Введение к работе
Актуальность решаемой проблемы. Во многихобластяхпроизводст-
ва широкое распространение имеют разнообразные машины, предназначенные для погрузки, выгрузки и переработки сыпучих материалов. Затраты на их погрузку и разгрузку, включая перегрузки при транспортировании, составляют в среднем 25-30% общей стоимости материалов. Используемые для этих работ фронтальные погрузчики (ФП) наряду с преимуществами (маневренность, возможность получения больших удельных-уси-лий, масса и стоимость по сравнению с экскаваторами) имеют ряд недостатков. А именно: частые поломки из-за больших динамических нагрузок; трудоемкость управления операциями рабочего цикла (до 1200 движений в час должен делать человек-оператор (40), управляя машиной); интенсивный износ пневматических шин (до 20-30% себестоимости доставки); отсутствие автоматизированного управления рабочим процессом.
Анализ информации, посвященной исследованию конструктивных и эксплуатационных характеристик ФП на различных операциях его цикла, показывает, что повышение эффективности использования этого типа машин осуществляют по двум направлениям.
1. Совершенствование рабочего процесса машин, находящихся в экс
плуатации.
2. Совершенствование конструкции и создание принципиально новых
рабочих органов.
Наибольший эффект достигается за счет автоматизации ресурсосберегающих режимов работы находящихся в эксплуатации агрегатов. При устойчивой тенденции подорожания цен на энергоносители разработка методологии проектирования ресурсосберегающих режимов и технологий работы машин, находящихся в эксплуатации, является актуальной проблемой.
Решение такой проблемы обусловило необходимость научного исследования, рассматривающего работу ФП по ресурсосберегающим технологиям как динамическую систему «внешняя среда — фронтальный погрузчик» («ВС - ФП»).
Актуальность диссертационной работы состоит в научном обобщении и дальнейшем развитии теоретических положений и инженерных решений в области погрузочных машин и их систем управления.
Исследования выполнены в соответствии с научным направлением Си-6АДИ «Теория управления и конструирования землеройных, дорожных и строительных машин с целью повышения их эффективности».
В данной работе использован термин - эффективность динамической системы «ВС - ФП», который представляет собой нормированный к затратам ресурсов результат работы этой системы на определенном интервале времени в заданных условиях эксплуата ОД>с. НАЦИОНАЛЬНАЯ}
СМБДИОТЕКЛ {
Основная идея работы заключается в определении совокупности критериев эффективности и их иерархии на каждой операции рабочего цикла ФП, которая обеспечивает в целом работу машины по ресурсосберегающей технологии.
Объектом исследования настоящей работы является рабочий цикл динамической системы «ВС - ФП»:
Предметом исследования являются закономерности изменения выходных параметров динамической системы «ВС - ФП» на операциях ее рабочего цикла.
Целью исследования является разработка научных и практических рекомендаций по повышению эффективности работы ФП за счет применения ресурсосберегающих технологий операций его цикла.
Для достижения поставленной цели необходимо на основе системного подхода к исследованию закономерностей изменения выходных параметров динамической системы «ВС - ФП» в ее рабочем цикле решить следующие основные задачи.
-
Разработать структурную схему динамической системы «ВС - ФП».
-
Разработать методологию определения нагрузок, приведенных к режущей кромке ковша, на операциях рабочего цикла ФП.
-
Разработать математическую модель функционирования динамической системы «ВС - ФП» на всех операциях ее цикла.
-
Обосновать выбор совокупности критериев эффективности и их иерархию для каждой из операций рабочего цикла ФП и по этим критериям выявить ресурсосберегающую технологию выполнения рабочего процесса в целом.
-
Разработать новые технические решения, обеспечивающие ресурсосберегающие технологии работы ФП.
Методологической базой исследований являются математическое моделирование и системный подход к анализу причинно-следственных связей в технологических процессах операций рабочего цикла ФП.
Научная новизна работы заключается в следующем.
-
В разработке методологии проектирования ресурсосберегающих технологий рабочих процессов ФП.
-
В создании теории силового взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала в динамике процесса черпания.
-
В разработке методики определения нагрузок, приведенных к режущей кромке ковша ФП, на операциях его рабочего цикла.
-
В создании математической модели функционирования динамической системы «ВС - ФП» на операциях ее рабочего цикла, учитывающей физико-механические свойства разрабатываемого материала и конструктивные, режимные и эксплуатационные параметры ФП.
-
В обосновании выбора совокупности критериев эффективности и их иерархии в рабочем цикле ФП.
-
В оценке эффективности различных принципов управления работой ФП с использованием автоматизированных систем управления (АСУ) по ресурсосберегающим технологиям.
-
В разработке новых технических решений, обеспечивающих работу ФП по ресурсосберегающим технологиям.
Практическая ценность работы заключается в решении научно-технической проблемы, имеющей народнохозяйственное значение. Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований открывает новые направления повышения эффективности работы ФП и их систем управления по ресурсосберегающим технологиям.
Реализация работы в промышленности. Практические рекомендации и выводы, полученные в процессе исследований, позволили определить режимные и конструктивные параметры погрузчиков ТО-18, ТО-27, ТО-27-1 и внедрить их в Минском НПО «Дормаш». На Орловском заводе погрузчиков использована АСУ ковшом погрузчика ТО-25 и внедрена энергосберегающая гидросистема на погрузчике ТО-30. Испытана и рекомендована к внедрению в производство система автоматики управления рабочим оборудованием погрузчика ТО-10А.
Автор защищает:
-
Методологию проектирования ресурсосберегающих технологий рабочих процессов ФП.
-
Теорию силового взаимодействия ковша ФП со штабелем сыпучего материала в динамике процесса черпания.
-
Математическую модель ФП, позволяющую находить совокупности режимных, конструктивных и эксплуатационных параметров, обеспечивающих ресурсосберегающие технологии рабочего процесса.
-
Варианты совмещенного способа черпания сыпучих материалов с минимально необходимыми энергозатратами на этот процесс.
-
Технические решения, обеспечивающие рабочий процесс ФП по ресурсосберегающим технологиям.
Личный вклад автора заключается: в формулировании идеи и цели работы; в создании теории силового взаимодействия ковша ФП со штабелем сыпучего материала в динамике процесса; в разработке математической модели рабочего цикла ФП; в выполнении теоретических и экспериментальных исследований, в анализе и обобщении их результатов; в разработке новых технических решений, их испытании и внедрении в производство.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: методологической базой исследования, основанной на фундаментальных теориях; соблюдением принципов математического моделирования; достаточным объемом экспериментальных и лабораторных исследований; подтверждением адекватности математических моделей рабочего цикла ФП реальному процессу.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях СибАДИ (1975-1998 г.г.), на технических совещаниях Минского НПО «Дормагл» (1979-1988 г.г.), Орловского завода погрузчиков (1975-1984 г.г.), Бердянского завода дорожных машин (1975-1984 г.г.), Минского завода «Ударник» (1986-1988 г.г.), ЗАО «Челябинские строительно-дорожные машины» (2003, г.), ФГУП КБТМ (Омск, 2003 г.), Института горного дела АН РФ (Новосибирск, 2002 г.), Региональной научно-методической конференции НГАСУ (Новосибирск, 2002 г.), II Международной научно-технической конференции «Автомобильные дороги Сибири» (Омск, 1998 г.), IV Международной научно-технической конференции "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Дорожно-транспортный комплекс, экология, строительство и архитектура» (Омск, 2003 г.), 43 международной научно-технической конференции «Проблемы создания и эксплуатации автомобилей, специальных и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего Севера» (Омск, 2003 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы монография, 20 научных работ, получены 29 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения. Общий объем публикаций составляет 66 п. л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, списка литературы и приложений. Результаты исследований изложены на 313 страницах основного текста, включающего 163 рисунка, 14 таблиц. Список литературы содержит 206 наименований. Приложений 5 на 20 страницах.
