Объем работ производимых машиной в единицу времени называется

Тема № 3

Производительность  машин.

Основным технико-эксплуатационным показателем машин является их производительность.

Производительность — это количество продукции, которую машина вырабатывает за единицу времени. Производительность выражается количеством продукции (т, м, м³), произведенной машиной за единицу времени (час, смена, месяц или год).

Различают три категории производительности машин: конструктивную, или теоретическую, техническую и эксплуатационную.

Конструктивная производительность П_к — производительность за 1 ч. непрерывной работы при расчетных скоростях рабочих движений, расчетном значении нагрузок па рабочем органе и расчетных условиях работы.

Для машин периодического (циклического) действия

П_к = qn или П_к = qnp,

где q  —  количество продукции машины за один рабочий цикл, м^я или т; п — расчетное число циклов работы машины в час, п = 3600 /Т Т — расчетная продолжительность цикла, с; р — плотность материала, т/м³. Для машин непрерывного действия

Рекомендуемые материалы

П_к = 3600 Av или П_к = 3600 Avp ,

А- расчетная площадь потока материала, м²;  v — расчетная скорость движения потока, м/с.

Конструктивную производительность используют в основном для предварительного сравнения вариантов проектируемых машин.

Техническая производительность П_Т — максимально возможная производительность машины в конкретных производственных условиях за 1 ч непрерывной работы.

П_Т = П_К К_У,

где К_у — коэффициент, учитывающий конкретные условия работы машины.

Эксплуатационная производительность П_Э – это производительность машины с учетом всех перерывов в работе. Она определяется технической производительностью и величиной простоев, вызываемых организационными причинами, отдыхом машиниста и др.

                                     П_Э = П_ТК_ВК_М,

где К_В — коэффициент использования машины по времени в течение смены, учитывающий все простои машины; К_М – коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста и качество управления.

Сменная эксплуатационная производительность

П_ЭСМ     = Т_СМ   П_Э,

где Т_СМ – продолжительность смены, ч.

Годовая эксплуатационная производительность

П_ЭГ   = 365 П_ЭСМ К_ВГ К_СМ ,

где К_ВГ — коэффициент использования машины по времени в течение года, равный количеству дней работы машины в году, разделенных на 365; К_СМ — коэффициент сменности.

Эксплуатационная производительность является главным рабочим параметром, по которому подбирают машины для выполнения определенного вида работ.

Основными технико-экономическими показателями, позволяющими сравнивать качество машин одного назначения, являются удельные металлоемкость и энергоемкость, стоимость единицы продукции и выработка продукции на одного рабочего.

Удельная металлоемкость и удельная энергоемкость — это соответственно отношение массы машины и мощности установленного на ней двигателя (двигателей) к часовой технической производительности.

Стоимость единицы продукции определяется как отношение стоимости машино-смены к сменной эксплуатационной производительности машины.

Выработка продукции на одного рабочего равна

В = П_ЭСМ /n_P,

В лекции «Развитие буржуазных отношений в Индии» также много полезной информации.

где n_P – количество рабочих, обслуживающих машину.

Степень механизации строительно-монтажных работ оценивает­ся уровнем комплексной механизации, механовооруженностью и энерговооруженностью строительства.

Уровень комплексной механизации характеризуется процентным отношением объема строительно-монтажных работ, осуществлен­ных комплексно-механизированным способом, к общему объему строительно-монтажных работ в натуральном выражении, выпол­ненных на строительной площадке

Механовооруженность строительства — отношение стоимости машинного парка строительной организации к стоимости строи­тельно-монтажных работ, выполняемых в течение года

Механовооруженность труда определяют отношением балансо­вой стоимости средств механизации к среднесписочному числу ра­бочих, занятых на данном строительстве

Энерговооруженность строительства — отношение суммарной мощности двигателей машинного парка строительства к среднеспи­сочному числу рабочих

1.1.
Строительные машины – техническая
составляющая строительно-технологических
процессов. 

Строительство – отрасль материального производства, обеспечивающая получение строительной продукции в результате реализации комплекса производственных процессов строительно-монтажных работ (СМР), выполняемых непосредственно на строительной площадке.

Производственный процесс – совокупность ряда строительных и организационных процессов, реализуемых при выполнении СМР.

Строительные
процессы разделяют на подготовительные,
транспортные, монтажные, технологические.

Строительно-технологический процесс (СТП) – процесс непосредственного получения строительной продукции или её элементов в результате реализации технологий строительного производства по переработке, монтажу, транспортированию исходных материалов или изделий с помощью систем строительных машин.

Технология
строительного производства представляет
собой обоснованную совокупность методов
выполнения СМР.

Реализация процессов современного строительства осуществляется с помощью различных совокупностей (систем) строительных машин (СМ) и носит название механизация.

Система
машин, требуемая для выполнения годовой
программы СМР строительной организации,
называют парком СМ.

Строительные
машины (СМ) являются технической  составляющей
строительно-технологических процессов(СТП),
включающей также строительные материалы,
технологии и людей, участвующих в их
реализации.

Комплект (комплекс) СМ – совокупность взаимосвязанных СМ с учетом резервной техники, согласованная по видам реализуемых технологических (рабочих) операций, их интенсивности (производительности) и ряду других характеристик, обеспечивающих возможность  комплексного выполнения конкретного СТП.

В
составе комплекта выделяют ведущую СМ
во многих случаях определяющую его
производительность.

Комплектами СМ выполняются как основные операции СТП (технологические и транспортные) так и большинство вспомогательных. При этом обеспечивается их высокая производительность и качество. Уровень механизации таких СТП называют комплексно-механизированным. Люди, участвующие в их выполнении в основном являются операторами СМ (рис.1.1)

Рис.
1.1. Технология бестраншейной замены
трубопровода:

1
– лебедка пневматическая, 2 – анкер, 3
– трос лебедки, 4 – заменяемый

трубопровод,
5 – шланг воздухопроводящий, 6 –
расширитель, 7 – пневмомолот,

8
– секция нового трубопровода, 9 – колодец
приемный,

10
– колодец рабочий, 11 – компрессор

№	Показатели	Значения	Примечание
1	Материал заменяемых трубопроводов	Чугун, бетон, керамика, асбоцемент
2	Диаметр прокладываемых трубопроводов, мм	100-400	Диаметр прокладываемых трубопроводов может быть меньше, равен или больше заменяемых
3	Длина прокладываемых трубопроводов, мм	до 50
4	Габаритная длина рабочего органа в сборе, мм	1400-1800	В зависимости от типоразмера
5	Минимальный диаметр рабочего колодца, мм	800
6	Расход сжатого воздуха, м3/мин	5-10
7	Масса комплекта, кг	330-690
8	Техническая производительность, п.м./мес	200-220
9	Гарантийный срок службы, год	2
10	Срок окупаемости, год	2-3

Ряд
СТП, выстроенных по строговыверенным
пооперационным технологиям, выполняются
автоматизированными комплектами СМ, с
участием лишь одного оператора. Степень
автоматизации каждой машины такова,
что требует лишь контроля и эпизодического
участия со стороны оператора.

Между
составляющими СТП существует тесная
взаимосвязь (взаимозависимость), при
которой изменение одной приводит к
изменению других. Так, появление новых
строительных материалов приводит к
изменению технологии.

Доставка СМ на объекты строительства в общем случае осуществляется автомобильным, железнодорожным, а в ряде случаев авиа и плавтранспортом. Самоходные СМ самостоятельно прибывают к местам эксплуатации в радиусе нескольких сот километров. Передвижные машины на пневмоколесном ходу могут доставляться на объекты эксплуатации с использованием буксира на расстояние до 100 км. Доставка габаритной техники проводится отдельными модулями и требует проведения монтажно-демонтажных работ в соответствии с положениями эксплуатационной документации.

СМР
оценивают по степени их механизации и
использовании в них рабочих по следующим
показателям:

—                   степени
комплексной механизации, в процентах,
представляющей отношение объема работ
в денежном исчислении, выполненных
механизированным способом к их общему
объему;

—                   механовооруженности
строительства, в процентах, представляющей
отношение стоимости парка СМ к годовому
объему СМР;

—                   механовооруженности
труда, определяющей в денежном исчислении
стоимость парка СМ на одного рабочего,
занятого в строительстве;

—                   энерговооруженностью
труда, определяющей мощность, кВ, парка
СМ на одного рабочего, занятого в
строительстве, (кВт/чел).

Производительностью машины называют количество продукции, произведенное ею в единицу времени при выполнении рабочего процесса.

В зависимости от вида работ она может быть массовой (т/час) или объемной (м3/час), а также измеряется м2/час, м/час, штуками/час.

Различают
три категории производительности:
конструктивную (теоретическую),
техническую и эксплуатационную.
Конструктивная (теоретическая)
производительность используется на
стадиях создания машины и является
отражением ее технических возможностей
применительно к расчетным режимам и
условиям работы. Ее рассчитывают за час
непрерывной работы с учетом характера
рабочего процесса, реализуемого СМ.

Для
СМ цикличного действия, обеспечивающих
порционную за цикл продолжительностью
Т_ц,
с выработку продукции Q,
м, м²,
м³,
т, шт, она определяется по формуле:

Пк = 3600 Q/Тц = 60Q пц,

(1.1)

где п_ц –
число циклов в минуту.

Для
СМ непрерывного действия при
непрерывно-выдаваемом потоке продукции
со скоростью V,
м/с с погонным значением количества
продукции на 1 метр потока q,
— по формуле

Пк = 3600 q V.

(1.2)

Для
СМ непрерывного действия при пошаговой S,
м выдачи продукции с числом разгрузок
в минуту: п_ц = V/S,
по формуле (1.1).

Техническая производительность – максимально возможная производительность, реализуемая машиной в производственных условиях, обычно так же за час непрерывной работы.

Учет
этих условий в общем случае определяется
коэффициентом технологичности

Кт = Пт/Пк.

(1.3)

Техническая производительность входит в число основных показателей (параметров) СМ, и для многих машин непрерывного действия является главным.

Категория
эксплуатационной производительности
не является показателем только СМ, в
виду того, что кроме технических
возможностей машины она отражает степень
организации и производства работ на
строительном объекте. Учет этих факторов
реализуют коэффициентами использования
машины по времени (К_в),
отражающим в совокупности степень
надежности машины и организацию работ
при ее эксплуатации и коэффициентом
управления(К_у),
отражающим степень квалификации
оператора по управлению машиной (К_у).
Расчет эксплуатационной производительности
(П_э)
проводят для различной продолжительности
эксплуатации: за час, смену, месяц, год.

Связь
между эксплуатационной и технической
производительностями выражается так:

Пэ = ПтКуКв.

(1.4)

При эксплуатации СМ категория технической производительности используется при формировании комплектов СМ, а производственной – при взаиморасчете заказчика с подрядчиком.

Помимо
приведенных выражений для оценки
различных категорий производительности
используют также методы их анализа,
позволяющие определять максимальное
значение производительности для
конкретных условий эксплуатации СМ. В
этом случае выражение для производительности,
представленное в зависимости от ряда
эксплуатационных характеристик рабочего
процесса, называют математической
моделью производительности.

Математическая модель производительности СМ является обобщенной формой выражения, отражающей её технологические возможности по интенсивности получения продукции, в зависимости от основных характеристик подсистемы «СМ-среда обработки».

Рассмотрим
математическую модель производительности
на примере бурения шпуров бурильными
машинами вращательного типа, используемыми
в буровзрывных технологиях, при
разрыхлении мёрзлых грунтов и отделении
пород. В этих технологиях предусмотрены
разбуривание системы шпуров, закладка
в часть из них взрывчатого вещества
(ВВ), в результате последующего взрыва
которого происходит отделение породы
от массива. Указанные технологии
выполняются с помощью комплектов СМ:
бурильных установок, зарядчиков шпуров,
погрузочно-транспортных машин (рис.
1.2).

Рис.
1.2. Буровзрывная технология проходки

Процесс
бурения по трудоемкости его выполнения
является здесь основным, во многом
определяющим эффективность реализации
всей технологии. Бурильная установка
представляет собой один или несколько
манипуляторов, на площадках которых
установлены бурильные машины и податчики
– устройства, подающие их на забой в
процессе бурения. Сами манипулятор
установлены на рамах самоходных машин
различного исполнения (размеры
пробуриваемых шпуров: Ø до 100 мм, h до
6 м).

Бурение
производится буровыми штангами с
резцовым инструментом. В процессе работ,
кроме операции чистого бурения,
выполняются операции по наращиванию
буровых штанг и замене затупившегося
инструмента.

Указанные
факторы, а также снижение скорости
бурения по мере затупления резцов
инструмента, уменьшают производительность
бурения:

П=L/T=L/(tб + n3·t3),

(1.5)

где L –
длина шпуров, T –
время бурения: t_б –
время «чистого» бурения; n₃·t₃ –
время, затрачиваемое на вспомогательные
операции, в данном случае лишь одну из
них – на замену режущего инструмента
(t₃ –
время замены, n₃ –
число замен).

Определим L,
приняв, что V изменяется
по закону V = V₀e^-λt:

где V₀ –
скорость бурения острым инструментом;
λ – коэффициент, характеризующий
интенсивность падения скорости в
результате затупления резца: λ – зависит
от стойкости резца, свойств породы,
характеристик (параметров) режима
бурения.

Значение
λ определяют экспериментально по кривой
естественного падения скорости по
формуле:

λ
= (ln(V₀/V_t))/t,

где t –
время бурения;

V_t –
скорость в конце бурения.

Тогда
выражение для П будет иметь вид:

Из
условия ∂П/∂t_б =
0, с учетом того, что

получим
оптимальное значение t_б в
виде

t_б =
((2t₃n₃/λ))^0.5.

В
этом случае получим выражение для
максимальной производительности
бурения:

Пмах = V0 / (1+(2t3n3 · λ)0.5 + λt3n3).

(1.7)

1.3.
Структурно-функциональное устройство 

Строительная машина (СМ) – устройство целенаправленного преобразования энергии первичной силовой установки и информации в необходимое движение рабочего органа с целью замены физического и умственного труда оператора при выполнении рабочих процессов в строительстве.

Рабочий процесс – процесс реализации операций, определяемых назначением СМ, осуществляемых путем целенаправленного взаимодействия её рабочего органа с объектом обработки (воздействия).

В зависимости от вида реализуемых операций транспортные, технологические: копание, бурение, дробление, и другие, все СМ разделены на две соответствующие группы.

В
первой группе машины (транспорт,
грузоподъемные машины и машины
непрерывного транспорта) рабочий процесс
состоит в перемещении грузов без их
внутреннего преобразования.

Вторая
группа – группа  машин технологического
назначения, связанная в первую очередь
с внутренним преобразованием объекта
воздействия(среды обработки), при котором
он может менять форму и свойства.

В
состав рабочего(технологического)
процесса могут входить одна или несколько
операций. В последнем случае среди них
может быть выделена главная, определяющая
в первую очередь форму, размеры рабочего
органа и характер его движения и
взаимодействия с обрабатываемым
объектом. Машины этой группы могут
реализовывать и транспортные операции
в ограниченных пределах.

Структурной схемой называют схему, определяющую основные части структуры системы и их взаимодействие. Она используется на стадии общего представления об изучаемой системе

Функциональной схемой называют схему, отражающую функциональные связи между основными частями системы с уточнением состава их устройств, месторасположения, характера взаимодействия с описанием его соответствующими математическими зависимостями.

Двигатель – энергетическая машина, преобразующая энергию источника в механическую работу

Двигатель,
как непосредственный преобразователь
электрической энергии источника питания
в механическую (обозначен Д), представляет
силовую часть привода.

Выходными
характеристиками двигателей являются
зависимость свободной (эффективной)
механической мощности, реализуемой на
его выходе от скорости движения выходной
детали. Для двигателей вращательного
типа, составляющих подавляющее
большинство, указанная зависимость
выражается функцией Ne (ω)
или Ne (n),
где ω — угловая частота вращения вала,
рад/с, n –
число оборотов вала, об/мин (рис. 1.3).

Рис.
1.3. Эксплуатационные характеристикики
ДВС

Мощностные
характеристики Ne (ω)
являются результатом процессов
преобразования энергии, получаемой
двигателем от источника энергии, с
учётом её общих потерь, имеющих место
как в процессе внутреннего преобразования
энергии (обозначают их индексом «i»),
так и при механической передаче их валу
(обозначают их индексом «м»). Для оценки
потерь мощности используют
понятие  коэффициента полезного
действия КПД, обозначая его η = η_i · η_м.
КПД есть отношение мощности на выходе
того или иного элемента к мощности на
его входе.

Помимо
мощностной характеристики,  важное
значение для двигателей представляет
внешняя механическая характеристика
(ВМХ) – зависимость вращающего момента
на его валу от частоты его вращения:
М(ω) или М(n),
являющейся механической реакцией
двигателя на значение внешней нагрузки
на его валу.

Ориентировочную
оценку ВМХ двигателей проводят по двум
параметрам, путем их сравнения с
требуемыми значениями. Этими параметрами
являются:

коэффициент
жесткости:

β=d M/d n,

коэффициент
перегрузки:

k_n= M_max/М_ном,

где M_max –
максимальное возможное значение
вращающего момента, допускаемого
двигателем,

М_ном –
номинального значение вращающего
момента, соответствующей номинальному
числу оборотов стационарного режима
работы (рабочего диапазона).

Требуемые
значения указанных параметров получают
опытным путем для различных групп СМ.

Значение
мощности, реализуемое двигателем в
рабочем диапазоне частот составит:

Величина
затраченной энергии за период Т будет
равна:

По
отношению к первичным двигателям,
особенно в совокупности их с преобразующими
устройствами трансмиссии – генератором,
(электро, пневмо) или гидромуфтой,
гидротрансформатором, используется
понятие силовой установки. Она
рассматривается как энергетическая
часть привода, приводящая в движение
механизмы трансмиссии.

Трансмиссия (передача) — система механизмов, передающих энергопоток от двигателя рабочему и ходовому оборудованию

Оценку преобразования структурных составляющих механической мощности – скоростей и силовых факторов, проводят с помощью передаточных отношений i и КПД η.

Состав
трансмиссии определяется формой
передаваемого энергопотока (механическая,
электрическая, гидравлическая,
пневматическая, комбинированная).
Механические трансмиссии представляют
собой систему механических устройств
– механизмов, обеспечивающих передачу
энергопотока от первичного двигателя
деталям рабочего и ходового оборудования
без преобразования формы энергопотока.
Исполнительными устройствами механической
трансмиссии являются её конечные
механизмы. Наиболее часто это
канатно-блочные, цепные, зубчато –
реечные, механизмы лебёдок или редукторного
привода, вибрационные
и виброударные механизмы.

В немеханических трансмиссиях преобразование  формы энергопотока производят генераторы и вторичные двигатели. Генераторы преобразуют энергопоток механической формы получаемой от первичного двигателя, электро, гидро, пневмо, а вторичные двигатели реализуют обратное преобразование.

 Характеристики
генераторных установок определяются
видом вырабатываемого ими энергоносителя.

Для
гидравлических и пневматических
генераторных установок ими являются
зависимости расхода энергоносителя на
выходе от давления  нагнетания
при постоянной частоте вращения вала.

Характеристиками
электрогенераторных установок являются
зависимости напряжения от тока якоря.

Другими
составляющими трансмиссий являются:

• трубопроводы
или проводники, предназначенные для
движения преобразованного  энергопотока;

• распределительное
устройство, обеспечивающее требуемое
направление движения энергопотока к
исполнительному устройству;

• исполнительное
устройство — вторичный двигатель,
обеспечивающий обратное преобразование
энергопотока в трансмиссии в механическое
движение, требуемое для приведения в
действие деталей рабочего и ходового
оборудования

Система
управления обеспечивает управляемую
передачу энергопотока деталям рабочего
и ходового оборудования.

Система управления – комплекс устройств управления, обеспечивающий функционирование СМ в соответствие с назначением, предъявляемыми показателями качества.

Основными
характеристиками системы управления
является показатели устойчивости её
функционирования (коэффициент запаса
устойчивости) и качества (точности
управления и быстродействия). Система
управления включает:

• устройство
управления производящее формирование
и выдачу управляющих воздействий в
силовые цепи привода

• пульт
управления обеспечивающий ввод задания
в виде программы или отдельных команд
оператора

• алгоритм
управления определяющий последовательность
реализации программы управления

Классификация
систем управления:

• по
степени участия оператора (ручные;
системы автоматического управления
(регулирования): САУ-САР; автоматизированные
систему управления: АСУ);

• по
расположению пульта управления (со
встроенным и выносным «дистанционные»
пультом управления)

• по
назначению (рабочим и ходовым оборудование;
первичными силовыми установками;
распределение мощных потоков; защиты,
контроля, диагностирования технических
параметров);

• по
виду решаемых задач (стабилизирующие;
программные; оптимизирующие)

Программные
САУ решают задачи управления для случая
представления задающего воздействия
g(t) в виде наперед заданной программы.
(Частным случаям этой программы
g(t)=const, являются стабилизирующими САУ.)

Самонастраивающие САУ, отличаются тем ,что они действуют не по жесткой, наперед заданной программе , а по корректируемой , приспособляемой (адаптируемой ) к реальным условиям . Вместо задающего устройства в них вводят датчики Д’, корректирующие значения g(t) для установления реальных условий управления.

Существует
два различных способа адаптации с
идентификацией и принятием оптимального
решения и с эталонной моделью.

Оптимальные
САУ, является частные случаи адаптивных.
Они отыскивают наилучшие (оптимальные)
режимы управления в соответствии с
наперед заданными критериями. Для этого
в их состав вводят блок нахождения
экстремальных значений и микропроцессор.

Система управления СМ, является многомерным объектом управления, — многоуровневая (рис. 1.3). Нижний уровень обеспечивает управление операциями рабочего процесса. Для машин цикличного действия — наиболее сложных в управлении он задается технологическим циклом — совокупностью отдельных операций, выполняемых в определенной последовательности. При этом наиболее часто в каждой отдельной операции цикла движения рабочего органа имеет разную траекторию и скоростной режим.

Верхний
уровень управления производит логический
анализ объема информации о ходе выполнения
цикла, дополнительных условиях и
ограничениях, имеющих место при его
реализации и принимает решение о переходе
от одной операции к другой, путем
включения необходимых цепей привода.
В зависимости от сложности СМ и
технологического цикла для реализации
алгоритмов верхнего уровня используют
управляющие микропроцессоры,
перепрограммируемые электронные
командоаппараты или контроллеры.

Совокупность
первчиной силовой установки (двигателя),
трансмиссии и систем упраления называют
приводом машины.

Ходовое оборудование в составе ходовой части и привода хода  обеспечивает возможность передвижения машины в результате взаимодействия движителя с основанием, путем создания тягового усилия.

В
качестве движителей наиболее широко
используются рельсовые и пневматические
колеса, гусеницы. Кроме движителя, в
состав ходового оборудования входят
подвеска – устройство для соединения
их с рамой машины и исполнительные
устройства, обеспечивающие непосредственную
передачу движения на ведущие
движители.Машины, оснащённые приводом
хода, называют самоходными.
Упруго-демпфирующие подвески, используемые
в них, обеспечивают возможность реализации
высоких скоростей движения (до 60 — 80
км/ч, при требуемой плавности хода).
Часть машин, не имеющих привода хода,
называют передвижными.

Основными
характеристиками ходового оборудования
являются:

     тягово-скоростная
в диапазоне возможных скоростей
передвижения,

     величины
удельных давлений на основание,

     общий
коэффициент сцепления движителя с
основанием,

     общий
коэффициент сопротивления передвижению

Рабочее оборудование строительных машин – система механизмов, участвующих в непосредственной реализации рабочего процесса. Рабочее оборудование включает рабочий орган,  механизмы крепления его к раме машины и исполнительное устройство привода.

Рабочее
оборудование предназначено для реализации
энергии привода, на выполнение рабочего
процесса. Рабочее оборудование по
технологическому назначению разделяют
на группы по аналогии с классификацией
СМ: грузоподъемное, погрузочное —
разгрузочное, землеройное, уплотняющее,
дробильное, сортировочное, отбойки и
бурения и другое.

Рабочими органами СМ являются детали или механизмы, непосредственно взаимодействующие с объектом (средой) обработки. Сам процесс «взаимодействия называется рабочим процессом. По технологическому признаку различают рабочие процессы подготовительные основные и финишные, а также транспортные. Конструкция рабочего органа определяется видом реализуемых операций (грузозахватные, грузонесущие, режущие, уплотняющие, буровые, измельчающие…) и режимом их осуществления (статическим, динамическим).

Динамические
режимы более интенсивны и в ряде
технологических операций находят более
широкое применение. Среди указанных
режимов наиболее часто используются
вибрационные и виброударные, создаваемые
с помощью соответствующих механизмов.

Размеры
рабочих органов входят в число основных,
а иногда и главных параметров СМ. Так,
например, вместимость ковшевых рабочих
органов часто является главным параметром
всей машины (одноковшовые экскаваторы,
скреперы и пр.).

Часто машины оснащают различными видами рабочих органов (инструментов), или разными видами рабочего оборудования. Такие машины называют универсальными, т.е. выполняющими различные виды рабочих процессов: копание грунта, его уплотнение, бурение и пр.

Характеристиками
рабочего оборудования является:

     виды
выполняемой операции, определяющей его
технологическое назначение;

     зона
действия и рабочая зона, определяющие
соответственно части пространства
перемещения рабочего органа соответственно
в холостом и рабочем режимах;

     диапазон
усилий, реализуемых на рабочем органе
и их характер;

     формы
и размеры рабочих органов. Первые
определяют их название: ковшевые,
отвальные, а вторые часто являются
главными параметрами СМ.

Реализация перемещений рабочего органа внутри зоны действия и рабочей зоны производится исполнительными устройствами привода с помощью элементов (механизмов) рабочего оборудования.

Мощность
энергопотока подводимая от первичного
двигателя к рабочему органу и движителю
с учётом имеющихся потерь, оцениваемых
КПД, характеризует те реальные
энергетические затраты, которые могут
быть реализованы для выполнения рабочих
и транспортных операций.

Привод
машины имеет два вида цепей передачи
энергопотока: силовые и управления. В
силовых цепях реализуется до 98% энергии
первичных двигателей, а в цепях управления
— от 2 до 5 %. В результате подвода
энергопотока к рабочему органу СМ, и
взаимодействия его с объектом обработки
по соответствующей программе, происходит
выполнение рабочего процесса, в результате
чего получают продукцию.

Интенсивность реализации отмеченных операция – ихпроизводительность (П), прямо пропорционально подводимой мощности энергопотока.

Для
оценки эффективности реализации
энергопотока привода вводят понятие
энергоёмкости рабочего процесса — затрат
энергии, требуемых на получение единицы
продукции.

В
качестве этого показателя кВт/ед. прод.
принимают:

N_дв/П,
либо

N_ро/П=N_двη_тр·η_ро/П,

где
N_дв—
мощность на валу первичного двигателя,
кВт;

N_ро —
мощность, реализуемая на рабочем органе,
кВт;

η_тр η_ро  —
КПД соответственно трансмиссии и
рабочего оборудования СМ.

Реализацию
рабочих процессов стремятся осуществлять
с минимальной энергоёмкостью.

Еще
одной структурной составляющей СМ
является ее несущая система. Она выполняет
роль базовой поверхности(базы) при
конструктивной реализации СМ, обеспечивая
координацию положения агрегатов, узлов
и систем рассмотренных ранее структур.
Основными характеристиками несущей
системы СМ являются ее прочность,
жесткость, мобильность, устойчивость
к опрокидыванию.

Мощность

Равная работа может быть произведена за разное по продолжительности время. Например, лошадь вспашет 40 га за 50 дней, а трактор — за день. Электрический шагающий экскаватор за одни сутки совершает работу, которую землекоп выполняет несколько лет.

С ростом техники и объема производства нам приходится за равные отрезки времени выполнять все большие объемы работ. Вот почему сейчас одним из важных, основных направлений технического прогресса является систематический рост единичной мощности и производительности машин.

В школьном курсе физики мы встречались с понятиями КПД и мощности, а понятия производительности машины там не было. Быть может, термин «производительность» и не имеет отношения к физике, механике?

Производительность машины имеет прямое отношение к физическому, а значит, и механическому понятию мощности. Производительность — понятие аналогичное, хотя и не тождественное понятию мощности. Производительность машины есть мощность, выраженная не в единицах работы за единицу времени, а в единицах конкретной продукции за единицу времени.

Вот пример. Производительность электрического шагающего экскаватора ЭШ 100/100, т. е. экскаватора с длиной стрелы 100 м и объемом ковша 100 м3, составляет 16 • 106 м3 угля в год.

Ясно, что за каждый цикл экскавации, за переработку каждого кубометра угля, производится определенная работа. За время выполнения всей работы взят год. Таким образом, и здесь можно вести речь о работе за единицу времени, о мощности независимо от того, что здесь механическая работа заменена конкретной продукцией производства, а за единицу времени избран год, а не секунда. Если в изложенном случае мощность своеобразно выражена через производительность, то в современной технике встречается и противоположное, когда мощностью называют нечто, совершенно не соответствующее механическому понятию мощности. Например, в горной технике есть понятие «мощность горного пласта», которая измеряется в метрах и отвечает техническому понятию толщины слоя угольного пласта.

Как уже известно, в механике за единицу мощности принимается ватт, соответствующий работе 1 джоуль за 1 секунду. Кроме того, есть единицы, производные от ватта, — киловатт — 103 Вт и мегаватт — 106 Вт. Однако современная техника пока не отказалась от такой единицы мощности, как лошадиная сила. При необходимости перевода мощности из лошадиных сил в ватты используются соотношения:

1 л. с. = 736 Вт или 1 л. с. = 0,736 кВт.

До сих пор в лошадиных силах измеряется в технике мощность двигателей внутреннего сгорания тепловозов, мотовозов, двигателей дизель-поездов, автодрезин, автомотрисе, двигателей автомобилей, тракторов, тягачей, танков, самоходных установок, судовых и корабельных, авиационных и ракетных двигателей.

Заметим, что лошадиная сила — л. с. — и как единица мощности, и по названию неудачна.

В самом деле, почему за единицу мощности взято 75 кгс • м/с, а не 50 или 90? Разве единицу мощности по смыслу можно назвать силой? Разве мощность для лошади всегда постоянная величина? Сравните обыкновенную беспородную лошадку с тяжеловозом или орловским рысаком — и убедитесь в обратном. По весьма ненадежным подсчетам даже «средняя» лошадь обладает мощностью лишь в 0,6 — 0,7 л. с.

Нельзя считать равноценными и сравнивать механические лошадиные силы с мощностью живых лошадей, даже с учетом коэффициента 0,6. В самом деле, разве могут даже 100 лошадей, впряженных в автомобиль «Жигули», сообщить ему скорость 80 км/ч, хотя общая мощность их и будет равной мощности двигателя автомобиля — 60 л. с?

Не говоря уже о другом, нельзя согласовать усилия лошадей по времени. Опыт показывает, например, что 8 лошадей, впряженных в повозку, развивают мощность, равную лишь 3,8 мощности одной лошади. Справедлива все же французская пословица, гласящая, что «сто зайцев не заменят одного слона». Не следует забывать еще об одном обстоятельстве — что мощность может быть и кратковременной, и длительно развиваемой. Я И. Перельман в «Занимательной физике» приводит такой пример: «На хорошем, ровном шоссе автомобиль в 10 л. с. безусловно предпочтительнее повозки, запряженной двумя живыми лошадьми. Но на песчаной дороге такой автомобиль будет беспомощно увязать, между тем как пара лошадей, способных при нужде развивать мощность в 1,5 и более л. с, благополучно справляется с препятствиями в пути». Добавим, что эти две лошади без особого напряжения могут вытащить из песка и наш застрявший автомобиль, даже с неработающим двигателем.

В современной технике есть понятия конструкционной мощности и мощности, развиваемой машиной в какое-то время, в каких-то условиях. Конструкционной мощностью, которую нередко называют просто мощностью, называется максимально допустимая, предельная мощность машин, обусловленная ее конструкцией. Во всех справочниках, в паспортах машин, в проспектах на экспонаты выставок всегда указывается именно конструкционная мощность как постоянная, строго фиксированная характеристика машин.

Например, мощность двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга» — 98 л. с, мощность восьми двигателей электровоза ВЛ-80 — 6320 кВт; мощность Красноярской ГЭС — 6 • Ю6 кВт, Саяно-Шушенской ГЭС – 6,4 • 10б кВт.

Мощность, фактически развиваемая в каждом конкретном случае машиной или агрегатом, например тяговым двигателем троллейбуса, может изменяться от нуля до конструкционной мощности.

В технике хотя и редко, но имеют место случаи, когда машина в период опытной эксплуатации устойчиво превышает конструкционную мощность. В таких случаях изменяют паспортные характеристики на фактически установленные. Например, для волжских гидростанций Самарской и Волгоградской изготовлены гидротурбины мощностью 105 000 кВт. Фактически в опытной эксплуатации они показали мощность, несколько превысившую 115 000 кВт. В паспорта турбин и в фирменные знаки на турбинах внесли новое значение мощности, а именно 115 000 кВт, с которой они и работают.

Мощность и производительность машин

Остановимся еще раз на росте в современной технике единичной мощности, КПД и производительности машин на примерах таких машин, которые необходимы нам для выполнения механической работы.

Для угольной промышленности и горнорудных работ, для гидротехнического и промышленного строительства нам с каждым годом требуется все большее количество и все более мощных автомобилей — самосвалов. Но какой смысл наращивать мощность, грузоподъемность и производительность машин? Оказывается, смысл есть, и большой.

Автосамосвал ЗИЛ-585 грузоподъемностью 3,5 т с карбюраторным двигателем имеет мощность 90 л. с, автосамосвал МАЗ-525 с дизельным двигателем — мощность 300 л. с, самосвал БелАЗ 549 с двигателем ди-

зеля — мощность 850 л. с. и грузоподъемность 75 т. Сделаем сравнение первой машины с последней, имея в виду, что рабочие скорости у них практически одинаковы.

Мощность машины возросла примерно в 9,4 раза, а пропорционально мощности и расход горючего во столько же раз. Грузоподъемность, а пропорционально ей и количество перевозимого груза (угля, руды) возросли в 21,4 раза. Это при том же расходе горючего. Причем дизельные двигатели экономичнее карбюраторных, а дизтопливо дешевле бензина. Учтем и следующее: для одной машины БелАЗ-549 необходимы шофер и помощник, а для двадцати одной машины ЗИЛ-585 необходимо минимум 21 человек. Фронт работ для 21 машины ЗИЛ-585 необходим по меньшей мере в 15 раз больший, чем для одной БелАЗ-549.

Уже изложенных преимуществ мощной машины перед менее мощными достаточно без продолжения сравнения в организационно-техническом плане. КПД мощной машины значительно выше, чем менее мощной. В настоящее время создан автомобиль БелАЗ-Э7521 грузоподъемностью 180 т, собственной массой 120 т, мощностью двигателя 2300 л. с, т. е. свыше 1690 кВт, и скоростью 50 км/ч. Впечатляют и размеры машины. Длина самосвала 14 м, ширина 8 м и высота 6 м. А в конструкторских бюро проектируются еще более мощные машины с грузоподъемностью 230 — 240 т.

Пример из другой области производства. Паровая турбина мощностью 5000 кВт расходует в сутки 90 т каменного угля, или 18 кг на 1 кВт мощности, а турбина мощностью 300 тыс. кВт — лишь 8 кг на 1 кВт мощности. Значит — и здесь с ростом мощности растет КПД машин.

Приведем в заключение сведения о наиболее мощных машинах из разных областей техники и их характеристиках.

Однажды один наш приятель спросил нас: «С каким, по вашему мнению, КПД работает двигатель автомобиля «Волга»?» Мы ответили, что, очевидно, с КПД, равным 0,18 — 0,19. «Ошибаетесь, друзья, — ответил он. — У моей «Волги» мощность двигателя 98 л. с, а контрольный расход бензина на 100 км пути по паспорту — 9 литров». Я подсчитал КПД, получается более 50%. Пришлось указать другу на его ошибку. Дело в том, что контрольный расход горючего определяется из расчета, что средняя мощность, развиваемая при этом двигателем легкового автомобиля, будет составлять 35%

конструкционной мощности. Значит, 9 литров бензина на 100 км «Волге» достаточно лишь при развитии ею 0,35 конструкционной мощности. Это всем автомобилистам надо иметь в виду.

Энергия

Что такое энергия, вам известно из курса физики VII класса. Тогда вы узнали, что энергия есть мера возможности совершить работу. Известно, что энергия является той общей мерой различных форм движущейся материи, величина которой остается неизменной при любых взаимных ее превращениях.

В физику термин «энергия» ввел в 1807 г. английский физик Томас Юнг.

Энергии присущи следующие признаки. Это, во-первых, единая мера различных форм движения материи; во-вторых, сохранение ее при всех превращениях из одного вида в другой.

Тела, обладающие энергией, способны совершать механическую работу, и наоборот — за счет механической работы тел можно получить энергию. Например, обладающая потенциальной энергией «падающая масса» копра совершает работу забивки сваи, и наоборот — механическая работа подъема вверх «падающей массы» копра переходит в потенциальную энергию этой «падающей массы».

Таким образом, механическая работа и энергия эквивалентны. Измеряется энергия в тех же единицах, что и работа, а именно — в джоулях, килоджоулях, килограмм-метрах.

Когда речь идет о механической энергии, имеются в виду две ее формы: энергия потенциальная и энергия кинетическая, или соответственно энергия взаимного расположения тел и энергия движения.

Характеризуя тела с энергетической точки зрения, можно говорить о «механическом состоянии тела», а поскольку энергетические возможности тела определяются его положением по отношению к другим телам и скоростью по отношению к ним, механическое состояние тела и определяют его координатами и скоростью.

Поинтересуемся потенциальной энергией. Мы уже знаем, что это энергия взаимного расположения тел или частей тела, обусловлена она взаимным притяжением тел по закону всемирного тяготения или упругостью де-

формированного или сдавленного тела, к примеру сжатой пружины, газа под давлением. Значит, говоря о потенциальной энергии, мы всегда при этом должны иметь в виду как минимум два тела или две части тела, о взаимном расположении и взаимодействии которых и может идти речь.

Вследствие относительно небольших масс, которыми обладают окружающие нас тела, мы не ощущаем притяжения к ним, ибо оно измеряется сотыми долями ньютона, и не говорим о потенциальной энергии по отношению к ним.

Мы хорошо знаем, что все притягивается к Земле, и потому потенциальную энергию поднятых над Землей тел относим именно к Земле. Кстати, абсолютно не нарушая физического смысла, мы с равным успехом можем говорить о потенциальной энергии земного шара по отношению к поднятому над ним телу.

Кинетическая энергия обусловлена скоростью движения тела и измеряется половиной произведения массы тела на квадрат его скорости, т. е. Ек = —. Отсюда ясно, что кинетическая энергия одного и того же движущегося тела в разных системах отсчета будет различной, ибо скорость любого тела в различных системах отсчета может быть неодинаковой.

В книге В. Н. Внукова «Физика и оборона страны» есть глава с оригинальным названием: «Можно ли рукой поймать пулю и погибнуть от неподвижной пули?» В ней как раз рассматривается вопрос об относительности скорости пули и ее кинетической энергии. Если скорости самолета и летящей рядом с ним параллельным курсом пули одинаковы или близки по модулю, то взять пулю руками пилот может без каких-либо опасений.

Кинетическая энергия в механических процессах может переходить в потенциальную, и наоборот, тело, обладающее энергией, может совершать механическую работу деформации, перемещения и даже разрушения тел, например молот дробит камень, превращая его в щебенку. Известен шуточный диалог двух охотников: «Ну как бьет твое новое ружье?» — «Отлично. Вчера со стены упало — пять горшков разбило!» Чисто физическое событие: ружье, находясь на какой-то высоте над горшками, обладало потенциальной энергией, которая затем превратилась при падении в кинетическую, и ружье, обладающее ею, совершило механическую работу разрушения горшков.

Ясно, что тела могут одновременно обладать и потенциальной, и кинетической энергией. Например, летящий самолет обладает потенциальной энергией, обусловленной его весом и высотой полета над Землей. Он обладает и кинетической энергией, обусловленной его массой и скоростью полета. При определенных данных высоты и скорости полета кинетическая и потенциальная энергия могут стать равными.

Голубой уголь

Энергия имеет первостепенное значение в развитии экономики, науки и культуры, и область хозяйства, производящая энергию, — энергетика — является ключевой областью народного хозяйства.

Весьма существенным и все возрастающим по удельному весу является производство электроэнергии за счет механических источников — энергии текущей и падающей воды, т. е. гидроэнергии рек, а также энергии морских приливов и отливов.

Гораздо большее количество энергии, чем реки, несут над территорией нашей страны ветры. По оценке профессора Н. В. Красовского, они могут давать нам до 18 триллионов кВт • ч энергии в год. Однако на пути практического использования этих исполинских энергетических возможностей много технических трудностей. В числе их — неравномерность и непостоянство ветров: резкое снижение скорости воздушных потоков, а значит, их энергии по мере снижения их уровня над Землей, вынуждающее ставить ветровые колеса как можно выше над ее поверхностью; не решены многие конструкционные задачи, возникающие в связи с этим.

В силу изложенного энергия ветра используется у нас в стране пока мало. Очень ценными оказались ветроэлектрические станции — ВЭС — на полярных станциях в арктическом бассейне и в Антарктиде. Там устойчивые ветры обеспечивают сравнительно бесперебойное снабжение полярников электрическим светом и теплом.

Как можно рассчитать и определить мощность ветродвигателя?

Кинетическая энергия воздушного потока Ек, проходящего через поверхность, ометаемую ветровым колесом

(рис. 41), £4=-г-, где т—масса воздушного потока; v—скорость воздушного потока.

А мощность воздушного потока равна кинетической энергии потока, проходящего через поверхность за единицу времени:

Масса воздуха, составляющего воздушный поток, проходящий через ометаемую ветровым колесом площадь за единицу времени, равна у=ру, где V—объем

воздушного потока, т. е. плотность воздуха р, умноженная на объем воздушного потока V, протекающего за единицу времени.

Объем воздушного потока равен V= SI, т. е. произведению площади поперечного сечения потока S на дли-

, V SI

ну /, а в единицу времени — = — = Sv, т. е. произведению объема воздушного потока на его скорость.

Площадь поперечного сечения потока 5 равна

5 = кг2,

где г—радиус площади круга, ометаемого лопастями ветрового колеса. Отсюда, сделав элементарные подстановки в формулу ЛГ = -£-, получим: N = yprV.

А если учесть КПД двигателя ч, то в итоге формула мощности ветрового колеса будет выглядеть так:

N= jprVr|.

Если мы хотим получить результат в единицах СИ, т е мощность потока в ваттах, все остальные физические единицы должны быть соответственно выражены: р-кг/м3; г—м; v—м/с, ^ — отвлеченное число, коэффициент полезного действия двигателя. Теоретически возможным КПД считается 0,6, практически осуществимым пока 0,35.

Исходя из изложенного, можно зависимость мощности от скорости ветра для ветроколес разного диаметра выразить так: мощность ветроколеса возрастает с ростом диаметра колеса и скорости ветра, приводящего его в движение.

В Балаклаве (Крым) был установлен ветродвигатель Центрального гидроаэродинамического института — идти — с диаметром ветрового колеса 30 м. На месте древней Генуэзской сторожевой башни была воздвигнута металлическая ферма, на которой были установлены трехлопастные ветродвигатели.

Пользуясь приведенной формулой расчета мощно>-сти ветродвигателя, приняв за плотность воздуха р -= 1,22 кг/м3, легко определить, что при скорости ветра 10 м/с Балаклавский ветродвигатель развивал полезную мощность порядка 150 кВт.

Чтобы ветроколеса вращались с наибольшей скоростью, отдавая максимальную мощность, они всегда поворачиваются против ветра специальным устройством — виндрозами.

Одной из основных трудностей эксплуатации ветросиловых установок является непостоянство ветра по скорости, вызывающее неравномерность вращения ветрового колеса. В лучших ветродвигателях удается снизить колебания их хода в пределах 2,5 — 1,5% от средней скорости вращения.

Обычно на валу ветрового колеса устанавливается электрический генератор, превращающий механическую энергию вращения ветроколеса в электрическую. Генераторы оборудуют устройствами стабилизации напряжения, на которое рассчитана электросеть, питаемая от силовой установки.

Если энергия, вырабатываемая ветроэлектростанцией — ВЭС, не в любое время суток может быть использована, то на ВЭС устанавливаются аккумуляторные батареи большой емкости, позволяющие использовать эту энергию в другое время, когда из-за слабости ветра ветродвигатель не сможет работать.

Основной вклад в теоретическую разработку и создание конструкций ветродвигателей на основе трудов Н. Е. Жуковского внесли его ученики — В. Н. Ветчинкин, Г. X. Сабинин, Н. В. Красовский.

Интересна последняя работа Г. X. Сабинина. Это миниатюрная, портативная ветроэлектростанция мощностью 120 Вт. Она имеет двухлопастный ветродвигатель диаметром 2 м, на валу которого укреплен электрический генератор. ВЭС устанавливается на обычном высоком столбе. Работать двигатель начинает при скорости ветра 3,5 м/с, а полную мощность развивает при скорости ветра 8 м/с. Станция имеет аккумуляторную батарею, которая заряжается во время работы двигателя. Центробежный регулятор установки автоматически изменяет угол атаки лопастей ветродвигателя и обеспечивает равномерность его вращения, поэтому ВЭС не опасен даже ураганный ветер. Аккумуляторная батарея и электрический генератор включены через реле обратного тока, как это делается в пассажирских вагонах поездов, автомобилях, на самолетах. В результате чего генератор заряжает аккумуляторную батарею, но аккумуляторная батарея не может превратить электрогенератор в электродвигатель, как это обычно и имеет место в схемах с реле обратного тока.

Производительность оборудования

Производительность машин и механизмов

Машина — сочетание деталей, узлов и механизмов, обеспечивающее преобразование одной энергии в другую с последующей передачей на рабочий орган для выполнения общественно-полезной работы.

Основные элементы строительной машины

Машина — сочетание деталей, узлов и механизмов, обеспечивающее преобразование одной энергии в другую с последующей передачей на рабочий орган для выполнения общественно-полезной работы.

Ходовая часть строительных машин

• гусеничная;
• пневмоколесная;
• колесно-рельсовая;
• шагающая.

Опорная часть строительных машин

• простая;
• сложная (включает опорную часть, опорно-поворотное устройство и поворотную платформу).

Силовое оборудование строительных машин

• электродвигатель;
• двигатель внутреннего сгорания (карбюраторный или дизельный);
• гидравлический;
• пневматический;
• комбинированный (дизель-электрический, дизель-пневматический и т.д.).

Силовые передачи строительных машин

• коническая;
• цилиндрическая;
• цепная;
• ременная:
• смешанная.

Системы управления строительных машин

• рычажная;
• гидравлическая;
• пневматическая;
• электрическая;
• комбинированная.

Рабочий орган строительных машин
(каждая строительная машина имеет свой рабочий орган):

• экскаватор (ковш);
• бульдозер (отвал).

Требования к машинам

Общие требования к строительным машинам:

• высокая производительность;
• высокий КПД;
• простота конструкции, управления и эксплуатации;
• надежность;
• долговечность;
• безопасность;
• низкая стоимость;
• малый вес и габариты.

Частные требования к строительным машинам:

• устойчивость;
• проходимость;
• маневренность.

Производительность строительной машины

Производительность строительных машин — объем работы, выполненный машиной за единицу времени.

Конструктивно-расчетная производительность — производительность машины за час непрерывной работы с максимальным использованием ее рабочих усилий и скоростей.

Техническая производительность — производительность машины за час непрерывной работы с учетом реальных условий работы.

Эксплуатационная производительность — производительность машины за смену с учетом реальных условий и времени работы машины в течение смены.

Дата публикации статьи: 25 июля 2014 в 20:56
Последнее обновление: 29 сентября 2021 в 11:13

---

03.03.2012