2.3.6. О параметрах экскаваторов

Потребность анализа рациональности параметров конструкции экскаватора возникает при выборе наиболее эффективной машины для производства строительных работ или оценке конкурентоспособ­ности создаваемой новой техники. Рассмотрим задачу выбора пара­метров строительного экскаватора на гусеничном ходу для планируе­мых условий эксплуатации. Для этого сначала ознакомимся со стати­стической информацией о параметрах экскаваторов отечественного и зарубежного производства.

На рис. 30 представлены графики зависимости мощности двигателя экскаваторов от массы их конструкции, полученные на основе обра­ботки статистической информации о параметрах строительных экска­ваторов на гусеничном ходу. Нижние линии графиков соответствуют данным статистической информации 70-х годов, а верхние - данным статистической информации 90-х годов. Точками с цифровым обозна-

чением представлены параметры 14 экскаваторов современного оте­чественного производства (1 - ЭО-3123; 2 - ЭО-3123-2; 3 - ЕТ-20; 4 -ЕТ-18; 5 - ЕТ-22; 6 - EU-22; 7 - EU-423; 8 - ЭО-4124; 9 - ЭО-4225А; 10 -ЕТ-25; 11 -ЭО-5126; 12-ЭО-5124; 13-ЭО-5221; 14-EU-520). Согласно представленной информации мощность двигателей экскава­торов за рассмотренный период 20 лет возросла в среднем на 21%. Здесь же жирной линией показан закон изменения рекомендуемой мощности двигателя экскаватора по данным исследований кафедры дорожно-строительных машин МАДИ, выполненных в 70-х годах под руководством профессора Карасёва Г.Н.. Эти рекомендации были по­лучены с использованием технико-экономических моделей расчёта затрат на производство земляных работ экскаватором. Из анализа графиков (рис. 30) очевидно, что мощность двигателей большей части строительных экскаваторов отечественного производ­ства за рассмотренный период не изменилась. Поэтому эти машины могут значительно уступать по производительности машинам ино­странного производства. В последнее время российские предприятия освоили производство новых конструкций экскаваторов (ЕТ-22, EU-422, EU-423, ЭО-4225А, EU-520), мощность энергоустановок которых увеличена в некоторых случаях до экономически целесообразного уровня или до среднестатистического уровня мирового экскаваторо-строения. Эти экскаваторы обладают современным потенциалом по производительности за счет увеличенной мощности энергоустановки, обеспечивающей более высокие скорости выполнения рабочих опе­раций.

Однако при увеличении скорости выполнения рабочих операций возникает опасность потери устойчивости экскаватора против опроки­дывания из-за повышенных инерционных нагрузок. Для предупрежде­ния этого явления необходимы соответствующие мероприятия такие, как рациональное размещение противовеса и элементов конструкции силового привода на поворотной платформе экскаватора или увели­чение размеров его опорного контура. На рис. 31 представлены гра­фики изменения величины колеи гусеничного хода от массы экскава­торов по данным статистической информации 70-х и'90-х годов.

Согласно этим материалам колея гусеничного оборудования строительных экскаваторов за рассматриваемый период практически не изменилась (она увеличилась в среднем на 3%). Возможно, устой­чивость против опрокидывания экскаваторов обеспечивается рацио­нальной компоновкой или введением в систему управления экскава­тора соответствующих ограничений на скорости и ускорения движения элементов конструкции рабочего оборудования.

Рис. 30. Зависимость мощности двигателей от массы экскаваторов

Рис. 31. Зависимость колеи экскаватора S от его массы G

На рис. 32 представлены графики изменения глубины копания экс­каваторов от величины их массы по данным статистической информа­ции 70-х и 90-х годов. Здесь так же, как и на рис. 30 верхняя кривая соответствует статистической информации 90-х годов, нижняя - ин­формации 70-х годов, цифрами обозначены параметры экскаваторов отечественного производства.

Из графиков рис. 32 следует, что практически при неизменной опор­ной базе максимальная глубина копания современных экскаваторов зарубежного производства в среднем увеличилась на 17. ..21% по от­ношению к глубине копания машин выпуска 70-х годов.

Рис.32. Зависимость глубины копания Н_к от массы экскаваторов G

Максимальная глубина копания экскаваторов отечественного про­изводства практически осталась прежней, а для тяжелых машин она оказалась ниже среднего уровня данных 70-х годов.

Резюмируя представленный материал, следует отметить следую­щее.

1. Конструкция большей части современных отечественных строи­тельных экскаваторов на гусеничном ходу менее энергонасыщена по отношению к экскаваторам зарубежного производства.

2. Зарубежные экскаваторы при одинаковой массе с экскаваторами отечественного производства обладают большими параметрическими возможностями (большая глубина копания и радиус действия).

Представленная выше статистическая информация позволяет оп­ределить лишь тенденции изменения параметров и не дает основания

для выбора наиболее эффективной в заданных условиях эксплуата­ции конструкции экскаватора. В таком случае необходим анализ кон­курентоспособности конструкции экскаваторов.

Экскаватор, как и любое другое техническое средство, является продуктом осознанной деятельности человека, направленной на эко­номию труда человеческого общества при создании материальных благ. Основным назначением экскаватора является производство земляных работ. Поэтому эффективность применения экскаватора должна оцениваться количеством затрат труда на один кубический метр разработанного грунта при выполнении заданного вида работ.

В отечественной и зарубежной практике такую оценку производят показателем "удельные приведенные затраты", определяющим все виды экономических затрат на производство и эксплуатацию экскава­тора, соотнесенные с количеством выработанного грунта и приведен­ные к определенному периоду его эксплуатации. Расчёт этого показа­теля для конкретных условий производства земляных работ требует наличия достаточной информации и может производиться по факту затрат или усредненным плановым! данным. В первом случае должна производиться оценка эффективности эксплуатируемого технического средства, во втором - планируемого к эксплуатации. Расчеты такого типа обеспечивают эффективное управление экономическими показа­телями строительного предприятия путем обоснованного подбора техники для выполнения конкретных видов работ в заданных услови­ях. Эти расчеты представляют интерес и для специалистов, органи­зующих процесс производства экскаваторов, при обосновании конку­рентоспособности машин и определении экономической целесообраз­ности совершенствования их конструкции.

В качестве примера рассмотрим экономические показатели экска­ваторов 4-й размерной группы массой 20...27 т. Для этого воспользу­емся материалами отечественного рынка на цены экскаваторов зару­бежного и отечественного производства, которые представлены в таблице поданным [22,23].

Стоимость экскаваторов зарубежного производства рассчитана с учётом курса доллара США на начало октября 1999 г. Цены экскава­торов отечественного производства соответствуют данным рынка г. Москвы на июнь-август 1999 г. Расходы на топливо, смазочные мате­риалы и зарплату соответствуют ценам первой декады октября 1999 г.

В табл. 2 представлены результаты расчета стоимости машино-смены и удельных приведенных затрат указанных в ней моделей экс­каваторов на базе технико-экономической модели, разработанной ав­тором [14, 21]. Исходными данными к расчету были приняты парамет­ры экскаваторов 4-й размерной группы с оборудованием обратная ло-

пата и ковшом вместимостью 1,25 м³, используемых в вероятных ус­ловиях эксплуатации России по данным грунтовых характеристик и размеров строительных объектов (траншей и котлованов). Результаты расчетов соответствуют условиям разработки грунтов экскаваторами с разгрузкой ковша в насыпь при повороте поворотной платформы на 90°.

Таблица 2

Как показали расчеты, параметры конструкции экскаваторов отече­ственного производства обеспечивают достижение практически такой же производительности, как и производительность экскаваторов зару­бежного производства, так как время выполнения цикла копания Тц у всех принятых к рассмотрению машин мало отличается (см. табл. 2). Однако необходимо отметить, что информация о времени цикла копа­ния по данным расчетов может значительно отличаться от реальных данных из-за отсутствия в рекламных изданиях технических характе­ристик информации о таких факторах, как удобство системы управле­ния экскаватора, КПД силового оборудования, рациональность рас­пределения энергетических потоков трансмиссии экскаватора. С дру­гой стороны, следует отметить, что конструкции экскаваторов зару­бежного производства, по данным полевых испытаний [16], обеспечи­вают достижения расчетных значений величин времени цикла копа­ния. В то время как для экскаваторов отечественного производства 4-

го типоразмера в технических характеристиках указываются величины Тц=20 с (ЭО-4225А) и Тц=26 С (ЕТ-25).

На рис. 33 представлена зависимость изменения величины удель­ных приведенных затрат Z от дополнительного времени, необходимо­го для совершения цикла копания экскаваторами ЭО-4225А и ЕТ-25. Под дополнительным временем Т_доп здесь следует понимать непроиз­водительные потери времени в цикле копания, сопряженные с несо­вершенством системы управления или силовой трансмиссии экскава­тора. Величина Т_доп определяется разностью времени цикла, указан­ного в технической характеристике экскаватора, и расчетного мини­мального времени цикла, соответствующего мощности энергоустанов­ки экскаватора (см. табл. 2). Для экскаватора ЭО-4225А Га_оп=10 с, а для ЕТ-25 -Га_оп=16,7 с. Здесь же показаны уровни величин удельных приведенных затрат экскаваторов зарубежного производства при ус­ловии отсутствия непроизводительных потерь времени (Тдоп=0).

Рис.33. Зависимость удельных приведенных затрат от дополнительно­го времени цикла копания грунта экскаваторами Из анализа материалов этого графика, данных технических харак­теристик экскаваторов и результатов расчета, представленных в таб­лице, можно сделать следующие выводы.

Конструкция системы управления и силовой трансмиссии экскава­торов ЭО-4225 и ЕТ25 не обеспечивает выполнение цикла копания без непроизводительных потерь времени.

Непроизводительные потери времени в цикле копания этих экска­ваторов могут достигать 10... 16 с.

При указанных выше величинах непроизводительных потерь вре­мени цикла копания себестоимость разработки грунта экскаваторами отечественного производства становится практически такой же, как и экскаваторами зарубежного производства.

Для обеспечения эффективности экскаваторов отечественного производства целесообразно сократить непроизводительные потери времени цикла процесса копания путем совершенствования конструк­ции системы управления и гидропривода для обеспечения высокого

Задание для самостоятельной работы На основе анализа информации о параметрах экскаватора и стати­стической информации последних лет определить тенденции и техни­ческий уровень современных экскаваторов. Предложите методику сертификационного испытания для определения времени цикла про­цесса копания и выявления причин непроизводительных потерь вре­мени.