Технические науки/4. Транспорт

К.т.н. Минин В.В.

Сибирский федеральный университет, Россия

Исследование типоразмеров универсальных малогабаритных погрузчиков с бортовым поворотом по энергетическому критерию

Первая машина, ставшая прототипом сегодняшнего универсального малогабаритного погрузчика с бортовым поворотом (УМП), была произведена в 1957 г. компанией Merloe, США (на рынке появилась под маркой Bobcat).

В настоящий момент в мире производится более 100 тыс. машин в год, которые используются во многих отраслях: строительство и реконструкция зданий и сооружений, дорожное и коммунальное хозяйство, сельское хозяйство и т. д. Возможность такого применения обеспечивается сменными рабочими органами циклического и непрерывного действия (номенклатура насчитывает более 70 наименований).

Универсальные малогабаритные погрузчики выпускаются различного типоразмера, с эксплуатационной массой (силой тяжести) от 500 до 5000 кг и установочной мощностью от 12 до 84 кВт.

Для обеспечения более эффективной эксплуатации и конкурентоспособности на рынках сбыта ведущие фирмы-изготовители постоянно совершенствуют конструктивные схемы и отдельные подсистемы машин.

Экономическая эффективность работы УМП зависит от энергетических параметров машины: установочной мощности двигателя, КПД рабочего оборудования, а также от физико-механических характеристик разрабатываемого грунта (удельной энергоемкости разработки).

Целью данного исследования является определение наиболее эффективного типоразмера машины для разработки грунта с удельной энергоемкостью рабочего процесса A = 20 кПа сменным оборудованием: погрузочный ковш, отвал бульдозера, рыхлитель.

Расчеты в среде Mathcad проведены по известной методике, где производительность для машин с погрузочным ковшом рассчитывается по уравнению

Производительность для машин с бульдозерным отвалом и рыхлителем – по формуле

где q – количество материала, обрабатываемого за один рабочий цикл, м³, T_ц – продолжительность рабочего цикла, с, F – поперечное сечение материала, поступающего на рабочий орган машины, м², V – скорость движения машины, м/с, T_ч – число часов в одной смене, ч, K_в – коэффициент использования машины по времени, K_в = 0,8−0,85.

Принимаемый для оценки эффективности критерий стоимости потерь полезной удельной работы машины П_CA записывается в виде [1]:

где C – стоимость УМП и комплекта сменного рабочего оборудования, руб., C_э – стоимость эксплуатации машины, руб.; P – вероятность безотказной работы машины; N – установочная мощность двигателя, кВт, – математическое ожидание КПД на режиме работы, k_ом – коэффициент отбора мощности на вспомогательное оборудование, – доля отдельного V_j -го объема работ в общем объеме V работ на объекте, Q_ij – производительность i-го рабочего оборудования при выполнении j-го вида работы, включая время замены данного оборудования на другое.

Себестоимость обработки единицы поверхности рассчитывают по формуле:

где С_мс – себестоимость машино-смены, руб./см, Q – эксплуатационная производительность машины в смену, м³/см.

Удельные капитальные затраты определяют по зависимости:

где T_см – число смен работы машины в одном году.

Интегральный показатель [2] оценки экономической эффективности рассчитывают по формуле:

где E – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений.

При проведении вычислительных экспериментов варьировались следующие параметры: эксплуатационная масса машины G от 1 000 до 4 000 кг; установочная мощность двигателя от 12 до 64 кВт; стоимость машины С от 819 до 1 439 тыс. руб.; коэффициент полезного действия η = 0,8.

Результаты представлены на рисунках 1−3.

Рисунок 1 – Зависимость приведенных удельных затрат З_п.уд от критерия стоимости потерь полезной удельной работы машины П_CA и производительности Q бульдозерного оборудования

Рисунок 2 – Зависимость приведенных удельных затрат З_п.уд от критерия стоимости потерь полезной удельной работы машины П_CA и производительности Q погрузочного оборудования

Рисунок 3 – Зависимость приведенных удельных затрат З_п.уд от критерия стоимости потерь полезной удельной работы машины П_CA и производительности Q рыхлительного оборудования

Расчетные значения критерия стоимости потерь полезной удельной работы машины П_СA представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты расчета критерия П_СA

Рабочее оборудование	Эксплуатационная масса G, кг
	1000	2000	3000	4000
Критерий стоимости потерь полезной удельной работы машины ПСA, руб.∙Дж/кг
Погрузочное	2,038∙10^7	8,361∙10^7	2,204∙10^8	6,875∙10^8
Бульдозерное	1,211∙10^9	3,574∙10^9	8,555∙10^9	2,074∙10^10
Рыхлительное	1,834∙10^8	9,675∙10^8	3,377∙10^9	1,1∙10^10

На основе анализа полученных значений установлено, что для данных условий наиболее экономичными по критерию приведенных удельных затрат являются типоразмеры машин обладающих эксплуатационной массой более 1000 кг вне зависимости от вида рабочего оборудования. Значительный рост З_п.уд наблюдается для УМП малого типоразмера при этом П_СA изменяется незначительно. Характер изменения величины критерия стоимости полезной удельной работы от значения главного параметра (эксплуатационной массы) машины аналогичен с интегральным показателем. Безусловно численные значения конструктивных параметров исследуемых типоразмеров машин зависят от физико-механических параметров разрабатываемой среды (удельной энергоемкости) и режимов работы привода.

Литература:

1. Минин, В. В. Оптимизация параметров гидропривода малогабаритных погрузчиков / В. В. Минин, В. П. Павлов // Строительные и дор. машины. – 2010. – № 7. – С. 34–37.

2. Попов, В. Г. Оценка эффективности подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин : учеб. пособие / В. Г. Попов. – Череповец : Изд.-во ЧГУ, 2005. – 184 с.