CC BY
0УДК 622.331.621.7.014
Купорова А.В.
Купорова Александра Владимировна - к. т. н., доцент кафедры технологических машин и оборудования ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, borale@inbox.ru
Столбикова Г.Е.
Столбикова Галина Евгеньевна - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела, природообустройства и промышленной экологии ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, gtp1938@mail.ru
Черткова Е.Ю.
Черткова Елена Юрьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела, природообустройства и промышленной экологии ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет», Тверь, Академическая, 12, lastochka-w@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
циклового времени
НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РАБОЧЕГО АППАРАТА
подборщиков-
погрузчиков
ПРИ РАЗДЕЛЬНОЙ УБОРКЕ ТОРФА
Аннотация. Представлены исследования влияния коэффициента циклового времени на производительность рабочего аппарата подборщика-погрузчика. Установлено, что для каждой величины производительности рабочего аппарата значение коэффициента циклового времени - величина постоянная и не зависит от типа торфа и степени его разложения. При увеличении производительности рабочего аппарата его величина уменьшается за счет снижения основного времени цикла погрузки торфа.
Ключевые слова: торф, цикловой сбор, производительность, погрузка, валок, погрузчик.
Kuporova A.V.
Kuporova Alexsandra Vladimirovna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Process Machines and Equipment of the Tver State Technical University, Tver, Akademicheskaya str., 12, borale@inbox.ru
Stolbikova G.E.
Stolbikova Galina Evgen’evna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Mining, Environmental Engineering and Industrial Ecology of the Tver State Technical University, Tver, Akademicheskaya str., 12, gtp1938@mail.ru
^ertkova E.Y.
Chertkova Elena Yuryevna - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Mining, Environmental Engineering and Industrial Ecology of the Tver State Technical University, Tver, Akademich-eskaya str., 12, lastochka-w@mail.ru
INVESTIGATION OF IMPACT OF CYCLE TIME COEFFICIENT ON PRODUCTIVITY OF WORKING APPARATUS OF PICKERS-LOADERS IN SEPARATE PEAT HARVESTING
Abstract. The article presents studies of influence of cycle time coefficient on productivity of the picker-loader working apparatus. It has been found that for each productivity value of the working apparatus, the value of the cycle time - coefficient is constant and does not depend on the type of peat and its decomposition degree. When productivity of working apparatus increases, its value dimension due to reduction of main time of peat loading cycle.
Keywords: peat, cycle collection, productivity, loading, swaths, loader.
В настоящее время наряду с добычей фрезерного торфа комплексами бункерных уборочных машин с механическим и пневматическим принципом сбора торфа применяется раздельный способ. Свое название он получил из-за разделения основных операций по добыче торфа: фрезерования залежи, ворошения торфяной крошки и валкования ее в наращиваемые валки в течение нескольких циклов от операций по уборке, погрузке готового высушенного торфа из укрупненных валков в прицепы-самосвалы, транспортировки его к месту складирования и штабелирования. Такое выделение операций уборки, вывозки и штабелирования за пределы технологического цикла сушки (операций фрезерования, ворошения и валкования) позволяет более полно использовать благоприятные погодные условия сушки по сравнению с существующими схемами, так как увеличивается общая испаряющая поверхность за счет одновременной сушки крошки с поверхности укрупненных валков и залежи. Количество дней по уборке, транспорту и штабелированию увеличивается примерно в два раза вследствие того, что эти операции можно производить при осадках до 5 мм, а это приводит к увеличению выработки уборочных и штабелирующих машин [1].
При применении данной схемы сокращаются относительные потери готовой продукции при уборке торфа из укрупненных многоцикловых валков (на 20...30%), а также повышается надежность данной технологической схемы (до 15%) вследствие исключения взаимосвязи между двумя наиболее трудоемкими и менее надежными операциями уборки и фрезерования.
При данной технологической схеме увеличивается концентрация фрезерного торфа в штабелях за счет образования укрупненных складочных единиц, поэтому снижаются потери готовой продукции от намокания и мерзлоты при хранении в осенне-зимний период пропорционально величине удельной поверхности штабеля и сокращаются потери торфа от саморазогревания в результате его уплотнения при проходе штабелирующих агрегатов по поверхности штабеля при их работе [2].
Основные технологические показатели производства фрезерного торфа при раздельной уборке по сравнению с добычей торфа бункерными машинами увеличивают цикловой сбор до 5.7%, количество циклов за сезон - до 10%, а сезонный сбор торфа - до 25%.
Несмотря на указанные преимущества, данная технологическая схема применяется в ог-
раниченном количестве, так как отсутствует надежный и работоспособный комплекс технологического оборудования. Предложенный ВНИИ торфяной промышленности подборщик-погрузчик непрерывного действия МТТ-17 создан на базе машины МТП-29, предназначенной для подбора и погрузки пня, имеет массу 14,5 т, скорость передвижения до 5 км/ч, потребляемую номинальную мощность 69 кВт, техническую производительность рабочего аппарата 1000 м3/ч, в то время как финский подборщик-погрузчик непрерывного действия JKS-15S, потребляя такую же мощность 70 кВт, имеет массу всего 7,5 т, развивает скорость до 8 км/ч и производительность рабочего аппарата до 2800 м3/ч. Поэтому встал вопрос исследовать эксплуатационную производительность погрузчика и выяснить, возможно ли повысить ее и за счет каких резервов.
Объектом исследования был взят фрезерный торф топливного назначения, полученный из торфяной залежи низинного и верхового типов при различной степени разложения, изменяющейся от 15 до 55 % через каждые 5 %.
Вначале были определены цикловые сборы фрезерного торфа по нормативным показателям для третьего и последующих лет эксплуатации для потребления в качестве топлива, но коэффициенты циклового сбора для торфов различной степени разложения вместо 0,45; 0,60 и 0,65 для обычной технологии приняты 0,52; 0,66 и 0,72 при раздельной уборке низинного типа и, соответственно, для верхового типа вместо 0,45; 0,50 и 0,60 приняты 0,52; 0,60 и 0,66. По полученным показателям построены кривые зависимости цикловых сборов при уборочной влажности от изменяющейся степени разложения торфа (рис. 1, кривые 1 и 2), из которых следует, что при увеличении степени разложения цикловые сборы возрастают, так как происходит увеличение плотности торфа в залежи. Это увеличение для низинного типа больше, чем для верхового, вследствие того, что эксплуатационная влажность у верхового торфа на 4% выше, а плотность, наоборот, ниже. Коэффициенты циклового сбора у низинного торфа больше, чем у верхового, как показано выше.
Рассчитывались площади поперечного сечения укрупненных многоцикловых валков торфа для двух типов залежи - низинного и верхового - при различной степени разложения торфа и построены зависимости изменения сечения валков от степени разложения (рис. 1, кривые 3 и 4). Площадь поперечного сечения убираемого валка (/в) определялась по формуле [1,3]:
Рис. 1. Изменение цикловых сборов (1, 2) и сечения укрупненных валков (3, 4) различных степеней разложения.: 1 и 3 - низинный;
2 и 4 - верховой тип торфа
Fig. 1. The change of cycles collection (1, 2) and cross-section of enlarged swaths (3, 4) of different degrees of decomposition: 1 and 3 - lowmoor peat; 2 and 4 - highmoor peat
f =
bk ‘ %.уб ‘ Kq ’ Пц.в 10 • Y н. уб
(1)
где bk - ширина полосы, торф с которой собран в один валок, м; дц.уб. - цикловой сбор при уборочной влажности, т/га; Kq - коэффициент изменения циклового сбора в течение сезона при раздельном способе уборки торфа; пц.в. -число циклов валкования в одни и те же валки; Ун.уб. - насыпная плотность фрезерной крошки в валке при уборочной влажности, кг/м3.
Анализ построенных зависимостей показывает, что при увеличении степени разложения торфа поперечное сечение убираемых валков имеет тенденцию к снижению. Это происходит вследствие того, что хотя цикловые сборы возрастают с увеличением степени разложения (кривые 1 и 2) примерно на 4...6%, а насыпная плотность фрезерной крошки в валке возрастает в большей мере примерно на 10.14%, и находится этот показатель в знаменателе приведенной формулы.
На эксплуатационную производительность погрузчика кроме сечения убираемого валка в большей степени влияет коэффициент использования циклового времени, который обычно определяется по известной формуле
где to - основное время цикла, затрачиваемое на погрузку торфа в прицепы, ч; ^с - вспомогательное время цикла погрузчика, включающее суммарное время маневрирования прицепов на подъезде к погрузчику и отъезде от него, а также на два поворота при переезде на следующий валок, ч.
Основное время цикла погрузки торфа определяется по формуле
где f - площадь поперечного сечения убираемого валка, м2; кп - коэффициент подбора торфа из валка; Ура. - производительность рабочего аппарата погрузчика, м3/ч; Ур. - рабочая длина убираемого валка, м.
Вспомогательное время цикла погрузчика определяется по формуле
где tw - время на одно маневрирование прицепа, ч; Ук - вместимость кузова прицепа, м3; кн - коэффициент наполнения кузова; r -радиус поворота подборщика-погрузчика, м; итр - транспортная скорость подборщика-погрузчика, м/ч.
На основании полученных расчетов основного и вспомогательного времени цикла подборщика-погрузчика для различных степеней разложения торфа (R = 15 до 50%) и изменяющейся производительности рабочего аппарата (Ура. = 300 до 1000 м3/ч) построены следующие зависимости: t0 =f(R и Vp.a.) и tec = f(R и Vpa) (рис. 2).
Анализируя построенные зависимости, можно констатировать, что при увеличении степени разложения торфа основное время цикла, затрачиваемое на погрузку торфа в прицепы, имеет тенденцию к значительному снижению. Особенно это четко прослеживается при меньшей производительности рабочего аппарата 300, 400, 500 и 600 м3/ч (кривые 1, 2, 3 и 4) и очень медленно снижается при большей производительности рабочего аппарата (Ура > 700 м3/ч). Объясняется полученное снижение увеличением технической производительности рабочего аппарата, так как быстрее происходит загрузка торфом прицепа.
Полученные значения to и ^с применялись для определения коэффициента использования циклового времени погрузчика (кц). Значения коэффициента использования циклового времени погрузчика для каждой технической
13 20 15 30 35 Ю 15 50 R
Степень разложения торфа. R, °о
ПрОШВОД! НСЛЬНОС 1Ь рнбочею (U U1<IP<I1<I \’р<1. м3 ч 300 400 500 600 700 800 900 1000
„ Кц 1
15 20 25 30 35 40 45 50 R
Степень разложения торфа. R. * о
Рис. 3. Изменение коэффициента циклового времени при различной производительности
Рис. 2. Зависимость основного to и вспомогательного времени tec цикла от степени разложения торфа при изменяющейся производительности рабочего аппарата (Vpa, м3/ч): 1 - 300 м3/ч; 2 - 400 м3/ч; 3 - 500 м3/ч;
4 - 600 м3/ч; 5 - 700 м3/ч; 6 - 800 м3/ч; 7 - 900 м3/ч; 8 - 1000 м3/ч; 9 -
Fig. 2. Dependence of the main to and auxiliary time of the cycle on the degree of peat decomposition at changing capacity of the working apparatus (Vwa, m3/h): 1 - 300 m3/h; 2 - 400 m3/h; 3 - 500 m3/h; 4 - 600 m3/h; 5 - 700 m3/h; 6 - 800 m3/h; 7 - 900 m3/h; 8 - 1000 m3/h; 9 - ta
производительности рабочего аппарата остается постоянной величиной независимо от степени разложения и типа торфа (рис. 3, прямые 1...8), но для каждой производительности рабочего аппарата эта величина имеет определенное значение, уменьшаясь с 0,86 для Ура = 300 м3/ч до 0,65 при Ура = 1000 м3/ч (рис. 3, кривая 9).
При увеличении производительности рабочего аппарата коэффициент циклового времени уменьшается за счет снижения основного времени цикла (рис. 2 и формула 3). Установлено: чем выше производительность рабочего аппарата, тем меньше коэффициент использования циклового времени, а эта величина напрямую влияет на эксплуатационную производительность подборщика-погрузчика.
Таким образом, проведенные исследования влияния коэффициента использования циклового времени на производительность рабочего аппарата подборщика-погрузчика непрерывного действия позволили установить, что для каждой величины технической производительности рабочего аппарата в пределах от 300 до 1000 м3/ч имеют постоянное значение независимо от типа торфа и его степени разложения.
рабочего аппарата (торф низинный и верховой):
1 - 300 м3/ч; 2 - 400 м3/ч; 3 - 500 м3/ч; 4 - 600 м3/ч; 5 - 700 м3/ч; 6 - 800 м3/ч; 7 - 900 м3/ч;
8 - 1000 м3/ч и степени разложения торфа.
Fig. 3. The change in the cycle time coefficient at different productivity of the working apparatus (lowmoor and highmoor peat): 1 - 300 m3/h;
2 - 400 m3/h; 3 - 500 m3/h; 4 - 600 m3/h;
5 - 700 m3/h; 6 - 800 m3/h; 7 - 900 m3/h;
8 - 1000 m3/h and the degree of decomposition of peat.
Чем меньше производительность рабочего аппарата, тем выше коэффициент использования циклового времени, он снижается от 0,86 для Vpa = 300 м3/ч и до 0,65 для Vpa = 1000 м3/ч. Это происходит вследствие того, что при уменьшении производительности рабочего аппарата увеличивается основное время цикла погрузки фрезерной крошки из укрупненного валка.
Библиографический список
1. Столбикова Г.Е. Процессы открытых горных работ. Фрезерный торф / Г.Е. Столбикова, О.С. Мисников, В.А. Иванов: учебное пособие. Тверь: ТвГТУ 2017. C. 90-93.
2. Смирнов В.И. Практическое руководство по организации добычи фрезерного торфа / В.И. Смирнов, А.Н. Васильев, А.Е. Афанасьев, А.Н. Болтушкин: учебное пособие. Тверь: ТвГТУ 2007. С. 148-163.
3. Столбикова Г.Е. Исследование различных технологических схем сушки фрезерного торфа / Г.Е. Столбикова, А.В. Купорова // Саморазвивающаяся среда технического университета: Материалы Всероссийской научно-практической конференции: в 2-х частях / Под редакцией Е.А. Евстафьевой, С.В. Рассадина. Тверь: ТвГТУ, 2017. С. 120-127.
