1.2. Производительность строительных машин.

 

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:

П_к = 3600 Q/Т_ц = 60Q п_ц, (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

П_к = 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

К_т = П_т/П_к. (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:

П_э = П_тК_уК_в. (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/(t_б + n₃·t₃), (1.5)

где L – длина шурупов, 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:

П_мах = V₀ / (1+(2t₃n₃ · λ)^0.5 + λt₃n₃). (1.7)