Основы применения подъёмно-транспортных машин в сельском хозяйстве

Общие сведения о грузопотоке и производительности подъемно-транспортных машин Погрузочно-разгрузочные и транспортные работы связаны с технологическими операциями, проводимыми по принципу потока, при этом машины входят в состав поточной системы.

Грузопотоки
Уборка урожая, обслуживание животноводческой фермы и мастерских характеризуются грузопотоком — количеством груза, перемещаемого в единицу времени, и грузооборотом — величиной грузопотока, умноженного на путь перемещения, измеряемый в тонно-километрах и тоннах. Объем транспортных и погрузочно-разгрузочных работ зависит от характера, масштаба и особенностей грузопотока. Эти особенности определяются спецификой сельскохозяйственного производства: I) цикл  завершается календарным годом или сезоном; II) технологические операции периодичны и непрерывны и рас­средоточены на большой территории;  III) перегружаемые материалы — живые организмы, в которых протекают биологические процессы. К характеристике грузопотока относятся: вид груза, количе­ство перемещений его в единицу времени, масса единичного гру­за, количество перемещений (ездок) и перегрузок, путь и харак­тер перемещений. К наиболее мощным грузопотокам относятся: сборочные — зерновой (рис. 3, а) и овощной (рис. 3,б); распределитель­ные — кормовые на ферме (рис. 3, в) и по вывозке навоза и удобрений (рис. 3, г). Процессы грузопотоков оснащают погрузочно-разгрузочными машинами и транспортными средствами. В сельскохозяйственном производстве определяющим факто­ром является производительность технологических машин, кото­рая, в свою очередь, зависит от урожайности, рельефа поля, погодно-климатических условий, режима кормления животных. Грузопоток наблюдается и в отдельно взятой машине: зерно-, свекло- и навозопогрузчиках; между ее составными частями: за­борной, транспортирующей и разгрузочной. Непрерывность по­тока и безотказность движения транспортируемого материала в заданном непрерывном или порционном ритме обеспечивают со­ответствующей производительностью каждой последующей маши­ны или их части.

Производительность машины — количество груза, перемещае­мое на заданное расстояние в единицу времени при периодическом и непрерывном грузопотоке со штучными и сыпучими грузами, определяется соответственно по формулам П = 3600G/Т; П = 3600Gх/l; П = 3600гFх,           (2) где G — масса штучного груза, т, кг; Т — продолжительность цикла, с; х — скорость, перемещения, м/с; г — плотность груза, кг/м³; F — площадь сечения потока груза, м²;l — расстояние (шаг) между грузами, м. Из формул (2) и графиков (рис. 4) видно, что производитель­ность П прямо пропорциональна величине единичного груза G, площади поперечного сечения потока F и скорости х перемеще­ния груза. По гиперболической зависимости она изменяется в за­висимости от продолжительности цикла Т и расстояния А между грузами. Уменьшение продолжительности цикла приводит к более жесткой работе погрузчика и ухудшению условий работы оператора. Уменьшение величины А ограничивается габаритами груза и условиями операции загрузки. В грузопотоке возможны варианты соотношений производительностей отдельных машин или их частей: 1) П₁> П₂ >…> П_i>…> П_n – убывающий поток. В комп­лексе машин это приводит к накоплению груза, завалам и простоям; в отдельных машинах — к забиванию грузом, к травмиро­ванию груза и поломкам узлов и деталей; 2) П₁ < П₂ <... < П_i< ...< П_п — непрерывный поток с произво­дительностью П₁ = П_опт.  

Практически производительность в зависимости от условий: уборка зерновых с переменной урожайностью, нерегулярная по­дача транспорта — может изменяться в пределах от П_mах до П_min. Тогда средняя производительность (с допущением) П_ср =  (П_mах±П_min)/2 и амплитуда изменения производительности ∆П= (П_max - П_min)/2. Поделив почленно, получим коэффициент не­равномерности производительности:   K = ∆П/П_cp = (П_max - П_min)/(П_max+П_min) (3)   При П_min →П_max , K→ 0 — равномерный поток; при П_min << П_mах, К→1 — пульсирующий поток и при П_min = 0 — преры­вистый поток. В случаях убывающего, пульсирующего и прерывистого грузо­потоков необходимо использовать стационарные и мобильные бункеры накопители (компенсаторы). По данным ВИМ, при использовании бункеров-перегрузчиков производительность комбайнов повышается на 15...20%, а транспорта на 50%.

Продолжительность цикла — это сумма времени, затрачивае­мого па отдельные операции. В общем виде продолжительность цикла для подъемно-транспортных машин будет равна Т = t_з + t_р + t_в + ∑t_под + ∑t_пер + ∑t_пов + ∑t_и, (4)   где t_з, t_р, t_в — соответственно время на захват и разгрузку гру­за и вспомогательное на маневрирование машины; ∑t_под, ∑t_пер, ∑t_пов, ∑t_и — соответственно суммарное время на подъем и опускание, перенос, поворот, разгон и торможе­ние груза; t_и принимают в пределах 0,5... 2 с на элемен­тарное движение. Продолжительность цикла определяется своеобразием грузо­потока, подчиненным срокам уборки урожая, распорядку дня обслуживания животноводческой фермы и уровнем механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ. Эффективность механизации погрузочно-разгрузочных работ в зависимости от вида транспорта и длины ездки показана на рисунке 5: при ко­ротких пробегах производительность транспорта возрастает в 1,5... 2 раза и увеличивается на 15...25% при расстояниях 15... 20 км.

Грузоподъемные машины относятся к обслуживающим звень­ям комплексной механизации технологических процессов и при расчете их необходимо определить количество транспортных и погрузочно-разгрузочных средств и соответствие их технико-эконо­мических характеристик. Недостача средств и несоответствие характеристик вызывает про­стои основных технологических машин (уборочных комбайнов, кормоприготовительных и кормораздаточных агрегатов и т. п.) и, на­оборот, избыток их приведет к простоям обслуживающих машин — погрузчиков и транспорта. Пример определения ко­личества транспортных ма­шин па основе функциональной связи его с временем рейса и погрузки, расчет транспортных работ и определение количества погрузчиков при помощи номограмм с учетом расстояния перевозок, скорости движения, производительности погрузчика приведен на рисунке 6. Решение показано пунктирными линиями со стрелками. Количество погрузчиков определяют делением по­лученной производительности на действительную производитель­ность погрузчика: z = П_пр: П_п.  

Рис. 6. Номограмма для расчета погрузочно-разгрузочных и транспортных работ. 

Выбор способа и средств для перемещения грузов
Выбор способа и средств для перемещения грузов зависит от оптимальной технологической схемы, процесса и условий сельско­хозяйственного производства. Этот выбор определяется родом и свойствами груза: характеристикой производственного процесса; транспортными и погрузочными работами и их связью с техноло­гическими операциями; характером, направлением и расстоянием транспортирования; способами захвата, подачи и укладки груза; требуемой производительностью; источником энергии; безопасно­стью и удобством обслуживания. Эффективность использования подъемно-транспортных машин и сельском хозяйстве зависит от ритма и видов работы: уборка, посев, обслуживание животноводческих ферм, что следует учитывать при проектировании и выборе средств механизации. Окончательное решение принимают на основе анализа эксплуатационных экономических показателей: приведенных затрат, долговечности и надежности работы. На рисунке 7 показаны зависимости приведенных затрат для погрузчика от производительности и коэффициента использования. Повышение  производительности ведет к снижению приведенных затрат. Улучшение этих показателей во всех случаях приводит к повышению эффективности средств погрузки и транспорта.

Технико-экономические характеристики подъемно-транспортных машин
Производственные процессы в полеводстве и животноводстве организуют по системе потока, непрерывность которых обеспечи­вается условием   Z₁П't₁ ≤  Z₂П''t₂ ≤  Z₃П"'t₃ ≤ ...Z_nПⁿt_n,  (5)   где Z₁, Z₂, Z₃,…, Z_n — число машин участков потока (комбайнов, транспортных агрегатов, погрузчиков, транс­портеров и др.); П', П", П'", …, Пⁿ — производительность машин; t₁, t₂, t₃,…, t_n — время работы машин на участке потока. Общая эффективность потока будет определяться оптималь­ностью взаиморасположения и взаимодействия машин отдельных участков и соответствия технико-экономических характеристик, и в частности, машин и механизмов, обеспечивающих погрузочно-разгрузочные и транспортные работы. Основными параметрами грузоподъемников и транспортеров, т. е. машин периодического и непрерывного действия являются: производительность — П, мощность — N; масса машины — G₀; мас­са единичного груза (ноша) — G и длина транспортирования — L. Соотношение этих параметров позволяет получить технико-экономические характеристики и сравнить их с соответствующими требованиями для проектируемой или выбранной машины. Различают следующие характеристики: энергоемкость, энерго­насыщенность, удельная производительность, удельная металлоем­кость. В параметрической записи их обозначают:   N/П; N/G; N/ПL; N/G₀; П/N; П/G₀ ; G0/G; G₀/ПL (6)

Рис. 8. Распределение погрузчиков пе­риодического действия по коэффици­енту К_э:
А — кривая распределения; Б — интеграль­ная кривая;
I — зона оптимальных показа­телей;
II — зона погрузчиков распростра­ненных марок. 

Некоторые из этих соотношений в виде обратных величин так­же представляют собой характеристики. Для погрузчиков непре­рывного действия в соотношения вводят параметр длины транспор­тирования. Таким образом, характеристика дается при переме­щении груза на 1 м. К наиболее важным технико- экономическим характеристикам относятся: К_э.е =N/П — коэффициент энергоемкости; К'_э.е =N/ПL — коэффициент затраты энергии на единицу массы перемещае­мого груза на расстоя­ние 1 м; К_э.н = N/G₀ — коэффициент энергонасыщенности (у некоторых погрузчиков он повышенный вслед­ствие использования в качестве базы типового трактора); K_м.е = G/П или G₀/ПL — коэффициент металлоемкости (чем ниже он, тем эффективнее машина); K_м.е = G₀/G - коэффициент металлоемкости (его учитывают в зависимости от массы груза при расчетах грузоподъемников и погрузчиков); это соотношение характеризует запас мас­сы погрузчика, его устойчивость и рациональность конструкции. Распределение погрузчиков периодического действия по коэффициенту K_э.н = N/G показано на рисунке 8. По оси ординат от­ложена частота n, а по оси абсцисс коэффициент К_э.н. Оптимальная производительность транспортных и погрузочных машин определяется правильным сочетанием их количества, производительности и грузоподъемности отдельных агрегатов.