автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обеспечение эффективности рабочего процесса фронтальных погрузчиков

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Пути повышения эффективности использования фронтальных погрузчиков.

1.2 Современное состояние проблемы.

1.3 Обзор исследований по определению усилий, действующих на ковш погрузчика при взаимодействии с обрабатываемой средой.

1.4 Выводы по главе.

2 ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ЧЕРПАНИЯ МАТЕРИАЛА КОВШОМ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА.

2.1 Определение сопротивлений, возникающих в процессе черпания материала ковшом фронтального погрузчика.

2.2 Обоснование рационального способа черпания сыпучего материала ковшом погрузчика.

2.3 Определение минимальной высоты штабеля материала.

2.4 Аналитическое исследование кинематики рабочего оборудования фронтального погрузчика.

2.5 Реализация совмещенного способа черпания материала ковшом фронтального погрузчика.

2.6 Выводы по главе

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ.

3.1 Повышение надежности рабочего оборудования фронтальных погрузчиков.

3.2 Оценка энергоемкости рабочего процесса фронтального погрузчика.

3.3 Выводы по главе.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЧЕРПАНИЯ МАТЕРИАЛА.

4.1 Объект и задачи теоретических исследований.

4.2 Средства и условия проведения теоретических исследований.

4.3 Результаты исследований.

4.4 Исследование рабочего процесса фронтального погрузчика в производственных условиях.

4.5 Выводы по главе.

Актуальность работы. Во многих областях производства широкое распространение имеют разнообразные машины и устройства, предназначенные для погрузочно-разгрузочных работ.

Одно из ведущих мест в парке строительно-дорожных машин занимают одноковшовые пневмоколесные и гусеничные погрузчики. Наибольшее применение получили одноковшовые фронтальные погрузчики с разгрузкой ковша вперед ( как наиболее простые по конструкции и надежные в эксплуатации ).

В процессе эксплуатации имеющегося парка погрузчиков появляется необходимость в совершенствовании их конструкции и технического процесса с целью повышения эффективности их работы. Обеспечение эффективности использования фронтальных погрузчиков возможно за счет повышения производительности и надежности машин, осуществляемых по двум направлениям: совершенствование рабочего процесса, рабочего оборудования и системы управления машин, находящихся в настоящее время в эксплуатации, и создание принципиально новых рабочих органов погрузчиков.

Таким образом, повышение производительности и надежности фронтальных погрузчиков с целью обеспечения эффективности их использования является актуальной научно-технической задачей.

Объект исследования - процесс черпания материала ковшом фронтального погрузчика.

Предмет исследования - взаимосвязь режимных и конструктивных параметров рабочего оборудования с параметрами процесса черпания.

Цель работы - повышение производительности фронтальных погрузчиков и надежности рабочего оборудования за счет применения в рабочем процессе рационального совмещенного способа черпания.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Обоснование рационального способа черпания материала ковшом фронтального погрузчика и его параметров.

2. Сравнительный анализ рабочего процесса фронтального погрузчика при разработке сыпучих материалов различными способами черпания.

3. Разработка рекомендаций по реализации рационального способа черпания сыпучего материала ковшом фронтального погрузчика.

4. Определение путей повышения надежности рабочего оборудования фронтальных погрузчиков.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

1. Способ черпания материала ковшом фронтального погрузчика с рациональными параметрами;

2. Результаты теоретического исследования процесса черпания материала ковшом погрузчика;

3. Технические решения по модернизации системы управления рабочим оборудованием фронтального погрузчика.

Научная новизна работы заключается:

- в обосновании рационального способа черпания сыпучего материала ковшом фронтального погрузчика;

- в определении рациональной глубины предварительного внедрения ковша фронтального погрузчика в штабель материала и траектории движения режущей кромки в процессе черпания;

- в получении зависимостей между параметрами рабочего процесса черпания материала ковшом погрузчика и параметрами системы управления рабочим оборудованием.

Практическая ценность диссертационной работы состоит:

- в разработке рекомендаций по реализации рационального способа черпания сыпучего материала ковшом фронтального погрузчика;

- в разработке технических решений по модернизации системы управления рабочим оборудованием фронтального погрузчика, позволяющих добиться снижения амплитуды нагрузок, действующих на рабочее оборудование и базовую машину в процессе работы, в 1,4 раза снизить стоимость работ и на 38% повысить производительность фронтального погрузчика при производстве по-грузочно-разгрузочных работ с сыпучими и мелкокусковыми материалами.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на 59-й научно-технической конференции СибАДИ (г.Омск, 1999г.), на Международной научной конференции «Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии», посвященной 70-летию СибАДИ (г.Омск, 2000г.), на научном семинаре факультета «Транспортные и технологические машины» СибАДИ (2001г.) и кафедре «Эксплуатация дорожных машин».

Достоверность теоретических исследований подтверждается достаточным количеством проведенных экспериментов в производственных условиях.

Внедрение результатов.

Рекомендации по реализации рационального совмещенного способа черпания сыпучих и мелкокусковых материалов ковшом фронтального погрузчика приняты к внедрению в структурных подразделениях Омского областного до-рожно-эксплуатационного предприятия «Омскавтодор».

Публикации.

По результатам работы опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 87 источников и приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показаны основные пути повышения эффективности использования фронтальных погрузчиков. Основными путями обеспечения эффективности использования фронтальных погрузчиков являются повышение производительности и надежности машин. Повышение производительности погрузчика возможно за счет увеличения величины коэффициента наполнения ковша и сокращения продолжительности рабочего цикла; повышение надежности машины возможно за счет снижения нагрузок, действующих на элементы рабочего оборудования и базовую машину в процессе наибольшего нагружения. Это возможно при черпании материала ковшом погрузчика совмещенным способом.

2. Обоснована схема рационального способа черпания сыпучего материала ковшом погрузчика. Рациональным способом черпания следует считать такой, при котором после предварительного внедрения режущей кромки ковша в штабель материала объем материала в призме сдвига должен быть равен или несколько превышать вместимость ковша, и весь объем призмы сдвигаемого материала в процессе черпания будет поступать в ковш.

3. Для реализации предлагаемого рационального способа черпания необходимо осуществить предварительное внедрение ковша в штабель материала на глубину LB = (0,8.0,9)LK, где LK - глубина ковша с последующим движением режущей кромки ковша по линии лобового сдвига материала, угол наклона которой к опорной поверхности штабеля зависит от физико-механических свойств разрабатываемой среды.

4. Определены параметры процесса черпания: соотношение скоростей напорного движения погрузчика, подъема стрелы и поворота ковша; минимальная высота штабеля материала, обеспечивающие реализацию предлагаемого рационального совмещенного способа черпания материала ковшом фронтального погрузчика.

5. Установлено, что применение предлагаемого рационального способа черпания материала ковшом фронтального погрузчика позволяет приблизить работу погрузчика к оптимальному режиму работы, характеризующемуся максимальным значением тяговой мощности, наименьшим значением коэффициента буксования и удельного расхода топлива.

6. Предложены технические решения по доработке типовой гидравлической схемы системы управления рабочим оборудованием, заключающиеся в установке дополнительно золотника в гидравлический распределитель или установке дополнительного насоса для приведения в действие гидроцилиндра поворота ковша, которые позволят осуществлять черпание сыпучих материалов рациональным совмещенным способом.

7. Установлена связь кинематических параметров рабочего оборудования с параметрами процесса черпания материала. На основе метода преобразования координат получены уравнения геометрических взаимосвязей между длинами силовых гидроцилиндров и углами подъема стрелы и поворота ковша.

8. Установлено, что применение в рабочем процессе фронтального погрузчика рационального совмещенного способа черпания позволяет снизить амплитуду нагрузок, действующих на элементы рабочего оборудования в процессе черпания материала, что ведет к увеличению наработки на отказ и повышению надежности машины.

9. Разработаны рекомендации по реализации рационального способа черпания сыпучего материала ковшом фронтального погрузчика. Эти рекомендации могут быть использованы при создании автоматических систем управления процессом черпания материала, определяющими параметрами которых могут являться глубина предварительного внедрения режущей кромки ковша в штабель материала и соотношение скоростей элементов рабочего оборудования, обеспечивающих движение режущей кромки ковша по заданной траектории.

10. Теоретические положения исследований подтверждены экспериментально.

11. Установлено, что реализация и применение в рабочем процессе фронтального погрузчика рационального совмещенного способа черпания позволяет

120 в 1,4 раза снизить стоимость работ, получить годовой экономический эффект в размере 122756 руб. на одну машину и на 38% повысить производительность фронтального погрузчика при производстве погрузочно-разгрузочных работ с сыпучими и кусковыми материалами.

121

1. Абрамов С.В. Исследование механизма подъема стрелы гидравлического фронтального погрузчика: Дис. канд. техн. наук. - Омск, СибАДИ, 1972. - 168 с.

2. Абрамов С.В. Фронтальные погрузчики: Учебное пособие. Караганда. : Карагандинский политехнический институт, 1990.-154 с.

3. Абрамов С.В., Мещеряков В.И. Фронтальные погрузчики: Учеб. пособие. Омск: СибАДИ, 1997. - 156 с.

4. Абрамов С.В., Алексеенко В.Г. К вопросу о повышении эффективности использования фронтальных погрузчиков / Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. №2. Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - С.39 - 44.

5. Абрамов С.В., Завьялов A.M., Алексеенко В.Г. Параметры рационального способа черпания сыпучего материала ковшом погрузчика. // Строительные и дорожные машины. 2001. - № 2. - С.42 - 43.

6. Агиенко Д.М. Исследование динамики рабочего процесса фронтального погрузчика: Дис. канд. техн. наук Омск, СибАДИ, 1976. - 167 с.

7. Азюков Н.А., Алексеенко В.Г. Повышение надежности металлоконструкций фронтального погрузчика путем снижения нагрузок на рабочее оборудование. // Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 3. Юбилейный. Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - С. 128 - 130.

8. Алексеенко В.Г. Методика расчета геометрических параметров, характеризующих совмещенный способ черпания материала ковшом фронтальногопогрузчика. // Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 3. Юбилейный Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - С.123 - 127.

9. Амельченко В.Ф. Управление рабочим процессом землеройно-транспортных машин. Омск.: Зап. Сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1975. -232 с.

10. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.: Транспорт, 1993. - 383с.

11. Базанов А.Ф., Забегалов Г.В. Самоходные погрузчики. 2-е изд., пере-раб. - М.: Машиностроение, 1979. - 406 с.

12. Баловнев В.И., Петроченко В.В. Тенденции развития и оценка новых конструктивных решений строительных и дорожных машин. М.: ЦНИИТЭст-роймаш, 1973. - 88 с.

13. Баловнев В.И., Хмара JI.A. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1993.-383 с.

14. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М.: Машиностроение, 1974. - 606 с.

15. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры: Учеб. М.: Высш. шк., 1998. - 320 с.

16. Беляков Ю.И., Хазанет B.JI. Технологические возможности и номенклатура сменных рабочих органов погрузчиков. // Механизация строительства. -1989.-N10.-с. 13- 15

17. Беляков Ю.И., Чебанов Л.С., Хазанет В.Л. и др. Классификация и рекомендуемые технологические параметры сменных рабочих органов. // Механизация строительства. 1991. - N 1. - с. 10-11.

18. Бесекарский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1966. 992 с.

19. Биргер И.А. Шорр Б.Ф. Расчет на прочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1993. -436 с.

20. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971. 255 с.

21. Бондарович Б.А. Корреляционный и спектральный анализ нагрузок землеройных машин. В кн.: Машины для земляных работ. М.: Транспорт, 1973.-367 с.

22. Васильев А.А. Универсализация рабочего оборудования землеройных и землеройно-транспортных машин. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1990.-60 с.

23. Выбор оптимальных параметров фронтальных погрузчиков на стадиях проектирования: Отчет о НИР / Московский инженерно-строительный институт им. В. В. Куйбышева.- УДК 621.869.01, N ГР 77030348, Инв. N В 812815. -М., 1979.- 121 с.

24. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. -М.: Машиностроение, 1972.-376 с.

25. Гоберман JI.A. Основы теории, расчета и проектирования строительных и дорожных машин: Учебник для техникумов. М.: Машиностроение, 1988. - 464 с.

26. ГОСТ 16391 80. Погрузчики строительные одноковшовые фронтальные колесные. Правила приемки и методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1981.-29 с.

27. Егоров К.В. Основы теории автоматического регулирования. М.: Энергия, 1967. - 648 с.

28. Забегалов Г.В. Перспективы развития одноковшовых погрузчиков. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1981. 48 с.

29. Иванов В.В., Илларионов В.А., Морин М.М. Основы теории автомобиля и трактора. Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1977. - 245 с.

30. Иванов О.П. Исследование влияния веса породопогрузочных машин на их рабочие качества и основные параметры: Автореф. дис. .канд. техн. наук. -Новочеркасск, 1951.-19с.

31. Исследование рабочих процессов фронтальных погрузчиков методами математического моделирования с целью создания систем автоматического управления рабочими процессами: Отчет о НИР / СибАДИ N Б726277 - Омск., 1978.- 164 с.

32. Казаринов В.М. Применение в строительстве одноковшовых фронтальных погрузчиков. -М.: Стройиздат, 1971.-55 с.

33. Казаринов В.М., Фохт Л.Г. Одноковшовые погрузчики в строительстве. 2-е изд. перераб. - М., Стройиздат, 1975. - 239 с.

34. Калмыков С.Г. Определение сцепного веса погрузочной машины с катящейся рукоятью. «Горный журнал», 1948 №6.

35. Княжев Ю.М. Исследование одноковшового экскаватора с целью повышения точности выполнения земляных работ: дис.канд. техн. наук. Омск: СибАДИ, 1980.-216 с.

36. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. -232с.

37. Королев А.В., Юдниц Н.Н., Мешков С.Г. Эффективность применения одноковшовых фронтальных погрузчиков.// Строительные и дорожные машины. 1991.-N 7. - с. 10-11.

38. Кос И.И., Зорин В.А. Основы надежности дорожных машин. М. .-Машиностроение, 1978.-165с.

39. Костылев А.Д. Исследование процесса черпания скальных пород с целью усовершенствования геометрии ковшей породопогрузочных машин: Авто-реф. дис. .канд. техн. наук. Новосибирск, 1968. - 22 с.

40. Красонтович И.В., Канюка Н.С. Совершенствование конструкций зарубежных колесных погрузчиков. // Строительные и дорожные машины. 1990. -N3 - с. 12-13.

41. Кругов В.И., Спорыш И.П., Юношев В.Д. Основы теории автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1969. - 360 с.

42. Лотош М.М. Основы теории автоматического управления. Наука, 1979.-256 с.

43. Лукин A.M. : Оптимизация процесса черпания сыпучего материала фронтальным погрузчиком. Дис.канд. техн. наук. - Омск, СибАДИ, 1984. -196 с.

44. Математические основы теории автоматического регулирования/ Под ред. Б.К. Чемоданова. М.: Высшая школа, 1977. - 366 с.

45. Медведев B.C., Лесков А.Г., Ющенко А.С. Системы управления ма-нипуляционных роботов. М.: Наука, 1978.-416 с.

46. Методические указания по определению экономической эффективности новой строительной, дорожной и мелиоративной техники. 22 313 - 89. — М, 1990.

47. Мещеряков В.И. Исследование процесса черпания ковшевым захватным органом погрузчика совмещенным способом: Дис.канд. техн. наук. -Омск, СибАДИ, 1976. - 150 с.

48. Михирев П.А. Исследование процесса наполнения ковшей погрузочных машин: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Новосибирск, 1958. - 16 с.

49. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971.-260 с.

50. Новые строительные погрузчики фирмы "Катерпиллер трактор". Обзор. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1973. - 67 с.

51. Плешков Д.И., Скокан А.И. Строительные погрузчики. М.: Высшая школа, 1974.-239 с.

52. Погрузочные машины для сыпучих и кусковых материалов: (Конструкция, теория и расчет). Под ред. Родионова Г.В. М.: Машгиз, 1967.

53. Погрузчик одноковшовый фронтальный пневмоколесный ТО 18: (Техническое описание и инструкция по эксплуатации). - Минск: Полымя, 1976.- 199 с.

54. Погрузчики.: (Справочник). Под ред. Ефимова Г.П. М. : Транспорт, 1989. - 240 с.

55. Подсвиров А.Н. Разработка конструкции и методики расчета параметров погрузочного оборудования одноковшового фронтального погрузчика с энергосберегающим гидроприводом: Дис. канд. техн. наук. Омск, СибАДИ, 1992.-213 с.

56. Половко A.M. Основы теории надежности. М.: Наука, 1964. 446 с.

57. Проблемы повышения технического уровня строительных и дорожных машин: Сб. науч. тр. М.: ВНИИстройдормаш, 1984. - 121 с.

58. Проников А.С. Надежность машины. М.: Машиностроение, 1978. 206с.

59. Пугачев B.C., Казаков И.Е., Евланов Л.Г. Основы статистической теории автоматических систем. М.: Машиностроение, 1974. - 400 с.

60. Разработка и исследование систем, обеспечивающих автоматическую установку ковша погрузчика в рабочее положение и остановку стрелы на заданной высоте: Отчет о НИР / СибАДИ N Б859492 - Омск., 1980. - 76 с.

61. РойтенбергЯ. Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 171.-396 с.

62. Ряхин В.А., Мошкарев Г.Н. Долговечность и устойчивость сварных конструкций строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1984. -232 с.

63. Саблин Р.Ф. Исследование величины и направления реакции штабеля на ковш фронтальных погрузчиков. Автореф. дис. канд. техн. наук. Омск, 1971.-15 с.

64. Серенсен С.В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению. Учебное пособие для вузов. М.: Атомиздат, 1975. 192 с.

65. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. 487 с.

66. Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986. -383 с.

67. Справочник по сопротивлению материалов / Под ред. Писаренко Г.С. 2-е изд., перераб. и доп. - Киев.: Наук. Думка, 1988. - 736 с.

68. Справочное пособие по строительным машинам. В 12-ти вып. Вып. 7 / Павлов С.М., Фохт Л.Г. Машины и оборудование для погрузочно-разгрузочных работ. Под ред. С.П. Епифанова. - М.: Стройиздат, 1975.-280 с.

69. Стогов В.Н., Плюхин Д.С., Ефимов Г.П. Погрузочно разгрузочные машины. - 3-е изд., перераб. - М.:Транспорт, 1977. - 311 с.

70. Строительные машины: Справочник. Том 1 / Под ред. В.А. Баумана и Ф.А. Лапира. -М.: Машиностроение, 1976. 502 с.

71. Тарасов В.В. Исследование динамики колесного фронтального погрузчика в транспортно-грузовом режиме: Дис.канд. техн. наук.- Омск, СибАДИ, 1979-269 с.

72. Тарасов В.Н. Динамика систем управления рабочими процессами зем-леройно транспортных машин. - Омск: Зап. - сиб. кн. из - во, 1975 - 182 с.

73. Тарасов В.Н. Основы оптимизации рабочих процессов землеройно-транспортных машин. Дис.докт. техн. наук,- Киев, 1981-390 с.

74. Теория автоматического управления/ Под ред. А. В. Нетушила. М.: Высшая школа, 1967. - 424 с.

75. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин. / Л.А. Гоберман, К. В. Степанян, А.А. Яркин, B.C. Заленский; Под ред. Л.А. Го-бермана. М.: Машиностроение, 1979.-407 с.

76. Тракторы: Теория: Учебник для студентов вузов по спец. Автомобили и тракторы" / Под ред. В.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1988.-376 с.

77. Требецкой К.Н. Технология применения и параметры карьерных погрузчиков. М.: Недра , 1985. - 264 с.128

78. Труфяков В.И. Усталость сварных соединений. Киев.: Наукова думка, 1973.-216 с.

79. Ульянов Н.А. Колесные движители строительных и дорожных машин. (Теория и расчет). М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

80. Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно транспортных машин. - М.: Машиностроение, 1969. - 520 с.

81. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М.: Машиностроение, 1977. - 228 с.

82. Федоров Д.И., Бондарович Б.А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. М.: Машиностроение. 1981. - 280 е., ил. (Надежность и качество).

83. Фельдбаум А.А., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления М.: Наука, 1971. 743 с.

84. Фисенко Н.И. Исследование рабочего оборудования одноковшового фронтального погрузчика: Дис. канд. техн. наук. Омск, СибАДИ, 1975.-155 с.

85. Яблонский А.А. Курс теоретической механики. Ч. 1, 2. М.: Высш. шк., 1984.-423 с.