Строительная техника

Промышленные тракторы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В книге не используют экономические оценки, так как рассматривают только технические аспекты эффективности тракторов и оптимизации их параметров. Обобщенными техническими критериями оценки эффективности трактора, как базы дорожно-строительного агрегата, являются производительность агрегата и расход топлива на единицу этой производительности. Указанная производительность будет зависеть не только от параметров трактора, но и от типа агрегата   и   эксплуатационных   условий.

Игнорирование типа агрегата и эксплуатационных условий может привести к серьезной ошибке в оценке базового трактора и нерациональному выбору его основных показателей. Например, увеличение тягового усилия трактора общего назначения, агрегатированного с бульдозером, может быть эффективно, если на трактор дополнительно навесить рыхлитель, увеличивающий сцепной вес трактора, и вредно, если трактор агрегатировать с прицепным скрепером, уменьшающим его сцепной вес. При агрегатировании с одним и тем же оборудованием увеличение тягового усилия будет целесообразным для плотного грунта, обусловливающего увеличение сцепных свойств трактора, а нецелесообразным при работе на легком грунте.

Различают несколько видов производительности трактора. Для экономических оценок определяют эксплуатационную производительность, т. е. производительность за год или за срок службы трактора. Она может быть определена как объем грунта, разработанного агрегатом за срок службы или за год, или как произведение производительности за малую единицу времени, например 1 ч, на фонд рабочего времени за срок службы или за год. При этом фонд рабочего времени обусловливается факторами, не имеющими прямого отношения к тягово-скоростной характеристике трактора, а именно, показателями надежности, организационными, климатическими и другими. Вследствие этого при оценке тягово-скоростных показателей производительность трактора можно рассматривать за малую единицу времени без учета простоев. Такая производительность называется технической и, как правило, ее определяют как объем разработанного и перемещенного грунта за час работы

Техническая производительность является функцией как конструкции и параметров рабочего оборудования, так и показателей базового трактора. Объем грунтовой призмы, например бульдозерного агрегата, является комплексной функцией параметров отвала (размеров, угла резания, геометрии и других), характеристик грунта (коэффициентов и зависимостей), дистанции набора призмы и усилия копания. Из указанных аргументов лишь усилие копания, пропорциональное тяговому усилию на крюке трактора, является составляющей тяговой характеристики, а остальные показатели характеризуют рабочее оборудование, технологию и грунт.

Время цикла в равной степени зависит от скорости рабочего и холостого ходов, являющихся функциональными показателями характеристики трактора, и дистанции Sp разработки и перемещения грунта, отражающей эксплуатационные условия.

В то же время желательным было бы наличие критерия, пре-валирующе оценивающего базовый трактор с точки зрения его роли в композиции факторов, определяющих производительность агрегата. Для сельскохозяйственного трактора таким критерием служит мощность на крюке, или тяговый КПД [20, 29]. Оценка трактора по мощности на крюке является в достаточной степени правомочной, если трактор используют как базу для агрегатов, рабочий цикл которых практически состоит из одного рабочего хода, а доля холостых пробегов пренебрежимо мала. Эффективность же агрегата при цикличном характере работы не является прямо пропорциональной мощности на крюке в рабочем элементе цикла, так как сомножители, определяющие NKp, т. е. Ркр и i?p, не равнозначны.

Отсюда энергетический критерий оценки промышленного трактора может быть определен, исходя из выражения полезной работы, совершенной трактором с оборудованием в единицу времени, с учетом составляющих рабочего цикла дорожно-строительного агрегата.

Конкретный вид выражения для определения энергетического критерия оценки эффективности будет зависеть от типа агрегата. Также от типа агрегата зависит целесообразность использования одного из двух указанных критериев эффективности (технической производительности или полезной работы в единицу времени).

Из формулы следует, что работа за единицу времени цикла зависит не только от мощности на крюке, но и от рабочей скорости, т. е. от соотношения между скоростью и тяговым усилием при равной мощности на крюке, а также от составляющих, определяющих холостой элемент цикла, —скорости холостого хода и, времени остановок. Величину А будем называть энергетическим потенциалом производительности (ЭПП) при постоянном тяговом усилии. По физической сущности ЭПП представляет собой энергию, передаваемую трактором на рабочее оборудование в процессе рабочего элемента цикла (элемента, при котором выполняется полезная работа) и приходящуюся на единицу времени полного технологического цикла (сумма времени рабочего и холостого элементов цикла) при работе с данным оборудованием.

Существенным является и тот факт, что для такого агрегата, как рыхлитель, объем призмы, как таковой, не определяется и достаточно точный расчет технической производительности просто невозможен. Следовательно, если принять за критерий техническую производительность, то будет отсутствовать единая критериальная основа для оптимизации показателей трактора общего назначения как базы дорожно-строительных машин.

При определенных рабочем оборудовании трактора, грунтовых и технологических условиях техническая производительность эквивалентна ЭПП и может быть использована как частный критерий оценки эффективности трактора при расчетах и экспериментальных исследованиях. Очевидно, что детерминированное уравнение и зависимость, рассчитанная на его основе, имеют смысл при условии обеспечения постоянного тягового усилия в процессе выполнения рабочего элемента цикла. Это возможно только при наличии идеального автоматического управления оборудованием, обеспечивающим такое условие. Таким образом, выражение целесообразно использовать при решении узкого круга задач, например, при выборе и обосновании номинального тягового усилия трактора.

Практически при работе промышленного трактора общего назначения тяговое усилие в процессе рабочего элемента цикла изменяется в широких пределах. Поэтому любой энергетический критерий оценки производительности трактора должен опираться на факт непрерывного изменения тягового усилия трактора с той или иной частотой и амплитудой, т. е. на случайную функцию тягового усилия на крюке или ведущих колесах Ркр (t) или Рк (t). Вследствие этого мощность на крюке AfFp, являющаяся функцией тягового усилия на крюке Ркр, будет изменяться в определенных пределах и в формулу (3.6) должна входить в виде математического ожидания AfKp, так же как и скорость vv рабочего хода.

Применительно к фиксированным параметрам функции Ркр (/) указанную величину назовем частным энергетическим потенциалом производительности (ЧЭПП) и обозначим Р.

Рассмотрим тяговое усилие как семейство случайных величин, зависящих от параметра t, и интерпретируем этот параметр как время. В соответствии с принятым в теории случайных процессов определением возможна классификация изменения тягового усилия как случайного процесса, когда параметр t имеет произвольное множество Ту т. е. Ркр (t), t £ Т, и как случайной величины Ркр при фиксированном значении t £ 7\ распределенной по какому-либо закону / (Ркр).

Начнем с более простого варианта, если Ркр является случайной величиной, то частный энергетический потенциал производительности

Параметры закона и реализации не являются постоянными для всех видов эксплуатационных условий и, следовательно, Руд для одного и того же трактора будет изменяться в определенных пределах, обусловленных пределами изменения указанных параметров.

Первым параметром, оказывающим наиболее существенное влияние, являются сцепные свойства агрегата на заданном грунте, зависящие от трех показателей: характеристики грунта, конструкции движителя и сцепного веса агрегата.

Работа трактора в тех или иных грунтовых условиях носит случайный характер, поэтому значение фКтах» как результат расчета функции со случайным аргументом, будет случайной величиной, распределяемой по закону F (фктах)- Дистанция разработки грунта также может быть рассмотрена как случайная величина, распределяемая по закону F (Sp).

Вероятность работы трактора с тем или иным видом оборудования не всегда совпадает с вероятностью агрегатирования. Если на трактор установлено бульдозерное и рыхлительное оборудование, то при равной вероятности агрегатирования необходимо ввести вероятность работы с бульдозером или с рыхлителем. В случае использования трактора с бульдозером и скрепером вероятность работы трактора с оборудованием и вероятность агрегатирования совпадают.

Очень часто транспортное средство находится недалеко от бурта, в этом случае tr = 0 и tx = 0. При этом только процесс набора грунта, занимающий около 12 % от общей продолжительности цикла, обусловлен энергетическим балансом трактора, а во всех остальных элементах цикла трактор заведомо недоиспользует мощность двигателя вследствие ограничений по допускаемым ускорениям при разгоне и торможении. Ускорения трактора-погрузчика при малых размерах рабочих площадок обусловлены безопасностью труда водителя, а также возможностью обеспечения минимального радиуса поворота по устойчивости и т. п. В этих условиях работа, выполняемая трактором-погрузчиком за цикл, во многом зависит от рабочей скорости при маневрах, причем увеличение затраченной работы не приводит к прямо пропорциональному росту производительности агрегата. Кроме того, и непосредственно при наборе грунта эффективность трактора-погрузчика существенно зависит не только от мощностей, отдаваемых трактором на оборудование и гидросистему управления оборудованием, но и от соотношения этих мощностей.

Таким образом между трактором-погрузчиком и агрегатами других видов (бульдозером, рыхлителем, скрепером и т. п.) существует коренное отличие, которое заключается в следующем. Эффективность агрегатов всех видов в конечном счете обусловливается наивысшей выходной мощностью, получаемой при прохождении заданного участка, характеризуемого определенным тяговым сопротивлением, за минимальное время (с максимальной скоростью), или при преодолении за данное время максимальной дистанции. Наивысшая эффективность трактора-погрузчика при типичной технологии достигается при быстрейшей перегрузке материала из бурта в транспортное средство одновременно при минимизации пути и времени, затрачиваемого на набор и перемещение грунта (т. е. при одной и той же выходной мощности в результате меньшего пути эффективность трактора-погрузчика может быть различной, и наоборот — при одинаковой эффективности может быть различна выходная мощность вследствие разницы в траекториях движения).

Таким образом, энергетический критерий эффективности для трактора-погрузчика менее целесообразен, и в этом случае критерием, наиболее полно и обобщенно оценивающим тягово-скоростные показатели трактора-погрузчика, следует считать техническую производительность.

Техническая производительность трактора-погрузчика также зависит от эксплуатационных условий, которые могут быть обобщены двумя показателями: сцепными свойствами трактора-погрузчика на заданном грунте (фктах), аналогично трактору общего назначения, и свойствами насыпного перегружаемого материала, обозначенными М. В соответствии с этим математическое ожидание производительности трактора-погрузчика при наборе одного насыпного материала в разнообразных грунтовых условиях назовем частным техническим потенциалом

Математическое ожидание производительности трактора-погрузчика в разнообразных грунтовых условиях при наборе различных насыпных материалов будем называть обобщенным техническим потенциалом

Как для трактора общего назначения, так и для трактора-погрузчика техническая производительность или частный энергетический потенциал могут быть определены и экспериментально, и расчетным путем. В то же время полный, и обобщенный энергетические потенциалы производительности для трактора общего назначения, а также частный и обобщенный технические потенциалы для трактора-погрузчика можно лишь рассчитать, поскольку проведение на стадии создания трактора широких сравнительных испытаний с многочисленным оборудованием и во всех почвенно-климатических зонах невозможно и экономически нецелесообразно.