挖掘機作業機群配置工藝研究

tags:    時間:2014-03-11 12:10:56
挖掘機作業機群配置工藝研究簡介
        挖掘機作業機群系統是工程中常用的作業機群系統,其機群配置的合理性對系統的生產率以及工程的效益有重要影響。以往的研究主要著……
挖掘機作業機群配置工藝研究正文
    
   挖掘機作業機群系統是工程中常用的作業機群系統,其機群配置的合理性對系統的生產率以及工程的效益有重要影響。以往的研究主要著重於用排隊論的方法分析系統的工作狀況,提出優化參數,但這些方法都過於理論化,很難準確高效的指導生產實踐。本文通過對相關的試驗數據和經驗進行分析,論述了這一機群的合理配置的條件和決策方法,能夠有效的提高系統生產率。

通常所說的挖掘機作業機群系統即挖掘機-自卸車系統,對這一系統配置技術的研究包括:機械的合理選擇和挖掘機與自卸車的合理配置以及與之相關的作業方法研究。

1 挖掘機的合理選擇

作為主導機械,挖掘機性能參數和結構類型的正確選擇將直接影響施工的進度、成本和效益。挖掘機選擇的基本原則是:挖掘機的斗容量和台數與工程量和工程進度相適應;挖掘機的結構類型與土壤條件和工程特點相適應;具有較高的性能價格比、工作可靠性及駕駛舒適性。

挖掘機斗容量的選擇首先取決於工程量的大小和工程進度要求。為不同的工程量選擇合理的斗容量將會使施工成本大大降低。斗容量一定時,施工成本與工程量的關係如圖1所示。


由圖中曲線可知,工程量越大,選擇較大的斗容量可降低單位施工成本。

若已知工程量的月進度,可參照表1選擇合理的斗容量。


2 挖掘機的生產率分析

2.1 工作循環時間分析

當機型一定時,決定挖掘機生產率的基本因素是工作循環時間t,且tw=tc+ty+tx+tf
式中:tc——挖掘時間

 ty——向卸載點運行時間

 tx——卸載時間

 tf——向工作面返回時間

挖掘時間t取決於鏟斗挖掘速度的高低(合理值約為0.75m/s),過高的挖掘速度將增加操作人員的緊張和疲勞程度。為減少運行時間t和返回時間t,應在允許的情況下盡量減小迴轉角。迴轉角的合理範圍一般為70°~180°,最佳角度為90°。迴轉角度過小時,由於達不到最大迴轉速度,不能充分利用發動機功率,從而增加運行和返回時間。卸載時間主要取決於鏟斗的結構和土壤性質。不同斗容量與不同土質條件下挖掘機的自由卸載時間如表2所示。向自卸車內卸土時,卸載時間將增加10%~15%。


由表中數據分析可知,隨著土壤粘性和斗容量的增加,卸載時間明顯增加。

2.2 操作人員的工作效率分析

操作環境對操作人員工作能力的發揮有很大的影響。技術等級一定時,影響操作人員工作效率的主要因素是操作的複雜性、工作時間和操作環境等。表3為不同操縱形式下的工作循環時間測試的相對值。由表中數據分析可知,隨著操縱複雜性和工作持續時間的增加,工作循環時間的延長,生產率降低。圖2和圖3分別為操作人員效率隨工作時間和駕駛室溫度變化的關係。表4為不同雜訊環境下的相對工作循環時間。由表中數據可知,隨著雜訊的增強,工作循環時間明顯增加。


3 自卸車與挖掘機的合理配置

自卸車與挖掘機配置的合理性是決定自卸車-挖掘機系統生產率和經濟效益的基本因素。自卸車的載重量和台數應符合挖掘機生產率和工程運距的要求。

3.1 自卸車載重量的確定

載重量的大小不僅影響挖掘運輸系統的生產率,而且影響施工成本。斗容量一定時,施工成本與載重量與之間的關係如圖4所示。


由圖中曲線分析可知,當斗容量一定時,存在一最佳載重量與之相匹配使施工成本最低;斗容量越大,施工成本最小值對應的載重量隨之增加。當運距和斗容量確定時,自卸車的載重量可參考表5選取。有關試驗研究表明,挖掘機斗容量與載重量合理配置的基本要求是:斗容量1~2.5m3的挖掘機配置載重量11~25t的自卸車。


3.2 自卸車台數的確定

自卸車的數量取決於運輸距離和平均運輸速度,其確定的基本原則是既能保持挖掘機工作的連續性和生產率要求,又不會經常產生裝車等待現象。 自卸車台數n的一般表達式為

nz=tq/tz+1
式中:tq——自卸車平均運輸周期

 tz——平均裝載時間

在實際作業中,平均運輸周期和平均裝載時間均為隨機變數,需要確定其概率分佈才能加以精確描述。

為使挖掘機-自卸車系統具有較高的生產效率,除了合理確定系統的基本參數外,還應保證自卸車與挖掘機之間,以及自卸車與卸土點之間具有最佳的行駛路線。對於大型工程,道路上的車輛密度應合理控制,以提高平均運輸速度。

4 結論

根據上述分析,可以得出以下幾點結論:

(1)對不同的工程量和施工進度,選擇最佳斗容量的挖掘機將大大降低施工成本。

(2)挖掘機合理的挖掘速度為0.75m/s,最佳的迴轉角度為90°。

(3)操作人員的技術水平和操作環境(溫度、雜訊、濕度等),以及持續工作時間對挖掘裝載生產效率有顯著影響。

(4)自卸車載重量與挖掘機斗容量的配置合理性對施工成本有顯著影響,合理配置的基本要求是,對於斗容量1~2.5m3的挖掘機配置載重量11~25t的自卸車。
 
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