автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Совершенствование эксплуатационных показателей универсальных погрузчиков-манипуляторов в условиях сельскохозяйственного производства

Российский государственный аграрный заочный университет

(РГАЗУ)

На правах рукописи СМЕТНЕВ АНДРЕЙ СТЕПАНОВИЧ

УДК 629.112:621.86.06

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ - МАНИПУЛЯТОРОВ В УСЛОВИЯХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.20.03 - " Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники"

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор В.П. Мороз кандидат технических наук, профессор В.М. Тараторкин

Москва - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования...........................4

1.1. Анализ известных работ в области сельскохозяйственного транспорта и рационального использования погрузочных и транспортных средств..................................................................................................................4

1.2. Оценка существующих поворотных погрузчиков и манипуляторов ...8 Транспортно-технологические процессы выполняемые с помощью

манипуляторов..................................................................................................11

Оценка манипуляторов занятых погрузкой - разгрузкой тракторного транспорта.......................................................................................................-.13

1.3. Классификация погрузчиков периодического действия.....................16

1.4. Анализ конструкции новых образцов поворотных погрузчиков-манипуляторов ......................................................................................................21

1.5. Цель и задачи исследования.....................................................................24

Глава 2. Резервы повышения эффективности транспортно-технологичес-ких процессов...................................................................................................25

2.1. Влияние специализации хозяйства на объемы перевозок...................25

2.2. Зависимость дальности перевозок от размеров пахотных площадей хозяйства............................................................................................................28

2.3 Влияние погодных условий на выбор энергосредства для погрузки

и доставки с поля продукции..........................................................................32

2.4 Методика экспериментального определения годовой загрузки тракторов на потрузочно-транспортных работах.......................................34

2.5 Результаты экспериментальных исследований.......................................36

Годовая загрузка универсально-пропашных тракторов............................40

2.6 Технологические схемы применения самозагружающихся транспортных средств ........................................................................................................44

Глава 3 Рациональное сочетание погрузочных и транспортных машин .48

3.1. Пути снижения вредного воздействия движителей погрузочных и транспортных средств на почву.....................................................................48

3.2. Классификация способов снижения вредного воздействия на почву 53

3.3. Локальное внесение органо-минеральных удобрений.........................59

3.4. Транспортное обеспечение посадки картофеля с применением

контейнеров.......................................................................................................64

3.5 Оценка универсальных и комбинированных машин с грузоподъемными устройствами..........................................................................................67

3.6. Замена мобильного энергосредства........................................................70

3.7 Оценка комбинированных схем...............................................................72

Глава 4. Обоснование основных эксплуатационных параметров перспективных погрузчиков манипуляторов............................................................76

4.1 Энергозатраты погрузочной и транспортной техники .........................76

4.2 Определение рациональной производительности погрузчиков при обслуживании тракторных транспортых средств.........................................77

4.3. Влияние производительности погрузчика на эффективность

использования прицепа...................................................................................81

4.4 Обоснование производительности погрузчиков при внесении

органических удобрений................................................................................90

4.5. К выбору производительности манипулятора при его использовании

вместо ручного труда.....................................................................................100

4.6 Выбор основных параметров гидроманипуляторов...........................102

ГЛАВА 5. Совершенствование поворотных погрузчиков......................104

5.1 . Принципиальные схемы универсальных погрузчиков и манипуляторов .............................................................................................................104

5.2 Обоснование параметров безопасности погрузчиков-манипуляторов................................................................................................................1 1 1

5.3. Использование погрузочно-транспортных средств с учетом неблагоприятных погодных условий....................................................................124

5.4. Технико-экономические показатели новых погрузочных средств ...125

Общие выводы................................................................................................136

Список литературы........................................................................................138

з

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования 1.1. Анализ известных работ в области сельскохозяйственного транспорта и рационального использования погрузочных и транспортных средств.

В сельскохозяйственном производстве на долю транспортных работ приходится до 35% материальных затрат. Объем перевозок, приходящийся на один гектар пашни, возрастает по мере насыщения севооборота кормовыми и пропашными культурами. В хозяйствах Нечерноземной зоны с развитым животноводством объем перевозок достигает 35 т/га.

Перевозки грузов в пределах хозяйств осуществляются автомобильным, тракторным, а иногда гужевым транспортом. Тракторным транспортом в Нечерноземной зоне перевозится до 68% груза.

Развитию тракторного транспорта в начале шестидесятых годов способствовала замена тракторов с металическими колесами на тракторы с пневмошинами. В эти же годы взамен ручного труда на погрузке грузов начали применятся погрузчики фронтальные, навешенные на гусеничные тракторы.

Применение на тракторах гидропривода навесных систем, способствовало дальнейшему развитию погрузочной техники. Эффективность механизации погрузочных работ значительно возросла с поставкой сельскому хозяйству поворотных погрузчиков грейферного типа. Первая конструкция грейферного погрузчика (ПГ-0,5) была разработана сотрудниками ВИСХОМ III. Большой вклад в обоснование основных параметров и совершенствование конструкции заборных органов грейферных погрузчиков, внес преподавательский состав Саратовского института механизации сельского хозяйства /2/.

Повышением эффективности выполнения транспортных процессов в сельском хозяйстве занимались Бурьянов А.И., Гоберман В.А., Завалишин Ф.С., Игнатов В.Д., Кормаков Л.Ф., Котелянец В.И., Хабатов P.M. и другие /3,4,5,6,7,8,9/.

А.И. Бурьянов и В.Д. Игнатов разработали новые методы перевозок сельскохозяйственных грузов с применением накопителей-перегрузчиков и технологических контейнеров. В.А. Гоберман предложил метод оптимизации транспортных процессов и впервые обосновал структуру автомобильного транспорта для сельского хозяйства. Ф.С. Завалишин научно обосновал организацию внутри/хозяйственных перевозок с учетом рационального сочетания атомсубильного и тракторного транспорта. Л.Ф. Кормаков, В.И. Котелянец и P.M. Хабатов оптимизировали состав и режим работы тракторного транспорта.

В хозяйствах нечерноземной зоны России основным внутрихозяйственным транспортом является тракторный. Вопросами рационального использования тракторно-транспортных агрегатов при неблагоприятных погодных условиях занимались: А.Р. Ида /10/ - на перевозках овощей и картофеля применительно к условиям Северо-Западной зоны; А.И. Бурьянов - на перевозках зерна и силосной массы в хозяйствах Северного Кавказа; Н.Е. Евтюшенков и С.Д. Сметнев /11/ - на перевозках зерна, картофеля и зеленых кормов в центральной нечерноземной зоне; В.И. Котелянец - на перевозке сахарной свеклы и зерна в хозяйствах Украины.

На производительность транспортных средств влияет затраченное время на погрузочно-разгрузочные операции и рациональное сочетание скорости движения и грузоподъемности. Обоснованием выбора погрузочных средств для обслуживания тракторных прицепов занимались Базунов Г.В. /12/, Темирханов Б /13/. Их работы касались определения производительности погрузчика при загрузке органических удобрений в прицепы -разбрасыватели. Критерием эффективности служит показатель -приведенные издержки.

Работы отмеченных ученых были выполнены в 1968...80 гг, когда доля затрат на топливо составляла малую часть от общих затрат и основным показателем эффективности считалась производительность. С переходом на рыночные отношения приходится учитывать прирост энергозатрат, включая и увеличение расхода топлива для роста производительности машины. Методические рекомендации по топливо-экономической оценке сельскохозяйственной техники, технологических процессов и технологий в растениеводстве разработаны сотрудниками ВИМа под руководством Никифорова А.Н. /14/.

При обосновании состава погрузочно-транспортного звена приходится учитывать совокупные энергозатраты на выполнение погрузочно-транспортного процесса.

Впервые целесообразность использования тракторов на перевозке грузов была доказана в 1936 году Крживицким А.А. /15/. По его мнению грузоподъемность прицепа не должна превышать массу трактора, при перевозке груза по фунтовой дороге. В дальнейшем, Хлыстов ФЛ. /16/ подтвердил мнение Крживитского и отметил, что в тяжелых дорожных условиях масса трактора и прицепа должны совпадать. Повышение тягово-сцепных свойств семейства современных тракторов за счет увеличения их сцепной массы позволило повысить соотношение массы 'фактора к массе прицепа в 2...'2,2 раза. У факторов с колесной формулой 4x2 удается увеличить сцепную массу на 25...30% путем дофузки ведущих колес массой полуприцепа. По данным В.С. Бойко догрузка ведущих колес фактора класса 1,4 позволяет повысить на 20...28% тяговую мощность.

Наряду с факторным транспортом на внуфихозяйственных перевозках находит применение и автомобильный.

Вопросами рационального сочетания автомобильных и факторных.перевозок занимались Котелянец В.И., Эм В.А. и другие. Эм В.А. /17/ отмечает, что если использовать тракторы на грузоперевозках не только в пиковый период, то будут возможны случаи простоев автомобильного парка, количественный и качественный состав которого определяется с учетом необходимости освоения остальных фузоперевозок в пиковый период.

Вывоз фузов с поля автомобильным фанспортом офаничивается ГОСТом по допустимому воздействию движителей на почву. С учетом фебований ГОСТа /18/ фанспортно-сборочные работы приходится выполнять с помощью факторов с возможной передачей фуза автофанспорту на краю поля. Для организации смешанных автофакторных перевозок потребуется наличие пофузочной техники, в том числе манипуляторов.

Котелянец В.И. предложил формулу определения предельного расстояния (8) использования факторного фанспорта по сравнению с автомобильным:

Ст С»а 1пр

8=------------------------- -------, (1.1)

с;а/(П>(;т/(ка

Где: Ст и Са - фузовместимость факторного прицепа и кузова автомобиля, кг;

Гпр - время на погрузку, разгрузку, ч.:

б

VT и Va- среднетехническая скорость трактора и автомобиля,

м/с.;

ß - коэффициент использования пробега (=0,45).

Из представленной формулы видно, что у тракторного транспорта мало шансов на замену автомобильного. В основу формулы заложена приоритетность производительности. А поскольку скоростные качества автомобиля очевидны, то и количества рейсов он сделает больше.

В прежние годы, когда цены не рассчитывались, а устанавливались, иногда стоимость тракторного прицепа приближалась к стоимости автомобиля кратной грузовместимости. А если еще учесть и низкую стоимость топлива, затраты на перевозку грузов тракторами были почти в два раза выше, чем автомобилями.

В новых условиях хозяйствования, когда приоритетным показателем является энергоемкость процесса, следует определить сравнительную оценку автомобильного и тракторного транспорта по прямым и косвенным энергозатратам.

Основным погрузочным средством в сельском хозяйстве являются мобильные универсальные погрузчики. Систематизацией универсаль/ных погрузчиков занимались Базунов Г.В./19/, Гохтель

A.Х./20/, Дубинин В.Ф., Красников В.В. Наиболее полно учтены условия выполнения процессов погрузки, технологических свойств грузов, взаимодействия погрузчиков с транспортными средствами, осуществлены в классификации предложенной В.Ф. Дубининым /21/. На основе его общей классификации можно оценить типы универсальных погрузчиков-манипуляторов.

Универсальные поворотные погрузчики и манипуляторы можно разделить на две группы. К первой группе относятся гидравлические крановые устройства с поворотной колонной, а к второй без поворотной колонны.

Обоснование кинематических параметров, механизмов подъема ломаной стрелы с грузом и поворота колонны выполнено Гохтелем А.Х., Дубининым В.Ф., Дзинторсом У.Я./22/, Красниковым В.В., Мержвинской Е.П., Черноморец H.A. /23/ и другими.

Исследования погрузочных манипуляторов с неповоротной колонной (трехстержневым пространственным механизмом) провели Герасун В.М./24/, Лямин И.В., Потемкин А.П., Пындак

B.И., Рогачев А.Ф. /25/, Строков B.JI. /26/, и Удовкин А.И. Результаты исследований были использованы при создании новых и совершенствовании конструкции универсальных погрузчиков и манипуляторов. Конструкторскими организациями Коломыйского и

Юргинского машиностроительных заводов и завода "Орелживмаш" изготовлены и внедрены в хозяйствах Волгоградской области погрузочные манипуляторы с пространственным механизмом конструкции Волгоградского СХИ. Чертежи универсальных погрузчиков и манипуляторов включены в атлас "Подъемно-транспортные машины в сельском хозяйстве".

В Нечерноземной зоне основной объем внутрихозяйственных перевозок составляют связные материалы: силос, сенаж, органические удобрения. В процессе забора порции груза грейфером возникают сопротивления резания и отрыва порции.

С целью повышения производительности поворотных погрузчиков проведено множество исследований поворотных погрузчиков по совершенствованию заборных органов.

Исследование по совершенствованию заборных органов для связных материалов провели Атяскин О.П., Веракша В.П., Дубинин В.Ф., Кирпиченков Л.И., Красников В.В., Логвинович И.П., Любанец A.B., Рыжанков Л.И., Стариков В.Я., Черноморец А.Н.

Разработку множества вариантов поворотных погрузчиков и манипуляторов, заборных органов сменил следующий этап -сравнительный анализ различных технических решений и обоснование параметров.

Важным резервом в повышении эффективности использования дорогостоящих поворотных гидравлических кранов с набором заборных органов является применение погрузчиков-манипуляторов.

В этом направлении ведут работы сотрудники институтов ВИМ, ВНИИКОМЖ, НИПТИМЭСХ НЗ который изыскал и обосновал основные параметры прицепного погрузчика-манипулятора к энергомодулю МЭС-0,6 "фермер". ВИМ, РГАЗУ, ВНИИКОМЖ с участием диссертанта, проводит изыскание и техническое обоснование погрузчиков-манипуляторов к колесным тракторам класса 6-14 кН. Создание семейства погрузчиков-манипуляторов является актуальной задачей, особенно в условиях различных форм хозяйства.

1.2. Оценка существующих поворотных погрузчиков

и манипуляторов

Несмотря на успехи в развитии парка погрузочных средств к 1990 году все еще значительная часть погрузочных работ выполняется вручную. Ручной труд сохранился при погрузке

мелкопартионных грузов, перевозимых одиночными транспортными средствами.

По данным отдела транспорта ВИМ /27/ в 1990г. хозяйства Нечерноземной зоны России перевезли 1 млрд. 416тыс. тонн различных грузов из них 890 тыс. по полевым и грунтовым дорогам колхозов и совхозов.

На погрузке грузов при внутрихозяйственных перевозках исполь/зуются не только мобильные погрузочные средства. Многие склады и пункты послеуборочной обработки зерна, картофеля имеют стационарно-передвижные погрузчики. В уборочный период погрузку грузов в транспортные средства производят различные комбайны. Доля погрузочных работ, приходящихся на перечисленные виды погрузочной техники показана на рис 1.1.

1. погрузка уборочной техникой - 26%

2. погрузка стац. погрузчиками - 3%

3. погрузка мобил. погрузчиками - 57%

4. погрузка ручная - 14%

Рис. -1.1

Концепция развития средств механизации погрузочных и

транспортных работ предусматривает К 2005 году исключение ручного труда на погрузке 124 млн. тонн грузов, за счет применения самозагружающихся агрегатов.

В вопросах комплектования самозагружающихся агрегатов большой опыт накоплен в зарубежных странах. В нашей стране, на высоком научном уровне выполнены работы по изысканию и исследованию погрузочных манипуляторов, учеными Волгоградского СХИ. Пындак В.И., Герасун В.М. /28/ и Дагестанского Темирханов Б.

Грузоподъемные устройства, входящие в состав транспортных средств, нашли широкое применение у фермеров зарубежных стран. В странах СНГ грузоп