автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оптимальное проектирование скреперных агрегатов

Агапов Александр Борисович

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность: 05. 05. 04 — «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

7 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005537550

Москва 2013

005537550

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» на кафедре «Строительные и подъемно-транспортные машины»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Янсон Рудольф Альбертович

Официальные

оппоненты: доктор технических наук, профессор

Савельев Андрей Геннадьевич профессора кафедры ДСМ, ФГБОУ ВПО «МАДИ»

кандидат технических наук, доцент Симонов Николай Николаевич заведующий лаборатории, старший научный сотрудник «ЦНИИС».

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный

университет путей сообщений (МИИТ)»,

г. Москва

Защита состоится «21» ноября 2013 г. в на заседании

диссертационного совета Д.212.126.02 ВАК РФ при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» по адресу: 125319, ГСП А-47, Москва, Ленинградский пр., д.64, ауд. 42,

Телефон: (499) 155-93-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета университета, а копии отзывов присылать по электронной почте: uchsovet@madi.ru

Автореферат разослан « с^/» 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета < Борисюк Никита Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Качественное и эффективное выполнение земляных работ остается актуальной задачей в строительстве и оно возможно при непрерывном совершенствовании парка машин для земляных работ, в том числе, скреперных агрегатов (СА). Эффективность обусловлена не только совершенствованием конструкции и повышением технического уровня СА, но что особенно важно, соответствием конструкции и параметров агрегата требованиям эксплуатации, рациональным согласованием параметров тяговой (базовой) машины с параметрами рабочего скреперного оборудования и параметрами работ.

В диссертации рассматриваются вопросы проектирования и эффективного использования СА как сложных технических систем, состоящих из двух подсистем - базового тягача (трактора) и скреперного рабочего оборудования, входящих в более сложную систему «объект - базовая машина -скрепер - толкач». В дальнейшем исследуемая система может быть расширена и в нее включены другие элементы (подсистемы).

Цель работы. Повышение эффективности методов проектирования на основе совершенствования методики технико-экономического и компьютерного моделирования и определение параметров СА. Задачи исследования.

1. Выявление и исследование взаимосвязей в системе «объект работы - базовая машина - скреперное рабочее оборудование - толкач».

2. Разработка программного обеспечения для определения производительности СА.

3. Создание инженерной методики определения оптимальных параметров и структуры СА.

4. Построение системной экономико-математической модели СА и экспериментальное исследование ее на ЭВМ.

5. Теоретическое исследование и анализ производительности С А.

6. Установление взаимосвязей и количественных закономерностей в исследуемой системе, прогнозирование параметров СА.

7. Уточнение областей рационального применения и оптимального комплектования СА.

Научная повита.

1. Усовершенствована методика параметрической и структурной оптимизации заключающейся в более широком охвате большого числа комбинаций СА.

2. Проведены теоретические исследования и анализ производительности СА с учетом влияния технологических факторов работы СА.

3. Разработана системная экономико-математическая модель СА для

оптимизации параметров базового трактора (тягача), скреперного рабочего оборудования и трактора-толкача, которая может быть реализована по нескольким сценариям в зависимости от характера решаемых задач и исходной информации.

4. Установлено, что увеличение тяговых усилий базового трактора (тягача) оказывает большее влияние на повышение производительности СА, чем увеличение его скоростей движения, но чрезмерное увеличение тягового усилия ограничено технико-экономическими показателями. На защиту выносится следующие положения:

- инженерная методика определения оптимальных параметров и структуры СА;

- системная экономико-математическая модель и результаты технико-экономического и компьютерного моделирования. Практическое значение результатов работы.

1. Результаты исследования дают возможность научно-обоснованного определения параметров базового тягача, скрепера и толкача для заданных условий работ.

2. Разработанная методика оптимизации параметров и структуры СА позволяет на разных стадиях проектирования СА определять различные типы и виды агрегатирования.

3. Разработанные компьютерные программы определения производительности СА (потенциальной производительности, которую СА обеспечивает при ;,(ПЙ11) могут быть использованы при выполнении земляных работ.

4. Даются рекомендации по рациональному применению различных типов и видов СА.

Достоверность результатов проведенного исследования обеспечивается:

• применением традиционных (классических) методов исследования (анализа, синтеза, наблюдения, измерения) и новых научных методов (моделирования, структурно - системного анализа, исследования операций, математической статистики);

• выполнением контрольных расчетов и компьютерным моделированием;

• экспериментальным исследованием;

• сопоставлением с известными данными отечественных и зарубежных исследователей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены:

• на Международной научно-техническая конференции «Интерстроймех 2006». Москва, МГСУ, 19 — 22 сентября 2006.

на 12 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.

Москва 3 апреля 2008.

на Международной научно-техническая конференции «Интерстроймех 2008». Владимир 16-19 сентября 2008

• на заседаниях кафедры «Строительные и подъемно-транспортные машины» МГСУ.

на 13 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Москва 2009.

• на 14 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 8 апреля 2010 г.

• на 15 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Москва, МГАВТ, 19 апреля 2011 г.

Реализация работы. Разработанные методики и модель СА могут быть использованы для выбора эффективных типоразмеров СА с толкачом для заданных условий выполнения земляных работ. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры СиПТМ МГСУ. Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 статей, в том числе 6 работ опубликованы в изданиях, определенных ВАК РФ. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов. Работа опубликована на 150 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков, 4 таблицы, список использованной литературы из 96 наименований и 2 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна работы.

В первой главе рассматриваются научные работы в области исследования, разработки, создания и использования ЗТМ, приводится классификация скреперов и скреперных агрегатов, рассматриваются современные технологии, условия и виды производства скреперных работ, для которых и проектируются скреперные агрегаты, анализируются рабочие циклы скрепера.

Большой вклад в разработку научных основ теории и практики проектирования землеройно-транспортных машин, включая скреперные агрегаты, внесли многие отечественные и зарубежные ученые. Исследованию процессу копания грунта ЗТМ посвящены фундаментальные работы К.А. Артемьева, В.И. Баповнева, Ю.А. Ветрова, Н.Г. Домбровского, А.Н. Зеленина, В.А. Нилова, Е.Р. Петерса, Д.Н. Федорова, A.M. Холодова и др.

Вопросам расчета скреперов и скреперных агрегатов посвящены работы К.А. Артемьева, В.И. Баловнева, В.А. Борисенкова, Д.П. Волкова, Г.Н. Карасева, Е.М. Кудрявцева, Б.Г. Кима, В.Я. Крикуна, Э.Н. Кузина, Е.В. Кошкарева, И.А. Недорезова, П.И. Никулина, В.Н. Нилова, В.Ф. Петренко, П.И. Ревзина, А.Г. Савельева, Н.А. Ульянова, Л.А. Хмары, К.К. Шестопалова, Р.А. Я неона и др.

Работа скрепера осуществляется при помощи тяговой машины, в качестве которой могут использоваться одноосные, двухосные и многоосные колесные тягачи, гусеничные тракторы разных типоразмеров. Скрепер вместе с тяговой машиной образуют скреперный агрегат (СА).

Для СА наиболее характерны вопросы оптимального агрегатирования тяговых и рабочих машин, оптимизация параметров, как базового трактора (тягача), так и скреперного оборудования, тягово-сцепные качества, тяговая механика агрегатов, определение производительности, стоимости и других технико-экономических показателей работы.

Эффективное использование СА определяется рядом условий (условий эксплуатации и режимов работы): характеристиками объекта работы, грунтовых, дорожно-транспортных (топографических) и погодно-климатических. Многообразие объектов условий эксплуатации и разные режимы работы СА создают потребность в большом количестве типоразмеров и исполнений машин (типов и видов агрегатирования). В главе рассмотрены возможные условия эксплуатации СА и приведены их характеристики.

Во стопой главе излагаются теоретические предпосылки оптимального проектирования СА на основе системных принципов, рассматриваются основные виды моделей используемых в системном анализе, методы исследования систем, приводится методика оптимального проектирования СА.

В конструкции СА четко проявляются характерные особенности системы -взаимосвязь между элементами внутри системы (агрегатами, узлами) и взаимосвязь с окружающей средой (рельеф местности, сцепление движения СА с поверхностностью движения, прочность разрабатываемого грунта и др.).

Выделим три уровня оптимизации, которые имеют место при проектно-конструкторских разработках СА и имеют иерархическую соподчиненность.

Первый уровень оптимизации состоит в выборе руководящей технической идеи или наилучшего принципа действия Л* из множества {/7,,/72,.../7;.} рассматриваемых.

Второй уровень оптимизации состоит в поиске наилучшей структуры С" СА (типа, вида агрегатирования) из множества {С,.С,,-С„,} рассматриваемых структур в рамках выбранного принципа действия (структурная оптимизация).

Третий уровень состоит в определении наилучших значений параметров X] СА для выбранной структуры (параметрическая оптимизация).

Для решения оптимизационных задач разработана методика оптимального проектирования в основу которой положены системный анализ, научно-техническое прогнозирование, экономико-математическое

моделирование. Методику можно использовать для определения оптимальных расчетных параметров базового тягача и скреперного рабочего оборудования, а также в эксплуатации для выбора эффективных типоразмеров СА с толкачом при производстве земляных работ на конкретном объекте строительства.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям и анализу производительности СА.

Производительность СА является важнейшим показателем для оценки эффективности их использования. Она является комплексным показателем, так как зависит от нескольких эксплуатационных свойств: технологических (проходимость, устойчивость, маневренность и др.), технических (тяговые и скоростные качества), общетехнических (надежность, эргономичность и др.) и ряда других факторов (грунтовых и дорожных условий, природно-климатических, транспортных). Эксплуатационные свойства предполагают количественное выражение их через параметры. После некоторых преобразований и допущений формула технической производительности СА может быть представлена в виде многофакторной зависимости:

„ __ 270 ■ • г)Т • g • К]: / Кр_

-Η=----- + 2• /, • 5/1,36 + 0,075 • Л'., • Чт ■ t,

/ — ÈS

где В = - ' —--(ocr±i;

Кг

Ne - мощность двигателя базового тягача (трактора), кВт; ?/, - тяговый КПД;

Nr

К =---—— + 0,4 - коэффициент использования вместимости ковша

" 10+0,8-^,

скрепера (коэффициент наполнения); q - вместимость ковша скрепера, мъ Т —тяговое усилие базового тягача, кН; G-— вес базовой машины, m ; Gc - вес скрепера, m ;

у - объёмный вес грунта в плотном теле, mlмг ;

ыср - среднее удельное сопротивление передвижению, кН;

/ - уклон дороги (+ подъём, - спуск);

К — коэффициент разрыхления грунта;

К, — удельное сопротивление грунта копанию, т/м1;

К2 - удельное сопротивление грунта укладыванию, т/м2;

Кг - коэффициент, учитывающий применение дополнительного трактора-толкача;

/, - дальность транспортирования грунта, м;

время на дополнительные операции (переключение передач, разгон, торможение, стыковка толкача со скрепером, разворот и др.), мин.

На рис. 1 показаны зависимости технической производительности СА на базе трактора Т-25 ОАО «Промтрактор» с разной вместимостью ковша для агрегатов 1-го типа при транспортировании грунта по горизонтальной поверхности с дальностью возки 200 ... 1000 м. Зависимости имеют четко выраженный максимум, соответствующий оптимальной грузоподъемности. С увеличением дальности возки /.,„ прослеживается тенденция к увеличению вместимости ковша д, соответствующей Птр пш.

1"; м м м

- 00

У

V

-г 00

т

-1 001

$ ? ч п 1» 15 17 21 :5 :7 :•< м .»» •} ?7 4| дз !

Рис. 1 Зависимости изменения технической производительности СА на базе гусеничного тягача Т-25 при изменении вместимости ковша д, построенные по результатам расчетов при работе на грунте 2-ой категории и дальности транспортирования грунта ¿„=200... 1000 м.

В главе приведен сравнительный анализ расчета производительности СА по различным методикам.

Расчет производительности по методике Е.М. Кудрявцева можно рекомендовать для первичной оптимизации комплектов машин на основе разработанных экономико-математических моделей, для прогнозирования параметров СА с учетом условий работ на объекте.

Расчет производительности по энергоемкости процесса копания (методика И.А. Недорезова) можно рекомендовать для прогнозирования производительности Я, на этапах проектирования и в эксплуатации при выборе эффективного типоразмера скрепера с толкачом. Эта методика, разработанная для самоходных скреперов, после некоторых дополнений и уточнений была использована для расчета производительности других видов СА. На базе общедоступной программы Microsoft Excel была создана программа для выполнения этих расчетов.

Методику В.Я. Крикуна можно рекомендовать для уточненных расчетов параметров цикла копания грунта для разных типов и видов агрегатирования СА.

Анализ развернутых формул производительности СА, в том числе в тяговом (копание фунта) и транспортном режимах работы показывает, что техническая производительность скрепера зависит от основных технических параметров базовой машины ( Ne, Т, G6 ), скрепера (q, Gc ), толкача ( Кт ), от грунтовых {у,К,,К1 ), дорожных условий (м,г, i) и транспортных условий (/,„) объекта. Все эти параметры находятся в сложной взаимосвязи, и изменение одного из них влечет за собой изменение других, причем некоторые из них в определенный промежуток времени могут принимать то или иное значение. Повысить производительность СА при наборе грунта можно за счет полной реализации его тяговых качеств, применением рабочего скреперного оборудования с уменьшенным сопротивлением копанию или использованием трактора - толкача, применение которого уменьшает время набора грунта и увеличивает коэффициент наполнения Кп. Повысить производительность СА при транспортировании грунта можно или за счет увеличения скорости его движения на рабочем и холостом ходе, или за счет увеличения грузоподъемности, перемещая за один цикл большую массу грунта, но с меньшей скоростью.

Для того чтобы определить оптимальное сочетания технических и эксплуатационных параметров базовой машины, скрепера и толкача, задавшись определенными пределами изменения параметров, необходимо проанализировать множество вариантов и выбрать из них (по критерию оптимизации) наиболее оптимальный для конкретного объекта. Решить эту многовариантную задачу можно только с применением современных экономико-математических методов моделирования и использованием электронно-вычислительной техники.

В четвертой главе рассматривается методика оптимального проектирования СА различных типов и видов агрегатирования для заданных

условий работ.

Основой методики является научно-техническое прогнозировании, экономико-математическое моделирование и использование ЭВМ. Экономико-математическое моделирование заключалось в выполнении следующих основных этапов: создание модели реальной системы «объекты работы -базовый трактор (тягач) — скреперное рабочее оборудование - трактор-толкач -условия эксплуатации»; постановки эксперимента с этой моделью на ЭВМ с целью изучения поведения системы; исследования взаимосвязей между подсистемами и элементами; оценки различных структур и стратегий, обеспечивающих оптимальное (в заранее установленном смысле) функционирование системы; и оптимизация на этой основе параметров базового тягача, скреперного рабочего оборудования и трактора-толкача для заданных условий работ.

С помощью экономико-математического моделирования изучалось воздействие на функционирование исследуемой системы структурных изменений (структурная оптимизация СА), изменение основных параметров системы (параметрическая оптимизация СА), а также воздействие характеристик объекта работы (объем работ, дальность транспортирования и др.), внешней среды (грунтовых, дорожных, климатических условий).

При оценке вариантов структуры и параметров СА целесообразно использовать удельные приведенные затраты 2у1, руб/м3. Пользуясь выбранным критерием оптимизации можно, меняя структуру СА в зависимости от вида агрегатирования (гусеничный тягач - прицепной, полуприцепной скрепер; пневмоколесный трактор 4x4 или 4x2- прицепной, полуприцепной скрепер; одноосный тягач - полуприцепной скрепер; одноосный тягач - полуприцепной скрепер с активной осью) и типа С А (тягач - скрепер; тягач - скрепер - толкач; скреперный поезд), провести оптимизацию СА внутри одного класса скреперов. В работе рассматриваются рабочие машины (скреперы) только традиционной конструкции.

Наиболее простой является задача оптимизации параметров внутри заданной структуры СА, более сложной — задача оптимизации структуры по горизонтали или по вертикали классификации. Ещё более сложной является задача оптимизации скреперных агрегатов одновременно по типу и виду агрегатирования.

В общем виде задачу оптимального проектирования СА различных типов и видов агрегатирования сформулируем так: определить такие сочетания главных и основных параметров базового тягача (, Ок, Т1; и др.), скрепера (с/, Ь, с, С и

др.), толкача (Nrr,GT,Tr и др.), которые обеспечат минимум приведенных затрат (Zmhx) для эффективной работы С А в заданных условиях эксплуатации (г. Л,., £,,,./>„, и др.).

В каждом конкретном случае постановка задачи может видоизменяться. Так, задачу по определению оптимального значения главного (вместимости ковша) и основных параметров скрепера для работы с базовым трактором, тягачом (или задачу оптимального агрегатирования базового трактора, тягача с рабочим скреперным оборудованием) сформулируем в таком виде: определить такое сочетание главного и основных параметров скреперного оборудования, которое обеспечит Zm„,.

Для выявления связей и установления количественных соотношений и закономерностей были использованы как аналитические, так и вероятностно-статистические методы математического прогнозирования, включая корреляционно-регрессионный анализ.

На основании анализа и обработки большого статистического материала установлены корреляционные зависимости единовременных затрат С', часовых эксплуатационных затрат С' и расчётной стоимости S' скреперного оборудования в функции его основных параметром: вместимости ковша q и массы G'. Аналогичные зависимости получены для расчёта затрат трактора -толкача: от мощности двигателя N] и массы G1. Установлены необходимые зависимости параметров скрепера (массы, ширины резания, максимального заглубления ковша) от главного параметра - вместимости ковша q. Выполнена проверка - подсчет значений искомой величины по уравнениям регрессии и сравнение их со значениями параметров в технических характеристиках реальных машин фирм Caterpillar, John Deere, Komatsu, Terex, Shantuj, МоАЗ.

Построение экономико-математической модели является наиболее важным и ответственным этапом исследования. В процессе ее формирования использованы как аналитические, так и вероятностно-статистические зависимости, связывающие критерий оптимизации с параметрами базового трактора, скреперного оборудования, толкача, основными характеристиками объекта строительства (возможными условиями работ скреперных агрегатов), а также логические и ограничивающие условия. Использованы также некоторые зависимости, полученные другими исследователями, как например, зависимости для определения мощности двигателя толкача NJr и коэффициента наполнения ковша скрепера Кн.

На рис. 2 представлена блок-схема базовой экономико-математической модели СА.

В блоках 1-4 определяются весовые параметры агрегата.

ВВОД

' ^КР' РКР.МЛХ* К>1'

Е = 0 : "3] : л4] X О : «5] С/.-/;, С^;, 5"/,-, ....

~ РОК^ф^ГдТЕР^ГТЖТПГчЗТХГ

1 Ос:=1100 ц

1

2 Оа:=ОБ+Ос

1

3 Оп^КцГ/Кр

#

4 бс. гр:=Сб+(Сгр+Сс)^

#

5 Ь:=1,866+0Р72я ||

1

6 С-0,0653-^

1

7 »'Гг

1

8

#

9 , ы! Чш ~Ч + —Ц£

1

10 Wp:=KbC

#

11 ^:=ХВН2Уё/КР

#

12 \Уг1,:=сВН78/Кр

#

13 \М,:-уВН2уё(ц*)/кР

^ ^:=СБ(Гт±1)+(1-£)(Сс+Сгр)(Г^) 14

Ттах(Ф)~С-Ф

16

Т^ДМ)-]^

17

18

№ \у.>Т ТНЕЫСО ТО Я>19

w:=\м:+wp+w;+w;'+wп 20

,7 -ГШ.ТЬ У Г ■---р-

21

1Г =0.06 — у

I —_И

р' Р+1К

и ~0.06 —

/ :=0.06 II-

Рис. 2 Блок-схема экономико-математической модели.

В блоках 5-9 определяются геометрические параметры ковша скрепера в зависимости от требуемой вместимости ковша.

В блоках 10-20 определяются показатели тяговых качеств. Тяговые качества характеризуются сопротивлением движению порожнего \¥с и гружёного \УС СА с учётом уклона, а также силой тяги по сцеплению Ттах((р) и по мощности Ттах(К).

В блоке 19 проводится проверка возможности движения гружёного С А.

В блоках 21-27 проводится расчет процесса транспортирования грунта, холостого хода и разгрузки.

В блоке 28 проводится проверка возможности наполнения ковша скрепера базовым тягачом. Далее блок-схема расходится на две ветви: правая ветвь описывает работу СА без применения толкача, левая ветвь - работу СА с применением толкача, в том случае, если сопротивление копанию оказывается больше тягового усилия базового тягача.

В блоках 33-44 выполняется расчёт времени рабочего цикла ^при работе СА совместно с толкачом. Блоки 29-32 описывают тот же процесс без применения толкача. Блок 32 — чисто технический приём, необходимый для того, чтобы при расчёте экономических показателей СА затраты на толкач не учитывались. Блок 44 — тот же приём, необходимый для того, чтобы затраты на толкач распределялись на число скреперов, которые он обслуживает.

В блоках 45-53 рассчитываются основные технико-экономические показатели работы скреперного агрегата. Определяются производительность П, единовременные затраты, связанные с эксплуатацией трактора-толкача Сет, часовые эксплуатационные затраты трактора-толкача СЭт, стоимость трактора-толкача единовременные и часовые эксплуатационные затраты скреперного агрегата СЕ, Сэ, стоимость скреперного агрегата Б, число часов работы скрепера в году Тгод и удельные приведенные затраты СА ЪуЛ.

Для каждого типа СА и вида агрегатирования характерно своё число уравнений связи, отражающих зависимости параметров ковша, весовых характеристик агрегата, параметров рабочего процесса и стоимостных характеристик.

Так экономико-математические модели различных видов агрегатирования базовых машин (тягачей) с рабочим скреперным оборудованием будут отличаться друг от друга разными уравнениями связей, описывающих тяговые качества гусеничных и колесных тяговых машин, разными колесными формулами ходовой части по числу приводных мостов, разными величинами сцепного веса каждого из агрегатов. Соответственно каждый вариант модели должен отражать изменение затрат на создание и эксплуатацию СА различного конструктивного исполнения.

Следующим этапом является проведение машинного эксперимента.

Эксперимент проводился на ЭВМ на примере решения задачи оптимизации параметров скреперного оборудования внутри заданной структуры СА: гусеничный трактор - прицепной скрепер. В качестве базовой машины был выбран наиболее массовый трактор российского производства Т10М «ЧТЗ-Уралтрак» тягового класса 100 кН с мощностью двигателя силовой установки 132 кВт (180 лс). Т10 - собирательное обозначение унифицированного семейства промышленных тракторов данного класса тяги.

При исследовании наблюдалось влияние изменения основных параметров системы «объект работы - базовый трактор - скрепер — толкач - условия эксплуатации» на величину удельных приведенных затрат Znll]1 и оптимальную вместимость ковша скрепера q,„mi для агрегатирования с базовым трактором. Моделирование позволило выявить, какие из переменных величин исследуемой системы наиболее существенны и как они взаимодействуют. Было установлено, что на величину д„т оказывают влияние многие показатели, среди которых наибольшее - объем выполняемых работ V, дальность транспортирования грунта ¿,„, дорожные и грунтовые условия объекта строительства, мощность N1'

двигателя толкача ' .

На рис. 3 показана динамика изменения удельных приведенных затрат СА в зависимости от вместимости ковша скрепера q и различных дальностей транспортирования грунта Lm. Из графиков видно, что с увеличением q величина Zv вначале снижается, достигает минимального значения Zvmlll , а затем возрастает. С увеличением ¿„, характер изменения zv остается тем же, а абсолютная величина Z, возрастает. При этом минимум zy смещается в сторону больших значений q .

С увеличением дальности транспортирования L,:, и объема работ V наблюдается тенденция к увеличению оптимальной емкости ковша скрепера <7„„„, Для агрегатирования с базовой машиной (при одинаковых грунтовых и дорожных условиях) и использованию более мощных толкачей. Для выполнения больших объемов работ экономически выгоднее использовать более мощные агрегаты. Практически во всех случаях работа СА без толкача оказалась не эффективной.

При исследовании модели в программу вводились различные значения номинальной силы тяги 7]г , наибольшей допускаемой силы тяги 7"ч,„а> и максимальной скорости (ограничивающие факторы). В результате было установлено, что увеличение тяговых усилий трактора оказывает большее

влияние на повышение производительности агрегата, чем увеличение его скоростей движения. Установлено также, что для каждой структурной схемы СА существует оптимальное значение вместимости ковша, при котором удельные приведенные затраты минимальны.

В результате проведенного эксперимента определены значения главного расчетного параметра (вместимости ковша) скрепера <?„„„,, и соответствующие ему основные параметры скреперного оборудования для агрегатирования с базовым трактором в различных условиях эксплуатации. Параметры, характеризующие грунтовые и дорожные условия, объемы работ, дальности перемещения грунта и др. подавались на вход экономико-математической модели СА. На рис. 4 показаны области оптимальных значений вместимостей ковша скрепера цтт для агрегатирования с трактором ТЮМ при разных дальностях транспортирования грунта 1т и объемах работ V (средние расчетные грунтовые условия).

Рис. 4 Области оптимальных значений вместимостей ковша скрепера для агрегатирования с трактором ТЮМ при разных дальностях транспортирования грунта Ьт и объемах работ V

В пятой (заключительной) главе диссертации рассмотрены вопросы эффективного использования СА с учетом результатов проведенного исследования.

Рис. 3 График изменения удельных приведённых затрат Ъ от вместимости ковша q скрепера; 1 -200м; 2-400м; 3 - 600м; 4 - 800м; 5 - 1000м

В условиях эксплуатации можно управлять в основном двумя показателями: производительностью и затратами на эксплуатацию.

Однако в условиях рыночных отношений стоимость эксплуатационных затрат может обладать коммерческой тайной и быть недоступной для её объективной оценки. Поэтому на современном рынке СДМ для оценки эффективности использования машин всё большее распространение получают обобщённые показатели эффективности.

В качестве такого основного обобщённого показателя эффективности применения практически для большинства СА наиболее целесообразно использовать обобщённый показатель ЯЛ,„, который характеризует энергетические и материальные затраты в натуральных единицах измерения на единицу удельной производительности. Этот показатель является компромиссным показателем двух отдельных показателей - удельной энергоёмкости и удельной производительности или удельной материалоемкости ту,. Обобщенный показатель /7,.„ определяется из

выражения ЯЛ„, = ——

Производственные условия работ, в которых экономически целесообразно использовать машины, принято называть областями их рационального применения (ОРП). Следовательно, ОРП машины представляет собой определенную зону изменения параметров машины, в пределах которой данная машина по сравнению с другими обеспечивает наибольшую экономическую эффективность.

В главе приводится общая методика определения областей рационального применения СА различных типов и видов агрегатирования и как приложение -программа расчетов в среде Mathcad для графического построения ОРП.

Для уточнения ОРП скреперных агрегатов различного типа и вида агрегатирования использованы зависимости, полученные фирмой Caterpillar, исследователями под руководством проф. В.И. Баловнева (МАДИ) и учеными Воронежского ГАСУ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Выявлены и исследованы взаимосвязи в системе «объект работы -базовая машина - скреперное рабочее оборудование — толкач», установлены с использованием корреляционно-регрессионного анализа закономерности и количественные соотношения между параметрами объектов в исследуемой системе.

2. На базе програмного обеспечения Microsoft Excel и Mathcad разработаны компьютерные программы определения производительности CA, которые могут быть использованы при производстве скреперных работ.

3. Создана методика оптимизации параметров и структуры CA, в основу которой положены системный анализ, научно-техническое прогнозирование и экономико-математическое и компьютерное моделирование. Методику можно использовать при проектировании CA и при выборе эффективных типоразмеров CA в эксплуатации.

4. Разработана системная экономико-математическая модель CA для оптимизации параметров базового трактора (тягача), скреперного рабочего оборудования и трактора-толкача. Эта модель может быть реализована по нескольким сценариям в зависимости от характера решаемых задач и исходной информации.

5. Установлено, что увеличение тяговых усилий базового трактора (тягача) оказывает большее влияние на повышение производительности CA, чем увеличение его скоростей движения, а работа CA без использования толкача практически во всех случаях не эффективна.

6. В результате исследования модели на ЭВМ установлено, что многообразие условий эксплуатации и видов производства скреперных работ требуют в каждом конкретном случае применение своего варианта CA (своего варианта агрегатирования) с параметрами базового тягача (трактора), скрепера и толкача оптимальными для данных условий работ.

7. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку рациональных параметрических рядов базовых машин и скреперного оборудования с оптимальной густотой ряда с целью расширения возможности выбора оптимального типоразмера и вида агрегатирования CA для конкретного объекта производства земляных работ, установление оптимального уровня унификации машин и оборудования.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

Статьи в журналах. включенных в перечень ВАК

1. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Назначение и концепция самоходной строительной машины в зависимости от условий работы и окружающей среды. // Механизация строительства. -2008. — №3. — С. 21-25.

2. Агапов А. Б., Керов И. П., Янсон Р. А.. Основные тенденции развития строительных и дорожных машин. // Строительные и дорожные машины. -2008.-№3.-С. 9-16.

3. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Системное проектирование машин строительного производства (на примере скреперных агрегатов). // Механизация строительства. - 2009. - №6. - С. 20-23.

4. Агапов А. Б., Кудрявцев Е. М., Ким Б. Г., Я неон Р. А. Инженерная методика определение оптимальных технологических параметров при производстве скреперных работ. // Механизация строительства. - 2011. -№4. -С. 24-27.

5. Агапов А. Б., Авцинов Р. В., Янсон Р. А.. Эффективность скреперных агрегатов с различным способ загрузки. // Механизация строительства. - 2011. — №8.-С. 24-27.

6. Агапов А. Б., Назимов М.К., Янсон Р. А.. Оптимальное агрегатирование базовых машин с рабочим строительным оборудованием. // Тракторы сельхоз машины. - 2012. -№1. - С. 33-36.

Статьи в других печатных изданиях

7. Агапов А. Б. Выбор силовой трансмиссии самоходной строительной машины. // Интерстроймех - 2006: материалы Междунар. науч.-техн. конф. -Москва: Моск. гос. строит, ун-т, 2006. — С. 265-267.

8. Агапов А. Б., Янсон Р. А. Анализ производительности скреперных агрегатов // материалы 12 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: Моск. гос. строит, ун-т, 2008. - С. 84-85.

9. Агапов А. Б., Дермель Г.В. Определение оптимальной мощности толкача для комплекта скреперов // материалы 12 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: Моск. гос. строит, ун-т, 2008. - С. 81-83.

10. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Системное проектирование скреперных агрегатов. // Интерстроймех — 2008: материалы Междунар. науч.-техн. конф. -Владимир: Владимирск. гос. ун-т, 2008. — Т. 1. - С. 124-126.

П.Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Эффективное использование Скреперных агрегатов // материалы 13 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: 2009г.

12. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Системная экономико-математическая модель скреперного агрегата // Интерстроймех - 2009: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Бишкек: КГУСТА, 2009,-С. 77-80.

13. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Оптимальное проектирование скреперных агрегатов // материалы 14 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010г. -Т.1.-С. 112.

14. Агапов А. Б. Определение оптимальных размеров отвала при производстве земляных работ скреперными агрегатами в строительстве // Интерстроймех — 2010: материалы Междунар. науч.-техн. конф. — Белгород: БГТУ, 2010.-Т.1. —С. 10-12.

15. Агапов А. Б., Янсон Р. А.. Влияние глубины карьера на производительность скреперных агрегатов // материалы 15 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Москва: 2011 г. - Т. 1. - С. 179-181.

16. Агапов А. Б., Авцинов Р.В., Янсон Р. А.. Эффективность скреперных агрегатов с различными способами загрузки // материалы 15 Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.-Москва: 2011г. —Т.1. —С. 178-179.

Подписано в печать. 18.10.2013 Формат А5 Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж ЮОэкз. Заказ № 1325 Типография ООО "Ай-клуб" (Печатный салон МДМ) 119146, г. Москва, Комсомольский пр-т, д.28 Тел. 8(495)782-88-39

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ

Специальность

05. 05. 04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

Диссертация на соискание ученой степени кандидат технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Янсон Рудольф Альбертович

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................4

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА РАЗРАБОТКИ, ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ.........................................9

1.1. Обзор и анализ работ по оптимальному проектированию скреперных агрегатов..............................................................................................9

1.2. Назначение и классификация скреперов и скреперных агрегатов.............12

1.3. Виды и условия производства скреперных работ. Рабочие циклы...............22

1.4. Основные тенденции развития скреперных агрегатов.............................30

Выводы.............................................................................................37

Глава 2.СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ..................................................................39

2.1. Системный подход к проектированию, системообразующие понятия

и определения, свойства систем...............................................................39

2.2. Скреперный агрегат как сложная техническая система, параметры технической системы............................................................................44

2.3. Назначение и концепция скреперного агрегата, выбор концепции.............50

2.4. Системный анализ как методология исследования и проектирования скреперных агрегатов...........................................................................60

2.5. Методика оптимального проектирования скреперных агрегатов как

технических систем различной сложности и уровня.....................................63

Выводы............................................................................................70

Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ.............................72

3.1 Производительность скреперных агрегатов при наборе грунта и его транспортировании..............................................................................72

3.2 Расчёт технической производительности через энергозатраты по методике

Недорезова И.А....................................................................................92

3.3. Определение технической производительности скрепера по методике

Е.М. Кудрявцева...................................................................................96

Выводы.............................................................................................97

Глава 4. ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СКРЕПЕРОВ И СКРЕПЕРНЫХ

АГРЕГАТОВ......................................................................................100

4.1. Выбор критерия оптимизации...........................................................100

4.2 Задачи оптимального проектирования скреперных агрегатов....................103

4.3. Прогнозирование параметров скреперных агрегатов, установление

взаимосвязей и количественных соотношений..................................................107

4.4 Построение экономико-математической модели скреперных агрегатов.....110

4.5. Проведение эксперимента...............................................................115

4.6 Обработка и анализа результатов эксперимента....................................118

Выводы...........................................................................................121

Глава 5. ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СКРЕПЕРНЫХ

АГРЕГАТОВ.......................................................................................123

5.1 Оценка показателей эффективности использования скреперных

агрегатов.........................................................................................123

5. 2. Определение областей рационального применения скреперных

агрегатов..........................................................................................126

Выводы............................................................................................130

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................................................132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Технические характеристики скреперов..............................144

Приложение 2. Алгоритм решения задачи оптимизации ёмкости ковша скрепера в зависимости от мощности базовой машины и дальности

транспортирования...........................................................................145

Приложение 3. Программа расчета удельных приведенных затрат в среде Mathcad..........................................................................................150

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности строительного производства неразрывно связано с проблемой эффективности используемых строительных машин, в том числе, при производстве земляных работ - эффективности скреперных агрегатов (СА). Эта эффективность обусловлена не только совершенствованием конструкций и повышением технического уровня скреперов и скреперных агрегатов, но что особенно важно, соответствием конструкций и параметров агрегатов требованиям эксплуатации, рациональным согласованием параметрам тяговой (базовой) машины с параметрами рабочего скреперного оборудования и параметрами работ (система «базовая машина - скрепер - толкач - объект работ»), С этих позиций рассматривается технология, условия и виды производства скреперных работ, устройство скреперов и скреперных агрегатов, анализируются различные типы и виды агрегатирования. Даются методологические положения системного проектирования, которые представляют основу для нахождения оптимальных решений на стадии концептуального проектирования скреперных агрегатов для заданных условий работ.

Учитывая, что с течением времени меняются конструкции машин, значение их параметров, области применения, уточняются формулы для расчетов, классификации, делящие машины на те, или иные группы, типы и виды, требуется систематический пересмотр с тем, чтобы оценивать современные конструкции и характеристики СА, подходы и методы их создания. Это позволит применять в дальнейшем методологические положения системного проектирования, которые представляют основу для нахождения оптимальных решений на стадии концептуального проектирования скреперных агрегатов для заданных условий работ. Эти положения могут быть полезны как при проектировании, так и при эффективном использовании других землеройно-транспортных машин (ЗТМ).

Любая отрасль промышленности, включая строительное и дорожное машиностроение, если она не развивается, не совершенствуется, оказывается нежизнеспособной в современном мире. В этих условиях становятся актуальными

работы по созданию в отрасли строительного и дорожного машиностроения CALS - технологий.

CALS - технологии (Continuous Acquisition and Life Cycle Support -непрерывный сбор и поддержка жизненного цикла изделия) - это технологии комплексной компьютеризации этапов проектирования, производства и эксплуатации, включая ликвидацию, цель которых - унификация и стандартизация спецификаций изделия на всех этапах жизненного цикла. В русском языке понятию CALS соответствует ИПИ (информационная поддержка изделия) или КСПИ (компьютерное сопровождение и поддержка изделий).

Причины, связанные с необходимостью проведения работ по CALS технологиям:

• резкое возрастание конкурентной борьбы на рынке современных технических систем, что нередко ведет к вытеснению на внутреннем рынке отечественных технических систем (ТС) (машин, комплексов машин, оборудования, технологических линий, заводов). Это может грозить национальной безопасности страны при монопольном присутствии в стране иностранной техники при диктовке их условий. Уже имеются много примеров, когда убирают отечественных разработчиков и производителей. В тоже время, обслуживание импортной техники с каждым годом возрастает;

• резкое сокращение сроков и трудоемкости выполнения работ на этих этапах жизненного цикла ТС. Так, если недавно время проектирования такой сложной ТС, как экскаватор занимало 5-6 лет, то сейчас не более года;

• постоянное повышение требований к создаваемым техническим системам с одновременным снижением стоимости проектирования, изготовления и эксплуатации сложных технических изделий;

• повышение качества проектной, технологической, ремонтной и других документаций, сокращению затрат на различного рода переделки, доделку;

• смена методов и технических средств проектирования, изготовления и обслуживания ТС. В настоящее время интенсивно производится переход от ручных, мало автоматизированных методов проектирования, изготовления и обслуживания ТС. к автоматизированным на всех этапах жизненного цикла - к созданию единого информационного пространства;

• необходимость специалистам по созданию новой строительной техники хорошо владеть современными методами и системами проектирования, технологии изготовления, ремонта и эксплуатации;

• успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим без широкого использования CALS технологий;

• наличие большого числа отечественных и зарубежных систем реализующих требования CALS технологий. Среди таких систем можно выделить очень мощные системы: Unigraphics (компания EDS США) и С ATI А (компания Dessault System Франция). Системы среднего уровня: AutoCAD Mechanical, Mechanical Desktop, Mechanical Desktop Power Pack, Inventor (фирма AutoDesk США), Solid Works (компания Solid Works Corporation США), Solid Edge (США), T-Flex CAD (компания Топ Системы России), КОМПАС 3D (компания АСКОН Россия), система АРМ WinMachine (НТЦ АПМ Россия).

Исследование СА на всех этапах жизненного цикла, использование компьютерных и спутниковых технологий управления информацией, навигации и контроля для установления и реализации условий оптимального использования С А является важным и перспективным направлением.

Настоящая работа является одной из ступеней по реализации в отрасли строительного, дорожного и подъемно-транспортного машиностроения требований CALS - технологий, при разработке, создании и использовании скреперных агрегатов (СА).

Этап проектирования в рассматриваемой системе жизненного цикла изделия стоит на первом месте и то качества принимаемых решений на этом этапе во многом будит зависеть эффективность создаваемой техники. В диссертации

рассматриваются вопросы проектирования СА как сложных технических систем, состоящих из двух подсистем - базового тягача (трактора) и скреперного рабочего оборудования, и входящих в более сложную систему «условия эксплуатации (работ) - базовая машина - скрепер - толкач». В дальнейшем исследуемая система может быть расширена и в нее включены другие элементы (подсистемы). Системное исследование СА с учетом требований CALS -технологий и оптимизация на этой основе параметров базового тягача, скрепера и трактора - толкача для заданных условий работ является в современных условиях важной и актуальной задачей.

Целью работы является повышение эффективности методов проектирования на основе совершенствования методики технико-экономического и компьютерного моделирования и определение параметров СА.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- выявить и исследовать взаимосвязи в системе «объект работы - базовая машина - скреперное рабочее оборудование - толкач»;

- разработать программное обеспечение для определения производительности

Г< А .

- создать инженерную методику определения оптимальных параметров и структуры СА;

- построить системную экономико-математическую модель СА и исследовать ее на ЭВМ;

произвести теоретическое исследование и проанализировать производительности СА;

- установить взаимосвязи и количественные закономерности в исследуемой системе, и спрогнозировать параметры СА;

уточнить области рационального применения и оптимального комплектования СА.

Качественное и эффективное выполнение земляных работ остается актуальной задачей в строительстве и оно возможно при непрерывном совершенствовании парка машин для земляных работ, в том числе, скреперных агрегатов (СА).

Эффективность обусловлена не только совершенствованием конструкции и повышением технического уровня СА, но что особенно важно, соответствием конструкции и параметров агрегата требованиям эксплуатации, рациональным согласованием параметров тяговой (базовой) машины с параметрами рабочего скреперного оборудования и параметрами работ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА РАЗРАБОТКИ, ПРОИЗВОДСТВА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКРЕПЕРНЫХ АГРЕГАТОВ

1.1. Обзор и анализ работ по оптимальному проектированию скреперных агрегатов

Большой вклад в разработку научных основ теории и практики проектирования землеройно-транспортных машин, включая скреперные агрегаты, внесли многие отечественные и зарубежные ученые.

Основная часть работ отечественных ученых посвящена исследованиям рабочего органа скреперного агрегата - ковша скрепера и тягово-динамическим свойствам агрегата. Глубоко исследованы процессы копания грунта, определения составляющих сопротивления копанию, влияния параметров ковша на этот процесс.

Исследованию процессу копания грунта посвящены фундаментальные работы К.А. Артемьева [3], В.И. Баловнева [5, 6, 7, 8, 9], Ю.А. Ветрова [18], Н.Г. Домбровского [32, 33], А.Н. Зеленина [38, 39], В.А. Нилова [65, 66, 67, 68, 69, 70, 71], Е.Р. Петерса, Д.Н. Федорова [88], А.М. Холодова [93] и др. Творческими усилиями этих ученых разработана теория копания грунта скреперами, позволяющая решать многие задачи по расчету параметров ковша, имеющего минимальное сопротивление копанию. По этой теории в основу процесса разработки грунта скрепером заложен принцип механического резания грунта, при котором рабочий орган в виде клина отделяет от массива слой грунта постоянной толщины.

Приоритет в создании основ теории резания грунта принадлежит отечественным ученым В.П. Горячкину, Н.Д. Домбровскому, А.Н. Зеленину, Ю.А. Ветрову.

К исследованиям в области теории и расчета скреперов и скреперных агрегатов относятся работы К.А. Артемьева [4], В.И. Баловнева, В.А. Борисенкова [15], Д.П. Волкова [19, 20], Г.Н. Карасева [42], Е.М. Кудрявцева [46, 47], Б.Г. Кима, В.Я. Крикуна [59], Э.Н. Кузина, И.А. Недорезова [60, 61, 62, 63, 64], П.И.

Никулина [66, 68], В.Н. Нилова, В.Ф. Петренко [76], П.И. Ревзина, А.Г. Савельева [81], H.A. Ульянова [87], Л.А. Хмары [89, 90, 91], К.К. Шестопалова [95, 96], P.A. Янсона [98 - 106] и др.

Особо здесь следует отметить вклад ученых ВГАСУ и ВГТУ (Воронеж), можно говорить о сложившейся научной школе.

В работе Д.И. Федорова [88] изложены материалы по испытаниям скрепера, снабженного криволинейной в плане и выступающей режущей кромкой. В работе Л.А. Хмары [91] приведены результаты исследований двухножевой системы копания. Исследования В.А. Борисенкова [15] показали новые возможности ножевой системы с уменьшенной шириной резания.

В.А. Ниловым [65] проведено исследование работы скреперных агрегатов с изменяемым при копании сцепным весом (увеличение тягово-сцепных качеств) в сочетании с усовершенствованием их ножевой системы (уменьшение сопротивления заполнению ковша скрепера). Им разработаны конструкции ножевых систем с дискретным изменением ширины резания, которые позволяют регулировать площадь срезаемой стружки за счет дискретного уменьшения ширины резания в соответствии с возрастающим по мере заполнения ковша сопротивлением копанию. Такие ножевые системы, особенно в сочетании с догружателем сцепного веса, позволяют эффективно эксплуатировать прицепные и полуприцепные скрепера с колесными тракторами без использования толкачей, а также разрабатывать более прочные грунты и грунты с повышенной влажностью. Автором разработаны экономико-математические модели CA с изменяемым сцепным весом и ножевой системой, которые позволяют определять оптимальные значения главных параметров трактора и скрепера.

Эффективность заполнения ковша скрепера грунтом определяется не только величиной сопротивления копанию, но и тяговыми качествами базового тягача (трактора). Исследованию тяговых качеств ЗТМ и созданию теории колесного движителя самоходных тяговых машин посвящены основополагающие работы H.A. Ульянова [87]. Им детально разработаны методы тягового расчета колесных землеройно-транспорных машин, изучены вопросы совместной работы двигателя,

трансмиссий и колесного движителя. В работах H.A. Ульянова подробно проработаны методы определения основных параметров колесных ЗТМ для различных грунтовых условий, а теория самоходных колесных ЗТМ является научной базой конструирования этих машин и их эффективного использования в строительстве.

Развитие отечественного тракторостроения в направлении освоения и серийного выпуска мощных гусеничных и колесных тракторов промышленного назначения создало проблему оптимального агрегатирования этих базовых машин с рабочим строительным и дорожным оборудованием, в том числе, скреперным. Большое разнообразие конструктивных схем, типоразмеров и моделей базовых машин расширило возможности выбора оптимального варианта агрегатирования [106].

Существенный научный и практический вклад в разработку научных основ комплексной механизации строительства с применением землеройно-транспортных машин внесли многие отечественные и зарубежные ученые. Среди них следует отнести работы Е.М. Кудрявцева [48, 49] в области математического обеспечения решения оптимизационны