ANALIZA REGIMULUI TRANZITORIU DE LUCRU AL UNEI MASINI DE CONSTRUCTII IN VEDEREA STABILIRII ERFORMANTEI TEHNOLOGICE S. l. dr. ing. Carmen Debeleac Universitatea,,Dunarea de Jos din Galati Facultatea de Inginerie din Braila Abstract In this paper, the author presents the acquired results regarding the evaluation of the additional necessary power level for establishing of machine technological performance. The study was based on the identification and monitoring of the main parameters of earthmoving machine drive system, with priority on theirs dynamic behaviour. It was identified the dynamic transitory phenomenon which appears during a working cycle. The proposed method departs from the instant values acquisition of the supervised parameters as pressure, flow and needed power. The utilization of this method leads to the residual energy consumption reducing, through the efficient achievements of the normal consumption for each technological phase due to the dynamic effects decreasing. There are dignified the next major aspects: the additional level of the necessary power on the system, and their distribution on the component phases on duty work cycle. This study was developing on the wheel frontal loader equipment type. There are present the main advantages of the proposed method, sustained by the encouraging results acquired by the author. 1.INTRODUCERE Stabilirea performantelor unui utilaj este un proces complex care are ca punct de plecare identificarea necesitatilor formulate de beneficiarii potentiali iar ca punct final obtinerea unui produs competitiv pe piata. Etapele obligatorii ale unei analize a performantelor se bazeaza pe achizitia si conversia informatiilor obtinute, in exigente de performanta, precum si cuantificarea acestora sub forma nivelelor de performanta specifice masinii. Fundamentarea criteriilor si indicilor de performanta in regim real de functionare are la baza evaluarea si analiza evolutiei valorilor parametrilor statistici ai unei marimi fizice, care sa "inglobeze" influentele datorate tuturor perturbatiilor interne si externe ale sistemului considerat. relucrarea si analiza acestei marimi cu ajutorul teoriei statistice este pe deplin justificata de caracterul preponderent aleator al evolutiei marimilor specifice procesului tehnologic considerat. Tinand cont de structura constructiva si functionala a incarcatoarelor frontale, precum si de conditiile de lucru specifice acestui tip de utilaj, a fost adoptata ca marime fizica ce trebuie "monitorizata", puterea necesara sistemului de actionare a utilajului [1]. In aceasta lucrare este prezentat un criteriu nou de evaluare a gradului de performanta a unui incarcator, stabilit in conditii dinamice reale de solicitare prin monitorizarea evolutiei presiunii hidraulice si a debitului din circuitele sistemului de actionare ale utilajului in timpul desfasurarii ciclului de lucru. e baza celor doi parametri (presiune si debit) se obtine, in final, evolutia resurselor energetice ale masinii pe durata unui ciclu de lucru.
. RELUCRAREA STATISTICA SI ANALIZA DATELOR EXERIMENTALE ALE ARAMETRILOR MONITORIZATI entru studiul prezentat in aceasta lucrare, traductorii de presiune si debit au fost montati in cele doua circuite principale ale utilajului, pe refularea pompelor hidraulice, astfel: pe circuitul punte spate ridicare brat inregistrandu-se p, Q ; pe circuitul punte fata inchidere cupa inregistranduse p1, Q1. In figura 1 este dat ca exemplu modul de variatie a puterii instantanee si medie (pe fiecare faza) pentru cazul unui incarcator frontal (MMT 45, romex SA) cu puterea motorului de 45C si cu transmisie integral hidrostatica. Fig. 1. a necesara in sistemul de actionare pentru MMT 45 pe un ciclu de lucru la incarcarea cupei cu nisip In prelucrarea statistica a datelor calculate (in cazul de fata puterea totala a masinii) s-au utilizat urmatorii operatori statistici [3], [4]: variabila aleatoare, xi; media: abaterea medie patratica: abaterea standard: n xi i x 1 (1) n k x i x () i1 (3) e baza acestor acestor consideratii teoretice se enunta urmatoarele ipoteze necesare formularii criteriilor suplimentare de performanta in regim dinamic intens al unui incarcator frontal rapid: variatia valorii medii ( x ) a marimii fizice considerate, la trecerea de la o faza tehnologica la urmatoarea, conduce la evidentierea solicitarilor dinamice instantanee, cu efect negativ asupra necesarului de putere instalata, a fiabilitatii si a rezistentei la oboseala; abaterea standard ( ) a valorilor parametrului respectiv, pe fiecare faza tehnologica separat, pune in evidenta caracterul dinamic al evolutiei acestuia; abaterea medie patratica (RMS) este o masura a energiei necesare evolutiei sistemului analizat.
Factorul determinant pentru analiza performantelor incarcatorului frontal rapid il constituie actiunea factorilor perturbatori interni si externi asupra utilajului in timpul procesului tehnologic, actiune ce are ca rezultat producerea efectelor dinamice diferite ca intensitate, de la o faza de lucru la alta. In tabelul 1 sunt centralizate rezultatele prelucrarii statistice a sirurilor de date ce reprezinta necesarul de putere pentru fiecare faza componenta a ciclului de lucru []. S-au analizat numai trei faze: deplasarea cu cupa goala spre gramada de material, incarcarea cupei si deplasarea cu cupa plina. Denumire faza deplasare incarcare retragere deplasare incarcare retragere relucrarea statistica circuit 1, 1 circuit, Tabelul 1 totala, tot RMS 4.79 3.183 7.863 dev. standard 1.18 0.685 1.696 media 4.569 3.109 7.678 variatia 1.485 0.469.876 RMS 0.809 17.09 36.631 dev. standard 5.986 7.054 9.041 media 19.930 15.568 35.498 variatia 35.831 49.761 81.746 RMS 7.855 5.387 13.130 dev. standard 5.07 3.66 8.165 media 5.999 4.84 10.8 variatia 5.71 10.667 66.669 RMS 3.788 6.410 5.07 dev. standard 1.19.405 1.69 media 3.616 5.94 4.77 variatia 1.74 5.786 5.73 RMS 1.50 1.384 3.358 dev. standard 6.630.536 5.691 media 10.61 1.33 31.853 variatia 43.955 6.43 3.393 RMS 7.588 3.71 10.608 dev. standard 4.75 1.73 5.77 media 5.916 3.013 8.99 variatia.581 1.60 3.801 3. INDICI DE ERFORMANTA IN REGIM DINAMIC REAL ENTRU INCARCATOARE FRONTALE RAIDE Indicii de performanta in regim dinamic de lucru a incarcatoarelor frontale rapide se definesc astfel: indicele mediu de utilizare statica a puterii, i1 - definit ca raportul dintre componenta statica a puterii medii necesara pe o faza de lucru si puterea maxima instalata a utilajului; static i1 ; (4) max indicele mediu de utilizare dinamica a puterii, i - definit ca raportul dintre componenta dinamica a puterii medii necesara pe o faza de lucru si puterea maxima instalata a utilajului; dinamic i ; (5) indicele mediu real de utilizare a puterii, i3 - definit ca raportul dintre valoarea totala a puterii medii necesara pe o faza de lucru si puterea maxima instalata a utilajului; real i ; (6) 3 max max
indicele mediu de multiplicare dinamica a puterii, i4 - definit ca raportul dintre valoarea totala a puterii medii si componenta statica a acesteia, necesare pe o faza de lucru. real i. (7) unde static reprezinta puterea in regim stabilizat de functionare si se evalueaza pe baza mediei statistice a tuturor valorilor instantanee achizitionate din proces pentru faza respectiva; dinamic puterea suplimentara necesara in cadrul regimurilor tranzitorii ale masinii; real puterea reala necesara in conditii reale de functionare ale incarcatorului frontal rapid; max puterea maxima instalata a utilajului. Domeniile de existenta ale celor patru indici sunt: - i1 are valori crescatoare spre 1; - i are valori descrescatoare spre 0; - i3 are valori crescatoare spre 1; - i4 are valori descrescatoare spre 1. Valoarea indicilor de performanta ai incarcatoarelor frontale rapide enumerati anterior este data in graficele din figura pentru fiecare faza de lucru analizata. 4 static Fig. Reprezentarea cantitativa a indicilor de performanta in regim dinamic.
Analizand diagramele prezentate in figura se pot enumera urmatoarele concluzii: evolutia primilor trei indici i1, i, i3, in ansamblu, scoate in evidenta faptul ca faza care solicita cel mai mult utilajul este cea de incarcare; analizand valorile celor trei indici pentru faza de deplasare se observa ca nu exista diferente deoarece calea de rulare este identica in ambele situatii iar echipamentul de lucru nu a luat contact cu materialul ce trebuie incarcat; in timpul fazei de incarcare, diferentele dintre valorile celor trei indici i1, i, i3, se justifica prin valorile diferite ale fortelor rezistente la sapare care difera de la un material la altul. Indicele mediu real de utilizare a puterii (i3), evidentiaza faptul ca exista rezerva de putere; chiar daca valoarea indicelui mediu de utilizare dinamica a puterii (i) are valori maxima pentru faza de incarcare (6%, respectiv %), aceste valori sunt scazute comparativ cu cele ale indicelui mediu de utilizare statica a puterii pentru faza de incarcare. Acest lucru se explica prin insasi specificul tehnologiei de lucru cu incarcatoarele frontale si in special cu cele rapide; cea de-a treia faza analizata, respectiv deplasarea incarcatorului frontal rapid cu cupa plina, inglobeaza in ea efectul dinamic cumulativ al mai multor actiuni, ca de exemplu: franare, deplasare pe teren neamenajat etc.; deosebirile dintre faza de deplasare cu cupa goala mai intai si apoi cu cupa plina, este vizibil ilustrata in figura prin valorile coeficientului i. rezenta sarcinii maxime in cupa creeaza un efect de amplificare al sarcinilor dinamice la aparitia factorilor perturbatori exteriori; diferentele mari constatate pentru valorile celor trei indici i1, i, i3, corespunzatoare fazelor analizate, pun in evidenta nivelul ridicat de dinamicitate al procesului de lucru cu incarcatoarele frontale rapide, in analiza globala a intregului proces; cel de-al patrulea indice se poate considera a fi un "indicator" global al efectelor dinamice analizate si cuantificate prin coeficienti dinamici specifici fiecarei faze a procesului de lucru. Evolutia acestui indice reliefeaza faptul ca se produce o multiplicare dinamica a puterii la valori maxime pentru faza de deplasare cu cupa plina (retragere). Explicatia acestui fapt consta in efectul dinamic cumulativ al mai multor actiuni ce influenteaza sistemul in aceasta faza. Valorile minime pentru acest indice sunt in faza de incarcare, fapt evident tinand cont de procentul ridicat de utilizare in regim static a puterii comparativ cu procentul redus, corespunzator utilizarii in regim dinamic a puterii pentru aceasta faza. 4. CONCLUZII rin evaluarea si analiza evolutiei si a valorilor medii ale puterii totale din sistemul de actionare, sunt create conditiile introducerii si utilizarii notiunilor de performanta la nivel global, pentru intreaga gama de incarcatoare frontale, prin cuantificarea indicilor de performanta. Astfel, se concluzioneaza ca: indicele i1 (static) are rolul de a indica cat din puterea instalata a masinii este necesara pentru functionarea acesteia in regim stabil de functionare; indicele i (dinamic) este suplimentul de putere necesara pentru invingerea regimurilor tranzitorii (dinamice). Acesta are importanta majora in evaluarea efectelor dinamice provenite din procesul tehnologic de lucru cu incarcatoarele frontale rapide; indicele i3 (real) ofera informatii calitative si cantitative cu privire la rezerva de putere si utilizarea ei judicioasa de catre utilaj. BIBLIOGRAFIE [1] Debeleac, C., Analiza dinamica a incarcatoarelor frontale rapide in vederea stabilirii performantelor de calitate, Teza de doctorat, Universitatea "Dunarea de Jos" din Galati, mai, 006. [] Onicescu, O., robabilitati si procese aleatoare, Editura Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti, 1977. [3] Tiron, M. relucarea statistica si informationala a datelor de masurare, Editura Tehnica, Bucuresti,1976. [4] Todoran, I. Tratarea matematica a datelor experimentale. Functii empirice, Editura Academiei Republicii Socialiste Romania, Bucuresti, 1976.