挖掘機(jī)作業(yè)機(jī)群配置技術(shù)研究

挖掘機(jī)作業(yè)機(jī)群系統(tǒng)是工程中常用的作業(yè)機(jī)群系統(tǒng)，其機(jī)群配置的合理性對(duì)系統(tǒng)的生產(chǎn)率以及工程的效益有重要影響。以往的研究主要著重于用排隊(duì)論的方法分析系統(tǒng)的工作狀況，提出優(yōu)化參數(shù)，但這些方法都過于理論化，很難準(zhǔn)確高效的指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。本文通過對(duì)相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，論述了這一機(jī)群的合理配置的條件和決策方法，能夠有效的提高系統(tǒng)生產(chǎn)率。

通常所說的挖掘機(jī)作業(yè)機(jī)群系統(tǒng)即挖掘機(jī)－自卸車系統(tǒng)，對(duì)這一系統(tǒng)配置技術(shù)的研究包括：機(jī)械的合理選擇和挖掘機(jī)與自卸車的合理配置以及與之相關(guān)的作業(yè)方法研究。

1　挖掘機(jī)的合理選擇

作為主導(dǎo)機(jī)械，挖掘機(jī)性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)類型的正確選擇將直接影響施工的進(jìn)度、成本和效益。挖掘機(jī)選擇的基本原則是：挖掘機(jī)的斗容量和臺(tái)數(shù)與工程量和工程進(jìn)度相適應(yīng)；挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)類型與土壤條件和工程特點(diǎn)相適應(yīng)；具有較高的性能價(jià)格比、工作可靠性及駕駛舒適性。

挖掘機(jī)斗容量的選擇首先取決于工程量的大小和工程進(jìn)度要求。為不同的工程量選擇合理的斗容量將會(huì)使施工成本大大降低。斗容量一定時(shí)，施工成本與工程量的關(guān)系如圖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(jìn)度，可參照表1選擇合理的斗容量。

2　挖掘機(jī)的生產(chǎn)率分析

2.1　工作循環(huán)時(shí)間分析

當(dāng)機(jī)型一定時(shí)，決定挖掘機(jī)生產(chǎn)率的基本因素是工作循環(huán)時(shí)間ｔ，且ｔw＝ｔc＋ｔy＋ｔx＋ｔf

式中：ｔc——挖掘時(shí)間

ｔy——向卸載點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間

ｔx——卸載時(shí)間

ｔf——向工作面返回時(shí)間

挖掘時(shí)間ｔ取決于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(yùn)行時(shí)間ｔ和返回時(shí)間ｔ，應(yīng)在允許的情況下盡量減小回轉(zhuǎn)角?；剞D(zhuǎn)角的合理范圍一般為70°~180°，最佳角度為90°。回轉(zhuǎn)角度過小時(shí)，由于達(dá)不到最大回轉(zhuǎn)速度，不能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，從而增加運(yùn)行和返回時(shí)間。卸載時(shí)間主要取決于鏟斗的結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)。不同斗容量與不同土質(zhì)條件下挖掘機(jī)的自由卸載時(shí)間如表2所示。向自卸車內(nèi)卸土?xí)r，卸載時(shí)間將增加10％～15％。

由表中數(shù)據(jù)分析可知，隨著土壤粘性和斗容量的增加，卸載時(shí)間明顯增加。

2.2　操作人員的工作效率分析

操作環(huán)境對(duì)操作人員工作能力的發(fā)揮有很大的影響。技術(shù)等級(jí)一定時(shí)，影響操作人員工作效率的主要因素是操作的復(fù)雜性、工作時(shí)間和操作環(huán)境等。表3為不同操縱形式下的工作循環(huán)時(shí)間測(cè)試的相對(duì)值。由表中數(shù)據(jù)分析可知，隨著操縱復(fù)雜性和工作持續(xù)時(shí)間的增加，工作循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)，生產(chǎn)率降低。圖2和圖3分別為操作人員效率隨工作時(shí)間和駕駛室溫度變化的關(guān)系。表4為不同噪聲環(huán)境下的相對(duì)工作循環(huán)時(shí)間。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著噪聲的增強(qiáng)，工作循環(huán)時(shí)間明顯增加。

3　自卸車與挖掘機(jī)的合理配置

自卸車與挖掘機(jī)配置的合理性是決定自卸車－挖掘機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的基本因素。自卸車的載重量和臺(tái)數(shù)應(yīng)符合挖掘機(jī)生產(chǎn)率和工程運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)的生產(chǎn)率，而且影響施工成本。斗容量一定時(shí)，施工成本與載重量與之間的關(guān)系如圖4所示。

由圖中曲線分析可知，當(dāng)斗容量一定時(shí)，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(duì)應(yīng)的載重量隨之增加。當(dāng)運(yùn)距和斗容量確定時(shí)，自卸車的載重量可參考表5選取。有關(guān)試驗(yàn)研究表明，挖掘機(jī)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(jī)配置載重量11～25t的自卸車。

3.2 自卸車臺(tái)數(shù)的確定

自卸車的數(shù)量取決于運(yùn)輸距離和平均運(yùn)輸速度，其確定的基本原則是既能保持挖掘機(jī)工作的連續(xù)性和生產(chǎn)率要求，又不會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生裝車等待現(xiàn)象。 自卸車臺(tái)數(shù)ｎ的一般表達(dá)式為

ｎz＝tq/tz＋１

式中：ｔq——自卸車平均運(yùn)輸周期

ｔz——平均裝載時(shí)間

在實(shí)際作業(yè)中，平均運(yùn)輸周期和平均裝載時(shí)間均為隨機(jī)變量，需要確定其概率分布才能加以精確描述。

為使挖掘機(jī)－自卸車系統(tǒng)具有較高的生產(chǎn)效率，除了合理確定系統(tǒng)的基本參數(shù)外，還應(yīng)保證自卸車與挖掘機(jī)之間，以及自卸車與卸土點(diǎn)之間具有最佳的行駛路線。對(duì)于大型工程，道路上的車輛密度應(yīng)合理控制，以提高平均運(yùn)輸速度。

4　結(jié)論

根據(jù)上述分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）對(duì)不同的工程量和施工進(jìn)度，選擇最佳斗容量的挖掘機(jī)將大大降低施工成本。

（2）挖掘機(jī)合理的挖掘速度為0.75m/s，最佳的回轉(zhuǎn)角度為90°。

（3）操作人員的技術(shù)水平和操作環(huán)境（溫度、噪聲、濕度等），以及持續(xù)工作時(shí)間對(duì)挖掘裝載生產(chǎn)效率有顯著影響。

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