автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оптимизация комплексов и парка машин для прокладки русла каналов в условиях Вьетнама

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЮЯШЕРНО-СТРОИТЕШШЙ ИНСТИТУТ им. В.В.КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи УДК: 621.879

НГУВД шинь шнь

ОПТИМИЗАЩЯ КОМПЛЕКСОВ И ПАШ ШИН ДКЯ ПРОКЛАДКИ РУСЛА КАНАЛОВ В УСЛОВИЯХ ВЬЕТНАМА

Сяешальяооть: 05.05.04 - цороаяыв в отроитальныв иалшЕы

А В Т О Р В Ф В Р А Т

диссертации на основание ученой отвивая каяпнпата технических науи

Мооква - 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Краевого Знамени инженерно-строительном институте ям. В.В.Куйбышева на кафедре строительных машин.

Научный руководят«! - член-корреспондент Академии транспорта

РФ, доктор технических наук» профессор Кудрявцев Е.М.

Официальные оппоненты - член-корреспондент Академии транспорте

РФ, доктор технических наук, профессор Никулин П.И. - доцент, кандидат технических наук Сидоров С.Ю. Место работы-ШЭТ Моск. область, Поварово лоо.2, дом 4 кв. 13 Ведущая организация - ВНШТС

Зашита диссертации состоится" " ^iûЯ 1993 г. в

,~80

/ Ь *-*час. на заседании специализированного совета К 053.11.03 в МИСИ им. В.В.Куйбышева по адресу : Москва, Ярославское шоссе, дом 26, в ауд. 5"0У Г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотек®, института.

Просим Вас принять участие в защите и направить Ваш отзыв по адресу : Москва, Ярославское шоссе, дом 26, МИСИ им. В.В. Куйбышева, Учений совет.

Автореферат разослан "■ 43. " Ûai гуР JЛ ■ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета профессор

П.ЕЛотолин

ОВДАЯ ОАРАКТШСШКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях перестройки экономики Вьет-\та строительные организации переходят на полный хозрасчет, ;амоонулаемость, самофинансирование л самоуправление. В связи ; этим .валяло роль играет эффективное применение техники, ока-»ывающеа существенное влияние на себестоимость строитально-аон-гакных работ, в том числе и при лроялалнв русла канала.

Канала во Вьетнаме занкмацт больаой объем земляных работ, который составляет 25 % земляных работ. Для разработки канала зримэняюгся разные технология вроизвоизтва в разные системы маша для земляных работ с ведущими ыаапламя: одноковшовые, многоковшовые экскаваторы, онрапера, бульдозеры...

Структура система машин дам разработка канала формировалась на нормативных методах расчета потребности в строительных иашнах. Эта структура система иашш не учитывает специфику а особенности уоловий строительства в различных регионах страна, не соответствует оптимальному составу машин в системе, копирует структуру старой системы, на имеет егшного методического научного обоснованна. Все эта особенности сказывается на вффея -тивноста использования строительных нашив и сдергшвапт рост их применения.

Учитывая это, проблема оптимизации системы машин для разработки канала на еданом методологическом научаем обосновании приобретает особую актуальность.

Цель работы - разработка методик оптимизации параметров комплексов и парка машин для прокладки руола канала о учетом особенностей Вьетнама.

Методы исследования - в работе применяется капая гамма

методов исследования: аналитический, численный, нммитациояное моделировалив, сетевой метод и метоп случайного поиска. Реализация большинства метопов производилась с помощью персональных ЭШ.

Научная новизна работы заключается в слаяувдеы:

- Разработаны методики и математические модели для оптимизации параметров комплексов ыашин "вкскаватор-автосашсвалы а бульдозер" в "скрепера и бульдозер" для прокладки русла капала о учетом расстояния ивзду ваездами при строительстве канала в детерминированной и вероятностной постановках.

- Преюкжен новый подход к оптимизация парка машин, включающий предварительную оптимизацию комплексов нагни.

- Разработана методика оптимизации парка шшш на основе комбинированного использования потокового программирования и метода случайного нойона для прокладки русла навала.

Практическая ценность: разработан коиплеко прогрето для оптимизации параметров дву* "твдов комплексов иезэн "екокава-тор-автосамосвала в бульдозер" и "скрепера в бульдозер" и парка машн, спвциалиэвроваипаг дата прокладки русла канала с учетом влияния технологического параметра при строительстве канала. Выполнены расчеты для втот комплексов и парка малин во Вьетнаме.

Объем и структура работы. Диссертация, общим объемом 104 отр.машинописного текста; состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, включает описок литературы из 89 наименований, 23 рисунка, 19 таблиц, 9 программ и подпрограмм.

На защиту выносятся ел едущие вопросы:

- Методики и математические модели двух комплексов машн

доя строительства канала: "экскаватор-автооамосвалы и бульдозер" и:"скреперы и бульдозер"

- Математические модели формирования парка ыашия в сетевом виде для прокладки русла кадала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность в практическая цен -ность диссертационной работы, излованы основные положения работы и необходимость ее выполнения.

В первой глава дан анализ соотояния парна цашаи во Вьетнаме и специфические условия производства земляных работ. Отмечен большой удельный вео и выоодаа стоимость земляных работ по сравнении о остальными видами отронтаяьно-аонтазнах работ. В настоящее время паря машин во Вьетнаме дален от оптимального. Необходимо разработать научно обоснованные методики формирования оптимального парка ыашин для строительства русла канала о применением современных методов и ИЗБЫ.

Излокено современное состояние вопроса оптимивашга парка машин в СНГ.

Обзор литературы показал, что исследованию вопросов оптимизации парка машин удаляется большое внимание. Решением актуальных вопросов занимались многие ученые в различных организациях: С.С.Атаэв, Н.Г.Гаркави, А.А.Гуоаяов, Р.Я.Зельцер, С.Н. Деревянко, С.Е.Канторер, Н.С.Канюка, Е.М.Кудрявцев, В.А.Ланцов, Г.И.Линецвий, И.А.Луйк, С.А.Луцяяй, Ч.П.Мещик-,'С.Н.Николаев, С.Ш.РозенбоЙм, П.И.Сорокин, В.Н.Шафранояий г Слввнио и другие ВНИИстройдормаи, МАЛИ, МИСЙ, ЦКЙИСМТИ и другие.

Весь комплекс вопросов иошю разделять па четыре уровня:

- 6- оптимизация параметров одиночных машин;

- оптимизация' параметров комплектов, комплексов машин;

- оптимизация парка машин строительной организации, министерства, своей страны;

- оптимизация типоразмерных рядов машин.

Анализ методов оптимизации парка машин показывает, что существует много различных методов оптимизации парка машин: детерминированные а вероятностные, линейные в нелинейные и т.д.; каждый из них имеет своя достоинства и недостатки и учитывает ту или иную особенность задачи оптимизации.

В конце глава сформулированы цель, и основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе даны возможные комплексы машин для прок ~ лашш русла канала и показано, что в условиях Вьетнама наиболее эффективными являются комплекса "экскаватор-автосамоовалы и бульдозер" я "скреперы и бульдозер".

' Разработаны экономико-математические модели комплексов машин для строительства канала типа "экокаватор-автооамоовалы и бульдозер"; "скреперы и бульдозер", и "экскаватор-тягач-прицепы и бульдозер", учитывающие как взаймодействие и взаимовлияние машин комплекса, так и технологические факторы.

В модели рассмотрено влияние расстояния между вчездами канала на формирование етих комплексов машн.

Дяя первого комплекса машн "экокяватор-автосамоовалы и бульдозер", иохопя из целевой функции

■ Ч - С* * Е"5="/Тг ч- С\п21 + Г^лЕн/ту..

д ~ п7 ~ ~ л,

+ + Ем$8/гг

Пу 5 X

где: С0 - себестоимость маш-часа эвокаватора, руб/ч; Са - затраты , независящие от проба га на маш-чао автосамосвала о учетом косвенных расходов, руб/ч; - затраты, завиоящие от пробега на I км пробега автосамосвала о учетом косвенных расходов, рубЛш, Na - число автосамосвалов; П- чиоло рейсов всех автосамосвалов яа чао; [_ - дальность транспортировки грунта,км; С^ - себестоимость маш-часа бульдозера, руб/ч; $а. -стоимость соответственно экокаватора, автосамоовала и бульдозера, руб; Т - число часов работы в году; Ец - нормативный коэффициент эффективности капитального влояения; Пд - чаоовая эксплуатационная производительность экокаватора, П^ - часовая эксплуатационная производительность бульдозера, м8/ч; Ув -объем работ при устройстве одного выезда, м8; 5 - площадь поперечного сечения канала, х - расстояние между выездами из канала для укладки грунта вдоль канала, м.

Для определения корреляционных овязей экономических сос -тавдяодих с искомыми техническими параметрами комплекса машин в работе использовались уравнения регрессии линейного вида

Са а Э1 + Э2<?

" э3 ♦ Са - А1 + А2$

5а " а5 + 9 V (Э5+Эв1) */3600

Э1 ♦ Эе, А^ + А6 - соответственно овободные члены и коэффициента уравнений регрессии, которые определяются на оояоэв метопа наименьших квадратов; $, Н - соответственно, грузоподъемность автосямосвала и яместимость коша экскаватора.

- а -

После преобразования целевая функция будет выглядеть «ш:

}

I '

и = Ы.+ М Ем /тг3 С Л + ЛЯ К

7 збоот<гк,„к.р

зб.роТ1кн к.р 500 те кг т$Кг

4 + ■ + Ни

500? К- г 3600 ТЧКмКрТг

4- + С Се » ен5ъ/Тг)Ув

500Ър1ЪКгТг ТВ Кг Тг П(£Х

В результате аналитического иослодовапия получена еноте) ■ на аналитических выравений для определения оптимальных основных параметров комплекса маши /

Я - / Енд^г/гг

опт

^ - I 1-500Уьг 1 500 ЗООУсгТг Тг .

X, - /^8 ГУ Кг

^ ОП Т — I /---------------'-

ЗЬООКнК,«^

Для вероятностного процесса число рейсов всех автосамосвалов за один чао ( П, ) определено так:

П = у* (4- ро)

где^ - интенсивность погруэкв грунта в автосамосваян; Р0 -вероятность простоя экскаватора.

В этом случав шш определения оптимальных параметров коа-плвкса машин применяется метод шлмитационяого моделирования. Для второго Еомплекса машин "скреперы а бульдозер" Целевая функция

-и - ¿«/Т. ♦ 6«-/Тг , С, *6аВи/Тг ^ (C^ ♦ Ен$г/ТгК у _ - + ---

Са - единовременные ватраты скрепера, руб; Сг - годовыа затраты скрепера, руб; Сэ - текущие эксплуатационные затраты скрепера, руб/ч; Т0, Тг - число часов работа скрепера соответст -венно на объекте, в году н 5С - стоимость скрепера, руб} Почасовая эксплуатационная производитаяьность скрепера, м3/ч.

Для определения корреляционных овязей экономических составляющих с искомыми параметрами использовались уравнения регрессии вида:

Се = А# А^Ы * А„ Я С, - А, * А

)ы N + А з<1 Я = А$ + АХы N

Сг = А и$с/100 "

йс - масса двигателя скрепера, т; Ай - норма амортизационных

отчислений, %.

Модель комплекоа машин имеет вид:

-9Кн КрКк

"<ц. 'с и.

А - 5т

+ 2Ш/ГI

А*-* А«^

270 ЫЧЪКнКрКг

(АнЛРО + ЕДА« +Ал<в)

То

г + А

+ А, + А^Ч +

N

Тг

Т„ . Тг

где: Кн - коэффициент наполнения ковша; Кр - коэффициент разрыхления; Кы - коэффициент, учитывающий потери времени при маневрировании; Кд ~ коэффициент удельного сопротивления копанию; Кв - коэффициент использования машин по времени; КПД; бд -коэффициент буксования при копании; V/ - коэффициент сопротивления передвижению; е - уклон маотаости.

В результате аналитического исследования получена система аналитических виракаяий пля определения оптимальных параметров комплекса

^опт ~■

ЯКнКрК„Км

:______„

КГ,(А

1 -

¿>70 и Тй

Г II -

- я

Я 12АиИ1У + е) + 270N^T8(<-l^т)J(c^2 + ОгН )

'опт -

I + 2Ам1(*пе)+гЦме)кнКРк

КсцУсц

Для третьего комплекса машин тина "эксяаватор-тягач-прицапы и бульдозер"

Целевая функция

Яс

Л, п5

^ С'пНтЪ +С"„П21Ъ * £н*п/Тг . ( СегВнЬе/Тг^Ув

•г --------- ■+• -

П? ЛГ«5Я

- затраты, независящие от пробега за мят-чао тягача, руб/ч; затраты, закисшие от пробега за май-час тягача, руб/км-ч; Сд ~ затраты, независящие от пробега за маш-час прицепа,руб/ч: С^*- затраты, зависящие от пробега за маш-час прицепа,руб/кмл; Ыт - число тягачей; £ - количество прицепов в комплекте о тягачами.

Посла преобразования получим " " 3600 ГП К и К„ ЫООТЯК„К*Тг

г 'г

^ СтОд + Д^и ^ с'ги-гЫУ С-'гТг*

+ -*---'- + -Г—!-Г- ---Г

360ОТЧК„КР ' 500 \/Ср1%п Ч Кг ТЯпЬ Кг

V Т ; ---* Т ---------—:-'— ..—:'""............

500%Ъкг ЗШТЯКцКрТг ЗЬ00ТЯК„Кр

, (л< + Пх9пХх,+Ш . (п<гпг$п)ТР? 1 (пцП&„)(х>гШ

500\/СР1% Кг

Т£пК,

, {Пг + Пь'ЭггКЭ, *М)ЕН°<, ( Ц + £н5у/Гг) 1/в

*Т .............. ' 1 1 • 1 11 Т* ' "•"■■.............................. ..

3600Т<1КиК,Тг" После аналитического исследования получим

5008п КГ

I опт

/ фл

♦ АЕИ г с;тг + ЕН5Г + (пч* Пг$п)4:тг

Е„ С + П, 9п )] 1э6 (Э2ТГ + 34Ен)

%

с;«»*« с;тР . с^х+Ц . п<иг$)

ШУ^тиг Т1кг роогкг 5004'¿вткг

Ч±Ц + 'д

Пш и+6?

1 Кг

500 К,

ЗЬбОТЯИкКрХТг

■^ОПТ —

(¿8 Е »¿я/Гг)500 gn.tr

Ъ УёрТ

• В третьей глава разработаны блок-схемы и программы для определения оптимальных основных параметров комплексов машин, модели которых получены во второй глава.

Й качестве примера для комплекса машин "экскаватор-авто-самосэаля и %лмозар" -приведены в. табл. I для раз -

личных средних значений скорости транспортирования грунта оптимальные еаиостп ковша экскаватора,Я опт, оптимальная грузоподъемность автосамосвала, <%оаТ и оптимальные расстояния Д&оат ме«ду выездами из русла канала ■

Таблица I

■ Чл ^ опт 9 опт " Х0пт

7,0 1,38 13,38 72,01

8,0 1,36 12,91 74,32

9,0 1,34 12,53 76,30

10,0 1,33 12,21 78,02

11,0 ' 1,31 11,94 79,52

12,0 1,80 11,71 80,86

На рис. I приведена зависимость удельных приведенных затрат оптимальных комплексов машин "экскаватор-автосамоова-лы и бульдозер" от средней скорости автосамосвала.

Рис. I

Для вероятностной модели отклонение результата от дчтермини-

рованной достигает 6 %, '

В качестве примера ддя комплекса машин "окрепары-бульдозер" приведены в табл.2 для различных значений коэффициента сопротивления передвижению ММ оптимально мощность тягача |Ч0ЦГ, оптимальная вместимость ковша' Ч опт и оптимальное расстояние между выездами из русла канала Хошг

Таблица 2

^опт ^опт

0,04 101,38 7,95 143,56

0,06 102,75 7,93 139,88

0,08 104,38 6,93 118,86

0,10 107,13 6,91 115,45

0,12 III,33 6,89 III,86

0,14 116,10 6,86 108,05

0,16 121,56 6,84 104,00

0,18 126,22 5,91 85,99

0,20 131,91 5,89 82,10

Зависимость удельных приведенных затрат комплекса машин от коэффициента сопротивления передвижении и уклона местности при эксплуатации скрепера выражена на рис. 2.

У '

Тыс. донг/и* 1,1 ■ '1,0 ■ 0,90,8 -0,7

0,1

0,1

Рис. 2

Область эффективного использования рассматриваемых комплексов в зависимости от объема работы на объекте определяется графическим методом, результаты приведены на рис.3.

.У»

тыс. дон

Скреперный комплекс машин применять выгоднее, чем экскаваторный при малом значении коэффициента сопротивления пере -движение Экскаваторный комплекс машин применять

выгоднее, чем скреперный при больших объемах работ на объекте.

В четвертой главе излагаются основы оптимизации парка землеройных машин для строительства каналов с применением метода. дефекта и случайного поиска. Схема формирования парка предложена на рис. 4. В главе дан анализ и выбор объектов-представителей в условиях Вьетнама, разработан« модель пария машин в сетевом вида, алгоритм и прогрпмма для реализации и, наконец, выполнен расчет парка применительно к условиям Вьот-намя.

В сетевой форма процесс формирования парка можно прело-тавить на рис. 5.

Парк машин формируется ля основе оптимальных комплексов магаин, определенных яарпняч.

0,85--

У* 4,7

100 ООО 200000 Рис. 3

%,н3

Рис. 4. f

Схема формирования парка машин

Паря

Машина ' (комплекса)

Работы

машин

А

v

Комплекс , работ

Рпо.5. Сетевая .модель парна машин

На основе алгоритма решения задачи разработан комплекс программы для резания поставленной задача оптимизации парка малпш для решения поставленной задачи оптимизации парка машин при строительства каналов.

По разработанной методике произведен расчет парка машин,-пря котором применены восакь комплексов маша, определяемых заранее по результатам исследования, выполненных'в третьей гдаве аа девяти обьвктах-прадсташтадях.

Для выполнения всех работ на всех объектах потребуется 4 комплекса машин, минимум приведенных затрат составляет 5 582 131 тыо.яонг.

Готовой экономический эффект от применения оптимального парка маатя ооотавляет 4,6 Чиоло мароя нанял сокращается на 4 наименования, суммарное число машин сокращается на 19 штук.

Основные выводы и результаты

I. Разработанная мвтопика определения оптимальна* параметров комплексов машин "экоклватор-автосамоовялн и бульдозер",

"экскватор-тягач-прицепы и бульдозер" и "скреперы и бульдозер" для прокладки русла канала позволяет научно обоснованно проектировать соответствующие комплексы машин о учетом условий ра -боты, технологического фактора и влияния вероятностного фактора.

2. Полученный комплекс аналитических моделей этих комплексов машин позволяет эффективно выполнять процесс поиска оптимума их параметров и предназначен для формирования оптимальных комплексов машин из густых рядов мааш и для создавая но -вых, более прогрессивных комплексов машин.

3. Разработанное программное обеспечение оптимизации параметров этих комплексов машин позволяет с минимальными затратами оперативно определять основные параметры оптимальных комплексов машин и расстояние между выездами канала.

4. Разработанные модели, программное обеспечение и методика для определения области эффективного использования комплексов машин позволяет определить влияние объема работ на объекте и категории грунта на выбор того га иного комплекса машин.

5. Разработана эффективна^ методика оптимизации парка машин из комплексов машин) для прокладки русла канала и соответствующее программное обеспечение.

6. Применение методов дефектов в случайного поиска с обучением для оптимизации парка машин обеспечивает простоту модели, алгоритма, точность результата в значительно сокращает затраты машинного времени.

7. В результатеоптимизации парка машин получен оптимальный парк, пи «таактированный идя прокладки русла канала в шга-нируданц период в условиях Вьетнама.