автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оптимизация системы "асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка" при строительстве асфальтобетонных покрытий

На правах рукописи

ПОТЕРЯЕВ ИЛЬЯ КОНСТАНТИНОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ «АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК - ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА - АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА» ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

05.05.04 — Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

6 ИЮН 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005060809

Омск-2013

005060809

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Научный руководитель: Иванов Виктор Иванович

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Захаренко Анатолий Владимирович

доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет», профессор кафедры «Строительные, дорожные машины и гидравлические системы» Бедрин Евгений Андреевич

кандидат технических наук, доцент, открытое акционерное общество «Омский СоюзДорНИИ», начальник отдела земляного полотна и дорожных одежд

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь

Защита состоится 14 июня 2013 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212.250.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)» по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)».

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (3812) 65-07-66, e-mail: dissovetsibadi@bk.ru

Автореферат разослан 13 мая 2013 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.250.02, доктор технических наук

Кузнецова Виктория Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Долгосрочные программы освоения Восточной Сибири и Дальнего Востока до 2030 г. предусматривают формирование развитой транспортной инфраструктуры в этих регионах Российской Федерации, в том числе строительство автомобильных дорог в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности. Природно-климатические факторы с гористым рельефом в сочетании с резко континентальным климатом характеризуются как экстремальные и существенным образом влияют на сроки и темпы строительства асфальтобетонных покрытий.

Как показывает практика строительства автомобильных дорог, прнродно-климатические факторы с гористым рельефом местности, в том числе климатические условия (резко континентальный климат), а также неблагоприятные производственные условия увеличивают продолжительность и снижают темпы строительства асфальтобетонных покрытий. В таких условиях использования специализированных комплектов машин (СКМ) также не обеспечивается теплофизическая надежность доставки асфальтобетонной смеси (АБС) в транспортных операциях в соответствии с проектами производства работ (ППР). Планируемые, согласно ППР, сроки строительства увеличиваются на 20-30 % по числу календарных дней. Графики строительства асфальтобетонных покрытий нарушаются по срокам их начала и выполнения, сроки завершения работ переносятся на осенние месяцы.

Планирование показателей использования и прогнозирование производительности машин, входящих в СКМ (асфальтоукладчиков, транспортных средств (ТС), асфальтосмесительной установки и других машин), которые находятся в прямой зависимости от скорости потока или темпа строительства, в условиях влияния неблагоприятных факторов имеют свои особенности. Это обуславливает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований закономерностей и связей параметров функционирования СКМ в условиях использования, их влияния на технико-эксплуатационные показатели.

Оптимизируя параметры функционирования СКМ, необходимо формировать такой его состав, с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов, в котором наилучшим образом будет сочетаться эксплуатационная производительность основных средств механизации, занятых в технологическом процессе. Это в свою очередь обеспечит соответствие планируемых и фактических темпов строительства.

Степень разработанности темы исследования. В исследованиях повышения эффективности функционирования СКМ при строительстве асфальтобетонных покрытий накоплен значительный научный и практический опыт разработки проблем, связанных с повышением темпов и сокращением сроков строительства на основе общепринятых теоретических положений, а также с использованием методов системного анализа, экономико-математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, представленный в трудах таких ученых, как В. Б. Пермяков, В. Н. Иванов, В. Н. Шестаков, А. В. Захаренко, В. В. Дубков, А. И. Кудяков, С. Я. Луцкий, С. Н. Иванченко, А. И. Грузинов, Н. Н. Гребенникова, А. Ю. Прусов, О. Г. Алпеева, Д. А. Двизов, А. А. Кононов, О. А. Чооду, А. А. Гусаков, В. Д. Верескун и др.

Признавая бесспорные заслуги названных ученых в теоретическом и практическом развитии вопросов, связанных с повышением эффективности функционирования СКМ, их элементов при строительстве асфальтобетонных покрытий, необходимо отметить, что совокупность производственных условий и природно-климатических факторов существенным образом влияет на несогласованную эксплуатационную производительность машин, входящих в специализированный комплект.

В настоящее время недостаточно проработаны подходы по выявлению закономерностей и связей параметров функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства —

асфальтосмесительная установка» в неблагоприятных условиях использования, а также к построению математических моделей параметров функционирования системы с наложением ограничений по организационно-технологической надежности на производительность ее элементов.

На практике все чаще возникает потребность учитывать влияние совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонных покрытий, выполнять оптимизацию состава по параметрам его функционирования для решения задач сокращения сроков и повышения темпов строительства, снижения затрат на эксплуатацию машин, входящих в специализированный комплект.

Цель диссертационной работы заключается в оптимизации основных параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» за счет повышения показателей использования и производительности машин, входящих в специализированный комплект.

Поставленная цель определила следующие задачи:

¡.Выявить закономерности и установить связи параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в совокупности влияния неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов.

2. Разработать математическую модель функционирования системы «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка» с учетом влияния ее основных параметров на темпы строительства различных слоев асфальтобетонных покрытий.

3. Исследовать влияние условий транспортирования на температурную сегрегацию асфальтобетонной смеси. Разработать технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки асфальтобетонной смеси и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.

4. Разработать методику оптимизации системы «асфальтоукладчик - транспортные средства— асфальтосмесительная установка» с учетом условий ее функционирования.

Объектом исследования являются система «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» и параметры ее функционирования.

Предметом исследования являются закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования.

Содержание рассматриваемых в работе вопросов отвечает формуле паспорта научной специальности 05.05.04 — «Дорожные, строительные и подьемно-транспортные машины» и области исследования по пунктам 1, 2, 3 (методы оптимизационного синтеза машин, их функциональных механизмов, комплектов и систем; методы моделирования, прогнозирования, исследований, расчета технологических параметров, проектирования, испытаний машин, комплектов и систем, исходя из условий их применения; совершенствование технологических процессов на основе новых технических решений конструкций машин).

Научная новизна определяется следующим.

Исследованы и выявлены закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик — транспортные средства—асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев АБС.

Разработана вероятностная математическая модель, созданная на основе учета влияния параметров функционирования системы на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонной смеси: эксплуатационная сменная производительность асфальтоукладчика, потребное число транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси, продолжительность работы асфальтосмесительной установки (АСУ) в сменное время.

Определены уравнения множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси по параметрам функционирования системы в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.

Впервые разработана методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС.

Разработаны новые технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки АБС и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.

Разработана методика оптимизации системы «асфальтоукладчик—транспортные средства — асфальтосмесительная установка» по технологическим условиям укладки и уплотнения верхнего слоя с наложением ограничений на избыточную организационно-технологическую надежность ее функционирования.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Установленные корреляционные связи и выявленные закономерности параметров функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» учитывают условия строительства асфальтобетонных покрытий с разделением по природно-климатическим факторам с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.

2. Разработанная вероятностная математическая модель параметров функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» предназначена и обеспечивает определение уравнений множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси в неблагоприятных условиях эксплуатации специализированных комплектов машин.

3. Разработанная методика расчета числа транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси создана с учетом прогнозируемых темпов укладки и теплофизической надежности доставки смеси.

4. Разработанная методика оптимизации состава специализированного комплекта машин создана на основе учета соответствия сменной эксплуатационной производительности асфальтоукладчика потребному составу транспортных средств и организационно-технологической надежности его функционирования.

Методология и методы исследования представляют собой комплекс эмпирических и теоретических методов исследования. Решение поставленных задач базируется на общепринятых теоретических положениях в области технологии строительства асфальтобетонных покрытий, практике строительства, методах и методиках оценки эффективного функционирования СКМ; методах системного анализа, математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, а также методиках экономической оценки. В расчетах и обоснованиях использовались программные обеспечения: Visual Basic, KOMTTAC-3D, Statistica, Microsoft Office.

Положения, выносимые на защиту:

-результаты экспериментально-статистических исследований закономерностей и связей параметров функционирования СКМ с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов;

— вероятностная математическая модель параметров функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка», учитывающая их влияние на темпы строительства различных слоев асфальтобетонной смеси;

— методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС;

— методика оптимизации системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» при строительстве асфальтобетонных покрытий.

Достоверность исследований подтверждается:

— достаточным числом наблюдений параметров функционирования СКМ, выполненными обоснованиями стационарности технологического процесса по параметру сменных объемов транспортируемой и укладываемой смеси;

— корректностью применения апробированного математического аппарата многомерной математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов;

— оценками достоверности прогнозирования темпов укладки различных слоев АБС с экспериментальными данными.

Апробация результатов. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на IV, V и VI Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования» в 2009, 2010 и 2011 годах, на 2-й Межвузовской конференции студентов и аспирантов «Природные и интеллектуальные ресурсы Омского региона (0мскресуро2-2012)» в 2012 году, на Международной 66-й научно-практической конференции «Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования - основа модернизации и инновационного развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России» в 2012 г., на заседании кафедры «ЭСМ и К» ФГБОУ ВПО «СибАДИ» в 2012 г.

Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению ЗАО НПК «Дорожно-Сгроительные Технологии» (г. Омск), ОАО «Дорожно-Строительное Управление № 1» (г. Бийск).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, из них три статьи в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ, один патент на изобретение, один патент на полезную модель, два свидетельства о регистрации электронного ресурса, одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников, включающего 156 наименований, 12 приложений. Работа изложена на 195 страницах, включает 41 таблицу и 56 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цель и основные задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность выполненных исследований.

В первой главе выполнены обзор и анализ условий использования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» при строительстве асфальтобетонных покрытий. Содержится анализ выполненных работ, посвященных оценкам эффективного функционирования СКМ

Значительный вклад в исследования повышения эффективности функционирования СКМ при строительстве асфальтобетонных покрытий и разработку проблем, связанных с повышением темпов и сокращением сроков строительства на основе общепринятых теоретических положений, а также с использованием методов системного анализа, экономико-математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, принадлежит таким ученым, как В. Б. Пермяков, В. К Иванов, В. Н. Шестаков, А. В. Захаренко, М. А. Завьялов, В. В. Дубков, А. И. Кудяков, С. Я. Луцкий, С. Н. Иванченко, А. И. Грузинов, Н. Н. Гребенникова, А. Ю. Прусов, О. Г. Алпеева, Д. А. Двизов, А. А. Кононов, О. А. Чооду, А. А. Гусаков, В. Д. Верескун и др.

Теория и практика использования СКМ при строительстве асфальтобетонных покрытий в неблагоприятных природно-климатических и производственных условиях показали, что методики выбора его состава требуют новых подходов.

6

В настоящее время недостаточно проработаны подходы по выявлению закономерностей и связей параметров функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» в неблагоприятных условиях использования, а также к построению математических моделей параметров функционирования системы с наложением ограничений по организационно-технологической надежности на производительность ее элементов.

Во второй главе выполнены экспериментально-статистические исследования стационарности технологического процесса по параметру сменных объемов изготавливаемой, транспортируемой и укладываемой смеси; исследованы условия использования машин, входящих в состав СКМ, организация и темпы производства работ.

Исследования выполнены для сезонов строительства асфальтобетонных покрытий (2008 — 2011гг.) предприятием ЗАО НПК «Дорожно-Строительные Технологии» в природно-климатических условиях Республики Алтай и Алтайского края. Состав и условия использования машин представлены в таблице 1.

Таблица 1

Состав в условия использования СКЛІ в периоды наблюдений

Состав СКМ

Условия использования СКМ

Асфальтоукладчик, катки

ТС

АСУ

Периоды строительства; средние объемы АБС, т/см

Природно-климатические факторы (рельеф местности, климат)

Дальность транспортирования АБС, км

Тйап 7820,Ш>24, РР-70, РР-95

'Гнал 326.РР-24, РР-70, РР-95

17 ед.

КДМ-201

2008 т., шоиь-автуст, 440

Холмисто-увалистый, континентальный

30

Тйап 7820, РР-70, РР-95

16 ед.

Мііетакег 160

2009 г., июнь-сентябрь; 490

Гористый, резко континентальный

34

'Гііап 7820, РР-70, РР-95

16 ед.

Мйешакег 160

2010 г., июль-сентябрь; 390

Гористый, резко континентальный

64

Тйап 7820, РР-24, РР-70, РР-95

11 ед.

ТеНошаІ 100

2011г., июль-сешябрь; 410

Холмисто-увалистый, континентальный

27

Природно-климатические факторы носили, в том числе экстремальный характер, который арактеризовался гористым рельефом с высотой над уровнем моря 1717 м и резко континентальным климатом. Маршруты транспортирования АБС имели крутые затяжные одъемы до 9 км и спуски до 11 км, закрытые повороты и многочисленные препятствия на ути следования, что сказалось на снижении теплофизической надежности доставки смеси в >еделах расчетных технологических зон снабжения.

По причине неблагоприятных природно-климатических факторов и дорожных условий ТС узоподъемностью 18 т, 20 т недогружались на 2-4 т, а грузоподъемностью 15 т — на 1 т; оэффициеггг использования грузоподъемности машин составлял 0,8-0,9 и 0,93 ответственно).

Выполненные исследования стационарности технологического процесса позволили олучить вероятностные оценки основных параметров функционирования СКМ: темпов кладки различных слоев покрытий в сменное время Гсм, сменной продолжительности работы СУ таСу, потребного числа ТС Ытс, сменной эксплуатационной производительности сфальтоукладчика Пэ"Сф.

В полученных статистических оценках выполнено разделение технологических условий кладки нижнего слоя основания, верхнего слоя основания и верхнего слоя. Вид ормированных вероятностных функций ^(<7СМ) распределения случайных значений параметров дсм подтверждает целесообразность такого разделения (рис. 1).

Л^, ед/см %

Рис. 1. Нормированные вероятностные функции F(qcм) и вероятности потребного числа ТС в сменное

время Р(Л?ТС) (нерабочие смены исключены): 1 - укладка нижнего слоя основания (0,08-0,12 м);

2—укладка верхнего слоя основания (0,05-0,07 м); 3—укладка верхнего слоя (0,03-0,04 м)

Вероятностные функции /''(<7СМ), /''(тасу) не могут быть описаны известными теоретическими распределениями. Общей характерной особенностью вероятностных функций является наличие «длинных хвостов». Например, для вероятностных функций /''(<?см) распределение больших сменных объемов транспортируемой и укладываемой смеси имеет малые вероятности. Для технологических условий укладки верхнего слоя Р(<?см > 671 т/см) <0,1.

Вероятности простоев СКМ или число нерабочих смен составляют 0,18 (при укладке верхнего и нижнего слоев основания) и 0,24 (при укладке верхнего слоя). До 24 % от величины планируемого сменного времени за периоды строительства СКМ по различным причинам не использовались. По параметру математических ожиданий тПцси снижение объемов работ по транспортированию и укладке АБС в сменное время по причине простоев СКМ может составлять от 18 до 40 %.

Вероятности потребного числа ТС в сменное время существенно различаются для условий укладки различных слоев. Это видно на общем графике /^((?см) и вероятностей в потребном числе машин (рис. 1). Причем с увеличением необходимого числа машин в сменное время до 10-16 машин, вероятности их использования при укладке различных слоев различаются более существенно.

Экспериментально-статистические исследования таких параметров транспортирования АБС, как продолжительность транспортирования, продолжительность простоев перед разгрузкой, а также скорость транспортирования для условий с различной дальностью (34 км и 64 км), позволили определить вероятностные функции распределения этих случайных величин и выполнить их анализ. При существенном различии математических ожиданий скорости транспортирования т„ (57,4 км/ч для дальности 64 км и 32 км/ч для дальности 34 км), продолжительности транспортирования в различных природно-климатических условиях различаются несущественно (5 мин). Теплофизическое состояние смеси при дальностях транспортирования 64 км и 34 км, отличающихся в 1,9 раза, с использованием одного и того же варианта антисегрегационных мероприятий (путем обогрева кузова и утепления смеси пологом), дает близкие значения теплового состояния смеси на месте ее выгрузки.

Статистические исследования средних температур окружающего воздуха в сменное время показывают, что в Республике Алтай, где периоды строительства переносились на сентябрь-ноябрь месяцы, простои по неблагоприятным метеорологическим условиям составили более 15-16 смен. Математическое ожидание ш£™, среднеквадратическое отклонение сг{™

м

Ш Ш 232 М ш 5% Ш Ш 8(4 М Ш Чем, я/сп

мпературы окружающего воздуха в сменное время, например, для сентября 2008 г. и ентября 2011 г. составляют ш£т=11,3 °С, сг!:™=5 °С, интервал г:™ - от 2 до 24 °С.

Эффективное использование СКМ обеспечивается путем наложения ограничений по ОТН а параметры его функционирования. Использование в оценках математических ожиданий араметров функционирования целесообразно только в сравнительных оценках ффекгивности различных по своему составу СКМ. Для формирования комплектов машин и птимизации их состава следует исключать большие сменные объемы транспортируемой и кладываемой смеси, которые имеют малые вероятности, или накладывать только дносторонние ограничения на состав СКМ по избыточной производительности машин.

В практике оценок эффективности систем и комплектов машин в строительстве для сюпочения их недостаточной и избыточной производительности налагают двухсторонние граничения (по Гусакову А. А., Верескуну В. Д.):

0,5 < РПз < 0,7, (1)

где Рп <0,5 — недостаточная производительность системы и комплектов машин; п >0,7 — избыточная производительность системы и комплектов машин.

В оценках с использованием вероятностных функций /7(<7СМ) двухсторонние граничения по ОТН неприемлемы, поскольку малые объемы транспортируемой и кладываемой смеси в сменное время не ограничены эксплуатационной производительностью ашин, входящих в состав СКМ.

В теории надежности обоснование предупредительности технических воздействий (по еденяпину Г. В., Максименко А. Н.) обеспечивается односторонним наложением ограничений а вероятностные функции случайных значений наработок на отказ в соответствии с условием

£пл = т£ - (2)

где £Г1Л — планируемая наработка технического воздействия; гп£, сг{ - математическое жидание и среднее квадратическое отклонение случайных значений наработок на отказ. При 5м для нормального закона распределения случайных значений наработок на отказ

(ь < гпл) < 0,16.

Очевидно, на вероятностные функции распределения случайных значений цсм елесообразным является наложение одностороннего ограничения избыточной ОТН СКМ. На ероятностные функции (с различными эмпирическими или теоретическими законами их аспределения) могут быть наложены односторонние ограничения в соответствии с условиями (Ясм > Ятах) ОДб. В таблице 2 представлены рассчитанные значения параметров и ч с учетом наложения одностороннего ограничения по избыточной ОТН СКМ и без его аложения.

Как видно из таблицы 2, сменные объемы Чсм^ах (с наложением односторонних граничений) имеют значения меньше ЧСмтаг в среднем на 28 %. В то же самое время ероятность Р (дсм > Чтах) принимает значения, равные или меньшие 0,16. Таким бразом, оценку эффективности функционирования СКМ целесообразно осуществлять по ирамегру Я™'тах- Причем, величина Чертах Должна иметь максимальное значение, которое оответствует условиям укладки верхнего слоя, т. е. 638 т/см (табл. 2).

Таблица2

Значения параметров т™, т,я, д™^ и дСМт„

Укладьшаемый слой АБС т™, т/см ™Чсм,т/см т/см ЧсЫтах.т/см

Нижний слой основания (0,08-0,12 м)__312/0,52* 423/0,38**__630__854

Верхний слой основания (0,05-0,07 м)__270/0,51* 342/0,42**__596__742

Верхний слой (0,03-0,04 м) 316/0,48* 458/038** 638 1048

Примечание. * - значения вероятностей Р(<7См; ^ тч™); ** -'шачения вероятностей Р{цСМ1 > тЧсн)-

В третьей главе изложены вероятностная математическая модель параметров функционирований системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка», методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время, а также методика расчета потребного числа ТС с учетом теплофизической надежности доставки АБС в транспортных операциях.

Для построения вероятностной математической модели функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — асфальтосмесительная установка» с целью установления связей основных параметров её функционирования, а также оценки влияния параметров на темпы строительства выполнен корреляционный анализ. Результаты корреляционного анализа представлены корреляционными матрицами случайных параметров.

Построение математической модели осуществлялось методом Брандона. При этом параметры П™сф, Л^тс, тасу связывались между собой уравнением множественной регрессии вида

Тем — а' А (П™сФ) • /2 (Мгс) • /з (тасу). (3)

Уравнения множественной регрессии определялись для условий укладки и уплотнения АБС в нижний и верхний слои основания, верхний слой. Учитывалось влияние на темпы строительства неблагоприятных природно-климатических факторов.

Оценка достоверности полученных уравнений множественной регрессии осуществлялась с использованием меры идентичности Дг, обусловленной влиянием параметров П™сф, Л/Тс, тасу. Уравнения множественной регрессии с оценкой достоверности прогнозирования темпов укладки и уплотнения смеси представлены в таблице 3.

Таблица 3

Уравнения множественной регрессии для темпов укладки и уплотнения АБС

Укладываемый слой АБС, м Уравнения множественной регрессии Достоверность прогнозирования, %

Гористый рельеф, резко континентальный климат

Нижний слой основания (ОД 0 — 0,14 м) Гсм = 0,88 - П^ф0,97 -ЛГ|С004 • е0-00^ 85

Верхний слой основания (0,05 — 0,07 м) Гсм = 1,24 • П™*1"03 - ЛГТС°'°36 ■ 80

Верхний слой (0,03 — 0,05 м) Гсм = 1,31 • П3-С1Ь0'9 • «ТС0Д1 ■ е0-0"^- 78

Холмисто-увалистый рельеф, континентальный климат

Нижний слой основания (0,10 — ОД 4 м) Гсм = 0,84 ■ П™с6'-02 ■ Л1С0 03 ■ 85

Верхний спой (0,05 — 0,07 м) Гсм = 2,11 ■ П-ф1'"4 ■ ЛС'064 " е0'02-'» 84

Как видно, темпы укладки и уплотнения АБС определяются производительностью ведущей машины и в значительной мере ограничиваются числом ТС. Продолжительность работы АСУ в сменное время для данного С КМ в данных условиях существенного влияния не оказывает.

Уравнения множественной регрессии вероятностной математической модели позволяют использовать новый подход в оценке интенсивности использования асфальтоукладчиков в сменное время.

Значения коэффициентов внутрисменного использования асфальтоукладчиков с учетом их различной технической производительности могут определяться вероятностными методами.

Сопоставляя техническую производительность асфальтоукладчика, технологические параметры укладки и уплотнения АБС, реализованные в зависимостях Кв = /(£?см) с вероятностными функциями распределения объемов укладываемой смеси, не трудно получить вероятностные функции случайных значений F(^fв), в которых будет учтено наложение ограничений по избыточной ОТН СКМ (рис. 2).

Для вероятностных функций известными методами могут быть определены значения математических ожиданий, а также получена оценка значений с ограничениями по

избыточной ОТН СКМ (табл. 4). ШаХ

г').' 1 ; г/.

Рис. 2. Графический способ построения вероятностных функций распределения случайных значений Кл: 1 - функция распределения /7(<7СМ); 2 - зависимость коэффи1ще1гга А"н асфальтоукладчика от объемов изготавливаемой и укладываемой АБС в сменное время (Пт ас<>р=400 т/ч); 3 - вероятностная функция случайных значений К, с учетом наложения ограничений по ОТН

Ж 533 ¿¿0742 5,* 916 Ю16

Таблица4

Оценка математических ожиданий и интервалов зпачепий параметров дт и Ке

Параметры Математические ожидания тЧм,тКе Интервалы изменения параметров Интервалы параметров с наложением ограничений по ОТН

д^.тУсм 28 < Чсм< 1000 28<<?см<638

Птасф=300т/ч 0,26/0,41** 0,06<КВ<0,33 0,06 < /(„<0,77

Птасф=400тУч 0,19/0,29** 0,05 < /<"„< 0.26 0,04 </(-„< 0,59

Птасф=700тУч 0,09/0,17** 0,03 <КВ<0,15 0,03 <К„< 0,32

Примечание. * — математическое ожидание <7СМ с ограничениями по избыточной ОТН; * * — математические ожидания Кв с ограничениями по избыточной ОТН.

Использование полученных уравнений множественной регрессии, а также статистических ценок параметров транспортных операций, позволило разработать алгоритмы расчета отребного числа ТС с учетом теплофизической надежности доставки АБС. На двух торитмических уровнях определяется потребное число ТС с заданным уровнем надежности ,85 (рис. 3) и выполняются расчеты теплофизической надежности доставки АБС в анспортных операциях по известной методике. Разработанная методика позволяет существлять корректировку потребного числа ТС, температуры АБС на выходе из смесителя учетом обеспечения ее температурного состояния при укладке, рекомендованного ГОСТом 128-2009, а также вводить или исключать технологические мероприятия по снижению мпературно-фракционной сегрегации АБС. Для обоснования технических решений, направленных на снижение температурной и ракционной сегрегаций АБС, в ходе экспериментальных исследований выполнялись замеры емпературьг смеси в кузовах автосамосвалов по слоям. По результатам выполненных замеров ассчитывались объемы АБС с разной температурой по слоям, а также определялись асчетные значения средней температуры смеси при ее выгрузке в приемный бункер фальтоукладчика после перемешивания. Перепад температур верхнего слоя АБС в кузове амосвала и ее основного объема составляет до 115 °С. Результаты измерений температур объемов АБС по слоям при дальности анспортирования 34 км (средняя скорость 32 км/ч, среднее время транспортирования

( На чша )

ГО

гщашдвщ

д°зка ттммутиш к/юлая

г„,Ш'г„Ш вы^н^к^.

марка Н

-—| Прщю&ю-к/шштгсжие ус/юбия [■

¡втсйзв-убалюш) рельеф кошш&шьъшй к/шап!

—I ВЯаЗ исходим данных

ВЫ исходных Ввтых

От асфажойзяшга дэдиа

■хШяясь щийчея

Г„ 1н/т1 г„ ,'ч/Ы

8 Ы. К, И Ка-

норка 1С

Ста асфяльтЫшжей подпет

йеахнии слси

' (2.11

, За

ида&тсь щтЗнен юЗегжт

А/

I Расчет ттшртувма-пшхналогических дреиатрпД АБС б тржгюткых тцзтиях

митчаштз среОж те&/хщя шеи ¡шив ев &а&ж> 6 фшмй %ияр кфлав/ая&тв

иц

¿т.

Рис. 3. Алгоритм расчета числа ТС (первый алгоритмический уровень) с учетом теплофизической надежности доставки АБС (второй алгоритмический

уровень) в транспортных операциях

2 мин), а также при дальности транспортирования 64 км (средняя скорость 57,4 км/ч, среднее ремя транспортирования 67 мин) различаются незначительно — на 2-4 °С. Расчетное значение мпературы АБС при ее перемешивании перед выгрузкой в приемный бункер сфальтоукладчика составляет 137 °С. Полученные результаты подтверждают актуальность азработки новых технических решений для увеличения зон теплофизической надежности оставки АБС и перемешивания смеси перед выгрузкой в приемный бункер сфальтоукладчика с использованием съемных перегружающих устройств.

В четвертой главе представлена методика оптимизации системы «асфальтоукладчик — анспортные средства — асфальтосмесительная установка». При этом назначение состава ТС существляется по параметрам удельной условной производительности машин и затратам на ксплуатацию. Представлены новые технические решения, обеспечивающие снижение егрегации смеси на этапе транспортных операций. Выполнена оценка экономической ффективности функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства — сфапьтосмесигельная установка» оптимального состава.

Для установления предпочтительного типоразмера ТС в транспортных операциях, редварительный выбор типоразмеров машин осуществляется с использованием комплексного оказателя Шгс — «условная удельная производительность», предложенного Гриффом М. И.

Расчет показателей Штс и соответственно выбор типоразмеров ТС носят предварительный ар актер. Вторым показателем, по которому выполняется оптимизация, является показатель дельных затрат на эксплуатацию ТС Сд,.

В практике использования С КМ, из имеющегося парка машин предприятия или в случае их ренды, выбирают предпочтительные типоразмеры с ограничениями по их общей ислешюсти. Задача назначения ТС сводится к двухкритериальной оптимизации по двум араметрам Сц, и ХУц,. В алгоритме и программном обеспечении на первом алгоритмическом ровне решается задача расчета потребного числа машин из условий минимальных ксплуатационных затрат:

где={Цф > Црас) ЛГТС1, ЫТС2,...,ЫТЧ>0}.

На втором алгоритмическом уровне определяется потребное число машин по параметру их аксимальной удельной условной производительности:

п

2>сГ^Ь (5)

где Ар ={цф > црасч\ ЛГТС1, ЛГТС2,..., Мгс. >0}.

Результаты расчетов позволяют назначить число машин с учетом их грузоподъемности для анспортирования планируемых объемов смеси. Разработанная методика позволяет существлять формирование смешанного состава ТС с их разной грузоподъемностью, езультаты расчета корректируются с использованием методики расчета потребного числа ТС учетом теплофизической надежности доставки АБС.

Разработанные технические решения, направленные на снижение температурной егрегации АБС за счет подогрева цельнометаллической платформы машиыы и смеси под нтом отработавшими газами двигателя, а также с использованием съемного перегружающего стройства, обеспечивают снижение сегрегации АБС. Съемное устройство устанавливается в зов самосвалов. Доработка штатного гидропривода машины дополнительными элементами е требует значительных затрат.

Экономическая эффективность функционирования системы «асфальтоукладчик — анспортные средства — асфальтосмесительная установка» рассчитывалась для СКМ с учетом актики строительства и оптимального состава, исходя из объемов уложенной АБС в 2009, 010 годах (максимальный объем — 38400 т, минимальный — 7800 т).

В таблице 5 представлены основные технико-экономические показател функционирования СКМ для различных вариантов: используемого и оптимального, в то числе с учетом замены асфальтоукладчика Titan 7820 на Асф-К-2-04, а также использовали ТС грузоподъемностью 15 т, 18 т, 20 т с оптимальным их соотношением.

Таблица

Технико-экономические показатели функционирования СКМ

Число смен Варианты Показатели Состав системы, значения показателей Затрать млн. ру

Асфальтоукладчики К, ср Самосвалы ткм/лч

91 Используемый состав Марки машин Titan 7820 0,10 КамАЗ-6520, КамАЗ-6522, DongFeng 325 0,045 10,28

Количество машин 1 7;3;6

С", руб/маш.-ч 2765,5 15582,9

81 Оптимальный состав Марки машин Асф-К-2-04 0,30 s к.) < 0,84 КамАЗ-65115, КамАЗ-6520 0,051 8,46

Количество машин 1 6; 11

С1, руб/маш.-ч 1612,6 15345,1

Экономический эффект при использовании системы «асфальтоукладчик — транспорты средства — асфапьтосмесительная установка» оптимального состава при строительств асфальтобетонных покрытий с объемами транспортируемой и укладываемой смеси, равно 38400 т, составят 1824 тыс. руб., а с объемами 7800 т - 710 тыс. руб. Фактические периода строительства при этом сокращаются на 11 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты и выводы

1. В практике строительства асфальтобетонных покрытий все чаще возникает потребное учитывать влияние совокупности неблагоприятных производственных условий и природн климатических факторов на снижение темпов укладки и уплотнения АБС, увеличение сроко выполнения строительных работ. Это ставит под сомнение распространенное в теории и н практике представление, что эффективное функционирование системы «асфальтоукладчик транспортные средства — асфальтосмесительная установка» связано только с несогласованно! производительностью ее элементов. Задача повышения темпов укладки и уплотнения АБС, неблагоприятных условиях использования СКМ, приобретает существенное значение дорожном строительстве, обусловленное принятием долгосрочных программ освоени Восточной Сибири и Дальнего Востока, в том числе строительством автомобильных дорог этих регионах в условиях с такими неблагоприятными природно-климатическими факторами как гористый рельеф местности в сочетании с резко континентальным климатом.

2. В соответствии с задачами представленной диссертационной работы выполнень экспериментально-статистические исследования закономерностей параметре функционирования системы «асфальтоукладчик — транспортные средства асфальтосмесительная установка» на этапе транспортирования и в операциях уклад различных слоев АБС в неблагоприятных условиях использования СКМ. В исследовани закономерностей функционирования системы по ее параметрам, при анализе и в оценк. впервые использованы вероятностные функции распределения случайных значений сменнь -объемов транспортируемой и укладываемой смеси ^ (<?,-„), продолжительности работы АСУ сменное время /?(тасу), а также вероятности потребного числа ТС в сменное время Р(МГС) разделением по условиям укладки различных слоев покрытия. Определены вероятностны функции продолжительности транспортирования АБС в сменное время /г(ттр) продолжительности простоев ТС перед разгрузкой смеси ^(тп), а также функции

14

аспределения скорости ФО) для различных дальностей транспортирования. Установлено ияние средней температуры окружающего воздуха в сменное время на простои СКМ по етеорологическим условиям.

При выборе ведущей машины - асфальтоукладчика, состава ТС, доказана необходимость спользования параметра сменных объемов транспортируемой и укладываемой смеси с аложением односторонних ограничений на их избыточные объемы qCM при укладке верхнего лоя покрытия. Обоснованным является наложение одностороннего ограничения на збыточные сменные объемы смеси <7СМ с вероятностями Р(дсм > Qm'ax) < 0,16.

3. Установлены корреляционные связи и разработана вероятностная математическая модель араметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -сфальтосмесительная установка». Вероятностная математическая модель позволила впервые пределить уравнения множественной регрессии для темпов укладки различных слоев смеси о основным параметрам функционирования системы. Достоверность прогнозирования

мпов укладки составляет 80-85 %.

4. Впервые разработана методика вероятностной оценки интенсивности использования сфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев асфальтобетонной смеси с аложением ограничений по ОТН функционирования СКМ на вероятностную функцию (qCH). В разработанной методике учитываются техническая производительность сфальтоукладчика, технологические параметры укладки смеси и условия его использования, ри укладке верхнего слоя покрытая 0,03-0,04 м в условиях влияния неблагоприятных акторов с гористым рельефом местности и резко континентальным климатом, а также с граничением сменных объемов укладываемой смеси q°™ до 638 т/см, Кв ср сфальтоукладчика производительностью 300 т/ч составит 0,41. Предельные значения оэффициента с ограничениями по избыточной ОТН составят 0,77.

5. Исследовано температурное состояние АБС, ее температурная сегрегация в условиях анспортных операций с неблагоприятными природно-климатическими факторами.

азрабоганы новые технические решения, обеспечивающие повышение теплофизической адежности доставки АБС и снижение ее температурной сегрегации при транспортирован™ и операции перегрузки в приемный бункер асфальтоукладчика.

6. Разработанная методика вероятностной оценки интенсивности использования сфальтоукладчика в сменное время, а также методика расчета числа ТС в транспортных перациях АБС с учетом прогнозируемых темпов укладки и теплофизической надежности оставки смеси, являются составными частями методики оптимизации параметров ункционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -сфальтосмесительная установка». Ее применение позволяет прогнозировать темпы

жительства асфальтобетонных покрытий с обоснованными выбором ведущей машины и азначением состава ТС, исключая избыточную ОТН функционирования системы.

7. Экономический эффект при использовании системы «асфальтоукладчик - транспортные редства - асфальтосмесительная установка» оптимального состава при строительстве сфальтобетонных покрытий с объемами транспортируемой и укладываемой смеси, равной 8400 т, составит 1824 тыс. руб., а с объемами 7800 т - 710 тыс. руб. Фактический период

жительства при этом сокращается на 11%.

8. Научная, практическая и экономическая значимости результатов выполненных сследований подтверждаются их внедрением на предприятиях, которые выполняют троительство автомобильных дорог, в том числе строительство асфальтобетонных покрытий в словиях неблагоприятных природно-климатических факторов.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

— статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ:

1.Погеряев, И. К. Устройство для перевозки и выгрузки термопластичных материалов/

И. К. Потеряев, В. И. Иванов // Строительные и дорожные машины. — М., 2011. — № 8.—С. 28-2

2. Потеряев, И. К. Оценка эксплуатационной сменной производительност асфальтоукладчиков / И. К. Потеряев, В. И. Иванов // Строительные и дорожные машины. — М 2011.—№9,—С. 32-34.

3. Потеряев, И. К. Устройство для перевозки и выгрузки асфальтобетонных смесей И. К. Потеряев, В. И. Иванов // Строительные и дорожные машины. -М., 2012. -№ 4. - С. 30-3

- статьи в других изданиях:

4. Потеряев, И. К. Технологическое обеспечение качества асфальтобетонных смесей при и транспортировании / И. К. Потеряев // Развитие дорожно-транспортного комплекса строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования: материалы I Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учень - Омск: СибАДИ, 2009. - Кн. 1. - С. 295-298.

5. Потеряев, И. К. Выбор асфальтосмесительных установок, технологическог автомобильного транспорта и асфальтоукладчиков с учетом их эксплуатационно производительности при строительстве асфальтобетонных покрытии / И. К. Потеряев// Развита дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рациональног природопользования: материалы V Всероссийской научно-практической конференци студентов, аспирантов и молодых ученых. — Омск: СибАДИ, 2010. — Кн. 1. — С. 296-300.

6. Потеряев, И. К. Влияние условий эксплуатации на сменную эксплуатационнут производительность асфальтоукладчиков / И. К. Потеряев // Развитие дорожно-транспортног комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользованю материалы VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов молодых ученых. — Омск: СибАДИ, 2011.-Кн. 2. —С. 38-41.

7. Потеряев, И. К. Снижение сегрегации асфальтобетонных смесей при строительств дорожных покрытий / И. К. Потеряев // Природные и интеллектуальные ресурсы Омског региона (0мскресуро2-2012). - Омск: ОмГТУ, 2012. - С. 204-207.

— патенты и свидетельства:

8. Пат. № 2406793 Российская Федерация. Устройство для перевозки и выгрузк термопластичных материалов / Иванов В. И, Потеряев И. К. Опубл. 20.12.2010. Бюл. № 35.

9. Пат. № 108048 Российская Федерация. Устройство для перевозки и выгрузк асфальтобетонных смесей / Иванов В. И., Потеряев И. К. Опубл. 10.09.2011. Бюл. № 25.

10. Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 17873. Алгоритм расчет технологических параметров транспортирования и укладки асфальтобетонных смесей условиях эксплуатации / Иванов В. И., Потеряев И. К. Дата регистрации: 03.02.2012.

11. Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 18686. Алгоритм определени оптимального числа транспортных средств для перевозки асфальтобетонной смеси Иванов В. И., Потеряев И. К. Дата регистрации: 20.11.2012.

12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. Прогнозировани технологических параметров транспортирования и укладки асфальтобетонных смесей условиях эксплуатации / Иванов В. И., Потеряев И. К. Дата регистрации: 05.04.2012.

Подписано к печати 08.05.2013. Формат 60x90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати. Гарнитура Times New Roman Усл. п. л. 1,0; уч.-изд. л. 0,8 Тираж 150. Заказ № 110 Цена договорная

Отпечатано в подразделении оперативной полиграфи УМУ СибАДИ 644080, г. Омск, пр. Мира, 5

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-

дорожная академия (СибАДИ)»

На правах рукописи

04201 35^1 '¿ч

ПОТЕРЯЕВ ИЛЬЯ КОНСТАНТИНОВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ «АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК -ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА - АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА» ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ

ПОКРЫТИЙ

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-

транспортные машины

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Иванов В. И.

Омск-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................. 5

ГЛАВА 1. ПРАКТИКА И ТЕОРИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКМ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ.................................................................. 12

1.1 Эксплуатация системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» при строительстве асфальтобетонных покрытий........................................................................................ 12

1.2 Обзор и анализ выполненных работ по оценке эффективности функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка»................................................................ 29

1.3 Выводы по главе........................................................................... 43

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ «АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК - ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА - АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА»................ 47

2.1 Экспериментально-статистические исследования параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка»....................................................... 47

2.1.1 Состав и условия использования комплектов машин при строительстве асфальтобетонных покрытий............................................ 47

2.1.2 Обоснование стационарности технологического процесса строительства асфальтобетонных покрытий по параметру сменных объемов транспортируемой и укладываемой АБС................................................ 55

2.1.3 Построение и оценка вероятностных функций распределения случайных значений сменных объемов изготавливаемой, транспортируемой и укладываемой смеси, продолжительности работы АСУ в сменное время....... 62

2.1.4 Оценка основных статистических параметров рабочего цикла ТС в транспортных операциях АБС.................................................................................. 67

2.1.5 Влияния температуры окружающего воздуха в сменное время на простои СКМ по метеорологическим условиям.................................................. 69

2.2 Наложение ограничений по организационно-технологической надежности на параметры функционирования системы «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка»......................... 72

2.3 Выводы по главе......................................................................... 76

ГЛАВА 3. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ «АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК - ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА -АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА»................................... 80

3.1 Корреляционный анализ основных параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка».......................................................................... 80

3.2 Разработка математической модели методом Брандона......................... 82

3.3 Разработка методики вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС..................................................................................... 90

3.4 Разработка методики расчета числа ТС в транспортных операциях АБС с учетом прогнозируемых темпов укладки и теплофизической надежности доставки смеси................................................................................ 97

3.5 Исследования влияния условий транспортирования на температурную сегрегацию асфальтобетонной смеси................................................... 103

3.6 Выводы по главе......................................................................... 106

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ «АСФАЛЬТОУКЛАДЧИК - ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА - АСФАЛЬТОСМЕСИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА».............. 110

4.1 Разработка методики назначения состава транспортных средств по параметрам их удельной условной производительности и затратам на

эксплуатацию в транспортных операциях АБС................................................................................110

4.2 Разработка технических решений, обеспечивающих теплофизическую надежность доставки АБС и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций........................................................................................................................117

4.3 Оценка экономической эффективности функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» оптимального состава................................................................................................................128

4.4 Выводы по главе................................................................................................................................................132

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ............................................................................134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................................137

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ 1........................................................................................................................................152

ПРИЛОЖЕНИЕ 2........................................................................................................................................164

ПРИЛОЖЕНИЕ 3..............................................................................................................................................168

ПРИЛОЖЕНИЕ 4..........................................................................................................................................174

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Патент на изобретение RU 2406793..............................................186

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 Патент на полезную модель RU 108048...............................187

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 Свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ № 2012614876..........................................................................................................188

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Свидетельство о регистрации электронного ресурса

№ 17873................................................................................................................................................................................189

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Свидетельство о регистрации электронного ресурса

№ 18686................................................................................................................................................................................190

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Акт о внедрении результатов кандидатской

диссертационной работы Потеряева И. К..............................................................................................191

ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Справка ЗАО НПК «Дорожно-Строительные

Технологии»......................................................................................................................................................................................................193

ПРИЛОЖЕНИЕ 12 Акт о внедрении результатов исследований

Потеряева И. К......................................................................................................................................................................194

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Долгосрочные программы освоения Восточной Сибири и Дальнего Востока до 2030 г. предусматривают формирование развитой транспортной инфраструктуры в этих регионах Российской Федерации [113, 126, 127], в том числе строительство автомобильных дорог в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности. Природно-климатические факторы с гористым рельефом в сочетании с резко континентальным климатом характеризуются как экстремальные [27, 109] и существенным образом влияют на сроки и темпы строительства асфальтобетонных покрытий.

Как показывает практика строительства автомобильных дорог, природно-климатические факторы с гористым рельефом местности, в том числе климатические условия (резко континентальный климат), а также неблагоприятные производственные условия увеличивают продолжительность и снижают темпы строительства асфальтобетонных покрытий. В таких условиях использования специализированных комплектов машин (СКМ) также не обеспечивается теп л ©физическая надежность доставки асфальтобетонной смеси (АБС) в транспортных операциях в соответствии с проектами производства работ (ППР). Планируемые, согласно ППР, сроки строительства увеличиваются на 2030 % по числу календарных дней. Графики строительства асфальтобетонных покрытий нарушаются по срокам их начала и выполнения, сроки завершения работ переносятся на осенние месяцы.

Планирование показателей использования [73] и прогнозирование производительности машин, входящих в СКМ (асфальтоукладчиков, транспортных средств (ТС), асфальтосмесительной установки и других машин), которые находятся в прямой зависимости от скорости потока или темпа строительства [125], в условиях влияния неблагоприятных факторов имеют свои особенности. Это обуславливает необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований закономерностей и связей параметров

функционирования СКМ в условиях использования, их влияния на технико-эксплуатационные показатели.

Оптимизируя параметры функционирования СКМ, необходимо формировать такой его состав, с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов, в котором наилучшим образом будет сочетаться эксплуатационная производительность основных средств механизации, занятых в технологическом процессе. Это в свою очередь обеспечит соответствие планируемых и фактических темпов строительства.

Степень разработанности темы исследования. В исследованиях повышения эффективности функционирования СКМ при строительстве асфальтобетонных покрытий накоплен значительный научный и практический опыт разработки проблем, связанных с повышением темпов и сокращением сроков строительства на основе общепринятых теоретических положений, а также с использованием методов системного анализа, экономико-математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, представленный в трудах таких ученых, как В. Б. Пермяков, В. Н. Иванов, В. Н. Шестаков, А. В. Захаренко, В. В. Дубков, А. И. Кудяков, С. Я. Луцкий, С. Н. Иванченко, А. И. Грузинов, Н. Н. Гребенникова, А. Ю. Прусов, О. Г. Алпеева, Д. А. Двизов, А. А. Кононов, О. А. Чооду, А. А. Гусаков, В. Д. Верескун и др.

Признавая бесспорные заслуги названных ученых в теоретическом и практическом развитии вопросов, связанных с повышением эффективности функционирования СКМ, их элементов при строительстве асфальтобетонных покрытий, необходимо отметить, что совокупность производственных условий и природно-климатических факторов существенным образом влияет на несогласованную эксплуатационную производительность машин, входящих в специализированный комплект.

В настоящее время недостаточно проработаны подходы по выявлению закономерностей и связей параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка»

в неблагоприятных условиях использования, а также к построению математических моделей параметров функционирования системы с наложением ограничений по организационно-технологической надежности на производительность ее элементов.

На практике все чаще возникает потребность учитывать влияние совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонных покрытий, выполнять оптимизацию состава по параметрам его функционирования для решения задач сокращения сроков и повышения темпов строительства, снижения затрат на эксплуатацию машин, входящих в специализированный комплект.

Цель диссертационной работы заключается в оптимизации основных параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» за счет повышения показателей использования и производительности машин, входящих в специализированный комплект.

Поставленная цель определила следующие задачи:

1. Выявить закономерности и установить связи параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» в совокупности влияния неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов.

2. Разработать математическую модель функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» с учетом влияния ее основных параметров на темпы строительства различных слоев асфальтобетонных покрытий.

3. Исследовать влияние условий транспортирования на температурную сегрегацию асфальтобетонной смеси. Разработать технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки асфальтобетонной смеси и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.

4. Разработать методику оптимизации системы «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка» с учетом условий ее функционирования.

Объектом исследования являются система «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка» и параметры ее функционирования.

Предметом исследования являются закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования.

Научная новизна определяется следующим.

Исследованы и выявлены закономерности и связи параметров системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» в условиях ее функционирования с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов на темпы укладки и уплотнения различных слоев АБС.

Разработана вероятностная математическая модель, созданная на основе учета влияния параметров функционирования системы на темпы укладки и уплотнения различных слоев асфальтобетонной смеси: эксплуатационная сменная производительность асфальтоукладчика, потребное число транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси, продолжительность работы асфальтосмесительной установки (АСУ) в сменное время. Определены уравнения множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси по параметрам функционирования системы в условиях неблагоприятных природно-климатических факторов с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.

Впервые разработана методика вероятностной оценки интенсивности использования асфальтоукладчика в сменное время при укладке различных слоев АБС.

Разработаны новые технические решения, обеспечивающие теплофизическую надежность доставки АБС и снижение ее температурной сегрегации на этапе транспортных операций.

Разработана методика оптимизации системы «асфальтоукладчик -транспортные средства - асфальтосмесительная установка» по технологическим условиям укладки и уплотнения верхнего слоя с наложением ограничений на избыточную организационно-технологическую надежность ее

функционирования.

Теоретическая и практическая значимость работы.

1. Установленные корреляционные связи и выявленные закономерности параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства - асфальтосмесительная установка» учитывают условия строительства асфальтобетонных покрытий с разделением по природно-климатическим факторам с гористым и холмисто-увалистым рельефами местности.

2. Разработанная вероятностная математическая модель параметров функционирования системы «асфальтоукладчик - транспортные средства -асфальтосмесительная установка» предназначена и обеспечивает определение уравнений множественной регрессии для темпов укладки различных слоев асфальтобетонной смеси в неблагоприятных условиях эксплуатации специализированных комплектов машин.

3. Разработанная методика расчета числа транспортных средств в транспортных операциях асфальтобетонной смеси создана с учетом прогнозируемых темпов укладки и теплофизической надежности доставки смеси.

4. Разработанная методика оптимизации состава специализированного комплекта машин создана на основе учета соответствия сменной эксплуатационной производительности асфальтоукладчика потребному составу транспортных средств и организационно-технологической надежности его функционирования.

Методология и методы исследования представляют собой комплекс эмпирических и теоретических методов исследования. Решение поставленных

задач базируется на общепринятых теоретических положениях в области технологии строительства асфальтобетонных покрытий, практике строительства, методах и методиках оценки эффективного функционирования СКМ; методах системного анализа, математического моделирования, прогнозирования и оптимизации, а также методиках экономической оценки. В расчетах и обоснованиях использовались программные обеспечения: Visual Basic, KOMIIAC-3D, Statistica, Microsoft Office.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты экспериментально-статистических исследований закономерностей и связей параметров функционирования СКМ с учетом влияния совокупности неблагоприятных производственных условий и природно-климатических факторов;

- вероятно�