Экспериментальный анализ производительности машин на погрузке хлыстов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН

НА ПОГРУЗКЕ ХЛЫСТОВ

Ермалицкий А.А., Клоков Д.В., Гармаза А.К.

For study of efficiency of the functioning the different facilities of the loading is formed simulation model with using experimental В-plan second order, which takes into account the dependency to their capacity from four running factors. On got given is built graphs of the change the output value.

Анализ динамики наличия и использования лесопогрузочной техники на предприятиях Республики Беларусь, ведущих заготовку древесины, позволяет сделать вывод о ежегодном увеличении количества агрегатированных гидроманипуляторами автомобилей. Главной из причин этого является значительный рост доли сортиментной заготовки древесины по-сравнению с хлыстовой, так как большинство марок манипуляторов, установленных на автомобили, предназначены для погрузки сортиментов. Однако и предприятия, традиционно ведущие хлыстовую заготовку, переходят к использованию таких механизмов. Примером тому является применяющаяся в частности в ОАО «Житковичлес» и ОАО «Мозырьлес» технология погрузки хлыстов древесины 2-го и 3-го разряда высот гидроманипуляторами класса 70, 90 и 130 кНм, предназначенными для погрузки сортиментов.

В этой связи становится актуальным сравнение эксплуатационной эффективности различных средств погрузки хлыстов, которую целесообразно оценить их сменной производительностью.

Для более корректного сравнения выбран технологический процесс погрузки хлыстов гусеничным лесопогрузчиком ПЛ-1Г и манипуляторным лесопогрузчиком фирмы LIV марки L 24.81, имеющим грузовой момент 240 кНм, и хорошо зарекомендовавшим себя как альтернативное средство погрузки хлыстов в Микаше-вичском леспромхозе ОАО «Лунинецлес».

Целью задачи является определение влияния природно-производ-ственных факторов на производительность лесопогрузчика. Используя ее в качестве отклика имитационного эксперимента, можно дать общую оценку работы машины, рассчитать важнейшие экономические показатели: себестоимость, капитальные и приведенные затраты, и обосновать область применения различных режимов работы. Сменная производительность выбранных для анализа машин может быть определена по следующим зависимостям [1]:

для челюстных лесопогрузчиков

(Т - tп_з Мбл.т.

П

см f \

2L

+ tзах. + tукл.

V

V ср

Q

л" + 12 + t3

для манипуляторных лесопогрузчиков

пм _ (Т - *п-з )ф10Л

см /-

[ 4к 2а

к ' + * зах. + *укл.

I У п Ю

0 л

0-ф 2

+ * 2 + * з

Здесь Т - продолжительность смены, с; *п-з - время на выполнение подготовительно-заключительных операций, с; ф1 - коэффициент использования рабочего

з

времени смены; 0лт. - грузоподъемность единицы лесовозного транспорта, м ; 0 -

-5

грузоподъемность лесопогрузчика, м ; ф2 - коэффициент использования грузоподъемности лесопогрузчика; *2 - время подготовки подвижного состава к погрузке, с; *3 - время оправки и крепления воза после погрузки, с; Ь - расстояние перемещения гусеничного погрузчика, м; Уср - средняя скорость передвижения погрузчика, м/с; *зах. и *укл. - соответственно время захвата груза и время укладки пачки на подвижной состав, с; к - средняя высота подъема и опускания груза, м; уп - средняя скорость подъема и опускания груза, м/с; а - угол поворота стрелы, рад; ю -средняя скорость поворота стрелы, рад/с; к - коэффициент, учитывающий совмещение операций.

Проведем имитационный теоретический эксперимент. При детальном изучении большинства процессов лесопромышленных производств линейное описание зависимости отклика от каждого из варьируемых факторов оказывается слишком грубым. В такой ситуации наиболее простыми и удобными для исследования являются композиционные В-планы второго порядка, с помощью которых можно получить математическое описание процесса в виде полинома второго порядка [2]. Ниже приведены значения интервалов варьирования выбранных производственных факторов, влияющих на производительность лесопогрузочной техники.

Таблица 1

Гусеничный челюстной лесопогрузчик ПЛ-1Г Варьируемые факторы Интервал варьирования фактора Манипу-ляторный лесопогрузчик Ь 24.81 Варьируемые факторы Интервал варьирования фактора

ф1 0,55 < ф1 < 0,75 ф1 0,55 < ф 1< 0,75

0л.т. 14 < 0л.т. < 30 0л.т. 14 < 0л.т. < 30

0 1,5 < 0 < 3,5 0 1,5 < 0 < 3,5

Ь 4 < Ь < 40 к 1,5 < к < 3,5

Расчет натуральных коэффициентов регрессии проведен на ЭВМ с помощью стандартной программы метода наименьших квадратов. В результате получены следующие эмпирические зависимости:

Пчм = 45,5 - 122,6ф1 - 3,8Олт - 22,40 + 1,8Ь + + 72,5ф0 - 2,3ф1 Ь +

+ 2,10лт0 - 0,10лтЬ - 0,40Ь - 6,3ф2 - 0,00202 - 3,102 + 0,02Ь2;

пмм = 112,4 - 258,2ф1 - 7,60лТ - 31,10 + 13,6к + 17,7ф0лт + 119,4ф10 -

- 16,%к + 3,500 - 0,50лтк - 2,20к + 0,9ф2 - 0,0000202т - 8,202 + 0,4к2.

Из четырех рассматриваемых величин, оказывающих влияние на производительность лесопогрузочных машин, наиболее управляемым фактором является грузоподъемность единицы подвижного состава (0лт), которую целесообразно за-

фиксировать на среднем уровне. Остальные характеристики варьируются в двойной взаимосвязи, принимая через равное число опытов постоянное значение, соответствующее основному уровню, т.е.

а

Q лт=СОП ф=СОШ1

А

Q лт=сош1, ф=сош1

и

С=3

250200150100500-

б

и

ю

СО

СО

Ь, м

Q, м3

Q лт=СОП81:, Ь =сош1

А

200 150

¿3 100

50

ю со

ю

- ю

С5 О СО СО ю . о" О Ю

ф1 о

Q, м3

в

Q лт=СОП81, Q =СОП81

300 250 200 150 100 50

Ь, м

г

и

350 300 250 200 150 100

ю

СО~

к, м

Q лт=сош!:, к=сош1

Q, м3

д

г

¡С

и

400 350 300 250 200 150 100

ю

со"

Q, м3

Q лт=СОП81:, Q =СОП81

и

с;

350 300 250 200 150 100

к, м

Рисунок 1- Графики зависимостей производительности от варьируемых факторов: а, б, в - поверхность отклика для ПЛ-1Г; г, д, е - поверхность отклика для Ь 24.81

е

Пм = f (Q,L), 0ЛТ = const, Ф1 = const; Гп^ = f (Q, h), 0ЛТ = const, Ф1 = const; < Пм = f (Q,Ф1), Qrt = const, L = const; иl П^ = f (Q, Ф1), Q^ = const, h = const;

Пм = f (Ф1,L), Qjjt = const, Q = const, [Пм = f (Ф1, h), QnT = const, Q = const.

На основании полученных уравнений регрессии и расчетных значений отклика построены графические зависимости влияния производственных факторов на производительность челюстного и манипуляторного погрузчика, представленные на рисунке, анализ которых показывает, что:

1. Наибольшие абсолютные показатели производительности при заданных интервалах варьирования факторов получены:

- для челюстных лесопогрузчиков

Пчсм=214,7 м3 (L=4 м; Q=3,5 м3; Qm=22 м3; ф1=0,65),

- для манипуляторных лесопогрузчиков

Пмсм=377 м3 (ф1=0,75 м; Q=3,5 м3; Qлт=22 м3; h=2,5 м).

2. Наименьшая производительность составила соответственно:

Пчсм=48,9 м3 (L=40 м; Q=1,5 м3; Qлт=22 м3; ф1=0,65) и

Пмсм=145,1 м3 (ф1=0,55 м; Q=1,5 м3; Qлт=22 м3; h=2,5 м),

3. Для рассматриваемых видов техники важнейшими факторами, обеспечивающими самое интенсивное изменение абсолютных показателей производительности, являются Q и ф1. Однако при увеличении коэффициента использования с 0,55 до 0,75 и грузоподъемности с 1,5 до 3,5 м производительность ПЛ-1Г возрастает на 42-49%, а L 24.81 на 36-37% (рис. б, д).

4. Самое незначительное влияние на изменение поверхности отклика оказывает высота подъема хлыста гидроманипулятором. С ее увеличением до 3,5 м выходная величина уменьшается на 8-10% (рис. г, е).

5. С увеличением расстояния перемещения гусеничного лесопогрузчика до штабеля с 4 до 40 м сменная производительность снижается на 45-61%. Как видно из рис. а, в при максимальных значениях L анализируемый показатель эффективности работы техники можно улучшить, сохраняя постоянными максимальные значения Q и ф1.

6. Влияние высоты подъема груза (для манипуляторных средств погрузки) и коэффициента использования рабочего времени погрузчиков на их производительность имеет линейную зависимость, а влияние грузоподъемности и пути перемещения гусеничного лесопогрузчика от лесовоза до штабеля описывается уравнением второго порядка.

Приведенная экспериментальная оценка производительности средств погрузки различного типа позволяет сделать вывод об эффективности использования большегрузных гидроманипуляторных средств погрузки.

Литература

1. Матвейко А.П., Клоков Д.В., Протас П.А. Технология и оборудование лесозаготовительного производства. Практикум: учеб. пособие для студентов инженерно-экономических специальностей лесного комплекса. - Мн.: БГТУ, 2005. - 160 с.

2. Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке: учебник для вузов - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 305 с.: ил.