расстояние от оси к оси вдоль оси ) и угол кручения (угол от оси к оси вдоль оси ).Кроме того, устанавливается положительным, когда совпадает с положительным направлением оси ; устанавливается положительным, когда против часовой стрелки; устанавливается положительным, когда совпадает с положительным направлением оси; и устанавливается положительным в направлении против часовой стрелки.


Согласно принципу построения системы координат D-H — расстояние от стрелы с точкой крепления А до высоты поверхности отключения, а . – расстояние от стрелы с точкой крепления A до оси вращения главного двигателя, , , – длины стрелы AB, рукояти BQ и ковша QJ соответственно., и . Пусть координаты любой точки пространства в i -й системе координат равны, а координаты в j -й системе координат равны .

Набор и ; тогда,где и – соответственно матрицы преобразования между соседними системами координат и .

3.2. Dynamics Model

Общая форма уравнения динамики для лагранжевой системы имеет вид [12, 14], где упоминается как функция Лагранжа, где K представляет кинетическую энергию системы, а P представляет собой потенциальную энергию система; сила или момент, действующие на i -ю систему координат; n – количество обобщенных звеньев; представляет обобщенные координаты; и представляет обобщенную скорость.Для экскаватора – момент, действующий на систему координат , , стрела, рукоять и ковш – соответственно второе, третье и четвертое обобщенные звенья, а и соответствуют и соответственно.

Пусть будет любая точка на обобщенном звене i . Согласно формуле (1), где представляет собой матрицу преобразования локальной системы координат в базовую систему координат .

Скорость точки P равна

Квадрат скорости точки P равен

Задается как масса точки P ; тогда его кинетическая энергия равна

. Проинтегрируйте приведенное выше уравнение по звеньям и , чтобы получить кинетическую энергию звена и :где псевдоинерционная матрица звена и .В формулах (5)-(8) и представляют производные i -й и j -й обобщенных координат по матрице преобразования соответственно.

Кинетическая энергия приводного устройства звена и равна

Суммарная кинетическая энергия системы экскаватора определяется по формулам (8)-(9):

Суммарная потенциальная энергия системы экскаватора

Подставив формулы (10) и (11) в формулу (3), получим уравнение динамики системы гидравлического экскаватора: где , , и , где представляет производную второго порядка матрицы преобразования по двум обобщенным j -й и k -й координаты.

3.3. Модель расчета сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии

Как описано выше, в формуле (12) есть момент, действующий на систему координат . Для построения модели сопротивления копанию сначала необходимо провести силовой анализ для получения результирующих моментов, действующих на каждую систему координат рабочего органа экскаватора.

По сумме результатов системы сопротивления копанию в центре симметрии J-точка режущей кромки во втором сечении, за исключением силового, силового положения в плоскости симметрии рабочего органа гидравлического экскаватора как показано на рисунке 4., и представляют собой усилия гидроцилиндра стрелы, гидроцилиндра рукояти и гидроцилиндра ковша соответственно, а представляет собой усилие звена KL, действующее на точку шарнира L. Имеется определенная отношение между и , то есть . Результирующие моменты, действующие на систему координат стрелы , систему координат рукояти и систему координат ковша, равны


Одновременное использование формул (12) и (13) приводит к формуле равновесия моментов ), содержащий три компонента сопротивления копанию.Неполное сопротивление копанию может быть получено путем решения этих уравнений, но все шесть компонентов системы сопротивления копанию не могут быть получены полностью; поэтому эти уравнения называются моделью расчета сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии:

Для данного экскаватора известны геометрические размеры и распределение масс. Используя модели кинематики и динамики экскаватора, установленные в предыдущем тексте, функции для относительного угла , угловой скорости и углового ускорения между различными системами координат даны в правой части уравнений в формуле (14).Следовательно, если эти параметры движения измерены, то правая часть уравнений может быть определена. В то же время, если измерять относительный угол между различными системами координат, то в соответствии с кинематической моделью экскаватора направление каждой действующей силы в левой части уравнений в формуле (14), а также плечо момента также могут быть определены векторы, соответствующие различным действующим силам. Если собрать данные об интенсивности давления в цилиндре, то можно получить усилия, прикладываемые к рабочему органу гидроцилиндрами, поэтому можно определить , , и .По механизму передачи усилия можно рассчитать усилие (), передаваемое от гидроцилиндра ковша к звену KL, чтобы в конечном итоге воздействовать на точку шарнира L.

Таким образом, если параметры движения компонентов и данные об интенсивности давления в цилиндре могут быть измерены, за исключением сопротивления неполному копанию, то все остальные переменные в формуле (14) могут быть определены. Переменные сопротивления неполному копанию , и можно получить, решая формулу (14).В этом методе нет необходимости учитывать характеристики грунта, форму ковша и параметры копания, а также нет необходимости учитывать взаимосвязь взаимодействия грунт-орудие; сопротивление неполному копанию может быть рассчитано путем измерения параметров движения активной стороны главного двигателя экскаватора и сбора данных об интенсивности давления в цилиндре. Мы называем этот метод методом расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии.

4. Экспериментальная проверка

Схема проверки была разработана для метода расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии (рис. 5). Сначала параметры движения каждого компонента и собранные данные об интенсивности давления в цилиндре были подставлены в формулу (14) для расчета сопротивления неполному копанию. Затем была рассчитана нагрузка каждого компонента рабочего устройства в соответствии с уравнениями равновесия сил и моментов для стрелы, рукояти и ковша с использованием анализа переходных процессов для получения смоделированного напряжения для каждого компонента.Наконец, моделируемое напряжение и измеренное напряжение сравнивались. Если они соответствовали друг другу, то нагрузка, приложенная для моделирования, была правильной. Затем правильность нагрузки предполагала, что сопротивление неполному копанию было правильным, поэтому метод расчета активной стороны для сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии можно было проверить в обратном направлении.


Согласно схеме валидации необходимо измерить параметры движения каждой детали в процессе копания в нормальном состоянии, а также собрать данные об интенсивности давления в цилиндре и напряжениях рабочего органа.

4.1. Создание измерительной платформы
4.1.1. Измерение углового смещения

Три датчика углового смещения типа NS-RB использовались для раздельного измерения углового смещения стрелы относительно рамы, рукояти относительно стрелы и ковша относительно рукояти. Ось вращения датчика углового перемещения оставалась концентрически и жестко соединена с осью штифта измеряемого компонента через муфту вала. Внешний корпус датчика угловых перемещений жестко соединялся с измеряемым элементом через монтажную стойку.

4.1.2. Измерение интенсивности давления

Шесть датчиков давления типа NS-F (0~50 МПа) использовались для раздельного сбора данных об интенсивности давления полости штока и полости без штока для гидравлических цилиндров стрелы, штока ковша и ковша. Их монтажные позиции были зарезервированными точками измерения давления каждого приводного гидроцилиндра.

4.1.3. Измерение напряжения

Розетки деформации под прямым углом 45° использовались для отдельного измерения деформации в точках измерения в направлениях 0°, 45° и 90°.Подход, использованный для шунтирования розеток деформации, представлял собой метод 1/4 шунтирования, а компенсационные линии использовались для компенсации сопротивления проводника. Динамическое напряжение было более очевидным в местах на рабочем устройстве с большим напряжением при изменении нагрузки, и корреляция с сопротивлением копанию была сильнее. Выбор этих положений в качестве точек измерения может лучше подтвердить сопротивление копанию. Было выбрано восемь точек измерения динамических напряжений по форме отказа рабочего органа экскаватора и общему закону распределения напряжений в сочетании с необходимостью приклеивания накладки тензодатчика.Расположение некоторых точек измерения показано на рисунке 6.

4.1.4. Система сбора данных

Многоканальная система сбора данных NS-DAC3000 использовалась для одновременного сбора сигналов обратной связи от трех датчиков углового смещения и шести датчиков давления. Многоканальный динамический статический тензометр ДРА-30А использовался для получения данных обратной связи в восьми точках измерения динамических напряжений. Временной интервал сбора данных был установлен на 10 миллисекунд во время теста.

Объект измерений – экскаватор с обратной лопатой г/п 36 т. Местом проведения испытаний стал некий испытательный полигон в Хучжоу, Китай. Объектом земляных работ был грунт III класса, смешанный с мелкими камнями (предложенный в данной статье метод расчета активной стороны сопротивления копанию не был связан с моделью взаимодействия грунт-орудие, поэтому такие характеристики, как плотность и вязкость грунта, не учитывались). в процессе измерения). Комплексная измерительная платформа, включающая измерения углового смещения, интенсивности давления и напряжения, показана на рис. 7.


4.2. Расчет сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии
4.2.1. Преобразование данных измерений

Фактические углы между стрелой и креплением, рукоятью и стрелой, ковшом и рукоятью были, где — начальное значение (минимальное значение) переменной шарнирного пространства рабочего органа, а и — , соответственно, начальное значение и значение измерения в реальном времени трех датчиков углового смещения.

Тяги гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша были где , , , , , и – измеренные интенсивности давления штоковой полости и бесштоковой полости гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша; , , , , , – диаметры интенсивностей штоковой и бесштоковой полостей гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша; , , и – числовые мощности гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша.

4.2.2. Подгонка данных измерений и расчет сопротивления копанию

Для устранения влияния шума и ударов в процессе измерения сначала был проведен процесс подгонки преобразованных данных для углового смещения и тяги цилиндра. Угловая скорость была получена путем взятия производной подгоночной функции для данных углового смещения по времени, а угловое ускорение было получено путем взятия производной угловой скорости по времени.Параметры движения (угловое смещение , угловая скорость и угловое ускорение ) каждой детали после подгонки и данные об усилиях гидроцилиндров подставлялись в формулу (14) для расчета тангенциальной силы , нормальной силы и изгибающего момента .

Для этого измерения было выполнено несколько копаний в разных рабочих условиях. Процесс копания в рабочих условиях I , выбранный в этой статье, иллюстрирует обработку данных измерений, решение и проверку сопротивления копанию.Рабочие условия I представляли собой эксперимент по копанию, при котором опытный оператор полностью загружал ковш в нормальном состоянии в соответствии с привычным режимом работы в основной рабочей зоне экскаватора. На рис. 8 показаны исходные данные и данные по угловому смещению, угловой скорости и угловому ускорению, а также исходные данные и данные по тяге гидроцилиндра, соответствующие процессу копания в рабочем состоянии I . Из рисунка 8 видно, что в этом случае процесса копания произошли большие изменения в угловом смещении ковша относительно стрелы и рукояти.Угловая скорость и угловое ускорение демонстрировали непрерывные колебания, а гидроцилиндр стрелы находился в пассивном состоянии напряжения до 4 с, а затем начал активно выдвигаться наружу для выполнения подъемного действия. По данным углового перемещения и кинематической модели экскаватора была получена восстановленная траектория процесса копания (рис. 9). Как показано на рис. 9, стрела, рукоять и ковш имеют большее количество взаимодействий в процессе копания, что указывает на то, что комбинированное копание является широко используемым режимом работы для копания в обычном состоянии.


На рис. 10 представлены результаты расчета сопротивления неполному копанию в процессе копания рабочего состояния I . F представляет результирующую силу системы сопротивления копанию, спроецированную на плоскость симметрии рабочего органа, а . Результаты на рисунке 10 показывают, что тангенциальная сила является основным компонентом равнодействующей силы F , поскольку нормальная сила относительно мала и ее направление непрерывно меняется в процессе копания.Влияние изгибающего момента меньше, чем влияние момента от тангенциальной силы на каждую точку шарнира. Приобретение сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии закладывает основу для исследований характеристик сопротивления копанию, что поможет при проверке прочностных характеристик и оптимизации конструктивного исполнения экскаваторов, а также при исследованиях по автоматизированной выемке грунта.


4.3. Расчет измеренного напряжения и смоделированного напряжения
4.3.1. Измеренное напряжение

Трехсторонняя розетка деформации могла регистрировать в режиме реального времени деформации , и , которые соответствовали точкам измерения в направлениях 0°, 90° и 45°. Были известны модуль упругости E и коэффициент Пуассона для материала в точках измерения рабочего органа. Максимальное и минимальное нормальные напряжения в точке измерения составили

Эквивалентное напряжение точки измерения было рассчитано согласно четвертой теории прочности:

Кривая изменения напряжения в процессе копания, соответствующая точке измерения, могла быть рассчитана путем подстановки данных деформации, полученных в результате измерения, в формулы (17) и (18).

4.3.2. Моделирование напряжения

Когда ковш касается почвы и отрывается от земли, сопротивление копанию явно изменяется, что может определить, находится ли экскаватор в состоянии копания. В качестве объекта имитационного анализа выбрана траектория в состоянии копания.

Используя сопротивление неполному копанию и усилия различных гидроцилиндров, полученные в разделе 4.2, была рассчитана сила в каждой точке шарнира рабочего органа в соответствии с уравнениями равновесия сил и моментов стрелы, рукояти и ковша, что то есть спектр динамической нагрузки каждого компонента в процессе эксплуатации в нормальном состоянии.

В Creo создана трехмерная модель стрелы и рукояти. Hypermesh использовался для создания на нем сетки и определения атрибутов материала и атрибутов элементов. Предварительно обработанная модель была введена в Patran. Стрела и рычаг рассматривались как консольные конструкции, и к ним применялись соответствующие ограничения и нагрузки. Нагрузки включают гравитационную нагрузку и динамическую нагрузку на каждую точку шарнира, меняющуюся во времени, и все нагрузки необходимо привести к соответствующей системе координат тела.После этого были проведены расчеты по моделированию динамического напряжения, чтобы получить закон изменения напряжения во времени для стрелы и рукояти при различных условиях копания.

5. Результаты и обсуждение
5.1. Сравнение смоделированного напряжения с измеренным напряжением

Спектр напряжения в каждой точке измерения был извлечен из результатов моделирования в разделе 4.3.2 и сравнен с измеренным напряжением. Диаграмма сравнения напряжений каждой точки измерения на стреле и рукояти в процессе копания рабочего состояния I показана на рисунке 11.

Из корреляции значений смоделированного напряжения и измеренного напряжения на рисунке 11 и каждого из других рабочих условий видно, что законы изменения смоделированного напряжения и измеренного напряжения были в высокой степени согласованными; измеренное напряжение, как правило, было больше, чем смоделированное напряжение, при этом точка измерения 3 и точка измерения 5 демонстрировали наиболее очевидные различия, близкие к 30% измеренного напряжения.

5.2. Обсуждение

При сравнении процесса измерения и процесса моделирования существует несколько возможных причин вышеупомянутой разницы: (1) Фактическая система сопротивления копанию в процессе измерения состояла из шести частей, но только неполное сопротивление копанию было решено в эта статья была применена в имитационную модель.Неполная внешняя нагрузка, приложенная к процессу моделирования, привела к тому, что смоделированное напряжение оказалось меньше измеренного напряжения. (2) В измерительном прототипе имелись влияющие факторы, такие как сварные швы и собственный вес. Эти факторы, которые не учитывались в процессе моделирования, привели к тому, что смоделированное напряжение оказалось меньше измеренного. (3) Произошло определенное отклонение между положением координат напряжения, извлеченным в имитационном модели, и положением фактической точки измерения, что вызвало определенное отклонение в моделируемом напряжении.

Точка измерения 3 и точка измерения 5 были симметрично распределены в положениях вершин коробчатой ​​конструкции по обеим сторонам изгибающейся балки стрелы. Поскольку они располагались по обеим сторонам коробчатой ​​конструкции, на них больше всего действовала боковая сила; в то же время из-за их близости к двум сварочным швам в месте изменения толщины стального листа они подвергались наибольшему воздействию сосредоточенного напряжения, создаваемого сварочными швами.Боковая сила в процессе моделирования не учитывалась, а также не учитывалось сосредоточенное напряжение, создаваемое сварными швами. Это основные причины, по которым измеренные напряжения в точке измерения 3 и точке измерения 5 были явно больше, чем смоделированные напряжения.

При сравнении смоделированных напряжений и измеренных напряжений в восьми точках измерения во всех измеренных рабочих условиях результаты соответствовали рисунку 11: смоделированное напряжение полностью соответствовало измеренному напряжению с точки зрения закона изменения, но были определенные различия в численных значениях (моделированное напряжение, как правило, меньше, чем измеренное напряжение).Высокая согласованность моделируемого и измеренного напряжений в законе вариации подтверждает правильность модели расчета (формула (14)), предложенной в данной работе, а разница в численном значении свидетельствует о том, что полнота (точность) модели требует быть улучшенным.

Как показано на проверенном соотношении на рис. 5, высокая согласованность закона вариации указывает на надежность процесса расчета смоделированного напряжения. Нагрузка является предпосылкой моделирования, а надежность процесса моделирования указывает на правильность нагрузки.Нагрузка получается путем расчета сопротивления неполному копанию, и правильность нагрузки указывает на правильность сопротивления неполному копанию и, таким образом, на правильность метода расчета активной стороны для сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии.

Как описано выше, основная причина такого различия заключается в том, что предложенный в данной статье метод расчета активной стороны сопротивления копанию в нормальном состоянии мог получить только сопротивление неполному копанию, а остальные три компонента для системы сопротивление копанию не рассчитывалось; следовательно, у них не было возможности стать нагрузками, которые можно было бы применить к имитационной модели.Мы предположили, что если бы оставшиеся три части системы сопротивления копанию можно было бы рассчитать, чтобы приблизить смоделированную нагрузку к фактической нагрузке, разница между смоделированным напряжением и измеренным напряжением еще больше уменьшилась бы.

6. Заключение

Для решения задачи решения задачи сопротивления копанию в нормальном состоянии по правилу совмещения систем пространственных сил предложен метод объединения и проектирования системы сопротивления копанию, а неполной сопротивление копанию стало целью, которую необходимо решить в этой статье.Предложен метод расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии на основе моделей кинематики и динамики экскаватора и уравнений равновесия моментов рабочего органа. Этот метод не требует учета характеристик почвы, формы ковша или параметров копания; сопротивление неполному копанию вместо этого рассчитывается по параметрам движения рабочего органа и собранным данным об интенсивности давления в цилиндре в процессе копания в нормальном состоянии.Это создает предпосылки для исследования сопротивления копанию в нормальном состоянии и закладывает теоретическую основу для проектирования экскаваторов и автоматизированных земляных работ.

Для обоснования метода расчета активной стороны сопротивления неполному копанию в нормальном состоянии была предложена схема измерения, расчета и проверки сопротивления копанию. С помощью комплексной измерительной платформы данные об угловом смещении и интенсивности давления, необходимые для расчета сопротивления копанию, и данные о напряжении, необходимые для проверки сопротивления копанию, были получены синхронно.Рассчитанное сопротивление неполному копанию в нормальном состоянии использовалось для расчета нагрузки на каждую точку шарнира по уравнениям равновесия сил и моментов рабочего органа, а смоделированные напряжения стрелы и рукояти получены методом анализа переходных процессов. При сравнении смоделированного напряжения, извлеченного из положения, соответствующего точке измерения, с измеренным напряжением, результаты показывают, что существует разница в величине (максимальное значение разницы близко к 30% измеренного напряжения), но изменение законы очень последовательны.

Метод комбинирования и проектирования системы сопротивления копанию и метод расчета сопротивления неполному копанию обеспечивают теоретическую основу и имеют значение в качестве эталона для полного решения шести неизвестных величин в системе сопротивления копанию.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, были размещены в репозитории figshare (DOI: 10.6084/m9.figshare.7613093; постоянный идентификатор: https://figshare.com/s/935ca15830608e7f8145).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарности

Эта работа финансировалась Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51605270), Исследовательским проектом по естественным наукам провинции Шэньси (№ 2019JQ-884), Научно-исследовательским проектом Департамента образования провинции Шэньси (№ 51605270). . 15JK1136) и Исследовательский проект Шэньсийского технологического университета (номер .SLGQD15-09).

Производительность гидравлического экскаватора методом ЦМР

Такаюки Коидзуми, Нобутака Тудзиучи, Юкимицу Томита, Факультет машиностроения, Университет Дошиша, Япония

Хироаки Андоу, Caterpillar Japan Ltd. –

В статье рассматривается процесс моделирования производительности копания с использованием метода дискретных элементов.

Защита окружающей среды является одной из основных задач при разработке любого вида промышленной продукции.Таким образом, процесс моделирования должен быть в состоянии точно предсказать производительность копания перед испытаниями прототипа машины. В данном исследовании была предпринята попытка объективно оценить продуктивность через индекс продуктивности, рассчитанный методом ЦМР.

 

Теория ЦМР

Базовый алгоритм

Силы, действующие на частицы во время движения, решаются в ЦМР с использованием уравнения движения Ньютона. Такие движения должны быть рассчитаны путем интегрирования тензора напряжений по времени.Когда частицы соприкасаются друг с другом, взаимодействуют силы отталкивания, сцепления и трения. Частицы рассматриваются как твердые тела, через которые можно проникнуть. Если частицы соприкасаются друг с другом, сила отталкивания рассчитывается по закону Гука. Помимо сил отталкивания между частицами действуют также силы трения.

 

Модель для имитации копания

Имитационная модель

При моделировании копания ковш и почва были представлены частицами.Соотношение между траекторией копания и производительностью оценивалось по количеству вырытого грунта и силе сопротивления, действующей на ковш при копании. Этот метод моделирования с помощью ЦМР облегчил расчет объема материала, собранного ковшом, и вариантов геометрии ковша; параметры грунта и ковша определялись как постоянные величины.

 

Имитационная модель

Почва

Параметры свойств грунта приведены в таблице 1.

Таб. 1 – ПОЧВЕННЫЕ УСЛОВИЯ
Частица Стена
Радиус 7,5е-3 [м]
Плотность 3e3 [кг/м3]
Модуль Юнга 4,9e6 [Па] 3,9e6 [Па]
Коэффициент Пуассона 0,23 0,25
Коэффициент демпфирования Минимум 5 [%]
Трение 0,7

Как копать склон:

1.почва была случайно помещена в контейнер и свободно упала

2. Для создания уклона был удален лишний грунт.

Ведро

Параметры ковша приведены в таблице 2. Габаритный чертеж и схема расположения частиц показаны на рисунке 1.

Рис. 1 – Модель ковша.

Геометрия ковша представлена ​​путем идентификации частиц в зависимости от их размера. Учитывая его ширину, максимальная грузоподъемность ковша составляет 6 человек.7 [кг].

Таб. 2 – ПАРАМЕТРЫ КОВША
TL_X 103,1 [мм]
TL_Y 189,0 [мм]
ТХ 103,1 [мм]
РА   65,0  [мм]
Ширина 185     [мм]
ГА    30,0    [°]
ТГ    59,8    [°]

 

Упрощенный метод копания траекторий

В качестве первого шага к копанию на основе интеллектуального стандартного алгоритма мы разработали упрощенную процедуру для создания траекторий копания; затем мы попытались понять влияние траекторий на продуктивность при определенных свойствах почвы.В соответствии с этой процедурой были определены четыре траектории копания, опорные точки которых показаны на рис. 2.

Рис. 2 – Реперные точки копания.

 

Техника для списка клеточных делений

Почва была разделена на несколько ячеек, и перед копанием был подготовлен список с указанием количества частиц, содержащихся в каждой ячейке.

Для этого моделирования было рассмотрено 5 × 5 ячеек по отношению к частице, поэтому для расчета силы реакции было необходимо n × 25 ячеек по отношению к n частицам.

 

Оценка производительности копания

Параметры для оценки производительности

Полезная нагрузка

Земля, обнаруженная в ковше в конце копания, считается полезной нагрузкой V2D. С учетом ширины ковша рассчитывается трехмерная полезная нагрузка.

Привод ковша

Можно рассчитать силу реакции на данное сечение ковша или силу на его вершине, а также силы реакции и трения, полученные снизу.Произвольное время копания t, умноженное на расстояние частиц ковша от оси вращения, определяется как l, сила реакции определяется как Fi, а крутящий момент, взаимодействующий с осью, рассчитывается по следующему выражению.

Определяется как крутящий момент сопротивления копанию и указывает на производительность копания.

Совокупная энергия рассчитывается путем умножения этого крутящего момента на угол поворота, чтобы выполнить интегрирование по времени. Результат интеграции рассматривается как энергоноситель.

 

Оценка производительности

Производительность – это соотношение полезной нагрузки и движущей силы при копании. Чем выше этот показатель, тем выше нагрузка, смещаемая при той же энергии движения, и тем выше производительность. Время копания определяется смещением ковша во времени (0 ~ n) от A до D.

 

Результаты

Оценка производительности для произвольных профилей копания

Были разработаны и оценены четыре простые траектории движения ковша.«Скорость» была установлена ​​на 0,1 [м/с], а для «глубины копания» и «коэффициента наполнения ковша» были установлены два уровня. «Глубина» была установлена ​​на 0,07 и 0,1 [м], а «отношение» — на 30 и 70 [%]. Параметры траектории приведены в таблице 3. Полученные результаты интересны и позволяют оценить влияние этих параметров на полезную нагрузку, энергетику и производительность.

Таб. 3 – ПАРАМЕТРЫ ОПОРНЫХ ПРИМЕРОВ
Траектория Скорость [м/с] Глубина [м] Соотношение [%] Производительность [кг/Дж]
1 0,1 0,07 30 4.169
2 0,1 0,07 70 3,673
3 0,1 0,1 30 4.321
4 0,1 0,1 70 2,987

Влияние скорости на траекторию

Мы сравнили влияние скорости на отдельные траектории. На рис. 3 (а) и (б) показана полезная нагрузка по сравнению с энергией для двух разных траекторий.Линиями показана скорость с запаздыванием по времени 0,05 [м/с]; чем выше скорость, тем светлее цвета линий. Проверить производительность копания легко и можно количественно оценить.

Рис. 3 – История продуктивности во времени.

 

Выводы

Почва и траектория движения влияют на производительность копания. Дополнительной причиной расхождения полученных результатов считается форма ковша. Траектории, предполагающие быстрое вращение ковша, имеют меньшую производительность.Линейная траектория, при которой нет быстрых поворотов ковша, а полезная нагрузка увеличивается постепенно, а также усилие привода ковша, показывает высокую производительность.

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ МАШИННЫХ РАСЦЕНОК

3. РАСЧЕТ МАШИННЫХ РАСЦЕНОК



3.1 Введение
3.2 Классификация затрат
3.3 Определения
3.4 Фиксированные затраты
3.5 Операционные затраты
3.6 Затраты на оплату труда
3.7 Циклы переменных усилий
3.8 Нормы содержания животных
3.9 Примеры

Удельная себестоимость лесозаготовки или дорожного строительства в основном получается путем деления затрат на объем производства. В простейшем случае, если вы арендовали трактор с оператором за 60 долларов в час, включая все расходы на топливо и другие расходы, и выкапывали 100 кубометров в час, удельные затраты на выемку грунта составили бы 0,60 доллара за кубический метр. Почасовая стоимость трактора с оператором называется ставкой машины.В тех случаях, когда машина и элементы производства не сдаются в аренду, для расчета ставки на машину необходимо рассчитать затраты на владение и эксплуатацию. Целью разработки расценок на машины должно быть получение цифры, которая, насколько это возможно, представляет стоимость работы, выполненной в существующих условиях эксплуатации и используемой системе учета. Большинство производителей машин предоставляют данные о стоимости владения и эксплуатации своего оборудования, которые служат основой для расценок на машины.Однако такие данные обычно нуждаются в модификации для соответствия конкретным условиям эксплуатации, и многие владельцы техники предпочтут подготовить собственные расценки.

Стоимость машины обычно, но не всегда, делится на фиксированные затраты, эксплуатационные расходы и затраты на оплату труда. Для некоторых анализов денежных потоков включаются только статьи, которые представляют денежный поток. Некоторые постоянные затраты, включая амортизацию и иногда начисление процентов, не учитываются, если они не представляют собой оплату наличными. В данное руководство включены все фиксированные затраты, обсуждаемые ниже.Для некоторых анализов затраты на оплату труда не включаются в стоимость машины. Вместо этого рассчитываются постоянные и эксплуатационные расходы. Затем затраты на оплату труда добавляются отдельно. Иногда это делается в ситуациях, когда рабочая сила, связанная с оборудованием, отрабатывает другое количество часов, чем само оборудование. В данной работе труд включен в расчет станочной ставки.

3.2.1 Постоянные затраты

Постоянные затраты — это те, которые можно предопределить как накапливающиеся с течением времени, а не с темпом работы (рис.1). Они не прекращаются, когда прекращается работа, и должны распределяться по часам работы в течение года. Обычно в постоянные затраты включают амортизацию оборудования, проценты на инвестиции, налоги, хранение и страхование.

3.2.2 Эксплуатационные расходы

Эксплуатационные расходы напрямую зависят от скорости работы (рис. 3.1). К этим затратам относятся расходы на топливо, смазочные материалы, шины, техническое обслуживание и ремонт оборудования.

Рисунок 3.1 Модель стоимости оборудования.

3.2.3 Затраты на оплату труда

Затраты на оплату труда – это расходы, связанные с наймом рабочей силы, включая прямую заработную плату, отчисления на питание, транспорт и социальные расходы, включая выплаты на здравоохранение и пенсию. Стоимость надзора также может быть распределена по стоимости рабочей силы.

Плата за машину представляет собой сумму фиксированной плюс эксплуатационные плюс затраты на оплату труда. Разделение затрат в этих классификациях условно, хотя правила бухгалтерского учета предполагают жесткую классификацию.Ключевым моментом является разделение затрат таким образом, чтобы наиболее целесообразно объяснить стоимость эксплуатации людей и оборудования. Например, если основным фактором, определяющим ликвидационную стоимость оборудования, является скорость устаревания, как, например, в компьютерной индустрии, стоимость амортизации в значительной степени зависит от времени, а не от отработанных часов. Для грузовика, трактора или электропилы основным определяющим фактором может быть фактическое количество часов использования оборудования. Срок службы трактора можно рассматривать как песок в песочных часах, который течет только в те часы, когда оборудование работает.

3.3.1 Покупная цена (П)

Это фактическая стоимость приобретения оборудования, включая стандартные и дополнительные приспособления, налоги с продаж и стоимость доставки. Цены обычно указываются на заводе или доставляются на место. Заводская цена применяется, если покупатель получает право собственности на оборудование на заводе и несет ответственность за отгрузку. С другой стороны, цена с доставкой применяется, если покупатель получает право собственности на оборудование после его доставки.Цена с доставкой обычно включает фрахт, упаковку и страховку. Другие затраты, такие как затраты на установку, должны быть включены в первоначальные инвестиционные затраты. Специальное навесное оборудование иногда может иметь отдельную стоимость машины, если срок его службы отличается от срока службы основного оборудования и составляет важную часть стоимости оборудования.

3.3.2 Экономическая жизнь (Н)

Это период, в течение которого оборудование может работать с приемлемыми эксплуатационными расходами и производительностью. Экономический срок службы обычно измеряется в годах, часах или, в случае грузовиков и прицепов, в километрах.Это зависит от множества факторов, включая физический износ, технологическое устаревание или изменение экономических условий. Физический износ может быть вызван такими факторами, как коррозия, химическое разложение или износ вследствие истирания, ударов и ударов. Они могут быть результатом нормального и правильного использования, неправильного и неправильного использования, возраста, неадекватного или недостаточного технического обслуживания, а также тяжелых условий окружающей среды. Изменение экономических условий, таких как цены на топливо, налоговые инвестиционные льготы и процентная ставка, также может повлиять на экономический срок службы оборудования.Примеры сроков владения некоторыми типами трелевочной и дорожно-строительной техники в зависимости от применения и условий эксплуатации приведены в таблице 3.1. Поскольку срок службы выражается в рабочих часах, срок службы в годах получается путем обратного расчета путем определения количества рабочих дней в году и предполагаемого количества рабочих часов в день. Для оборудования, которое работает очень мало часов в день, расчетный срок службы оборудования может быть очень большим, и для обоснованности оценки следует проверять местные условия.

3.3.3 Ликвидационная стоимость (S)

Определяется как цена, по которой оборудование может быть продано в момент его выбытия. Тарифы на бывшее в употреблении оборудование сильно различаются по всему миру. Однако на любом данном рынке подержанного оборудования факторами, оказывающими наибольшее влияние на стоимость при перепродаже или обмене, являются количество часов работы машины на момент перепродажи или обмена, тип работ и условия эксплуатации, в которых она используется. работал, и физическое состояние машины.Однако какими бы ни были переменные, падение стоимости больше в первый год, чем во второй, во второй год больше, чем в третий, и т. д. Чем короче срок службы машины, тем выше процент потери стоимости за год. Например, в сельскохозяйственных тракторах, как правило, от 40 до 50 процентов стоимости машины теряется в первой четверти срока службы машины, а к середине срока службы теряется от 70 до 75 процентов стоимости. . Ликвидационная стоимость часто оценивается в 10-20 процентов от первоначальной покупной цены.

3.4.1 Амортизация

Целью амортизационных отчислений является признание снижения стоимости машины по мере ее выполнения для выполнения конкретной задачи. Это может отличаться от графика амортизации бухгалтера, который выбирается для максимизации прибыли за счет преимуществ различных типов налогового законодательства и следует правилам бухгалтерского учета. Обычный пример этой разницы можно увидеть, когда оборудование все еще работает много лет после того, как оно было «списано» или имеет нулевую «балансовую стоимость».

Графики амортизации варьируются от самого простого подхода, который представляет собой прямолинейное снижение стоимости, до более сложных методов, учитывающих изменение скорости потери стоимости с течением времени. Формула для ежегодного начисления амортизации с использованием предположения о прямолинейном снижении стоимости выглядит следующим образом:

D = (P’ — S)/N

где P’ — первоначальная цена покупки за вычетом стоимости шин, тросов или других частей, которые подвержены наибольшему износу и могут быть легко заменены без ущерба для общего механического состояния машины.

Таблица 3.1.a – Руководство по выбору периода владения в зависимости от области применения и условий эксплуатации. 1/

ЗОНА А

ЗОНА B

ЗОНА C

ГУСЕНИЧНЫЕ ТРАКТОРЫ

Тяговые скребки, большинство сельскохозяйственных тяг, складские, угольные и свалочные работы.Без влияния. Периодическая работа на полном газу.

Производство бульдозерных работ в глинах, песках, гравиях. Толкающие скреперы, рыхление карьеров, большинство работ по расчистке земель и трелевке. Условия воздействия средние.

Разрушение тяжелой породы. Тандемное рыхление. Пушлоад и дремлет в хард-роке. Работа на каменных поверхностях. Непрерывные условия высокой ударной нагрузки.

Маленький

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

Большой

22 000 часов

18 000 часов

15 000 часов

АВТОГРЕЙДЕРЫ

Легкий ремонт дорог.Отделка. Работа с заводскими и дорожными смесями. Легкая уборка снега. Большое количество поездок.

Ремонт дорог. Строительство дорог, земляные работы. Растекание рыхлой заливки. Ландшафт, планировка земель. Летнее содержание дорог с уборкой среднего и сильного снега зимой. Использование подъемного грейдера.

Ремонт дорог с твердым покрытием и закладным камнем. Тяжелое разбрасывание наполнителя. Разрыхление асфальта или бетона. Постоянный высокий коэффициент нагрузки. Ударопрочный.

20 000 часов

15 000 часов

12 000 часов

ЭКСКАВАТОРЫ

Коммунальное строительство на небольшой глубине, где экскаватор укладывает трубы и копает только 3 или 4 часа в смену.Свободнотекучий материал с низкой плотностью и практически без воздействия. Большинство механизмов обращения с ломом.

Массовые земляные работы или рытье траншей, когда машина все время копает естественные пластовые глинистые почвы. Некоторые путешествия и устойчивая работа на полном газу. Большинство приложений для загрузки журналов.

Непрерывное рытье траншей или погрузка грузовиков в скальные или взорванные грунты. Большое количество поездок по пересеченной местности. Машина непрерывно работает на каменном полу с постоянным высоким коэффициентом нагрузки и высокой ударной нагрузкой.

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

1/ Взято из Справочника по производительности Caterpillar, Caterpillar Inc.

Таблица 3.1.b – Руководство по выбору периода владения в зависимости от области применения и условий эксплуатации. 1/

ЗОНА А

ЗОНА B

ЗОНА C

КОЛЕСНЫЕ ТРЕВЕЛЫ

Прерывистый юз на короткие дистанции, без настила.Хорошее состояние грунта: ровная местность, сухой пол, мало пней.

Непрерывный поворот, устойчивое скольжение на средние расстояния с умеренным настилом. Хорошее основание: сухой пол с небольшим количеством пней и постепенным холмистым рельефом.

Непрерывный поворот, устойчивое скольжение на большие расстояния с частым настилом. Плохое состояние пола: мокрый пол, крутые склоны и многочисленные пни.

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

СКРЕБКИ ДЛЯ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

Ровные или благоприятные перевозки по хорошим дорогам.Без влияния. Легко загружаемые материалы.

Различные дорожные условия погрузки и перевозки. Длинные и короткие перегоны. Неблагоприятные и благоприятные оценки. Какое-то влияние. Типичное дорожно-строительное использование на различных работах.

Ударопрочные условия, такие как погрузка расколотой породы. Перегрузка. Условия постоянного высокого общего сопротивления. Плохие подъездные пути.

Маленький

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

Большой

16 000 часов

12 000 часов

8000 часов

ВНЕДОРОЖНИКИ И ТРАКТОРЫ

Использование в шахтах и ​​карьерах с надлежащим образом подобранным погрузочным оборудованием.Благоустроенные подъездные пути. Также строительное использование при вышеуказанных условиях.

Различные дорожные условия погрузки и перевозки. Типичное дорожно-строительное использование на различных работах.

Постоянно плохие дорожные условия. Экстремальные перегрузки. Негабаритное погрузочное оборудование.

25 000 часов

20 000 часов

15 000 часов

КОЛЕСНЫЕ ТРАКТОРЫ И КОМПАКТОРЫ

Легкие подсобные работы.Работа с запасом. Тяговые компакторы. Дремлющая рыхлая заливка. Без влияния.

Производственная бульдозерная погрузка в глинах, песках, илах, рыхлом гравии. Уборка лопатой. Использование компактора.

Производство дремлет в скале. Толкание в каменистых, валунных карьерах. Условия сильного удара.

15 000 часов

12 000 часов

8000 часов

1/ Взято из Справочника по производительности Caterpillar, Caterpillar Inc.

Таблица 3.1.c – Руководство по выбору периода владения в зависимости от области применения и условий эксплуатации. 1/

ЗОНА А

ЗОНА B

ЗОНА C

КОЛЕСНЫЕ ПОГРУЗЧИКИ

Периодическая загрузка грузовиков со склада, загрузка бункера на твердых, гладких поверхностях.Сыпучие материалы с низкой плотностью. Коммунальные работы в правительственных и промышленных приложениях. Легкая уборка снега. Загружайте и перевозите по хорошему покрытию на короткие расстояния без уклонов.

Непрерывная загрузка грузовиков со склада. Материалы низкой и средней плотности в ковше соответствующего размера. Загрузка бункера при низком и среднем сопротивлении качению. Погрузка с берега в хорошем рытье. Загружайте и перевозите по плохим поверхностям и небольшим уклонам.

Погрузка взорванной породы (большие погрузчики).Работа с материалами высокой плотности с помощью машины с противовесом. Стабильная загрузка с очень узких берегов. Непрерывная работа на шероховатых или очень мягких поверхностях. Загружайте и переносите в условиях жесткого копания; преодолевать большие расстояния по плохим поверхностям с неблагоприятными уклонами.

Маленький

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

Большой

15 000 часов

12 000 часов

10 000 часов

ГУСЕНИЧНЫЕ ПОГРУЗЧИКИ

Периодическая загрузка грузовика со склада.Минимум поездок, поворотов. Сыпучие материалы низкой плотности со стандартным ковшом. Без влияния.

Выемка берегов, прерывистое рыхление, разработка фундаментов природных пластовых глин, песков, илов, гравия. Некоторые путешествия. Стабильная работа на полном газу.

Погрузка взорванной породы, булыжника, ледникового тилла, калиша. Работа сталелитейного завода. Материалы высокой плотности в стандартном ковше. Непрерывная работа на каменных поверхностях. Большое количество разрывов плотных скалистых материалов.Состояние сильного удара.

12 000 часов

10 000 часов

8000 часов

1/ Взято из Справочника по производительности Caterpillar, Caterpillar Inc.

3.4.2 Проценты

Проценты — это стоимость использования средств в течение определенного периода времени. Инвестиционные средства могут быть заимствованы или взяты из сбережений или собственного капитала. В случае заимствования процентная ставка устанавливается кредитором и зависит от местности и кредитного учреждения.Если деньги поступают из сбережений, то в качестве процентной ставки используется альтернативная стоимость или ставка, которую эти деньги могли бы заработать, если бы они были инвестированы в другое место. Бухгалтерская практика частных фирм может игнорировать проценты на оборудование на том основании, что проценты являются частью прибыли и, следовательно, не являются надлежащим начислением на действующее оборудование. Хотя это правильно с точки зрения бизнеса в целом, исключение таких сборов может привести к возникновению нереалистичных сравнительных ставок между машинами с низкой и высокой начальной стоимостью.Это может привести к ошибочным решениям при выборе оборудования.

Проценты можно рассчитать одним из двух способов. Первый метод заключается в умножении процентной ставки на фактическую стоимость оставшегося срока службы оборудования. Второй более простой метод заключается в умножении процентной ставки на среднегодовые инвестиции.

Для линейной амортизации среднегодовые инвестиции AAI рассчитываются как

AAI = (P — S) (N + 1)/(2N) + S

Иногда коэффициент 0.6-кратная стоимость поставки используется в качестве приблизительного значения среднегодовых инвестиций.

3.4.3 Налоги

Многие владельцы оборудования должны платить налоги на имущество или какой-либо налог на использование оборудования. Налоги, как и проценты, можно рассчитать либо путем умножения расчетной налоговой ставки на фактическую стоимость оборудования, либо путем умножения налоговой ставки на среднегодовые инвестиции.

3.4.4 Страхование

Большинство владельцев частного оборудования имеют один или несколько страховых полисов на случай повреждения, пожара и других разрушительных событий.Государственные собственники и некоторые крупные собственники могут застраховаться самостоятельно. Можно утверждать, что стоимость страхования является реальной стоимостью, отражающей риск для всех владельцев, и следует допустить некоторую скидку на разрушительные события. Непредвидение риска разрушительных событий аналогично неучтению риска пожара или повреждения насекомыми при планировании доходов от управления лесом. Страховые расчеты обрабатываются так же, как проценты и налоги.

3.4.5 Хранение и защита

Затраты на хранение оборудования и защиту в нерабочее время являются фиксированными затратами, в значительной степени не зависящими от часов использования.Затраты на хранение и защиту должны быть распределены на общее количество часов использования оборудования.

Эксплуатационные расходы, в отличие от постоянных затрат, изменяются пропорционально количеству часов работы или использования. Они зависят от множества факторов, многие из которых в той или иной степени находятся под контролем оператора или владельца оборудования.

3.5.1 Техническое обслуживание и ремонт

Эта категория включает в себя все, от простого технического обслуживания до периодического капитального ремонта двигателя, трансмиссии, сцепления, тормозов и других основных компонентов оборудования, износ которых в первую очередь происходит пропорционально их использованию.Использование оператором оборудования или злоупотребление им, суровость условий труда, правила технического обслуживания и ремонта, а также конструкция и качество базового оборудования — все это влияет на затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Стоимость периодического капитального ремонта основных компонентов может быть определена на основе руководства пользователя и местных цен на запчасти и рабочую силу или по рекомендации производителя. Опыт другого владельца с аналогичным оборудованием и отчеты о затратах в типичных условиях работы являются ценным источником.Если опытные владельцы или записи о затратах недоступны, почасовые затраты на техническое обслуживание и ремонт можно оценить в процентах от почасовой амортизации (таблица 3.2).

ТАБЛИЦА 3.2. Тарифы на техническое обслуживание и ремонт в процентах от почасовой амортизации выбранного оборудования.

Машина

Процентная ставка

Гусеничный трактор

100

Сельскохозяйственный трактор

100

Скиддер на резиновых шинах с кабельными чокерами

50

Скиддер на резиновых шинах с захватом

60

Погрузчик с тросовым захватом

30

Погрузчик с гидравлическим захватом

50

Электропила

100

Валочно-пакетирующая машина

50

3.5.2 Топливо

Норма расхода топлива для единицы оборудования зависит от объема двигателя, коэффициента нагрузки, состояния оборудования, привычек оператора, условий окружающей среды и базовой конструкции оборудования.

Для определения почасовой стоимости топлива общая стоимость топлива делится на время работы оборудования. Если записи о расходе топлива недоступны, можно использовать следующую формулу для оценки расхода топлива в литрах на машино-час:

где LMPH — литры, израсходованные на машино-час, K — кг топлива, израсходованного на один тормозной л.с./час, GHP — полная мощность двигателя в лошадиных силах при регулируемых оборотах двигателя, LF — коэффициент нагрузки в процентах, а KPL вес топлива в кг/л.Типичные значения приведены в таблице 3.3. Коэффициент нагрузки представляет собой отношение средней мощности, используемой в лошадиных силах, к полной мощности, доступной на маховике.

ТАБЛИЦА 3.3. Массы, нормы расхода топлива и коэффициенты нагрузки для дизельных и бензиновых двигателей.

Двигатель

Вес
(KPL)
кг/литр

Расход топлива
(K)
кг/тормоз л.с.ч

Коэффициент нагрузки
(НЧ)

Низкий

Мед

Высокий

Бензин

0.72

0,21

0,38

0,54

0,70

Дизель

0,84

0,17

0.38

0,54

0,70

3.5.3 Смазочные материалы

К ним относятся моторное масло, трансмиссионное масло, масло главной передачи, смазка и фильтры. Норма расхода зависит от типа оборудования, условий окружающей среды (температуры), конструкции оборудования и уровня технического обслуживания. При отсутствии местных данных расход смазочных материалов в литрах в час для трелевочных тракторов, тракторов и фронтальных погрузчиков можно оценить как

Q = .0006 × GHP (картерное масло)
Q = 0,0003 × GHP (трансмиссионное масло)
Q = 0,0002 × GHP (конечные передачи)
Q = 0,0001 × GHP (гидравлические органы управления)

Эти формулы включают нормальную замену масла и отсутствие утечек. Они должны быть увеличены на 25 процентов при работе в условиях сильной запыленности, глубокой грязи или воды. В машинах со сложными гидравлическими системами высокого давления, таких как форвардеры, процессоры и харвестеры, расход гидравлических жидкостей может быть намного больше. Еще одно эмпирическое правило заключается в том, что смазочные материалы и консистентная смазка стоят от 5 до 10 процентов от стоимости топлива.

3.5.4 Шины

Из-за более короткого срока службы шины считаются эксплуатационными расходами. На стоимость шин влияют привычки оператора, скорость автомобиля, состояние поверхности, положение колес, нагрузки, относительное количество времени, затрачиваемое на повороты, и уклоны. Для внедорожной техники, если местный опыт недоступен, в качестве ориентиров можно использовать следующие категории срока службы шин, основанные на режиме отказа шины, при этом срок службы шин указан в таблице 3.4.

В зоне A почти все шины изнашиваются до полного износа протектора от истирания до выхода из строя.В зоне B большинство шин изнашиваются, но некоторые из них преждевременно выходят из строя из-за порезов, разрывов и не подлежащих ремонту проколов. В зоне C мало шин изнашивают протектор до выхода из строя из-за порезов.

ТАБЛИЦА 3.4. Руководство по сроку службы шин для внедорожной техники

Оборудование

Срок службы шин, часов

Зона А

Зона B

Зона C

Автогрейдеры

8000

4500

2500

Скребки для колес

4000

2250

1000

Колесные погрузчики

4500

2000

750

Скиддеры

5000

3000

1500

Грузовики

5000

3000

1500

Затраты на оплату труда включают прямые и косвенные платежи, такие как налоги, страховые платежи, питание, жилищная субсидия и т. д.Затраты на рабочую силу необходимо тщательно учитывать при расчете расценок на машины, поскольку часы работы рабочей силы часто отличаются от часов работы соответствующего оборудования. Важно то, что пользователь определяет свое соглашение, а затем последовательно его использует. Например, при лесозаготовке бензопила редко работает более 4 часов в день, хотя резчик может работать 6 или более часов и может получать оплату за 8 часов, включая проезд. Если нормы вырубки основаны на шестичасовом рабочем дне с двумя часами в пути, ставка машины для оператора с электропилой должна учитывать 4 часа работы с электропилой и восемь часов труда за шесть часов производства.

Представление о том, что люди или оборудование работают с постоянной скоростью, является абстракцией, которая облегчает измерения, ведение записей, платежи и анализ. Однако есть некоторые рабочие циклы, которые требуют таких переменных усилий, что более полезно рассчитывать машинные нормы для частей цикла. Одним из важных случаев является расчет машинной ставки для грузовика. Когда лесовоз ожидает погрузки, загружается и разгружается, его расход топлива, износ шин и другие эксплуатационные расходы не возникают.Или, если эти расходы понесены, они по значительно сниженной ставке. Для стоящего грузовика часто строится другая скорость машины, используя только фиксированные затраты и затраты на рабочую силу для этой части цикла. Может быть включена часть или вся амортизация грузовика.

Если для оценки удельных затрат на автомобильный транспорт использовалась единая машинная ставка, и это значение было преобразовано в стоимость тонно-километра или стоимость в долларах/м 3 -км стоимости без исключения «фиксированных» затрат на погрузку и разгрузку, то «переменная» стоимость транспорта будет завышена.Это может привести к ошибочным результатам при выборе между дорожными стандартами или маршрутами перевозки.

Расчет тарифа для животных аналогичен тарифу для машин, но виды затрат отличаются и требуют дополнительного обсуждения.

3.8.1 Фиксированная стоимость

Постоянные затраты включают инвестиционные затраты на животное или упряжку, упряжь, ярмо, телегу, лесозаготовительные цепи и любые другие инвестиции со сроком службы более одного года. Другие фиксированные расходы включают содержание животных.

Покупная цена животного может включать запасных животных, если условия работы требуют, чтобы животное отдыхало не только ночью, например, через день. Чтобы учесть возможность необратимых травм, покупная цена животного может быть увеличена за счет дополнительных животных. В остальных случаях несчастные случаи могут быть учтены в страховой премии. Спасательная стоимость животного имеет то же определение, что и машинная ставка, но в случае с животным спасательная стоимость часто определяется его продажной стоимостью на мясо.Среднегодовые инвестиции, проценты на инвестиции и любые налоги или лицензии обрабатываются так же, как и для оборудования. Чтобы найти общие фиксированные затраты на животных, постоянные затраты на животное, тележку, упряжь и прочие инвестиции можно рассчитать отдельно, поскольку они обычно имеют разную продолжительность жизни, а почасовые затраты суммируются.

Расходы на содержание животных, которые напрямую не зависят от количества отработанных часов, включают аренду пастбища, пищевые добавки, лекарства, вакцинацию, ветеринарные услуги, обувь, услуги переправы и любой уход в нерабочее время, такой как кормление, мытье или охрана.Можно утверждать, что потребности в еде и уходе связаны с количеством отработанных часов, и некоторая часть этих расходов может быть включена в операционные расходы. Площадь пастбища (га/животное) можно оценить, разделив норму потребления животных (кг/животное/месяц) на норму производства кормов (кг/га/месяц). Пищевые добавки, лекарства, прививки и ветеринарные расписания можно получить из местных источников, таких как агенты по распространению сельскохозяйственных знаний.

3.8.2 Эксплуатационные расходы

Эксплуатационные расходы включают расходы на ремонт и техническое обслуживание привязи, тележек и другого оборудования.

3.8.3 Затраты на оплату труда

Стоимость труда в ставке для животных указана для погонщика животных (и любых помощников). Для работы в течение всего года он рассчитывается как стоимость рабочей силы в год, включая социальные расходы, деленная на среднее количество рабочих дней или часов для водителя (и любых помощников).

Примеры расценок на электропилу, трактор, упряжку волов и грузовик приведены в следующих таблицах. Хотя машина оценивается в таблицах с 3,5 по 3.8 имеют один и тот же общий формат, существует гибкость для представления затрат, специфичных для типа машины, особенно при расчете эксплуатационных расходов. Для электропилы (таблица 3.5) основные эксплуатационные расходы связаны с цепью, шиной и звездочкой, поэтому они разбиты по отдельности. Для волов (таблица 3.7) постоянные затраты были разделены на основные компоненты затрат, характерные для содержания животных, помимо амортизации. Для грузовика (таблица 3.8) затраты были разделены на постоянные расходы и транспортные расходы, чтобы провести различие между затратами, когда грузовик стоит, загружается или разгружается, по сравнению с командировочными расходами.

ТАБЛИЦА 3.5 Расчет скорости работы электропилы 1

Машина:

Описание — Электропила McCulloch Pro Mac 650

Двигатель куб.см

60

Стоимость доставки

400

Срок службы в часах

1000

Часов в год

1000

Топливо:

Тип

Газ

Цена за литр

0.56

Оператор:

Ставка в день

5,50

Социальные расходы

43,2%

Компонент затрат

Стоимость/час

(а)

Амортизация

0.36

(б)

Проценты
(@ 10%)

0,03

(в)

Страхование
(@ 3%)

0,01

(г)

Налоги

(д)

Труд

1.89 2

где f = общественные затраты на оплату труда в десятичном виде

Промежуточный итог

2,29

(ж)

Топливо

= 0,86 л/ч × 0,95 × CL +0,86 л/ч × 0,05 × CO)

0,51

где CL = стоимость газа, CO = стоимость нефти

(г)

Смазочное масло для шины и цепи = расход топлива/2.5 × CO

0,45

(ч)

Техническое обслуживание и ремонт = 1,0 × амортизация

0,36

(и)

Цепь, шина и звездочка

0,67

(к)

Прочее

0,22

ВСЕГО

4.50 3

1 Все расходы указаны в долларах США.
2 Труд из расчета 240 дней в году.
3 Добавьте 0,04, если приобретается резервная пила.

ТАБЛИЦА 3.6 Расчет скорости машины для трактора 1

Машина:

Описание — CAT D-6D PS

Полная мощность

140

Стоимость доставки

142 000 2

Срок службы в часах

10 000

часов в год

1000

Топливо:

Тип

Дизель

Цена за литр

.44

Оператор:

Ставка в день

12.00

Социальные расходы

43,2%

Справка:

Ставка в день

5,00

Социальные расходы

43,2%

Компонент затрат

Стоимость/час

(а)

Амортизация

12.78

(б)

Проценты
(@ 10%)

8,52

(в)

Страхование
(@ 3%)

2,56

(г)

Налоги
(@ 2%)

1.70

(д)

Труд

5,84 3

где f = общественные затраты на оплату труда в десятичном виде

Промежуточный итог

31,40

(ж)

Топливо

= .20 × GHP × LF × CL

6,65

где

GHP = полная мощность двигателя в лошадиных силах
CL = стоимость литра топлива
LF = коэффициент загрузки (0,54)

(г)

Масло и смазка = 0,10 × стоимость топлива

0,67

(ч)

Обслуживание и ремонт = 1.0 × амортизация

12,78

(и)

Другое (кабель, разное)

5,00

ВСЕГО

56,50

1 Все расходы указаны в долларах США.
2 С отвалом, ROPS, лебедкой, встроенной аркой.
3 Труд из расчета 240 дней в году.

ТАБЛИЦА 3.7 Расчет скорости машины для упряжки волов 1

Описание

— Пара волов для трелевки

Полная мощность

Стоимость доставки

2000

Срок службы в годах

5

Дней в году

125

Труд

Ставка в день

7.00

Социальные расходы

43,2%

Компонент затрат

Стоимость/день

(а)

Амортизация

2,08 2

(б)

Проценты
(@ 10%)

0.96

(в)

Налоги

(г)

Пастбище

1.10

(д)

Пищевые добавки

1,36

(ж)

Медицинские и ветеринарные услуги

0.27

(г)

Драйвер

10.02 3

где f = общественные затраты на оплату труда в десятичном виде

(ч)

Кормление и уход в нерабочее время

2,62

(и)

Прочее (упряжь и цепь)

1.00

ВСЕГО

19.41

1 Все расходы указаны в долларах США.
2 Быки продаются на мясо через 5 лет.
3 Погонщик работает с двумя парами волов, 250 дней в году.

ТАБЛИЦА 3.8 Расчет скорости машины для грузовика 1

Машина:

Описание — Ford 8000 LTN

Полная мощность

200

Стоимость доставки

55 000

Срок службы в часах

15 000

часов в год

1 500

Топливо:

Тип

Дизель

Цена за литр

.26

Шины:

Размер

10 × 22

Тип Радиальный

Номер 10

Труд

Цена за день

12.00

Социальные расходы

43,2%

Компонент затрат

Стоимость/час

(а)

Амортизация

3.12

(б)

Проценты
(@ 10%)

2,20

(в)

Страхование
(@ 3%)

0,66

(г)

Налоги
(@ 2%)

0.44

(д)

Труд

3,30 2

где f = общественные затраты на оплату труда в десятичном виде

Постоянная стоимость

Промежуточный итог

9,72

(ж)

Топливо

= .12 × GHP × класс

6,24

, где CL = стоимость литра топлива

(г)

Масло и смазка = 0,10 × стоимость топлива

0,62

(ч)

Техническое обслуживание и ремонт = 1,5 × амортизация

4,68

(и)

Шины =

2.40

(к)

Прочее (цепи, натяжители)

0,20

Стоимость путешествия

ВСЕГО

23,86

1 Все расходы указаны в долларах США.
2 Работа в течение 240 дней плюс 20% сверхурочных

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте март 2022 г. Выполняется публикация…

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных технических и научных дисциплин

Отправить сейчас..

Browse Papers


IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


Какова производительность экскаватора в час и в смену? Расчет производительности экскаватора

Спецтехника может быть всякой, но среди них больше всего выделяются экскаваторы, так как они используются чаще всего.Найти их можно в специализированных магазинах в огромном разнообразии, а можно и заказать в аренду на день или несколько дней, чтобы они выполнили свою задачу и разъехались по своим местам. Это позволит вам сэкономить, не покупая целую машину для одноразового использования. Однако прежде чем арендовать экскаватор, вам нужно будет подумать, как именно вы будете его использовать, в каких условиях и какие цели перед ним ставите. И с учетом этого следует изучить производительность экскаватора, так как это важнейший его параметр, который позволит понять, за какое время его нужно взять, а также стоит ли задуматься о более мощной модели.Что такое производительность? И какие виды этого параметра существуют?

Работа экскаватора

Итак, для того, чтобы говорить о том, какова производительность экскаватора, нужно иметь представление о том, что именно он может делать на строительной или рабочей площадке. Как вы понимаете, основная его функция – это разработка грунта, то есть выкапывание земли и складирование ее рядом с формируемой ямой. Но это далеко не единственная задача – например, экскаватор может загрузить в кузов самосвала и грунт, и другие материалы.Таким образом, он может выполнять самые разные задачи на сайте, но следует понимать, что все они используют одни и те же инструменты, а также подразумевают примерно одни и те же действия. Соответственно, производительность этого вида спецтехники можно рассчитать без особых проблем. Для этого нужно всего лишь понять, какие переменные являются ключевыми, после чего составляются простейшие уравнения, позволяющие моментально рассчитать производительность экскаватора.

Основные переменные

Итак, что же нужно учитывать, чтобы максимально точно рассчитать производительность экскаватора? Естественно, вы должны понимать, что есть несколько видов производительности, для которых будет своя формула, в которой могут участвовать другие переменные, поэтому универсального набора нет.Но практически везде можно увидеть показатель вместимости или объема ковша, что является самым важным при выполнении расчета. Ну а остальными переменными могут быть количество циклов повторяющихся действий в единицу времени, разные коэффициенты, если их учитывать, например, коэффициент разрыхления почвы, и даже время, затрачиваемое на разгрузку, поворот ковша и скоро. В общем, вам нужно будет учитывать очень много параметров, чтобы точно иметь возможность рассчитать любую, даже производительность экскаватора, а это самый запрашиваемый тип данных.

Теоретическая производительность

Ни для кого не секрет, что производительность экскаватора важнее всего, так как она максимально приближена к реальным расчетам. Но о нем речь пойдет позже, так как его можно отнести к практичным видам. И в первую очередь лучше обратить внимание на теорию, а именно на теоретическое исполнение, которое еще называют конструктивным. С его помощью можно рассчитать объем работы, который экскаватор может выполнить за час без перерывов.Для этого общую вместимость ковша умножают на количество циклов, выполненных машиной, а также на 60, чтобы узнать результат. Она будет выражаться в кубических метрах в час. Так на бумаге рассчитывается производительность экскаватора, но все прекрасно знают, что идеальных условий не бывает, поэтому для более практичного подхода есть и другие формулы

Технические характеристики

Расчет производительности экскаватора, который называется техническим, отличается тем, что здесь учитываются условия, в которых работает спецтехника.Это означает, что объем ковша, коэффициент его наполнения и количество циклов с учетом условий эксплуатации в конкретном месте, деленные на коэффициент разрыхления почвы, перемножаются между собой. Естественно, все это еще и умножается на шестьдесят, чтобы получить результат в кубических метрах в час, что является стандартным показателем производительности бетонных экскаваторов. Но при этом не учитывается очень важный параметр — это неизбежные простои, которые случаются в процессе работы.Нет условий, в которых экскаватор мог бы работать без малейших поломок и икоты. Именно для этого нужно рассчитать эксплуатационную производительность экскаватора в час, так как она наиболее близка к реальности.

Операционная производительность

Чаще всего производительность экскаватора рассчитывается за смену, так как в течение часа бывает достаточно сложно учесть все возможные простои и сбои. Но, конечно же, для этого сначала нам нужно выполнить расчеты за один час, затем вычислить средний показатель за смену.И в этом случае придется потрудиться, так как формула этого вида исполнения самая сложная. Но это кажется только на первый взгляд, потому что на самом деле эта формула полностью повторяет предыдущую, только дополняя ее еще одной переменной — коэффициентом использования машины за определенное время, именно он определяет все простои и икоты. В результате, как и в предыдущих случаях, производительность экскаватора составляет м3 в час, что очень удобно потом использовать для вахтовых работ — естественно, в зависимости от их продолжительности.

Нормативное исполнение

Этот вид исполнения практически полностью соответствует эксплуатационному, но представлен только в виде спецификаций, то есть значений, которым должны соответствовать определенные типы экскаваторов. То есть эта величина представляет собой объем работы, которую должна выполнить конкретная машина за определенный промежуток времени с учетом всех условий эксплуатации.

Продолжительность цикла

Значение продолжительности цикла упоминалось не раз, но что оно из себя представляет? Итак, цикл – это сумма четырех показателей продолжительности, которые вы должны учитывать.Время на копание, включение разгрузки, сам процесс разгрузки, а также поворот на копание — сумма этих величин и образует продолжительность одного цикла.

Расчет прочности ковша экскаватора по нормальной траектории копания и предельному усилию копания

Ключевые слова: гидравлический экскаватор , ковш, нормальная траектория копания, предельное усилие копания, прочностная характеристика, модальный анализ.

1. Введение

Динамические характеристики и прочность конструкции рабочего органа экскаватора имеют важное влияние на эффективность работы экскаватора [1].Cui [2] берет в качестве объекта исследования все рабочее устройство и анализирует прочностные характеристики оснастки при четырех типичных условиях работы. В условиях рытья стержня; Хуанг [3] проводит модальный анализ подвижного рычага, получает первые шесть собственных частот и режимов вибрации подвижного рычага и оптимизирует структурную прочность подвижного рычага с собственной частотой в качестве цели оптимизации. Чжан [4] сравнивает напряжение статической нагрузки при стресс-тесте инструмента с результатами моделирования, и модель конечных элементов может в определенной степени имитировать характеристики статического напряжения инструмента в реальных рабочих условиях.Чжан [5] на основе теоретического усилия выемки гидравлического цилиндра был проведен анализ статической прочности и модальный анализ всей оснастки, а многокритериальная оптимизация рабочего устройства была проведена с использованием алгоритма NSGA-Ⅱ. Ковш находится в непосредственном контакте с материалом как исполнительный терминал. При анализе прочности конструкции ковша исследователи обычно принимают в качестве нагрузки сопротивление выемке грунта или теоретическое усилие выемки грунта (TDF) гидравлического цилиндра.Например, Sun [6] использует упруго-пластическую модель Друкера-Прагера для расчета сопротивления ковша землеройным работам, которое используется в качестве нагрузки на ковш. Сюй [7] выбрал два рабочих режима, при которых угол резания ковша составлял 90°, а радиус резания ковша был параллелен вертикальному направлению, в качестве предпосылки для анализа прочности ковша, и рассчитал сопротивление копанию ковша как нагрузку. Инь [8] использовал максимальное теоретическое усилие копания ковша и штокового гидроцилиндра в качестве нагрузки для анализа прочности ковша.

В процессе обычного копания сложные рабочие объекты создают случайное сопротивление копанию, что вызывает удары и вибрацию ковша экскаватора, что приводит к преждевременному повреждению основных частей ковша. Однако в предыдущих исследованиях прочности конструкции ковша только при идеальном состоянии, с одной стороны, непрерывная траектория работы при нормальном копании заменяется дискретными точками на огибающей графе, с другой стороны, только считается тангенциальное сопротивление.нормальное сопротивление и момент сопротивления в реальном процессе копания не учитываются. То есть при нахождении вершины зуба ковша в определенной точке копания оценивается конструктивная прочность ковша, а влияние нормальной траектории копания и предельного усилия копания (LDF) на динамические характеристики прочности ковша не рассматривается.

В связи с этим в статье предлагается метод анализа динамических прочностных характеристик конструкции ковша на основе нормальной непрерывной траектории копания, а для расчета нагрузки на непрерывной траектории копания используется модель ЛДФ с учетом нормального сопротивления и момента сопротивления. .сравниваются и анализируются результаты расчета прочности конструкции при воздействии ТДФ и ЛДФ. Анализируются стесненный режим и свободный режим ковша и сравниваются с результатами прочностного анализа.

2. Теория непрерывной траектории и нормальная траектория копания

В реальном процессе копания мы столкнемся с рабочим объектом различной твердости, в котором ковш и гидравлический цилиндр штока играют разные роли. При высокой твердости рабочего объекта из-за уменьшения толщины реза для заполнения ковша используйте штоковый гидроцилиндр для копания, поэтому при выборе траектории копания необходимо полностью учитывать копание различными гидроцилиндрами.Фактический процесс копания представляет собой непрерывную траекторию копания, будь то копание гидроцилиндром ковша или копание штокового гидроцилиндра, при условии предотвращения трения между передней стенкой ковша и рабочим объектом, действие копания тесно связано с рабочими характеристиками. экскаватора определяется относительным углом между штоком и ковшом. Под разными углами рабочий орган может находиться в разных положениях, и при изменении угла можно получить разные траектории копания.

Основная зона копания экскаватора находится под землей, и в начале проектирования экскаватора рассматривается влияние основной зоны копания на производительность копания. Поэтому в качестве предпосылки исследования выбрана траектория копания в основном районе копания. Способ выбора траектории копания заключается в следующем [9]: сначала траектория копания составляется из трех траекторий копания, разделенных на четыре характерные точки Di (i = 1, 2, 3, 4). Начальная точка D1 и конечная точка D4 траектории копания могут быть определены отдельно в соответствии с потребностями проектировщика в процессе проектирования, а каждая другая характерная точка рассчитывается путем изменения угла между механизмом оснастки.Тогда на всей основной площади копания, изменяя угол между плечом ОВ1 и горизонтальной плоскостью θ1, можно получить одинаковые множественные траектории копания, причем каждая траектория копания состоит из трех траекторий копания. Наконец, на выбранной траектории копания выбирают несколько точек для подсчета рабочих характеристик экскаватора, в том числе ЛДФ и ТДФ штокового гидроцилиндра и гидроцилиндра ковша на каждой траектории. Выбранная нормальная траектория копания показана на рис.1.

На рис. 1: D1 — начальная точка траектории, то есть угол θ3 между штоком и ковшом находится в исходном положении, угол θ1 между плечом OB1 и горизонтальной плоскостью равен –10°, D2 — конечная точка первого участка траектории, начальный угол θ2 неизменен, гидроцилиндр ковша выступает вперед, ковш начинает вклиниваться в грунт, угол θ3 изменяется от 219,7° до 180°. Ковш поворачивается так, что вершина зуба D1 ковша, точка шарнира ковша и тяги C1, точка шарнира тяги и рукояти B1 находятся на одной прямой.D3 — конечная точка копания штоком первого участка траектории, угол θ3 ковша в точке D2 остается неизменным, штоковый гидроцилиндр выступает, ковш начинает разрезать грунт, угол θ2 между штоком и рукоятью изменяется с 148,6° на 118,6°, а вершина зуба ковша перемещается с D2 на D3. D4 — конечная точка копания ковша на втором участке траектории, угол θ2 между штоком в точке D3 остается неизменным, гидроцилиндр ковша снова выдвигается, грунт в ковше поднимается до заданного положения, угол θ3 ковша изменяется со 180° на 90°.Кончик зуба ковша перемещается от D3 к D4. Таким образом, получается нормальная траектория копания, состоящая из траекторий сегментов D1D2, D2D3 и D3D4.

Рис. 1. Нормальная траектория копания

3. Нормальная траекторная нагрузка копания

В предыдущих исследованиях динамических характеристик рабочего органа обычно в качестве внешней нагрузки принимается только ТДФ, анализируются динамические характеристики оснастки, а влияние других факторов на рабочее устройство не рассматривается.Для ковша, как исполнительного органа, где рабочее устройство контактирует с рабочим объектом, иногда ковш повреждается при недостижении теоретического ресурса, что свидетельствует о неточности результатов, полученных только в условиях ТДФ. Необходимо учитывать, поврежден ли ковш до достижения теоретического срока службы из-за наличия силы, превышающей TDF. Таким образом, в этой статье TDF и LDF рассматриваются как внешняя нагрузка ковша, сравнивается и изучается влияние двух видов силы копания на прочность конструкции ковша, а также проверяется, является ли LDF причиной повреждения ковша.

TDF — это максимальная мощность копания экскаватора при определенных условиях работы. TDF определенной позы копания используется для замены силы копания точки выемки. Полученный TDF, как правило, меньше фактического TDF соответствующего места раскопок [10]. При этом в расчетной модели ТДФ учитываются только тангенциальная сила Ft’ и нормальная сила Fm, причем считается, что нормальная сила Fm намного меньше касательной силы Ft’, а влияние нормальной силы Fm на ковшом в процессе копания можно пренебречь, то есть на ковш действует только тангенциальная сила Ft’, как показано на рис.2. В ходе испытаний было обнаружено, что рассчитанное TDF сильно отличается от фактического усилия копания, которое не может отражать реальное усилие копания, которое может оказывать гидравлический экскаватор. Поэтому ученые выдвинули расчетную модель ЛДФ [11].

Расчетная модель LDF исходит из того, что в реальном процессе копания ковш испытывает сложную систему сил, которая меняется в любой момент, и когда боковая сила не принимается во внимание, сложная система сил может рассматриваться как система плоских сил, поскольку симметрии экскаватора.Она синтезируется из тангенциальной силы Ft, нормальной силы Fn и момента сопротивления Tr, действующих в точке D в среднем положении режущей кромки ковша, как показано на рис. 2. Принимая тангенциальную силу Ft за основу, сделать коэффициент сопротивления ε=Fn/Ft, коэффициент момента сопротивления δ=Tr/Ft, где диапазон коэффициента сопротивления составляет –0,4-0,5, а диапазон коэффициента момента сопротивления –0,4-0,2. Различные траектории копания соответствуют разным углам инструмента, а разные углы соответствуют разному коэффициенту сопротивления ε и коэффициенту момента сопротивления δ, то есть различному положению инструмента соответствует разная тангенциальная сила Ft, нормальная сила Fn и момент сопротивления Tr.Нормальная сила и момент сопротивления в расчетной модели LDF не учитываются TDF, поэтому LDF ближе к реальной ситуации, чем TDF.

Рис. 2. Загрузка ковша

В соответствии с моделью расчета TDF и моделью расчета LDF рассчитываются соответственно два вида силы копания для каждой траектории, как показано на рис. 3.

Рис. 3. ТДФ и ЛДФ

а) Траектория D1D2

б)D2D3 траектория

c)D3D4 траектория

Как видно из рис.3(а), на траектории D1D2 с уменьшением θ3 тангенциальная сила ТДФ ковшового гидроцилиндра увеличивается, а кривые касательной силы, нормальной силы и момента сопротивления ЛДС практически совпадают, что сначала уменьшается, а затем увеличивается с уменьшением θ3. Как видно из рис. 3(б), на траектории D2D3 тангенциальная сила ТДФ и кривая касательной силы и момента сопротивления ЛДФ практически совпадают, увеличиваясь с уменьшением θ2, а нормальная сила ЛДФ сначала увеличивается, а затем снижается.Как видно из рис. 3(в), на траектории D3D4 тангенциальная сила ТДФ и кривая касательной силы и момента сопротивления ЛДФ практически одинаковы и сначала увеличиваются, а затем уменьшаются с уменьшением θ3 . Угол θ3, соответствующий максимальной тангенциальной силе двух видов силы копания, отличается, и нормальная кривая силы LDF близка к нулю, демонстрируя нерегулярное состояние колебания вверх и вниз. Как показано в Таблице 1, это результат расчета максимальной касательной силы и максимальной LDF теоретической силы копания на каждом участке траектории.

Таблица 1. Результаты расчета силы копания

Траектория

TDF касательное усилие Ft’ / кН

ЛДФ

Тангенциальное усилие, фут/кН

Нормальная сила Fn/кН

Момент сопротивления Tr / кН∙м

Д1Д2

44.035

61.172

–24,469

–24,469

Д2Д3

67.640

101,932

–35.676

–40,773

Д3Д4

114,37

158.458

–63,383

–63,383

Из таблицы 1 видно, что тангенциальная сила ЛДФ составляет около 1.В 5 раз больше тангенциальной силы теоретической силы копания, а тангенциальная сила LDF, соответствующая каждой траектории, больше, чем тангенциальная сила теоретической силы копания. Сравнивая различия факторов, которые необходимо учитывать в двух моделях расчета силы выемки, мы видим, что LDF ближе к реальной силе выемки, чем TDF, а также нормальная сила и момент сопротивления, которые не учитываются в модели расчета TDF. могут быть важными причинами повреждения основных частей ковша.

4. Расчет прочности конструкции при различных нагрузках

Трехмерная твердотельная модель ковша создается с помощью программного обеспечения для моделирования, а модель ковша представляет собой сетку с помощью элемента solid186. Количество элементов 226572, количество узлов 419837. На точку шарнира С между ковшом и стержнем наложено полное ограничение. При приложении нагрузки к ковшу в качестве внешней нагрузки принимают максимальную тангенциальную силу TDF и максимальную LDF каждой траектории.Во избежание чрезмерной ошибки расчета, вызванной концентрацией напряжений, сосредоточенная сила преобразуется в составляющую силы, распределенную по нескольким узлам и нагруженную на несколько узлов [12].

Рис. 4. Результаты расчета прочности ЛДФ

а) Стресс

б) Деформация

С помощью расчетов моделирования можно получить облачную диаграмму изменения прочности конструкции ковша, соответствующую TDF и LDF на каждой траектории.Как показано на рис. 4 и рис. 5, когда внешняя нагрузка представляет собой LDF и TDF соответственно, результаты расчета прочности конструкции ковша на траектории D3D4.

Рис. 5. Результаты расчета прочности ТДФ

а) Стресс

б) Деформация

Результаты моделирования показывают, что когда внешняя нагрузка на ковш составляет TDF и LDF соответственно, напряжение и деформация ковша проявляются в одном и том же положении.Из рис. 4 видно, что большей напрягаемой частью ковша является место сварки затыльника, ушка и листа задней стенки ковша, максимальное напряжение ковша на траектории D3D4 составляет 290,79 МПа. , положение деформации ковша проявляется в средних зубьях ковша, а максимальная деформация ковша на траектории D3D4 составляет 6,732 мм. Как показано на рис. 6, изменение напряжения ковша на траектории D3D4 при внешней нагрузке представляет собой TDF и LDF соответственно.

Рис. 6. Сравнение нагрузки на ковш при LDF и TDF

Из рис. 6 видно, что изменение нормальной силы и момента сопротивления в ЛДС будет оказывать определенное влияние на напряжение в ковше, но влияние касательной силы ЛДФ на напряжение в ковше больше, чем нормального силы и момента сопротивления. В то же время из раздела 2 видно, что тангенциальная сила ЛДФ больше, чем тангенциальная сила ТДФ, поэтому, как показано на рис.6, напряжение предельного копающего ковша больше, чем у теоретического копающего ковша.

Результаты моделирования показывают, что на всей траектории копания, когда LDF принимается в качестве внешней нагрузки, напряжение ковша точки является самым высоким, и максимальное напряжение ковша составляет 290,79 МПа, когда LDF используется в качестве внешней нагрузки. внешняя нагрузка. А когда в качестве внешней нагрузки принимается TDF, напряжение ковша является самым высоким, и максимальное напряжение ковша составляет 188,38 МПа.Результаты расчета прочности конструкции ковша приведены в таблице 2.

Подводя итог, приняв в качестве внешней нагрузки ЛДС, влияние на прочность конструкции ковша явно больше, чем ТДФ, а ЛДФ на траектории D3D4 больше, чем на траекториях D1D2 и D2D3, поэтому напряжение и деформация ковша на траектории D3D4 явно больше, чем на траекториях D1D2 и D2D3. Таким образом, сравнивая различия между двумя моделями расчета силы копания, мы видим, что нормальная сила и момент сопротивления в модели расчета LDF являются одной из важных причин повреждения ключевых частей ковша.

Таблица 2. Результаты расчета прочности конструкции ковша

Траектория

ТДФ

ЛДФ

Напряжение / МПа

Деформация / мм

Напряжение / МПа

Деформация / мм

Д1Д2

84.62

1,479

149,67

4,545

Д2Д3

129,18

2,272

219.47

5,715

Д3Д4

188,38

3,842

290,79

6.732

5.Модальный анализ

При земляных работах гидравлического экскаватора из-за более сложной рабочей среды и рабочего объекта ковш часто подвергается сильным ударам и вибрации. Когда рабочая частота экскаватора близка к собственной частоте ковша, это вызовет резонанс и усугубит вибрацию ковша, что повлияет на эффективность работы ковша.

Модальный анализ является важным методом оценки динамических характеристик рабочего органа экскаватора [13].Режим ограничения представляет собой собственную характеристику вибрации ковша под ограниченной границей [14], и следует учитывать влияние фактического процесса земляных работ на ковш. В соответствии с методом ограничений, описанным в разделе 3, накладывается ограничение на точку шарнира ковша и выполняется модальный анализ ограничений ковша. Свободная мода является неотъемлемым признаком свободных колебаний ковша, который связан только с самой конструкцией ковша и не имеет ничего общего с внешним возбуждением [15].Следовательно, необходимо проводить модальный анализ ковша без ограничений. Путем сравнительного анализа свободного режима и режима ограничения ковша экскаватора 21T определяется собственная частота и режим вибрации ковша, чтобы эффективно избежать того, чтобы рабочая частота была близка к собственной частоте рабочего устройства. Как показано на рис. 7, существуют картины вибрации ковша шестого порядка в стесненном режиме и в свободном режиме.

Рис.7. Схема режима ковша

а) Режим ограничения

б) Свободный режим

Как показано в Таблице 3, собственные частоты и деформации первых шести ступеней ковша в стесненном режиме.

Из таблицы 3 видно, что вибрационная деформация в режиме ограничения ковша в основном связана с изгибом, что в основном вызвано изгибом зубьев ковша, боковых пластин, режущих кромок и так далее. В модах первых шести стадий максимальная деформация каждого порядка изменяется неравномерно с увеличением собственной частоты.Максимальная деформация приходится на шестую моду, максимальная деформация составляет 4,722 мм. Как показано в Таблице 4, собственные частоты и деформации первых шести ступеней ковша в ковше в свободном режиме.

Таблица 3. Частота и деформация ковша ограниченного режима

Модальный заказ

1

2

3

4

5

6

натуральный

частота/Гц

16.124

31.210

58.774

74.189

95.507

119.717

Максимум

деформация/мм

2.544

2,435

3,436

2,336

2,042

4,722

Минимум

деформация/мм

0.00018

0,00797

0,02178

0,00504

0,00189

0,02273

Режим вибрации

Изгиб в месте сварки зуба ковша, режущей кромки и боковой пластины

Изгиб зуба пряжки

Гибка режущей кромки и боковой пластины

Изгиб зубьев ковша и боковых пластин с обеих сторон

Изгиб боковой пластины и ушной пластины

Изгиб боковой пластины

Таблица 4. Частота и деформация ковша свободного режима

Модальный заказ

1

2

3

4

5

6

Собственная частота / Гц

0

0

0

0

1.432e-4

48.448

Максимальная деформация / мм

1,840

2.101

1,709

2.430

2.445

2,591

Минимальная деформация / мм

0,08093

0,09912

0,86461

0,08041

0.12882

0,00060

Режим вибрации

Ушная пластина и пластина задней стенки ковша погнуты

Изгиб ушной пластины и задней пластины

Боковая пластина погнута в месте сварного соединения пластины задней стенки и задней пластины ковша

Изгиб зуба пряжки

Изгиб зуба пряжки

Изгиб в месте сварки зуба ковша, боковой и задней пластины

Из таблицы 4 видно, что собственные частоты свободной моды первых четырех ступеней равны 0 Гц, что свидетельствует о жесткой моде, собственная частота пятой ступени равна 1.432e-4 Гц, режим вибрации в основном представляет собой изгиб зуба ковша, а шестая собственная частота составляет 44,448 Гц, режим вибрации в основном представляет собой изгиб зуба ковша, изгиб боковой пластины и сварки задней панели.

По сравнению с формой ковша с ограниченным режимом, вибрационная деформация свободного режима ковша также показывает изгиб, и в первых четырех режимах изменение деформации неравномерно; на пятом и шестом режимах с увеличением собственной частоты увеличивается и максимальная деформация ковша.Максимальная деформация приходится на шестую моду, максимальная деформация составляет 2,591 мм.

Подводя итог, можно сказать, что при анализе прочности конструкции ковша местом концентрации напряжений в ковше является сварка пластины задней стенки, задней пластины и ушной пластины, а большей деформируемой частью является средний зуб ковша. В модальном анализе наиболее частым явлением искажения в режиме вибрации ковша является зуб ковша, который совпадает с результатом анализа прочности конструкции.поэтому пластина задней стенки и задняя пластина, место сварки ушной пластины и средний зуб ковша являются опасными частями, и конструкцию можно оптимизировать. снизить вероятность повреждения ковша.

6. Выводы

В этой статье, направленной на решение проблемы повреждения ковша до достижения теоретического срока службы, нормальная траектория копания выбирается в соответствии с фактическим процессом копания экскаватора и теорией непрерывной траектории. сравниваются и анализируются изменения двух различных сил копания при нормальной траектории копания, а также анализируется структурная прочность ковша, принимая LDF в качестве внешней нагрузки.Результаты показывают, что LDF, учитывающий нормальную силу и момент сопротивления, ближе к реальной силе землеройных работ, которую может оказать экскаватор, чем TDF. Напряжение и деформация ковша, нагруженного ЛДФ, как правило, больше, чем у ТДФ, то есть ЛДФ является одной из важных причин повреждения ковша до достижения теоретического ресурса. Большая деформационная часть формы моды ковша в основном согласуется с большей частью напряжения и деформации ковша, когда LDF используется в качестве нагрузки.Со стороны доказано, что предельное усилие земляных работ будет оказывать определенное влияние на прочность конструкции ковша. Это исследование дает определенное теоретическое обоснование преждевременного повреждения ковша в процессе нормального копания и дает определенные ориентиры для оптимизации конструкции рабочего органа экскаватора.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.