Портал о строительстве и ремонтных работах

17.1. Эксплуатационные свойства машин

Эксплуатационные свойства СДМ можно разделить на три группы: технологические, технико-экономические, эргономические.

Технологические свойства характеризуют приспособленность ма­шины к выполнению технологических требований строительства. К ним относятся: производственная эффективность рабочего органа, проходи­мость, маневренность и плавность хода.

Производственная эффективность рабочего органа определяет целесообразность и эффективность применения машины для выполне­ния данного рабочего процесса и характеризуется в основном главным параметром (вместимостью ковша — для экскаватора и скрепера, разме­рами отвала — для бульдозера и автогрейдера, объемом камеры дробле­ния — для камнедробилки, вместимостью мешалки — для асфальтосмеси — телей, шириной укатывающих вальцев и массой — для катков, грузоподъ­емностью — для автосамосвалов и кранов и др.). В настоящее время для интенсификации работ за счет совершенствования структуры парка ма­шин увеличивается выпуск машин повышенной единичной мощности. Однако целесообразность использования машин определенного вида для конкретных условий эксплуатации определяется рациональной произво­дительностью.

Проходимость характеризует способность машин, имеющих ходо­вое устройство, перемещаться в трудных дорожных условиях. Ее показа­телями являются: габаритные размеры, максимальный и сцепной вес, до­рожный просвет, удельное давление на грунт, совпадение следов пере­дних и задних колес, радиус поворота, углы въезда, тип движителя, тяго­вое усилие на низшей передаче.

Проходимость машины тесно связана с ее маневренностью и плав­ностью хода. Маневренность определяет радиус и время поворота, а плавность хода характеризует вертикальное отклонение режущих по­верхностей рабочего органа и обеспечивает постоянную глубину реза­ния и чистоту планировки.

К важнейшим технико-экономическим показателям СДМ относят­ся: надежность, тягово-скоростные свойства, топливная экономичность.

Надежность — один из важнейших показателей качества машин. Оценивают ее сочетанием свойств (безотказность, долговечность, ре­

монтопригодность, сохраняемость), характеризуемых определенной груп­пой показателей. Для более полной оценки надежности используют ком­плексные показатели, позволяющие одновременно оценивать несколько важнейших свойств. К этим показателям относятся коэффициент готов­ности (Кгот) и коэффициент технического использования (Кти).

Коэффициент готовности характеризует вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный мо­мент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых исполь­зование объекта по назначению не предусматривается:

К = I /(t + I ), (17.1)

ГОТ Н. О ‘ 11.0 вое ‘

где tuo — наработка на отказ, ч; fsoc — среднее время восстановления, ч.

Коэффициент технического использования — это отношение ма­тематического ожидания пребывания объекта в работоспособном состо­янии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожи­даний времени пребывания в работоспособном состоянии, времени про­стоев, обусловленных техническим обслуживанием, и времени ремонта за тот же период эксплуатации:

К = t / (t + t + t J, (17.2)

т. и. сум сум рем 00

где ґсум — суммарная наработка всех (подконтрольных) объектов, ч; ірсм —

суммарное время простоев из-за плановых и внеплановых ремонтов

всех объектов, ч; to6 — суммарное время простоев из-за планового и

внепланового технического обслуживания всех объектов, ч.

В процессе использования СДМ показатели надежности значительно изменяются в зависимости от наработки с начала эксплуатации.

Изменение комплексных показателей надежности на примере са­моходного скрепера ДЗ-11 показано в табл. 17.1. Наработка подконт­рольных машин рассматривалась в интервалах по 1000 машино-часов. Внутри рассматриваемых интервалов плотность распределения значе­ний К подчиняется нормальному закону распределения (рис. 17.1).

Анализ табл. 17.1 показывает, что с увеличением наработки с нача­ла эксплуатации изменяется не только среднее количество отказов внутри интервалов, но и значительно увеличивается среднее время простоя в ремонте для устранения отказов. Эта закономерность связана с тем, что в начале эксплуатации наблюдаются легкоустранимые отказы: появле­ние трещин в металлоконструкции, отказ шлангов и другие неисправно­сти, не требующие подъемных средств и транспортировки машин на ремонтную базу. С увеличением наработки растет количество отказов
(дополнительная коробка, основная коробка, двигатель, ведущий мост), для устранения которых требуются подъемные средства или транспортиров­ка машины на ремонтную базу. Неравномерное распределение отказов в период эксплуатации, а также различное время на их устранение вли­яют на коэффициент готовности, который уменьшается с увеличением наработки с 0,97 до 0,79, а коэффициент технического использования — с 0,90 до 0,71.

Таблица 17.1.

Зависимость показателей надежности самоходных скреперов ДЗ-11 от наработки с начала эксплуатации

Показа­тель на­			Наработка	маш.-ч
дежности	0-1000	1001— 2000	2001­ 3000	3001­ 4000	4001­ 5000	5001­ 6000
Среднее количест­во отказов	2,8	5,4	5,8	6,1	6,5	7,2
Среднее время про стоя на один от­каз, ч	8,7	17,3	22,8	27,4	31,4	36,1
Коэффи­циент го­товности	0,97	0,91	0,88	0,86	0,83	0,79
Коэффи­циент тех нического использо­вания	0,90	0,84	0,82	0,80	0,76	0,71

Изменения коэффициента технического использования с начала эксплуатации до капитального ремонта для рассматриваемых самоходных скреперов с достаточной точностью аппроксимируется уравнением:

К = 0,93 — 32 10-6Я, (17.3)

Т. и ’ ‘

где Н ~ наработка машины с начала эксплуатации, ч.

После капитального ремонта машины

К’ = 0,85 — 3 10 5Я, (17.4)

т. и ’ к. р’

где #кр — наработка машины после капитального ремонта, ч.

В рассматриваемых интервалах наработки среднее значение К изменяется на ±0,03 в зависимости от стажа работы машиниста. Так,

для подконтрольных машин, обслуживаемых машинистом со стажем работы более трех лет, К изменялось в пределах от 0,91 до 0,75, при стаже работы машиниста менее трех лет — от 0,88 до 0,64.

Рис. 17.1. Гистограмма распределения вероятностей коэффициента технического использования автоскрепера МоАЗ-546П-Д357П при нароботке от 0 до 1000 моточасов (а) и от 3000 до 4000 моточасов (б)

Тягово-скоростные свойства землеройно-транспортных машин (ЗТМ) определяют способность их копать или перемещать грунт в тяговом режи­ме с минимальной затратой времени и оптимизацией процесса.

У самоходных машин на первой передаче тяговые свойства, как пра­вило, зависят от коэффициента сцепления движителя с грунтом (р и ха­рактеризуются типом и параметрами движителя. Тяговое усилие по сцеп­лению определяется по формуле:

(17.6)

где Nt~ эффективная мощность двигателя, Вт; г] — кпд трансмиссии; vt~ теоретическая скорость перемещения машины.

Движение машины возможно только в случае, если справедливо выражение Р <Р.

~ КОЛ сц

Движитель преобразует подведенную к нему энергию в действи­тельное усилие Ятяг, перемещающее машину:

(17.7)

Р = N г] ті, / v

тяг е 1 ’о ‘ р

где?7д — кпд движителя, равный для автогрейдера 0,7-0,8; vp — рабочая скорость: ир = ит(1 — о); а — коэффициент буксования.

Согласно рекомендациям профессора Н. А. Ульянова, рациональное значение о для ЗТМ с колесным движителем принимается равным 0,15-0,25, с гусеничным — 0,10-0,15. Коэффициент буксования зависит от сцепных свойств движителя и свойств грунта и на первом этапе, как правило, определяется экспериментально.

Комплексное представление о тягово-скоростных и сцепных свой­ствах движителя дает тяговая характеристика машины:

(17.8)

где Т = Рт>г — Рх — сопротивление перемещению базовой машины.

Топливная экономичность относится к числу актуальных проблем экономии ресурсов. Стоимость ГСМ составляет 25-30%, а в отдельных случаях до 50% затрат на эксплуатацию машинного парка. Показателя­ми топливной экономичности являются часовой (GJ и удельный расхо­ды топлива на единицу эффективной мощности (gj и на единицу выпу­щенной продукции (g ). При оценке расхода топлива по регуляторной характеристике рациональным является режим двигателя с использова­нием 90% его максимальной мощности.

Порядок разработки и утверждения норм расхода ГСМ регламен­тирован “Основными положениями по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве”. На их осно­ве министерства и ведомства должны разрабатывать отраслевые мето­дики с последующим утверждением. После утверждения отраслевых
методик по ним разрабатывают нормы расхода ГСМ и вводят их в дей­ствие приказом.

Совершенствование норм расхода ГСМ с учетом условий эксплуа­тации СДМ отвечает требованиям программы повышения эффективнос­ти топливно-энергетических ресурсов.

В настоящее время в строительстве планирование расхода и списа­ние ГСМ осуществляется на основании действующих норм на 1 машино — час работы. Такое положение способствует неэффективному использова­нию дорогостоящих нефтепродуктов, так как с увеличением производи­тельности машины увеличивается и расход топлива. Следовательно, инди­видуальные нормы расхода ГСМ целесообразно устанавливать на едини­цу объема выполненных работ или с учетом режима работы двигателя.

Часовой расход топлива целесообразно дифференцировать в зависи­мости от условий эксплуатации и режимов работы строительных машин. Средний часовой расход топлива можно рассчитывать по формуле:

G = 1,03G (Ка (Ка К-К) + К), (17.9)

т * ном4 д. в д. м /V х’ ху ’

где 1,03 — коэффициент, учитывающий расход топлива в период запуска и

регулировки работы двигателя; Gmu — часовой расход топлива на номи­

нальном режиме: Gi:m=Ne gc; К — коэффициент использования двигателя по времени; К — коэффициент использования двигателя по мощности, изменяется от 0,4 до 0,9; KN — коэффициент, учитывающий изменение рас­хода топлива в зависимости от степени использования двигателя по мощно­сти, для дизелей N =1,26-1,00; Кх — коэффициент, учитывающий расход топлива при работе двигателя на холостом ходу, для дизелей К ~ 0,25.

Один из основных путей экономии топлива при эксплуатации СДМ — сокращение времени работы двигателя на холостом ходу и интенсифи­кация использования машин. Анализ показывает, что 30-40% рабочего времени двигатель работает вхолостую, потребляя при этом 25% топли­ва, необходимого для работы с полной нагрузкой. Увеличение времени использования машин за смену снижает эти потери. Представляет инте­рес разработка устройств, позволяющих автоматически выключать дви­гатель после работы на холостом ходу определенное время. Целесооб­разно обеспечивать также запуск двигателя от стартера, так как легкий запуск обеспечит выключение его во время технологических, обеденных и других перерывов.

Техническое состояние машины является одним из основных факто­ров, влияющих на расход ГСМ. Потери ГСМ происходят в основном из-за неисправности системы питания двигателя. Так, неисправность одной

форсунки приводит к увеличению расхода топлива до 20%. Из-за непра­вильной установки угла опережения подачи топлива потеря его может достигать 30% общего расхода. Неисправность и неправильная регули­ровка топливных насосов высокого давления увеличивают расход топли­ва до 25%. Существенное влияние на расход топлива и моторного масла оказывает состояние цилиндропоршневой группы и механизма газорас­пределения, где повышенные зазоры увеличивают расход топлива до 7% и масла до — 25%. При неисправных сборочных единицах трансмиссии за счет недоиспользования тяговых усилий машины перерасход доходит до 8%. Нерациональное использование тягового усилия из-за изношенных элементов движителя увеличивает расход топлива на 20-25%. Увеличи­вает расход ГСМ нарушение теплового режима двигателя, особенно его запуск и эксплуатация в условиях отрицательных температур. К перерас­ходу приводит и применение ГСМ, не соответствующих рекомендациям заводов-изготовителей.

Важным направлением снижения количественных и качественных потерь ГСМ является правильная организация получения, выдачи, транс­портировки и хранения, а также учета и отчетности по использованию средств механизации.

Эргономические свойства машин определяются факторами, оказы­вающими влияние на функциональное состояние, работоспособность и безопасность человека.

Длительная работа машины с полной производительностью обес­печивается только тогда, когда не будут превышены возможности чело­века, управляющего этой машиной.

Оценить удобство и легкость управления машиной можно на осно­вании следующих эргономических комплексных показателей: физиоло­гических (силовые и скоростные возможности человека), психофизиоло­гических (слух и зрение), антропометрических (компоновка рабочего места водителя), гигиенических (условия жизнедеятельности и работоспособ­ности человека в кабине).

Физиологический комплексный показатель характеризует силовые, скоростные и энергетические возможности человека. Для экономного расходования силы мышц и предупреждения усталости оператора необ­ходимо, чтобы усилия, прикладываемые к рычагам и педалям, и их ход находились в установленных пределах. Человек расходует свои энерге­тические ресурсы в двух направлениях: на себя и на производительную работу. Расход ресурсов на себя обусловливается физиологическими процессами, связанными с кровообращением, дыханием, поддержанием
тела в нормальном положении и восприятием внешнего мира. На эти цели человек в сутки расходует 8400 кДж энергии. В процессе труда за смену расходуется дополнительно до 11000 кДж. В зависимости от рас­хода энергии за смену труд может быть легким (до 2100 кДж), средней тяжести (2100-4200 кДж), выше средней (4200-6300 кДж), тяжелым (6300-8400 кДж), особо тяжелым (8400-10 500 кДж).

По данным А. Ф.Дергачева, из-за перегрузки человека повышается количество ошибок, снижаются производительность, коэффициент ис­пользования энергоресурсов машины (табл. 17.2).

При повышенной тяжести труда почти в 2 раза увеличивается за­болеваемость.

Влияние энергозатрат при управлении машиной на количество и качество труда

Согласно единым требованиям безопасности к конструкции СДМ, уси­лия на рычагах не должны превышать 20-60 Н, на педалях — 80-120 Н, длина хода должна быть не более 300 мм для рычагов и 120 мм для педалей.

Количество и		Энергозатраты	кДж/ч
качество труда	420	840	1260	1680	2100
Производительность, условные единицы	100	80	55	35	25
Относительное количество ошибок в процессе труда	1,00	2,25	3,50	5,00	8,00
Коэффициент использования энергоресурсов машины	1,00	0,80	0,55	0,35	0,25

Таблица 17.2.

Напряженность управления для оператора определяется коэффици­ентом /С с использованием экспериментальных значений усилий:

К =2*.= *________ , (17.10)

где А Ап — соответственно фактическая и нормативная работа за смену, Дж; п — количество рычагов и педалей; Р. — среднее усилие на і-м

рычаге или педали, Н; I. — путь, пройденный і-м рычагом или педалью, м; d.- число включений і-го рычага или педали за смену; t — время, затра­чиваемое на одно включение (выключение) і-го рычага или педали.

Психофизиологический комплексный показатель характеризует со­ответствие машины зрительным и психофизиологическим возможнос­тям человека. Важным условием повышения производительности СДМ является хорошая обзорность рабочего органа и фронта работ с рабочего места оператора при неподвижном его положении. Обзорность рабочего

места рассматривается с точки зрения повышения производительности и

безопасности. Обзорность зависит от высоты кабины, степени остеклен- ности. Остекленность характеризуется коэффициентом

К = F / F „ (17.11)

ост ост 1 каб’ ‘ ‘

где Fkt — суммарная площадь остекленности кабины, м2 ; F — суммар­ная площадь панелей кабины, м2 .

Обзорность рабочей площадки с рабочего места оператора оценива­ется коэффициентом обзорности. Для ЗТМ коэффициент обзорности для горизонтальной плоскости

К = F /(F — F ), (17.12)

о. г г. п/ ‘ н. к Г. П ’ ‘ ‘

где Fra~ площадь горизонтальной проекции машины, м2; Z7 — площадь невидимого контура, м2.

Антропометрические показатели характеризуют машину с точки зрения обеспечения рациональной и удобной позы машиниста, правиль­ной осанки, оптимального расположения рук на рычагах управления с учетом формы и массы человека в статике и динамике. Для определе­ния удобства расположения органов управления в кабине пользуются плоским макетом человека среднего роста (168 см), изготовленным из прозрачного материала, с шарнирным сочленением рук и ног с тулови­щем. Оценка компоновки рабочего места производится путем наложе­ния макета на схему рабочего места оператора в вертикальной и гори­зонтальной плоскостях. При этом определяется попадание рычагов и педалей в максимальные и оптимальные зоны. Органы управления ра­бочим оборудованием и перемещением машины должны находиться в оптимальной зоне. Рычаги управления температурой охлаждающей жид­кости двигателя, положением сиденья оператора, кнопки и рукоятки вклю­чения отопителя и вентилятора размещаются в максимальной зоне.

Гигиенический комплексный показатель оценивается вентилируе — мостью, температурой, влажностью, давлением, запыленностью воздуха в
кабине, уровнем радиации, шума и вибрации. Уровни шума, вибрации и загазованности на новых строительных машинах в основном отвечают санитарным нормам. Попытки заводов-изготовителей снизить эти уров­ни не дают существенного эффекта. Как показывает зарубежный опыт, снижение уровня шума до 75 дБ может быть произведено с помощью специальных глушителей, усиленного капотирования и подвески. Сниже­ние уровня шума позволяет значительно повышать эффективность ис­пользования машин. Так, для экскаваторов снижение шума со 110 до 80 дБ приводит к повышению производительности в 2 раза.

Вибрация вызывает снижение работоспособности машиниста и ряд изменений в организме, влияющих на здоровье. Так, вибрация частотой до 2 Гц может вызвать морскую болезнь. Наиболее опасна вибрация в диапазоне частот 4-8 Гц (частот собственных колебаний человеческого тела). Интенсивность вибрации характеризуется ускорением, значение которого нормируется в зависимости от условий, обеспечивающих ком­форт, работоспособность и безопасность машиниста. Допустимые значе­ния ускорений вертикальных вибраций в диапазоне частот 4-8 Гц со­ставляют: 10 см/с2 -. из условия комфортности, 31,5 см/с2 — из условия работоспособности машиниста, 63 см/с2 — из условия безопасности.

Температура воздуха в кабине должна быть в пределах 14-26° С. Однако при температуре свыше 22° С должна обеспечиваться подвиж­ность воздуха (до 1,5 м/с) на уровне груди машиниста. Температура внутренней поверхности кабины не должна превышать 35° С.

Концентрация вредных примесей в кабине ограничивается следую­щими значениями: пыли — не более 10 мг/м3, углекислого газа — не более 20 мг/м3, паров ТСМ — не более 100 мг/м 3.

Комментарии закрыты.