Analýza faktorů ovlivňujících výkonnost Univerzálního dokončovacího stroje UDS 214 a návrh opatření ke zvýšení provozní výkonnosti

Ing. Michal Jůza

Doctoral thesis

Study of Factors Affecting the Efficiency of the Universal Finishing Machine UDS 214 and the Suggestion of Objectives for Increasing its Operating Performance

Abstract:

Disertační práce se zabývá analýzou faktorů, které ovlivňují provozní výkonnost univerzálního dokončovacího stroje UDS 214 v závislosti na stavu a použitých prvcích v hydraulické soustavě pro ovládání pracovních mechanismů. Vlastní práce je rozdělena na dvě části. Na část rešeršní a část experimentální. Rešeršní část práce zahrnuje rozdělení rypadel a jejich konstrukci. Dále je zde uveden popis teoretické, provozní i skutečné výkonnosti u lopatových rypadel. Velmi důležitou kapitolou této části je popis faktorů ovlivňujících výkonnost rypadel. Další kapitola je věnována popisu hydraulických obvodů včetně jejich energetické bilance. V této kapitole jsou uvedeny výpočtové vztahy, které souvisejí s energetickými ztrátami. Tyto výpočtové vztahy jsou poté dále využity v experimentální části práce. Další kapitola je věnována přehledu vědeckých článků z oblasti výkonnosti lopatových rypadel a účinnosti jejich hydraulických obvodů. V experimentální části práce je podrobně popsán hydraulický systém teleskopického rypadla UDS 214 pro ovládání pracovních pohybů stroje. Dále je zde uvedena metodika měření času pracovního cyklu rypadla UDS 214 a také metodika měření a vyhodnocení energetických ztrát v hydraulických obvodech daného rypadla. U konkrétního rypadla UDS 214 byly naměřeny časy pracovního cyklu dle uvedené metodiky měření. Dále byly podle metodiky měření hydraulických obvodů rypadla UDS 214 naměřeny parametry jeho hydraulické soustavy. Podle uvedených výpočtových vztahů v rešeršní části práce, byly stanoveny energetické ztráty v jednotlivých hydraulických obvodech rypadla UDS 214. Na základě naměřených hodnot a faktorů ovlivňujících výkonnost rypadla, které jsou uvedeny v rešeršní části práce, byla navržena inovace hydraulické soustavy rypadla v podobě osamostatnění hydraulického obvodu otoče nástavby. Inovace hydraulického obvodu otoče nástavby spočívala v přidání nového čerpadla Bosch Rexroth A10VO45 a nového rozvaděče Bosch Rexroth 1MO-16. Z výsledného porovnání ztrátových výkonů a vypočítaných účinností hydraulických obvodů rypadla UDS 214 před a po inovaci hydraulického systému a z výsledného porovnání průměrného času cyklu, teoretické i provozní výkonnosti pro stav před a po inovaci jasně vyplývá výhodnost navržené a prakticky provedené inovace. V závěru práce je diskutována výzkumná hypotéza, která byla dle získaných výsledků potvrzena.

Abstract:

The dissertation deals with the analysis of the factors that influence the operational performance of the universal finishing machine UDS 214 depending on the condition and the elements used in the hydraulic system for controlling the working mechanisms. The dissertation itself is divided into two parts. The research part and the experimental part. The research part includes the distribution of excavators and their design. Furthermore, a description of the theoretical, operational and actual performance of shovel excavators is given. A very important chapter of this part is the description of the factors affecting the performance of excavators. The next chapter is focused on the description of hydraulic circuits including their energy balance. In this chapter, the calculation relationships related to energy losses are presented. These calculation relations are then used in the experimental part of the thesis. The next chapter is devoted to a review of scientific articles in the field of shovel excavator performance and the efficiency of their hydraulic circuits. In the experimental part of the thesis, the hydraulic system of the UDS 214 telescopic excavator for controlling the working movements of the machine is described in detail. Furthermore, the methodology for measuring the working cycle time of the UDS 214 excavator is presented, as well as the methodology for testing and evaluating energy losses in the hydraulic circuits of the excavator. For a particular UDS 214 excavator, the duty cycle times were measured according to the measurement methodology. In addition, the parameters of the hydraulic system of the UDS 214 were tested according to the testing methodology of the hydraulic circuits of the excavator. According to the given calculation relations in the research part of the dissertation, the energy losses in individual hydraulic circuits of the UDS 214 excavator were determined. On the basis of the measured values and the factors affecting the excavator performance, which are presented in the research part of the thesis, an innovation of the excavator hydraulic system was proposed in the form of independent hydraulic circuit for the superstructure swivel. The innovation of the swivel hydraulic circuit is consisted in the adding a new Bosch Rexroth A10VO45 pump and a new Bosch Rexroth 1MO-16 distributor. The resulting comparison of the loss performance and the calculated efficiency of the hydraulic circuits of the UDS 214 excavator before and after the innovation of the hydraulic system and the resulting comparison of the average cycle time, theoretical and operational performance for the state before and after the innovation clearly show the advantage of the proposed and practically implemented innovation. The research hypothesis is discussed in the final passage of the dissertation and according to the obtained results, it has been confirmed.

Keywords

výkonnost, rypadlo, hydraulický systém, průtok, tlak, účinnost

Keywords

performance, excavator, hydraulic system, flow rate, pressure, efficiency

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 2. 2024

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Petr Heřmánek, Ph.D.
• Reader: Vladimír Hönig, Ph.D. Ph.D., doc. Ing., Miroslav Škopán, externi, Vladimír Horák, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Doctoral programme / field:
Agricultural Engineering / Technology of Production Processes